逐次比較型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及物理量檢測傳感器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及逐次比較型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、物理量檢測傳感器、電子設備和移動體以及逐次比較型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法等。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，加速度傳感器等物理量檢測傳感器具有通過AD (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換器將所檢測到的物理量即模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并輸出的傳感器。已知作為能夠在保持面積的小型的條件下實現(xiàn)多位化的逐次轉(zhuǎn)換型AD轉(zhuǎn)換器，并用電荷再分配型DA (數(shù)字模擬)轉(zhuǎn)換電路和電阻分壓型DA轉(zhuǎn)換電路的技術(shù)。通過電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換器，以使電容成為1:2:4:8:16:32的方式對電容進行二進制加權(quán)。如此，由于電容的比精度，在使用電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換電路的高階位和使用電阻分壓型DA轉(zhuǎn)換電路的低階位之間，轉(zhuǎn)換精度將惡化。
[0003]提出了如下方案，S卩，不對電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換電路的電容進行加權(quán)，而是通過同一單位電容構(gòu)成，并在各個單位電容上分別連接電阻分壓型DA轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓(專利文獻I)。
[0004]另一方面，提出如下方案，即，在電容被進行了二進制加權(quán)的電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換電路中應用DEM (Dynamic Element Matching，動態(tài)元件匹配)(專利文獻2)。根據(jù)專利文獻2，能夠使電容陣列內(nèi)的電容的組合模式具有隨機性，從而能夠提高電容陣列在表觀上的電容比精度。
[0005]在專利文獻I的發(fā)明中，使用電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換電路的高階位和使用電阻分壓型DA轉(zhuǎn)換電路的低階位之間的轉(zhuǎn)換精度得以改善，電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換電路的單位電容的比精度的影響則很難改善。產(chǎn)生該問題的主要原因在于，很難制造具有所需的比精度的單位電容。雖然越增大單位電容比精度越提高，但會產(chǎn)生輸入電量增大的問題或電路面積增大的新課題。
[0006]在專利文獻2的發(fā)明中，由電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。因此，在構(gòu)成了同一分辨能力的AD轉(zhuǎn)換器的情況下，會出現(xiàn)與并用電荷再分配型DA轉(zhuǎn)換電路和電阻分壓型DA轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)相比電容比增大，電路面積增加的問題。
[0007]專利文獻1:日本特開平9-214344號公報(圖8、0007)
[0008]專利文獻2:日本特開2012-175440號公報(圖2、0041、0046)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的幾個方式的目的在于，提供即使減小單位電容，也能夠減輕單位電容的比精度的影響的逐次比較型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、物理量檢測傳感器、電子設備和移動體以及逐次比較型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法。
[0010]本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，并能夠作為以下的方式或應用例而實現(xiàn)。
[0011](I)本發(fā)明的一個方式涉及一種逐次比較型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有:電荷再分配型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路；比較器，其對所述電荷再分配型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓和基準電壓進行比較；控制電路，其根據(jù)所述比較器的比較結(jié)果，對所述電荷再分配型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路進行控制，所述電荷再分配型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路具有:單位電容陣列，其通過在公共輸出線上并聯(lián)連接的k個單位元件被二維排列而形成，所述k個單位元件中的每一個通過將開關和單位電容串聯(lián)連接而構(gòu)成，其中，k為滿足4 < k的整數(shù)；選擇器，其基于DEM而對經(jīng)由m根電壓供給線向j個單位元件所具有的所述開關的至少三個輸入端子中的一個端子被供給的電壓之一進行選擇，所述j個單位元件為所述k個單位元件中的成為所述DEM的對象的單位元件，其中，m為滿足2 < m < j的整數(shù)，j為滿足4 < j < k的整數(shù)，所述控制電路根據(jù)所述比較器的比較結(jié)果，對所述選擇器和所述k個單位元件各自的所述開關進行控制，在通過所述單位電容陣列對模擬電壓進行采樣保持的第一期間，所述選擇器選擇被共同供給至所述m根電壓供給線的轉(zhuǎn)換對象的模擬電壓，在接著所述第一期間而進行逐次比較的第二期間，所述選擇器選擇m個加權(quán)參考電壓以作為被供給至所述m根電壓供給線的電壓。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個方式，即使為了減小輸入電量和電路面積，而減小單位電容，也能夠減輕單位電容的比精度的影響。其原因在于，將DEM技術(shù)應用于通過單位電容的并聯(lián)連接而具有電容比的j-m個單位電容、使被連接的參考電壓具有比(權(quán)重)而不具有電容比的m個單位電容雙方中。另外，單位元件個數(shù)k由希望構(gòu)成的分辨能力決定，單位元件中的成為DEM對象的單位元件個數(shù)j由所需的比精度決定。
[0013](2)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下方式，即，所述加權(quán)參考電壓通過電阻分壓型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路對參考電壓進行電阻分壓而生成。
[0014]由于加權(quán)參考電壓為參考電壓Vref的例如1/2、1/4、1/8等，因此能夠通過利用電阻對參考電壓進行分壓而容易地生成。而且，如果使用R-2R梯形型等的電阻分壓型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路的電阻分壓，則能夠減小電阻比，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小型。
[0015](3)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下方式，即，在所述第一期間，所述控制電路以使所述一個輸入端子與所述單位電容導通的方式而對所述開關進行切換，在所述第二期間，所述控制電路以使向所述m個單位元件供給m個加權(quán)參考電壓之一以及接地電壓中的一方的方式而對所述開關進行切換，并以使向剩余的j-m個單位元件供給被供給至所述開關的所述一個輸入端子以外的其他輸入端子的所述參考電壓以及所述接地電壓中的一方的方式而對所述開關進行切換。
[0016]這樣，在第一期間經(jīng)由至少三個輸入端子中的一個而將轉(zhuǎn)換對象的模擬電壓供給至單位元件，從而能夠通過所述單位電容陣列對模擬電壓進行采樣保持。而且，在第二期間，能夠?qū)EM應用于通過單位電容的并聯(lián)連接而具有電容比的j-m個單位電容、使被連接的參考電壓具備比(權(quán)重)而不具備電容比的m個單位電容雙方中。
[0017](4)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，所述j個單位元件被排列成M行XN列，其中，N為滿足N ^ 2的整數(shù)，M為滿足M多m的整數(shù)，在M行的每一行，所述m根電壓供給線的一根、所述參考電壓的供給線、所述接地電壓的供給線沿著所述M行XN列的矩陣的行方向而延伸，在N列的各列，對所述m個單位元件進行指定的至少一根控制信號線、對所述至少三個輸入端子之一進行選擇的m根控制信號線沿著所述M行XN列的矩陣的列方向而延伸。
[0018]這樣，能夠容易地對與配置為M行XN列的成為DEM對象的j個單位元件連接的電壓或控制信號線進行配線。
[0019](5)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下方式，S卩，N >M。這樣通過使行數(shù)M小于列數(shù)N，從而能夠減少對m個單位元件進行指定的控制信號線的根數(shù)。而且，通過單位電容的并聯(lián)連接而具有電容比的單位電容的數(shù)量j-m多于使被連接的參考電壓具備比(權(quán)重)而不具備電容比的單位電容的數(shù)量m。因此，只要滿足M>m便無需使M增大到所需數(shù)量以上，所以N > M容易成立。
[0020](6)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下方式，S卩，M = m。這樣，對m個單位元件進行指定的控制信號線只需一根便足夠了。
[0021](7)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下方式，即，j < k，所述DEM的對象以外的k-j個單位元件被配置在所述M行XN列的矩陣的最端部列的旁邊，向所述k-j個單位元件各自所具有的所述開關的輸入端子中的一個輸入所述m個加權(quán)參考電壓之一，向另一個輸入所述接地電壓。
[0022]這樣，向DEM對象以外的k-j個單位元件供給電壓的配線變得極為容易。
[0023](8)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下方式，即，還具有向所述公共輸出線供給公共電壓的復位開關，在對所述單位電容進行復位時所述選擇器選擇所述公共電壓，從而向所述單位電容的兩端供給所述公共電壓。
[0024]這樣，通過對單位電容的剩余電荷進行復位，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換。
[0025](9)在本發(fā)明的一個方式中，可以采用如下方式，即，所述電容陣列具有:通過所述k個單位元件在第一公共輸出線上并聯(lián)連接而形成的第一電容陣列；和通過所述k個單位元件在第二公共輸出線上并聯(lián)連接而形成的第二電容陣列，所述選擇器具有:從兩根差分信號線中的一根輸入所述模擬電壓并與所述第一電容陣列連接的第一選擇器；和從所述兩根差分信號線中的另一根輸入所述模擬電壓并與所述第二電容陣列連接的第二選擇器，所述比較器對來自所述第一公共輸出線和第二公共輸出線的輸出進行比較。
[0026]這樣，能夠?qū)⒉罘中盘栕鳛槟M數(shù)字轉(zhuǎn)換對象，從而能夠擴大逐次比較型AD轉(zhuǎn)換電路的用途。
[0027](10)本發(fā)明的其他方式涉及一種物理量檢測傳感器，其具有:物理量檢測傳感器元件；IC(In