[发明专利]AD转换电路和微控制器以及采样时间调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有采样与保持功能的依次比较型模拟－数字转换电路（以后，也记载为“AD转换电路”），特别是，涉及适于根据随所连接的外部装置而变化的输入阻抗来自动进行输入值的采样时间的调整的AD转换电路和微控制器以及采样时间调整方法。

背景技术

具有采样与保持功能的AD转换电路以比较简单的电路结构实现，与能够比较廉价地制造的CMOS工艺的整合性高，占用面积也比较小，因而多以LSI（Large Scale Integration：大规模集成电路）构成并内置于微控制器（MCU）中。

这样的AD转换电路对多个电容元件施加模拟输入电压，并对各电容元件充电（蓄积）该模拟输入电压程度的电荷，保持相当于该充电的电荷的电压，通过与AD转换电路的内部基准电压的比较，将模拟输入电压以AD转换电路的分辨率程度的数字值输出。此外，以下，为了简化说明，将向电容元件施加模拟输入电压而对电容元件充电（蓄积）该模拟输入电压程度的电荷，简单地记为对电容元件充电（蓄积）模拟输入电压，等。

在AD转换电路中，为了尽可能减少外接部件，在微控制器内部，设置用于充电模拟输入电压的电容元件，构成采样与保持电路（以下，也记为采样保持电路）。

以下，对图5所示的现有的6比特AD转换电路的结构与动作进行说明。在图5的AD转换电路中，模拟输入电压Vain经由导通状态的开关S1施加于由C梯形电路（ラダー）3内的多个电容元件构成的内部转换电容阵列（图中，记为“内部转换电容”）1。

通过导通开关S1，对电容元件阵列1充电模拟输入电压Vain后，断开开关S1并切断模拟输入电压Vain与C梯形电路3，其后，AD转换电路开始AD转换（从模拟信号到数字信号的转换）。开始AD转换时，内部电容元件阵列1的各电容元件通过由数字逻辑电路构成的控制电路2，通过开关SW1～SW7与开关S4，与基准电压Vref或GND的任一方连接。

比较器电路4与内部电容元件阵列1的一端（Cin）连接，根据AD转换结果输出“高（High）”或“低（Low）”电平。

比较器电路4中的AD转换动作在由控制电路2进行的控制下进行，所述控制基于采用从与AD转换电路一起设置在LSI内的未图示的微型计算机（以下，也称为中央处理装置或CPU）输入的基本时钟信号CLK以及控制信号。另外，来自比较器电路4的输出被输入至控制电路2，从控制电路2作为转换结果输出至微型计算机。

在这样的结构的AD转换电路中，内部电容元件阵列1整体地被充电Q＝64pF×(Vt-Vain)的电荷。此外，Vt为比较器电路4的阈值电压，此时，模拟输入电压Vain的输入用的开关S1以及比较器电路4中的开关S2、S3为ON（导通：连接状态）。

该充电期间结束时，通过控制电路2的控制，使模拟输入用开关S1以及比较器电路4的开关S2、S3为OFF（断开：截止状态），蓄积在内部电容元件阵列1的电荷一直保持到通过比较器电路4进行的AD转换结束为止。

在通过比较器电路4进行的AD转换中，以最上位比特的转换为例，仅有32pF的电容元件通过开关SW1连接到模拟输入电压（这里为基准电压Vref）侧，除此以外的电容元件全部经由开关SW2～SW7及开关S4连接到GND。

本例的AD转换电路为10bit（bit9～bit0）的AD转换电路，“9bit”为最上位bit，在该连接状态下，设内部电容元件阵列1的一端（Cin：比较器电路4侧）上的电压为“V9”时，蓄积在内部电容元件阵列1的电荷（Q）不变，下式（1）成立。

Q＝64pF×(Vt-Vain)＝32pF×(V9-Vref)＋32pF×(V9-GND）…（1）

设转换电压范围为从电源电压VDD到接地（0V）时，即，设基准电压Vref＝电源电压VDD、GND＝0V时，作为比较器电路4的输入部（Cin）的电压变化量的“Vt-V9”的值成为“Vt-V9＝Vain-（1/2）×VDD”。

在比较器电路4中，以V9的值比Vt的值高还是低来判定转换结果，因而若“Vain＞（1/2）×VDD”则“V9＜Vt”，转换结果为“1”（High，高），若“Vain＜（1/2）×VDD”则“V9＞Vt”，转换结果为“0”（Low，低）。

因此，最上位比特的判定以模拟输入电压Vain比“（1/2）×VDD”大还是小来决定。其他比特也用与最上位比特同样的动作来转换。