JPH01296824A - A/d変換器 - Google Patents

A/d変換器

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JPH01296824A
JPH01296824A JP12792088A JP12792088A JPH01296824A JP H01296824 A JPH01296824 A JP H01296824A JP 12792088 A JP12792088 A JP 12792088A JP 12792088 A JP12792088 A JP 12792088A JP H01296824 A JPH01296824 A JP H01296824A
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Mineo Toshima
戸島 峰夫
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (#、業上の利用分野) 本発明は、2段階(縦続)積分方式のA/D変換器に関
し、更に詳しくは、はじめに入力電圧に対応した電圧を
保持し、次に基準電流源からの定電流によりこの積分電
圧を放電期間(逆積分期間)を二つに分け、前半の逆積
分を急速に、後半の逆積分を網やかに行うようにした縦
続積分方式のA/D変換器に関する。
(従来の技術) 第6図は、従来のこの種のA/D変換器の構成を示すブ
ロック図である。図において、1はアンプAPと、積分
コンデンサC8Hとで構成される積分器、Slは変換ず
べき入力電圧VINを入力抵抗R1を介して積分器1の
入力端に与えるためのスイッチ、RS Hは帰還抵抗で
ある。2及び3はそれぞれ異なった値の定電流IO,t
oを出力する定電流源、S2、S3はそれぞれ定電流源
2.3からの定電流IO,toを積分器1の入力端に与
える為のスイッチである。
4及び5はそれぞれ積分器1の出力電圧V o utと
所定の電圧−vth、コモン電圧を比較する比較器、6
は各比較器4.5からの信号を入力するディジタル回路
で、内部に例えば9ビツトの上位カウンタc u iと
、7ビツトの下位カウンタCU2とを備えている。この
ディジタル回路6は、スイッチ81〜S3を制御すると
共に、各カウンタからディジタル信号を得るものである
第7図は、この装置の動作を示すタイミングチャートで
ある。はじめにスイッチS1を(b)に示すようにオン
(スイッチS2、S3はオフ)とする。これによって積
分器1は帰還抵抗R3Hを含んで反転形のサンプル・ホ
ールド回路を構成し、積分器1のコンデンサC8Hには
、入力電圧VINを入力抵抗R1と帰還抵抗RS Hで
二分した電圧が、(a)に示すように保持される。
次にスイッチS1をオフ、スイッチS2、S3を(c)
及び(d)に示すようにオンとする。これと同時に、デ
ィジタル回路内に構成されている上位カウンタCUIの
計数を(e)に示すように開始させる。積分器1の出力
電圧Voutは、(a)に示すように、定電流l011
0によって、一定の傾きでコモン電圧(0■)に近付い
てゆく。
ここで、積分器1の出力電圧V o u tが所定の電
圧−vthに達すると、比較器4がこれを検出し、ディ
ジタル回路6は、スイッチS2を(c)に示すようにオ
フとする。これと同時に上位カウンタCUIの計数を停
止し、今度は(f)に示すようにディジタル回路6内に
構成されている下位カウンタCtJ 2の計数を開始さ
せる。
積分器1は、今度は定電流10だけにより放電され、そ
の出力電圧Voutがやがて、Ovを横切る。比較器5
はこれを検出し、ディジタル回路6はこの時点で下位カ
ウンタCU2の計数を停止させる。
定電流源IOと、IOとの間には、一定の関係、例えば
(I O+ i 0 ) / i 0 = 2’  の
関係を持たせてあり、また、上位カウンタCUIと、下
位カウンタCU2を直列に接続することにより、9ビツ
トカウンタの1カウントは、7ビツトカウンタの1カウ
ントの27  倍の重み付けがしである。従って、上位
カウンタC1J1と、下位カウンタCU2を直列に接続
し、16ビツトのA/D変換データを得ることが出来る
ようになっている。
(発明が解決しようとする課題) このように構成した従来装置は、A/D変換動作に先立
って、入力電圧VINをサンプルボールドするなめに、
時刻tO〜t1の間はスイッチS2、S3はオフに維持
する必要があり、また時刻t1では同じタイミングで2
つのスイッチS2、S3をオンとさせる必要がある。
しかしながら、独立した2つのスイッチS2、S3を、
同時にオンとさせる事は容易ではないし、また、スイッ
チS3のリーク電流や、オン時の抵抗も変換誤差に介入
するという問題点があった。
本発明は、この様な問題点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、スイッチS3を無くし、このスイッチS3が
存在することによる問題点を解決し、変換精度の高いA
/D変換器を実現することにある。
(課題を解決するための手段) 第1図は本発明の基本的な構成ブロック図である0図に
おいて、1は積分手段、Slはこの積分手段1に変換ず
べき入力アナログ信号VINを一定時間与えるための第
1のスイッチ手段、2は基準電圧源、R1は第1の抵抗
、S2は第1の抵抗R1を介して基準電圧源2からの基
準電圧−Vrを積分手段1に与えるための第2のスイッ
チ、R2は基準電圧源2と積分手段1の入力端との間に
接続した第2の抵抗、S3は積分手段1を構成するコン
デンサCと並列に接続された第3のスイッチ、4は積分
手段1からの出力を所定の電圧−Vthと比較する第1
の比較手段、5は積分手段1からの出力をコモン電圧と
比較する第2の比軟手段、6はこれらの比較手段4.5
からの信号を入力し、第1ないし第3のスイッチ81〜
S3のオン、オフを制御すると共に、第2のスイッチS
2をオンとしてから第1の比較器4の出力が反転するま
での時間と、第1の比較器4の出力が反転してから第2
の比較器5の出力が反転するまでの時間を計数すると共
に、所定の演算を行ってディジタル信号を得るディジタ
ル回路である。
(作用) 第3のスイッチS3をオンとすることにより、積分器1
のコンデンサCの電荷をディスチャージさせ、第1のス
イッチS1をオンとすることによって、変換ずべき入力
信号VINを積分し、第2のスイッチS2をオンとする
ことによって、急な傾斜で積分器1の出力電圧Vout
をコモン電圧に近付かせ、第2のスイッチS2をオフと
することによって、綬やかな傾斜で出力電圧をコモン電
圧に近付かせる。
(実施例) 以下図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
第2図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る0図において、第1図の各部分と同じものには同一符
号を付して示す。
図において、60は第1、第2の各比較器4.5からの
信号を入力するマイクロプロセッサで、この中には、上
位カウンタCUI、下位カウンタCU2、第1〜第3の
スイッチの制御手段CN ’l’、各カウンタへ印加す
るクロックの発生手段CK及び各カウンタの計数値を用
いて所定の演算を行ってディジタル信号を得る演算手段
CPを持っている。
このように構成した装置の動作を次に説明する。
第3図は動作の一例を示すタイミングチャートである。
はじめに第3のスイッチS3を(b)に示すようにオン
とする。これによって、積分器1のコンデンサCの両端
が短絡され、積分器1はリセット状態になり、その出力
電圧Voutは、(a)に示すように0■となる。
次に第1のスイッチS1を一定時間TS(この間のカウ
ンタの計数値をN1とする)だけ(c)に示すようにオ
ンとする。これによって入力電圧VINは、積分器1の
入力端に与えられ積分される。積分器1の出力電圧Vo
utは、入力電圧VINの大きさに比例した傾斜で大き
くなり、一定時間TS経過後の出力電圧v1は、(1)
式で表される。
・・・・・・(1) ただし、Tは1クロック分 N1は時刻tO〜t1間でのカウン ト数で一定値 次に第2のスイッチS2を(d)に示すようにオンとす
る。これによって、積分器1は定電流IOと、10とに
よって(a)に示すように逆積分され、その出力電圧V
outは大きな傾斜でOVに近付く、ここで第2のスイ
ッチs2をオンとすると同時に、上位カウンタCUIが
クロックの計数動作を開始する。積分器1の出力電圧V
 o u t。
が、所定の電圧−vthに達すると、第1の比較器4が
これを検出する。マイクロプロセッサ6゜はこれを受け
、第2のスイッチs2をオフにすると共に、上位カウン
タCUIの計数を停止させる。
また、同時に(f)に示すように下位カウンタCU2の
計数動作を開始させる。
積分器1の出力電圧Voutが、所定の電圧−vthに
達した時刻t3では、積分器1の出力電圧v2は(−2
)式で表される。
・・・・・・(2) ただし、N2は時刻t2〜t3でのカウント値第2のス
イッチS2がオフとなると、今度は積分器1は定電流1
0だけによって逆積分されるので、その出力電圧V o
 u tは、緩やかな傾斜で0■に近付き、やがてOv
を(a)に示すように槽切る。第2の比−鮫器2はこれ
を検出し、この時点で下位カウンタCU2の計数動作を
停止させる。
ここで、定電流10と、10との間には、(IO+i0
)/1o=2 の関係を持たせてあり、上位カウンタC1J1の1カウ
ントは、下位カウンタCtJ 2の2 倍の重み付けが
しである。
積分器1の出力電圧VoutがOvを横切った時刻t4
では、積分器1の出力電圧v3は(3)式で表される。
時刻t1から時刻t2までの積分値と、時刻t2から積
分器1の出力電圧V o u tが0■を横切る時刻t
4までの積分値は、(a)に示すようにその絶対値が等
しいから、(1)、(2)、(3)式から(4)式が成
り立つ。
ここで、1o=Vr/R2、 RO=R1とすれば、 (4)式は、(5)式で表される。
ただし、I O= V r / R1 (IO+i0)/1o=2’ (nは整数) マイクロプロセッサ60内の演算手段CPは、(5)式
の演算を行うことによって、入力信号VINに対応した
ディジタル信号を得ることができる。
第4図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。第2図の実施例は、入力信号VINが正電圧の場合
を想定したものであるが、この実施例では、入力電圧V
INが負電圧の場合も扱えるように、抵抗R3及び第4
のスイッチS4を介して、正極性の基準電圧源7を積分
器1の入力端に接続するようにしたものである。
第5図は、第4図実施例の動作を示すタイミングチャー
トである。入力信号VINを積分する前に、(e)に示
すように第4のスイッチS4を一定時間オンとし、基準
電圧十Vrを積分する期間°が設けられている。それ以
外の動作は、第3図と同様である。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明は、従来装置にあっ
た微少型′aiOをオン、オフするようなスイッチを無
くする構成としたもので、このスイッチが存在すること
に起因するリーク電流やオン抵抗の変化、2つのスイッ
チが同時にオンとならないことによる変換誤差を無くす
ることができ、変換精度の高いA/D変換器を実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本的な構成ブロック図、第2図は本
発明の一実施例を示す構成ブロック図、第3図は動作の
一例を示すタイミングチャート、第4図は本発明の他の
実施例を示す構成ブロック図、第5図はその動作を示す
タイミングチャート、第6121は従来装置の構成ブロ
ック図、第7図はその動作のタイミングチャートである
。 1・・・積分器 2・・・基準電圧源 4・・・第1の比較器 5・・・第2の比較器 6・・・ディジタル回路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 積分手段と、 この積分手段に変換すべき入力アナログ信号を一定時間
    与えるための第1のスイッチ手段と、基準電圧源と、 第1の抵抗を介して前記基準電圧源からの基準電圧を前
    記積分手段に与えるための第2のスイッチと、 前記前記基準電圧源と前記積分手段の入力端との間に接
    続した第2の抵抗と、 前記積分手段を構成するコンデンサと並列に接続された
    第3のスイッチと、 前記積分手段からの出力を所定の電圧と比較する第1の
    比較手段と、 前記積分手段からの出力をコモン電圧と比較する第2の
    比較手段と、 これらの比較手段からの信号を入力し、前記第1ないし
    第3のスイッチのオン、オフを制御すると共に、前記第
    2のスイッチをオンとしてから前記第1の比較器の出力
    が反転するまでの時間と、第1の比較器の出力が反転し
    てから第2の比較器の出力が反転するまでの時間を計数
    すると共に、これらの計数値を用いて所定の演算を行つ
    てディジタル信号を得るディジタル回路 とを備えたA/D変換器。
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