JPH0139251B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0139251B2 JPH0139251B2 JP59010865A JP1086584A JPH0139251B2 JP H0139251 B2 JPH0139251 B2 JP H0139251B2 JP 59010865 A JP59010865 A JP 59010865A JP 1086584 A JP1086584 A JP 1086584A JP H0139251 B2 JPH0139251 B2 JP H0139251B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- integrator
- switch
- time
- voltage
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/50—Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
- H03M1/52—Input signal integrated with linear return to datum
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は高精度でアナログ電圧をデジタルデー
タに変換するための積分型AD変換器に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an integrating AD converter for converting analog voltage to digital data with high precision.
従来技術とその問題点
比較的低速で高精度にAD変換を行うAD変換
器としては二重積分型のAD変換器が広く用いら
れている。二重積分型AD変換器は入力電圧を積
分器によつて所定時間積分した後、入力電圧とは
逆極性の基準電源によつて積分を開始してから積
分器出力が所定レベルに達するまでの時間だけゲ
ート回路を開放し、その間の積分時間だけクロツ
ク信号のパルス数を計数することによつてAD変
換を行うものである。この二重積分型AD変換器
では入力信号と基準電圧が同じコンデンサを用い
た積分器によつて積分されるので、積分コンデン
サや入力抵抗の値が安定であれば変換精度に影響
を及ぼさず、又入力電圧の積分時間をクロツク信
号を分周して得るようにすればクロツク信号の周
波数自体は測定精度に影響を及ぼさないという特
徴がある。更に入力電圧の積分時間を電源周期の
整数倍に選ぶことによりノーマルモードノイズを
よく除去できるという優れた特性があつて広く用
いられている。しかしながらこのような二重積分
型AD変換器の場合には積分器のオフセツトに基
づく測定誤差を除くことができないという問題点
があつた。そこでこの誤差を除くためにいくつか
の方法が提案されており、それらはアナログ方式
とデジタル方式に分類することができる。Prior art and its problems Double-integration type AD converters are widely used as AD converters that perform AD conversion at relatively low speed and with high precision. A double integration type AD converter uses an integrator to integrate the input voltage for a predetermined period of time, and then starts integration using a reference power supply with the opposite polarity to the input voltage. AD conversion is performed by opening the gate circuit for a certain period of time and counting the number of pulses of the clock signal during the integration period during that period. In this double integration type AD converter, the input signal and reference voltage are integrated by an integrator using the same capacitor, so as long as the values of the integration capacitor and input resistance are stable, it will not affect conversion accuracy. Furthermore, if the integration time of the input voltage is obtained by frequency-dividing the clock signal, the frequency of the clock signal itself does not affect the measurement accuracy. Further, by selecting the input voltage integration time to be an integer multiple of the power supply period, normal mode noise can be effectively removed, which is why it is widely used. However, in the case of such a double integration type AD converter, there is a problem in that measurement errors due to the offset of the integrator cannot be eliminated. Therefore, several methods have been proposed to eliminate this error, and these can be classified into analog methods and digital methods.
第1図はアナログ方式によつてオフセツトエラ
ーを軽減するようにしたオートゼロ回路を設けた
二重積分型AD変換器の基本構成を示す回路図で
ある。本図においてアナログスイツチS1,S2
及びS3は積分器4に与えられる反転入力を入力
電圧Vi、基準電圧Vrefを有する基準電圧源5及
び接地側に夫々切換えるものであつて、このうち
いずれかが入力抵抗R6を介して積分器4の反転
入力端に接続される。積分器4は入出力端間に積
分コンデンサC7が接続され、その非反転入力端
はコンデンサC8を介して接地されている。積分
器4の出力はコンパレータ9に与えられ、コンパ
レータ9の出力はアナログスイツチS10を介し
て積分器4の非反転入力端に与えられると共に、
コントロールロジツク回路11に与えられる。コ
ントロールロジツク回路11はこれらのスイツチ
S1,S2,S3及びS10を制御すると共に、
コンパレータ9の出力に基づいてゲート信号を形
成してカウンタ12に与える。カウンタ12はク
ロツク信号を計数するものであつて、その出力を
ラツチ回路13に与えてAD変換信号とする。こ
のAD変換器は第2図に各部の波形図を示すよう
に初期状態の時刻t0にスイツチS3及びS10
をオンとする。そうすればコンパレータ9の出力
が積分器4の非反転入力端に接続されるので、全
体として増幅率1のバツフアアンプとなり積分器
4の入力インピーダンスは極めて高く入力抵抗R
6には演算増幅器の入力バイアス電流程度の微少
な電流しか流れず、その一端がスイツチS3によ
つて接地されているため入力端も零ボルトとな
る。一方積分器4の演算増幅器のオフセツト電圧
をVosとすると、非反転入力端の電圧はコンパレ
ータ9の出力によつて補正用コンデンサC8に充
電されて一定時間後には−Vosとなる。次に時刻
t1において通常の二重積分AD変換器と同様に
スイツチS1を閉成して積分器4によつて入力電
圧Viを一定時間積分する。そうすれば第2図a
に実線で示すように積分器4の出力が入力電圧
Viに対応した傾斜で低下し、所定時間の経過後
の時刻t2にコントロールロジツク11はスイツ
チS1を閉成しスイツチS2を開放する。そうす
れば積分器4の反転入力端に入力電圧Viとは逆
極性の基準電圧Vrefの基準電圧源5が接続され
るので、積分器4の出力は基準電圧Vrefに対応
した逆方向の傾斜によつて上昇し、所定のレベル
に達する時刻t3にコンパレータ9が出力を出し
てコントロールロジツク回路11に信号を与え
る。この時刻t2〜t3の時間がカウンタ12に
よつて測定されており、その終了時の計数値がラ
ツチ回路13によつてAD変換値として保持され
る。このようなオートゼロ方式の二重積分回路で
は入力電圧の積分時に非反転入力端子に与えられ
る電圧は、補正用コンデンサC8の電圧よりも
Vosだけ高いので積分器のオフセツトが打消され
たこととなる。このように1AD変換サイクル中
にオフセツト電圧は補正用コンデンサC8に一時
保持されており、入力電圧の積分時にはそのオフ
セツト電圧が打消された状態で積分が行われるの
で、入力オフセツトを除くことが可能となる。し
かしながらアナログ的にコンデンサによつてオフ
セツト電圧をホールドしているのでホールド回路
特有のドループが存在し、コンデンサC8のオフ
セツト電圧が徐々に放電してしまい反転入力端子
の電圧を完全に零ボルトに保つことはむずかしい
という欠点があつた。又第2図aに示すように入
力電圧積分時にスイツチの切替え時等のスパイク
ノイズがあれば、破線で示すようにその積分値が
異なることとなりスパイクノイズは直接積分器の
出力に誤差となつて表れる。このようなスパイク
ノイズによる誤差はアナログ方式の二重積分AD
変換器では除くことができないという問題点があ
つた。 FIG. 1 is a circuit diagram showing the basic configuration of a double-integration AD converter equipped with an auto-zero circuit that reduces offset errors using an analog system. In this figure, analog switches S1 and S2
and S3 are for switching the inverting input given to the integrator 4 to the input voltage Vi, the reference voltage source 5 having the reference voltage Vref, and the ground side, respectively. connected to the inverting input terminal of An integrating capacitor C7 is connected between the input and output terminals of the integrator 4, and its non-inverting input terminal is grounded via a capacitor C8. The output of the integrator 4 is applied to a comparator 9, and the output of the comparator 9 is applied to the non-inverting input terminal of the integrator 4 via an analog switch S10.
The signal is applied to the control logic circuit 11. The control logic circuit 11 controls these switches S1, S2, S3 and S10, and
A gate signal is formed based on the output of the comparator 9 and is provided to the counter 12. The counter 12 counts the clock signal, and its output is given to the latch circuit 13 as an AD converted signal. As shown in the waveform diagram of each part in FIG. 2, this AD converter switches S3 and S10 at time t0 in the initial state.
Turn on. In this way, the output of the comparator 9 is connected to the non-inverting input terminal of the integrator 4, so the whole becomes a buffer amplifier with an amplification factor of 1.The input impedance of the integrator 4 is extremely high, and the input resistance R
Only a very small current, about the same as the input bias current of an operational amplifier, flows through the input terminal 6, and since one end thereof is grounded by the switch S3, the input terminal is also at zero volts. On the other hand, if the offset voltage of the operational amplifier of the integrator 4 is Vos, the voltage at the non-inverting input terminal is charged to the correction capacitor C8 by the output of the comparator 9, and becomes -Vos after a certain period of time. Next, at time t1, the switch S1 is closed and the input voltage Vi is integrated for a certain period of time by the integrator 4, as in a normal double-integration AD converter. Then, Figure 2 a
As shown by the solid line in , the output of integrator 4 is equal to the input voltage.
The control logic 11 closes the switch S1 and opens the switch S2 at time t2 after a predetermined period of time has elapsed. Then, the reference voltage source 5 of the reference voltage Vref having the opposite polarity to the input voltage Vi is connected to the inverting input terminal of the integrator 4, so that the output of the integrator 4 has a slope in the opposite direction corresponding to the reference voltage Vref. Then, at time t3 when the voltage rises and reaches a predetermined level, the comparator 9 outputs an output and provides a signal to the control logic circuit 11. The time from time t2 to time t3 is measured by the counter 12, and the count value at the end of the measurement is held by the latch circuit 13 as an AD conversion value. In such an auto-zero double integration circuit, the voltage applied to the non-inverting input terminal when integrating the input voltage is higher than the voltage of the correction capacitor C8.
Since only Vos is high, the offset of the integrator has been canceled. In this way, the offset voltage is temporarily held in the correction capacitor C8 during one AD conversion cycle, and when integrating the input voltage, the integration is performed with the offset voltage canceled, making it possible to eliminate the input offset. Become. However, since the offset voltage is held by a capacitor in an analog way, there is a droop peculiar to the hold circuit, and the offset voltage of capacitor C8 gradually discharges, making it impossible to maintain the voltage at the inverting input terminal at completely zero volts. The drawback was that it was difficult. In addition, as shown in Figure 2a, if there is spike noise during input voltage integration, such as when switching a switch, the integral value will differ as shown by the broken line, and the spike noise will directly become an error in the output of the integrator. appear. Errors caused by such spike noise can be eliminated by analog double integration AD.
There was a problem in that it could not be removed using a converter.
一方積分器のオフセツトによる誤差を除くため
にデジタル方式によつてオフセツトエラーを軽減
したAD変換器も提案されている。第3図はこの
ようなAD変換器の一例を示す回路図である。本
図において第1図と同一部分には同一符号を付し
ている。このAD変換器では基準電圧源は夫々
1/2Vrefの電圧を有し直列に接続された二つの
基準電圧源5a,5bとして構成されており、そ
の中点は積分器4の非反転入力端子に接続され
る。又積分器4のコンデンサC7を短絡するため
のスイツチS155が設けられており、これはコ
ントロールロジツク回路16によつて制御され
る。又コンパレータ9の出力はコントロールロジ
ツク回路16にのみ与えられている。このような
構成を有する積分型AD変換器において、動作時
にはまず最初に積分器4のコンデンサC7を短絡
するスイツチS15をオンとする。そうすればコ
ンデンサC7に充電されている電荷が放電される
と同時に積分器4はバツフアアンプとなり、その
出力電圧は非反転入力端子に接続されている基準
電圧源5bの電圧1/2Vrefにほぼ等しくなる。
そしてその後時刻t4にスイツチS2をオンとす
れば積分器4の反転入力端には基準電圧源5a,
5bの合計電圧Vrefが与えられることとなり、
積分器4の出力はコンパレータ9のコンパレート
ベルトにまで低下し、第4図bに示すようにコン
パレータ9が出力を出した時刻t5にコントロー
ルロジツク回路16はスイツチS3をオンとして
積分器4の反転入力端子を接地する。そうすれば
積分器4にはオフセツトを含む非反転入力端子の
基準電圧1/2Vrefとオフセツト電圧Vosの値が
与えられその電圧によつて積分される。そしてこ
の積分時間は一定時間KT秒と定められており、
KT秒後の時刻t6には放電サイクルに移る。こ
の放電サイクルではスイツチS2をオンとし、積
分器4の反転入力端子に基準電圧Vrefを接続し
コンパレータ9のコンパレートレベルに到る時刻
t7まで逆方向に積分する。そうすればオフセツ
ト電圧Vosがなければ時刻t5〜t6までの位相
PH1とt6〜t7までの位相PH2とは同一であ
るが、第4図aに破線で示すようにオフセツトが
ある場合には時刻t7はnTだけずれた長い積分
時間となる。ここで位相PH1での積分器出力は
ΔV1は
ΔV1=KT/CR(Vref/2+Vos) ……(1)
でありPH2での積分器出力は
ΔV′1=(K+n)T/CR(Vref/2−Vos)=−ΔV1
……(2)
となる。そしてこれらの式より
n=2K/Vref/2Vos−1 ……(3)
Vos=Vref/2・n/2K+n ……(4)
が得られる。さて時刻t7においてコンパレータ
9の出力が反転するとスイツチS1をオンとして
入力電圧Viを積分する。この積分の終了時間は
時刻t6から3KTに定められており、位相PH3
における入力電圧Viの積分時間は位相PH2の時
間、即ちオフセツト電圧によつて変化して(2K
−n)Tとなる。そして時刻t8にスイツチS2
をオンとして積分器4を逆方向に積分し、コンデ
ンサC7を放電する。そうすれば第4図aに示す
ようにコンパレータ7のコンパレートレベルに達
するまで積分が行われ、このときの積分時間を
PH4とする。ここで位相PH3での積分値ΔV2は
積分時間が(2K−n)Tであるので
ΔV2=−(2K−n)T/CR・(−Vref/2+Vi−Vos)
……(5)
であり、PH4での積分時間はオフセツトによる
計数差をnとすると(2K+n+N)となり、積
分器4の出力は
ΔV′2=−(2K+n+N)T/CR(Vref/2−Vos)
……(6)
となる。従つて式(3)、(5)、(6)よりVosを消去して
Nについて表すと、
N=−Vi/VrefK[1−(n/2K)2]−n2/K1……(7)
従つて第4図gに示すように、位相PH4の時間
を入力クロツク出力をトータライジングカウンタ
17によつて計数し、計数値をラツチ回路18に
保持してAD変換値を求める。 On the other hand, an AD converter has also been proposed in which the offset error is reduced using a digital method in order to eliminate the error caused by the offset of the integrator. FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of such an AD converter. In this figure, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. In this AD converter, the reference voltage sources are configured as two reference voltage sources 5a and 5b connected in series, each having a voltage of 1/2 Vref, the midpoint of which is connected to the non-inverting input terminal of the integrator 4. Connected. Also provided is a switch S155 for shorting the capacitor C7 of the integrator 4, which is controlled by the control logic circuit 16. Further, the output of the comparator 9 is given only to the control logic circuit 16. In the integrating AD converter having such a configuration, during operation, the switch S15 that short-circuits the capacitor C7 of the integrator 4 is first turned on. Then, at the same time as the charge stored in the capacitor C7 is discharged, the integrator 4 becomes a buffer amplifier, and its output voltage becomes almost equal to the voltage 1/2Vref of the reference voltage source 5b connected to the non-inverting input terminal. .
Then, when the switch S2 is turned on at time t4, the reference voltage source 5a is connected to the inverting input terminal of the integrator 4.
5b total voltage Vref is given,
The output of the integrator 4 drops to the comparator belt of the comparator 9, and at time t5 when the comparator 9 outputs an output, the control logic circuit 16 turns on the switch S3 to turn on the integrator 4. Ground the inverting input terminal. Then, the reference voltage 1/2 Vref of the non-inverting input terminal including the offset and the value of the offset voltage Vos are given to the integrator 4, and the voltage is integrated. This integration time is defined as a constant time KT seconds,
At time t6 after KT seconds, the discharge cycle begins. In this discharge cycle, switch S2 is turned on, reference voltage Vref is connected to the inverting input terminal of integrator 4, and integration is performed in the reverse direction until time t7 when the comparator 9 reaches the comparison level. Then, if there is no offset voltage Vos, the phase from time t5 to t6
PH1 and the phase PH2 from t6 to t7 are the same, but if there is an offset as shown by the broken line in FIG. 4a, time t7 becomes a long integration time shifted by nT. Here, the integrator output at phase PH1 is ΔV 1 = KT/CR (Vref/2+Vos) ...(1), and the integrator output at PH2 is ΔV' 1 = (K+n ) T/CR (Vref /2−Vos)=−ΔV 1 ...(2). From these equations, n=2K/Vref/2Vos-1...(3) Vos=Vref/2・n/2K+n...(4) can be obtained. Now, at time t7, when the output of the comparator 9 is inverted, the switch S1 is turned on and the input voltage Vi is integrated. The end time of this integration is set at 3KT from time t6, and the phase PH3
The integration time of the input voltage Vi at varies depending on the time of phase PH2, that is, the offset voltage (2K
-n) becomes T. Then, at time t8, switch S2
is turned on, the integrator 4 integrates in the opposite direction, and the capacitor C7 is discharged. Then, as shown in Figure 4a, integration is performed until the comparator level of comparator 7 is reached, and the integration time at this time is
Set it to PH4. Here, the integral value ΔV 2 at phase PH3 has an integration time of (2K-n)T, so ΔV 2 =-(2K-n)T/CR・(-Vref/2+Vi-Vos)...(5) Yes, the integration time in PH4 is (2K+n+N), where n is the count difference due to offset, and the output of integrator 4 is ΔV' 2 =-(2K+n+N)T/CR(Vref/2-Vos)...(6) becomes. Therefore, when Vos is eliminated from equations (3), (5), and (6) and expressed in terms of N, N=-Vi/VrefK[1-(n/2K) 2 ]-n 2 /K 1 ...( 7) Therefore, as shown in FIG. 4g, the time of phase PH4 is counted by the input clock output by the totalizing counter 17, and the counted value is held in the latch circuit 18 to obtain the AD conversion value.
このような四重積分方式はオフセツトエラーを
デジタル的に計数差nとして処理しており、積分
器のゲインに基づくスケーリングエラー(n/
2K)2は大幅に減少している。しかしながら入力
電圧Viを零にして残留するオフセツトエラー
n2/Kは依然として存在し誤差を完全に減少させ
ることはできていない。又この四重積分型AD変
換器では正確な二つの基準電圧源Vrefと1/
2Vrefが必要であり、誤差が生じ易く調整が困難
になるという実際上の問題点がある。更に入力電
圧Viの積分時間は入力オフセツト電圧によつて
変動するため、積分時間を正確に電源周波数の周
期の整数倍に固定することができず電源による誤
差が生じるという欠点がある。又第4図に示す位
相PH1の間の積分時間と位相PH3の間の積分時
間が異なるために位相PH1でのオフセツトによ
る計数差nは正確に位相PH3に反映していない
という問題点があつた。 In this quadruple integration method, offset errors are digitally processed as count differences n, and scaling errors based on the integrator gain (n/
2K) 2 has decreased significantly. However, the offset error that remains when the input voltage Vi is zero
n 2 /K still exists, and the error cannot be completely reduced. In addition, this quadruple integration type AD converter uses two accurate reference voltage sources Vref and 1/
There are practical problems in that 2Vref is required, errors are likely to occur, and adjustment is difficult. Furthermore, since the integration time of the input voltage Vi varies depending on the input offset voltage, there is a drawback that the integration time cannot be accurately fixed to an integral multiple of the cycle of the power supply frequency, resulting in an error caused by the power supply. Furthermore, since the integration time between phase PH1 and the integration time between phase PH3 shown in Fig. 4 are different, there is a problem that the count difference n due to the offset in phase PH1 is not accurately reflected in phase PH3. .
更にこれらの従来のAD変換器はいずれもAD
変換器の前段に配置した前置増幅器のオフセツト
エラーやスケーリングエラーを補正することが全
くできないという問題点があつた。 Furthermore, these conventional AD converters are both AD
There was a problem in that it was impossible to correct offset errors and scaling errors of the preamplifier placed upstream of the converter.
発明の目的
本発明はこのような従来の積分型AD変換器の
問題点を解消するものであつて、前置増幅器を含
めてオフセツトエラーやスケーリングエラーを補
正し、高精度で安定してAD変換を行うことがで
きるAD変換器を提供するものである。Purpose of the Invention The present invention solves the problems of the conventional integral type AD converter, and corrects the offset error and scaling error including the preamplifier, thereby achieving stable AD converter with high accuracy. The present invention provides an AD converter capable of performing conversion.
発明の構成と効果
本願第1の発明は、積分コンデンサを含み入力
信号を積分する積分器と、積分器への入力を被測
定電圧信号及び一定の基準電圧Vrefを有する基
準電圧源に夫々切換える第1、第2のスイツチ
と、該積分器の出力電圧を所定レベルと比較し所
定レベルに達したときに積分器の積分コンデンサ
の放電を停止させるコンパレータと、基準電圧源
の放電時間を計数するカウンタと、有する積分型
AD変換器であつて、制御入力により積分器の入
力を接地側に切換える第3のスイツチと、一定の
クロツク周期Tを有するクロツク信号発生器と、
クロツク信号発生器のクロツク周期Tの整数倍の
時間KTだけ第3のスイツチを閉成して積分器の
入力端を接地させ入力オフセツト電圧を積分し、
その後第2のスイツチを閉成して基準電圧Vref
により放電させると共に、その放電時間を第1の
ゲート信号とし、オフセツト電圧積分時間
(KT)と同一の時間だけ第1のスイツチを閉成
して被測定電圧を積分器に与え、その後前記第2
のスイツチを閉成して基準電圧Vrefにより放電
させ、その放電時間を第2のゲート信号とする制
御手段と、制御手段より得られる第1、第2のゲ
ート信号によりクロツク信号発生器のクロツクパ
ルス数を計数して夫々計数値n0、Nとする計数手
段と、計数手段の計数値により次式
Vin=−Vref/K+n0(N−n)
の演算を行い、VinをAD変換値とする演算手段
と、を具備するものである。又本願の第2の発明
は入力電圧を増幅率Aで増幅する前置増幅器を有
するAD変換器であつて、第1の発明に加えて制
御入力により積分器の入力を接地側に切換える第
4のスイツチを有し、クロツク信号発生器のクロ
ツク周期Tの整数倍の時間KTだけ第3のスイツ
チを閉成して積分器の入力端を接地させ入力オフ
セツト電圧を積分し、その後第2のスイツチを閉
成して基準電圧Vrefにより放電させると共に、
その放電時間を第1のゲート信号とし、オフセツ
ト電圧積分時間(KT)と同一の時間だけ第4の
スイツチを閉成して前置増幅器の入力端を接地さ
せ、入力オフセツト電圧を積分し、その後第2の
スイツチを閉成して基準電圧Vrefにより放電さ
せると共に、その放電時間を第2のゲート信号と
し、オフセツト電圧積分時間(KT)と同一の時
間だけ第1のスイツチを閉成して被測定電圧を積
分器に与え、その後第2のスイツチを閉成して基
準電圧Vrefにより放電させ、その放電時間を第
3のゲート信号とする制御手段と、制御手段より
得られる第1、第2、第3のゲート信号によりク
ロツク信号発生器のクロツクパルス数を計数して
夫々計数値n0、n1、Nとする計数手段と、計数手
段の計数値により次式
Vin=−Vref/A(K+n0)(N−n1)
の演算を行い、VinをAD変換値とする演算手段
と、を具備することを特徴とするものである。Structure and Effects of the Invention The first invention of the present application includes an integrator that includes an integrating capacitor and integrates an input signal, and an integrator that switches the input to the integrator to a voltage signal to be measured and a reference voltage source having a constant reference voltage Vref, respectively. 1. A second switch, a comparator that compares the output voltage of the integrator with a predetermined level and stops discharging the integrating capacitor of the integrator when it reaches the predetermined level, and a counter that counts the discharge time of the reference voltage source. and an integral type with
a third switch which is an AD converter and switches the input of the integrator to the ground side by a control input; a clock signal generator having a constant clock period T;
Close the third switch for a time KT that is an integral multiple of the clock period T of the clock signal generator, ground the input end of the integrator, and integrate the input offset voltage.
After that, the second switch is closed and the reference voltage Vref is
At the same time, the discharge time is set as the first gate signal, the first switch is closed for the same time as the offset voltage integration time (KT), and the voltage to be measured is applied to the integrator.
A control means for closing a switch to cause discharge by a reference voltage Vref and using the discharge time as a second gate signal, and controlling the number of clock pulses of the clock signal generator by the first and second gate signals obtained from the control means. and a counting means that calculates the counted values n 0 and N, respectively, and calculates the following formula Vin=-Vref/K+n 0 (N-n) using the counted values of the counting means, and sets Vin as the AD conversion value. means. Further, the second invention of the present application is an AD converter having a preamplifier that amplifies the input voltage with an amplification factor A, and in addition to the first invention, there is a fourth invention in which the input of the integrator is switched to the ground side by a control input. The third switch is closed for a time KT that is an integral multiple of the clock period T of the clock signal generator, the input end of the integrator is grounded, and the input offset voltage is integrated. is closed and discharged by the reference voltage Vref,
The discharge time is used as the first gate signal, the fourth switch is closed for the same time as the offset voltage integration time (KT), the input terminal of the preamplifier is grounded, the input offset voltage is integrated, and then The second switch is closed to discharge the reference voltage Vref, the discharge time is used as the second gate signal, and the first switch is closed for the same time as the offset voltage integration time (KT). A control means applies a measured voltage to an integrator, then closes a second switch to cause discharge by a reference voltage Vref, and uses the discharge time as a third gate signal, and first and second gate signals obtained by the control means. , a counting means that counts the number of clock pulses of the clock signal generator by a third gate signal to obtain counted values n 0 , n 1 , and N, respectively, and the following equation Vin=-Vref/A(K+n 0 )(N-n 1 ) and uses Vin as an AD conversion value.
このような特徴を有する本願の第1の発明によ
れば、前述した式に基づいてオフセツト電圧の影
響のない正しいAD変換値を得ることが可能とな
る。又積分器オフセツトAD変換サイクルと入力
電圧AD変換サイクルの積分時間が同一であるの
で積分中に生じるスパイクノイズによる影響や積
分器4の漏れ電流による影響が同一となる。又こ
れら2回のAD変換を行う間に回路定数やスパイ
クノイズ、ドループ等が安定していれば、これら
に伴う誤差が相殺されるためその影響を完全に除
去することが可能となる。更に積分時間を電源周
波数の周期の整数倍に選択することによつて電源
による周期的なノイズを小さくすることも可能と
なる。更に本願の第2の発明によれば、積分器の
前段に前置増幅器を設けた場合にもその増幅器の
オフセツト電圧分を含めて全体の誤差を補正する
ことができるため、正確なAD変換値を得ること
が可能となる。 According to the first invention of the present application having such characteristics, it is possible to obtain a correct AD conversion value without the influence of offset voltage based on the above-mentioned formula. Furthermore, since the integration time of the integrator offset AD conversion cycle and the input voltage AD conversion cycle are the same, the effects of spike noise generated during integration and leakage current of the integrator 4 are the same. Furthermore, if the circuit constants, spike noise, droop, etc. are stable during these two AD conversions, the errors associated with these will be canceled out, making it possible to completely eliminate their influence. Furthermore, by selecting the integration time to be an integral multiple of the period of the power supply frequency, it is also possible to reduce periodic noise caused by the power supply. Furthermore, according to the second invention of the present application, even if a preamplifier is provided before the integrator, the overall error including the offset voltage of the amplifier can be corrected, so that accurate AD conversion values can be obtained. It becomes possible to obtain.
実施例の説明
第5図は本願の第1の発明によるAD変換器の
一実施例を示す回路図である。本実施例は積分器
の前段に前置増幅器を付加しない場合のAD変換
器を示しており、第1図及び第3図の従来例と同
一部分は同一符号を用いている。このAD変換器
も第1図に示す従来例と同様に積分器4に加える
反転入力と入力電圧Vi、基準電圧Vrefを有する
基準電源5及び接地側に夫々切換える第1〜第3
のスイツチであるスイツチS1,S2,S3を有
している。スイツチS1〜S3は制御入力によつ
て開閉するアナログスイツチを用いるものとす
る。積分器4の入力信号はこれらのスイツチによ
つて選択されて入力抵抗R6を介して積分器4の
反転入力端子に与えられ、積分器4の非反転入力
端子には一定の電圧Vpを有する基準電源20が
接続される。又このAD変換器には積分コンデン
サC7の両端を短絡して積分器を初期化するスイ
ツチS15が設けられており、積分器4の出力は
コンパレータ9に与えられる。コンパレータ9は
積分器4の出力を所定のスレツシユホールドレベ
ルと比較して一致するときに出力を出すものであ
つて、その出力はコントロールロジツク回路21
に与えられ、積分器4の積分コンデンサC7の放
電を停止させるようにしている。コントロールロ
ジツク回路21は後述するように所定の処理ステ
ツプで各スイツチS1,S2,S3及びS15を
制御する制御手段であつて、コンパレータ9の出
力に基づいてゲート信号を形成してカウンタ22
に与える。コントロールロジツク回路21とカウ
ンタ22には一定の周期T(秒)のクロツク信号
を発生するクロツク発生器23が接続される。カ
ウンタ22はクロツク発生器23のクロツク信号
に基づいてゲートが開放されている間のクロツク
数を計数するものであつて、その計数値は一旦ラ
ツチ回路24に保持された後、演算処理ユニツト
25に与えられる。ここでカウンタ22及びラツ
チ回路23はコントロールロジツク回路21より
得られるパルス数を計数する計数手段を構成して
いる。演算処理ユニツト25はカウンタ22の計
数値に基づいて後述する所定の処理によつて正し
いAD変換値を出力する演算手段であつて、CPU
と処理プログラムを記憶する記憶手段から構成さ
れる。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of an AD converter according to the first invention of the present application. This embodiment shows an AD converter in which no preamplifier is added before the integrator, and the same parts as in the conventional example shown in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals. This AD converter is similar to the conventional example shown in FIG.
It has switches S1, S2, and S3, which are the switches of the following. The switches S1 to S3 are analog switches that are opened and closed by control input. The input signal of the integrator 4 is selected by these switches and applied to the inverting input terminal of the integrator 4 via the input resistor R6, and the reference signal having a constant voltage Vp is applied to the non-inverting input terminal of the integrator 4. Power source 20 is connected. This AD converter is also provided with a switch S15 that initializes the integrator by shorting both ends of the integrating capacitor C7, and the output of the integrator 4 is given to the comparator 9. The comparator 9 compares the output of the integrator 4 with a predetermined threshold level and outputs an output when they match, and the output is sent to the control logic circuit 21.
is applied to stop the discharging of the integrating capacitor C7 of the integrator 4. The control logic circuit 21 is a control means for controlling each switch S1, S2, S3, and S15 in predetermined processing steps, as will be described later, and forms a gate signal based on the output of the comparator 9 and outputs the gate signal to the counter 22.
give to A clock generator 23 is connected to the control logic circuit 21 and the counter 22, which generates a clock signal with a constant period T (seconds). The counter 22 counts the number of clocks while the gate is open based on the clock signal from the clock generator 23, and the counted value is once held in the latch circuit 24 and then sent to the arithmetic processing unit 25. Given. Here, the counter 22 and the latch circuit 23 constitute a counting means for counting the number of pulses obtained from the control logic circuit 21. The arithmetic processing unit 25 is an arithmetic means that outputs a correct AD conversion value by a predetermined process to be described later based on the count value of the counter 22, and is
and a storage means for storing a processing program.
次にこのAD変換器の動作について第6図の波
形図を参照しつつ説明する。まず時刻t11にお
いてスイツチS15をオンとし、積分器4の積分
コンデンサC6の両端を短絡する。そうすれば積
分コンデンサC6が放電し積分器4の出力は非反
転入力端子に与えられる電圧Vpによつて定めら
れる値となる。続いて時刻t12においてコント
ロールロジツク回路21からの制御によりスイツ
チS2を閉成する。そうすれば積分器4に入力抵
抗R6を介して基準電圧Vrefが加わり、積分器
4の出力電圧は第6図aに示すようにその基準電
圧に対応する傾斜で降下し、コンパレータ9のコ
ンパレートレベルに達する。こうして積分器4の
初期化サイクルを終了するとコンパレータ9は出
力をコントロールロジツク回路21に与える。そ
うすれば続いてスイツチS3がオンとなり入力抵
抗R6の一端は接地される。従つて時刻t13以
後第6図aに示すように積分器4のオフセツト電
圧Vosに積分器4の非反転入力端子に接続されて
いるバイアス電源の電圧Vpを加えた電圧Vsによ
つて積分が開始されることとなり、その積分時間
をKTとしておくものとする(但しKは一定の正
整数)。そしてこの位相PH11の積分時間KT(秒)
が経過する時刻t14に第6図dに示すように再
びスイツチS2をオンとして、積分器4の反転入
力端子に基準電圧Vrefを接続する。そうすれば
積分器4の出力は第6図aに示すように所定の傾
斜で降下し、積分コンデンサC7が放電する。コ
ントロールロジツク回路21はこの間の第1のゲ
ート信号をカウンタ22に与え、カウンタ22は
第6図gに示すようにクロツク発生器23のクロ
ツクパルス数を計数する。そして積分器4の出力
がコンパレータ9のコンパレートレベルに達する
時刻t15にコンパレータ9の出力に基づいてこ
の計数を停止すると共に、スイツチS2をオフと
しスイツチS15をオンとして積分コンデンサC
6の両端を短絡する。このときここで時刻t14
〜t15までの位相PH12の間に得られたカウン
タ22の計数値をn0とすると、その値をラツチ回
路24に一時保持しておく。そして所定時間の経
過後の時刻t16にスイツチS2をオンとして積
分器4を初期化する積分器初期化サイクルに入
る。尚この時刻t15〜t17の間積分器初期化
サイクルは前述した時刻t11〜t13までの積
分器初期化サイクルと同一のものであつて、AD
変換を厳密に行う必要がなければ挿入する必要は
なく時刻t15から次のサイクルに移ることもで
きる。この実施例の場合は初期化サイクルを終え
る時刻刻t17にスイツチS1をオンとして入力
電圧Viを積分器4の反転入力端に与えて積分す
る。そうすれば第6図aに示すように積分器4の
出力は入力電圧Viに対応する傾斜で上昇する。
この位相PH13の積分時間は時刻t13〜t14
の位相PH11の積分時間と同じく第6図aに示す
ようにKT(秒)とすると、この時間が経過する
時刻t18にスイツチS2をオンとして放電サイ
クルに入る。そしてその放電サイクルが開始する
時刻t18から再びカウンタ22に第2のゲート
信号を与えてクロツク発生器23のクロツクパル
ス数を計数させる。そして積分器4の出力が所定
のコンパレートレベルに達する時刻t19にコン
パレータ9の出力によつてこの計数を停止して計
数値をラツチ回路24に保持する。ここで時刻t
18〜t19までの位相PH14の間に得られた計
数データをNとする。そうして演算処理ユニツト
25は次の演算によつて積分器4のオフセツトの
影響を除いて正しいAD変換値を求める。即ち時
刻t13〜t14までの位相PH11が終了する時
刻t14の積分器4の電圧をΔV01とし、時刻t
14の時点の積分器4の出力電圧を基準とし時刻
t15の時点の積分器4の電圧を−ΔV02とする
と、これらの電圧は夫々次式(11)、(12)で表される。 Next, the operation of this AD converter will be explained with reference to the waveform diagram in FIG. First, at time t11, switch S15 is turned on to short-circuit both ends of integrating capacitor C6 of integrator 4. Then, the integrating capacitor C6 is discharged and the output of the integrator 4 becomes a value determined by the voltage Vp applied to the non-inverting input terminal. Subsequently, at time t12, the switch S2 is closed under control from the control logic circuit 21. Then, the reference voltage Vref is applied to the integrator 4 via the input resistor R6, and the output voltage of the integrator 4 drops at a slope corresponding to the reference voltage as shown in FIG. reach the level. After completing the initialization cycle of the integrator 4, the comparator 9 provides an output to the control logic circuit 21. Then, the switch S3 is turned on and one end of the input resistor R6 is grounded. Therefore, after time t13, as shown in FIG. 6a, integration is started by the voltage Vs that is the sum of the offset voltage Vos of the integrator 4 and the voltage Vp of the bias power supply connected to the non-inverting input terminal of the integrator 4. The integration time is assumed to be KT (K is a constant positive integer). And the integration time KT (seconds) of this phase PH11
At time t14, when , the switch S2 is turned on again as shown in FIG. 6d, and the reference voltage Vref is connected to the inverting input terminal of the integrator 4. Then, the output of the integrator 4 falls at a predetermined slope as shown in FIG. 6a, and the integrating capacitor C7 is discharged. The control logic circuit 21 applies the first gate signal during this period to the counter 22, and the counter 22 counts the number of clock pulses of the clock generator 23 as shown in FIG. 6g. Then, at time t15 when the output of the integrator 4 reaches the comparison level of the comparator 9, this counting is stopped based on the output of the comparator 9, and the switch S2 is turned off and the switch S15 is turned on, so that the integrating capacitor C
Short-circuit both ends of 6. At this time, time t14
Assuming that the count value of the counter 22 obtained during the phase PH12 from t15 is n0 , that value is temporarily held in the latch circuit 24. Then, at time t16 after a predetermined period of time has elapsed, the switch S2 is turned on to enter an integrator initialization cycle in which the integrator 4 is initialized. The integrator initialization cycle from time t15 to t17 is the same as the integrator initialization cycle from time t11 to t13 described above.
If it is not necessary to strictly perform the conversion, there is no need to insert it, and the next cycle can be started from time t15. In this embodiment, at time t17 when the initialization cycle ends, the switch S1 is turned on, and the input voltage Vi is applied to the inverting input terminal of the integrator 4 for integration. Then, as shown in FIG. 6a, the output of the integrator 4 rises with a slope corresponding to the input voltage Vi.
The integration time of this phase PH13 is from time t13 to t14.
Assuming that KT (seconds) is the same as the integral time of phase PH11 as shown in FIG. 6a, at time t18 when this time has elapsed, switch S2 is turned on and the discharge cycle begins. Then, from time t18 when the discharge cycle starts, the second gate signal is again applied to the counter 22 to cause the clock generator 23 to count the number of clock pulses. Then, at time t19 when the output of the integrator 4 reaches a predetermined comparator level, this counting is stopped by the output of the comparator 9, and the counted value is held in the latch circuit 24. Here time t
Let N be the count data obtained during phase PH14 from 18 to t19. Then, the arithmetic processing unit 25 calculates a correct AD conversion value by removing the influence of the offset of the integrator 4 through the next calculation. That is, the voltage of the integrator 4 at time t14 when the phase PH11 from time t13 to t14 ends is ΔV01, and time t
If the output voltage of the integrator 4 at time t14 is used as a reference and the voltage of the integrator 4 at time t15 is -ΔV02, these voltages are expressed by the following equations (11) and (12), respectively.
ΔV01=−KT/CR(Vs−0) ……(11)
−ΔV02=−n0T/CR(Vref−Vs) ……(12)
そしてその電位差は第6図aに示すように同一
であるのでΔV01は−ΔV02と等しく、式(11)、(12)
より次式(13)が導かれる。 ΔV01=-KT/CR(Vs-0)...(11) -ΔV02=-n 0 T/CR(Vref-Vs)...(12) And the potential difference is the same as shown in Figure 6a. Therefore, ΔV01 is equal to −ΔV02, and Equations (11) and (12)
From this, the following equation (13) is derived.
Vs=n0Vref/K+n0 ……(13)
一方時刻t17〜t18の入力電圧を積分する
位相PH13が終了する時刻t18の積分器4の電
圧をΔVoiとし、時刻t18を基準として時刻t
19の基準電圧Vrefによる積分終了後の積分器
4の出力電圧を−ΔVorとすると、これらの電圧
は夫々次式(14)、(15)で表される。 Vs=n 0 Vref/K+n 0 ...(13) On the other hand, the voltage of the integrator 4 at time t18 when the phase PH13 that integrates the input voltage from time t17 to t18 ends is ΔVoi, and time t is set from time t18 as a reference.
When the output voltage of the integrator 4 after completion of integration using the reference voltage Vref of 19 is -ΔVor, these voltages are expressed by the following equations (14) and (15), respectively.
ΔVoi=−KT/CR(Vs−Vin) ……(14)
−ΔVor=−NT/CR(Vref−Vs) ……(15)
この場合も夫々の電位差は同一であるので式
(14)、(15)よりNは次式(16)で示される。 ΔVoi=−KT/CR(Vs−Vin) ……(14) −ΔVor=−NT/CR(Vref−Vs) ……(15) In this case as well, since the respective potential differences are the same, Equation (14), ( 15), N is expressed by the following equation (16).
N=Vs−Vin/Vref−Vs ……(16)
そして式(13)のオフセツト電圧Vsの値を式
(16)に代入することによつてて次式(17)が導
かれる。 N=Vs-Vin/Vref-Vs (16) Then, by substituting the value of offset voltage Vs in equation (13) into equation (16), the following equation (17) is derived.
Vin=−Vref/K+n0(N−n0) ……(17)
このように式(17)はカウンタ22による計数
値n0とN及び基準電圧Vrefと積分時間を定める
正整数Kによつて表されるので、これらを所定値
に保つておくことによつてオフセツト電圧Vsの
影響を受けない正しいAD変換値Vinが与えられ
ることとなる。又位相PH11とPH13の積分時間
はKT秒であつて同一であるので、積分器オフセ
ツトAD変換サイクル(PH11)と入力電圧AD変
換サイクル(PH13)の積分中に積分によつて生
じるスパイクノイズによる影響や積分器4の漏れ
電流による影響等が同一となり、誤差の大小にか
かわらずこれらを消去することが可能となる。又
これらの二回のAD変換を行う間に回路定数、即
ち抵抗値やコンデンサの値、クロツク周波数の周
期T、更にはスパイクノイズ、ドループ等が安定
していればこれらの誤差は相殺されるので完全に
除去することが可能となる。更に積分時間KT
(秒)を電源周波数の周期の整数倍に選ぶことに
よつて電源による周期的なノイズを非常に小さく
押さえることも可能となる。 Vin=-Vref/K+ n0 (N - n0 )...(17) In this way, equation (17) is expressed as Therefore, by keeping these values at predetermined values, a correct AD conversion value Vin that is not affected by the offset voltage Vs can be provided. Also, since the integration times of phases PH11 and PH13 are KT seconds and the same, the influence of spike noise caused by integration during the integration of the integrator offset AD conversion cycle (PH11) and the input voltage AD conversion cycle (PH13). , the influence of the leakage current of the integrator 4, etc. are the same, and it is possible to eliminate these regardless of the magnitude of the error. Also, if the circuit constants, i.e., resistance values, capacitor values, clock frequency period T, spike noise, droop, etc. are stable during these two AD conversions, these errors will be canceled out. It can be completely removed. Furthermore, the integration time KT
By selecting (seconds) to be an integral multiple of the period of the power supply frequency, it is also possible to suppress periodic noise caused by the power supply to a very low level.
第7図は本願の第2発明の一実施例を示す回路
図である。本発明ではAD変換器の積分器4の前
段に前置増幅器を設けた場合に、その前置増幅器
のオフセツト分をも含めて補正を行い正しいAD
変換値を得るようにしている。本実施例において
第5図の実施例と同一部分には同一符号を用いて
説明する。本図においてAD変換器30は増幅率
Aの増幅器であつて、その入力端には入力を入力
電圧Viと接地側に切換えるスイツチS31,S
32が接続されている。そして前置増幅器30の
増幅出力端はスイツチS33に接続される。積分
器4の入力抵抗R6には、前述した実施例と同様
に積分入力を前置増幅器30の出力電圧、基準電
圧Vrefを有する基準電源5、及び接地側に夫々
切換えるスイツチS33,S34,S35が設け
られる。ここでスイツチ31は第1のスイツチを
構成しており、スイツチ34,35,32が夫々
第2、第3、第4のスイツチを構成している。積
分器4以下の構成は第5図に示した実施例とほぼ
同様であつて、スイツチS31〜S35及びS1
5はコントロールロジツク回路36によつて後述
するように制御され、得られたデータは演算処理
ユニツト37によつて演算され正しいAD変換値
に変換される。 FIG. 7 is a circuit diagram showing an embodiment of the second invention of the present application. In the present invention, when a preamplifier is provided before the integrator 4 of an AD converter, correction is made including the offset of the preamplifier to ensure correct AD.
I am trying to get the converted value. In this embodiment, the same parts as in the embodiment of FIG. 5 will be described using the same reference numerals. In this figure, the AD converter 30 is an amplifier with an amplification factor of A, and at its input terminal there are switches S31 and S31 that switch the input to the input voltage Vi and the ground side.
32 are connected. The amplified output terminal of the preamplifier 30 is then connected to the switch S33. The input resistor R6 of the integrator 4 has switches S33, S34, and S35 for switching the integral input to the output voltage of the preamplifier 30, a reference power supply 5 having a reference voltage Vref, and the ground side, respectively, as in the embodiment described above. provided. Here, switch 31 constitutes a first switch, and switches 34, 35, and 32 constitute second, third, and fourth switches, respectively. The configuration of the integrator 4 and below is almost the same as that of the embodiment shown in FIG.
5 is controlled by a control logic circuit 36 as described later, and the obtained data is operated by an arithmetic processing unit 37 and converted into a correct AD conversion value.
第8図はコントロールロジツク回路36と演算
処理ユニツトの詳細を示すブロツク図である。コ
ントロールロジツク回路36は本図に示すよう
AD変換の各位相を記憶するカウンタ40を有し
ており、そのカウンタ40の計数出力がデコーダ
41に与えられる。デコーダ41は計数出力をデ
コードして出力をゲート回路42に与える。ゲー
ト回路42は各スイツチS31〜35及びS15
を駆動する信号を生成するものであり、更にカウ
ンタ43にリセツト信号を与える。カウンタ43
は一定時間(KT)の積分を行うためのK進カウ
ンタであつて、クロツク発生器23よりクロツク
信号が与えられており、そのオーバフロー出力が
オア回路44を介してカウンタ40に与えられ
る。カウンタ40は位相の歩進に伴つて計数値が
インクリメントされるカウンタであつて、演算処
理ユニツト37よりシステムリセツトパルスが与
えられると共に、入力端にAD変換開始パルスと
コンパレータ9の立ち上がりエツジを検出するエ
ツジ検出回路45の出力、及びK進カウンタ43
のオーバフロー出力が計数入力信号としてオア回
路44を通つてカウンタ40に与えられる。又デ
コーダ41の出力はゲート回路42を介して前述
したカウンタ22及びラツチ回路24にリセツト
信号及びクロツク信号として与えられる。ラツチ
回路24の出力は演算処理ユニツト37の入力ポ
ート50に与えられる。演算処理ユニツト37は
バスライン51を介して中央演算装置(以下
CPUという)52にシステムプログラムを記憶
するリードオンリメモリ(以下ROMという)5
3及びカウンタ22の計数データや演算の一時的
なデータを保持するランダムアクセスメモリ(以
下RAMという)54からなる記憶手段が接続さ
れ、更にこの演算処理ユニツト37から出力を外
部の回路に伝える出力ポート55が設けられる。
出力ポート55はコントロールロジツク回路36
のカウンタ40にシステムリセツトパルスを与え
ると共に、オア回路44にAD変換開始パルスを
与えるものである。 FIG. 8 is a block diagram showing details of the control logic circuit 36 and the arithmetic processing unit. The control logic circuit 36 is as shown in the figure.
It has a counter 40 that stores each phase of AD conversion, and the counting output of the counter 40 is given to a decoder 41. The decoder 41 decodes the count output and provides the output to the gate circuit 42. The gate circuit 42 includes each switch S31 to S35 and S15.
It generates a signal for driving the counter 43, and also provides a reset signal to the counter 43. counter 43
is a K-ary counter for performing integration over a fixed time (KT), and is supplied with a clock signal from a clock generator 23, and its overflow output is supplied to the counter 40 via an OR circuit 44. The counter 40 is a counter whose count value is incremented as the phase advances, and receives a system reset pulse from the arithmetic processing unit 37 and detects the AD conversion start pulse and the rising edge of the comparator 9 at its input terminal. Output of edge detection circuit 45 and K-ary counter 43
The overflow output of is applied to the counter 40 through an OR circuit 44 as a counting input signal. Further, the output of the decoder 41 is applied via the gate circuit 42 to the counter 22 and latch circuit 24 described above as a reset signal and a clock signal. The output of latch circuit 24 is applied to input port 50 of arithmetic processing unit 37. The arithmetic processing unit 37 connects to a central processing unit (hereinafter referred to as
Read-only memory (hereinafter referred to as ROM) 5 that stores system programs in CPU (hereinafter referred to as CPU) 52
3 and a storage means consisting of a random access memory (hereinafter referred to as RAM) 54 that holds count data of the counter 22 and temporary data of calculations, and an output port that transmits the output from this calculation processing unit 37 to an external circuit. 55 are provided.
Output port 55 is connected to control logic circuit 36
It provides a system reset pulse to the counter 40 and an AD conversion start pulse to the OR circuit 44.
次に本実施例の動作について第9図の波形図を
参照しつつ説明する。まず時刻t20において
CPU52は出力ポート55よりシステムリセツ
トパルスを出し、ゲート回路42を介してスイツ
チS15をオンとして積分コンデンサC7の両端
を短絡する。そしてスイツチS34を閉成して積
分器4に基準電源Verfを与えて、前述した実施
例と同様にコンパレータ9のコンパレートレベル
まで積分して積分器初期化サイクルを終える。次
いでCPU52は時刻t21において位相PH15に
進んでAD変換開始パルスを出力し、スイツチS
35を閉じ積分器4の反転入力端を接地する。同
時にK進カウンタ43はクロツクの計数を開始
し、前述した実施例と同じく時間KT(秒)だけ
積分を行わせた後、Qn出力によつてカウンタ4
0を歩進させる。そうすれば位相PH16に進み、
デコーダ41の出力によりスイツチS34が閉じ
積分器4に基準電源5が接続される。そしてコン
パレータ9はコンパレートレベルに達するまでの
時間を第1のゲート信号としてクロツク発生器2
3に与える。クロツク発生器23はその間のクロ
ツク数を計数し、計数値n0を求める。このときの
カウンタ22の計数値は第9図mに示すようにラ
ツチ回路24に一時保持され、CPU52の読み
込みタイミングでRAM54に記憶される。そし
て時刻t22以後の積分器初期化サイクルの後、
時刻t23に位相PH17に進んでスイツチS3
1,33を同時にオンとして入力電圧Viを前置
増幅器30によつて増幅すると共に、積分器4に
よつてKT(秒)だけ積分する。そして時刻t2
4においてスイツチS34をオンとして積分器4
に基準電源Verfを接続して放電サイクルに入る。
この時第9図k,mに示すように積分器4の出力
が所定のコンパレートレベルに達するまでの第3
のゲート信号の時間をカウンタ22によつて計数
して計数値をラツチ回路24に保持する。ここで
時刻t24〜t25の位相PH18の間に得られた
計数データをNとする。そして時刻t25から再
び積分器初期化サイクルを行い、第9図d,eに
示すように時刻t26よりスイツチS32,33
をオンとして前置増幅器30の入力を接地すると
共に、その出力であるオフセツト電圧をカウンタ
43を用いてKT(秒)だけ積分する。そして時
刻t27によりカウンタ43をリセツトすると共
にスイツチS34をオンとして積分器4に基準電
源Verfを接続して放電させる。このときに第9
図kに示すようにカウンタ22へのリセツト信号
が停止するため、カウンタ22によつてクロツク
パルス数が計数されたコンパレートレベルに達す
るまでの第2のゲート信号の時間のクロツク数が
同様にラツチ回路24に保持される。この位相
PH20の間に得られた計数データをn1とする。こ
れらのデータN、n1も同様にして所定のタイミン
グでRAM54に記憶される。そして時刻t28
から再び積分器初期化サイクルを行い、時刻t2
9より時刻t23〜t25と同様の入力電圧AD
変換サイクルを行う。このように積分器オフセツ
トAD変換サイクルと前置増幅器オフセツトAD
変換サイクルとの間に入力電圧のAD変換サイク
ルを組み合わせることによつて入力電圧のAD変
換を実行し、AD変換値のデータNと補正用のデ
ータn0、n1を求め以下に示す演算によつて積分器
4及び前置増幅器30のオフセツト電圧Vofの影
響を除いて正しいAD変換値を求める。 Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to the waveform diagram of FIG. 9. First, at time t20
The CPU 52 outputs a system reset pulse from the output port 55, turns on the switch S15 via the gate circuit 42, and short-circuits both ends of the integrating capacitor C7. Then, the switch S34 is closed to apply the reference power Verf to the integrator 4, and the integrator initialization cycle is completed by integrating up to the comparator level of the comparator 9 in the same manner as in the embodiment described above. Next, at time t21, the CPU 52 advances to phase PH15, outputs the AD conversion start pulse, and switches the switch S.
35 is closed and the inverting input terminal of the integrator 4 is grounded. At the same time, the K-ary counter 43 starts counting the clocks, and after integrating for the time KT (seconds) as in the above-mentioned embodiment, the counter 4
Increment 0. Then proceed to phase PH16,
The output of the decoder 41 closes the switch S34 and connects the reference power source 5 to the integrator 4. The comparator 9 uses the time required to reach the comparator level as the first gate signal to the clock generator 2.
Give to 3. The clock generator 23 counts the number of clocks during that period and obtains a count value n 0 . The counted value of the counter 22 at this time is temporarily held in the latch circuit 24 as shown in FIG. After the integrator initialization cycle after time t22,
At time t23, advance to phase PH17 and switch S3
1 and 33 are turned on at the same time, the input voltage Vi is amplified by the preamplifier 30, and integrated by the integrator 4 by KT (seconds). and time t2
4, the switch S34 is turned on and the integrator 4
Connect the reference power supply Verf to and enter the discharge cycle.
At this time, as shown in Fig. 9 k and m, the output of the integrator 4 reaches the predetermined comparator level.
The time of the gate signal is counted by the counter 22 and the counted value is held in the latch circuit 24. Here, count data obtained during phase PH18 from time t24 to t25 is assumed to be N. Then, the integrator initialization cycle is performed again from time t25, and the switches S32 and S33 are activated from time t26, as shown in FIG.
is turned on, the input of the preamplifier 30 is grounded, and the output offset voltage is integrated by KT (seconds) using the counter 43. Then, at time t27, the counter 43 is reset and the switch S34 is turned on to connect the reference power source Verf to the integrator 4 and discharge it. At this time, the 9th
Since the reset signal to the counter 22 is stopped as shown in FIG. It is held at 24. This phase
Let n 1 be the count data obtained during PH20. These data N, n1 are similarly stored in the RAM 54 at a predetermined timing. And time t28
The integrator initialization cycle is performed again from time t2.
9, the same input voltage AD as time t23 to t25
Perform a conversion cycle. In this way, the integrator offset AD conversion cycle and the preamplifier offset AD
AD conversion of the input voltage is performed by combining an AD conversion cycle of the input voltage between the conversion cycles, and data N of the AD conversion value and correction data n 0 and n 1 are obtained and used in the calculations shown below. Therefore, a correct AD conversion value is obtained by excluding the influence of the offset voltage Vof of the integrator 4 and preamplifier 30.
即ち積分器4のオフセツト電圧Vsは前述した
実施例と同様に式(13)によつて求めることが可
能であり、一方時刻t23〜24の入力電圧を積
分する位相PH17が終了する時刻t24の積分器
4の電圧をΔVoiとし、時刻t24を基準として
時刻t25の積分終了後の積分器4の出力電圧を
−ΔVorとすると、これらの電圧は夫々次式
(18)、(19)によつて表される。 That is, the offset voltage Vs of the integrator 4 can be determined by equation (13) in the same manner as in the above-mentioned embodiment, and on the other hand, the offset voltage Vs of the integrator 4 can be obtained using the equation (13). If the voltage of the integrator 4 is ΔVoi, and the output voltage of the integrator 4 after the completion of integration at time t25 is -ΔVor with time t24 as a reference, these voltages are expressed by the following equations (18) and (19), respectively. be done.
ΔVoi=−KT/CR{Vs−A(Vin+Vof)} ……(18)
−ΔVor=−NT/CR(Verf−Vs) ……(19)
但しVofは前置増幅器30のオフセツト電圧で
ある。この場合も夫々の電位差は同一であるの
で、式(18)、(19)よりNは次式(20)で示され
る。ΔVoi=-KT/CR {Vs-A(Vin+Vof)}...(18) -ΔVor=-NT/CR(Verf-Vs)...(19) However, Vof is the offset voltage of the preamplifier 30. In this case as well, since the respective potential differences are the same, N is expressed by the following equation (20) from equations (18) and (19).
N=Vs−A(Vin+Vof)/Verf−VsK ……(20)
更に時刻t26〜t27の前置増幅器30のオ
フセツト電圧を積分する位相PH19が終了する時
刻t27の積分器4の電圧をΔV03とし、時刻t
27を基準として時刻t29の基準電圧Verfに
よる積分終了後の積分器4の出力電圧を−ΔV04
とすると、これらの電圧は夫々次式(21)、(22)
で表される。N=Vs-A(Vin+Vof)/Verf-VsK...(20) Further, let ΔV03 be the voltage of the integrator 4 at time t27 when the phase PH19 of integrating the offset voltage of the preamplifier 30 from time t26 to t27 ends, Time t
27 as a reference, the output voltage of the integrator 4 after the completion of integration using the reference voltage Verf at time t29 is -ΔV04
Then, these voltages are expressed by the following equations (21) and (22), respectively.
It is expressed as
ΔV03=−KT/CR(Vs−AVof) ……(21)
−ΔV04=−n1T/CR(Verf−Vs) ……(22)
そしてその電位差は第9図aに示すように同一
であるので、ΔV03は−ΔV04と等しく式(21)、
(22)より次式(23)が導かれる。ΔV03=-KT/CR (Vs-AVof)...(21) -ΔV04=-n 1 T/CR(Verf-Vs)...(22) And the potential difference is the same as shown in Figure 9a. Therefore, ΔV03 is equal to −ΔV04 and formula (21),
From (22), the following equation (23) is derived.
n1=Vs−AVof/Verf−VsK ……(23)
そして式(13)より得られるVsの値を式
(20)、(23)に代入すると共に、式(20)、(23)
より前置増幅器30のオフセツト電圧Vofを消去
すると、次式(24)が得られる。 n 1 = Vs-AVof/Verf-VsK...(23) Then, substitute the value of Vs obtained from equation (13) into equations (20) and (23), and obtain equations (20) and (23).
By eliminating the offset voltage Vof of the preamplifier 30, the following equation (24) is obtained.
AVin=−Verf/K+n0(N−n1) ……(24)
このようにすれば積分器4に前置増幅器30が
付加されている場合にも、そのオフセツトを含め
てAD変換器全体のオフセツト分の補正を行い正
しいAD変換値を得ることが可能となる。 AVin=-Verf/K+n 0 (N-n 1 ) ...(24) In this way, even if the preamplifier 30 is added to the integrator 4, the total cost of the AD converter including its offset can be reduced. It becomes possible to correct the offset and obtain a correct AD conversion value.
尚本実施例では各AD変換サイクル毎に積分器
初期化サイクルを挿入しいるが、厳密なAD変換
が不要な場合にはこの積分器初期化サイクルを省
略することもできる。 In this embodiment, an integrator initialization cycle is inserted for each AD conversion cycle, but this integrator initialization cycle can be omitted if strict AD conversion is not required.
第1図は従来の積分型AD変換器の一例を示す
回路図、第2図はその各部の波形を示す波形図、
第3図は他の従来のAD変換器の一例を示す回路
図、第4図はその各部の波形を示す波形図、第5
図は本願の第1の発明による積分型AD変換器の
一実施例を示す回路図、第6図はその各部の波形
を示す波形図、第7図は本願の第2発明の一実施
例を示す回路図、第8図はコントロールロジツク
回路36と演算処理ユニツト37の詳細を示すブ
ロツク図、第9図はその各部の波形を示す波形図
である。
S1,S2,S3,S15,S31〜S35…
…スイツチ、4……積分器、5,5a,5b……
基準電源、R6……入力抵抗、C7……コンデン
サ、9……コンパレータ、11,16,21,3
6……コントロールロジツク回路、12,22,
40,43……カウンタ、13,18,24……
ラツチ回路、23……クロツク発生器、25,3
7……演算処理ユニツト、30……前置増幅器、
42……ゲート回路、52……CPU、54……
RAM。
Figure 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional integral type AD converter, Figure 2 is a waveform diagram showing the waveforms of each part,
Figure 3 is a circuit diagram showing an example of another conventional AD converter, Figure 4 is a waveform diagram showing the waveforms of each part, and Figure 5 is a circuit diagram showing an example of another conventional AD converter.
The figure is a circuit diagram showing an embodiment of an integrating AD converter according to the first invention of the present application, Fig. 6 is a waveform diagram showing waveforms of each part thereof, and Fig. 7 is a circuit diagram showing an embodiment of the integral type AD converter according to the second invention of the present application. 8 is a block diagram showing details of the control logic circuit 36 and the arithmetic processing unit 37, and FIG. 9 is a waveform diagram showing waveforms of each part thereof. S1, S2, S3, S15, S31-S35...
...Switch, 4...Integrator, 5, 5a, 5b...
Reference power supply, R6... Input resistance, C7... Capacitor, 9... Comparator, 11, 16, 21, 3
6...Control logic circuit, 12, 22,
40, 43... Counter, 13, 18, 24...
Latch circuit, 23...Clock generator, 25,3
7... Arithmetic processing unit, 30... Preamplifier,
42...Gate circuit, 52...CPU, 54...
RAM.
Claims (1)
分器と、前記積分器への入力を被測定電圧信号及
び一定の基準電圧Vrefを有する基準電圧源に
夫々切換える第1、第2のスイツチと、該積分器
の出力電圧を所定レベルと比較し所定レベルに達
したときに前記積分器の積分コンデンサの放電を
停止させるコンパレータと、前記基準電圧源の放
電時間を計数するカウンタと、を有する積分型
AD変換器において、 制御入力により前記積分器の入力を接地側に切
換える第3のスイツチと、 一定のクロツク周期Tを有するクロツク信号発
生器と、 前記クロツク信号発生器のクロツク周期Tの整
数倍の時間KTだけ前記第3のスイツチを閉成し
て前記積分器の入力端を接地させ入力オフセツト
電圧を積分し、その後前記第2のスイツチを閉成
して前記基準電圧Vrefにより放電させると共に、
その放電時間を第1のゲート信号とし、前記オフ
セツト電圧積分時間(KT)と同一の時間だけ前
記第1のスイツチを閉成して被測定電圧を前記積
分器に与え、その後前記第2のスイツチを閉成し
て前記基準電圧Vrefにより放電させ、その放電
時間を第2のゲート信号とする制御手段と、 前記制御手段より得られる第1、第2のゲート
信号により前記クロツク信号発生器のクロツクパ
ルス数を計数して夫々計数値n0、Nとする計数手
段と、 前記計数手段の計数値により次式 Vin=−Vref/K+n0(N−n0) の演算を行い、VinをAD変換値とする演算手段
と、を具備することを特徴とする積分型AD変換
器。 2 前記積分器は、積分コンデンサを短絡して積
分器を初期化する初期化手段を有するものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の積
分型AD変換器。 3 入力電圧を増幅率Aで増幅する前置増幅器
と、積分コンデンサを含み前記前置増幅器による
増幅信号を積分する積分器と、前記積分器への入
力を被測定電圧信号及び一定の基準電圧Vrefを
有する基準電圧源に夫々切替える第1、第2のス
イツチと、該積分器の出力電圧を所定レベルと比
較し所定レベルに達したときに前記積分器の積分
コンデンサの放電を停止させるコンパレータと、
前記基準電圧源の放電時間を計数するカウンタ
と、を有する積分型AD変換器において、 制御入力により前記積分器の入力を接地側に切
換える第3のスイツチと、 制御入力により前記前置増幅器の入力を接地側
に切換える第4のスイツチと、 一定のクロツク周期Tを有するクロツク信号発
生器と、 前記クロツク信号発生器のクロツク周期Tの整
数倍の時間KTだけ前記第3のスイツチを閉成し
て前記積分器の入力端を接地させ入力オフセツト
電圧を積分し、その後前記第2のスイツチを閉成
して前記基準電圧Vrefにより放電させると共に、
その放電時間を第1のゲート信号とし、前記オフ
セツト電圧積分時間(KT)と同一の時間だけ前
記第4のスイツチを閉成して前記前置増幅器の入
力端を接地させ、入力オフセツト電圧をを積分
し、その後前記第2のスイツチを閉成して前記基
準電圧Vrefにより放電させると共に、その放電
時間を第2のゲート信号とし、前記オフセツト電
圧積分時間(KT)と同一の時間だけ前記第1の
スイツチを閉成して被測定電圧を前記積分器に与
え、その後前記第2のスイツチを閉成して前記基
準電圧Vrefにより放電させ、その放電時間を第
3のゲート信号とする制御手段と、 前記制御手段より得られる第1、第2、第3の
ゲート信号により前記クロツク信号発生器のクロ
ツクパルス数を計数して夫々計数値n0、n1、Nと
する計数手段と、 前記計数手段の計数値により次式 Vin=−Vref/A(K+n0)(N−n1) の演算を行い、VinをAD変換値とする演算手段
と、を具備することを特徴とする積分型AD変換
器。 4 前記積分器は、積分コンデンサを短絡して積
分器を初期化する初期化手段を有するものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の積
分型AD変換器。[Scope of Claims] 1. An integrator that includes an integrating capacitor and integrates an input signal, and a first and second integrator that switches the input to the integrator to the voltage signal to be measured and a reference voltage source having a constant reference voltage Vref, respectively. a switch, a comparator that compares the output voltage of the integrator with a predetermined level and stops discharging the integrating capacitor of the integrator when the output voltage reaches the predetermined level, and a counter that counts the discharge time of the reference voltage source. integral type with
In the AD converter, a third switch which switches the input of the integrator to the ground side by a control input, a clock signal generator having a constant clock period T, and a clock signal generator having a clock period T which is an integral multiple of the clock period T of the clock signal generator. Close the third switch for a time KT to ground the input end of the integrator to integrate the input offset voltage, then close the second switch to discharge by the reference voltage Vref,
The discharge time is used as the first gate signal, the first switch is closed for the same time as the offset voltage integration time (KT), the voltage to be measured is applied to the integrator, and then the second switch is closed. control means for discharging by the reference voltage Vref and using the discharge time as a second gate signal, and controlling the clock pulse of the clock signal generator by the first and second gate signals obtained from the control means. A counting means that counts the numbers to give counted values n 0 and N, respectively, and calculates the following formula Vin=-Vref/K+n 0 (N-n 0 ) using the counted values of the counting means, and converts Vin to an AD conversion value. An integral type AD converter, characterized in that it is equipped with arithmetic means that performs. 2. The integrating AD converter according to claim 1, wherein the integrator has initialization means for initializing the integrator by short-circuiting an integrating capacitor. 3. A preamplifier that amplifies the input voltage with an amplification factor A, an integrator that includes an integrating capacitor and integrates the amplified signal by the preamplifier, and inputs to the integrator are connected to the voltage signal under test and a constant reference voltage Vref. a comparator that compares the output voltage of the integrator with a predetermined level and stops discharging the integrating capacitor of the integrator when the output voltage reaches the predetermined level;
a counter for counting the discharge time of the reference voltage source; a third switch for switching the input of the integrator to the ground side according to a control input; and a third switch for switching the input of the preamplifier to the ground side according to the control input. a fourth switch for switching the clock to the ground side; a clock signal generator having a constant clock period T; and closing the third switch for a time KT that is an integral multiple of the clock period T of the clock signal generator. The input end of the integrator is grounded to integrate the input offset voltage, and then the second switch is closed to discharge by the reference voltage Vref,
The discharge time is used as the first gate signal, the fourth switch is closed for the same time as the offset voltage integration time (KT), the input end of the preamplifier is grounded, and the input offset voltage is turned off. Then, the second switch is closed to discharge the reference voltage Vref, and the discharge time is used as a second gate signal, and the first voltage is applied for the same time as the offset voltage integration time (KT). control means that closes a switch to apply the voltage to be measured to the integrator, then closes the second switch to cause discharge by the reference voltage Vref, and uses the discharge time as a third gate signal; , a counting means for counting the number of clock pulses of the clock signal generator using first, second, and third gate signals obtained from the control means to obtain count values n 0 , n 1 , and N, respectively; and the counting means An integral type AD conversion characterized by comprising a calculation means for calculating the following formula Vin=-Vref/A(K+n 0 )(N-n 1 ) using the count value and using Vin as an AD conversion value. vessel. 4. The integrating AD converter according to claim 3, wherein the integrator has initialization means for initializing the integrator by short-circuiting an integrating capacitor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086584A JPS60153640A (en) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | Integration type analog-digital converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086584A JPS60153640A (en) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | Integration type analog-digital converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60153640A JPS60153640A (en) | 1985-08-13 |
| JPH0139251B2 true JPH0139251B2 (en) | 1989-08-18 |
Family
ID=11762242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1086584A Granted JPS60153640A (en) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | Integration type analog-digital converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60153640A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2887870B2 (en) * | 1989-06-28 | 1999-05-10 | 株式会社イシダ | Double integral type analog-digital converter |
| JP5262865B2 (en) * | 2009-03-11 | 2013-08-14 | 株式会社リコー | Double integral type analog-digital converter, digital temperature sensor and digital multimeter using the same |
| JP5508242B2 (en) * | 2010-12-06 | 2014-05-28 | パナソニック株式会社 | A / D converter |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1502774A (en) * | 1974-06-25 | 1978-03-01 | Nat Res Dev | Immunological preparations |
| JPS5120147A (en) * | 1974-08-09 | 1976-02-18 | Babcock Hitachi Kk | KYUREINETSUKO KANKI |
-
1984
- 1984-01-23 JP JP1086584A patent/JPS60153640A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60153640A (en) | 1985-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4243975A (en) | Analog-to-digital converter | |
| US4344067A (en) | Analog to digital converter and method of calibrating same | |
| US5396247A (en) | Analog-to-digital conversion circuit having a pulse circulating portion | |
| JP2744021B2 (en) | Differential analog-to-digital converter and analog-to-digital conversion method | |
| JP2002118467A (en) | A / D conversion circuit | |
| JPH09500243A (en) | Algorithmic A / D converter with digitally calibrated output | |
| US4568913A (en) | High speed integrating analog-to-digital converter | |
| US4337456A (en) | Analog to digital converter with offset error correction | |
| JPH0139251B2 (en) | ||
| US4195283A (en) | Method for converting an analog voltage to a digital value free from conversion errors, and an integrating type analog-to-digital converter capable of eliminating conversion errors | |
| US4445111A (en) | Bi-polar electronic signal converters with single polarity accurate reference source | |
| JPS5897919A (en) | Calibrating method of multi-slope integrating ad converter | |
| US6930495B1 (en) | Digitizing ohmmeter system | |
| EP0238646B1 (en) | Dual slope converter with large apparent integrator swing | |
| CN118138045A (en) | Offset calibration method and circuit for comparator array | |
| JP2001004681A (en) | Charge detector | |
| JPH057781Y2 (en) | ||
| JP2003032117A (en) | Integral type analog to digital converter | |
| US20030016151A1 (en) | Integration type A/D converter, and battery charger utilizing such converter | |
| JPH0578213B2 (en) | ||
| JPH034139B2 (en) | ||
| KR101175230B1 (en) | Analog to digital converter | |
| JP2009229165A (en) | Coulomb counter, and its internal power supply control method | |
| JPH0543378Y2 (en) | ||
| JPS632489B2 (en) |