JPH02224526A - A/d変換器 - Google Patents

A/d変換器

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JPH02224526A
JPH02224526A JP4624389A JP4624389A JPH02224526A JP H02224526 A JPH02224526 A JP H02224526A JP 4624389 A JP4624389 A JP 4624389A JP 4624389 A JP4624389 A JP 4624389A JP H02224526 A JPH02224526 A JP H02224526A
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JP
Japan
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signal
data
pulse width
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converted
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Pending
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JP4624389A
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English (en)
Inventor
Kozo Ohashi
大橋 光三
Yoshikazu Ogata
尾形 好和
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、マイクロプロセッサを利用したA/D変換器
に関し、さらに詳しくは、マイクロプロセッサの中に設
けられたA/D変換手段の変換精度を向上できるA/D
変換器に関する。
〈従来の技術〉 最近、内部にA/D変換機能を有し、アナログ信号を直
接入力することの可能なマイクロプロセッサが使用され
るようになってきている。
このようなマイクロプロセッサにおいて、内部のA/D
変換機能による変換精度は、8ビット程度のものが標準
であり、それ以上、例えば12ビット程度の変換精度を
得るためには高価になる。
〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、マイクロプロセッサの外部に簡単な回路
を付加することによって、A/D変換精度を向上できる
A/D変換器を実現することにある。
く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を示すブロック図であ
る6図において、1は入力するアナログ信号をディジタ
ル信号に変換するA/D変換手段、2はA/D変換手段
1で変換されたデータに応じてパルスfkjA信号のパ
ルス幅が設定されるパルス幅信号出力手段、3はパルス
幅信号出力手段2から出力されるパルス幅に対応した時
間だけ基準信号を積分する積分手段、4は変換すべきア
ナログ信号E1と積分手段3による積分結果を示す出力
信号efとの差を演算し、増幅するゲインアンプ、5は
変換すべきアナログ信号Eiと、ゲインアンプ4からの
差信号を増幅した信号E’fとを切り替えて、A/D変
換手段1に与えるスイッチ手段である。
く作用〉 スイッチ手段は、はじめに変換すべきアナログ信号を選
択してA/D変換手段に印加し、パルス幅信号出力手段
は、A/D変換されたデータに応じてそれより僅かに小
さいデータ(D1)に該当するパルス幅信号を積分手段
に出力し、次にスイッチ手段はゲインアンプからの差信
号を増幅した信号を選択してA/D変換手段に印加し、 パルス幅信号出力手段に設定したデータ(D1)と差信
号を増幅した信号をA/D変換したデータとから変換す
べきアナログ信号に対応するディジタルデータを得る。
これによって、A/D変換の精度を向上させることが可
能となる。
〈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6図において、第1図と同じ部分には同一符号を付し
て示しである。
MPXはマルチプレクサで、変換すべきアナログ信号E
1.スパンに相当するスパン電圧信号ES、ゼロ点に相
当するゼロ電圧信号Eoを切り替えて、初段アンプA1
に印加する。
スイッチ手段5、A/D変換手段1及びパルス幅信号出
力手段2は、いずれもマイクロプロセッサMPのファム
ウェアによって実現するように構成されている。このよ
うに構成されるマイクロプロセッサとしては、例えばN
EC製の78312などが使用可能である。
積分手段3は、基準電圧Vre fと、パルス幅信号出
力手段2からの信号のパルス幅に対応した時間だけオン
に駆動されるスイッチ320と、基準電圧Vrefをス
イッチS20を介して積分する積分器INT(アンプA
2.抵抗R,コンデンサCからなる)を含んで構成され
ている。なお、スイッチSIOは積分器INTを初期化
するスイッツチである。
ゲインアンプ4は、積分器IN’I’からの出力信号e
fと、初段アンプA1からの信号との差信号を増幅する
ゲイ21倍のアンプが用いである。
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、A/D変換手段1によって変換された結果と
、印加されるアナログ信号Elとの関係を示す線図であ
り、第4図は、このA/D変換結果に基づいて、パルス
幅信号出力手段2に設定されるデータD1とA/D変換
データとの関係を示す線図である。
これらの図を用いて、動作の概略をはじめに説明する。
マイクロプロセッサMPは、はじめに入力アナログ信号
ElのA/D変換を行って、第3図において、入力アナ
ログ信号E1がどの程度の大きさかを認識する。
次にこのA/D変換した大きさに基づいて、パルス幅信
号出力手段2に、この大きさより僅かに小さいデータD
1を設定し、パルス幅信号出力手段2は、設定されたデ
ータD1に対応するパルス幅信号を積分手段3に出力す
る。積分手段3は基準電圧Vrefをパルス幅に対応す
る時間だけ積分し、この積分結果efをゲインアンプ4
に出力する。すなわち、マイクロプロセッサMPは、設
定するデータD1により第4図において、■、■。
■・・・のどの直線を使うかを決定する。
ゲインアンプ4は、入力アナログ信号E1と設定データ
D1に対応するアナログ信号efとの引き算を行い、そ
の差信号を増幅し、この増幅信号EfをA/D変換手段
1でA/D変換することで、差信号に対応するデータd
Oを得る。そして、設定データD1に差信号に対応する
データdOを加えることにより、精度の高いディジタル
データを得るものである。
次に、具体的な動作例について説明する。ここでは、変
換すべきアナログ信号E1が3■、入力のレンジは、1
〜5V、A/D変換手段1の分解能が8ビツト、パルス
幅信号出力手段2から設定されたデータに基づいて発生
するパルス幅の精度は16ビツトとA/D変換手段1の
精度より高いものとする。また、各アンプの誤差は考慮
しないものとする。
はじめに、マイクロプロセッサMPは、マルチプレクサ
MPXを制御して変換すべきアナログ信号Eiを選択す
ると共に、スイッチS1をオンとして、初段アンプA1
を介して印加される変換すべきアナログ信号E1をA/
D変換手段1に印加する。A/D変換手段1は、このア
ナログ信号Eiをディジタル信号に変換する。
これによって、マイクロプロセッサMPは、入力アナロ
グ信号E1がどの程度の大きさか(例えば3■程度の大
きさか)を知る。
次に、マイクロプロセッサMPは、変換された入力アナ
ログ信号の大きさに応じて、それより僅かに小さめなデ
ータD1をパルス幅信号出力手段2に設定し、設定され
たデータに基づくパルス幅信号を出力する。積分手段3
は出力されたパルス幅信号のパルス幅に対応する時間だ
け基準電圧■refを積分して、その出力端に入力アナ
ログ信号の大きさである3■より、僅かに小さい、例え
ば2.98■(この出力電圧の大きさは設定データD1
に対応している)のアナログ信号efを出力する。
積分手段(積分器INT)3から出力されるアナログ信
号efは、ゲインアンプ4の(−)端子に印加され、こ
こで初段アンプA1からのアナログ信号E1との差が演
算され、差信号がn倍に増幅される。
いま、ゲインアンプ4のゲインnを50倍とすると、ゲ
インアンプ4の出力電圧Efは、Ef=(3,oo−2
,98)x50 =IV となる。
続いて、マイクロプロセッサMPはスイッチS2をオン
として、ゲインアンプ4からの増幅信号EfをA/D変
換手段1に加え、ここで増幅信号EfについてA/D変
換を行う。
すなわち、1■を8ビツトのA/D変換手段でA/D変
換する。いま、8ビツトのA/D変換器の確度を±IL
SBとすれば、分解能は、5V/256=20mVであ
る。
ここでは、ゲインアンプ4において、差信号を50倍し
ているので、これを入力アナログ信号に換算すると、 20mV150=0.4mV となる、このことは、8ビットA/D変換手段を用いな
がらも14ビツトの分解能を得られることに相当する。
このA/D変換の精度は、ゲインアンプのゲインを変え
ることにより、さらに高くすることが可能となる。なお
、ゲインアンプのゲインを大きくすることは、第4図に
おいて、各直線の傾斜を破線に示すように大きくするこ
とに相当している。
マイクロプロセッサMPは、パルス幅信号出力手段2に
設定したデータD1のLSB側に、差信号の増幅信号E
fをA/D変換したデータdoを加えることにより、最
終的に入力アナログ信号Elのディジタルデータを得る
以上の説明は、ゲインアンプ4や積分器INTにゼロ、
スパンエラーが無いものとしたが、これらの補正は以下
のようにして行われる。
■ はじめに、マルチプレクサMPXにおいて、ゼロ電
圧信号EOを選択する。その時のパルス幅信号出力手段
2に設定されたデータをPWM(0)、A/D変換して
得られたデータをAD(0)とする。
■ 次にマルチプレクサMPXにおいて、フルスパンに
相当する5■電圧信号Esを選択する。
その時のパルス幅信号出力手段2に設定されたデータを
PWM (5)、A/D変換して得られたデータをAD
(5)とする。
■ 次に■の状態で、パルス幅信号出力手段2に設定す
るデータを「1」だけ変化させ、この時のA/D変換手
段1の値が、AD(5)より、いくら変化するかを求め
る。これをAD(1)とする。
ここで、 PWM (0)XAD (1)+AD (0)PWM 
(5)XAD (5)+AD (5)を行うと、OV、
5Vの正しいA/D変換値が求まる。
■ 次に変換すべき入力アナログ信号をマルチプレクサ
MPXにおいて選択し、その時のパルス幅信号出力手段
2に設定されたデータをPWM(Y) 、A/D変換し
て得られたデータをAD(Y)とすると、■で求めたO
V、5Vで補正すれば、次式に従った補正演算を行うこ
とにより、正しいA/D変換データDoを得ることがで
きる。
第5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図の実施例においては、変換すべき入力アナログ信
号の数が1つであることを想定したものであるが、入力
アナログ信号の数が複数個存在する場合は、精度を多少
犠牲にしても変換スピードを上げたい場合がある。第5
図の実施例はこの様な要求に鑑みてなされたものであっ
て、積分手段3を構成する積分器INTの積分時間をマ
イクロプロセッサMPによってプログラマブルに変化で
きるように構成したものである。
すなわち、積分手段3において、321〜S20は、一
端が基準電圧源に接続された複数のスイッチ、R1−R
nはこれらのスイッチに一端が接続され他端がアンプA
2の入力端に共通に接続された複数の抵抗で、それぞれ
の抵抗値は異なっている。
複数のスイッチ821〜S2nは、これらのうちの一つ
のスイッチがマイクロプロセッサMPからの信号によっ
て選択され、その選択されたスイッチが、パルス幅信号
出力手段2からのパルス信号によって駆動されるように
なっている。
このように構成した回路において、積分器INTの出力
電圧efが、設定データD1に対応する所定の値に至ま
での積分時間は、積分抵抗Rの値(この値により積分時
定数が変わる)によって変えられるから、マイクロプロ
セッサMPの指示により、複数のスイッチの中から特定
のスイッチを選択することで、積分時間、すなわちA/
D変換時間を変えることができる。
したがって、積分時間を短くすればA/D変換精度が多
少落ちるが、変換スピードを上げることが可能となる。
ここで積分時間を短くすることは、第4図において、各
直線■、■、■・・・相互間の幅が広くなることに相当
している。
なお、積分時間は、抵抗Rに代えてコンデンサCの値を
変えるようにしてもよいし、基準電圧Vrefの値を変
えるようにしてもよい。
本発明の装置において、積分手段の積分時間を長くする
と共に、ゲインアンプのゲインを大きく選定することに
よって、格段に精度の高いA/D変換を行うことが可能
となる。
〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によればマイクロプ
ロセッサの外部に積分手段と、ゲインアンプからなる簡
単な回路を付加することによって、A/D変換精度を向
上できるA/D変換器が実現できる。また、必要に応じ
て、A/D変換のスピードを変えることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本的な構成を示すブロック図、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
A/D変換手段によって変換された結果と印加されるア
ナログ信号E1との関係を示す線図、第4図はA/D変
換結果に基づいてパルス幅信号出力手段に設定されるデ
ータD1とA/D変換データとの関係を示す線図、第5
図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図である。 2・・・パルス幅信号出力手段、3・・・積分手段、4
・・・ゲインアンプ、5・・・スイッチ手段INT・・
・積分器、MP・・・マイクロプロセッサ、MPX・・
・マルチプレクサ、A1・・・初段アンブト・・A/D
変換手段、

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力するアナログ信号をディジタル信号に変換す
    るA/D変換手段、 このA/D変換手段で変換されたデータに応じて出力す
    るパルス幅信号のパルス幅が設定されるパルス幅信号出
    力手段、 このパルス幅信号出力手段から出力されるパルス幅に対
    応する時間だけ基準信号を積分する積分手段、 変換すべきアナログ信号と積分手段による積分結果との
    差を演算し、この差信号を増幅するゲインアンプ、 変換すべきアナログ信号と、ゲインアンプからの増幅信
    号とを切り替えてA/D変換手段に与えるスイッチ手段 を備え、 はじめに前記スイッチ手段は変換すべきアナログ信号を
    選択してA/D変換手段に印加し、パルス幅信号出力手
    段は、A/D変換されたデータに応じてそれより僅かに
    小さいデータ(D1)に該当するパルス幅信号を積分手
    段に出力し、 次にスイッチ手段はゲインアンプからの差信号を増幅し
    た信号を選択してA/D変換手段に印加し、 パルス幅信号出力手段に設定したデータ(D1)と差信
    号を増幅した信号をA/D変換したデータとから変換す
    べきアナログ信号に対応するディジタルデータを得るこ
    とを特徴とするA/D変換器。
  2. (2)ゲインアンプのゲインを可変できるように構成し
    た請求項1記載のA/D変換器。
  3. (3)積分手段の積分時間を可変できるように構成した
    請求項1記載のA/D変換器。
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