JPH02305027A - A/d変換装置 - Google Patents

A/d変換装置

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JPH02305027A
JPH02305027A JP1124874A JP12487489A JPH02305027A JP H02305027 A JPH02305027 A JP H02305027A JP 1124874 A JP1124874 A JP 1124874A JP 12487489 A JP12487489 A JP 12487489A JP H02305027 A JPH02305027 A JP H02305027A
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Tetsuhiko Kaneaki
哲彦 金秋
Taizo Nuriya
塗矢 泰三
Yasunori Tani
泰範 谷
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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A/D変換装置に係り、特に高分解能のA/D
変換装置に関する。
従来の技術 近年ディジタル機器の普及に伴い、アナログ信号とディ
ジタル信号のインターフェースであるA/D変換装置の
性能が重要で大きな影響を持つようになっている。従来
より用いられているA/D変換装置を第5図に示しその
説明を行う。第5図に示されるA/D変換装置は逐次比
較型と呼ばれ、以下のように動作する。
(1)逐次比較レジスタ102のMSB(最上位ビット
)を“1”、他を“0”にセットし、これをD/A変換
器(以下DACと称す)103に出力する。
(2)入力とDAC103の出力を比較器100で比較
し、(入力)≧(DAC出力)ならば1つ下位のビット
に“1”をセットし、(入力)≦(DAC出力)ならば
現在問題にしているビットを“0”にし、1つ下位のビ
ットを“1”にセットする。
(3)1〜2をMSB4LSB (最下位ビット)まで
繰り返す。
(4)逐次比較レジスタ102からデータを取り出しデ
ィジタル出力とする。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、分解能をあげるた
めにビット数を増加させると、変換時間が増加するため
、動作周波数を維持するには比較器100及びl7AC
103として非常に高速動作するものが要求される。し
かもLSBに近くなるほど周辺ノイズの影響を受は易く
なるという問題点があった。
本発明は上記の問題点に鑑み、周辺ノイズの影響を受け
にり(、シかもビット増加による使用素子の高速化が必
要ないA/D変換装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明によるA/D変換装置
は、アナログ入力信号をレベルの異なる複数の信号に変
換するレベル変換手段と、前記レベル変換手段の相異な
るレベルのアナログ信号をディジタル信号に変換する複
数個のA/D変換器と、前記複数個のA/D変換器出力
を入力とし、該入力の比率を検出する比率検出手段及び
いずれかのA/D変換出力と該比率を乗じる乗算器を含
み、前記各A/D変換器の出力レベルと同一とするべく
調整して出力するレベル調整手段と、前記レベル調整手
段より得られる複数個の出力のオフセットレベルを検出
するオフセット検出器と、前記オフセット検出器出力を
前記レベル調整手段より得られる複数個の出力に加算す
ることによりオフセットレベルの補正を行なう加算手段
と、前記複数個のA/D変換器出力に基づき選択的に前
記加算手段より得られる出力を取り出しA/D変換出力
とするセレクタとを具備するようにしたものである。
作用 上記のように高入力レベル時と低入力レベル時でそれぞ
れ専用にA/D変換器を備え、入力レベルが低いときに
は低レベル用のA/D変換器の出力、入力レベルが高い
ときには高レベル用のA/D変換器を用いてレベルを一
致させたときと同一の比率で信号を増幅した出力を選択
してA/D変換出力としている。そして個々のA/D変
換器出力レベルに基づきそのA/D変換器の入力信号の
変化分のレベル比、或は、極小値、極大値の差を検出す
るようにしたため、個々のA/D変換器のオフセットレ
ベルの影響を受けることなくレベル調整を行うようにし
ている。また、レベル調整を行なった後に個々のA/D
変換器のオフセットレベルをそろえるようにしているた
め、直流信号のA/D変換を行なうこともでき、高分解
能のA/D変換装置を低分解能のA/D変換器を用いて
実現できるようにしている。
実施例 以下図面に基づき本発明の説明を行う。
第1図は本発明によるA/D変換装置の実施例を示すブ
ロック図である。同図において、1は増幅器であり、ロ
ーパスフィルタ13を通過したアナログ入力信号を増幅
する。ここでは利得約24dBのものを用いている。2
.3はほぼ特性のそろったアナログ信号をディジタル信
号に変換するA/D変換器であり、ここでは16ビツト
分解能のものを用いている。4はレベル調整器であり、
ここでは乗算器7と後述する比率検出器9とで構成され
、A/D変換器3の出力信号のレベル調整を行なう。
5は2つのA/D変換器2.3の直流オフセット分を除
去するオフセット除去装置であり、ここでは加算器11
とオフセット検出器12より構成され、レベル調整器4
の入力信号のオフセットの除去を行なう。8はレベル検
出器であり、A/D変換器2が一定のレベルを超えると
(ここではオーツイーフローすると)“1″′を出力す
る。10はセレクタであり、端子Sに入力される制御信
号が“0”の時には端子Aに与えられる信号を、 “1
゛の時は端子Bに与えられる信号を選択して端子Yより
出力する。
次に本実施例あ動作を説明する。アナログ入力が与えら
れると、A/D変換器3には与えられたアナログ入力が
ローパスフィルタ13を介してそのまま入力され、A/
D変換器2には増幅器1により24dB増幅されたアナ
ログ入力が与えられる。
A/D変換器2.3各々は与えられたアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換し出力する。ここで、A/D変換器
2,3の特性がほぼそろっているので、A/D変換器2
はA/D変換器3に比べて約16倍の値を出力している
ことになる。しかし、逆に高振幅のアナログ入力が与え
られるとA/D変換器2はオーバーフローL、A/D変
換器3のみが正常に動作する。A/D変換器2がオーバ
ーフローした時にはレベル検出器8が“1”を出力する
ようになっている。レベル調整器4では、A/D変換器
2が正常動作している時、即ちレベル検出器8の出力が
“0”の時のA/D変換器2,3による出力の比率を比
率検出器9が正確に求め、乗算器7によりA/D変換器
3の出力レベルにこの比率を乗じることによって実質的
にオーバーフローの起こっていないA/D変換信号を出
力する。
次いでオフセット除去装置5では、レベル検出器8の出
力が“0”の時のA/D変換器2とレベル調整器4の出
力の直流分のオフセットレベルの違いをオフセット検出
器12により検出する。そして加算器11では得られた
オフセットレベルにレベル調整器4の出力を加算してオ
フセットレベルの補正を行ない出力する。また、レベル
変換器8の出力が“1”のときにはこのようなオフセッ
トの調整を行わない。そしてセレクタ10は、レベル検
出器8の出力に基づき、A/D変換器2がオーバーフロ
ーしていない時、即ちレベル検出器8の出力が“0”の
時はA/D変換器2の出力を出力し、A/D変換器2が
オーバーフローしている時、即ちレベル検出器8の出力
が“1”の時はオフセット除去装置5の出力を出力する
次に、比率検出器9の構成及び動作について第2図、第
3図を用いて説明する。第2図において、20は差分検
出器であり、入力されるデータAI。
Blについて各々その直前のデータAi−+、BL+の
差分、即ちデータの変化分を検出し、Yl、  Y2よ
り出力する。21は比較器であり、端子A、  Bに与
えられるデータの比較を行ない、その大小関係に応じて
、 A=8    401=1、C2=O IAI>IBI→ct=o、C2=O I A I < l B I+C1=O1C2= 1と
なる出力をカウンタ22に与える。また、レベル検出器
8の出力が“1”の時はCI: 1.  C2= 0と
する。22はアップダウンカウンタ(以下U/Dカウン
タと称す)で、任意のクロックを計数するものとし、禁
止入力喘子工に“1”が与えれている時にはカウント動
作を停止し、端子Uに“1”が与えられているときには
カウントアツプ、 ′0”の時にはカウントダウンが行
われる。
次にこの比率検出器の動作について説明する。
差分検出器20では、入力されるデータの各々の差分を
検出する。つまり、第3図に示すようなデータが入力さ
れると、差分検出器20は、乗算器7より与えられる時
系列データのうちA −−A n−+を算出し、出力端
子Y1より出力する。同様にしてA/D変換器2より与
えられる時系列データBn−Bn−+を算出し出力端子
Yにより出力する。よって、この時点でA/D変換器2
.3に含まれるオフセット成分が取り除かれ、端子Yl
、Y2より得られる値は増幅器1による増幅率による違
いのみとなる。故にU/Dカウンタ22の出力値とA/
D変換器3の出力値の乗算が乗算器7により行われ、こ
の乗算結果と、A/D変換器2の出力が差分検出塁20
を介して比較器21に与えられ大小比較が行われる。比
較器21において 1乗算結果+ < l A/D変換器2出力Iならば IAI<IBI であるため、C2=1.  CI=0となり、U/Dカ
ウンタ22がカウントアツプし、U/Dカウンタ12の
出力値が大きくなる。すると、乗算器7の出力値も大き
くなり、そのうちにA=Bとなる。A=BとなるとC1
=1.  C2=OとなるのでU/Dカウンタ22はカ
ウントを停止するので、 (乗算結果)= (A/D変
換器2出力)の状態が保持される。
また逆に 1乗算結果+>+A/D変換器2出力1ならば IAI>IBI であるため、C2=0.  CI=0となり、U/Dカ
ウンタ22が徐々にカウントダウンして出力値が小さく
なり、同様にしてそのうちにA=Bとなる。
A=Bとなると、前述のとおりU/Dカウンタ22がカ
ウントを停止し、 (乗算結果)= (A/D変換器2
出力)の状態が保持される。
このようにして増幅器1の増幅率が正確に求められ、乗
算器7の出力は、LPF13出力を増幅器1と全く同一
特性を有する増幅器を介してA/D変換器3に入力した
場合と同じ値となる。従って入力レベルが低くA/D変
換器2がオーバーフローしない状態ではA/D変換器2
の出力をそのままディジタル出力とすることができ、A
/D変換器2の出力がオーバーフローした場合にハA 
/ D変換器3の出力を乗算器7を用いて乗算し、オフ
セットを調整した出力をセレクタ10によって選択して
出力することにより分解能が高くない2つのA/D変換
器を用いて高精度のA/D変換を行うことができる。
第4図は比率検出器9の他の実施例を示したブロック図
である。この図において第2図と同一の機能を有するも
のについては同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
25は極値検出器であり、端子A、  Bより入力され
る各々の入力の極大値と極小値の差を検出し出力する。
即ち、第3図に示すような波形が入力されると、A4*
  A”lj、Ala*A23.・・・の極大値とAs
s  A Is*  A l@+  ・・・の極小値と
を検出し、その差、即ち、A a −A@、A s −
AT。
Av  Al5s  ・・・を算出し出力するものであ
る。このように、極値の差を取り出すようにしているた
め、A/D変換器2.3に含まれるオフセット成分はこ
の段階で取り除かれ、端子Yl、Y2より得られる値は
増幅器1による増幅率による違いのみとなる。しかも、
第2図の場合と比較して、通常A4−As、  As 
 AT、  At−Ala、  ・・・の値の方がA、
−As、  A s  Ass  A a −AT、 
 =より大きくなるため、より精度の高い大小比較が可
能となる。以下、第2図の場合と同様の動作を行ない、
乗算器7の出力は、LPF13出力を増幅器1と全く同
一特性を有する増幅器を介してA/D変換器3に入力し
た場合と同じ値となる。
次にオフセット除去装置5の入出力について説明する。
オフセット検出器12は、端子A、  Bに与えられる
信号の差をとり端子Yより出力する。
即ち、 Y=A−B                    
・・・(1)となる。まず、オフセット除去装置5の入
力は、仮にA/D変換器2.3にオフセットがないもの
であればほとんど同一のデータが入力されるはずである
。しかし、実際にはA/D変換器2,3にはオフセット
があるので、オフセット検出器12の端子A、  Bに
は直流レベルの異なったほぼ同一振幅の信号が入力され
ることになる。故に、オフセット検出″”a l 2の
端子Yには直流レベルの差が現われる。この値を加算器
11によってレベル調整器4出力に加算するので、A/
D変換器2出力とレベル調整器4出力のオフセットレベ
ルは揃うことになる。
このオフセット除去装置5の出力と、A/D変換器2の
出力とをレベル検出器8出力に基づいてセレクタ10が
出力するようにしているため、複数個のオフセットのあ
るA/D変換器を用いても安定して高分解能のA/D変
換を行なうことができ、しかも、オフセットレベルを一
方に合わせ込むようにしているためにアナログ入力とし
て直流が与えられた場合にも正しくディジタルの直流値
を出力するものである。
なお、以上の実施例においては、アナログ入力を増幅し
てA/D変換器2に入力するようにしているが、A/D
変換器2に対しては直接入力し、A/D変換器3に対し
て減衰器を用いて減衰させた信号を入力するようにして
も良い。また、A/D変換器についても16ビツトのも
のに限ったものではなく、また、上記の実施例では2個
を用いているが3個以上のA/D変換器を用い、各々に
異なったレベルのアナログ入力を加えるようにしても良
い。また、オフセットの補正をレベル調整器4の出力に
対して行なうようになっているが、無給、A/D変換器
2の出力に対して行なっても良い。また、極値検出器2
5については、極大値と極小値の差を求め、そのまま出
力するようにしているが、極大値と極小値の差の平均値
を求めて出力するようにしても良いことは言うまでもな
い。
発明の効果 以上のべたように本発明は、複数のA/D変換器を用い
て低レベル時には各々の出力を一致させるようにレベル
調整を行い、入力レベルが高いA/D変換器の出力を選
択すると共にレベルが低くなれば入力レベルが低いA/
D変換器のレベル調整した出力をA/D変換出力として
いる。そして個々のA/D変換器のオフセットレベルの
影響を受けることなくレベル調整を行なうことができ、
また、レベル調整を行なった後に個々のA/D変換器の
オフセットレベルをそろえるようにしているため、直流
信号のA/D変換を行なうこともでき、高分解能のA/
D変換装置を低分解能のA/D変換器を用いて実現する
ことができるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるA/D変換装置の実施例を示すブ
ロック図、第2図は比率検出器9の具体例を示すブロッ
ク図、第3図はA/D変換器2゜3の出力波形図、第4
図は比率検出器9の他の具体例を示すブロック図、第5
図は従来より用いられるA/D変換器を表すブロック図
である。 1・・・増幅器、2.3・・・A/D変換器、4・・・
レベル調整器、  5・・・オフセット除去装置、7・
・・乗算器、  8・・・レベル検出器、  9・・・
比率検出器、  10・・・セレクタ、  11・・・
加算器、12・・・オフセット検出器、  20・・・
差分検出器、21・・・比較器、  22・・・アップ
ダウンカウンタ、25・・・極値検出器。 代理人の氏名 弁理士 粟野 重孝 はか1名シ1トー
+:;y+ン1.4≧ヨド](;ごIII      
トドQ’h会 第2図 第 3!!i!T 第4図 第5図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アナログ入力信号をレベルの異なる複数の信号に
    変換するレベル変換手段と、 前記レベル変換手段の相異なるレベルのアナログ出力信
    号をディジタル信号に変換する複数個のA/D変換器と
    、 前記複数個のA/D変換器出力を入力とし、該入力の比
    率を検出する比率検出手段及びいずれかのA/D変換出
    力と該比率を乗じる乗算器を含み、前記各A/D変換器
    の出力レベルと同一とするべく調整して出力するレベル
    調整手段と、 前記レベル調整手段より得られる複数個の出力のオフセ
    ットレベルを検出するオフセット検出器と、 前記オフセット検出器出力を前記レベル調整手段より得
    られる複数個の出力に加算することによりオフセットレ
    ベルの補正を行なう加算手段と、前記複数個のA/D変
    換器出力に基づき選択的に前記加算手段より得られる出
    力を取り出しA/D変換出力とするセレクタとを具備す
    ることを特徴とするA/D変換装置。
  2. (2)比率検出手段は、複数個のA/D 変換器出力の各々の変化量を検出し、該変化量に基づき
    比率を検出するものであることを特徴とする請求項1記
    載のA/D変換装置。
  3. (3)比率検出手段は、複数個のA/D 変換器出力の各々の極小値と極大値を検出してその差を
    取り出すことにより比率を検出するものであることを特
    徴とする請求項1記載のA/D変換装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010226681A (ja) * 2009-03-25 2010-10-07 Fujitsu Semiconductor Ltd オフセット校正回路、オフセット校正方法およびシステム

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