JPH0248826A - Integration type a/d conversion circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換する為の
積分型A/D(アナログ/デジタル)変換回路に関する
もので、特に変換時間の高速化を計った積分型A/D変
換回路に関する。Detailed Description of the Invention (a) Industrial Application Field The present invention relates to an integral type A/D (analog/digital) conversion circuit for converting an analog signal into a digital signal, and particularly relates to an integral type A/D (analog/digital) conversion circuit for converting an analog signal into a digital signal. This invention relates to an integral type A/D conversion circuit designed to achieve
(ロ)従来の技術
アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路
は、従来から種々提案されており、用途に応じて選択使
用されている0例えば、変換時間が数ms以上の低速用
のA/D変換回路としては、主に積分型のA/D変換回
路が用いられ、これはデジタルマルチメータや電子はか
り等に応用されている。又、変換時間が数μsから数百
μsの中速用A/D変換回路としては、逐次比較方式の
A/D変換回路が用いられ、これはPCM通信やデジタ
ルオーディオ等に応用されている。更に、変換時間が数
百ns以下の高速用A/D変換回路としては、並列比較
方式のA/D変換回路が用いられ、ビデオ信号処理や計
測分野で応用きれている。尚、A/D変換回路に関して
は、昭和60年7月30日付で発行された1図解A/D
コンバータ入門」に詳述されている。(B) Conventional technology Various A/D conversion circuits for converting analog signals into digital signals have been proposed in the past, and are selectively used depending on the application. As the A/D conversion circuit, an integral type A/D conversion circuit is mainly used, and this is applied to digital multimeters, electronic scales, and the like. Further, as a medium-speed A/D conversion circuit whose conversion time is from several μs to several hundred μs, a successive approximation type A/D conversion circuit is used, and this is applied to PCM communications, digital audio, and the like. Further, as a high-speed A/D conversion circuit with a conversion time of several hundred ns or less, a parallel comparison type A/D conversion circuit is used and has been widely applied in the fields of video signal processing and measurement. Regarding A/D conversion circuits, please refer to 1 Illustrated A/D published on July 30, 1985.
Converter Introduction”.
ところで、積分型のA/D変換回路の1つとして二重積
分型A/D変換回路が知られている。前記A/D変換回
路は、被測定電圧を積分回路に印加し、一定時間(第2
図の入力電圧積分期間:t、)経過後前記被測定電圧の
印加を停止し、これに代えて被測定電圧とは逆極性の基
準電圧を前記積分回路に印加する。(第2図の基準電圧
積分期間Htr)これと同時に既知の周波数を有するク
ロックパルスをカウンタに印加し、前記積分回路の出力
電圧が元の基準値(第2図の場合、零)に戻った時点で
前記カウンタへのクロ・ツタパルスの供給を停止させる
。この時、前記カウンタに計数された計数値が被測定電
圧に対応し、前記カウンタの計数値からデジタル値を得
るようにしている。二重積分型A/D変換回路は、素子
数が少なくて済む点、積分定数の変動の影響を受けない
点、クロックパルスの長期間に渡るドリフトの影響を受
けない点など多くの利点を有し、広く利用されている。By the way, a double integral type A/D conversion circuit is known as one type of integral type A/D conversion circuit. The A/D conversion circuit applies the voltage to be measured to the integrating circuit and converts the voltage to be measured for a certain period of time (second
After the input voltage integration period (t, ) in the figure has elapsed, the application of the voltage to be measured is stopped, and instead, a reference voltage having a polarity opposite to that of the voltage to be measured is applied to the integration circuit. (Reference voltage integration period Htr in Figure 2) At the same time, a clock pulse with a known frequency was applied to the counter, and the output voltage of the integration circuit returned to the original reference value (zero in the case of Figure 2). At this point, the supply of black and ivy pulses to the counter is stopped. At this time, the count value counted by the counter corresponds to the voltage to be measured, and a digital value is obtained from the count value of the counter. The double-integration type A/D conversion circuit has many advantages, such as requiring a small number of elements, being unaffected by fluctuations in the constant of integration, and being unaffected by long-term drifts of clock pulses. and is widely used.
(ハ)発明が解決しようとする課題
しかしながら、従来の積分方式では積分の際の時定数に
依存して変換時間が定まる為、変換時間が遅いという欠
点がある。変換時間が速いものとしては前述の如き並列
比較方式のA/D変換回路があるが、該A/D変換回路
は、高次ビットのデジタル信号を得る場合には素子数を
非常に多く必要とするので、IC化したときチップ面積
が増大したり、消費電流が犬になるという問題があった
。その為、変換時間が速い二重積分型A/D変換回路が
希求されていた。(c) Problems to be Solved by the Invention However, the conventional integration method has the disadvantage that the conversion time is slow because the conversion time is determined depending on the time constant during integration. A parallel comparison type A/D conversion circuit as mentioned above is an example of a device with a fast conversion time, but this A/D conversion circuit requires a very large number of elements when obtaining a high-order bit digital signal. Therefore, when integrated into an IC, there were problems such as an increase in chip area and an increase in current consumption. Therefore, a double integration type A/D conversion circuit with a fast conversion time has been desired.
(ニ)課題を解決するための手段
本発明は、上述の点に鑑み成されたもので、アナログ入
力信号のレベルに対応する上位ビットのデジタル信号を
発生する第1の積分型A/D変換器と、該第1の積分型
A/D変換器内の積分回路の出力信号を保持する保持回
路と、該保持回路の出力信号に応じて、複数の基準電圧
の内の上位ビットのレベルに対応する基準電圧を選択的
に発生する基準電圧発生回路と、該基準電圧発生回路の
出力基準電圧と前記アナログ入力信号との演算を行なう
演算回路と、正及び負の入力端子を有する積分用の増幅
器を備え該増幅器の正の入力端子に前記演算回路の出力
信号が印加され、前記演算回路の出力信号に応じて、前
記アナログ入力信号のレベルに対応する下位ビットのデ
ジタル信号を発生する第2の積分型A/D変換器とから
成ることを特徴とする。(d) Means for Solving the Problems The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and provides a first integral type A/D conversion that generates a digital signal of upper bits corresponding to the level of an analog input signal. a holding circuit that holds the output signal of the integrating circuit in the first integrating type A/D converter; and a holding circuit that holds the output signal of the integrating circuit in the first integrating type A/D converter; a reference voltage generation circuit that selectively generates a corresponding reference voltage; an arithmetic circuit that performs an operation between the output reference voltage of the reference voltage generation circuit and the analog input signal; and an integration circuit that has positive and negative input terminals. a second circuit comprising an amplifier, the output signal of the arithmetic circuit being applied to a positive input terminal of the amplifier, and generating a digital signal of lower bits corresponding to the level of the analog input signal in accordance with the output signal of the arithmetic circuit; It is characterized by consisting of an integral type A/D converter.
(*)作用
本発明に依れば、上位ビットを得る為の第1の積分型A
/D変換器に内蔵される積分回路の入力電圧積分期間後
の出力電圧を保持し、保持きれた出力電圧に応じて基準
電圧発生回路から上位ビットのレベルに対応する基準電
圧を選択する。そして、選択された基準電圧とアナログ
入力信号との演算を行ない、その演算結果を第2の積分
型A/D変換器に依ってA/D変換している。その際、
前記選択された基準電圧を前記第2の積分型A/D変換
器に内蔵される積分用の増幅器の正の入力端子に直接印
加している。その為、第1の積分型A/D変換器の基準
電圧積分期間の開始時刻と、第2の積分型A/D変換器
の基準電圧積分期間の開始時刻とをほぼ同時にすること
が出来、上位ビットと下位ビットを得る為の演算処理を
並列に行なうことが出来る。(*) Effect According to the present invention, the first integral type A for obtaining the upper bits
The output voltage after the input voltage integration period of the integration circuit built in the /D converter is held, and the reference voltage corresponding to the level of the upper bit is selected from the reference voltage generation circuit according to the output voltage that has been held. Then, the selected reference voltage and the analog input signal are calculated, and the result of the calculation is A/D converted by the second integral type A/D converter. that time,
The selected reference voltage is directly applied to the positive input terminal of an integrating amplifier built in the second integrating type A/D converter. Therefore, the start time of the reference voltage integration period of the first integration type A/D converter and the start time of the reference voltage integration period of the second integration type A/D converter can be made almost the same, Arithmetic processing for obtaining upper bits and lower bits can be performed in parallel.
(へ)実施例
第1図は、本発明の一実施例を示す回路図で、(1〉は
アナログ入力信号Vxが印加される入力端子、(2)は
前記アナログ入力信号Vxと逆極性の基準電圧(−vr
ef)が印加される基準電源端子、(3)は第1乃至第
3スイツチ(4a)乃至(4C)、第1積分回路り5)
、第1コンパレータ(6)、第1制御回路(7)、第1
カウンタ(8)、及び第1ラッチ回路(9)から成り、
前記アナログ入力信号Vxの上位ビットを決定する第1
の二重積分型A/D変換器、(10)は前記第1制御回
路(7)にクロックパルスを供給する為のクロック源、
(11)は前記第1積分回路(5)の出力信号が一端に
印加される第4スイツチ、(12)は該第4スイツチ(
11〉の他端に接続された保持回路、(13)は上位ビ
ットアナログ電圧を得る為の基準電圧発生回路であり、
第1基準電源(14)と、該第1基準電源(14)とア
ースとの間に直列接続された第1基準電圧発生用の抵抗
(15a)乃至<15d)から成る第1抵抗群(16)
と、前記複数の抵抗(15a)乃至(15d)の接続点
に得られる第1基準電圧と前記保持回路(12)の出力
信号とを比較する複数の比較回路(17a)乃至<17
c)から成る比較回路群(18)と、選択回路(26)
と、第2基準電源(19)と、該第2基準電源(19)
とアースとの間に直列接続された第2基準電圧発生用の
抵抗(20g)乃至(20d)から成る第2抵抗群(2
1)と、前記抵抗(20a)乃至(20d)の接続点に
得られる複数の第2基準寛圧の内の一つを選択するスイ
ッチ(22a)乃至(22d )から成るスイッチ群(
η)とから構成される。又、(24)はアナログ入力信
号Vxと前記基準電圧発生回路(13)からの基準電圧
とを減算する減算回路、(25)は第1及び第2スイツ
チ(27a)及び(27b )、第2積分回路(28)
、第2フンパレータ(29)、第2制御回路(3G)、
第2カウンタ(31)及び第2ラッチ回路(32)から
成り、アナログ入力信号Vxの下位ビ・χトを決定する
第2の積分型A/D変換器である、第1図は、アナログ
入力信号Vxを上位下位2ビツトづつの合計4ピツトの
デジダル信号に変換する場合を示すもので、第1及び第
2抵抗群(16)及び(21)は、前記デジタル信号の
ビット数に応じて4個の抵抗を備えている。又、第1制
御回路(7)から発生する制御信号(A、B、C,D)
は、第1乃至第4スイツチ(4a) 、 (4b) 、
(4c) 、 (11〉を切換制御する1選択回路(
26)から発生する制御信号(E)は、スイッチ(22
a)乃至(22d)の内の1つのみをオンさせるもので
ある。尚、第1図のスイッチは初期状態で図示の如く全
てオフしているとする。(F) Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, in which (1> is an input terminal to which an analog input signal Vx is applied, and (2) is an input terminal with a polarity opposite to that of the analog input signal Vx. Reference voltage (-vr
ef) is applied to the reference power supply terminal, (3) is the first to third switches (4a) to (4C), and the first integrating circuit 5)
, first comparator (6), first control circuit (7), first
Consists of a counter (8) and a first latch circuit (9),
a first for determining the upper bits of the analog input signal Vx;
(10) is a clock source for supplying clock pulses to the first control circuit (7);
(11) is a fourth switch to which the output signal of the first integrating circuit (5) is applied, and (12) is the fourth switch (
11> is a holding circuit connected to the other end, (13) is a reference voltage generation circuit for obtaining the upper bit analog voltage,
A first resistance group (16 )
and a plurality of comparison circuits (17a) to <17 for comparing the first reference voltage obtained at the connection point of the plurality of resistors (15a) to (15d) and the output signal of the holding circuit (12).
c) a comparison circuit group (18) consisting of a selection circuit (26);
, a second reference power source (19), and the second reference power source (19)
A second resistor group (20g) to (20d) connected in series between the
1), and a switch group (22a) to (22d) for selecting one of the plurality of second standard tolerance voltages obtained at the connection points of the resistors (20a) to (20d).
η). Further, (24) is a subtraction circuit that subtracts the analog input signal Vx and the reference voltage from the reference voltage generation circuit (13), and (25) is a subtraction circuit that subtracts the analog input signal Vx and the reference voltage from the reference voltage generation circuit (13). Integral circuit (28)
, second humparator (29), second control circuit (3G),
The second integrating type A/D converter is composed of a second counter (31) and a second latch circuit (32) and determines the lower bit χ of the analog input signal Vx. This shows the case where the signal Vx is converted into a digital signal with a total of 4 pits, each with upper and lower 2 bits. It is equipped with a resistance of 1. In addition, control signals (A, B, C, D) generated from the first control circuit (7)
are the first to fourth switches (4a), (4b),
(4c), 1 selection circuit (11) that switches and controls
The control signal (E) generated from the switch (26)
Only one of a) to (22d) is turned on. It is assumed that the switches in FIG. 1 are all turned off as shown in the initial state.
次にA/D変換動作について説明する。Next, the A/D conversion operation will be explained.
(リセット期間)
リセット期間においては、第1制御回路(7)から制御
信号Aが発生し、第1スイツチ(4a)をオンさせる。(Reset Period) During the reset period, a control signal A is generated from the first control circuit (7) to turn on the first switch (4a).
すると、積分用の第1コンデンサ(33)が放電するの
で、第1積分回路(5)の出力電圧は、第2図のリセッ
ト期間に示す如く零となる。Then, since the first integrating capacitor (33) is discharged, the output voltage of the first integrating circuit (5) becomes zero as shown in the reset period of FIG.
(入力電圧積分期間:tl)
リセット期間から入力電圧積分期間になると、第1制御
回路(7)から制御信号Bが発生するとともに、制御信
号Aが停止し、第2スイツチ(4b)のみがオンする。(Input voltage integration period: tl) When the input voltage integration period starts from the reset period, control signal B is generated from the first control circuit (7), control signal A is stopped, and only the second switch (4b) is turned on. do.
前記第2スイツチ(4b)がオンすると、アナログ入力
信号Vxの積分が開始する。When the second switch (4b) is turned on, integration of the analog input signal Vx starts.
又、同時に第1制御回路(7)に内蔵されるカウンタが
、クロック源(10)からのクロックパルスを取り込み
、計数を開始する。この時、第1抵抗(34)に流れる
電流11は、
X、−V、/R1(1)
[ただし、R1は第1抵抗(34)の抵抗値]となる。At the same time, a counter built in the first control circuit (7) receives clock pulses from the clock source (10) and starts counting. At this time, the current 11 flowing through the first resistor (34) is X, -V, /R1 (1) [where R1 is the resistance value of the first resistor (34)].
第1積分回路(5)の出力電圧をv、1とすると、Vl
lは、
■□冒−11t1/C1・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・ (2)となる、そこで、第(1)式
を第(2)式に代入すれば、前記出力電圧v、1は、
Yet−−(1/Ct)(V−/R+)ntT −−
−−−−−−−(3)となり、第2図の実線に沿って下
降する。その後、第1制御回路(7)に内蔵されるカウ
ンタが、クロックパルスを所定計数L1計数完了信号を
発生すると、前記第1制御回路(7)から制御信号Cが
発生する。If the output voltage of the first integrating circuit (5) is v, 1, then Vl
l is, ■□BL-11t1/C1・・・・・・・・・・・・・・・
......(2) Therefore, by substituting equation (1) into equation (2), the output voltage v,1 becomes Yet--(1/Ct)(V- /R+)ntT --
--------(3), and descends along the solid line in FIG. Thereafter, when the counter built in the first control circuit (7) generates a L1 count completion signal for a predetermined number of clock pulses, a control signal C is generated from the first control circuit (7).
(基準電圧積分期間:t、)
前記制御信号Cに応じて第3スイツチ(4c)はオンす
る。第3スイツチ(4C)がオンすると、前記信号Vx
と逆極性の基準電圧−V refが第1アンプ(35)
の負入力端子(−)に印加されるので、第1コンデンサ
(33)の放電が行なわれ定電流(Vref/ Rt
)が第1抵抗(34)を流れる。一方、前記第3スイツ
チ(4C)のオンと同時に、第1制御回路(7)はクロ
ック源(10)からのクロックパルスを通過させ、第1
カウンタ(8)に印加する。その為、前記第1カウンタ
(8)は、計数を開始する。(Reference voltage integration period: t) The third switch (4c) is turned on in response to the control signal C. When the third switch (4C) is turned on, the signal Vx
The reference voltage -V ref of opposite polarity is the first amplifier (35)
Since the voltage is applied to the negative input terminal (-) of the first capacitor (33), the first capacitor (33) is discharged and a constant current (Vref/Rt
) flows through the first resistor (34). On the other hand, at the same time as the third switch (4C) is turned on, the first control circuit (7) passes the clock pulse from the clock source (10) and the first control circuit (7) passes the clock pulse from the clock source (10).
is applied to the counter (8). Therefore, the first counter (8) starts counting.
第1コンデンサ(33)の初期充電電圧をVCOとする
と、該電圧vc0は
Vco = −V* s −(1/ Ct )(V−/
R+ )nsT ・・・・・・(4)である、前記第
1コンデンサ(33)の放電期間中の第1積分回路(5
)の出力電圧Vatは、Vet−−(t/ct)(v、
/R+)ntT−(t/ct)(Vref/Rt)t*
mmm (5)[ただし、t8は放電期間コ
となる、前記第1コンデンサ(33)の放電は、第2図
の点線に示す如く、第1積分回路(5)の出力電圧が零
になるまで行なわれる。前記出力電圧が零になると第1
コンパレータ(6)が反転し、第1制御回路(7)はク
ロック源(10)からのクロックパルスを第1カウンタ
(8)に供給する動作を停止する。この時の、前記第1
カウンタ(8)のクロックパルスの計数値をn、とする
と、放電期間t、は、t、■n、・T(6)
と表わすことが出来る。そこで、第(6)式を第(5)
式に代入し、出力電圧v、、を零とすれば、第(5)式
よりデジタル値n、として、
n、mH,(vヨ/ Vref ) ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・ (7)が得られる。従
って、アナログ入力信号v2をデジタル値n、に変換す
ることが出来る。前記デジタル値n、は、前記信号v8
の上位ビットを示すものであり、本実施例の場合には2
ビツトのデジタル信号が発生し、第1ラッチ回路(9)
でラッチされて第1出力端子(36)に発生する。Assuming that the initial charging voltage of the first capacitor (33) is VCO, the voltage vc0 is Vco = -V* s - (1/Ct) (V-/
R+ ) nsT (4) during the discharging period of the first capacitor (33), the first integrating circuit (5
) is Vet--(t/ct)(v,
/R+)ntT-(t/ct)(Vref/Rt)t*
mmm (5) [However, t8 is the discharge period. The discharge of the first capacitor (33) continues until the output voltage of the first integrating circuit (5) becomes zero, as shown by the dotted line in Figure 2. It is done. When the output voltage becomes zero, the first
The comparator (6) is inverted and the first control circuit (7) stops supplying clock pulses from the clock source (10) to the first counter (8). At this time, the first
If the count value of the clock pulses of the counter (8) is n, the discharge period t can be expressed as t, n, ·T(6). Therefore, equation (6) can be transformed into equation (5).
Substituting into the equation, if the output voltage v, is set to zero, then from equation (5), the digital value n, n, mH, (vyo/Vref)...
・・・・・・・・・・・・・・・ (7) is obtained. Therefore, the analog input signal v2 can be converted into a digital value n. The digital value n is the signal v8
This indicates the upper bit of 2, and in this example, 2
A bit digital signal is generated and the first latch circuit (9)
is latched at and generated at the first output terminal (36).
さて、第1制御回路(7〉から発生する制御信号りは、
第2図の期間t1から期間t、に切換わるタイミング(
時刻ta)に発生するもので、第4スイツチ(11)を
オンさせる。第4スイツチ(11)のオン期間、即ち前
記制御信号りの発生期間は、保持回路(12)が第1積
分回路(5)の出力信号を取り込むのに十分な時間に設
定される0時刻taにおける第1積分回路(5)の出力
電圧をVaとすると、該電圧Vaが保持回路(12〉で
保持され、比較回路(17a)乃至(17c)に印加さ
れる。Now, the control signal generated from the first control circuit (7>) is as follows.
Timing of switching from period t1 to period t in FIG. 2 (
This occurs at time ta) and turns on the fourth switch (11). The on period of the fourth switch (11), that is, the period during which the control signal is generated, is set at time 0, which is sufficient for the holding circuit (12) to take in the output signal of the first integrating circuit (5). Letting Va be the output voltage of the first integrating circuit (5) in , the voltage Va is held in the holding circuit (12>) and applied to the comparison circuits (17a) to (17c).
ここで、第1基準電源(14)の電圧は、最大アナログ
入力信号印加時の第1積分回路(5)の出力電圧と等し
く設定される。例えば、最大アナログ入力信号印加時の
第1積分回路(5)の出力電圧波形が第3図の実線の如
きものであるとすると、第1基準電源(14)の電圧は
一■4に設定される。第1図の実施例の場合、2ビツト
のデジタル信号を得る構成となっているので、前記電圧
−■4を4分割すべく抵抗(15a)乃至(15d)に
よって分圧し、第1基準電ff(−vs、−vt、−v
、) を得テイル。Here, the voltage of the first reference power supply (14) is set equal to the output voltage of the first integrating circuit (5) when the maximum analog input signal is applied. For example, if the output voltage waveform of the first integrating circuit (5) when the maximum analog input signal is applied is as shown by the solid line in Figure 3, the voltage of the first reference power supply (14) is set to 1.4. Ru. In the case of the embodiment shown in FIG. 1, since the configuration is such that a 2-bit digital signal is obtained, the voltage -14 is divided into four by resistors (15a) to (15d), and the first reference voltage ff (-vs, -vt, -v
,) get tail.
例えば、前記電圧Vaが第3図の如く、電圧−■。For example, as shown in FIG. 3, the voltage Va is -■.
と−■、との間にあったとすると、比較回路(17a)
乃至(17c)の出力端には(1,0,0)の出力信号
が発生し、選択回路り26)に印加される。すると、前
記出力信号に応じて選択回路(26)は、制御信号Eを
発生し、スイッチ群(23)のスイッチ(22a)乃至
(22d)の1つをオンさせる。If it is between and −■, then the comparison circuit (17a)
Output signals (1, 0, 0) are generated at the output ends of (17c) and applied to the selection circuit 26). Then, in response to the output signal, the selection circuit (26) generates a control signal E to turn on one of the switches (22a) to (22d) of the switch group (23).
第2基準電源(19)の電圧V、は、入力端子(1)に
印加されるアナログ入力信号の最大値と等しく設定され
る。この場合にも、前記電圧V、を抵抗(20a)乃至
(20d)によって、分圧し、4つの第2基準電圧(V
s、Va−Vt 、Vs)を得ている。この場合、前記
制御信号Eに応じてスイッチ(22c)がオンするので
、第2基準電圧V、が減算回路(24)に印加される。The voltage V of the second reference power supply (19) is set equal to the maximum value of the analog input signal applied to the input terminal (1). In this case as well, the voltage V is divided by the resistors (20a) to (20d), and four second reference voltages (V
s, Va-Vt, Vs). In this case, since the switch (22c) is turned on in response to the control signal E, the second reference voltage V is applied to the subtraction circuit (24).
一方、減算回路(24)には入力端子(1)からアナロ
グ入力信号v8が印加されているので、両信号の減算が
行なわれ、その減算結果ΔV(−V、−V、)が第2の
積分型A/D変換器(25)に印加される。ところで、
基準電圧発生回路(13)は並列比較方式で構成されて
いる為、その動作時間が非常に短い。その為、第2の積
分型A/D変換器(25)の動作開始時刻は、第2図の
時刻taにほぼ一致する。今、前記減算結果ΔVの極性
を負とすると、第2積分回路(評)の出力電圧は、瞬時
に−ΔVとなる。この場合、第2の積分型A/D変換器
(25)は、入力電圧積分期間を有さす、リセット後、
直ちに基準電圧積分期間となる。On the other hand, since the analog input signal v8 is applied to the subtraction circuit (24) from the input terminal (1), both signals are subtracted, and the subtraction result ΔV (-V, -V,) is the second It is applied to an integral type A/D converter (25). by the way,
Since the reference voltage generation circuit (13) is constructed using a parallel comparison method, its operating time is very short. Therefore, the operation start time of the second integral type A/D converter (25) almost coincides with time ta in FIG. 2. Now, if the polarity of the subtraction result ΔV is negative, the output voltage of the second integrating circuit (review) instantly becomes -ΔV. In this case, the second integrating A/D converter (25) has an input voltage integration period, after reset,
The reference voltage integration period immediately begins.
(基準電圧積分期間:tよ)
第2制御回路(30)からの制御信号B゛に応じて第2
スイツチ(27b)がオンすると、基準電源端子(2)
からの基準電圧−V refが第2抵抗(37)の一端
に印加される。すると、前記第2抵抗(37)に流れる
電流I、は、
1、−(−ΔV−(−Vref))/Rt n++mm
(8)となり、該電流I、によって第2コンデンサ
(38〉の充電が行なわれる。この時の、第2積分回路
(28)の出力電圧VHは、
となる。ここで、基準電圧積分期間t、の間の第2カウ
ンタ(31)におけるクロックパルスの計数値をn、と
すると、前記期間t、は、
t* !lns * 丁” ”” ”” (10)と
なり、第(10)式を第(9)式に代入し、出力電圧V
11を零とすれば、第(9)式より電圧ΔVとして、が
得られる。第(11)式の右辺は電圧Δ■のデジタル値
を示すものであり、第2カウンタ(31〉から2ビット
のデジタル信号が発生し、第2ラッチ回路(32)でラ
ッチきれて第2出力端子(39)に発生する。(Reference voltage integration period: t) The second control circuit (30)
When the switch (27b) is turned on, the reference power terminal (2)
A reference voltage -V ref from Vref is applied to one end of the second resistor (37). Then, the current I flowing through the second resistor (37) is: 1, -(-ΔV-(-Vref))/Rt n++mm
(8), and the second capacitor (38) is charged by the current I. At this time, the output voltage VH of the second integrating circuit (28) is as follows. Here, the reference voltage integration period t Let n be the count value of the clock pulses in the second counter (31) between Substituting into equation (9), output voltage V
If 11 is set to zero, the voltage ΔV is obtained from equation (9). The right side of equation (11) indicates the digital value of the voltage Δ■, and a 2-bit digital signal is generated from the second counter (31), latched by the second latch circuit (32), and output as the second output. Occurs at terminal (39).
その結果、第1出力端子(36)に得られる上位2ビツ
トのデジタル信号と第2出力端子(39)に得られる下
位2ビツトのデジタル信号とをシリアルに配列すれば、
入力アナログ信号をA/D変換した結果の出力デジタル
信号を得ることが出来る。As a result, if the high-order 2-bit digital signal obtained at the first output terminal (36) and the low-order 2-bit digital signal obtained at the second output terminal (39) are arranged serially,
An output digital signal can be obtained as a result of A/D conversion of an input analog signal.
さて、前述のデジタル値ΔVは、第(11)式から明ら
かな如く、容量C8、抵抗値R8及びクロックの周期T
の変動の影響を受ける。この場合、分解能にバラツキが
生じてしまい、相対精度は得られるが、絶対精度は得ら
れないという問題がある。Now, as is clear from equation (11), the digital value ΔV mentioned above is determined by the capacitance C8, the resistance value R8, and the clock period T.
affected by fluctuations in In this case, there is a problem in that variations in resolution occur, and although relative accuracy can be obtained, absolute accuracy cannot be obtained.
第4図は、第1図の第2の積分型A/D変換器(40)
の別の実施例を示す回路図で、この場合には絶対精度が
得られるデジタルデータが得られる。FIG. 4 shows the second integral type A/D converter (40) in FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the invention, in which digital data with absolute precision is obtained.
上位ビットの演算は、第1図の場合と同様であり、第5
図の上位ビット積分期間に示す如く行なわれるので、下
位ビットの演算動作についてのみ説明する。The operation of the upper bits is the same as in Fig. 1, and
Since the operation is performed as shown in the upper bit integration period in the figure, only the operation of the lower bits will be explained.
第2の積分型A/D変換器(40)は、リセット後第2
制御回路(30)から制御信号Fが発生し、第2スイツ
チ(41)を図示の如く切換える。The second integral type A/D converter (40)
A control signal F is generated from the control circuit (30) and switches the second switch (41) as shown.
(入力電圧積分期間:t、)
減算回路(24)の出力電圧(−ΔV)は、第3アンプ
(42)の正入力端子(+)及び第3コンパレータ(4
3)に印加される。この時、第2抵抗(37)に流れる
電流I、は、
工、m−ΔV/ R1(12)
となり、該電流■、によって第2コンデンサ(38)の
充電が行なわれ、第5図の点線に示す如く時刻t、から
徐々に低下する。この時の、第3積分回路(44)の出
力電圧V ssは・
[・t、は基準電圧積分期間コ
となり、前記期間t、における第2カウンタ(31)の
計数値をn4とし、第(12)式を第(13)式に代入
すると、前記電圧v、、は、
となる。(Input voltage integration period: t,) The output voltage (-ΔV) of the subtraction circuit (24) is connected to the positive input terminal (+) of the third amplifier (42) and the third comparator (4
3) is applied. At this time, the current I flowing through the second resistor (37) becomes: m - ΔV/R1 (12), and the second capacitor (38) is charged by the current I, as shown by the dotted line in Figure 5. As shown in the figure, it gradually decreases from time t. At this time, the output voltage V ss of the third integrating circuit (44) is: · [·t, is the reference voltage integration period, the count value of the second counter (31) in the period t is set as n4, and the output voltage V ss of the third integrating circuit (44) is When equation 12) is substituted into equation (13), the voltage v, , is as follows.
(基準電圧積分期間:t4)
前述の場合と同様に第2制御回路(30)に内蔵きれる
カウンタが、計数を完了すると、第2制御回路(30)
から制御信号Fが発生し、第2スイツチ(41)を図示
と逆に切換える。この時、第2抵抗(37)に流れる電
流は、第(8〉式の場合と等しくなり、その電流■4に
応じて第2コンデンサ(38)は放電する。前記第2コ
ンデンサ(38)の初期電圧をve。(Reference voltage integration period: t4) As in the case described above, when the counter built in the second control circuit (30) completes counting, the second control circuit (30)
A control signal F is generated from , which switches the second switch (41) in the opposite direction to that shown. At this time, the current flowing through the second resistor (37) is equal to that in the case of equation (8>), and the second capacitor (38) is discharged according to the current (4). ve initial voltage.
とすると、VCOは、
となり、又第2コンデンサ(38)の両端電圧をvoと
すると、■、は、
となる。一方、この時の第3積分回路(44)の出力電
圧v、4は、
■、4−−■、−ΔV ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・ (17)となるので、第(1
7)式に第(16)式を代入すれば前記電圧v、、は、
となる、ここで、電流工、は、第(8)式の如く、工4
■(−ΔV + Vref )/ R1・・・・・・・
・・・・・・・・ (19)と表わされ、前記電圧V
14が−ΔVになるまでの第2カウンタ(31)の計数
値をn、とすると、第(19)式は、
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(20)と表わせれ、これを整理すると電圧ΔVとして
、が得られる。ここで、第(21)式の右辺は重圧ΔV
のデジタル値を示す、第(21)式の右辺はクロックの
数と基準電圧V refのみによって定まる。その為、
絶対精度の良いデジタル値が得られる。Then, the VCO is as follows, and if the voltage across the second capacitor (38) is vo, ■, is as follows. On the other hand, the output voltage v, 4 of the third integrating circuit (44) at this time is: ■, 4--■, -ΔV ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ (17), so the (1st
By substituting the equation (16) into the equation (7), the voltage v, , becomes: Here, the electric current is the voltage v, as shown in the equation (8).
■(-ΔV + Vref)/R1...
...... (19) and the voltage V
If the count value of the second counter (31) until 14 becomes -ΔV is n, then the formula (19) is as follows.・・・・・・
It can be expressed as (20), and when this is rearranged, the voltage ΔV is obtained. Here, the right side of equation (21) is the pressure ΔV
The right side of equation (21), which represents the digital value of , is determined only by the number of clocks and the reference voltage V ref. For that reason,
Digital values with good absolute accuracy can be obtained.
さて、一般に二重積分型A/D変換回路では入力アナロ
グ電圧の積分期間、最大2×2H個(Nは前記積分期間
のクロック数)のクロックを必要とするが、本発明にお
いては上位ビット積分の期間と、下位ビット積分の期間
とをオーバーラツプきせ、並列に処理しているので、必
要とする最大クロツタ数は、第1図の場合、2 X 2
M/1個、第4図の場合3 X 2N/!個となり、
従来のそれに比べ大幅に減少させることが出来る0例え
ばN−16の場合、
従来 第1150 第2図
131、072個 512個 768個
となる。Now, in general, a double integration type A/D conversion circuit requires a maximum of 2×2H clocks (N is the number of clocks in the integration period) during the integration period of the input analog voltage, but in the present invention, the upper bit integration Since the period of 1 and the period of low-order bit integration overlap and are processed in parallel, the maximum number of cloters required is 2 x 2 in the case of Fig. 1.
M/1 piece, in the case of Figure 4 3 x 2N/! It becomes a piece,
For example, in the case of N-16, the number can be significantly reduced compared to the conventional one.
尚、第1図の第2の積分型A/D変換器(25)及び第
4(50の第2の積分型A/D変換器(40)は、それ
単独でもA/D変換器として用いることが出来る。特に
第1図の前記A/D変換器(25)は、積分用のコンデ
ンサの充電を必要としないので、サンプルホールド型の
A/D変換器に比べてもその変換速度が速く、相対的な
デジタル値が得たい場合には最適である。Note that the second integral type A/D converter (25) and the fourth (50) second integral type A/D converter (40) in FIG. In particular, the A/D converter (25) in Fig. 1 does not require charging of the integrating capacitor, so its conversion speed is faster than that of a sample-and-hold type A/D converter. , is ideal when you want to obtain relative digital values.
更に、第4スイツチ(11)の動作は、上位ビット積分
期間中の入力電圧積分期間にオンきせ、それ以降オフさ
せても良い、そうすれば、積分期間中の基準電圧発生回
路(13)の動作が占める期間を実質的に零にすること
が出来る。Furthermore, the operation of the fourth switch (11) may be turned on during the input voltage integration period during the upper bit integration period and then turned off thereafter. If this is done, the operation of the reference voltage generation circuit (13) during the integration period may be changed. The period occupied by the operation can be reduced to substantially zero.
(ト)発明の効果
以上、述べた如く、本発明に依れば変換時間が大幅に短
縮された積分型A/D変換回路を提供することが出来る
。特に本発明に依れば、上位ビットを得る為の第1の積
分型A/D変換器に内蔵される積分回路の出力を、第2
の積分型A/D変換器に内蔵されるアンプの正入力端子
に印加しているので、下位ビット積分における入力電圧
積分期間を省略することが出来る。(G) Effects of the Invention As described above, according to the present invention, it is possible to provide an integral type A/D conversion circuit in which the conversion time is significantly shortened. In particular, according to the present invention, the output of the integrating circuit built in the first integrating type A/D converter for obtaining the upper bits is transferred to the second integrating circuit.
Since the input voltage is applied to the positive input terminal of the amplifier built in the integrating type A/D converter, the input voltage integration period in lower bit integration can be omitted.
第1図は、本発明の一実施例を示す回路図、第2図及び
第3図は第1図の説明に供する為の特性図、第4図は、
本発明の別の実施例を示す回路図、及び第5図は、第4
図の説明に供する為の特性図である。
(3)・・・第1の二重積分型A/D変換器、 (11
)・・・第4スイツチ、 (12)・・・保持回路、(
13)・・・基準電圧発生回路、 (24)・・・減算
回路、 (25)・・・第2の積分型A/D変換器。Fig. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, Figs. 2 and 3 are characteristic diagrams for explaining Fig. 1, and Fig. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
A circuit diagram showing another embodiment of the present invention and FIG.
It is a characteristic diagram for providing explanation of a figure. (3)...first double integral type A/D converter, (11
)...Fourth switch, (12)...Holding circuit, (
13)...Reference voltage generation circuit, (24)...Subtraction circuit, (25)...Second integral type A/D converter.
Claims (8)
のデジタル信号を発生する第1の積分型A/D変換器と
、該第1の積分型A/D変換器内の積分回路の出力信号
を保持する保持回路と、該保持回路の出力信号に応じて
、複数の基準電圧の内の上位ビットのレベルに対応する
基準電圧を選択的に発生する基準電圧発生回路と、該基
準電圧発生回路の出力基準電圧と前記アナログ入力信号
との演算を行なう演算回路と、正及び負の入力端子を有
する積分用の増幅器を備え該増幅器の正の入力端子に前
記演算回路の出力信号が印加され、前記演算回路の出力
信号に応じて、前記アナログ入力信号のレベルに対応す
る下位ビットのデジタル信号を発生する第2の積分型A
/D変換器とから成ることを特徴とする積分型A/D変
換回路。(1) A first integrating A/D converter that generates a high-order bit digital signal corresponding to the level of an analog input signal, and an output signal of an integrating circuit within the first integrating A/D converter. A holding circuit that holds a holding circuit; a reference voltage generating circuit that selectively generates a reference voltage corresponding to the level of the upper bit of a plurality of reference voltages according to an output signal of the holding circuit; an arithmetic circuit that performs an arithmetic operation on the output reference voltage and the analog input signal; and an integration amplifier having positive and negative input terminals; the output signal of the arithmetic circuit is applied to the positive input terminal of the amplifier; a second integral type A that generates a lower bit digital signal corresponding to the level of the analog input signal in accordance with the output signal of the arithmetic circuit;
1. An integral type A/D conversion circuit comprising: a /D converter.
との間に積分用のコンデンサを有するとともに、前記負
の入力端子と基準電源との間に抵抗及びスイッチの直列
回路を有することを特徴とする請求項第1項記載の積分
型A/D変換回路。(2) The integrating amplifier has an integrating capacitor between the output terminal and the negative input terminal, and a series circuit of a resistor and a switch between the negative input terminal and the reference power supply. The integral type A/D conversion circuit according to claim 1, characterized in that:
のデジタル信号を発生する第1の積分型A/D変換器と
、該第1の積分型A/D変換器内の積分回路の出力信号
を保持する保持回路と、該保持回路の出力信号に応じて
、複数の基準電圧の内の上位ビットのレベルに対応する
基準電圧を選択的に発生する基準電圧発生回路と、該基
準電圧発生回路の出力基準電圧と前記アナログ入力信号
との演算を行なう演算回路と、正及び負の入力端子を有
し、正の入力端子に前記演算回路の出力信号が印加され
るとともに負の入力端子に2つの基準電源の一方が抵抗
を介して接続される積分用の増幅器及び該増幅器の出力
信号と前記演算回路の出力信号とを比較する比較器とを
備え、前記アナログ入力信号のレベルに対応する下位ビ
ットのデジタル信号を発生する第2の積分型A/D変換
器とから成ることを特徴とする積分型A/D変換回路。(3) A first integrating A/D converter that generates a high-order bit digital signal corresponding to the level of the analog input signal, and an output signal of an integrating circuit within the first integrating A/D converter. A holding circuit that holds a holding circuit; a reference voltage generating circuit that selectively generates a reference voltage corresponding to the level of the upper bit of a plurality of reference voltages according to an output signal of the holding circuit; It has an arithmetic circuit that performs an arithmetic operation on the output reference voltage and the analog input signal, and positive and negative input terminals, and the output signal of the arithmetic circuit is applied to the positive input terminal, and two A lower bit corresponding to the level of the analog input signal, comprising an integrating amplifier to which one of the reference power supplies is connected via a resistor, and a comparator for comparing the output signal of the amplifier with the output signal of the arithmetic circuit. A second integrating A/D converter that generates a digital signal.
/D変換器で構成されていることを特徴とする請求項第
1項又は第3項記載の積分型A/D変換回路。(4) The first integral type A/D converter is a double integral type A/D converter.
4. The integral type A/D conversion circuit according to claim 1, wherein the integral type A/D conversion circuit is comprised of a /D converter.
の間にスイッチを有し、該スイッチを前記第1の積分型
A/D変換器に内蔵される第1の制御回路からの制御信
号に応じて切換えることを特徴とする請求項第1項又は
第3項記載の積分型A/D変換回路。(5) A switch is provided between the output end of the integrating circuit and the input end of the holding circuit, and the switch is connected to a first control circuit built in the first integrating A/D converter. 4. The integral type A/D conversion circuit according to claim 1 or 3, characterized in that the circuit is switched in accordance with a control signal.
との間に直列接続された複数の抵抗から成る第1抵抗群
と、該第1抵抗群の複数の抵抗の接続点に得られる第1
基準電圧と前記保持回路の出力信号とを比較する複数の
比較回路から成る比較回路群と、第2基準電源とアース
との間に直列接続された複数の抵抗から成る第2抵抗群
と、該第2抵抗群の複数の抵抗の接続点に得られる第2
基準電圧を前記演算回路に印加するスイッチ群と、前記
比較回路群の出力信号に応じて前記スイッチ群の内の一
つのスイッチを選択駆動する選択回路とから成ることを
特徴とする請求項第1項又は第3項記載の積分型A/D
変換回路。(6) The reference voltage generating circuit is obtained at a connection point between a first resistor group consisting of a plurality of resistors connected in series between a first reference power source and the ground, and a plurality of resistors of the first resistor group. 1st
a comparison circuit group consisting of a plurality of comparison circuits that compare a reference voltage and an output signal of the holding circuit; a second resistance group consisting of a plurality of resistors connected in series between a second reference power source and ground; The second resistor obtained at the connection point of the plurality of resistors of the second resistor group
Claim 1 comprising: a switch group that applies a reference voltage to the arithmetic circuit; and a selection circuit that selectively drives one switch of the switch group in accordance with an output signal of the comparison circuit group. Integral type A/D described in item or item 3
conversion circuit.
る請求項第1項又は第3項記載の積分型A/D変換回路
。(7) The integral type A/D conversion circuit according to claim 1 or 3, wherein the arithmetic operation circuit performs a subtraction operation.
が印加される基準電源端子と、正及び負の入力端子を有
し、該正の入力端子が前記入力端子に接続された差動型
の増幅器と、該増幅器の負の入力端子と前記基準電源端
子との間に直列接続された抵抗及びスイッチから成る直
列回路と、前記増幅器の出力端子と負の入力端子との間
に接続された積分用のコンデンサとからなる積分回路を
備えたことを特徴とする積分型A/D変換回路。(8) A differential type having an input terminal to which an analog signal is applied, a reference power supply terminal to which a reference voltage is applied, and positive and negative input terminals, the positive input terminal being connected to the input terminal. an amplifier, a series circuit consisting of a resistor and a switch connected in series between the negative input terminal of the amplifier and the reference power supply terminal, and a series circuit connected between the output terminal of the amplifier and the negative input terminal. An integrating type A/D conversion circuit characterized by comprising an integrating circuit including an integrating capacitor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20055788A JPH0248826A (en) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Integration type a/d conversion circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20055788A JPH0248826A (en) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Integration type a/d conversion circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0248826A true JPH0248826A (en) | 1990-02-19 |
Family
ID=16426292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20055788A Pending JPH0248826A (en) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Integration type a/d conversion circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0248826A (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49128668A (en) * | 1973-04-09 | 1974-12-10 | ||
| JPS61102821A (en) * | 1984-10-25 | 1986-05-21 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Digital voltmeter |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP20055788A patent/JPH0248826A/en active Pending
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