JPH0248826A - 積分型a/d変換回路 - Google Patents
積分型a/d変換回路Info
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- JPH0248826A JPH0248826A JP20055788A JP20055788A JPH0248826A JP H0248826 A JPH0248826 A JP H0248826A JP 20055788 A JP20055788 A JP 20055788A JP 20055788 A JP20055788 A JP 20055788A JP H0248826 A JPH0248826 A JP H0248826A
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- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
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- Analogue/Digital Conversion (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(*)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。
/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。
(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。
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。
次にA/D変換動作について説明する。
(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。
信号Aが発生し、第1スイツチ(4a)をオンさせる。
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。
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。
(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。
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。
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。
信号Vxの積分が開始する。
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。
、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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
例えば、前記電圧Vaが第3図の如く、電圧−■。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
Claims (8)
- (1)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積分型A/D変
換回路。 - (2)前記積分用の増幅器は、出力端子と負の入力端子
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。 - (3)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
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。 - (4)前記第1の積分型A/D変換器は、二重積分型A
/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。 - (5)前記積分回路の出力端と前記保持回路の入力端と
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。 - (6)前記基準電圧発生回路は、第1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。 - (7)前記演算回路は減算動作を行なうことを特徴とす
る請求項第1項又は第3項記載の積分型A/D変換回路
。 - (8)アナログ信号が印加される入力端子と、基準電圧
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20055788A JPH0248826A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 積分型a/d変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20055788A JPH0248826A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 積分型a/d変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0248826A true JPH0248826A (ja) | 1990-02-19 |
Family
ID=16426292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20055788A Pending JPH0248826A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 積分型a/d変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0248826A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49128668A (ja) * | 1973-04-09 | 1974-12-10 | ||
| JPS61102821A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-21 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | デイジタルボルトメ−タ |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP20055788A patent/JPH0248826A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49128668A (ja) * | 1973-04-09 | 1974-12-10 | ||
| JPS61102821A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-21 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | デイジタルボルトメ−タ |
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