JPH0438290B2 - - Google Patents
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- JPH0438290B2 JPH0438290B2 JP9103486A JP9103486A JPH0438290B2 JP H0438290 B2 JPH0438290 B2 JP H0438290B2 JP 9103486 A JP9103486 A JP 9103486A JP 9103486 A JP9103486 A JP 9103486A JP H0438290 B2 JPH0438290 B2 JP H0438290B2
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、差圧などの物理量を静電容量を介し
て電気信号に変換する容量式変換器に係り、特に
物理量の変換精度を改良した容量式変換器に関す
る。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a capacitive converter that converts a physical quantity such as differential pressure into an electrical signal via capacitance, and particularly improves the conversion accuracy of the physical quantity. Regarding capacitive converters.
(従来の技術)
第8図は本発明の改良のベースとなる昭和60年
12月17日に特許出願された特願昭60−283715号
(発明の名称:容量式変換器)に開示された容量
式変換器のブロツク図である。(Prior art) Figure 8 is from 1985, which is the basis for the improvement of the present invention.
1 is a block diagram of a capacitive converter disclosed in Japanese Patent Application No. 60-283715 (title of invention: capacitive converter) filed on December 17th.
演算増幅器Q1の非反転入力端(+)と出力端
との間には抵抗R1,R2が接続され、その反転入
力端(−)は一定電圧V0と出力端の電圧とを抵
抗R3,R4で分圧した電圧が印加されている。 Resistors R 1 and R 2 are connected between the non-inverting input terminal (+) and the output terminal of the operational amplifier Q 1 , and the inverting input terminal (-) resistors the constant voltage V 0 and the voltage at the output terminal. A voltage divided by R 3 and R 4 is applied.
演算増幅器Q1の出力端はインバータG1の入力
端に接続され、その出力端は抵抗R1とR2の接続
点に抵抗R5を介して接続されると共にインバー
タG2を介して可変容量1の一端に接続されてい
る。可変容量C1の他端は静電容量C2を介して共
通電位点COMに接続されると共に演算増幅器Q1
の非反転入力端(+)に接続されている。 The output terminal of operational amplifier Q 1 is connected to the input terminal of inverter G 1 , and its output terminal is connected to the connection point of resistors R 1 and R 2 via resistor R 5 , and the variable capacitor is connected via inverter G 2 . 1 is connected to one end. The other end of the variable capacitor C 1 is connected to the common potential point COM via the capacitor C 2 and is connected to the operational amplifier Q 1
is connected to the non-inverting input terminal (+) of
なお、演算増幅器Q1、インバータG1,G2は正
電圧+Eで付勢され、インバータG1,G2は
CMOSトランジスタで構成されている。 Note that operational amplifier Q 1 and inverters G 1 and G 2 are energized with positive voltage +E, and inverters G 1 and G 2 are
Consists of CMOS transistors.
次に、以上の如く構成された第8図に示す実施
例の動作について第9図に示す波形図を用いて説
明する。 Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 8 constructed as above will be explained using the waveform diagram shown in FIG. 9.
インバータG1の出力端の電圧V4が第9図ニに
示すハイレベルの状態にあるときは、インバータ
G2の出力はローレベルであり抵抗R2を介して可
変容量C1と静電容量C2が充電され、演算増幅器
Q1の入力端の電位が第9図イの期間T1に示すよ
うに上昇する。これに伴い演算増幅器Q1の出力
端の電圧V3(第9図ハ)も抵抗R1と抵抗R2の接続
の電圧V2(第9図ロ)も上昇する。電圧V3がイン
バータG1のスレツシヨルド電圧VTHを越えるとそ
の出力端のレベルがローレベルに反転する。この
ため、インバータG2の出力端がハイレベルにな
り可変容量C1と静電容量C2とで分圧された電圧
が演算増幅器Q1の非反転入力端(+)に印加さ
れ、その電圧V1は垂直に立上る(第9図イ)。以
後、インバータG1の出力端がローレベルである
ので、抵抗R2を介して可変容量C1、静電容量C2
の電荷が第9図イの期間T2のあいだ放電を続け、
演算増幅器Q1の非反転入力端(+)の電位が低
下する。インバータG1の入力端のスレツシヨル
ド電圧VTHに達するとその出力端はハイレベルに
反転し、当初の状態に戻る。従つて、抵抗R2に
流れる電流はインバータG1の出力端の電圧V4の
レベル変化に対応して正逆方向の定電流icとな
る。このため第9図に示すような発振が継続す
る。 When the voltage V4 at the output end of the inverter G1 is at the high level shown in Figure 9D, the inverter
The output of G 2 is low level, and variable capacitor C 1 and capacitor C 2 are charged through resistor R 2 , and the operational amplifier
The potential at the input terminal of Q1 rises as shown in period T1 in FIG. 9A. Along with this, the voltage V 3 at the output terminal of the operational amplifier Q 1 (FIG. 9C) and the voltage V 2 at the connection between the resistors R 1 and R 2 (FIG. 9 B) also rise. When the voltage V3 exceeds the threshold voltage VTH of the inverter G1 , the level of its output terminal is inverted to low level. Therefore, the output terminal of inverter G 2 becomes high level, and the voltage divided by variable capacitance C 1 and capacitance C 2 is applied to the non-inverting input terminal (+) of operational amplifier Q 1 , and the voltage V 1 rises vertically (Figure 9a). After that, since the output terminal of inverter G1 is at low level, variable capacitance C1 and electrostatic capacitance C2 are connected via resistor R2.
The charge continues to discharge during the period T 2 shown in Fig. 9A,
The potential at the non-inverting input terminal (+) of operational amplifier Q1 decreases. When the threshold voltage VTH at the input end of inverter G1 is reached, its output end is inverted to high level and returns to its original state. Therefore, the current flowing through the resistor R 2 becomes a constant current i c in the forward and reverse directions in response to the level change of the voltage V 4 at the output terminal of the inverter G 1 . Therefore, oscillation as shown in FIG. 9 continues.
以上の点を定量的に説明すれば次の様になる。
電圧V1〜V4は次の関係を満たす。 A quantitative explanation of the above points is as follows.
Voltages V 1 to V 4 satisfy the following relationship.
V4−V2/R5=V2−V1/R2+V2−V3/R1 (1)
V3=(1+R4/R3)V1−R4/R3V0 (2)
(1),(2)式の関係から
V2=R0/R5V4−R0/R1・R4/R3V0+(1/R2+1/R1+
R4/R1R3)R0V1(3)
となる。但し、R0=1/R5+1/R1+1/R2である。 V 4 −V 2 /R 5 =V 2 −V 1 /R 2 +V 2 −V 3 /R 1 (1) V 3 = (1+R 4 /R 3 )V 1 −R 4 /R 3 V 0 (2 ) From the relationship of equations (1) and (2), V 2 = R 0 /R 5 V 4 −R 0 /R 1・R 4 /R 3 V 0 + (1/R 2 +1/R 1 +
R 4 /R 1 R 3 ) R 0 V 1 (3). However, R 0 =1/R 5 +1/R 1 +1/R 2 .
ここで、R5/R1=R3/R4に選定すると、
V2−V1=R0/R5(V4−V0) (4)
となる。ここでV0=E/2なるように一定電圧
V0を決めると
V2−V1=R0/R5(V4−E/2) (4)′
となる。従つて、電圧V4が+E←→ゼロの2レ
ベルの変化を繰り返すので、抵抗R2を流れる電
流iは、
iC=|V2−V1|/R2=R0/R2R5|E/2| (5)
の大きさで双方向に流れる定電流となる。 Here, if R 5 /R 1 =R 3 /R 4 is selected, V 2 −V 1 =R 0 /R 5 (V 4 −V 0 ) (4). Here, the voltage is constant so that V 0 = E/2
When V 0 is determined, V 2 −V 1 =R 0 /R 5 (V 4 −E/2) (4)'. Therefore, since the voltage V 4 repeats two levels of +E←→zero, the current i flowing through the resistor R 2 is: i C = |V 2 −V 1 |/R 2 = R 0 /R 2 R 5 A constant current flows in both directions with a magnitude of |E/2| (5).
なお、演算増幅器Q1における発振を防止する
ためには、R2≫R4と選して正帰還の量を少くす
るようにする。 Note that in order to prevent oscillation in the operational amplifier Q1 , the amount of positive feedback is reduced by selecting R2 >> R4 .
次に、可変容量C1での電荷変動を考慮すると
次式が成立する。 Next, when considering the charge fluctuation in the variable capacitor C1 , the following equation holds true.
T1・iC=C1E (6)
従つて、期間T1は
T1=C1/iC (6)′
として求められ、これは期間T2についても同じ
である。このため、インバータG1の出力端の周
波数は可変容量C1に比例する値となる。 T 1 ·i C =C 1 E (6) Therefore, the period T 1 is obtained as T 1 =C 1 /i C (6)', and the same is true for the period T 2 . Therefore, the frequency at the output end of the inverter G1 has a value proportional to the variable capacitance C1 .
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、第8図に示す従来の容量式変換
器では演算増幅器Q1の遅れとしての最大電圧変
化の時間率であるスルーレートの大きさで物理量
の変換精度が低下するという問題がある。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the conventional capacitive converter shown in FIG . There is a problem that the amount decreases.
(問題点を解決するための手段)
この発明は、以上の問題点を解決するため、検
出すべき物理量に応じて容量が変化する可変容量
と、非反転入力端にこの容量の一端が接続され反
転入力端に出力端の電圧と一定電圧との分圧電圧
が印加された演算増幅器と、入力端にこの演算増
幅器の出力が印加され出力端の電圧を論理素子を
介してその電圧の反転相で可変容量の他端に印加
するインバータと、演算増幅器の出力とインバー
タの出力との分圧点より演算増幅器の非反転入力
端に流す定電流値をスイツチにより切換える切換
手段と、このスイツチを選択信号により切換えて
演算増幅器のスルーレートを演算して補正する補
正手段とインバータの出力周波数に関連する周波
数から物理量を演算する演算手段とを有するマイ
クロコンピユータを具備する構成としたものであ
る。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention includes a variable capacitor whose capacitance changes depending on the physical quantity to be detected, and one end of this capacitor connected to a non-inverting input terminal. An operational amplifier has an inverting input terminal applied with a divided voltage of the output terminal voltage and a constant voltage, and the output terminal of this operational amplifier is applied to the input terminal, and the output terminal voltage is converted to the inverted phase of that voltage through a logic element. an inverter that is applied to the other end of the variable capacitor, a switching means that uses a switch to switch the constant current value that is applied to the non-inverting input end of the operational amplifier from the voltage division point between the output of the operational amplifier and the output of the inverter, and this switch. The structure includes a microcomputer having a correction means that calculates and corrects the slew rate of the operational amplifier by switching based on a signal, and a calculation means that calculates a physical quantity from a frequency related to the output frequency of the inverter.
(作 用)
この様な構成とすることにより演算増幅器のス
ルーレートをマイクロコンピユータで測定するこ
とができるので、この測定結果に基づいてインバ
ータの出力に得られる周期に対して補正演算を施
すことにより物理量に正確に対応する電気信号を
出力することができる。(Function) With this configuration, the slew rate of the operational amplifier can be measured with a microcomputer, and based on this measurement result, a correction calculation can be performed on the period obtained from the output of the inverter. It is possible to output electrical signals that accurately correspond to physical quantities.
(実施例)
以下、本発明の実施例について図面に基づき説
明する。第1図は本発明の実施例に係る容量/時
間変換部10を示すブロツク図である。尚、第8
図に示す従来の技術と同一の機能を有する部分に
は同一の符号を付し適宜にその説明を省略する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a capacity/time converter 10 according to an embodiment of the present invention. Furthermore, the 8th
Components having the same functions as those of the conventional technology shown in the figures are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted as appropriate.
第1図において演算増幅器Q1の非反転入力端
(+)と抵抗R1.R5の接続点との間に抵抗R2,R6
とこれ等を切換えるスイツチとが直列に接続さ
れ、このスイツチSWは選択信号Aにより切換え
られるようにしてある点が第8図に示す容量式変
換器と異なつている。 In Figure 1, resistors R 2 and R 6 are connected between the non-inverting input terminal (+) of operational amplifier Q 1 and the connection point of resistors R 1 and R 5 .
This converter is different from the capacitive converter shown in FIG. 8 in that the converter and a switch for switching these are connected in series, and the switch SW is switched by a selection signal A.
従つて、第2図イに示す選択信号Aがハイレベ
ルに保持されている間はスイツチSWで抵抗R2側
に接続され第8図に示す回路と同じになるので演
算増幅器Q1の非反転入力端(+)の電圧V1とイ
ンバータG1の出力端の電圧V4第9図におけると
同様に第2図ロ、ハに示す波形となる。選択信号
Aがローレベルになると(第2図イ)スイツチ
SWはR6側に接続されるが発振周期が異なるだけ
で選択信号Aがハイレベルのときと同じように動
作する。 Therefore, while the selection signal A shown in Fig. 2A is held at a high level, the switch SW is connected to the resistor R2 side, and the circuit becomes the same as that shown in Fig. 8, so that the operational amplifier Q1 is not inverted. The voltage V 1 at the input end (+) and the voltage V 4 at the output end of the inverter G 1 result in the waveforms shown in FIG. 2 B and C, similar to those in FIG. 9. When the selection signal A becomes low level (Fig. 2 A), the switch
SW is connected to the R6 side, but operates in the same way as when the selection signal A is at high level, only the oscillation period is different.
そこで、次にこの発振周期の相違から演算増幅
器Q1のスルーレートに起因する応答の遅れ時間td
を第3図を用いて算出する。 Therefore, from this difference in oscillation period, the response delay time t d due to the slew rate of operational amplifier Q 1
is calculated using Figure 3.
第3は第2図ロの波形を拡大したものであり
V′THは演算増幅器Q1のスレツシヨルド電圧であ
る。いま、抵抗R2が抵抗R6に対して係数kを乗
じた値とすると、
R2=kR6 (7)
となり、これに伴ない抵抗R2,R6に対応した可
変容量C1に比例する期間t1,t1′との関係は、
t1=kt1′ (8)
となる。従つて、(7),(8)式から
td=1/1−k(T1−kT1′) (9)
を得る。ここに期間T1,T1′は
T1=t1+td=C1/iC1E+td (10)
T1′=t1′+td=C1/iC1E+td (11)
となる。但し、iC1,iC2は抵抗R2,R6に流れる双
方の定量流値である。 The third image is an enlarged waveform of Figure 2 (b).
V′ TH is the threshold voltage of operational amplifier Q 1 . Now, if the resistance R 2 is the value obtained by multiplying the resistance R 6 by the coefficient k, then R 2 = kR 6 (7), and accordingly, the value is proportional to the variable capacitance C 1 corresponding to the resistances R 2 and R 6 . The relationship between the periods t 1 and t 1 ′ is t 1 = kt 1 ′ (8). Therefore, from equations (7) and (8), we obtain t d =1/1-k(T 1 -kT 1 ') (9). Here, the periods T 1 and T 1 ′ are T 1 = t 1 + t d = C 1 /i C1 E + t d (10) T 1 ′ = t 1 ′ + t d = C 1 /i C1 E + t d (11) . However, i C1 and i C2 are both constant flow values flowing through resistors R 2 and R 6 .
(10),(11)式から選択信号Aがハイレベル、ローレ
ベルのときの発振周期T1,T1′を測定することが
できるので、(9)式の演算を行なえば遅れ時間tdを
算出することができる。 From equations (10) and (11), it is possible to measure the oscillation periods T 1 and T 1 ' when the selection signal A is at high level and low level, so by calculating equation (9), the delay time t d can be measured. can be calculated.
従つて、(9)式を用いて静電容量C1は(10)式から C1=iC1/E(T1−td) (10)′ として求めることができる。 Therefore, using equation (9), the capacitance C 1 can be determined from equation (10) as C 1 =i C1 /E(T 1 −t d ) (10)'.
第4図は可変容量として差動的に変化する容量
を用いた場合の容量/時間変換部11を示すブロ
ツク図である。 FIG. 4 is a block diagram showing the capacitance/time converter 11 when a differentially varying capacitor is used as the variable capacitor.
インバータG1の出力端はナンドゲートG3,G4
の一方の入力端に接続され、その各出力端は差動
容量CL,CHの各一端に接続されると共にナンド
ゲートG5の各入力端に接続されている。ナンド
ゲートG5の出力端は抗R5の一端に接続されてい
る。 The output end of inverter G 1 is NAND gate G 3 , G 4
, and each of its output terminals is connected to one terminal of each of the differential capacitances C L and C H as well as to each input terminal of the NAND gate G 5 . The output end of NAND gate G5 is connected to one end of anti- R5 .
差動容量CL,CHの各他端は共に静電容量C2を
介して共通電位点COMに接続されると共に演算
増幅器Q1の非反転入力端(+)に接続されてい
る。インバータG1の出力端はインバータG6を介
してnビツトのカウンタCTの入力端CLに接続さ
れ、その出力端QnはナンドゲートG4の入力端に
接続されると共にインバータG7を介してナンド
ゲートG3の他方の入力端に接続されている。イ
ンバータG7の出力端より出力V0を得る。 The other ends of the differential capacitances C L and C H are both connected to the common potential point COM via the capacitance C 2 and are also connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier Q 1 . The output terminal of inverter G1 is connected to the input terminal CL of n-bit counter CT via inverter G6 , and its output terminal Qn is connected to the input terminal of NAND gate G4 via inverter G7 . Connected to the other input end of 3 . Output V 0 is obtained from the output end of inverter G 7 .
次に、以上の如く構成された第4図に示す容
量/時間変換部11の動作について第5図に示す
波形図を用いて説明する。 Next, the operation of the capacitance/time converter 11 shown in FIG. 4 and configured as described above will be explained using the waveform diagram shown in FIG. 5.
先ず、選択信号Aがハイレベルの状態で抵抗
R2が選択されている場合につて説明する。カウ
ンタCTの出力端Qnがローレベルの状態では、ナ
ンドゲートG3,G4のうちG3が選定され、G4の出
力端はハイレベルに保たれる。従つて、ナンドゲ
ートG3,G5はそれぞれ単なるインバータとして
機能するので、ナンドゲートG3は第1図におけ
るインバータG2と同一の機能をもち、ナンドゲ
ートG5の出力端はインバータG1の出力端と同一
のレベル変化をする。 First, when the selection signal A is at high level, the resistor
The case where R 2 is selected will be explained. When the output terminal Qn of the counter CT is at a low level, G3 is selected from among the NAND gates G3 and G4 , and the output terminal of G4 is kept at a high level. Therefore, since NAND gates G 3 and G 5 each function as a simple inverter, NAND gate G 3 has the same function as inverter G 2 in FIG. 1, and the output terminal of NAND gate G 5 is the same as the output terminal of inverter G 1 . Make the same level change.
このため、カウンタCTの出力端Qnがローレベ
ルの状態、つまり第5図ハのTLの期間は第1図
における可変容量C1を可変容量としての差動容
量CLとしたときと同じ動作をする。従つて、演
算増幅器Q1の入力端の電圧V1′、抵抗R1とR5の接
続点の電圧V2′、演算増幅器Q1の出力端の電圧
V3′、ナンドゲートG5の出力端の電圧V4′はそれ
ぞれ第1図における電圧V1〜V4と同じようにな
る。第5図ロに示すように演算増幅器Q1の非反
転入力端(+)の電圧V1′の周期tLの波形の繰り
返しカウンタCTのビツト数nだけ繰り返される。
従つて、カウンタCTの出力端のローレベルに対
応するインバータG7の出力レベルの期間TLは(10)
式を導いたときと同様にして次式のようになる。 Therefore, when the output terminal Qn of the counter CT is at a low level, that is, during the period TL in FIG. 5C, the same operation as when the variable capacitor C 1 in FIG . do. Therefore, the voltage at the input terminal of operational amplifier Q 1 is V 1 ′, the voltage at the connection point of resistors R 1 and R 5 is V 2 ′, and the voltage at the output terminal of operational amplifier Q 1.
V 3 ' and the voltage V 4 ' at the output terminal of the NAND gate G 5 are the same as the voltages V 1 to V 4 in FIG. 1, respectively. As shown in FIG. 5B, the waveform of the voltage V 1 ' at the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier Q 1 with a period t L is repeated by the number n of bits of the repetition counter CT.
Therefore, the period T L of the output level of inverter G7 corresponding to the low level of the output terminal of counter CT is (10)
In the same way as when we derived the formula, we get the following formula.
TL=ntL+ntd=nCL/iC1E+ntd (12) ただし、iC1=R0/R2R5|E/2|である。 T L =nt L +nt d =nC L /i C1 E+nt d (12) However, i C1 = R 0 /R 2 R 5 |E/2|.
カウンタCTが差動容量CLに関連したn個のパ
ルスを数するとその出力端Qnのレベルがハイレ
ベルに反転する。この状態では、ナンドゲート
G3,G4のうちのG4が選定されG5の出力端はハイ
レベルに保たれる。従つて、ナンドゲートG3,
G5はそれぞれ単なるインバータとして機能し、
ナンドゲートG4は第1図におけるインバータG2
と同一の機能を有する。また、ナンドゲートG5
の出力端はインバータG5の出力端と同一のレベ
ル変化をする。 When the counter CT counts n pulses related to the differential capacitance CL , the level of its output terminal Qn is inverted to high level. In this state, Nand Gate
Out of G 3 and G 4 , G 4 is selected and the output terminal of G 5 is kept at a high level. Therefore, Nandgate G 3 ,
Each G 5 acts as just an inverter,
NAND gate G 4 is inverter G 2 in Fig. 1
It has the same function as . Also, Nand Gate G5
The output terminal of inverter G5 has the same level change as the output terminal of inverter G5.
このため、カウンタCTの出力端Qnがハイレベ
ルの状態、つまり第5図ハのTHの期間は第1図
における可変容量C1を可変容量としての差動容
量CHとしたときと同じ動作をする。期間THの場
合と同様にして、期間Tは
TH=ntH+ntd=nCH/iC1E+ntd (13)
となる。 Therefore, when the output terminal Qn of the counter CT is at a high level, that is, during the T H period in Figure 5 C, the operation is the same as when the variable capacitor C 1 in Figure 1 is used as the differential capacitor C H as the variable capacitor. do. Similarly to the case of the period T H , the period T is T H =nt H +nt d =nC H /i C1 E+nt d (13).
次に、選択信号Aがローレベル状態で抗R6が
選択されている場合について説明する。この場合
は選択信号Aがハイレベルの状態と発振周期が異
なるだけでその動作は同じである。従つて、(12),
(13)式に対応する期間TL′,TH′は
T′L=nt′L+ntd=nCL/iC2E+ntd (14)
T′H=nt′H+ntd=nCH/iC2E+ntd (15)
である。ただしiC2=R0/6R5|E/2|である。 Next, a case will be described in which the selection signal A is at a low level and anti- R6 is selected. In this case, the operation is the same except that the selection signal A is at a high level and the oscillation period is different. Therefore, (12),
The periods T L ′ and T H ′ corresponding to equation (13) are T′ L = nt′ L + nt d = nC L /i C2 E+nt d (14) T′ H = nt′ H + nt d = nC H /i C2 E+nt d (15). However, i C2 = R 0 / 6 R 5 |E/2|.
これ等の場合には
tL=Kt′L (16)
tH=Kt′H (17)
の関係があるので、(12)〜(17)式を用いて遅れ時間td
は
td=1/n・TL−kT′L/1−k (18)
td=1/n・TH−kT′H/1−k (19)
として得られる。 In these cases, there is the relationship t L = Kt′ L (16) t H = Kt′ H (17), so using equations (12) to (17), the delay time t d
is obtained as t d =1/n・T L −kT′ L /1−k (18) t d =1/n・T H −kT′ H /1−k (19).
従つて、選択信号Aがハイレベル、ローレベル
のときのインバータG7の出力端の電圧V0の発振
周TL,TH,T′L,T′Hを測定することにより、演
算増幅器Q1の遅れ時間tdを知ることができる。こ
のため、(18)式あるいは(19)式を用て差動容量CL,
CHは(12),(13)式から、
CL=iC1/nE(TH−ntd)(12)′
CH=iC1/nE(TL−ntd)(13)′
として求めることができる。 Therefore, by measuring the oscillation frequencies T L , T H , T' L , T' H of the voltage V 0 at the output terminal of the inverter G 7 when the selection signal A is at high level and low level, the operational amplifier Q 1 's delay time t d can be found. Therefore, using equation (18) or equation (19), the differential capacitance C L ,
From equations (12) and (13), C H is calculated as C L = i C1 / nE (T H − nt d ) (12)′ C H = i C1 / nE (T L − nt d ) (13)′ You can ask for it.
第6図は本発明に係る全体構成を示すブロツク
図である。 FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration according to the present invention.
12はマイクロコンピユータユニツトであり、
容量/時間変換部11の出力V0が入力される。
容量/時間変換部は10でも良いが、ここでは1
1をベースとして説明する。13は出力V0に含
まれる時間信号をデジタル値に変換するタイマカ
ウンタ(T/D)である。14はRAM(ランダ
ムアクセスメモリ)、15はROM(リードオンリ
ーメモリ)であり、これ等のアドレス指定は
CPU(プロセツサ)16からバス17、ラツチデ
コーダ18を介してなされる。19はデータバ
ス、20はコントロールバスである。タイマカウ
ンタ13から取入れられたデータはデータバス1
9を介してRAM14へ格納される。ROM15
には所定の演算プログラムおよび初データが格納
されており、CPU16の制御のもとにROM15
に格納された演算手順に従つて演算された結果は
RAM14に格納される。また、選択信号Aはコ
ントロールバス20を介してCPU16の制御の
もとに容量/時間手換部11に出力される。最終
の演算結果はタイマ/カウンタ21にデユテイ信
号に変換され、デユテイ信号デユテイ/アナログ
変換器22でアナログ信号変換されて出力端23
に出力する。タイマ/カウンタ21とデユテイ/
アナログ変換器22でテジタル/アナログ変換器
24を構成する。 12 is a microcomputer unit;
The output V 0 of the capacity/time converter 11 is input.
The number of capacity/time converters may be 10, but here it is 1.
The explanation will be based on 1. 13 is a timer counter (T/D) that converts the time signal included in the output V 0 into a digital value. 14 is RAM (random access memory), 15 is ROM (read only memory), and the addressing of these is
The data is transmitted from a CPU (processor) 16 via a bus 17 and a latch decoder 18. 19 is a data bus, and 20 is a control bus. The data taken in from the timer counter 13 is transferred to the data bus 1.
9 and stored in the RAM 14. ROM15
A predetermined calculation program and initial data are stored in the ROM 15 under the control of the CPU 16.
The result calculated according to the calculation procedure stored in
It is stored in RAM14. Further, the selection signal A is outputted to the capacity/time switching section 11 via the control bus 20 under the control of the CPU 16. The final calculation result is converted into a duty signal by the timer/counter 21, converted into an analog signal by the duty/analog converter 22, and then converted to an analog signal at the output terminal 23.
Output to. Timer/counter 21 and duty/
The analog converter 22 constitutes a digital/analog converter 24.
次に、第6図に示す実施例の信号処について第
7図に示すフローチヤートを用いて説明する。 Next, the signal station of the embodiment shown in FIG. 6 will be explained using the flowchart shown in FIG.
先ず、差動容量CL,CHと差圧ΔPとの関係につ
いて説明する。差圧ΔPがゼロのときの各差動容
量CL,CHの値をC0、移動電極25のバネ定数を
Kとすれば、差動容量CL,CHは、
CL=C01/1−kΔP (20)
CH=C01/1−kΔP (21)
として現わせる。これ等の式から、差圧ΔPは
ΔP=1/k(CL−CH/CL+CH) (22)
として算出される。 First, the relationship between the differential capacitances C L and C H and the differential pressure ΔP will be explained. If the value of each differential capacitance C L and C H when the differential pressure ΔP is zero is C 0 and the spring constant of the moving electrode 25 is K, then the differential capacitance C L and C H are as follows: C L = C 0 It can be expressed as 1/1-kΔP (20) C H =C 0 1/1-kΔP (21). From these formulas, the differential pressure ΔP is calculated as ΔP=1/k(C L −C H /C L +C H ) (22).
マイクロコンピユータユニツト12は以上の点
を考慮して演算される。演算に先立つて、ROM
15には初期データとしてステツプで示すよう
に演算増幅器Q1の遅れ時間tdの初期値td0などが
設定され、更にステツプでRAM14に演算に
必要カウンタのビツトn、係数k、定電流値iC1,
iC2、電源電圧E、差圧ゼロのときの容量C0、バ
ネ定数Kなどが設定される。 The microcomputer unit 12 is operated in consideration of the above points. Prior to calculation, ROM
In step 15, the initial value td0 of the delay time td of the operational amplifier Q1 is set as initial data, as shown in the step, and furthermore, in the step, the bit n of the counter necessary for the calculation, the coefficient k, and the constant current value i are stored in the RAM 14. C1 ,
i C2 , power supply voltage E, capacitance C 0 when the differential pressure is zero, spring constant K, etc. are set.
以上の状態において、CPU16の制御のもと
に容量/時間変換部11から出力V0(TL,TH)
が読込まれ(ステツプ)RAM14に格納され
る。格納されたデータを用いてROM15に格納
されている(12)′,(13)′の演算式により差動容量CL,
CHを演算し(ステツプ)、RAM14に格納す
る。この場合に用いる遅れ時間は最初の演算であ
るのでステツプで設定した初期値td0を用いる。 In the above state, the output V 0 (T L , T H ) from the capacity/time converter 11 under the control of the CPU 16
is read (step) and stored in the RAM 14. Using the stored data, the differential capacitance C L ,
Calculate C H (step) and store it in RAM 14. Since the delay time used in this case is the first calculation, the initial value td0 set in step is used.
次に、ステツプでROM15に格納されてい
る(22)式に示す演算プログラムにより差圧演算
を実行する。演算結果は、デジタル/アナログ変
換器24を介して出力される。 Next, in step, differential pressure calculation is executed using the calculation program shown in equation (22) stored in the ROM 15. The calculation result is output via the digital/analog converter 24.
演算増幅器Q1のスルーレートは短時間で変化
しないので、(22)式における差圧ΔPの演算サイ
クルに比べて(18)式あるいは(19)式に示す遅れ時間td
の演算は1/5〜1/10サイクルで実行して補正
しても良い。そこで、ステツプでこの補正周期
の判断をする。所定の補正周期に達していないな
らば出力V0の読込みを繰り返す。所定の補正周
期に達したときは、ステツプに移行し選択信号
Aをコントロールバス20を介して容量/時間変
換部11に出力し、スイツチSWを抵抗R6側に切
り換えて出力V0(T′H,T′LL)を読込みRAM14
に格納する。次に、ステツプで(18)あるいは(19)式
の演算をROM14に移動された演算手順に従つ
て実し、RAM14に格納しステツプに戻る。 Since the slew rate of operational amplifier Q 1 does not change in a short time, the delay time t d shown in equation (18) or (19) is shorter than the calculation cycle of differential pressure ΔP in equation (22).
The calculation may be performed and corrected in 1/5 to 1/10 cycles. Therefore, this correction cycle is determined in each step. If the predetermined correction cycle has not been reached, reading of the output V 0 is repeated. When the predetermined correction period has been reached, the process moves to step and outputs the selection signal A to the capacitance/time converter 11 via the control bus 20, switches the switch SW to the resistor R6 side, and outputs V 0 (T' H , T′ LL ) is read into RAM14.
Store in. Next, in step, the calculation of equation (18) or (19) is executed according to the calculation procedure moved to ROM 14, and stored in RAM 14, and the process returns to step.
次回のステツプでのCL,CHの演算はステツ
プで算出された遅れ時間tdを用いて実行され
る。以下、同様して繰り返す。 The calculations of C L and C H in the next step are executed using the delay time t d calculated in the step. The same procedure is repeated below.
なお、今までの説明では演算増幅器Q1の非反
転入力端(+)に流す定電流値を変更するのに抵
抗を切換えて実したが、これに限ることはなく電
流値自体を変更するようにしても良いし、更に電
圧V4,V4′を通常はEとゼロの間で切換えたもの
を(E−ΔV)とΔVとの間で切換えて補正するよ
うにしても良い。 In addition, in the explanation so far, the constant current value flowing to the non-inverting input terminal (+) of operational amplifier Q 1 was changed by changing the resistor, but this is not limited to this, and it is also possible to change the current value itself. Alternatively, the voltages V 4 and V 4 ', which are normally switched between E and zero, may be switched between (E- ΔV ) and ΔV for correction.
(発明の効果)
以上、実施例と共に具体的に説明したように本
発明によれば、可変容量への充放電電流を一定周
期あるいは任意周期で変化させ演算増幅器のスル
ーレート分を演算して補正するようにしたので、
精度の良い容量式変換器が実現できるとともに演
算増幅器として高速応のものを用いる必要がな
い。(Effects of the Invention) As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, the charging/discharging current to the variable capacitor is changed at a fixed cycle or an arbitrary cycle, and the slew rate of the operational amplifier is calculated and corrected. I decided to do this, so
A highly accurate capacitive converter can be realized, and there is no need to use a high-speed operational amplifier.
第1図は本発明の実施例に係る容量/時間変換
部の構成を示すブロツク図、第2図は第1図にお
ける各部の波形を示す波形図、第3図は第2図に
示す波形図の一部を拡大して問題点を説明する説
明図、第4図は本発明の実施例に係る容量/時間
変換部の他の構成を示すブロツク、第5図は第4
図における各部の波形を示す波形図、第6図は本
発明の全体構成を示すブロツク図、第7図は第6
図における信号処理を説明するフロー図、第8図
は従来の容量式変換器の構成を示すブロツク図、
第9図は第8図における各部の波形を示す波形図
である。
10,11……容量/時間変換部、12……マ
イクロコンピユータユニツト、13……タイマカ
ウンタ、14……ランダムアクセスメモリ、15
……リードオンリメモリ、16……プロセツサ、
19……データバス、20……コントロールバ
ス、24……デジタル/アナログ変換器、C1…
…可変容量、CH,CL……差動容量、Q1……演算
増幅器、A……選択信号、CT……カウンタ。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a capacitance/time converter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing waveforms of each part in FIG. 1, and FIG. 3 is a waveform diagram shown in FIG. 2. FIG. 4 is a block diagram showing another configuration of the capacity/time converter according to the embodiment of the present invention, and FIG.
6 is a block diagram showing the overall configuration of the present invention, and FIG. 7 is a waveform diagram showing the waveforms of each part in the figure.
FIG. 8 is a flow diagram explaining the signal processing in FIG. 8, and FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a conventional capacitive converter.
FIG. 9 is a waveform diagram showing waveforms at various parts in FIG. 8. 10, 11...Capacity/time converter, 12...Microcomputer unit, 13...Timer counter, 14...Random access memory, 15
...Read-only memory, 16...Processor,
19...Data bus, 20...Control bus, 24...Digital/analog converter, C 1 ...
...variable capacitance, C H , C L ... differential capacitance, Q 1 ... operational amplifier, A ... selection signal, CT ... counter.
Claims (1)
変容量と、非反転入力端に前記容量の一端が接続
され反転入力端に出力端の電圧と一定電圧との分
圧電圧が印加された演算増幅器と、入力端に前記
演算増幅器の出力が印加され出力端の電圧を論理
素子を介してその電圧の反転相で前記可変容量の
他端に印加するインバータと、前記演算増幅器の
出力と前記インバータの出力との分圧点より前記
演算増幅器の非反転入力端に流す定電流値をスイ
ツチにより切換える切換手段と、前記スイツチを
選択信号により切換えて前記演算増幅器のスルー
レートを演算して補正する補正手段と前記インバ
ータの出力周波数に関連する周波数から前記物理
量を演算する演算手段とを有するマイクロコンピ
ユータを具備することを特徴とする容量式変換
器。1 A variable capacitor whose capacitance changes according to the physical quantity to be detected, and an operational amplifier in which one end of the capacitor is connected to the non-inverting input terminal and a divided voltage of the output terminal voltage and a constant voltage is applied to the inverting input terminal. an inverter having an input terminal to which the output of the operational amplifier is applied, and applying a voltage at the output terminal to the other terminal of the variable capacitor in an inverted phase of the voltage through a logic element; a switching means that uses a switch to switch a constant current value to flow from a voltage division point with an output to a non-inverting input terminal of the operational amplifier; and a correction means that switches the switch in response to a selection signal to calculate and correct the slew rate of the operational amplifier. and computing means for computing the physical quantity from a frequency related to the output frequency of the inverter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9103486A JPS62247211A (en) | 1986-04-19 | 1986-04-19 | Capacity-type convertor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9103486A JPS62247211A (en) | 1986-04-19 | 1986-04-19 | Capacity-type convertor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62247211A JPS62247211A (en) | 1987-10-28 |
| JPH0438290B2 true JPH0438290B2 (en) | 1992-06-24 |
Family
ID=14015223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9103486A Granted JPS62247211A (en) | 1986-04-19 | 1986-04-19 | Capacity-type convertor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62247211A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003035615A (en) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Nitta Ind Corp | Capacitive sensor |
-
1986
- 1986-04-19 JP JP9103486A patent/JPS62247211A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62247211A (en) | 1987-10-28 |
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