JPH077422A - Ａ−ｄ変換方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はＡ−Ｄ変換部を搭載して制御を行う１
チップマイコンにおけるＡ−Ｄ変換方式に関し，一定範
囲の電圧で動作可能なＡ−Ｄ変換部を備える１チップマ
イコンの動作電圧が低くてＡ−Ｄ変換精度が要求される
場合にも高精度のＡ−Ｄ変換値を得ることができると共
に無駄な電力を消費しないことを目的とする。 【構成】１チップマイコンの外部に内部のＡ−Ｄ変換部
より高精度のＡ−Ｄ変換を行う専用Ａ−Ｄ変換回路を設
け，要求指示により内部のＡ−Ｄ変換部を駆動するか外
部の専用Ａ−Ｄ変換回路を駆動させるかを要求判別手段
により選択する。内部のＡ−Ｄ変換部を駆動する時は外
部の専用Ａ−Ｄ変換回路を停止し，外部の専用Ａ−Ｄ変
換回路を駆動する時は内部のＡ−Ｄ変換部を停止させ，
外部の専用Ａ−Ｄ変換回路を駆動した場合，Ａ−Ｄ変換
値の読み取り指示を発生してＡ−Ｄ変換値を読み取るよ
う構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明はＡ−Ｄ変換機能を備えた
１チップマイコンを用いたＡ−Ｄ変換方式に関し，特に
内部と外部にＡ−Ｄ変換機能を備え幅広い動作電圧に対
してＡ−Ｄ変換の精度を向上することができるＡ−Ｄ変
換方式に関する。動作電圧が高い状態で使用する１チッ
プマイコンでは，Ａ−Ｄ変換値の精度は高くなるが，逆
に動作電圧が低い状態で使用する１チップマイコンはＡ
−Ｄ変換精度が悪くなる。そのため，Ａ−Ｄ変換機能を
備えた１チップマイコンを種々の装置に使用する場合
に，動作電圧が低くてもＡ−Ｄ変換精度を高くすると共
に省電力化することが要求されている。

【従来の技術】図８は従来のＡ−Ｄ変換部の構成図であ
る。動作を説明すると，バス８０を介してＡ−Ｄ変換レ
ジスタ８１に対しチャネル選択指示やＡ−Ｄ変換動作の
開始や終了を制御するデータが入力される。チャネル選
択指示のデータは，チャネルセレクタ８２に与えられＡ
−Ｄ変換の対象となるアナログ信号が入力する８つのＡ
−Ｄポート＃１乃至＃８の一つを選択する。選択された
Ａ−Ｄポートのアナログ信号はコンパレータ８３で抵抗
ラダー８６の出力と比較され，Ａ−Ｄ制御回路８４の制
御によりＡ−Ｄ変換レジスタ８５，抵抗ラダー８６を切
替えることにより実行され，Ａ−Ｄ変換値はＡ−Ｄ変換
レジスタ８５にセットされる。このようなＡ−Ｄ変換部
のＡ−Ｄ変換用の電圧としてＶ_REF がコンパレータ８３
に供給され，このＶ_REF に対応したＡ−Ｄ変換動作が行
われる。一方，携帯型パソコン等の電子機器には充電可
能なバッテリ（二次電池）が搭載されており，このよう
なバッテリはＡＣ電源により発生した直流電源により充
電動作が行われる（電子機器を使用しながら行うことも
できる）。この充電動作は，バッテリが満充電になった
ことを検出すると終了する。そのためにバッテリの充電
中にバッテリの電圧をＡ−Ｄ変換により検出して充電制
御を行う必要がある。図９は二次電池（例えば，ニッカ
ド電池）の充電特性を示す図であり，縦軸が電圧
（Ｖ），横軸が時間を表し，充電を開始して図のように
バッテリの電圧が上昇する。満充電の検出方法として，
図に示すようにピークを過ぎて−ΔＶだけ降下すると満
充電検出をする方法がある。この−ΔＶは，微弱な電圧
（例えば，電池１セル当たり２０ミリボルト）である。
図１０はバッテリの充電状態を検出して制御を行うため
のブロック構成である。図中，９０はバッテリ，９１は
電圧のレベルシフトを行うオペアンプ，９２はＡ−Ｄ変
換部９３を内蔵し，ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＣＰＵを含む１チ
ップマイコン（マイクロコンピュータ）である。図１０
の動作は，バッテリ９０には図示されない充電用電源が
印加されることにより充電が行われ，バッテリ９０の電
圧は充電制御を行う１チップマイコン９２のＡ−Ｄ変換
部９３へ入力する。この場合，バッテリ９０の電圧は１
チップマイコン９２の動作電圧（２．５Ｖ〜５．５Ｖ）
よりかなり高い電圧のため，オペアンプ９１によりレベ
ルシフトされて，１チップマイコン９２へ供給される。
一方，従来の技術として，ＬＳＩの内部にＡ−Ｄ変換部
を設け，その外部に高精度（高価格）のＡ−Ｄ変換部を
設けて，２つのＡ−Ｄ変換部を常に動作させて，２つの
Ａ−Ｄ変換値の両方をＬＳＩで取り込んだ上で切り換え
により一方の変換値を使用する方法がある（特開平４−
１９６７２０号公報参照）。

【発明が解決しようとする課題】上記のようにＡ−Ｄ変
換部９３を備える１チップマイコン９２は２．５Ｖ〜
５．５Ｖまで動作可能であるが，Ａ−Ｄ変換用電圧（Ｖ
_REF ）も動作電圧に対して変化する。このため，マイコ
ンが２．５Ｖで動作しなければならない場合（電子機器
の情報処理用のマイクロプロセッサが２．５Ｖ用の場合
等）には，その内部のＡ−Ｄ変換部のＡ−Ｄ変換用電圧
（Ｖ_REF ）も２．５Ｖに抑えられてしまう。図１１は問
題点の説明図である。図に示すようにバッテリの充電電
圧値の幅０Ｖから１８Ｖの場合，図１０に示す構成にお
いて，オペアンプ９１により９Ｖ以下をカットし，増幅
率を制御して１チップマイコン９２のＡ−Ｄ変換部９３
に入力している。この時，１チップマイコン９２の動作
電圧が高い場合（例えば５．５Ｖ）は，Ａ−Ｄ変換部９
３は５．５Ｖで動作（Ｖ_REF が５．５Ｖ）し，１チップ
マイコン９２の動作電圧が低い場合（例えば，２．５
Ｖ）はＡ−Ｄ変換部９３は２．５Ｖで動作（Ｖ_REF が
２．５Ｖ）するので，オペアンプ９１の増幅率は前者
（５．５Ｖに対応）の場合０．６（５．５Ｖ÷９Ｖ）
で，後者の場合０．２７（２．５Ｖ÷９Ｖ）となるた
め，変換精度は動作電圧が高い場合に比べて低い場合は
半分以下になる。そして，１チップマイコン９２の電源
は，この１チップマイコンを搭載する電子機器の電源の
関係から５．５Ｖを使用する場合もあるが，２．５Ｖの
場合にも同じ構成により対応する必要があり，２．５Ｖ
の電源を使用すると低精度のＡ−Ｄ変換値に基づいて動
作することになる。なお，Ａ−Ｄ変換部にだけ１チップ
マイコンと異なる電源を供給して高精度の動作をするよ
うにすると，回路が複雑化すると共に電源の変化に対し
共通使用できないという問題がある。したがって，Ａ−
Ｄ変換部が低いＡ−Ｄ変換用電圧（Ｖ_REF ）を使用し
て，上記図１０に示すようなバッテリ充電時の満充電を
−ΔＶ検出により行うと，正常に満充電を検出すること
ができない可能性があり，その場合バッテリが過充電と
なって劣化する可能性がある。一方，上記従来の特開平
４−１９６７２０号公報の技術では，内部のＡ−Ｄ変換
値と外部のＡ−Ｄ変換値を同時に動作させて，切り換え
により一方を使用しているが，両方のＡ−Ｄ変換回路を
常時動作させているので消費電力が大きくなり，Ａ−Ｄ
変換部を含むＬＳＩを搭載する装置がバッテリで動作す
る場合，バッテリの動作時間を短くするという問題があ
る。本発明は一定範囲の電圧で動作可能なＡ−Ｄ変換部
を備える１チップマイコンで，Ａ−Ｄ変換用電圧が低く
てＡ−Ｄ変換精度が要求される場合にも高精度のＡ−Ｄ
変換値を得ることができると共に無駄な電力を消費しな
いＡ−Ｄ変換方式を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
図である。図１において，１は一定の電圧幅で動作する
１チップマイコン等の処理装置，２は処理装置１に備え
られ処理装置で使用する電源をＡ−Ｄ変換用電源として
動作するＡ−Ｄ変換部，３は外部に設けられた専用Ａ−
Ｄ変換回路，４は処理装置１と専用Ａ−Ｄ変換回路３の
間に設けられた信号線である。また，処理装置１におい
て，１０は要求判別手段，１１はＡ−Ｄ変換部駆動手
段，１２は専用Ａ−Ｄ変換回路駆動手段，１３は内部Ａ
−Ｄ変換値読み取り手段，１４は専用Ａ−Ｄ変換値読み
取り手段，１５は読み取られた値を保持する保持手段で
ある。本発明は処理装置の外部に高いＡ−Ｄ変換用電圧
により高精度で動作する専用Ａ−Ｄ変換回路を設け，処
理装置はアナログ信号のＡ−Ｄ変換値を，内部に備えら
れたＡ−Ｄ変換部を駆動して得るか外部の専用Ａ−Ｄ変
換回路を駆動して得るか制御し，使用しない方のＡ−Ｄ
変換の機構は停止させるものである。

【作用】図１において処理装置１には，Ａ−Ｄ変換に高
精度が要求されている（処理装置の動作電圧が低い）
か，通常の精度（処理装置１の動作電圧が高い）でよい
かの何れかの要求指示が入力されている。処理装置１内
でＡ−Ｄ変換の動作周期毎に要求判別手段１０が駆動さ
れると，要求指示を判別して選択動作を行う。すなわ
ち，高精度が指示されていると，専用Ａ−Ｄ変換回路駆
動手段１２を起動し，通常の精度（または低精度）が指
示されているとＡ−Ｄ変換部駆動手段１１を起動する。
専用Ａ−Ｄ変換回路駆動手段１２が起動すると，信号線
４を介して専用Ａ−Ｄ変換回路３を駆動する。専用Ａ−
Ｄ変換回路３は入力するアナログ信号をＡ−Ｄ変換動作
し，Ａ−Ｄ変換値を発生する。処理装置１では専用Ａ−
Ｄ変換回路３が動作した後専用Ａ−Ｄ変換値読み取り手
段１４が駆動される。これにより読み取り指示信号が信
号線４を介して出力され，専用Ａ−Ｄ変換回路３がこれ
を受け取るとその時のＡ−Ｄ変換値を信号線４を介して
処理装置１へ送出する。このＡ−Ｄ変換値は処理装置１
の保持手段１５に保持されて，処理装置１における制御
に使用される。また，専用Ａ−Ｄ変換回路駆動手段１２
が起動するとＡ−Ｄ変換部２が駆動される。Ａ−Ｄ変換
部２は入力するアナログ信号のＡ−Ｄ変換を行い，この
後内部Ａ−Ｄ変換値読み取り手段１３が駆動されるとＡ
−Ｄ変換部２で発生したＡ−Ｄ変換値を読み取り，読み
取られた値は保持手段１５に保持される。この動作は一
定周期毎に実行され，処理装置１の電源の電圧値または
必要とする精度に応じて，内部のＡ−Ｄ変換部２と外部
の専用Ａ−Ｄ変換回路３の中の一方だけが駆動され，駆
動されない他方はＡ−Ｄ変換動作をせず停止状態に維持
される。

【実施例】図２は実施例の構成図である。図２におい
て，２０は１チップマイコン（図１の処理装置１に対
応），２１はデータ転送制御部，２２はＡ−Ｄ変換部，
２３は専用Ａ−Ｄ変換回路（図１の３に対応），２４は
データ転送制御部，２５はＡ−Ｄ変換部，２６はデータ
制御線，２７はバッテリ，２８はレベルシフト部，２９
はＡＣアダプタ，３０はＤＣ−ＤＣコンバータ，３１は
バッテリ２７またはＡＣアダプタからの電源により動作
を行うパソコン等のシステム回路である。システム回路
３１はＡＣ電源に接続できる場合，ＡＣ電源がＡＣアダ
プタ２９で直流電圧に変換され，ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０において電圧変換され，システム回路３１に供給さ
れる。ＡＣ電源に接続されない場合，バッテリ２７から
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して給電される。一方，
バッテリ２７はＡＣ電源が供給されていると，ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ３０から充電電圧が供給されて充電を実行
され，その充電電圧（アナログ値）を１チップマイコン
２０のＡ−Ｄ変換部２２または専用Ａ−Ｄ変換回路２３
のＡ−Ｄ変換部２５で検出する。１チップマイコンの動
作の動作電圧が高い場合は，バッテリ２７の充電電圧を
レベルシフト部２８でレベルシフトした電圧を１チップ
マイコン２０内のＡ−Ｄ変換部２２で検出する。一方，
動作電圧が低い場合は，専用Ａ−Ｄ変換回路２３のＡ−
Ｄ変換部２５で検出する。図３は１チップマイコンの処
理フローである。この処理フローは一定周期で起動し，
繰り返し動作を行う。最初にＡ−Ｄ変換に高精度が必要
か（または１チップマイコンの電源が低いか）の判断を
行う（図３のＳ１）。高精度が必要ない場合は，内部の
Ａ−Ｄ変換部（図２の２２）にクロックを供給してこれ
を起動し（図３のＳ２），内部Ａ−Ｄ変換ポートを選択
する（同Ｓ３）。続いて，内部Ａ−Ｄ変換部の動作がス
タートし（同Ｓ４），内部Ａ−Ｄ変換動作中となり（同
Ｓ５）。続いて，内部Ａ−Ｄ変換部の変換値をリードし
て変換値をメモリに記憶する（同Ｓ６）。次に内部Ａ−
Ｄ変換部への動作を停止させる（同Ｓ７）。上記Ｓ１に
おいて，高精度が必要な場合（または１チップマイコン
の電源が高い場合），外部Ａ−Ｄ変換部（図２の２５）
へのクロック供給を開始する（図３のＳ８）。これによ
り外部Ａ−Ｄ変換部が起動する。次に外部Ａ−Ｄ変換部
のＡ−Ｄ変換ポート（複数の変換ポートがあるものとす
る）の中から特定のポート（充電電圧が入力するポー
ト）を選択し（同Ｓ９），Ａ−Ｄ変換がスタートする
（同Ｓ１０）。続いて変換動作中の状態になると（同Ｓ
１１），外部Ａ−Ｄ変換部の変換値をリードさせてメモ
リに記憶し（同Ｓ１２），その後外部Ａ−Ｄ変換部への
クロック供給を停止する（同Ｓ１３）。図４はデータ制
御線とデータ転送の説明図である。図４のＡ．はデータ
制御線（図２の２６）の構成を示し，Ｂ．はコマンドデ
ータとリードデータと各信号の波形を示す。データ制御
線は，１チップマイコン２０のデータ転送制御部２１と
専用Ａ−Ｄ変換回路２３のデータ制御部２４の間に設け
られ，ａは専用Ａ−Ｄ変換回路の動作を制御するための
コマンドを送信するＡ−Ｄ制御コマンドデータの線であ
り，Ｂ．のに示すようにシリアルに８ビットのデータ
として送られる。Ａ．のｂはシリアルクロックの線であ
り，Ｂ．のに示す波形のクロック信号がに示すＡ−
Ｄ制御コマンドデータの各ビットに同期して送られ，専
用Ａ−Ｄ変換回路でＡ−Ｄ制御コマンドデータを受信す
るのに利用される。Ａ．のｃはシリアルデータラッチの
線であり，Ｂ．のに示すような波形であり，Ａ−Ｄ制
御コマンドが転送終了した時に１チップマイコンから専
用Ａ−Ｄ変換回路に対して１パルス転送され，コマンド
データをラッチするのに使用する。Ａ．のｄはＡ−Ｄ変
換値リードデータの線であり，専用Ａ−Ｄ変換回路のＡ
−Ｄ変換部（図２の２５）で得られたＡ−Ｄ変換値を１
チップマイコンへシリアルに転送する線である。このＡ
−Ｄ変換値リードデータはＢ．のに示すように８ビッ
トで構成され，リードデータはＢ．のに示すように１
チップマイコンからのシリアルクロックに同期して転送
される。Ａ．のｅはＡ−Ｄ変換用クロックの線であり，
このクロックが専用Ａ−Ｄ変換回路に送出されることに
より専用Ａ−Ｄ変換回路内のＡ−Ｄ変換部（図２の２
５）が駆動されて，Ａ−Ｄ変換動作を起動し，Ａ−Ｄ変
換用クロックが供給されないと専用Ａ−Ｄ変換回路のＡ
−Ｄ変換動作は停止状態のままである。図５はＡ−Ｄ変
換値リードの説明図，図６はコマンド及び変換値の構成
例を示す。専用Ａ−Ｄ変換回路のＡ−Ｄ変換値を読み出
したい場合，１チップマイコン側から図４のＡ．のＡ−
Ｄ制御コマンドデータ線ａ上に図５のに示すようにＡ
−Ｄ変換スタート（図５のＡ）のコマンドが送られ，続
いてＡ−Ｄリード用ダミーデータ（図５のＢ）が送られ
る。Ａ−Ｄ変換スタートのコマンドは，図６のＡに構成
例を示すように，ＭＳＢ（最上位ビット）にＡ−Ｄ変換
スタートを指示するビットが立ち，続く３ビットはＡ−
Ｄポートのセレクトを指定し，下位の４ビットは全て
“０”であり，これによりＡ−Ｄ変換スタートのコマン
ドコードを表示する。図５のＢのＡ−Ｄリード（Ａ−Ｄ
変換値リードの略）用ダミーデータは，図６のＢに構成
例を示すように，先頭の４ビットはダミーデータが設定
され，後の４ビットはＡ−Ｄリード用ダミーデータを表
すコードが設定される。このデータは，Ａ−Ｄ変換値の
読み取り時に１チップマイコンから送出され，このデー
タと並行して同時にＡ−Ｄ変換値のリードが行われる。
図６のＣは，図５のに示すＡ−Ｄ変換値のリードデー
タでありＡＤ０〜ＡＤ７の８ビットで構成する。図７は
Ａ−Ｄ変換テーブル設定手順を示す図である。Ａ−Ｄ変
換値は，上記図１０，１１に示すように１チップマイコ
ンの動作電圧によってＡ−Ｄ変換値が変わる。例を挙げ
て説明すると，１チップマイコンの動作電圧が５Ｖでア
ナログ入力電圧が１Ｖの場合，Ａ−Ｄ変換値は，１チッ
プマイコンの分解能×０．２となる。一方，１チップマ
イコンの動作電圧が４Ｖで，アナログ入力電圧が１Ｖの
場合Ａ−Ｄ変換値は，１チップマイコンの分解能×０．
２５となる。このように，１チップマイコンの動作電圧
が変化すると，Ａ−Ｄ変換値も変わってくるので，１チ
ップマイコンの動作電圧に対応して出力すべきＡ−Ｄ変
換値を変更する必要がある。そのため，Ａ−Ｄ変換部内
にＡ−Ｄ変換値を発生するために設けられたＡ−Ｄ変換
テーブルを動作電圧に対応して設定する必要があり，Ａ
−Ｄ変換テーブルへの設定動作はシステム回路（図２の
３１）から行われる。図７に示すように，Ａ−Ｄ変換テ
ーブルにデータを設定する場合，最初にＡ−Ｄ変換テー
ブル設定コマンド（図７のａ）を転送し，そのコマンド
を受けることにより１チップマイコンは，変換テーブル
設定の準備を行い，次に複数個のＡ−Ｄ変換ポートがあ
るものとして，その中のどのＡ−Ｄ変換ポート用の変換
テーブルかを指定するＡ−Ｄポート選択コード（同ｂ）
が送られ，特定のＡ−Ｄ変換ポートの変換テーブルが選
択される。次にＡ−Ｄ変換基準比較データ（同ｃ）が転
送され，Ａ−Ｄ変換値の標準となる値に対応する基準比
較値を表すデータが転送され，各基準比較データが順次
転送され，最後にＡ−Ｄ変換テーブル終了コード（同
ｄ）が転送される。これらを受け取った１チップマイコ
ンは順次対応するＡ−Ｄ変換ポートのＡ−Ｄ変換テーブ
ルに設定を行う。

【発明の効果】本発明によれば動作電圧が一定範囲内で
動作可能で，Ａ−Ｄ変換機能をもった１チップマイコン
において動作電圧が低くＡ−Ｄ変換精度が悪い場合は，
外部のＡ−Ｄ変換回路を切替えてＡ−Ｄ変換を行い，Ａ
−Ｄ変換精度を高めることができる。更に１チップマイ
コン内のＡ−Ｄ変換部か外部のＡ−Ｄ変換回路の一方を
使用した時，他方は停止させて低消費電力化が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】実施例の構成図である。

【図３】１チップマイコンの処理フローである。

【図４】データ制御線とデータ転送の説明図である。

【図５】Ａ−Ｄ変換値リードの説明図である。

【図６】コマンド及び変換値の構成例を示す図である。

【図７】Ａ−Ｄ変換テーブル設定手順を示す図である。

【図８】従来のＡ−Ｄ変換部の構成図である。

【図９】二次電池（例えば，ニッカド電池）の充電特性
の例を示す図である。

【図１０】バッテリの充電状態を検出して制御を行うた
めのブロック構成である。

【図１１】問題点の説明図である。

【符号の説明】

１ 処理装置 １０ 要求判別手段 １１ Ａ−Ｄ変換部駆動手段 １２ 専用Ａ−Ｄ変換回路駆動手段 １３ 内部Ａ−Ｄ変換値読み取り手段 １４ 専用Ａ−Ｄ変換値読み取り手段 １５ 保持手段 ２ Ａ−Ｄ変換部 ３ 専用Ａ−Ｄ変換回路 ４ 信号線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａ−Ｄ変換部を内部に備え動作電圧が一
   定範囲で動作可能な処理装置におけるＡ−Ｄ変換方式に
   おいて， 高精度の専用Ａ−Ｄ変換回路を処理装置の外部に設け， 前記処理装置に，Ａ−Ｄ変換の精度として高精度が要求
   されているか否かを判別して，内部のＡ−Ｄ変換部を起
   動するか，前記外部の専用Ａ−Ｄ変換回路を起動する要
   求判別手段を備え， 前記要求判別手段により対応する内部のＡ−Ｄ変換部ま
   たは外部の専用Ａ−Ｄ変換回路の一方が駆動されると，
   駆動されない他方の回路は停止状態を維持することを特
   徴とするＡ−Ｄ変換方式。
2. 【請求項２】 請求項１において， 前記処理装置と前記外部の専用Ａ−Ｄ変換回路との間に
   少なくともＡ−Ｄ変換の動作を制御するＡ−Ｄ変換用ク
   ロック線と，Ａ−Ｄ変換値データを転送するデータ線，
   指令を転送するためのコマンドデータ線を設け， 前記処理装置から前記Ａ−Ｄ変換用クロック線へのクロ
   ックの送出または停止により前記外部の専用Ａ−Ｄ変換
   回路を駆動または停止させることを特徴とするＡ−Ｄ変
   換方式。
3. 【請求項３】 請求項１または２において， 前記処理装置の内部のＡ−Ｄ変換部にＡ−Ｄ変換値発生
   の基準となるデータを保持するＡ−Ｄ変換テーブルを設
   け， 該Ａ−Ｄ変換テーブルを外部からコマンドを含むデータ
   を設定することにより動作電圧の変化に対応して高精度
   のＡ−Ｄ変換値を発生させることを特徴とするＡ−Ｄ変
   換方式。