JPH0779242B2 - A/d変換装置 - Google Patents

A/d変換装置

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JPH0779242B2
JPH0779242B2 JP1124874A JP12487489A JPH0779242B2 JP H0779242 B2 JPH0779242 B2 JP H0779242B2 JP 1124874 A JP1124874 A JP 1124874A JP 12487489 A JP12487489 A JP 12487489A JP H0779242 B2 JPH0779242 B2 JP H0779242B2
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哲彦 金秋
泰三 塗矢
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はA/D変換装置に係り、特に高分解能のA/D変換装
置に関する。
従来の技術 近年ディジタル機器の普及に伴い、アナログ信号とディ
ジタル信号のインターフェースであるA/D変換装置の性
能が重要で大きな影響を持つようになっている。従来よ
り用いられているA/D変換装置を第5図に示しその説明
を行う。第5図に示されるA/D変換装置は逐次比較型と
呼ばれ、以下のように動作する。
(1)逐次比較レジスタ102のMSB(最上位ビット)を
“1"、他を“0"にセットし、これをD/A変換器(以下DAC
と称す)103に出力する。
(2)入力とDAC103の出力を比較器100で比較し、{入
力}≧{DAC出力}ならば1つ下位のビットに“1"をセ
ットし、{入力}≦{DAC出力}ならば現在問題にして
いるビットを“0"にし、1つ下位のビットを“1"にセッ
トする。
(3)1〜2をMSB→LSB(最下位ビット)まで繰り返
す。
(4)逐次比較レジスタ102からデータを取り出しディ
ジタル出力とする。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、分解能をあげるた
めにビット数を増加させると、変換時間が増加するた
め、動作周波数を維持するには比較器100及びDAC103と
して非常に高速動作するものが要求される。しかもLSB
に近くなるほど周辺ノイズの影響を受け易くなるという
問題点があった。
本発明は上記の問題点に鑑み、周辺ノイズの影響を受け
にくく、しかもビット増加による使用素子の高速化が必
要ないA/D変換装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明によるA/D変換装置
は、アナログ信号をディジタル信号に変換する複数個の
A/D変換器と、アナログ入力信号を所定の比率で増幅或
いは減衰させて前記複数個のA/D変換器にそれぞれ入力
するレベル変換手段と、前記複数個のA/D変換器出力を
入力とし、該入力の交流分の比率を検出する比率検出手
段と、該比率に応じて該入力の振幅レベルを調整して出
力する調整手段と、前記調整手段より得られる複数個の
出力のオフセットレベルを検出するオフセット検出器
と、前記オフセット検出器出力に基づき、前記振幅レベ
ル調整器より得られる複数個の出力のオフセットレベル
をいずれか1個のオフセットレベルと揃える補正手段
と、前記複数個のA/D変換器出力に基づき選択的に前記
補正手段より出力を取り出す手段とを有する。
作用 上記のように高入力レベル時と低入力レベル時でそれぞ
れ専用にA/D変換器を備え、入力レベルが低いときには
低レベル用のA/D変換器の出力、入力レベルが高いとき
には高レベル用のA/D変換器を用いてレベルを一致させ
たときと同一の比率で信号を増幅した出力を選択してA/
D変換出力としている。そして個々のA/D変換器出力レベ
ルに基づきそのA/D変換器の入力信号の交流成分、即ち
変化分のレベル比、或は、極小値,極大値の差を検出す
るようにしたため、個々のA/D変換器のオフセットレベ
ルの影響を受けることなくレベル調整を行うようにして
いる。また、レベル調整を行なった後に個々のA/D変換
器のオフセットレベルをそろえるようにしているため、
直流信号のA/D変換を行なうこともでき、高分解能のA/D
変換装置を低分解能のA/D変換器を用いて実現できるよ
うにしている。
実施例 以下図面に基づき本発明の説明を行う。
第1図は本発明によるA/D変換装置の実施例を示すブロ
ック図である。同図において、1は増幅器であり、ロー
パスフィルタ13は通過したアナログ入力信号を増幅す
る。ここでは利得約24dBのものを用いている。2,3はほ
ぼ特性のそろったアナログ信号をディジタル信号に変換
するA/D変換器であり、ここでは16ビット分解能のもの
を用いている。4はレベル調整器であり、ここでは乗算
器7と後述する比率検出器9とで構成され、A/D変換器
3の出力信号のレベル調整を行なう。5は2つのA/D変
換器2,3の直流オフセット分を除去するオフセット除去
装置であり、ここでは加算器11とオフセット検出器12よ
り構成され、レベル調整器4の入力信号のオフセットの
除去を行なう。8はレベル検出器であり、A/D変換器2
が一定のレベルを超えると(ここではオーバーフローす
ると)“1"を出力する。10はセレクタであり、端子Sに
入力される制御信号が“0"の時には端子Aに与えられる
信号を、“1"の時は端子Bに与えられる信号を選択して
端子Yより出力する。
次に本実施例の動作を説明する。アナログ入力が与えら
れると、A/D変換器3には与えられたアナログ入力がロ
ーパスフィルタ13を介してそのまま入力され、A/D変換
器2には増幅器1により24dB増幅されたアナログ入力が
与えられる。A/D変換器2,3各々は与えられたアナログ信
号をディスク信号に変換し出力する。ここで、A/D変換
器2,3の特性がほぼそろっているので、A/B変換器2はA/
D変換器3に比べて約16倍の値を出力していることにな
る。しかし、逆に高振幅のアナログ入力が与えられると
A/D変換器2はオーバーフローし、A/D変換器3のみが正
常に動作する。A/D変換器2がオーバーフローした時に
はレベル検出器8が“1"を出力するようになっている。
レベル調整器4では、A/D変換器2が正常動作している
時、即ちレベル検出器8の出力が“0"の時のA/D変換器
2,3による出力の比率を比率検出器9が正確に求め、乗
算器7によりA/D変換器3の出力レベルにこの比率を乗
じることによって実質的にオーバーフローの起こってい
ないA/D変換信号を出力する。次いでオフセット除去装
置5では、レベル検出器8の出力が“0"の時のA/D変換
器2とレベル調整器4の出力の直流分のオフセットレベ
ルの違いをオフセット検出器12により検出する。そして
加算器11では得られたオフセットレベルにレベル調整器
4の出力を加算してオフセットレベルの補正を行ない出
力する。また、レベル変換器8の出力が“1"のときには
このようなオフセットの調整を行わない。そしてセレク
タ10は、レベル検出器8の出力に基づき、A/D変換器2
がオーバーフローしていない時、即ちレベル検出器8の
出力が“0"の時はA/D変換器2の出力を出力し、A/D変換
器2がオーバーフローしている時、即ちレベル検出器8
の出力が“1"の時はオフセット除去装置5の出力を出力
する。
次に、比率検出器9の構成及び動作について第2図,第
3図を用いて説明する。第2図において、20は差分検出
器であり、入力されるデータAi,Biについて各々その直
前のデータAi-1,Bi-1の差分、即ちデータの変化分を検
出し、Y1,Y2より出力する。21は比較器であり、端子A,B
に与えられるデータの比率を行ない、その大小関係に応
じて、 A=B→C1=1、C2=0 |A|>|B|→C1=0、C2=0 |A|<|B|→C1=0、C2=1 となる出力をカウンタ22に与える。また、レベル検出器
8の出力が“1"の時はC1=1,C2=0とする。22はアップ
ダウンカウンタ(以下U/Dカウンタと称す)で、任意の
クロックを計数するものとし、禁止入力端子Iに“1"が
与えられている時にはカウント動作を停止し、端子Uに
“1"が与えられているときにはカウントアップ、“0"の
時にはカウントダウンが行われる。
次にこの比率検出器の動作について説明する。差分検出
器20では、入力されるデータの各々の差分を検出する。
つまり、第3図に示すようなデータが入力されると、差
分検出器20は、乗算器7より与えられる時系列データの
うちAn−An-1を算出し、出力端子Y1より出力する。同様
にしてA/D変換器2より与えられる時系列データBn−B
n-1を算出し出力端子Yにより出力する。よって、この
時点でA/D変換器2、3に含まれるオフセット成分が取
り除かれ、端子Y1,Y2より得られる値は増幅器1による
増幅率による違いのみとなる。故にU/Dカウンタ22の出
力値とA/D変換器3の出力値の乗算が乗算器7により行
われ、この乗算結果と、A/D変換器2の出力が差分検出
器20を介して比較器21に与えられ大小比較が行われる。
比較器21において |乗算結果|<A/D変換器2出力| ならば |A|<|B| であるため、C2=1,C1=0となり、U/Dカウンタ22がカ
ウントアップし、U/Dカンウンタ12の出力値が大きくな
る。すると、乗算器7の出力値も大きくなり、そのうち
にA=Bとなる。A=BとなるC1=1,C2=0となるので
U/Dカウンタ22はカウントを停止するので、{乗算結
果}={A/D変換器2出力}の状態が保持される。
また逆に |乗算結果|>|A/D変換器2出力| ならば |A|>|B| であるため、C2=0,C1=0となり、U/Dカウンタ22が徐
々にカウントダウンとして出力値が小さくなり、同様に
してそのうちにA=Bとなる。A=Bとなると、前述の
とおりU/Dカウンタ22がカウントを停止し、{乗算結
果}={A/D変換器2出力}の状態が保持される。
このようにして増幅器1の増幅率が正確に求められ、乗
算器7の出力は、LPF13出力を増幅器1と全く同一特性
を有する増幅器を介してA/D変換器3に入力した場合と
同じ値となる。従って入力レベルが低くA/D変換器2が
オーバーフローしない状態ではA/D変換器2の出力をそ
のままディジタル出力とすることができ、A/D変換器2
の出力がオーバーフローした場合にはA/D変換器3の出
力を乗算器7を用いて乗算し、オフセットの調整した出
力をセレクタ10によって選択して出力することにより分
解能が高くない2つのA/D変換器を用いて高精度のA/D変
換を行うことができる。
第4図は比率検出器9の他の実施例を示したブロック図
である。この図において第2図と同一の機能を有するも
のについては同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
25は極値検出器であり、端子A,Bより入力される各々の
入力の極大値と極小値の差を検出し出力する。即ち、第
3図に示すような波形が入力されると、A4,A7,A16,A23,
…の極大値とA6,A13,A18,…の極小値とを検出し、その
差、即ち、A4−A6,A6−A7,A7−A13,…を算出し出力する
ものである。このように、極値の差を取り出すようにし
ているため、A/D変換器2,3に含まれるオフセット成分は
この段階で取り除かれ、端子Y1,Y2より得られる値は増
幅器1による増幅率による違いのみとなる。しかも、第
2図の場合と比較して、通常A4−A6,A6−A7,A7−A13,…
の値の方がA4−A5,A5−A6,A6−A7,…より大きくなるた
め、より精度の高い大小比較が可能となる。以下、第2
図の場合と同様の動作を行ない、乗算器7の出力は、LP
F13出力を増幅器1と全く同一特性を有する増幅器を介
してA/D変換器3に入力した場合と同じ値となる。
次にオフセット除去装置5の入出力について説明する。
オフセット検出器12は、端子A,Bに与えられる信号の差
をとり端子Yより出力する。
即ち、 Y=A−B …(1) となる。まず、オフセット除去装置5の入力は、仮にA/
D変換器2、3にオフセットがないものであればほとん
ど同一のデータが入力されるはずである。しかし、実際
にはA/D変換器2,3にはオフセットがあるので、オフセッ
ト検出器12の端子A、Bには直流レベルの異なったほぼ
同一振幅の信号が入力されることになる。故に、オフセ
ット検出器12の端子Yには直流レベルの差が現われる。
この値を加算器11によってレベル調整器4出力に加算す
るので、A/D変換器2出力とレベル調整器4出力のオフ
セットレベルは揃うことになる。
このオフセット除去装置5の出力と、A/D変換器2の出
力とをレベル検出器8出力に基づいてセレクタ10が出力
するようにしているため、複数個のオフセットのあるA/
D変換器を用いても安定して高分解能のA/D変換を行なう
ことができ、しかも、オフセットレベルを一方に合わせ
込むようにしているためにアナログ入力として直流が与
えられた場合にも正しくディジタルの直流値を出力する
ものである。
なお、以上の実施例においては、アナログ入力を増幅し
てA/D変換器2に入力するようにしているが、A/D変換器
2に対しては直接入力し、A/D変換器3に対して減衰器
を用いて減衰させた信号を入力するようにして良い。ま
た、A/D変換器についても16ビットのものに限ったもの
ではなく、また、上記の実施例では2個を用いているが
3個以上のA/D変換器を用い、各々に異なったレベルの
アナログ入力を加えるようにしても良い。また、オフセ
ットの補正をレベル調整器4の出力に対して行なうよう
になっているが、無論、A/D変換器2の出力に対して行
なっても良い。また、極値検出器25については、極大値
と極小値の差を求め、そのまま出力するようにしている
が、極大値と極小値の差の平均値を求めて出力するよう
にしても良いことは言うまでもない。
発明の効果 以上のべたように本発明は、複数のA/D変換器を用いて
低レベル時には各々の出力を一致させるようにレベル調
整を行い、入力レベルが高いA/D変換器の出力を選択す
ると共にレベルが低くなれば入力レベルが低いA/D変換
器のレベル調整した出力をA/D変換出力としている。そ
して個々のA/D変換器のオフセットレベルの影響を受け
ることなくレベル調整を行なうことができ、また、レベ
ル調整を行なった後に個々のA/D変換器のオフセットレ
ベルをそろえるようにしているため、直流信号のA/D変
換を行なうこともでき、高分解能のA/D変換装置の低分
解能のA/D変換器を用いて実現することができるという
優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるA/D変換装置の実施例を示すブロ
ック図、第2図は比率検出器9の具体例を示すブロック
図、第3図はA/D変換器2,3の出力波形図、第4図は比率
検出器9の他の具体例を示すブロック図、第5図は従来
より用いられるA/D変換器を表すブロック図である。 1……増幅器、2,3……A/D変換器、4……レベル調整
器、5……オフセット除去装置、7……乗算器、8……
レベル検出器、9……比率検出器、10……セレクタ、11
……加算器、12……オフセット検出器、20……差分検出
器、21……比較器、22……アップダウンカウンタ、25…
…極値検出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ信号をディジタル信号に変換する
    複数個のA/D変換器と、アナログ入力信号を所定の比率
    で増幅或いは減衰させて前記複数個のA/D変換器にそれ
    ぞれ入力するレベル変換手段と、前記複数個のA/D変換
    器出力を入力とし、該入力の交流分の比率を検出する比
    率検出手段と、該比率に応じて該入力の振幅レベルを調
    整して出力する調整手段と、前記調整手段より得られる
    複数個の出力のオフセットレベルを検出するオフセット
    検出器と、前記オフセット検出器出力に基づき、前記振
    幅レベル調整器より得られる複数個の出力のオフセット
    レベルをいずれか1個のオフセットレベルと揃える補正
    手段と、前記複数個のA/D変換器出力に基づき選択的に
    前記補正手段より出力を取り出す手段とを有することを
    特徴とするA/D変換装置。
JP1124874A 1989-05-18 1989-05-18 A/d変換装置 Expired - Fee Related JPH0779242B2 (ja)

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