JPH0837460A - アナログ・デジタル変換器 - Google Patents

アナログ・デジタル変換器

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JPH0837460A
JPH0837460A JP17066294A JP17066294A JPH0837460A JP H0837460 A JPH0837460 A JP H0837460A JP 17066294 A JP17066294 A JP 17066294A JP 17066294 A JP17066294 A JP 17066294A JP H0837460 A JPH0837460 A JP H0837460A
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JP
Japan
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analog
converted
pulse width
analog input
converter
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Application number
JP17066294A
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English (en)
Inventor
Yoshio Oguma
小熊良雄
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 帰還形パルス幅変調方式におけるA/D変換
を上位桁と下位桁に分割し、高分解能で実用性の高いA
/D変換器を得ることを目的にする。 【構成】 被変換のアナログ入力をパルス幅に変換し、
このパルス幅をクロックでカウントすることにより被変
換のアナログ入力をデジタル信号に変換するようにした
アナログ・デジタル変換器において、上位桁に相当する
粗いビット数で前記被変換のアナログ入力をデジタル変
換する第1のアナログ・デジタル変換器、この第1のア
ナログ・デジタル変換器の変換結果に応じて一定の繰り
返し周期で時間幅を制御しその時間幅に応じて基準電圧
を切り替える切り替え手段、前記被変換のアナログ入力
と切り替え手段によって得られた基準電圧の直流分の差
分をパルス幅に変換して下位桁に相当するビット数で前
記被変換のアナログ入力をデジタル変換する第2のアナ
ログ・デジタル変換器を具備し、前記上位桁と下位桁を
加算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、帰還形パルス幅変調方
式のアナログ・デジタル変換器の改良に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】帰還形パルス幅変調方式のアナログ・デ
ジタル変換器(以下、A/D変換器と言う)は、例えば
特公昭57−49866号公報等で既に公知のものであ
る。図4はこの公知のA/D変換器の構成図を示すもの
である。図において、Exは被変換のアナログ入力、±
Ecはデューティが50%の方形波クロック、±Esは
基準電源で、Ex,±Ec及び±Esは積分器IGに加
えられて加算積分される。積分器IGの出力eoはコン
パレータCOPに加えられてゼロレベルと比較され、e
o>0のとき+Esが、eo<0のとき−Esが積分器
IGへ負帰還されるようにスイッチSが駆動され、系を
平衡させる。系の平衡状態においてコンパレータCOP
より得られる図5の(イ)に示すパルス幅変調された信
号のパルス幅Tは入力Exに対応したものである。この
パルス幅信号はゲートGCに加えられてその開閉を制御
し、開の期間通過する図5の(ロ)に示すクロックfc
はカウンタCOUに加えられて計数される。この計数値
は被変換のアナログ入力Exに対応したもので、これに
よりアナログ入力がディジタル信号に変換される。
【0003】ところで、このような構成のA/D変換器
の分解能を高める為には、パルス幅Tをカウントするク
ロックfcの周波数を高めるか、パルス幅Tの周期,即
ち変換時間を大きくするかの何れかの方法が考えられ
る。しかし、fcの周期は通常20MHz程度が限度で
あり、それ以上周波数を高めるには無理が生じ、またパ
ルス幅の周期Tを大きくすることにも限界がある。
【0004】分解能を高める為の他の方法として、クロ
ックfcの周期の端数時間を拡大することにより、クロ
ックで数えられる以上に分解能を高めることも考案され
ているが、実用化には至っていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、帰還形パル
ス幅変調方式におけるA/D変換を上位桁と下位桁に分
割することにより、高分解能で実用性の高いA/D変換
器を得ることを目的としたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、被変換のアナ
ログ入力をパルス幅に変換し、このパルス幅をクロック
でカウントすることにより被変換のアナログ入力をデジ
タル信号に変換するようにしたアナログ・デジタル変換
器において、上位桁に相当する粗いビット数で前記被変
換のアナログ入力をデジタル変換する第1のアナログ・
デジタル変換器、この第1のアナログ・デジタル変換器
の変換結果に応じて一定の繰り返し周期で時間幅を制御
しその時間幅に応じて基準電圧を切り替える切り替え手
段、前記被変換のアナログ入力と切り替え手段によって
得られた基準電圧の直流分の差分をパルス幅に変換して
下位桁に相当するビット数で前記被変換のアナログ入力
をデジタル変換する第2のアナログ・デジタル変換器を
具備し、前記上位桁と下位桁を加算するようにしたもの
である。
【0007】
【作用】このような本発明では、上位桁は粗く、分解能
を決める下位桁は高精度でA/D変換される。
【0008】
【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図1は
本発明に係わる帰還形パルス幅変調方式A/D変換器の
実施例の回路図である。図において、Exは図3と同じ
く被変換のアナログ入力、±Esは基準電源である。ア
ナログ入力Exは抵抗RIを介して積分器IGに加えら
れている。A−Dは副アナログ・デジタル変換器で、被
変換のアナログ入力Exが加えられ、これをデジタル変
換する。このA−D変換器の方式は特に限定するもので
はなく、高精度のものは要求されない。D−Tはデジタ
ル・時間幅変換器(以下、単にD−T変換器という)
で、前記のA−D変換器の出力D1はこのD−T変換器
に加えられて時間幅信号に変換されると共に、演算装置
OPに加えられる。
【0009】S1,S2は夫々基準電源±Esを切り替
える両切りのスイッチで、スイッチS1は抵抗Rを介し
て、またスイッチS2は抵抗nR(nは上位ビットの重
みを表す)を介して夫々積分器IGの入力端に接続され
ている。COPは積分器IGの出力をゼロレベルと比較
するコンパレータ、GCはコンパレータCOPの出力に
よりその開閉が制御されるゲートで、開の期間クロック
fcを通過させる。COUはゲートGCを通過したクロ
ックfcをカウントするカウンタで、その計数値D2は
演算装置OPに加えられている。前記スイッチS1はD
−T変換器の出力により駆動され、スイッチS2はコン
パレータCOPの出力により駆動されるようになってい
る。次に、このような構成の本発明に係わるA/D変換
器の動作を図2の波形図を用いて上位及び下位桁に分け
て説明する。
【0010】上位桁について。 被変換のアナログ入力Exは抵抗RIを介して積分器I
Gに加えられると共に、A−D変換器に加えられて粗く
A/D変換される。このA−D変換器で変換されたデー
タを上位桁のデータD1とすると、このデータD1は演
算装置OPに加えられると共に、デジタル・パルス幅変
換器D−Tで時間幅信号T1に変換される。この時間幅
信号T1によりスイッチS1が駆動される。この時間幅
信号T1の繰り返し周期(T=t1+t2)は一定なも
ので、図2の(イ)で示す如く、t1の期間で基準電源
−Esが選択され、t2の期間で基準電源+Esが選択
される。このように返し周期T1でスイッチS1をスイ
ッチングすることは時分割のD/A変換に相当するもの
である。
【0011】被変換のアナログ入力Exは、スイッチS
1によって切り替えられた基準電源±Esと共に積分器
IGに加えられて加算積分される。図2の(ロ)で示す
如く、Exに+Esが加算積分されている期間、積分器
IGの出力eoは下降し、−Esが加算積分されている
期間、eoは上昇する。ここで、図2の(イ)で示す波
形の直流成分をE1とすると E1={(t2−t1)/(t1+t2)}・Es …(1) で表される。(1)式のE1は被変換アナログ入力Ex
をA−D変換器でデジタル変換した上位ビットのデータ
D1に対応するものである。
【0012】下位桁について。 上記のようにして得られた図2の(イ)で示す切り替え
波形は、積分器IG,ゼロコンパレータCOP,切り替
えスイッチS2等で構成される帰還形パルス幅変調方式
A/D変換器のクロックとして用いられる。図4で示し
た従来のA/D変換器では、このクロックとしてデュー
ティが50%の方形波クロック±Ecが用いられてい
る。積分器IGには、被変換のアナログ入力Exと上位
ビットのデータD1に対応し(1)式で示される直流電
圧E1を差分したものと、スイッチS2によって切り替
えられる正負の基準電源±Esによる電流is2(=±
Es/nR1)が加えられ、積分器IGはこれらを加算
積分し、図2の(ロ)で示される電圧eoを出力する。
【0013】積分器IGの出力eoはコンパレータCO
Pに加えられてゼロレベルと比較され、eo>0のとき
+Esが、eo<0のとき−Esが積分器IGへ負帰還
されるようにスイッチS2が駆動され、系を平衡させ
る。スイッチS2によって切り替えられる基準電源±E
sの波形を図2の(ハ)に示す。系の平衡状態において
コンパレータCOPより得られる図2の(ハ)に示すパ
ルス幅変調された信号のパルス幅は下式(2)で示され
る如く、被測定のアナログ入力Exとクロックの直流成
分E1の差分をパルス幅変調したものとなる。 Ex−E1={(t4−t3)/(t3+t4)}Es/n …(2) このパルス幅変調信号はゲートGCに加えられてその開
閉を制御し、開の期間通過するクロックfcはカウンタ
COUに加えられて計数される。この計数値D2は被変
換のアナログ入力Exの下位ビットに対応したもので、
この下位ビットD2は演算装置OPに加えられ、OPは
(D1+D2)の演算を行う。演算結果(D1+D2)
はアナログ入力Exをディジタル信号に変換したものと
なる。
【0014】上記の下位桁D2のフルスパンに対応して
100%のパルス幅変調を行う為に、コンパレータCO
Pの出力で制御される帰還用の基準電源±Esは電流i
s2を1/n,即ち抵抗RをnRにすることにより、ス
イッチングのアナログ的な重みを1/nにしている。
【0015】図3は本発明装置の他の実施例を示すもの
で、図1よりより現実的な回路構成を示すものである。
図3において、PWM1は副帰還形パルス幅変調方式A
/D変換器、PWM2は主帰還形パルス幅変調方式A/
D変換器を示すもので、PWM1により被変換入力Ex
は粗くA/D変換され、結果を上位ビットD1とする。
PWM1の変換結果により基準電圧±Es1はスイッチ
ングされ、これをPWM2のクロックとして加える。以
下は、図1の装置の動作と全く同じである。即ち、PW
M1は図1の装置ではA−D変換器とD−A変換器に対
応する。A/Dの変換精度は、PWM2で決まり、PW
M1は簡単な回路構成でよい。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、粗いA/D変換を行う
上位桁と、精密なA/D変換を行う下位桁に2分し、両
A/D変換結果を加算することにより被変換入力をA/
D変換するように構成したので、カウンタ用のクロック
の周期を高める必要もなく、また端数時間を拡大するこ
ともなくA/D変換の分解能を高めることの出来る簡単
で実現性の高い構成の帰還形パルス幅変調方式A/D変
換器を得ることのできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のA/D変換器の一実施例を示した回路
構成図である。
【図2】図1のA/D変換器の動作を説明する為の回路
構成図である。
【図3】本発明のA/D変換器の他の実施例の回路構成
図である。
【図4】従来のA/D変換器の一例の回路構成図であ
る。
【図5】図4のA/D変換器の動作を説明する為の回路
構成図である。
【符号の説明】
IG 積分器 COP コンパレータ GC ゲート ±Es 基準電源 A−D アナログ・デジタル変換器 D−T デジタル・時間幅変換器 OP 演算装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被変換のアナログ入力をパルス幅に変換
    し、このパルス幅をクロックでカウントすることにより
    被変換のアナログ入力をデジタル信号に変換するように
    したアナログ・デジタル変換器において、 上位桁に相当する粗いビット数で前記被変換のアナログ
    入力をデジタル変換する第1のアナログ・デジタル変換
    器、この第1のアナログ・デジタル変換器の変換結果に
    応じて一定の繰り返し周期で時間幅を制御しその時間幅
    に応じて基準電圧を切り替える切り替え手段、前記被変
    換のアナログ入力と切り替え手段によって得られた基準
    電圧の直流分の差分をパルス幅に変換して下位桁に相当
    するビット数で前記被変換のアナログ入力をデジタル変
    換する第2のアナログ・デジタル変換器を具備し、前記
    上位桁と下位桁を加算することにより被変換のアナログ
    入力をデジタル信号に変換するようにした帰還形パルス
    幅変調方式のアナログ・デジタル変換器。
JP17066294A 1994-07-22 1994-07-22 アナログ・デジタル変換器 Pending JPH0837460A (ja)

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