JPS58205331A - 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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JPS58205331A
JPS58205331A JP57088504A JP8850482A JPS58205331A JP S58205331 A JPS58205331 A JP S58205331A JP 57088504 A JP57088504 A JP 57088504A JP 8850482 A JP8850482 A JP 8850482A JP S58205331 A JPS58205331 A JP S58205331A
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voltage
capacitor
integrator
circuit
level
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Koji Komeya
込谷 晃治
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Iwatsu Electric Co Ltd
Iwasaki Tsushinki KK
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Iwatsu Electric Co Ltd
Iwasaki Tsushinki KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/50Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
    • H03M1/52Input signal integrated with linear return to datum

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はll16ff度及び高速度のアナログ・デジタ
ル変換器を比較的簡単に行5ことが可能な多重積分型ア
ナログ・デジタル変換器Kg41するものである。
積分型アナログ・デジタル変換器の1つである二車積分
型アナログ・デジタル変換器は、被@足喧圧を一定期間
積分後、被測定電圧と逆極性の基準電圧t−積分し、積
分器出力が初期レベルに通するまでの時間、却ちクロッ
クパルスを計数することにより、被測定電圧をデジタル
値に変換するように構成されている。この方式でアナロ
グ・デジタル変洟速Kを下げることなく、変換桁数1に
増加しようとすると、クロックパルスt−X速にしなけ
ればならない。またレベル検出器は遅れの少い筒速度な
ものでなければならない。この欠点を改良したものとし
て第1図に示す三点積分型アナログ・デジタル変換器が
知られている。
この第1図に於いて、il+は破測足電圧惧給回路であ
って、−Viの被測定電圧を人力させる入力端子(IN
)と、被測定電圧を供給する所定時間Tiのみオンにさ
れる5glの積分入力選択スイッチ嶋とから成る。(2
)は第lの基準電圧供給回路であって、第1の基準電圧
子Vr、を供給する1を源E、と、指定された期間のみ
第1の基準電圧子Vr、を積分器に供給する11L2の
積分入力選択スイッチ8.とから成る。(3)は第2の
基準電圧供給回路であって、縞2の基準電圧+Vr、 
f供給する電源E、と、指定された期間のみ第2の基準
電圧+Vr、を積分器に供給する第3の積分入力選択ス
イッチS、とから成る。
第1、第2及び第3の積分人力選択スイッチS3.5h
Ssは共通に接続された後に共通の抵抗ル、を介して積
分器(4)t−構成する演算増幅器(5)の反転入力端
子(6)に接続されている。演算増幅@(5)の非反転
入力端子(7)は基準電位(vリライン(この例ではO
Vライン)K接続されている。また演算増幅器(5)の
出力端子(8)から一方の入力端子(6)に至る負m還
ループに積分コンデンサCIが接続され、このコンデン
サC8に並列にリセットスイッチ&が接続されている。
(9)はコンパレータがら成る第1のレベル検出器であ
って、積分器(4)の出力が第1の検出レベル(+Vc
レベル)に達したこと全検出するものである。このため
、この反転入力端子(−)が前段の演算増幅器(5)の
出力端子(8)に結合され、非反転入力端子(+)が第
1の検出レベル(+Vc)のラインに接続されている。
曲はコンパレータから成る、A2のレベル検出器であっ
て、積分6(4)の出力が初期値レベル(この例ではO
■レベル)K達したことを検出するものである。このた
め、この反転入力端子(−)が演算増幅器(5)の出力
端子に結合され、この非反転入力端子(+)が初期値レ
ベルVsを与えるラインに接続されている。IIDはク
ロックパルス発生回路であり、μ2は1M及びスイッチ
制御回路である。計数及びスイッチ制御回路aシはクロ
ックパルスを計数し、スイッチSs 、St s 8B
 及ヒSmの制御パルスを発生し、且つ!″を故結果即
ちデジタル出力を発生するものである。
第1図の回路で被測定電圧−Vi fデジタル信号に変
換する際には、第2図a4′)に示す如く1□時点まテ
IJセットスイッチF3m kオンに保ち、他のスイッ
チS1、S2、S、はオフに保ち、積分器(4)tリセ
ットしておく。次−に、第2図IQK示す如く第1の時
点11から第2の時点−までの所定JJA間(Ti )
だけ積分入力通釈スイッチS、をオンにして被測定電圧
−Vi金積分6 (41K供給する。これにより、積分
抵抗殉に−V+ / Rtの電流が流れ、積分器(4)
の出力は第21囚に示す如く正方向に増大する。尚所定
期間Ill iはクロックパルスtli叡及びスイッチ
制卸回路u4で計数することKよって決定することが出
来る。
第2の時点t、に達したらスイッチS12オフにし、代
ってスイッチS12オフにする。これにより、仮醐定葺
圧−Viと逆極性の第1の基準電圧+Vr、が積分器(
4)に供給され、積分抵抗へにはVrl/R1の1訛が
流れ、積分出力は第21囚に示すよ5に減少する。この
際、#!2図(5)に示すように第2の時点−から第3
の時点′tすまでの期間Tr、では次の期1iJT’g
よりもA速りロックパルスを発生させ、これ全計数する
。第1の基準電圧+Vr、の積分で積分出力が低下し、
初J9J11!t(OV)近傍の第1の検出レベル+V
cになると、第21四に示す如く第lのレベル検出器(
9)Kよって+Vc ycなったことが慣用され、第2
図■のクロックパルスにFI MしてスイッチS2がオ
フ制御され、スイッチS、がオン市t+mされる。これ
により、+Vr、よりも低いjJ、2の基準電圧子V〜
が積分器(4)に供給され、積分抵抗煽にr は 1 /R,の電流が流れ、積分出力はゆるい傾斜テ
初X1jffi (OV)に向って減少する。この際、
電。
〜14期間Tr、では低速クロックパルスを発生させる
。積分出力が嬉2図囚罠示す如く減少し、初期値レベル
に壌すると、第2のレベル検出6叫の出力が第2図Qに
示す如く変化し、期間Tr、の終了が決定され、スイッ
チS畠がオフに劃−され、リセットスイッチ8mがオン
に制御され、 A−1)変換が終了する。そして、tl
〜t!期間Tiの電衛蓄槓量とh〜14勘間(Tr、 
+ Tr、 )の亀荷放出菫とが等しいことを利用し、
期間Tr、のパルス数と期間Tr、のパルス数とにムみ
づけtした和によって被測定電圧のデジタル値を出力す
る。
上dピの三重積分型アナログ・デジタル変換器によれば
、@2のレベル検出器tillで初期値レベルにに極め
て低レベルの横用能力が要求される。例えば被測定電圧
110V、そのときの積分器出力を10Vとし、1/1
,000,000の分解能でアナログ・デジタル変換す
る場合を仮定すると、デジタル出力の1カウントは10
μVに相当し、初期イ直検出用の第2のレベル検出器U
αには10μ■の判別能力が必要とされる。又このレベ
ル検出器uO1は一般的K * m11定電圧の憔性判
別器としても使用されるため、WL測定電圧が微小レベ
ルの場合ノイズの影響により極性の判別を誤りやすい欠
点がある。
又嬉2のレベル検出6叫の出力を一般の論理回路(TT
L等)と接続するためには数V以上の出力が必要とされ
る。即ち数十万倍のゲインを有していなければならない
。また積分器(4)の出力に含まれるノイズをピーク値
で鳳0μV以下に抑えることが要求され、低ノイズ積分
器が必要となり、電源及び積分器出力のノイズを除去す
るズイルタ回路を付加すること等が必要となり、回路が
複雑になる欠点があった。積分器(4)の出力振幅を犬
にすれば、レベル検出能力、ノイズ等の問題がある程度
改善されるが、積分器(4)を構成する増幅器(5)の
耐電圧及び電III K fllJ @があるので、無
制限に出力像幅を大きくできない。
そこで、本発明の目的は、初M値しベルt−谷易且つ正
確に検出することが可能な多重積分型アナログ・デジタ
ル変洪!に提供することにある。
上記目的を達成するための本発明は、積分コンデンサを
含む積分器と、前記積分器にIIE測定電圧を所定期間
のみ供給する破開定電圧供給回路と、前記積分器に前記
被測定電圧を供給した後に前配槓分器に複数に一一一の
基準電圧又は電流を選択的に供給する基準電圧又は電流
供給回路と、前記複数−一一一の基準電圧又は電流の供
給期間を決定するためK Mtl記積分器の出力電圧の
レベルを検出するレベル検出回路と、クロックパルスを
発生するクロックパルス発生回路と、少なくとも前記複
数の基準電圧又は電流を供給する期間に於いて前記クロ
ックパルスを計数し、核計数に基づいて前記被測定電圧
に対応したデジタル出力を送出する計数回路とから成る
多重積分型アナログ・デジタル変換器に於いて、前記積
分器のコンデンサ金複数の積分コンデンサ者で構成し、
!itI記複数の基準電圧又は電流から選択された基準
電圧又は電流の供給終了時点と次の基準電圧又は暖流の
供給開始時点との間で前記複数の積分コンデンサから選
択された積分コンデンサの電荷を別の積分コンデンサに
移動させる電荷移動回路t−設け、l!tl記積分器で
前記次の基準電圧又は電流1に積分する動作に別の積分
コンデンサのみを関係させるように構成したことを特徴
とする多重積分型アナログ−デジタル変換器に係わるも
のである。
上記発明によれば、複数の積分コンデンサを設け、次の
基準電圧又は電流の積分に先立って一方の構分コンデン
サの電47 k他方の積分コンデンサに移動させ、電荷
量の変化がない状態で振幅のみt大KL、次の基準電圧
又は電流の積分開始時のレベルと初期値レベルとのレベ
ル差を大になし、しかる後、次の基準電圧又は電流の積
分を行うので、レベル検出器による初期値レベルの検出
を容易且つ高精度に行うことが可能になる。従って、レ
ベル検出器に対する低レベル検出能力及び高ゲイン及び
^速応答性等の豊水が緩和される。また積分器のノイズ
レベルに関するJ&累も緩和される。このため、II6
梢皮且つ^速度のアナログ・デジタル変換全容易に行う
ことが可能になる。
次に、第3図及び第4図を参照して本発明の1実施例に
係わる三重積分型アナログ・デジタル変換器について述
べる。但し、g3図に於いて第1図と同一符号で示す部
分は第1図と実質的に同一であるので、その説明を省略
する。
本実施例では、積分器(4)に於いて第1慣分コンデン
サ01にこれよりも容量の小さい第2の積分コンデンサ
C8が並列接続されている。また、電荷移動回路u3が
設けられている。[荷移動回路ttiは第1檀分コンデ
ンサC1の出力一端と基準電位Vs(本実施例ではOV
>を与えるライン圓との間に設けた電荷移動用スイッチ
S4と第1檀分コンデンサC8の出力側端と増幅器(5
)の出力端子(8)との間の回路を遮断する切り離し用
スイッチSIとから成り、スイッチ”1 s ”t s
 Ss及びスイッチS廖ヲオフにしてスイッチ54t−
オンにすることによって第1積分コンデンサC3の電荷
が第2積分コンデンサC1に移動するようVC慣成され
ている。尚、谷スイッチ鵠〜8゜及び8鳳は市1j御ス
イッチであり、nt数及びスイッチ+tllI御回路U
シから4出されているS、〜S、、8mで示すラインの
出力で制御されるように形成されている。
iiga図の各部の状態を示す第4図を参照して、この
アナログ嗜デジタル変換器の動作を説明する。
変換開始面にはスイッチS4及びリセットスイッチSs
 t″オンなし、その他のすべてのスイッチ會オフに保
つ。久に、変換開始の第lの時点型、で第4図00に示
す如くスイッチS1及び8sK’オンになし、1g4図
(ト)■に示す如くスイッチ84及びSlをオフにする
。これにより、被側定電圧−Vi Kより抵抗比、に−
V i/R,の電流が流れ、第4図(4)に示す如く積
分器出力電圧は正の方向に増大する。予め次められた一
定期闇TiK積分コンデンサC1及びC1に蓄積される
総電荷量Qはfi1式となる。
i Q=    Ti・・・・・・・Il+九重 前記一定期間Ti経過後の第2の時点−でスイッチ51
t−オフとし、第4図0に示す如くスイッチS!をオン
にして第1の基準電圧+Vr1を積分する。この際、積
分抵抗kL1にはVr、 7H,なる電流が流れ積分出
力は初期値に向って減少する。積分出力が第1の検出レ
ベル(+Vc)以下になり第1のレベル検出器(9)の
出力が第4図(J)に示す如(高レベルとなった後にお
いて第4図■のクロックパルスト同期がとれた時点でス
イッチS2及びSラヲオフとし、スイッチS4ヲオンに
する。スイッチS4のオン抵抗上r4とすると積分コン
デンサCIに炊貿している1[#はr4を通して流出す
る。このときスイッチS4以外のスイッチはすべてオフ
であるので、第1の積分コンデンサCiの電荷の帰還M
MIは積分コンデンサC8のみである。増幅器(5)の
反転入力端子(6)は非反転入力端子(7)と同レベル
を維持するように動作するので、積分器出力は書び増大
し、積分コンデンサC1の両端電圧が初期値と等しくな
るまで増大する。
如ち第1積分コンデンサC1め残留電荷が第2檎分1 y y y v C@tic移動し・積分器出力&f−
(τ+1)活に増大する。この電荷移動はr4・C1な
る時定数で行われるが、実際上はr4は小さな値である
ので、IIt向移動に関する誤差は短時間内に無視でき
る値となる。#!3の時点t1からg4の時点型、まで
の電何移動期蘭t−Tcとし、TC経過故スイッチS、
をオンとし、第2の基準電圧+Vr、を積分する。第2
の基準電圧+Vr!は、第2のレベル検出器(IGが十
分応答できるゆっくりした傾斜が得られる値に選んであ
り、積分抵抗RIVcはVr、 /R,なる電流が流れ
、積分器出力は初期値に同って減少する。第5の時点1
.で積分器出力が初期値レベル慣出器00の出力が第4
図(I)に示すy口く制レベルになり、これに応答して
スイッチ8.がオフ、スイッチSrがオンになり変換を
終了する。
上記の変換に於いて、第lの基卓電圧子■r1倉積分し
ている期間iTr□とすると、このJIAIMlで電荷
放出量Q、は(2)式で表わされる。
また第2の基!![圧子Vr、を積分している期間をT
r、とすると、この期間での電荷放出量Q、は(3)式
で表わされる。
勘闇’1’iK於ける被測定電圧−v1に基づく総電荷
畜積1kQは11[#I放出’jlQt及びQ、を加鼻
したものに寺しいから(4)式が成立する。
Q=喝十Q、・・・・・・・・(4) 111〜141式より被測定電圧−Viは(5)式で表
わされる。
上式に於いてTiは一定期間、Vr、及びVr、は既知
であるから、Tr、及びTr、 M間内のクロックツ(
ルス数を針数し、その係数を乗じ加昇することによって
被測定電圧−Vi f求めることができる。尚(5)式
から明らかなように積分コンデンサC8及びC2の11
1は醐定梢度に無関係である。
上述から明らかなように、本実施例の方式では第3の時
点−になったら、容量の大きい第1の積分コンデンサC
3の残部電荷を容量の小さい第2の積分コンデンサC,
に移動させ、第3の時点i1の横2の基準電圧+Vr、
で電#を放出させるので、第4の時点1.から第5の時
点1.までのレベル差が大きくなる。従って、初期値レ
ベルの慣用が容易になり、レベル検出器tit)の検出
能力及びゲイン及び応答速度に対する制限が軽減され、
且つ積分器ノイズに対する制限も@減される。
又、被測定電圧の極性を判別する場合、被測定電圧が微
小レベルでも、前記電荷移動期間Tcでの拡大された積
分器出力の極性を判別すればよく憔めて容易になる。
又、積分器を小振幅で動作させること力; q 12で
あるので、バッテリーで動作する機器の変換器として壱
′効である。
以上、本@明の実施例につ(・て述べた力t1本発明は
これに限定されるものでなく、史に変形可#i巨なもの
である。例えば、2つの基$電<1’jj’t s ”
*’7を収ける代りに、第5図に示すy口<共通の基準
電源Elとし、第2の基準電流を得るために抵抗凡宜會
設けてもよい。要するに第1及び第2の基準電流全供給
するように構成してもよ℃・。
又、第6図に示すように、−〜111司で第2の基準電
圧又は電流による積分を初M1直Vペル(OV)以下ま
で行い、し力・る後、4を積分コンデンサCIの[荷を
第2積分コンデンサC!に桜し、1.〜1、で仮−1定
電圧と同一極性のg2の2!1inP電圧又電流を積分
し、初期値にしてもよい。この場合には、(51式のT
r、の係数を負とする。また、この場合には−Vci初
期1直レベルと等しいとみなしてレベル検出器(9)を
省略し、レベル検出器(11のみとしてもよい。肌ち、
−Vc ’t?)JM*レベルと同一として検出しても
、一時点をクロックパルスに同期させるため等(よる遅
れでコンデンサC,、C,には逆極の光電がなされ、#
!2の基準電圧による放電が可能になる。勿論第6図の
方式に於いても第1及び第2のレベル検出器(9)叫を
設けてもよい。
又、被測定電圧−Vi7!−+viとし、4卑亀圧+V
r、、十vr、及び第1の検出レベル+Vcの極性を負
に変更した構成とすることも可能である。又、:4rs
電位vaヲゼロ電位と仮足したが他の電位にしてもよい
。又、電荷移同回路u3)の基準電位■3と増幅器(5
)の基準電位v移とを一致させない場合でも動作可lj
とである。又、クロックパルスは同一周期ヲ持つもので
なく、前記(5)式のr1+ r、及びT−の係数に対
応した周期とじ1クロック周期が同一の重みを持つよう
Kしても構成できる。
また、第3図の回路に対して第7図に示すように第3積
分コンデンサC1、スイッチSs 、 St Jk含t
r11[荷移動回路(13す、十vr、の電源E、とス
イッチS、とを含む嬶3の基準電圧供給回路(3a)、
+V。
is出する第3のレベル検出器(9a)i付加した回路
とし、第8図に示すように、励闇’l’iで被測定電圧
を積分し、期間’ll’r、で第1の基準電圧子vr1
t−積分し、期間111cでコンデンサC1の電荷をC
1及びC。
に移動させ、期間Tr、でコンデンサC!及びC5fi
”便用して#!2の基準電圧+Vr、を積分し、期間T
oでコンデンサC畠の電荷CIK移動し、期間Tr、で
C1を使用して第3の基準電圧+Vrs1に積分しても
よい。また、コンデンサの数を更に増やし、4重以上の
多重構分方式としてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の三重積分型アナaグーデジタル変換器を
示すブロック図、第2図は第1図のA〜H点の状態を示
す波形図、第3図は本発明の実施例に係わる三重積分型
アナログ−デジタル変換器を示すブロック図、第4図は
83図のA−J点の状態を示す波形図、第5図は基準電
源の変形例を示す回路図、第6図は積分方式の変形例を
示す波形図である。第7図は変形例に係わる変換器のI
St示すブロック図、第8図は第7図の積分器出力を示
す波形図である。 尚図面に用いられている符号に於いて、il+は被測定
暖圧供給回路、(2)は第1の基準電圧供給回路、13
)は5142の基準電圧供給回路、(4)は積分器、(
5)は0LIJ!増幅器、(9)は第1のレベル検出器
、Uαは菓2のレベル検出器、μυはクロックパルス発
生Ill、Oは計数及びスイッチ制餌回路、u31は蒐
荷移動回紐Cある。81は第1の積分人力選択スイッチ
、S。 は第2の積分入力選択スイッチ、S、は第3の積分入力
選択スイッチ、S、は電荷移動用スイッチ、S。 はコンデンサ切り離し用スイッチである。 代理人 高野則次

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 111  積分コンデンサを含む積分器と削紀槓分器に
    被側定111[ξを所足期間のみ供給する被側定電圧供
    給回路と、前記積分器に前記破損り足電圧を供給した後
    にjll記積分器に複数のIk、単電圧又を工電流を選
    択的に供給するik、4’14圧又は酸訛供給回路と、
    前記複数の基準電圧又は電流の供坩勘間を決足するため
    に前記積分器の出力電圧のレベルを検出するレベル検出
    回路と、クロックパルスを発生するクロックパルス発生
    回路と、少なくとも前記複数の基準電圧又は電流を供給
    する期間に於いて@紀りロックパルスを計数し、該計数
    に基づいて前記機側定電圧、K対応したデジタル出力を
    送出する一↑畝回路とから成る多重積分型アナログ・デ
    ジタル変換器に於いて、 +4LI紀槓分器のコンデンサを複数の積分コンデンサ
    で構成し、IIII記複数の基準電圧又は電流から選択
    された基準電圧又は電流の供給終了時点と次の基準電圧
    又は電流の供給開始時点との間で削記幀畝の積分コンデ
    ンサから選択された積分コンデンtのIIL荷を別の積
    分コンデンサに移動させるm荷++lI21回路を設け
    、前記積分器で=++紀次の基準電圧又は電流を積分す
    る動作に1iltI記別の積分コンデンサの一’sk関
    係させるように構成したことを%倣と−Cる多電積分型
    アナログ・デジタル変換器。 121  Rue積分器は積分wL流が入力する一方の
    人力端子及び基準電位とされた他方の入力−子tVする
    演算項l111!器と、該演算増幅器の前記一方の入力
    端子と出力端子との間に夫々接続された第1及び第2積
    分コンデンサとから成るものであり、前記電荷移動回路
    は前記#!l檎分コンデンサの一層とl’!H4t己演
    J!増嘱器の出力端子とのl1jl ’に通訳的に切り
    離すスイッチと、前iie dL 1 aft分コンデ
    ンサの一端を電荷移動時に基4!1電位ラインに僑続す
    るスイッチとから成るものである%ff請求の範囲第1
    項記載のアナログ・デジタル変換器。 (3)前記第2積分コンデンサはその容量が前記第1槓
    分コンデンサの容量より小さいものである%ffff請
    求囲第2項記載のアナログ声デジタル変侯器。
JP57088504A 1982-05-25 1982-05-25 アナログ・デジタル変換器 Granted JPS58205331A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57088504A JPS58205331A (ja) 1982-05-25 1982-05-25 アナログ・デジタル変換器
US06/493,610 US4567465A (en) 1982-05-25 1983-05-11 Method and apparatus for converting analog signal into digital signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57088504A JPS58205331A (ja) 1982-05-25 1982-05-25 アナログ・デジタル変換器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58205331A true JPS58205331A (ja) 1983-11-30
JPS6349409B2 JPS6349409B2 (ja) 1988-10-04

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63172523A (ja) * 1987-01-12 1988-07-16 Hioki Denki Kk 二重積分形a/dコンバ−タ
WO2002103308A1 (en) 2001-06-18 2002-12-27 Hamamatsu Photonics K.K. Photosensor

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