JPS594228A - アナログ−デイジタル電流変換器 - Google Patents

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】 本発明は各段が１ビツトを供給し、各段の入力端子を前
段の出力端子に接続するようにして、各段をそれぞれＩ
Ｕ列に接続したｎ個の段を具えておリ、各段のノードを
入力端子と、第１ダイオードと、ペース接地の第１トラ
ンジスタのエミッタと、基準電流源とに接続し、前記第
１ダイオードの他端は出力端子に接続し、前記基準ｍａ
＃は各段の入力端子に到来する人力電流に対して差電流
？各段のノードに発生せしめるように配置し、該差電流
が成る方向の電流である場合には前記エミッタが該差電
流を搬送し、前記差電流が他の方向に流れる電流である
場合には前記第１ダイオードが該差電流を搬送するよう
にしたアナログーデイジタル゛電流変換器に関するもの
である。

従　　来　　技　　術 斯種のアナログ−ディジタル電流変換器はオランダ国特
許願第７　６　０　９　６　１］　８号から既知である
。

各段ではその段の入力端子と基準電流との差電流を求め
、成る極性の差電流に対しては、その電流を電流シンク
回路へと流してビット−表示回路を作動させるようにし
、また他の極性の差電流に対しては、ダイオード回路に
よってその差電流をつぎの段へと転送せしめて、この後
続段にて同様な操作を行なうようにする。

測定すべき電流とビット表示との関係を直線的なものと
するためには、すべての基準電流を等しくする必要があ
る。斯くして得られるディジタル表示はバー表示器を駆
動させるのに極めて好適である。このバー表示器による
スケールはｎ個の段を用いる場合にはｎ個の部分に分割
され、従って分解能は１〜ｎとなる。２進ディジタル表
示を得るためには符号化回路を用いる必要があり、これ
はｎが大きくなるにつれて極めて複雑となる。

発明の開示 本発明の目的は前述した従来の電流−オーバーフロー原
理から出発して、グレーコードとして既知の２進コード
でｎ段によって電流をディジタル変換して、分解能を１
〜２ｎとするアナログ−ディジタル電流変換器を提供す
ることにある。

本発明は各段が１ビツトを供給し、各段の入力端子を前
段の出力端子に接続するようにして、各段をそれぞれ直
列に接続したｎ個の段を具えており、各段のノードを入
力端子と、第１ダイオードと、ベース接地の第１トラン
ジスタのエミッタと、基準電流０とに接続し、前記第１
ダイオードの他端は出力端子に接続し、前記基準ｔ４ｔ
ｌｊＨ！！は各段の入力端子に到来する入力電流に対し
て差′Ｎ流を各段のノードに発生せしめるように配置し
、該差電流が成る方向の電流である場合には前記エミッ
タが該差電流を搬送し、前記差電流が他の方向に流れる
電流である場合には前記第１ダイオードが該差￥ＰＬ流
を搬送するようにしたアナログ−ディジタ・ル奄流変換
器において、電流ミラー回路を前記第１トランジスタの
コレクタと、前記出力端子とに接続して、該出力端子が
前記第１トランジスタのコレクタの電流値にはは相当し
、かつ第１ダイオードの順方向に対応する方向の出力電
流ご搬送し得るようにしたことを特徴とする。

このようにすれは僅かの段で電流を正確にディジタル化
することができ、かつ作動が極めて速い変換器を得るこ
とができる。

グレーコード用のｎ個の段を具えているアナログ−ディ
ジタル電流変換器は既知であり、例えば英国特許第１２
６６９６２号明細書には各２進段がダイオード整流ブリ
ッジと、電圧比較回路と、電流−電圧変換器とを具えて
いる変換器が開示されている。なお、この場合における
上記各コンポーネントは各段の構成を比較的σ雑とし、
かつ各段の作動を遅らせている。同様な回路は米国特許
第１１１９８４８３２号明細書にも開示されている。

電圧をｎ　４ｉＦＪの段によってｎ−ビットのグレーコ
ードに変換し得る変換器は米国特許第８５８７０・８９
号明細書から既知である。目１１述したように、屯田比
較器を具えている回路は、冒頭に述べた既知のアナログ
−ディジタル電流変換器および本発明による変換器によ
るような、僅かのコンポーネントで電流全搬送するタイ
プの回路に比べて作動が遅いと云う欠点がある。

一本発明では既知の電流ミラー回路を用しＡるため、構
成が簡単で、作動が速い段が得られる。さらにビット−
表示回路を容易に付加することができる。

本発明の好適例では２個の帰還抵抗を具えてし）る演算
増幅器を用いるようにする。こσ〕ようにすれば、電流
ミラー回路を極めて正確に調整することができる。さら
に、上記増幅器の出力Ｇこよってビット表示させること
もできる。

さらに本発明の好適例によれば、第１査目σ〕段の基市
電流の方向を反転し得るようにする。こσ〕ようにすれ
ば、いずれの極性の電流でも測定することができる。さ
らに本発明の池の例によれは、スイッチ・オンまたはス
イッチ・オフし得るインバータ回路全弁してビット表示
器ご変換器に結合・させるようにする。

ビット−表示回路は、各段の第１ダイオードか導通する
か、否かを検出することによって作動させることができ
る。なお、斯種のビ゛ント表示回路については米国特許
第３７８１ｚ３’９０号の第２および４図から既知であ
る。

実施例の説明 以下図面につき本発明を説明する。

第１図は本発明によるアナログ−ディジタル電流変換器
を構成することのできるｎ個の段の内の１つの段ｍの構
成を示すブロック線図である。第１ダイオード８と、ト
ランジスタ５のエミッタ４と、基準電流＃６とを接続す
るノード（接続点）２に入力電流ｉｉ／ｍを供給する。

トランジスタ５０ベース７を、例えば大地のような基準
電位点８に接続する。上記ダイオード８は段ｍの出力端
子９にモ接続する。ブロック１１にて示す電流ミラー回
路をトランジスタ５のコレクタ１０と出力端子９とに接
続する。この電流ミラー回路は、その・入力端子１２に
おける電流が出力端子１３に現われる電流とほぼ同一と
なるようにする。第１図につき上述した記載は第２図に
ついても云えることである。

第２図では電流方向および半導体の順方向が第１図の場
合とは逆になっている。第１図のトラン・ジスタ５はｎ
ｐｎ−形のものであり、入力電流’ｉ、Ｍは正で、その
方向はダイオード３の順方向および出力電流ｊ。／／Ｉ
Ｏの電流方向と同じである。従って、電流ミラー回転１
］は場合次第で電流をトランジスタ５または出力端子９
に供給する。第２図のトランジスタ５はｐｎｐ−形のも
のであり、入力嵜、流ｉｉ／ｍは負、叩ち入力端子ｌは
電流を供給する。

出力端子９は電流土。７ｍを受電し、また回路１１も電
流を受電する。

第１および２図に示す回路の作動を以下第８図を参照し
て簡単に説明する。

入力電流ｉＶ、の値は０〜２・ｌ／２ｍ−１とすること
ができる。この電流値は基準電流源６からの基準電流の
値に依存し、ｍ番目の段に対するこの基準・電流の値は
１７２ｍ−１に相当する。第３図の範囲Ａでは斯かる基
準電流が入力電流ｉｉ／／ｍとトランジスタ５のエミッ
タ電流ｉ。５とに分けられる。この場合、出力電流ｉ。

７ｍは１８６に等しくなる。第３図の範囲Ｂでは入力電
流ｉＶｍがｒ／２ｍ−ｘ〜２・１７２ｍ−１の範囲内に
ある。この場合にはダイオード３が入力電流ｉＶ、と基
準電流１／２ｍ−ｘとの差電流ｉｄ８を通す。この際の
出力電流ｉ。７ｍ　Ｇｔ　ｉｄ８に等しい。

第４図はアナログ−ディジタル変換器を成す３細面列に
接続した各段の出力電流ｉ。７ｍと、上記変換器にて変
換すべき（］〜２Ｉの範囲の入力電流ｉｉとの関係を示
したグラフである。第１番目の段の電流源からの電流値
は１１第２番目の段の電流源からの電流値はｌ／２、第
８番目の段のｔｉｉ流源からの電流値はＩ／、である。

各段のビット−表示回路が第８図の範囲Ａでは論理”１
゛°を供給するものとする場合、即ち電流ミラー回路が
電流を出力端子に供給するものとする場合に、第４図の
陰影を付した部分は、特定の入力電流に対してどのビ・
ットが値”　１′′を呈するかを示したものである。

なお、Ｍ　ＩＪの段は例外である。この最初の段のビッ
ト−表示回路にはインバータ回路を用いる必要がある。

その理由は、零入力端子の場合に、基準電流Ｉのすべて
が電流ミラー回路によって供給され、この電流がつぎの
第２番目の段の入力電流ともて作用し、斯くして斯かる
電流値がその最大電流値（２・１７２ｍ−ｕ）にまで達
してしまうからである。

このことはつぎの段についても云えることである。

第１番目の段の第１ダイオードと電流ミラー回路および
その段に後続するすべての段における第１ダイオードと
電流ミラー回路によって伝導される電流は、入力電流お
よび基準電流Ｉの方向を反転させることによって符号さ
せることができる。口のことを第１および２図に破線矢
印にて示しである。これらの図から明らかなように、斯
かる入力電流の値は最上位ビットをシダナリングするた
めの基準電流Ｉよりも太きくすべきである。その理由は
、この場合には差電流が電流ミラー回路１１によって供
給され、この差電流によって最上位ビットが・”　Ｉ　
ＩＩであることを示すことができるからであるｄ第５図
は５ビツト変換器を示す。各段の電流ミラー回路は同一
抵抗値の抵抗Ｒ□、Ｒ３〜Ｒ５を２個ずつ有している演
算増幅器１４を具えている。各段の抵抗の抵抗値は等し
くすることができるが、これら抵抗の抵抗値は例えば２
進関数に応じて、Ｒ，！−２Ｒ，、Ｒ，−２Ｒ８，Ｒ８
−２Ｒ２，Ｒ２−２Ｒ□のように順次大きくすることも
できる。この結果、各増幅器１４は同じ電圧範囲で駆動
する。

第５図に示す変換器の作動はつぎの通りである。

０〜２Ｉの範囲の値を呈する入力端子ｉｉ′ｆ：変換器
の入力端子２０に供給する。この入力端子２０は第１番
目の段の入力端子１に接続する。この入力電流の値がＩ
よりも小さい場合には、その差電流をトランジスタ５に
よって供給する。トランジスタ５の電流利得率が極めて
高い場合には、このトランジスタ５のコレクタ電流が上
記差電流に等しくなると見なすことができる。このコレ
クタ電流によって抵抗Ｒ□間には電圧降下が生ずる。な
お抵抗Ｒ０は演算増幅器１４の負入力端子と出力端子１
５との間に接続する。出力端子１５は別の抵抗Ｒ□を介
して増幅器１４の止の入力端子にも接続する。これら２
個の抵抗間の電圧降下は等しくして、電流が出力端子１
５から抵抗Ｒ０を経て段の出力端子９に流れるようにす
べきであり、この電流の値は、所要に応じ２個の抵抗Ｒ
０を互いに調整することによってノード２における差電
流に等しくなるようにする。つぎの段のトランジスタ５
が導通する際に、最ｖノの段のトランジスタに適当なベ
ース−コレクタ電圧を与えるために、増幅器１４の正の
入力端子と段の出力端子との間に１個または複数個のダ
イオード１６、或いはツェナーダイオードを配置する。

現時点に増幅器１４の出力端子１５に現われている正の
電圧はインバータ１７を介してビット出力端子１８に°
°０″レベルとして供給する。０〜ｌの入力電流は出力
端子９から電流ミラー回路を介してつぎの段の入力端子
ｌに出力電流１〜０として供給される。

第１番目の段の入力電流が１〜２Ｉの範囲の電流の場合
には、基準電流Ｉが斯かる入力電流から差引かれ、その
差電流がダイオード３を経て出力端子９に供給される。

従って、工〜２Ｉの入力電流はυ〜Ｉの出力電流となる
。

これから明らかなように、第２番目の段の入力電流の値
はＵ　−Ｉとなる。この入力電流値が１／２・Ｉよりも
小さい場合には電流ミラー回路が導通し、斯かる入力電
流値がＶ２・Ｉよりも大きい場合にはダイオード８が導
通する。このことは、変換器の入力電流が０〜１／２・
■の範囲内の値である場合にはダイオードが導通して、
第２番目の段の入力電流がＩ〜１／２・Ｉの範囲内の電
流となり、また、変換器の入力電流が１−・Ｉ〜２Ｉの
範囲内の値の場合には第２番目の段の入力電流の値がＶ
２・Ｉ〜Ｉとなることを意味する。

いずれの場合にも、最上位から２番目のビットは”０”
であり、これにより電流ミラー回路はターン・オフされ
て、ビット出力端子１９におけるレベルは°゛０”に相
当する低レベルとなる。

第８番目の段の入力端子は０〜工までの電流を受電して
、第４番目の段にθ〜１／、・Ｉの電流を、供給する。

第６図は極性反転および電流ミラー回路を具えているア
ナログ−ディジタル電流変換器の第１゜第２および第８
番目の段を示したものである。

電流ミラー回路１１は電流ミラーを成す２個のトランジ
スタ２１と２２を具えており、トランジスタ５のコレク
タ電流は基準ダイオードとして配置したトランジスタ２
１を経て流れるため、トランジスタ２２は出力端子９に
上記コレクタ電流に比例する（この第１番目の段ではほ
ぼ等しい）電流を供給する。正確な調整を行なうために
、上記トランジスタの各エミッタとｖＪＩＥ＋１１２６
との間に抵抗を設けることができる。上記電流ミラーに
はビット表示トランジスタ２８を結合させる。ビット表
示回路としてトランジスタ２４および電流表示器、例え
ばＬＥＤを設ける。

極性反転のために、第１番目の段は電流源６ａを具えて
おり、この電流源は電流１をノード２に供給するために
用いられ、このために電流源６ａは所要に応じ、電流表
示器２７を介して正の給電線２６に接続する。電流表示
器２７は電流源６ａが導通する際に、負極性の電流を測
定し得ることを表示し、このことは第６図の入力端子２
０＋１近に電流ｉｉに対して破線矢印にて示しである。

ビット表示器２５はトランジスタ２４に直接接続する。

他の極性の測定電流は号に対して実線矢印で、しかも士
符号を付して示してあり、ビット表示器２５はトランジ
スタ２８に接続し、このトランジスタのベースはトラン
ジスタ２４のコレクタ出力端子とベース抵抗２９とに接
続する。トランジスタ２８はビット表示器に対するイン
バータ回路を成す。さらに、電流源６ａは電流源６ｂと
置換して、この電流源６ｂが７−ド２と負の給電線３０
との間に配置されて、ノード２に電流工が得られるよ、
うにする。

第１番目の段でのビット表示器の極性反転および切り換
えは第６図に記号的に示すスイッチ３１と８２とによっ
て行なわれ、これらスイッチの実線での接続は実線矢印
１１に対応し、破線での接続は破線矢印１１に対応する
。正極性を表示する場合には、電流表示器３８を電流源
６ｂに直列に配置することができる。

なお、上述した６例、および特許請求の範囲の記載にお
いて回路部品として°゛ダイオードよび°゛　トランジ
スタ”と称したが、ここに云う°゛ダイオードは、適当
な電圧の印加時に一方向の電流は搬送するも、他方向の
電流は阻止する任意の装置を意味し、また”　トランジ
スタ”とはバイポーラ形式のものだけでなく、例えば２
つの接続電極と主電流通路の電流を制御する１個の制御
電極を有している他の半導体累子、例えば接合またはＭ
ＯＳ　−ＦＥＴのようなものとすることができ、この場
合にはベースは°′アゲートと称され、エミッタは”ソ
ース°′と称され、コレクタは”　ドレイン′、：。

と称される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明アナログ−ディジタル電流変換器を構成
するｎ個の段の内の１つの膜構成を示すブロック線図り 第２図は第１図の変形例を示すブロック線図；第３図は
ｍ番目の段の入力電流と出力電流との関係を示す特性図
； 第４図は３段変換器の入力電流と３つの各段の出力電流
との関係を示す特性図； 第５図は抵抗性電流ミラー回路を具えている５段のアナ
ログ−ディジタル電流変換器の例を示すブロック線図； 第６図は電流ミラーおよび極性反転段を具えている本発
明による変換器の他の例を示すブロック線図である。 ■・・・入力端子　　　　　２・・・ノード３・・・第
１ダイオード　　４・・・エミッタ５・・・トランジス
タ　　　６・・・基準電流源７・・・ベース　　　　　
　８・・・基準電位点９・・・出力端子　　　　　１０
・・・コレクタ、１１−・・電流ミラー回路　１４・・
・演算増幅器１６・・・ダイオード　　　　１７・・・
インノく一タ１８．１９・・・ビット出力端子 ２０・・・入力端子 （２１，２２）・・・電流ミラー構成トランジスタ２３
・・・ビット表示トランジスタ （２３，２４）・・・ビット表示回路 ２５・・・ビット表示器　　２７・・・電流表示器２８
・・・インバータ用トランジスタ ２９１、・ベース抵抗ａ　１．　ａ　２・・・スイ゛ノ
チ３３・・・電流表示器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　各段が１ビツトを供給し、各段の入力端子を前段の
   出力端子に接続するようにして、各段をそれぞれ直列に
   接続したｎ個の段を具えており、各段のノードを入力端
   子と、第１ダイオードと、ペース接地の第１トランジス
   タのエミッタと、基準電流淵とに接続し、前記第１ダイ
   オードの他端は出力端子に接続し、前記基準電流源は各
   段の入力端子に到来する入力電流に対して差電流を各段
   のノードに発生せしめるように配置し、該差電流が成る
   方向の電流である場合には前記エミッタが該差電流を搬
   送し、前記差電流が他の方向に流れる電流である場合に
   は目ＩＪ記第１ダイオードが該差電流を搬送するように
   したアナログ−ディジタル電流変換器において、電流ミ
   ラー回路を前記第１トランジスタのフレクタト、前記出
   力端子とに接続して、該出方端子が前記第１トランジス
   タのコレクタの■流値にほぼ相当し、かつ第１ダイオー
   ドの順方向に対応する方向の出力電流を搬送し得るよう
   にしたことを特徴とするアナログ−ディジタル電流変換
   器。 ス　特１１［ｔＪ求の範囲ｌ記載のアナログ−ディジタ
   ル電流変換器において、電流ミラー回路が少なくとも２
   個のトランジスタを具えており、これらトランジスタの
   エミッタを各々給電源に結合させ、ベースを相互接続し
   、ａσ記両トランジスタの内の一方のトランジスタのコ
   レクタをこれら両トランジスタのペースと、前記第１ト
   ランジスタのコレクタとに接続し、かつ前記両トランジ
   スタの内の北方のトランジスタのコレクタを出力端子に
   接続したことを特徴とするアナログ−ディジタル電流変
   換器。 λ　特許請求の範囲ｌ記載のアナログ−ディジタル電流
   変換器において、電流ミラー回路が演算増幅器を具えて
   おり、該増幅器の出力端子を２個のほぼ同一の抵抗に接
   続し、前記演算増幅器の一方の入力端子を前記２個の抵
   抗ノ内の一方の抵抗と、第１トランジスタのコレクタと
   に接続し、前記演算増ｌ１ｌｉｉｌ器の他方の入力端子
   を前記抵抗の内の他方の抵抗と、少なくとも１個のダイ
   オードを介して段の出力端子とに接続したことを詩歌と
   するアナログ−ディジタル電流変換器。 転　特許請求の範囲１〜８の何れか１つに記載のアナロ
   グ−ディジタル電流変換器において、ビット−表示回路
   を第１ダイオードに接続したことを特徴とするアナログ
   −ディジタル電流変換器。 翫　特許請求の範囲２記載のアナログ−ディジタル電流
   変換器において、電流ミラー回路がビット−表示トラン
   ジスタを具え、該トランジスタのエミッタを給電源に接
   続し、かつベースを前記電流ミラー回路を成すトランジ
   スタの共通ベースに接続したことを特徴とするアナログ
   −ディジタル電流変換器。 収　アナログ−ディジタル電流変換器において、ビット
   −表示回路を演算増幅器の出力端子に接続したことを特
   徴とするアナログ−ディジタル電流変換器。 Ｉ　特許請求の範囲１〜６の何れか１つに記載のアナロ
   グ−ディジタル電流変換器において・最上位ビットを表
   わす第１番目の段がビット−表示回路用のインバータ回
   路を具えていることを特徴とするアナログ−ディジタル
   電流１晩・変換器。 ＆　特許請求の範囲７記載のアナログ−ディジタル電流
   変換器において、第１番目の段をスイッチング装置に結
   合させ、該スイッチング装置によりビット−表示回路を
   インバータ回路の人力または出力端子に接続して、第１
   番目の段の基準電流の方向を反転し得るようにしたこと
   を特徴とするアナログ−ディジタル電流変換器。