JPS6058721A - Ad変換回路 - Google Patents

Ad変換回路

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JPS6058721A
JPS6058721A JP16591683A JP16591683A JPS6058721A JP S6058721 A JPS6058721 A JP S6058721A JP 16591683 A JP16591683 A JP 16591683A JP 16591683 A JP16591683 A JP 16591683A JP S6058721 A JPS6058721 A JP S6058721A
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増田 久喜
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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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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、アナログ信号をディジタル信号に変換するA
D変換回路、特に積分器全利用する積分形AD変換回路
に関するものである。
〔発明の技術的背景及びその問題点〕
AD変換回路は種々の形式のものがあシ、積分形に最も
近いものとして電荷平衡形AD変換器及び帰還形・ぐル
ス幅変調方式のAD変換器がある。
まず、電荷平衡形AD変換器について第1図、第2図及
び第3図を参照しながら説明する。第1図及び第2図に
おいて、1は被変換電圧Eaを受ける・ぐッ7ア増幅器
、2は積分器であシ、演算増幅器op、コンデンサC1
抵抗Rなどによ多構成されて込る。3は積分出力電圧を
基準電位(ここではOV)と比較する電圧比較器、4は
ノリツブフロップ、5は電流スイッチで、前記フリツノ
フロツノ4のQ出力によシミ流をIrか、零に切換える
ものであシ、第2図では概略的にスイッチ記号として表
示している。
6は定電流Ii生じる第1の電流源、7はりロックパル
スと前記ノリツブフロップ4のQ出力との論理積をとる
アンドダート、8はカウンタ、9はタイムペース設定回
路(分周回路)である。
即ち、被変換電圧Effi抵抗Rにより電流に変換し、
電流源6の電流Irまたは零と加算して、更に積分する
。この積分出力を電圧比較器3で基準電位(Ov)と比
較しその結果全クロックi9ルスによシサンプリングし
、ノリツブフロップ4に保持させ、その出力によシミ流
源6の電流全二つの値(Irと0)の間で切換えるよう
に動作させ、離散フィードバック系を構成している。こ
の構成により、積分器2の積分コンデンサCに蓄積され
る電荷の時間平均値が零となるように動作するため、電
荷平衡形と呼ばれている。
い1、ノリツブフロップ4の出力の平均デユーティ−レ
シオtDとすると、平衡状態では入力電圧EaがR8・
Ir−Dに等しくなるため、タイムペース設定回路9の
設定時間の間、7リツノフロツプ4の出力とクロックパ
ルスCPの論理積であるアンドグードアの出力全カウン
タ8で計数し、デユーティ−レシオDffi測定するこ
とによシ、変換データE−燗ている。
この場合、電流源6の切換え全クロックCPに同期して
行っているため、入力電圧と電流源6の差による残留電
荷が積分器2に蓄積される。
このため、第3図に示す積分器2の出力INTφの平均
電圧は少しずつ変化する。従って、タイムペースの長さ
を長くすれば変換分解能は向上する。
このように電荷平衡形AD変換器は分解能全容易に変え
得るという利点を有するが、次のような欠点がある。
(、) デユーティ−レシオDが0.5付近の場合、電
流源6がクロック周波数で切換えられるため、使用する
積分器2はかなシ高周波特性にすぐれたものが必要とな
る。
(b) rニーティーレシオDが0または1に近い場合
には、積分器2の出力波形は一方向が急激で、他方向が
非常に緩やかな時間変化となム緩やかな時間変化を示す
側では比較器3の不感帯の影wi受けるとか、入力信号
が小さい場合には比較器3のスイッチング時間が長くな
ることによる影響を受ける。また、入力信号によシ変換
中の電流源の切換え回数が異なるため、電流スイッチ5
0オンとオフの切換え時間の差が直線性に影41を与え
る。
次に帰還パルス幅変調方式のAD変換器を第4図及び第
5図に基づいて説明する。このAD5− 変換回路は、第4図のように比較器3の出力をクロック
パルスCPでザンプリングすることなく第1の電流源6
を切換えることと、第1の電流源6の電流■ よシも大
きな絶対値を有し、かつ等しい値の正負の電流I、−I
’を出力する第II 2の電流源12を設け、これを第2の電流スイッチ11
′?c介して積分器2に接続したこと、タイムペース設
定回路を回路9A、9Bの2段に分けてその中間よシ抽
出した信号BASEIで前記第2の電流スイッチ11を
デユーティ−比50饅で切換え、その周期全変換時間と
するようにしたことが第1図と異なる。
この場合も、比較器3の出力のデユーティ−レシオiD
とすると、入力電圧E1はR6・■1・Dに等しくなる
が、計数ノfルスと比較器3出力の変化は非同期で行わ
れるため、+1カウント分以内の誤差が第2の電流源1
2の切換え周期当た多発生する。従って、変換時間は必
ず第2の電流源12の切換え周期としなければならない
例えば、−第4図でカウンタ8の計数時間全8−6= 倍長くしたとしても、変換結果は1回当たりの誤差の8
倍の誤差を持ってしまうため、得られるデータは単に1
倍の場合の8倍の値となるだけで分解能は向上しない。
これは、第5図における信号SWIの1周期での誤差(
斜線部分)が次の周期でも同量発生してしまうためであ
る。
その点、第2図、第3図に示す電荷平衡形AD変換回路
では、電流源の切換えがクロックと同期して行われるた
め、誤差は計数時間の増加によシ減少し、±1カウント
の誤差以内となる。これに対し、帰還形パルス幅変調方
式のAD変換回路では誤差が大きくなる。
従って、第2の電流源12の切換え周期は変換時間と等
しくする必要があυ、この種AD変換回路を積分器出力
全零とするように動作させる離散時間フィードバック系
と考えた場合には、フィードバックをAD変換中2回行
うのみであるため、被変換信号である入力電圧が変化し
た場−8−ヲ考えると、正確なAD変換値が得られるよ
うになるまでに必要な時間は、同一のクロック周波数で
動作する電荷平衡形AD変換回路に比べて遅くなる。
このように帰還形・千ルス幅変調方式のAD変換回路は
、可変分解能とすることが難しく、あえて可変とする場
合には回路構成が複雑となシ、また、入力電圧が変化し
た場合、正しい変換結果が得られる葦での時間が長いと
いった欠点がある。
ただし、積分器20入力電流の符号変化はII DII
rlとしているため、2回となシ、積分器20入力周波
数は低くなる。また、積分器出力の時間変化速度もII
 I−IIrIの値によ)一定速度以上で変化するため
、比較器30入力電圧はクロックの1周期内で一定値以
上の値となシ、不感帯の影響などは電荷平衡形に比べて
少なくなる。更に、スイッチのオンとオフの切換え時間
の差の影響は切換え回数が2回と一定であるため、直線
性に影vを与えることはないといった利点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、電荷平衡形と帰還形パルス幅変調方式
の長所を活かし、かつ分解能の可変が容易なAD変換回
路を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明に係るAD変換回路は、二つの値の電流を出力す
る第1の電流源及び絶対値が等しい正負の電流を出力す
る第2の電流源の出力電流と被変換電圧に比例した電流
を積分器で加算積分し、その出力電圧と基準電位を電圧
比較器で比較し、その結果を一定周期のクロックでサン
プリングしてフリップフロップに記憶する一方、前記ク
ロックを分周回路で分周しその出力によシ前記第2の電
流源の電流を等時間間隔で切換えるとともに、前記第1
の電流源全前記フリップフロップの出力で切換えて帰還
させ、前記フリップフロップの出力とクロックの論理積
出力であるノクルスを前記分周回路の出力の周期の整数
倍の時間、カウンタで計数し、AI)変換データとして
出力するものである。
9− 〔発明の実施例〕 第6図は本発明の一実施例を示すもので、1は被変換電
圧Eaを受けるバッファ増幅器、2は積分器であり、前
記バッファ増幅器1の出方を前記被変換電圧E8に比例
した電流に変換する抵抗R6、演算増幅器op、積分コ
ンデンサCなどによ多構成している。3はこの積分器2
の出方電圧と基準電位C0V)’r:比較する電圧比較
器4はこの比較器3の出力を一定周期のクロックパルス
でサンプリングし、記憶するフリップフロップ、5は第
1の電流スイッチ、6は二つの値、(例えばIrと零)
の電流全出方するmlの電流源であり、その切換えは前
記スイッチ5によって行う。
7は前記フリップフロップ4の出力とクロックツ平ルス
の論理積をとるアンドゲート、8はこのダートの出力パ
ルスを計数するカウンタ、9C及び9 C’はタイムベ
ース設定回路(分周回路)であわ、例えば(A)5の分
局比として縦続接続し、クロ、ツク・fルス全分周して
中間より後述10− の第2の電流源の電流切換えに供する信号BASE2を
取出し、後段の回路9C’の出力を前記カウンタ8を制
御する信号C0NTR0Lとしている。即ち、第2の電
流源の切換えはクロック周期の25倍の周期で行い、変
換時間は更にその2倍としている。
1ノは第2の電流スイッチ、12は第2の電流源であシ
、絶対値が等しい正負の電流I、 、 −1,ffi出
力する。この第2の電流源12の電流切換えは前記信号
BASE Rを制御信号とする第2の電流スイッチ11
によって等時間間隔で行うようにしている。
なお、電流源は、第1図に示すものと同様なものを用込
るか、あるいは第7図に示すようにCMOSバッファ1
3基準となる電圧ダイオード14抵抗15などによシミ
光スイツチを含めた構成とする。
次に動作について述べる。クロックツ4ルスがタイムペ
ース設定回路9Cに加わると、その出力としてクロック
周期の25倍の周期の信号BABE、?が生じ(第8図
参照)、その後段のタイムペース設定回路9 C’には
更にその25倍の周期の信号C0NTR0Lが生じる。
信号BASE 2によシ第2のスイッチ11が等時間間
隔で切換わる。つまり、第2の電流源12の電流I、−
I の切換えが行8 B われる。
一方、比較器3の出刃がクロックによりサンプリングさ
れ、フリッノフロップ4に記憶されておシ、フリッノフ
ロップ4の出力がダート制御信号としてアンドゲート7
に、スイッチ制御信号SW2として第1のスイッチ5に
それぞれ供給され、これにより第1の電流源6の電流切
換え、つまりIrと零の切換えが行われる。
このような電流源6,120電流切換えに応じた両電流
源6,12の出力電流と被変換電圧Eに比例した電流が
積分器2で加算積分され、その出力J′l:第8図のI
NT 2のように変化する。
このとき、アンドゲート7の出カッfルスAND2がカ
ウンタ8で計数され変換データE、が出力される。この
実施例では10ビツトの分解能金持つことになる。
なお、上記実施例では、第1の電流源6は工、と零との
2値の電流を出力するものとしたが、■ と−工 とす
れば正負の入力電圧に対するADr r 変換となシ、また、一般に■yl# Ir2の2値電流
とすれば、R3・工r1とR8・■、2の間の電圧を変
換することになる。但し、積分器から電流をシンクする
向きを正とした場合である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、積分器入力波形の基本周期はクロック
周期の25倍であシ、また)積分器出力の時間変化量も
IIIII−II 1の値に応じて一定値以上が確保さ
れるため、電荷平衡形AD変換回路の積分器及び比較器
の条件が緩和される。
また、電流源の切換え回数は共に25回と一定であり、
オン、オフの時間差が直線性に影響を及ぼすことはなく
、シかも入力信号が変化した場合の応答は、変換時間の
長さのうちで26回積分器の出力を零へ収束させるフィ
ートノ9ツクを行うため、帰還形ノ音ルス幅変調方式の
AD変換回13− 路よりも速い。更に、第2の電流源の切換え周期(==
: 25 Xクロ、り周期)内で発生する残留電荷は、
クロックと同期して切換えているため、逐次補正されて
最終的に±1カウント以内である。
換言すれば、電荷平衡形と帰還形ノ4ルス幅変調方式の
欠点を取シ除き、両者の長所を取シ入れたことKなる。
しかも、カウンタの計数長及びタイムペースの後段の計
数長を変更するだけで分解能を変えることが可能であり
、比較的簡単に可変分解能の構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電荷平衡形AD変換回路の基本構成を示すプロ
、り図、第2図は同変換回路の概略構成を示すブロック
図、第3図は同変換回路の各部の波形図、第4図は帰還
ノ4ルス幅変調方式のAD変換回路の概略構成を示すブ
ロック図、第5図は同変換回路の各部の波形図、第6図
は本発明に5係るAD変換回路の一実施例を示すブロッ
ク図、第7図は同実施例における電流源の14− −例を示すブロック図、第8図は同実施例の動作説明の
ための各部の波形図である。 2・・・積分器、3・・・電圧比較器、4・・・7す、
プフロッグ、5・・・第1の電流スイッチ、6・・・第
1の電流源、7・・・アンドf−)、8・・・カウンタ
、9C及び9 C’・・・タイムベース設定回路(分周
回路)、1ノ・・・第3の電流スイッチ、12・・・第
2の電流源。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦15− 弓 田

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)二つの値の電流を出力する第1の電流源と、絶対
    値が等しい正負の電流を出力する第2の電流源と、被変
    換電圧に比例した電流と前記第1及び第2の電流源の出
    力電流を加算積分する積分器と、この積分器の出力電圧
    と基準電位とを比較する電圧比較器と、この電圧比較器
    の出力を一定周期のクロックパルスでサンプリングし記
    憶するフリップ70ツブと、前記クロックパルスを分周
    する分周回路と、前記フリップフロップの出力を制御信
    号として前記クロックパルスの通過、阻止を制御するダ
    ート回路と、このダート回路の出力パルスを計数するカ
    ウンタとを備え、前記第2の電流源の電流を前記分周回
    路の出力信号によシ等時間間隔で切換えるとともに、前
    記第1の電流源の電流を前記クリップフロッグの出力で
    切換えて帰還させ、前記ダート回路の出力パルスを前記
    分周回路の出方の周期の整数債の時間、前記カウンタで
    計数し、AD変換データとして出力することに%徴とす
    るAD変換回路。
  2. (2)前記カウンタ及び前記分周回路の出刃の周期の整
    数倚の時間幅のカウンタ制御信号を作3分周回路として
    、可変計数長のものを用いた特許請求の範囲第1項記載
    のAD変換回路。
JP16591683A 1983-09-09 1983-09-09 Ad変換回路 Granted JPS6058721A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0566766U (ja) * 1992-02-20 1993-09-03 株式会社三協精機製作所 クリーニング機構付きローラ送り装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5640536A (en) * 1979-09-10 1981-04-16 Hitachi Cable Ltd Injection machine for long rubber, plastic body
JPS5749866A (en) * 1980-09-09 1982-03-24 Yokogawa Hokushin Electric Corp Analog-digital converter and digital voltmeter

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