CN1179485C - 对数型a/d转换器、对数型a/d转换方法、对数型d/a转换器、对数型d/a转换方法、以及物理量测量系统 - Google Patents

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Abstract

用模拟乘法器(11)把基准参考电压Vref0 n次方，得到参考电压Vref1。用模拟乘法器(12)、(13)使Vref1逐次n次方，得到Vref2、Vref3。用开关组(38)控制Vref0～Vref3，与传感器电路(2)的输入电压Vin同时输入到模拟乘法器(14)。用比较器(15)把模拟乘法器(14)的相乘结果Vx和传感器电路(2)的输出电压Vout逐次进行比较，得到数字输出值。模拟乘法器(14)要适当设定。

Description

对数型A/D转换器、对数型A/D转换方法、对数型D/A转换器、 对数型D/A转换方法、以及物理量测量系统
技术领域
本发明是关于对数型A/D转换器、对数型A/D转换方法、对数型D/A转换器、对数型D/A转换方法、以及物理量测量系统的发明。
背景技术
以前在对动态范围宽的检波信号进行A/D变换时，使用对数型A/D转换器。这是因为对数型A/D转换器与线性的A/D转换器相比，能够对微小的输入具有足够的分辨率，即使输入高的电压值也不饱和，能转换成数字。特开平1-158878公报中公布了现有技术中的这种对数型A/D转换器的示例。图6表示了这种现有技术的对数型A/D转换器的电路。如此图所示，这样的对数型A/D转换器中，参考电压终端44上施加的参考电压Vref，用阻值不同的多个电阻47按对数函数数列分压。用比较器42把这样分压得到的各个电压与从模拟输入终端45输入的输入电压Vin进行比较。然后按这种比较的结果，从各比较器42输出“高位(High)”或“低位(Low)”的逻辑信号。用译码器43把输出的各信号编码成二进制数字信号Dout，从数字输出终端46输出。用这样的A/D转换器，参考电压Vref按对数函数数列分压，输出数字信号Dout。
发明内容
本发明的对数型A/D转换器如下所述，包括：含有通过使规定电压值n次方来发生参考电压的至少一个第1乘法器的参考电压发生单元；通过上述至少一个参考电压的运算来发生比较电压的比较电压运算单元；比较上述比较电压和被转换电压输入终端输入的被转换电压的比较器。即，参考电压发生单元包括至少一个可使规定电压值n次相乘的第1乘法器，生成电压值分别为n次相乘关系数列的多个参考电压。比较电压运算单元产生以上述至少一个参考电压为基础的比较电压。比较器以上述比较电压为基础，输出对应于被变换电压的数字输出值。
本发明的对数型A/D转换方法，包含步骤：通过使规定的电压n次方，产生分别成n次方数列的多个参考电压，通过计算至少一个上述参考电压，产生多个比较电压，以此比较电压为基础确定对应于被转换电压的数字输出值。即，对数型A/D转换方法包括了生成电压值之间成n次相乘关系数列的多个参考电压、产生以上述至少一个参考电压为基础的多个比较电压、以此比较电压为基础输出对应于被变换电压的数字输出值。
本发明的对数型D/A转换器包含：具有使规定的电压值n次方的至少一个第1乘法器和作为此乘法器输出终端的参考电压输出终端的参考电压发生单元；生成输出电压的乘法器，通过对输入的电压进行乘法计算，形成输出电压；切换参考电压的选择单元，从上述参考电压输出终端输出的多个参照电压中任意选择，输出到上述生成输出电压的乘法器。即，对数型D/A转换器包括利用把规定电压值n次相乘的乘法器，对应各二进制位产生电压值分别为n次相乘关系数列的多个参考电压的参考电压发生单元，按相应各二进制位的参考电压输入位串选择参考电压的选择单元，以及与选择的参考电压相乘生成输出电压值的乘法器。
本发明的对数型D/A转换方法包含步骤：通过使规定的电压n次方，产生分别成n次方数列关系的多个参考电压，从对应于各位的上述参考电压按输入位串选择任意的上述参考电压，通过对选择的参考电压实行乘法处理，生成输出电压。即，对数型D/A转换方法是把规定的电压值n次相乘，对应各二进制位产生使电压值分别为n次相乘关系数列的多个参考电压，按照输入位串选择参考电压，乘以选择的这个参考电压进行D/A转换。
本发明的物理量测量系统是装配了本发明的对数型A/D转换器后制成的。即，本发明的物理量测量系统包含有对数型A/D转换器，此对数型A/D转换器包括：具有通过使规定电压值n次方来产生参考电压的至少一个第1乘法器的参考电压发生单元、通过计算至少一个上述参考电压来产生比较电压的比较电压运算单元、及比较上述比较电压和从被转换电压输入终端输入的被转换电压的比较器，其中上述物理量测量系统的输入电压连接在上述基准电压输入终端上，输出电压连接在上述被转换电压输入终端上。
附图说明
图1为表示本发明一个实施例的对数型A/D转换器的电路示例。
图2为表示从图1的定时电路输出的脉冲信号的时序图的一个示例。
图3为表示使用图1的对数型A/D转换器测量系统一个示例的框图。
图4为表示图1的对数型A/D转换器输出数据的一个示例的图形。
图5为表示本发明的一个实施例的对数型A/D转换器电路的示例。
图6为表示现有技术的对数型A/D转换器示例的电路。
图7为表示本发明一个实施例的对数型A/D转换器或对数型D/A转换器中部分电路图的示例。
图8为表示本发明一个实施例的对数型A/D转换器或对数型D/A转换器中部分电路图的示例。
图9为表示本发明一个实施例的对数型A/D转换器或对数型D/A转换器中部分电路图的示例。
图10为表示本发明的一个实施例的对数型A/D转换器电路图示例。
图11为表示本发明的一个实施例的对数型D/A转换器电路图示例。
具体实施方式
此装置和方法由简单的电路构成，是能够得到正确进行对数转换的输出信号的对数型A/D转换器、对数型A/D转换方法、对数型D/A转换器、对数型D/A转换方法、以及装有此对数型A/D转换器的物理量测量系统。
此对数型A/D转换器包括参考电压发生单元、比较电压运算单元、比较器。其中参考电压发生单元是利用至少一个可使规定电压值n次相乘的第1乘法器，生成电压值分别成n次相乘关系数列的多个参考电压。比较电压运算单元是产生以上述至少一个参考电压为基础的比较电压。比较器是以上述比较电压为基础，输出对应于被变换电压的数字输出值。
此对数型A/D转换方法包括生成电压值分别为n次相乘关系数列的多个参考电压、产生以上述至少一个参考电压为基础的多个比较电压、以此比较电压为基础输出对应于被变换电压的数字输出值。
以前的对数型A/D转换器(如图6所示)由于是用多个单独的电阻对参考电压Vref进行分压的，所以难以准确地分压。而本对数型A/D转换单元和方法能够非常准确地产生用于成为确定各数字输出值基准值的多个比较电压。
本对数型A/D转换单元和方法把至少一个参考电压和规定的基准电压值相乘，得到比较电压，或者也可用具有这样功能的乘法器。此外也可以从外部设定最低参考电压。还可以利用上述参考电压发生单元通过用乘法器使上述最低参考电压顺序n次相乘，来产生上述各参考电压。也可以再加上对输入或输出第2乘法器的上述参考电压逐次进行选择，在上述比较器中对比较电压和被转换电压逐次进行比较，输出对应于上述被转换电压值的数字输出值。
以前的对数型A/D转换器仅将对数顺序分开的每一位罗列为“0”“1”的形式输出数字数据。因此以前的技术不能从A/D转换器直接输出分贝等相对的输出值。与此相反，本对数型A/D转换单元和方法根据结构的不同，可以按照基准电压扩大或缩小A/D可转换的区间(范围)，或可以以基准电压的分贝数字数据把输入电压输出。此时特别是在第1乘法器为二次方的情况下，可直接转换成分贝。此外，根据结构的不同，可从外部设定具有1位的A/D转换器的分辨率。它们的结构比以前的技术要简单。
另一方面，本发明的对数型D/A转换器包括参考电压发生单元、参考电压选择单元、乘法器。其中此参考电压发生单元使用把规定的电压值n次相乘的第1乘法器，对应于各位产生使电压值分别成n次方关系的数列的多个参考电压。选择单元是从对应于各位的参考电压按照输入位串选择参考电压。乘法器是乘选择的参考电压，得到输出的电压值。此对数型D/A转换方法是把规定的电压值n次方，对应于各位产生使电压值分别成n次方关系的数列的参考电压，按照输入位串选择上述参考电压，乘选择的参考电压来进行D/A转换。
用此对数型D/A转换器或D/A转换方法，可正确地形成对数转换的参考电压，可根据结构的不同，从外部设定具有1位的分辨率。并且结构比以前的技术简单。
下面用例子对本单元和方法做详细说明。
图1表示本发明的对数型A/D转换器电路图的一个例子，图1的对数型A/D转换器主要包括参考电压发生单元7、电压比较单元8、定时电路9、数据输出单元10，输出4位数字信号Dout。首先在图1例子中所示的参考电压输入终端31上，从例如象电压发生器那样的可调整电压的外部电源附加上作为基准的最低参考电压Vref0。从内部电源供给的情况下，内部电源被连接在参考电压输入终端31上。参考电压发生单元7具有3个串联的输入二次方模拟乘法器11～13。此模拟乘法器11～13中相邻的参考电压值为平方关系(从后面的乘法器看前面的乘法器的话是平方根的关系)。也就是可以说参考电压形成相邻的电压值分别为n(＝2)次方关系的数列。其中模拟乘法器11的两个输入终端在此例子中连接作为可以从外部输入的输入终端的参考电压输入终端31，使最低参考电压能自由设定。然后此模拟乘法器11的输出终端与模拟乘法器12的两个输入终端连接，模拟乘法器12的输出终端与模拟乘法器13的两个输入终端连接。上述模拟乘法器11的输出终端变成参考电压输出终端35，模拟乘法器12的输出终端变成参考电压输出终端36，模拟乘法器13的输出终端变成参考电压输出终端37。在此例子中，3个模拟乘法器串联，有至少1个这样的模拟乘法器就可以实现具有本发明功能的A/D转换器。此外如图8、图9所示，参考电压发生单元7也可通过把乘法器并联或串联和并联组合等方式，可形成二次方关系的参考电压，并不限于这些例子。
上述参考电压输入终端31和各参考电压输出终端35～37被连接在电压比较单元8上。这个电压比较单元8具有开关16～29、选择开关51～54、模拟乘法器14、比较器15。开关17和开关18串联，把它们与开关16并联，同时选择开关51的输入终端51a连接在其输出终端上，构成开关单元38。同样，开关20和开关21串联，把它们与开关19并联，同时选择开关52的输入终端52a连接在其输出终端上，构成开关单元39。开关23和开关24串联，把它们与开关22并联，同时选择开关53的输入终端53a连接在其输出终端上，构成开关单元40。此外利用开关25和其输出终端上连接输入终端54a的选择开关54，构成开关单元41。然后上述参考电压输出终端37被连接在上述开关单元38的输入终端上，参考电压输出终端36被连接在开关单元39的输入终端上，参考电压输出终端35被连接在开关单元40的输入终端上，参考电压的输入终端31被连接在开关单元41的输入终端上。此外各选择开关51～54的输入终端51b～54b被分别连接在单位电压终端30上。输入乘法器14的参考电压利用这些开关逐次进行切换。在此例子中，这种逐次选择参考电压的单元就是由这样的开关构成，也可以用锁存器和多路转换器等构成。此外在此例子中，这些逐次选择参考电压的单元为四个并联，但也可根据用参考电压发生单元7生成的参考电压数，至少有两个的话，也可以构成具有本发明功能的A/D转换器，可根据要求的精度来确定选择单元的个数。
在此例子中，此模拟乘法器14乘五个输入电压来计算比较电压。各开关单元38～41的四个输出终端连接在模拟乘法器14的四个输入终端上。剩下的一个输入终端上连接基准电压输入终端33。此模拟乘法器14的输出终端和被转换的电压输入终端32连接在比较器15的输入终端上。在比较器15的输出终端上并联开关26～29，各个开关26～29的输出终端连接在数据输出电路10上。为了简化图，在图中没有表示出此数据输出电路，它是由D型触发器、闩锁、寄存器等构成。此输出终端连接在数据输出终端34上。在此例子中，Dout的输出有4位，最低位～最高位为D0～D3。此外向上述数据输出电路10输入的信号A3～A0也输出给定时电路9。闩信号CK从定时电路9输出给数据输出电路10。定时电路9产生脉冲信号，例如用于控制上述开关单元38～41和开关26～29(参照图2)，把脉冲信号输出给电压比较单元8。此定时电路9例如可由移位寄存器、闩锁寄存器等构成。
图3表示使用上述对数型A/D转换器1和传感器电路2对确定的物理量(例如压力、光、温度等)P进行测量的系统。在此例子中，传感器电路2为被测量电路。把输入电压Vin输入此传感器电路2，增幅后输出输出电压Vout。增幅的大小根据从外部得到的物理量P的情况而改变。因此检测增幅的大小就可以测量上述的物理量P。另外把传感器电路2的输入连接到上述对数型A/D转换器1的基准电压输入终端33上，同时把传感器电路2的输出连接到对数型A/D转换器1的被转换电压输入终端32上。然后把对数型A/D转换器1的数据输出终端34连接在显示单元3上。
在此以上述的测量系统情况为例说明本对数型A/D转换的动作。首先例如从电压发生器那样的可调整电压的外部电源或内部电源把基准参考电压Vref0，施加到图1所示的参考电压输入终端31上。在此例子中，此Vref0用模拟乘法器14把传感器电路2的输入电压Vin和Vref0相乘时，模拟乘法器14的输出电压Vx变为Vin的100.05倍的电压值(也就是相对于Vin相当于+1dB的电压值)。在此例子中为了简化，各模拟乘法器11～14被设计成用1V的输入电压时另外的输入电压为它的一倍，用2V的输入电压时另外的输入电压是它的两倍。按照这样的关系，模拟乘法器11～13为同一输入值之间相乘，输出二次方的输出值，模拟乘法器14是两个以上的输入电压值相乘，输出相乘的结果。
在此例子中，首先设定Vref0为100.05V。然后用模拟乘法器11把Vref0二次方，其结果参考电压输出终端35的参考电压值Vref1为100.1V。随后用模拟乘法器12把Vref1二次方，参考电压输出终端36的参考电压值Vref2为100.2V。用模拟乘法器13把Vref2二次方，参考电压输出终端37的参考电压值Vref3为100.4V。也就是具有相邻电压值分别为二次方关系数列的多个参考电压Vref1～Vref3，是用参考电压发生单元7通过模拟乘法器11～13把参考电压Vref0～Vref2顺次二次方形成的，这些参考电压的乘数成等比级数。如表1所示，在另外的例子中的n为3以上，参考电压的乘数也成等比级数。
为了防止输入乘法器的值为零，乘法器的输出为零的情况，在上述单位电压终端30上外加把模拟乘法器14中另外的输入电压增大一倍的电压(以下称“单位电压Vu”。此处为1V。)。再有上述传感器电路2的输入电压Vin作为基准电压外加在基准电压输入终端33上。此Vin是从外部或内部的可变的电源外加的最合适的电压值，使得可以适当地调节传感器的灵敏度，得到最大限度的测量精度(图中未表示电源)。传感器电路2的输出电压Vout作为被转换的电压外加在被转换电压输入终端32上。
在上述设定的状态下，图2的时序图所示的脉冲信号从定时电路9给到电压比较单元8和数据输出电路10。首先，时刻T0时信号RST定为“高位”。因此开关16～29为OFF(关)，全选择开关51～54选择第二输入终端51b～54b。然后在时刻T1时使RST变为“低位”，开关16和开关26变为ON(开)，并且选择开关51的第1输入终端51a选择的信号SWA和使开关18为ON的信号SWB变成“高位”。于是(Vref3、Vu、Vu、Vu、Vin)输入到模拟乘法器14的五个输入中，而输出比较电压Vx＝100.4×Vin。此Vx和上述Vout在比较器15中进行比较。在Vout≥Vx时，比较器15的输出值为“高位”，开关26的输出终端上显示A3＝“高位”给到数据输出电路10。另一方面，Vout＜Vx时，比较器15的输出值变为“低位”，所以A3＝“低位”给到数据输出电路10。此信号A3暂时存储在数据输出电路10中，同时通过定时电路9输出到电压比较单元8。在电压比较单元8中，在A3＝“高位”时开关17为ON，同时选择开关51保持选择第1输入终端51a。另一方面在A3＝“低位”时开关17为OFF，同时选择开关51选择第2输入终端51b。例如假设Vout＝100.53×Vin，也就是Vout相当于Vin的+10.6dB。于是成为A3＝“高位”，所以开关17为ON，选择开关51选择第1输入终端51a。
然后在时刻T2，SWB保持“高位”，SWA变成“低位”。同时开关19和开关27变为ON，而且选择开关52的第1输入终端52a选择的信号SWC，和开关21为ON的信号SWD成为“高位”。这种状态下开关17、18、19、27分别变为ON，(Vref3、Vref2、Vu、Vu、Vin)输入到模拟乘法器14的五个输入。因此从模拟乘法器14输出比较电压Vx＝100.6×Vin。此Vx和上述的Vout在比较器15中进行比较。在Vout≥Vx时，A2＝“高位”给到数据输出电路10。另一方面，Vout＜Vx时，A2＝“低位”给到数据输出电路10。此信号A2也暂时存储在数据输出电路10中，同时通过定时电路9从数据输出电路10输出到电压比较单元8。在电压比较单元8中，在A2＝“高位”时开关20为ON，同时选择开关52保持选择第1输入终端51a。另一方面在A2＝“低位”时开关20为OFF，同时选择开关52选择第2输入终端52b。如上所述，例如假设Vout＝100.53×Vin，由于变成A2＝“低位”，所以开关20为OFF，选择开关52选择第2输入终端52b。
在时刻T3时，SWB和SWD保持“高位”，SWC变为“低位”。开关22和开关28变为ON，同时选择开关53的第1输入终端53a选择的信号SWE，和开关24变为ON的信号SWF成为“高位”。这种状态下开关17、18、21、22、24、28分别变为ON，(Vref3、Vu、Vref1、Vu、Vin)输入到模拟乘法器14的五个输入。因此从模拟乘法器14输出比较电压Vx＝100.5×Vin。此Vx和上述的Vout在比较器15中进行比较。在Vout≥Vx时，A1＝“高位”给到数据输出电路10。另一方面，Vout＜Vx时，A1＝“低位”给到数据输出电路10。此信号A1也暂时存储在数据输出电路10中，同时通过定时电路9从数据输出电路10输出到电压比较单元8。在电压比较单元8中，在A1＝“高位”时开关23为ON，同时选择开关53保持选择第1输入终端53a。另一方面在A2＝“低位”时开关23为OFF，同时选择开关53选择第2输入终端53b。例如假设Vout＝100.53×Vin，由于变成A1＝“高位”，所以开关23为ON，选择开关53选择第1输入终端53a。
在时刻T4时，SWB、SWD和SWF保持“高位”，SWE变为“低位”。开关25和开关29变为ON，同时选择开关54的第1输入终端54a选择的信号SWG，成为“高位”。这种状态下开关17、18、21、23、24、25、29分别变为ON，(Vref3、Vu、Vref1、Vref0、Vin)输入到模拟乘法器14的五个输入。因此从模拟乘法器14输出比较电压Vx＝100.55×Vin。此Vx和上述的Vout在比较器15中进行比较。在Vout≥Vx时，A0＝“高位”给到数据输出电路10。另一方面，Vout＜Vx时，A0＝“低位”给到数据输出电路10。如上所述那样，假设Vout＝100.53×Vin的话，变成A0＝“低位”，信号A0暂时存储在数据输出电路10中。
具有这种逐次输出单元例子的开关26、27、28、29配合T1～T4的各个时刻逐次动作，把4位的数字值输出给数据输出电路10。
重新看一下此例子中前面的运算结果的话可以看出，比较电压的指数(＝乘数)，也就是最低参考电压Vref0(此例子的n＝2时，Vref0＝100.051.122)的累积相乘的指数(表示几次乘1.122的数字)成等差级数。把前面没有表示的另外的输入(例如n＝3等)条件一并考虑，列于表1。
                              表1
 n＝2      dB  n＝3    dB  n＝4    dB
  参考电压   Vref0Vref1Vref2Vref3  100.05    1100.1     2100.2     4100.4     8  100.05  1100.15  3100.45  9101.35  27  100.05  1100.2   4100.8   16103.2   64
比较电压  100      0100.05    1100.10    2100.15    3100.20    4100.25    5100.30    6100.35    7100.40    8100.45    9100.50    10100.55    11100.60    12100.65    13100.70    14100.75    15
在时刻T5闩信号CK为“高位”的话，数据输出电路10中暂时存储的位串A3～A0在闩锁寄存器一起被闩锁。然后Dout＝“1010”的2进制的数字输出值从数据输出终端34输出到显示单元3。此“1010”的2进制数据意味着10进制的“10”，用显示单元3直接显示“10dB”。而从此显示可知道用传感器电路2检测的物理量P。时刻T6以后，上述的T0～T5反复进行，得到下一个数字输出值Dout。图4为表示用上述例子得到的相对于数字输出值，Vout/Vin关系例子的图示。如图所示，可以看出Vout/Vin的比就这样以分贝值输出。例如Vout/Vin＝1时，Dout＝“0000”，也就是输出0dB，Vout/Vin＝2时，Dout＝“0110”，也就是输出6dB，Vout/Vin＝4时，Dout＝“1100”，也就是输出12dB。其中由于是由4位构成，测量的界限为15dB，如果是由8位构成，就可测量到255dB。这里表示的是一个例子，可根据要求的精度相应改变位数。
在本例子中，参考电压Vref3～Vref1不是利用电阻分压，是把基准参考电压Vref0用模拟乘法器11～13逐次相乘(上述的例子中为平方)得到的。因此可以把参考电压发生单元7的电路规模做得很小，与用电阻分压的情况相比，能够得到准确的参考电压。此外比较电压Vx是把这些参考电压Vref3～Vref0与基准电压相乘得到的，所以能够正确地产生具有对数间隔的多个比较电压Vx。再有由于受温度特性等影响小，所以能稳定地产生正确的比较电压Vx，能进行精度很高的对数型A/D转换。参考电压Vref3～Vref1以对应于最低位A0的参考电压Vref0为基础确定。此Vref0决定上述比较电压Vx数列。因此通过改变给予参考电压输入终端31的电压，可以从外部设定上述比较电压Vx的数列间隔，也就是A/D转换中具有1位的分辨率。从外部提高设定电压(参考电压输入终端31的电压)的话，分辨率变粗(大)，降低的话变细(小)。在本发明中A/D转换中的分辨率可自由改变。
采用用上述本例子的对数型A/D转换器，用模拟乘法器14使Vref3～Vref0和传感器电路2的输入电压Vin相乘，在比较器15中对作为输出结果的Vx和传感器电路2的输出电压Vout进行比较。也就是比较电压Vx是把参考电压Vref3～Vref0中至少一个与基准电压Vin相乘产生的。至此如本例子所示，把此比较电压Vx和被转换电压Vout进行比较，确定数字输出值Dout，所以得到作为相对于Vin的Vout的分贝值的输出值Dout。可是在如上所述的本例子中，把Vref0和Vin用模拟乘法器14相乘时，如取Vx＝100.05×Vin的话，Dout的最低位D0、D1、D2、最高位D3能分别对应为1dB、2dB、4dB、8dB。因此在本例子中，Dout可以就这样用分贝表示，所以不需要特别的信号处理电路，可以简化采用此对数型A/D转换器的系统结构。再有不限于在此显示的例子，在本发明中利用改变基准电压Vin可以改变偏压，同时可进行A/D转换的区域(可进行A/D转换的电压范围)也根据偏压而变宽或变窄。
图7～图9是表示在参考电压发生单元7中，用其他结构的乘法器111～113、211～213、311～114替代前面例子所用的2终端的输入乘法器11、12、13的例子。本发明中其他的结构与前面说明的相同，在此省略，如图7所示，例如换成3输入终端的乘法器111～113，转换区间可以变宽。以前面的例子相同Vref0＝100.05的情况为例，在n＝3(例如3输入终端乘法器)和n＝4(例如4输入终端乘法器)情况下的参考电压Vref0、Vref1、Vref2、Vref3的值的变化列于表1。这样的乘法器11、12、13可增加为2输入终端、3输入终端、4输入终端、5输入终端、…、n输入终端(也就是n次方)，转换区域相应扩大。
在图8中利用把2输入终端乘法器211、4输入终端乘法器212、8输入终端乘法器213相对于Vref0并联，使电压值产生具有平方关系的四个参考电压。在图9中把2输入终端乘法器311、4输入终端乘法器312、2输入终端乘法器313相对于Vref0并联，然后再把4输入终端乘法器314串联在2输入终端乘法器312上，使电压值产生具有平方关系的四个参考电压。关于乘法器的级数在本例子中是3级，根据设计上的要求可以设为4级或4级以上。
在本例子中，用模拟乘法器14把Vref0和Vin相乘时，设Vx＝100.05×Vin，能够使Dout就这样用分贝表示。以此可以使每一位的分辨率为1dB。可是如上所述，通过使Vref0产生各种各样的变化，可以根据精度要求设定上述分辨率。例如用模拟乘法器14把Vref0和Vin相乘时，设Vx＝100.1×Vin的话，可以使每位的分辨率为2dB。这样通过从上述参考电压输入终端31施加这种具有各种电压值的Vref0，可以变换本例子的分辨率。在本例子中，从参考电压输入终端31施加的Vref0，在A/D转换器内预先准备多个Vref0，可以形成通过从外部控制选择它的结构。此外如图7所示采用3输入终端以上的输入乘法器的话，能够扩展到全宽，能够得到高精度的分辨率。
在本例子中，通过把Vin输入到模拟乘法器14中，与Vref3～Vref0相乘，以对基准电压Vin的相对值输出数字输出值Dout。在本例子中，模拟乘法器14可以是没有输入Vin的结构，或代替Vin输入单位电压Vu。与Vref0～Vref3相乘的结果就变成了比较电压Vx。通过此Vx和Vout的比较，也可以把数字输出值Dout作为绝对值输出。
在本例子中，如图2所示，用脉冲信号控制开关16～29的开闭，使Vx和Vout逐次进行比较，这是逐次进行比较的一个例子，当然可以以其他的算法逐次进行比较。
本例子的对数型A/D转换器表示逐次进行比较的结构的情况，也可以是并联比较(常时比较)型结构。图5为表示此并联比较型的对数型A/D转换器结构示例的电路图。这也是表示输出4位数字信号Dout结构的示例。图5的参考电压发生单元7与图1的逐次比较型的对数型A/D转换器表示的相同。输入图5的参考电压输出终端31的Vref0用乘法器11、12、13逐次平方，得到参考电压Vref3～Vref1。按照表示各数字值的位串(0、0、0、1)～(1、1、1、1)，从各个参考电压Vref3～Vref0选择Vref3～Vref0，选择的参考电压Vref3～Vref0的15种组合的输入分别输入到乘法器101。把施加在基准电压输入终端33上的基准电压Vin输入到各乘法器101中。因此在此对数型A/D转换器的例子中，用15个乘法器101产生比较电压Vx，此比较电压Vx从位串(0、0、0、1)～(1、1、1、1)表示的各数字值相应的15个乘法器101同时并联输出。这样形成的比较电压Vx和被转换电压Vout，利用对应于各乘法器101设定的15个比较器102进行比较。通过比较从比较器102并联输出15个由“高位”或“低位”组成的信号，信号被输入到译码器100，用此译码器100转换成4位的2进制代码的数字输出值Dout，从数据输出终端34输出。
图5表示的对数型A/D转换器的例子与上述逐次比较型的对数型A/D转换器的例子不同，不同点是不把比较电压Vx从单一的乘法器14逐次输出，与被转换电压Vout逐次比较，而是把比较电压Vx从多个乘法器101同时输出，与Vout并列比较。因此如果电路规模有富裕的话，通过采用图5所示的对数型A/D转换器的例子，可以高速进行对数型A/D转换。
为了同时具有逐次比较和并列比较的优点，也可使用图10电路所示的对数型A/D转换器。这也是输出4位的数字信号Dout的结构。图10的参考电压发生单元7与图1的逐次比较型的对数型A/D转换器中所示的相同。输入图10的参考电压输入终端31的Vref0用乘法器11、12、13逐次平方，产生参考电压Vref3～Vref1。按照表示各数字值的位串(0、0、0、1)～(1、1、1、1)，从各个参考电压Vref3～Vref0选择Vref3～Vref0，选择的参考电压Vref3～Vref0的15种组合的输入分别输入到乘法器101。把施加在基准电压输入终端33上的基准电压Vin输入到各乘法器101中。在图10的例子中，各乘法器101的输出作为比较电压逐次输出单元，经过各开关99，逐次输入到一个比较器15中。在此例子中，此比较电压输出单元由开关构成，但可换成例如多路转接器和闩锁等逐次改变输出的装置。因此在此对数型A/D转换器的例子中，用15个乘法器101产生比较电压Vx，对应于位串(0、0、0、1)～(1、1、1、1)表示的各数字值从15个乘法器101逐次输出。这样形成的比较电压Vx和被转换电压Vout用比较器15进行比较，以利用此比较从比较器15逐次输出的“高位”或“低位”的信号和开关99的ON/OFF控制信号SEL为基础，用译码器98生成4位的2进制代码，输入到数据输出电路10。
图10表示的对数型A/D转换器的例子与前面表示的逐次比较型和并列比较型的对数型A/D转换器的不同点是：不是把比较电压Vx从单一的乘法器14逐次输出，单纯与被转换电压Vout逐次进行比较，也不仅仅是把Vx从多个乘法器101同时输出，与Vout进行并列比较。因此如果电路规模稍有富裕，而希望尽可能小的时候，通过采用图10所示的对数型A/D转换器的例子，可以比较高速地进行对数型A/D转换。
图11为采用本发明技术思路的对数型D/A转换器的例子。此对数型D/A转换器的例子设置具有乘法器的参考电压发生单元。图11的参考电压发生单元的例子与图1的相同，为了避免重复说明，采用相同的标号。在图11的例子中，模拟乘法器11的输入终端被连接在选择器200的二次终端200a上。再有模拟乘法器12的输入终端被连接在选择器201的二次终端201a上。模拟乘法器13的输入终端被连接在选择器202的二次终端202a上，此模拟乘法器13的输出终端被连接在选择器203的二次终端203a上。在图11的例子中，例如这样的参考电压切换选择单元的构成包括有选择器200、201、202、203。此外各选择器200～203的一次终端200c、201c、202c、203c分别被连接在生成输出电压的模拟乘法器204的四个输入终端上。此模拟乘法器204有五个输入终端。在图11的例子中，为了简化，此模拟乘法器204被设计成采用1V的输入电压使另外的输入电压增加到1倍，采用2V的输入电压使另外的输入电压增加到2倍。模拟乘法器204剩下的一个输入终端连接在基准电压输入终端207上。上述各选择器200～203的另外的二次终端200b、201b、202b、203b分别连接在单位电压终端205上。在图11的例子中，把在模拟乘法器中使另外的输入电压增加到1倍的电压(在此例子中为1V)加在单位电压终端205上。并把模拟乘法器204的输出终端与电压输出终端相连。这样就作为生成输出电压的乘法器的一个例子，说明了模拟乘法器204。
图11例子中的选择器200～203采用输入的数字数据控制。选择器200最低位D0为“0”时，一次终端200c和二次终端200b连接，最低位D0为“1”时，一次终端200c和二次终端200a连接。选择器201在下一位D1的值为“0”时，一次终端201c和二次终端201b连接，下一位D1为“1”时，一次终端201c和二次终端201a连接。选择器202在再下一位D2也同样控制，选择器203在最高位D3也同样控制。
在图11的D/A转换器的例子中，假设Vref0＝100.05、Vin＝2V。于是例如输入的数字数据是“0001”的话，从电压输出终端206输出2×100.05V(对于Vin相当于1dB的电压)。此外输入的数字数据是“0010”的话，从电压输出终端206输出2×100.1V(对于Vin相当于2dB的电压)。输入的数字数据是“0011”的话，从电压输出终端206输出2×100.15V(对于Vin相当于3dB的电压)。这样在图11的D/A转换器的例子中，输入的数字值原封不动作为对Vin分贝值的输入电压，从电压输出终端206进行D/A转换后输出。由于是用乘法器进行分贝转换，所以输出电压值是正确的。此外使加在参考电压输入终端31上Vref0改变的话，可以使对应于输入的数字值的输出值的增减量增大或减小。例如设Vref0＝100.1，对Vin输出相当于输入的数字值两倍的分贝值的电压。在图11中D/A转换器例子中的乘法器11、12、13可增加3为输入终端、4输入终端、5输入终端、…、n输入终端(也就是n次方)，相应扩大转换范围。图11的D/A转换器例子表现出的效果与上述本发明的对数型A/D转换器例子的情况大体相同。
以上对本发明进行了详细的记载和说明，但要清楚了解的是这里记载的同一个内容仅仅为说明和示例，不构成任何限定。仅用附加的权利要求限定本发明的构思和范围。

Claims (20)

1.一种对数型A/D转换器，其特征为：该对数型A/D转换器包括：
含有通过使规定电压值n次方来发生参考电压的至少一个第1乘法器的参考电压发生单元；
通过上述至少一个参考电压的运算来发生比较电压的比较电压运算单元；
比较上述比较电压和被转换电压输入终端输入的被转换电压的比较器。
2.如权利要求1所述的对数型A/D转换器，其特征为：上述比较电压运算单元包含将上述参考电压和规定的基准电压值相乘的第2乘法器。
3.如权利要求1或2所述的对数型A/D转换器，其特征为：包含有可从外部设定最低参考电压的输入终端，其中上述第1乘法器包含从上述最低参考电压逐次n次方的多个乘法器。
4.如权利要求2所述的对数型A/D转换器，其特征为：还包括逐次选择输入到上述第2乘法器的上述参考电压的参考电压逐次选择装置，以及逐次输出上述比较器输出的逐次输出单元。
5.如权利要求2所述的对数型A/D转换器，其特征为：还包括有对上述第2乘法器的输出电压逐次进行选择的比较电压逐次选择单元。
6.如权利要求1所述的对数型A/D转换器，其特征为：它是并列比较型。
7.如权利要求1所述的对数型A/D转换器，其特征为：是n＝2的A/D转换器。
8.一种对数型A/D转换方法，其特征为包含步骤：
通过使规定的电压n次方，产生分别成n次方数列的多个参考电压，
通过计算至少一个上述参考电压，产生多个比较电压，
以此比较电压为基础确定对应于被转换电压的数字输出值。
9.如权利要求8所述的对数型A/D转换方法，其特征为：使至少一个上述参考电压和规定的基础电压相乘生成上述比较电压。
10.如权利要求8或9所述的对数型A/D转换方法，其特征为：
任意设定最低参考电压，把此设定的任意参考电压逐次n次方，生成最高参考电压。
11.如权利要求8所述的对数型A/D转换方法，其特征为：逐次生成上述各参考电压，且逐次输出上述数字输出值。
12.如权利要求8所述的对数型A/D转换方法，其特征为：逐次生成上述各比较电压，把生成的比较电压和被转换电压逐次进行比较，确定对应于上述被转换电压的数字输出值。
13.如权利要求8所述的对数型A/D转换方法，其特征为：对应于各位串并列生成比较电压，进行并列比较。
14.如权利要求8所述的对数型A/D转换方法，其特征为：n＝2。
15.一种对数型D/A转换器，其特征为：它包含：
具有使规定的电压值n次方的至少一个第1乘法器和作为此乘法器输出终端的参考电压输出终端的参考电压发生单元；
生成输出电压的乘法器，通过对输入的电压进行乘法计算，形成输出电压；
切换参考电压的选择单元，从上述参考电压输出终端输出的多个参照电压中任意选择，输出到上述生成输出电压的乘法器。
16.如权利要求15所述的对数型D/A转换器，其特征为：上述生成输出电压的乘法器通过乘法生成上述输出电压，该乘法是将从上述切换参考电压的选择单元输出的参考电压和从基准电压输入终端输入的基准电压相乘。
17.如权利要求15或16所述的对数型D/A转换器，其特征为：还包含有可从外部设定最低参考电压的输入终端，其中上述第1乘法器包含从最低参考电压逐次n次方的多个乘法器。
18.如权利要求15所述的对数型D/A/转换器，其特征为：n＝2。
19.一种对数型D/A转换方法，其特征为包含步骤：
通过使规定的电压n次方，产生分别成n次方数列关系的多个参考电压，
从对应于各位的上述参考电压按输入位串选择任意的上述参考电压，
通过对选择的参考电压实行乘法处理，生成输出电压。
20.一种物理量测量系统，其特征为：包含有对数型A/D转换器，此对数型A/D转换器包括：具有通过使规定电压值n次方来产生参考电压的至少一个第1乘法器的参考电压发生单元、通过计算至少一个上述参考电压来产生比较电压的比较电压运算单元、及比较上述比较电压和从被转换电压输入终端输入的被转换电压的比较器，其中上述物理量测量系统的输入电压连接在上述基准电压输入终端上，输出电压连接在上述被转换电压输入终端上。
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