DE102004010906A1

DE102004010906A1 - Verfahren und Gerät zur Korrektur von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten

Info

Publication number: DE102004010906A1
Application number: DE102004010906A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Kariya Nakamura; Takamoto Kariya Wantanbe; Sumio Gyoda Masuda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2024-03-06
Also published as: JP4074823B2; US6891491B2; DE102004010906B4; DE102004010906B8; JP2004274157A; US20040177102A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten offenbart, mit dem digitale Daten korrigiert werden, die durch eine A/D-Umsetzung eines Analogsignals erhalten werden, wonach wenigstens eine Polynomkurve erster Ordnung gebildet wird, die an eine Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung in einem Bereich der Eingabe des Analogsignals angenähert ist, eine ideale Eingangs/Ausgangs-Kennlinie der A/D-Umsetzung eingestellt wird, eine Umsetzgleichung abgeleitet wird, um Koordinaten eines Punktes auf der Annäherungs-Polynomkurve in einen Punkt auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie für den gleichen Analogsignalwert umzusetzen, und wobei diese Umsetzgleichung dazu verwendet wird, um die A/D-umgesetzten digitalen Daten umzuwandeln, um auf diese Weise die Nichtlinearität der Ausgangsdaten zu korrigieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur linearen Korrektur der Nicht-Linearität einer Digitaldaten-Ausgangscharakteristik oder Ausgangskennlinie für ein analoges Signal, welches in einen Analog-Zu-Digital-Umsetzer (A/D) eingespeist wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In der Vergangenheit war ein A/D-Umsetzer bekannt, der mit einer Impulsverzögerungsschaltung ausgerüstet war, die aus einer Vielzahl von Umsetzschaltungen zusammengesetzt war, die in einem Ring verbunden waren, und bei dem die Eingangsspannung, die in digitale Daten umgesetzt werden sollte, als Stromversorgungsspannung der Umsetzschaltungen für eine A/D-Umsetzung der Eingangsspannung angelegt wurde, wobei die Differenz in den Verzögerungszeiten der Umsetzschaltungen, die aus der Stromversorgungsspannung resultieren, verwendet wurde (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 5-259907).
Dieser Typ eines A/D-Umsetzers (im folgenden auch als "Zeit-A/D-Umsetzer" oder "TAD" genannt) besteht aus einer Impulsverzögerungsschaltung für eine Rundsendung eines Startimpulses SP, einer Verriegelungsstufe und einer Kopierstufe zum Detektieren (Verriegeln) einer Ankunftsposition des Startimpulses in der Impulsverzögerungsschaltung bei einer Anstiegs- (oder Abfall-)Zeitlage einer Sampling-Takt-Ein gangsgröße von außen her, und zur Ausgabe des Detektionsergebnisses, welches in vorbestimmte Bits von Digitaldaten umgesetzt ist und die dabei ausdrücken, welche Stufenzahl der Verzögerungseinheit durch die der Startimpuls hindurchgelaufen ist, von Anfang an gilt, mit einem Zähler zum Zählen der Zahl der Zyklen des Startimpulses in der Impulsverzögerungsschaltung und mit einer Verriegelungsschaltung zum Verriegeln des Zählwertes des Zählers bei der Anstiegs-(oder Abfall-)Zeitlage des Sampling-Taktes.
Die Ausgangscharakteristik oder Ausgangskennlinie solch eines TAD besitzt gewöhnlich eine Nicht-Linearität. Beispielsweise besitzt dieser eine Ausgangskennlinie, die sich von einer geraden Linie der gewünschten Ausgangskennlinie nach oben hin durchwölbt (die gewünschte Ausgangskennlinie ist die ideale A/D-Linie).
Solch ein TAD mit der Nicht-Linearität wird zu einem Problem beispielsweise bei einer Fühlausrüstung, einer Meßausrüstung usw., wo eine präzise Linearität erforderlich ist und es auch schwierig ist einen A/D-Umsetzer in solch einer Fühlausrüstung usw. zu verwenden. Als ein Verfahren zum Lösen des Problems der Nicht-Linearität der TAD-Ausgangskennlinie offenbart beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 5-259907 eine Technologie zum Speichern von Korrekturwerten entsprechend der Nicht-Linearität der Ausgangsdaten in einem für die Korrektur verwendeten ROM und Verwendung der Korrekturwerte für die Korrektur der A/D-umgesetzten Ausgangsdaten. Indem man dies anwendet kann eine A/D-Umsetz-Ausgangskennlinie erhalten werden, die sich linear in Bezug auf Änderungen in der Eingangsspannung ändert.
Um das Problem, welches durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, auf einen Nenner zu bringen, so besitzt eine TAD-Ausgangsgröße eine Kennlinie mit Schwankungen, und zwar aufgrund von Temperaturänderungen. Das heißt die Verzögerungszeiten der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, haben nicht nur eine Änderung aufgrund der Eingansspannung zur Folge, die als Stromversorgungsspannung vorliegt, sondern auch aufgrund der Temperatur. Daher ändert sich die Nicht-Linearität der A/D-Umsetz-Ausgangskennlinie auch mit der Temperatur.
Um damit fertig zu werden kann beispielsweise in Betracht gezogen werden getrennt eine Temperaturmeßschaltung vorzusehen, Korrekturwerte basierend auf der Temperatur in dem für die Korrektur verwendeten ROM zu speichern und dann Korrekturen in Einklang mit der Temperatur vorzunehmen. Bei diesem Verfahren ist es jedoch erforderlich, Korrekturwerte für unterschiedliche Temperaturen in einem im voraus angenommenen Temperaturbereich vorzubereiten. Dies würde unvermeidbar eine Erhöhung der Größe des ROM bedeuten und auch zu einer größeren Komplexität der Schaltungskonfiguration führen und würde zu einem Faktor jenseits höherer Kosten werden.
Ferner enthält nicht nur ein TAD sondern auch ein allgemeiner A/D-Wandler in gleicher Weise A/D-umgewandelte Ausgangsdaten, die allgemein mit einem nichtlinearen Fehler behaftet sind. Ferner tritt die Änderung des Ausgangswertes aufgrund einer Änderung in der Umgebungstemperatur auf, d.h. es tritt eine sogenannte "Temperaturdrift" auf. Selbst wenn daher das Korrekturverfahren unter Verwendung des für die Korrektur vorgesehenen ROM angewendet wird, um die Nicht-Linearität in einem allgemeinen A/D-Umsetzer zu korrigieren, so tritt der oben genannte Problemtyp weiterhin auf und bleibt bestehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin ein Verfahren und ein Gerät für eine lineare Korrektur der Nicht-Linearität einer A/D-Umsetz-Ausgangscharakteristik bei niedrigen Kosten und ohne die Erfordernis Temperaturänderungen mit in Betracht ziehen zu müssen, zu schaffen.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Korrektur von A/D-umgesetzten Ausgangs daten zum Korrigieren von digitalen Daten geschaffen, die durch eine A/D-Umwand-lung eines Analogsignals erhalten wurden, mit den Schritten gemäß Ausbilden einer angenäherten Polynom-Kurve erster Ordnung, die an eine Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve einer A/D-Umsetzung in einem Eingangsbereich des Analogsignals angenähert ist, Einstellen einer idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie der A/D-Umsetzung, Ableiten einer Umsetz-Gleichung zum Umsetzen von Koordinaten eines Punktes auf der angenäherten Polynom-Kurve an Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie entsprechend dem selben oder gleichen analogen Signalwert, und Verwenden dieser Umsetzgleichung zum Umsetzen (Korrigieren) der A/D-umgesetzten digitalen Daten, um diese linear zu korrigieren.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Gerät zum Korrigieren von A/D-umgewandelten Ausgangsdaten geschaffen, um digitale Daten zu korrigieren, die durch Einspeisen eines analogen Signals in einen A/D-Umsetzer erhalten werden, mit einer Bezugssignal-Eingangseinheit zum Einspeisen einer Vielzahl von analogen Signalwerten als Bezugssignale in A/D-Umsetzer in einem vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals, einer eine angenäherte Polynom-Kurve bildenden Einheit, um dadurch wenigstens eine angenäherte Polynom-Kurve erster Ordnung zu erhalten, um eine Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung oder -Umwandlung basierend auf digitalen Bezugsdaten anzunähern, die von den A/D-Umsetzer ausgegeben werden, um diese als Bezugssignal einzuspeisen einer eine ideale Eingabe/Ausgabe-Kennlinie einstellenden Einheit zum Einstellen einer idealen Eingabe/Ausgabe-Kennlinie entsprechend der Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung in dem vorbestimmten Eingabebereich des analogen Signals, einer eine Umsetzgleichung ableitenden Einheit zum Ableiten einer Umsetzgleichung zum Umsetzen oder Umwandeln von Koordinaten eines Punktes auf der angenäherten Polynomkurve an Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingabe/Ausgabe-Kennlinie entsprechend dem gleichen analogen Signalwert, und einer Daten-Umsetzeinheit zum Umsetzen der digitalen Daten, die von dem A/D-Umsetzer ausgegeben werden, unter Verwendung der Umsetzgleichung.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen wird gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein A/D-Umsetzsystem geschaffen, mit einer A/D-Umsetzeinheit zum Umsetzen eines analogen Signals in digitale Daten, einer Bezugssignal-Eingabeeinheit zum Eingeben einer Vielzahl der analogen Signalwerte als Bezugssignale in die A/D-Umsetzeinheit in einem vorbestimmten Eingabebereicht des analogen Signals, einer die angenäherte Polynom-Kurve bildenden Einheit zum Bilden einer angenäherten Polynom-Kurve zum Annähern der Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung basierend auf den digitalen Bezugsdaten, die von dem A/D-Umsetzer ausgegeben werden, für die Eingabe des Bezugssignals, einer eine ideale Eingabe/Ausgabe-Kennlinie einstellenden Einheit zum Einstellen einer idealen Eingabe/Ausgabe-Kennlinie entsprechend der Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung in dem vorbestimmten Eingabebereicht des analogen Signals, einer eine Umsetzgleichung ableitenden Einheit zum Ableiten einer Umsetzgleichung zum Umsetzen der Koordinaten eines Punktes auf der angenäherten Polynom-Kurve an die Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingabe/Ausgabe-Kennlinie entsprechend dem gleichen analogen Signalwert, und einer Datenumsetzeinheit zum Umsetzen der digitalen Daten, die von der A/D-Umsetzeinheit ausgegeben wurden, unter Verwendung der Umsetzgleichung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindungergeben sich klarer aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, die unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer allgemeinen Konfiguration eines A/D-Umsetzsystems mit einer Korrekturfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Graph der TAD-Ausgangscharakteristik oder Kennlinie bei der ersten Ausführungsform;
3 eine erläuternde Ansicht des Prinzips der Umwandlung oder Umsetzung von einer Annäherungslinie zu einer idealen A/D-Linie bzw. Kennlinie;
4 einen Graphen der TAD-Ausgangkennlinie nach der linearen Korrektur bei der ersten Ausführungsform;
5 ein Blockschaltbild der allgemeinen Konfiguration eines A/D-Umsetzsystems mit einer Korrekturfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 einen Graphen der TAD-Ausgangscharakteristik bei der zweiten Ausführungsform;
7 ein Flußdiagramm für die Verarbeitung zur Einstellung der Zahl der Bereiche, in die eine Aufteilung erfolgt und zwar bei der zweiten Ausführungsform;
8 einen Graphen der TAD-Ausgangskennlinie nach der linearen Korrektur bei der zweiten Ausführungsform;
9 ein Blockschaltbild der allgemeinen Konfiguration eines A/D-Umsetzsystems mit einer Korrekturfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ein Graph der TAD-Ausgangkennlinie bei der dritten Ausführungsform;
11 einen Graphen eines nicht-linearen Fehlers nach der Linienkorrektur bei der ersten bis dritten Ausführungsform;
12 einen Graphen der TAD-Ausgangskennlinie bei der fünften Ausführungsform;
13 einen Graphen eines anderen Beispiels unter Einstellung einer Annäherungslinie der ersten Ausführungsform;
14 einen Graphen des nicht-linearen Fehlers im Falle der Verwendung von Punkten, die verschieden sind von den zwei Enden des Eingangsspannungsbereiches als Bezugsspannungen;
15 eine erläuternde Ansicht eines Beispiels der linearen Annäherung einer Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve für jeden Bereich;
16 eine erläuternde Darstellung eines Beispiels der linearen Annäherung einer Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve für jeden Bereich;
17 eine erläuternde Ansicht eines Beispiels einer Annäherung einer Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve durch eine Kurve zweiter Ordnung;
18 eine erläuternde Ansicht des Verfahrens zum Ableiten einer Umsetzgleichung zum Umsetzen irgendeines Koordinatenpunktes einer Kurve L1 in einen Koordinatenpunkt auf der anderen Kurve L2;
19 eine erläuternde Ansicht des Verfahrens zur Ableitung einer Umsetzgleichung zum Umsetzen irgendeines Koordinatenpunktes auf einer Kurve L3 zweiter Ordnung in einem Koordinatenpunkt auf einer Linie L4;
20 eine erläuternde Ansicht der allgemeinen Kofiguration eines herkömmlichen A/D-Umsetzers (TAD) unter Verwendung einer Impulsverzögerungsschaltung; und
21 einen Graphen der A/D-umgesetzten Ausgangscharakteristik eines TAD.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zur besseren Klarheit und zur Darstellung der Aktionen und Wirkungen der vorliegenden Erfindung wird vor der Erläuterung der Ausführungsformen der Erfindung der Stand der Technik mehr in Einzelheiten unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert.
Die allgemeine Konfiguration eines A/D-Umsetzers 70 gemäß dem Stand der Technik ist in 20 gezeigt. Der TAD 70, der in 20 gezeigt ist, ist mit einer Impulsverzögerungsschaltung 71 ausgestattet, um einen Startimpuls SP auszusenden oder herumzusenden, umfaßt eine Verriegelungsstufe und eine Kodierstufe 73 zum Detektieren (Verriegeln) einer Ankunftsposition des Startimpulses SP in der Impulsverzögerungsschaltung 71 bei einer Anstiegs- (oder Abfall-)Zeitlage eines Sampling-Taktsignals CK, welches von außerhalb eingespeist wird, und wobei das Detektionsergebnis, welches in vorbestimmte Bits der digitalen Daten umgesetzt worden ist, ausgegeben wird, wobei die digitalen Daten ausdrücken, welche Stufennummer der Verzögerungseinheit 72, durch die der Startimpuls SP hindurchverlaufen ist, vom Kopf aus bzw. vom Anfang her gilt, mit einem Zähler 74 zum Zählen der Anzahl der Zyklen des Startimpulses SP in der Impulsverzögerungsschaltung 71, und mit einer Verriegelungsschaltung 75 zum Verriegeln des Zählwertes des Zählers 74 bei der Anstiegs- (oder Abfall-)Zeitlage des Sampling-Taktsignals CK.
Die Impulsverzögerungsschaltung 71 besteht aus einer Vielzahl von in Kaskade geschalteten Verzögerungseinheiten 72, die den Startimpuls SP ausgeben, der exakt um die vorbestimmten Verzögerungszeiten verzögert wurde. Die anfängliche Verzögerungsstufeneinheit 72 besteht aus einem NAND-Gate, von dem ein Eingangsanschluß als Anlauf-Anschluß zum Starten der Impuls SP Eingabe dient. Der andere Eingangs- Anschluß der Anfangs-Verzögerungsstufeneinheit 72 ist mit dem Ausgangs-Anschluß der letzten Verzögerungsstufeneinheit 72 verbunden. Aufgrund dieser Tatsache sind somit alle die Verzögerungseinheiten 72 in einem Ring zusammengeschaltet. Ferner bestehen alle die Verzögerungseinheiten 72, die von dem anfänglichen NAND-Gatter verschieden sind, aus Inverterstufen oder anderen Gatterschaltungen. Aufgrund dieser Tatsache besteht die Impulsverzögerungsschaltung 71 aus einer Ring-Verzögerungsleitung (RDL), in der der Startimpuls SP zirkulieren kann.
Jede Verzögerungseinheit 72 wird mit der Eingangsspannung Vin für eine A/D-Umsetzung beschickt und zwar als Treiber-Stromversorgungsspannung über eine nicht näher bezeichnete Pufferstufe u.s.w. Daher wird die Verzögerungszeit von jeder Verzögerungseinheit 72 zu einer Zeit, die dem Spannungspegel der Eingangsspannung Vin entspricht. Die Zahl der Verzögerungseinheiten 72, durch die der Startimpuls SP in der Impulsverzögerungsschaltung 71 hindurch verläuft und zwar in einer Periode des Sampling-Taktsignals CK (im folgenden als "Sampling-Periode" bezeichnet) hängt von dem Spannungspegel der Eingangsspannung Vin ab.
Somit liefert der in dieser Weise konfigurierte TAD-Abstand 70 Digitaldaten DT, die aus den digitalen Daten bestehen, welche von der Verriegelungsstufe und der Kodierstufe 73 ausgegeben werden und zwar als niedrigwertigere Bitdaten (4 Bits), die den Spannungspegel der Eingangsspannung Vin ausdrücken, und den Zählwert, der von der Verriegelungsschaltung 75 ausgegeben wird, und zwar in Form von oberen oder höherwertigen Bitdaten (14 Bits), die den Spannungspegel der Eingangsspannung Vin ausdrücken.
Diese digitalen Daten DT werden durch die Verriegelungsstufe 76 verriegelt und werden einer Subtrahierstufe 77 eingespeist. Die Verriegelungsstufe 76 verrigelt die digitalen Daten DT in Einklang mit den Sampling-Taktsignal CK und gibt die verriegelten digitalen Daten an die Subtrahierstufe 77 bei der nächsten Zeitsteuerung bzw. Zeitlage aus. Daher berechnet die Subtrahierstufe 77 die Differenz zwischen den momentanen digitalen Daten DT und einem früheren Wert eines Sampling-Taktsignals CL der digitalen Daten und gibt das Berechnungsergebnis als ein A/D-Umsetzergebnis des TAD-Abstands 70 aus.
Die Ausgangskennlinie solch eines TADs 70 besitzt gewöhnlich eine Nicht-Linearität, wie dies beispielsweise in 21 dargestellt ist. Das heißt bei dem Beispiel von 21 wölbt sich die Ausgangskennlinie nach oben und zwar von der geraden Linie der gewünschten Ausgangskennlinie (ideale A/D-Linie) nach oben. Ferner zeigt 21 ein Beispiel der Ausgangskennlinie, wenn der TAD 70 in einer Umgebung angetrieben wird gemäß einer Temperatur von 25 °C unter Verwendung eines Sampling-Taktsignals CK von 6,75 MHz und bei einer Eingangsspannung für die A/D-Umsetzung von 2,3 V bis 3,3 V.
Die A/D-Umsetz-Ausgangsgröße ändert sich nicht linear in Bezug auf Änderungen in dem Eingangssignal Vin, da sich die Verzögerungszeiten des NAND-Gatters oder der Inverterstufen, welche die Impulsverzögerungsschaltung 71 bilden, sich nicht proportional zu den Änderungen in der Stromversorgungsspannung ändern. Die Tatsache, daß sich die Kennlinie nach oben wölbt, wie dies in 21 gezeigt ist, ergibt sich in klarer Weise aus der theoretischen Gleichung der TAD-Ausgangscharakteristik. Die Gleichung (1) bildet die theoretische Gleichung des A/D-umgesetzten Ausgangswertes des TAD-Abstand 70.
worin α = 1,4 bis 1,6, β: eine Konstante, Vin: die Eingangsspannung und Vt: ein Schwellenwert bedeuten.
Solch ein TAD mit der Nicht-Linearität wird zu einem Problem beispielsweise bei einer Fühlausrüstung, einer Meßausrüstung usw., bei denen eine präzise Linearität erforderlich ist, und es ist daher schwierig solch einen A/D-Umsetzer in solch einer Fühlausrüstung usw. zu verwenden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich in linearer Weise die nichtlineare Eingangs/Ausgangs-Kennlinie der A/D-Umsetzung zu korrigieren. Bei einer ersten Betriebsart der Erfindung wird der Analogsignal-Eingabebereich in N Nummern von Bereichen aufgeteilt, die Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve wird durch eine Linie angenähert, welche die zwei Enden der Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve in jedem Bereich verbindet (Annäherungslinie), es wird eine Umsetzgleichung abgeleitet, um irgendeinen Koordinatenpunkt auf der Annäherungslinie in einen Koordinatenpunkt auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie umzusetzen, d.h. auf der idealen A/D-Linie, und zwar für das gleiche analoge Signal wie dasjenige des Koordinatenpunktes, und es wird diese abgeleitete Umsetzgleichung dazu verwendet, um die digitalen Daten, die von dem A/D-Umsetzer ausgegeben werden, umzusetzen.
Das heißt, wie beispielsweise in 15 veranschaulicht ist, es wird der Analogsignal-Eingabebereicht gleichmäßig in N Zahlen (hier zwei) bzw. Bereiche (Bereiche 1 und 2) aufgeteilt, und die Punkte an den zwei Enden an jedem Bereich auf der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve werden verbunden, um dadurch eine Annäherungslinie zu erhalten. Bei dem Beispiel von 15 ist in den Bereich 1 die Kurve durch die Annäherungslinie angenähert, welche die Punkte A und C verbindet, während in dem Bereich 2 die Kurve durch die Annäherungslinie angenähert ist, die durch die Punkte C und B verbindet. Die Punkte A, B und C werden durch eine tatsächliche A/D-Umwandlung der entsprechenden Analogsignalwerte durch einen A/D-Umsetzer erhalten. Das heißt, es handelt sich dabei um Ist-Daten entsprechend der umgebenden Umgebung (Temperatur usw.) zu diesem Zeitpunkt.
Ferner wird eine Umsetzgleichung zum Umsetzen irgendeines Koordinatenpunktes auf einer Annäherungslinie in einem Koordinatenpunkt auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie abgeleitet, d.h. auf der idealen A/D-Linie, und zwar für den Analogsignalwert dieses Koordinatenpunktes. Ferner bildet die "Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve" die hier angesprochen ist, den Satz der Koordinatenpunkte der digitalen Ist-Daten entsprechend dem analogen Signal.
Es können vielfältige spezifische Verfahren in Betracht gezogen werden, um die Umsetzgleichung abzuleiten. Wenn beispielsweise die Koordinaten-Daten an den zwei Enden der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurven von unterschiedlichen Bereichen (in 15 die A/D-umgesetzte Ausgangsgröße der Punkte A, AB und C) aktuell erhalten werden, wird es möglich geometrisch die Umsetzgleichung zu erhalten und zwar basierend auf den Koordinatenpunktdaten und den Daten der Koordinatenpunkte aus der idealen A/D-Linie entsprechend dem Analogsignal der Koordinaten. Alternativ ist es möglich eine Annäherungslinie und die ideale A/D-Linie durch getrennte Funktionen auszudrücken und dann die Umsetzgleichung aus der Relationen auszudrücken und dann die Umsetzgleichung aus der Relation der zwei Funktionen zu erhalten.
Welches Verfahren zum Ableiten der Umsetzgleichung zu verwenden ist, kann in geeigneter Weise unter Einbeziehung der spezifischen Konfiguration festgelegt werden, um dieses Verfahren zu realisieren, oder unter Betrachtung der spezifischen Konfiguration (Software oder Hardware) für eine aktuelle Umsetzung mit Hilfe der Umsetzgleichung. Da gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung somit die Umsetzgleichung basierend auf den A/D-umgesetzten Ist-Ausgangsdaten abgeleitet wird und diese Umsetzgleichung zum Umsetzen der digitalen Daten (lineare Korrektur) verwendet wird, ist es möglich in präziser Weise die Kennlinie durch eine geeignete Umsetzgleichung in Einklang mit der Temperatur linear zu korrigieren und zwar zu diesem Zeitpunkt und auch ungeachtet der Änderungen in der Umgebungstemperatur. Da es sich ferner dabei um eine lineare Korrektur handelt, wobei eine einfache Berechnung durchgeführt wird und zwar unter Verwendung einer Umsetzgleichung, wird es möglich, eine lineare Korrektur bei niedrigen Kosten zu realisieren und zwar verglichen mit dem Verfahren zum Speichern von Korrekturwerten in einem für die Korrektur verwendeten ROM gemäß dem Stand der Technik.
Ferner zeigt 15 eine Erläuterung in Bezug auf ein Beispiel gemäß einer gleichmäßigen Teilung in zwei Bereiche, die Zahl der Aufteilungen kann jedoch frei bestimmt werden. Je größer die Zahl ist, in die aufgeteilt wird, desto kleiner wird der nicht-lineare Fehler (Fehler zwischen der Eingabe/Ausgabe-Kennlinie und der idealen A/D-Linie nach der linearen Korrektur). Je größer jedoch die Zahl wird, in die aufgeteilt wird, desto komplizierter wird die spezifische Konfiguration für die Realisierung der linearen Korrektur, so daß die Zahl, in die aufgeteilt werden soll unter Betrachtung der Abgeglichenheit zwischen der Komplexität der Konfiguration und der Korrekturpräzision festgelegt werden sollte.
Ferner brauchen die Bereiche, in die aufgeteilt wird, nicht gleich zu sein. Ferner bildet die Einstellung der idealen A/D-Kennlinien auf eine Linie, welche die zwei Enden der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve verbindent, wie in 15 dargestellt ist, lediglich ein Beispiel dar. Es ist auch möglich eine Linie zu verwenden, welche irgendwelche zwei Punkte, verschieden von den zwei Enden, verbindet. Alternativ kann die Linie so ausgewählt werden, daß sie keinerlei Schnittstelle mit der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve in dem Analogsignal-Eingabebereich aufweist, oder kann aus einer Linie bestehen, die eine Digitaldaten-Ausgabekennlinie liefert, welche direkt proportional zu dem Analogsignal ist und zwar wenigstens in dem Analogsignal-Eingabebereich.
Jedoch stellt die Nicht-Linearität der A/D-umgewandelten Ausgangs-Kennlinie des TAD 70, wie anhand von 20 als Beispiel erläutert ist und in 21 dargestellt ist, eine allgemein nach oben durchgewölbte oder ausgebauchte charakteristische Kurve dar. Wenn daher die Linie, welche die zwei Enden der charakteristischen Kurve verbindet, als Annäherungslinie für jeden Bereich für eine Kurve verwendet wird, die eine nach oben ausgebauchte Charakteristik besitzt, neigt der nicht-lineare Fehler (der Fehler zwischen den Daten nach der Umsetzung (lineare Korrektur) entsprechend der oben angegebenen Umsetzgleichung und den Daten auf der idealen A/D-Linie) entweder mehr zur positiven oder zur negativen Seite hin (mit anderen Worten wird der Absolutwert des Fehlers größer).
Das heißt es wird bei dem vorliegenden Beispiel, wie auch noch klar aus dem Beispiel von 15 in ebensolcher Weise hervorgeht, die Annäherungskurve kleiner als die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve in jedem Bereich (zwei Bereiche), so daß der nicht-lineare Fehler sich zur positiven Seite (oder negativen Seite) hin neigt. Dieses Neigen des nicht-linearen Fehlers zu entweder der positiven oder der negativen Seite hin ist nicht besondes als Kennlinie eines A/D-Umsetzers wünschenswert. In bevorzugter Weise sollte die Kennlinie eine sein, bei der der nicht-lineare Fehler den gleichen Wert zur positiven wie auch zur negativen Seite hat, d.h. es sollte der Absolutwert den gleichen Wert haben ausgedrückt als "±00%".
Es kann daher die Annäherungslinie wie folgt ausgeführt werden. Das heißt jede der Annäherungslinien an dem Bereich, welcher dien Minimalwert besitzt und den Bereich, welcher den Maximalwert in dem Analogsignal-Eingangsbereich besitzt, kann zu einer Linie gemacht werden, welche einen Koordinatenpunkt, der verschieden von den zwei Enden der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve in diesem Bereich ist, und den Trennpunkt mit einem anderen angrenzenden Bereich verbindet.
Beispielsweise wird, wie in 16 veranschaulicht ist, in dem Bereich 1, der den Maximalwert des Analogsignals enthält, die Annäherungslinie so ausgewählt, daß sie einen Koordinatenpunkt A, der verschieden ist von dem Koordinatenpunkt entsprechend dem Minimalwert, und dem Koordinatenpunkt C der Bereichsgrenze verbindet, während in dem Bereich 2, der dem Maximalwert des Analogsignals enthält, diese Linie als Annäherungslinie verwendet wird, welche einen Koordinatenpunkt B, der verschieden ist von dem Koordinatenpunkt entsprechend dem Maximalwert, und dem Koordinatenpunkt C der Bereichsgrenze verbindet.
Indem dies durchgeführt wird wird beispielsweise in dem Bereich 1 die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve größer als die Annäherungslinie in dem Bereich, wo das Analogsignal größer ist als der Koordinatenpunkt A, während die Annäherungslinie größer wird als die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve in dem Bereich, wo dieser kleiner ist als der Koordinatenpunkt A. Als ein Ergebnis wird die Positiv/Negativ-Unabgeglichenheit in dem nicht-linearen Fehler nach der linearen Korrektur reduziert. Ferner ist es selbst in einem Fall gemäß einer Aufteilung in mehr als zwei Bereiche ausrei chend änliche Annäherungslinien zu verbinden oder zu erhalten und zwar für die Bereiche, die den Maximalwert und den Minimalwert des Analogsignals enthalten.
Es wird daher eine Korrektur der Positiv/Negativ-Unabgeglichenheit des nichtlinearen Fehlers möglich und es wird seinerseits die Reduzierung des Absolutwertes des nicht-linearen Fehlers ebenfalls möglich. Wenn hierbei die Längen der N Zahl der aufgeteilten Bereiche verschieden sind, endet die Umsetzgleichung für die Annäherungslinie an die ideale A/D-Kennlinie und wird kompliziert. Es nimmt daher beispielsweise die Zeit für die lineare Korrektur zu oder die Schaltungskonfiguration wird zu einer komplizierten Konfiguration, wenn man versucht eine Berechnung mit Hilfe der Umsetzgleichung durch eine achtverdrahtete logische Schaltung zu realisieren.
Es sollte daher der Bereich so aufgeteilt werden, daß die Längen der Bereiche der analogen Signale gleich werden. Das heißt, wenn der Analogsignal-Eingabebereich in N Zahlen an Bereichen aufgeteilt wird, sollte die Aufteilung so vorgenommen werden, daß die Längen der Bereiche des Analogsignals gleich werden. Indem man dies so durchführt wird es möglich die Umsetzgleichung durch eine relativ einfache Formel zu konfigurieren und eine Zunahme der Zeit für die lineare Korrektur abzuwenden oder auch eine Komplikation der Schaltungskonfiguration abzuwenden.
Jedoch je größer die Zahl N, in die aufgeteilt wird, desto besser wird die Korrekturpräzision (desto niedriger wird der nicht-lineare Fehler), jedoch desto komplizierter wird die spezifische Konfiguration (die Schaltungskonfiguration usw.), um die lineare Korrektur zu realisieren. Ferner wird an den Grenzteilen der Bereiche der Differentialkoeffizienten der Kennlinienkurve unzusammenhängend, so daß dann, wenn man digitale Daten verwendet, die mit Hilfe dieses Verfahrens zum Zwecke einer Steuerung usw. linear korrigiert werden sollen, die Steueroperation dazu neigt unstabil an diesen Diskontinuitätspunkten zu werden.
Bei der zweiten Betriebsart der vorliegenden Erfindung wird die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve durch eine Kurve angenähert, die durch ein Polynom (M-1)-ter oder geringerer Ordnung (Annäherungskurve) (jedoch 2-ter oder höherer Ordnung) angenähert wird und zwar basierend auf irgendeiner Zahl M von Koordinatenpunkten auf der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve in einem vorbestimmten Analogsignal-Eingangsbereich, wobei eine Linie mit einer Charakteristik erhalten wird, die direkt proportional zu dem Analogsignal ist und als ideale A/D-Linie eingestellt wird, ferner eine Umsetzgleichung abgeleitet wird, um einen Punkt auf der Annäherungslinie in einem Koordinatenpunkt auf der idealen A/D-Linie für den gleichen Analogsignalwert wie demjenigen des Koordinatenpunktes umzusetzen, und wobei die abgeleitete Umsetzgleichung dazu verwendet wird, um die digitalen Daten, die von dem A/D-Umsetzer ausgegeben werden, umzusetzen oder umzuwandeln.
Das heißt, in der ersten Betriebsart wird die Eingangs/Ausgangs-Kennlinie linear für jeden Bereich angenähert und es wird eine Umsetzgleichung abgeleitet, um die Annäherungslinie an die ideale A/D-Linie anzunähern, während jedoch in der zweiten Betriebsart zuerst die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve als ganzes durch eine Annäherungslinie angenähert wird, die durch ein Polynom zu zweiter oder höherer Ordnung ausgedrückt ist, und dann eine Umsatzgleichung abgeleitet wird, um irgendeinen Koordinatenpunkt auf der Annäherungskurve in einen Koordinatenpunkt auf der idealen A/D-Linie umzusetzen.
17 zeigt schematisch die Verwendung einer Kurve zweiter Ordnung, die durch drei Koordinatenpunkte A, B und C als Annäherungskurve hindurch verläuft, und die Umsetzung irgendeines Koordinatenpunktes auf der Annäherungskurve in einen Koordinatenpunkt auf der idealen A/D-Linie. Im Falle des Beispiels, welches in 17 gezeigt ist, ist es dann, wenn aktuell der Analogsignalwert für die Koordinatenpunkte A, B und C A/D-umgesetzt wird, um die digitalen Daten zu finden, möglich ein Polynom zweiter Ordnung zu erhalten, welches die Kurve zweiter Ordnung ausdrückt (Annäherungskurve), die durch die Koordinatenpunkte A, B und C hindurch verläuft. Ferner wird irgendein Koordinatenpunkt auf der Annäherungskurve, die durch das Polynom der zweiten Ordnung ausgedrückt wird, durch die Umsetzungsgleichung in einem Ko ordinatenpunkt auf der idealen A/D-Linie umgesetzt und zwar für den gleichen Analogsignal-Wert wie demjenigen des Koordinatenpunktes.
Als ein Verfahren zum Ableiten eines Polynoms (M-1)-ter oder niedrigerer Ordnung aus der Zahl M von Koordinatenpunkten, gibt es beispielsweise das bekannte Fehlerquadratverfahren, die Lagrange-Interpolationsformel usw. Ferner gibt es vielfältige spezifische Verfahren zum Ableiten der Umsetzgleichung. Beispielsweise kann das folgende Verfahren herangezogen werden. Wie in 18 veranschaulicht ist, kann die Umsetzung von irgendeinem Punkt A(x₁, p) auf irgendeiner Kurve L1: y = g(x) Abstand (inverse Funktion: x = G(y)) bei einem x-y-Koordinatensystem in irgendeinem Punkt B (x₁, q) auf irgendeiner anderen Kurve L2: y = f(x) (inverse Funktion: x = F(y)) dadurch erhalten werden indem man die folgende Gleichung (2) für q löst: F(q) = G(p) ... (2)
Das heißt, wenn die Funktion der Annäherungskurve und der Funktion der idealen A/D-Linie bekannt sind, ist es möglich die oben genannte Gleichung (2) anzuwenden, um die Umsetz- oder Umwandlungsgleichung zu erhalten. Ferner stellt das Verfahren der Ableitung der Umsetzgleichung, welches in 18 veranschaulicht ist, um die oben angegebene Gleichung (2) lediglich ein Beispiel dar. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Da auf diese Weise die Zahl M der Analogsignalwerte tatsächlich A/D-umgesetzt wird und die Annäherungskurve und die Umsetzgleichung basierend auf dem Ergebnis abgeleitet werden, wird es möglich in präziser Weise eine Kennlinie zu korrigieren und zwar mit Hilfe einer geeigneten Umsetzgleichung in Einklang mit der Temperatur zu dem betreffenden Zeitpunkt und zwar ungeachtet von Temperaturänderungen oder anderen Änderungen in der unmittelbaren Umgebung. Da ferner die lineare Korrektur auf einer einfachen Berechnung basiert und zwar unter Verwendung einer Umsetzgleichung, kann die lineare Korrektur bei niedrigen Kosten realisiert werden und zwar ver glichen mit dem Verfahren gemäß Speicherung von Korrekturwerten in einem für die Korrektur verwerteten ROM gemäß dem Stand der Technik.
Wenn nicht ferner die lineare Annäherung an die Eingangs/Ausgangskennlinienkurve wie in der ersten Betriebsart realisiert wird, wird es, da die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve durch ein Polynom (M-1)-ter oder niedrigerer und zweiter Ordnung oder höher in Einklang mit der Zahl M der Koordinatenpunkte gebildet wird, die durch eine tatsächliche A/D-Umsetzung erhalten werden, und unter Verwendung der Umsetzgleichung, die darauf basierend abgeleitet wird, möglich, ein lineares Korrekturergebnis ohne Diskontinuität der Differentialkoeffizienten zu erhalten und zwar mit einer Präzision, die realtiv höher ist als bei dem Verfahren, welches auf einer Annäherungslinie basiert.
Ferner kann das Verfahren der Ableitung der Umsetzgleichung, welches in 18 veranschaulicht ist, und die oben angegebene Gleichung (2) (Ableitung der Umsetzgleichung durch eine Funktion) ebenso angewendet werden, wenn eine Umsetzgleichung bei der oben genannten ersten Betriebsart abgeleitet wird. Das heißt es wird beispielsweise gemäß 15 auch möglich, aktuell die digitalen Daten (den A/D-umgesetzten Ausgabewert) für die Koordinatenpunkte A, B und C zu messen, die Funktion erster Ordnung der Annäherungslinie für jeden Bereich herauszufinden (beispielsweise F(x) zu finden), eine Funktion erster Ordnung für die ideale A/D-Linie ebenfalls auszudrücken (beispielsweise als G(x)), und die Umsetzgleichung für diese zwei Funktionen herauszufinden.
Daher kann das Polynom, welches die Annäherungslinie ausdrückt von irgendeiner Ordnung von zwei oder mehr sein, es kann jedoch die tatsächliche Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve durch eine Kurve von im wesentlicher zweiter Ordnung ausgedrückt werden. Der Fehler zwischen der angenäherten Kurve zweiter Ordnung und der tatsächlichen Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve liegt bei einem Wert, der zu keinem Problem führt. Daher kann das Polynom, welches die Annäherungskurve ausdrückt, zu einer Gleichung zweiter Ordnung gemacht werden (d.h. einer Kurve zweiter Ordnung).
Zum Ableiten der Gleichung zweiter Ordnung wird es möglich aktuell die digitalen Daten für irgendwelche drei oder mehr analogen Signale zu finden und diese basierend auf den Daten abzuleiten unter Verwendung einer bekannten Verfahrens, wie beispielsweise Verwenden der Lagrange-Interpolationsformel oder Anwenden des Fehlerquadratverfahrens. Wenn beispielsweise das Verfahren angewendet wird, welches in 18 veranschaulicht ist, um eine Umsetzung von einer Gleichung zweiter Ordnung (Kurve zweiten Grades) auf eine Linie durchzuführen, wird es möglich eine Umsetzgleichung abzuleiten, wie dies weiter unten dargelegt wird.
Das heißt, dann wenn, wie in 19 veranschaulicht ist, irgendeine Kurve zweiter Ordnung bzw. zweiten Grades (d.h. die Annäherungskurve) L3 lautet: y = b₀ + b₁x + b₂x² und irgendeine andere Linie L4 gegeben ist (d.h. die ideale A/D-Linie) mit y = a₀ + a₁x, können die inversen Funktionen durch die folgenden Formeln (3) und (4) ausgedrückt werden:
Ferner wird das Vorzeichen "-" ausgewählt, wenn sich die Kurve nach oben hin wölbt (entsprechend der TAD-Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve), während das Vorzeichen "+" ausgewählt wird, wenn sich die Kurve nach unten wölbt. Daher kann die Umsetzung von irgendeinem Punkt A(x₁, p) auf der Annäherungskurve L3 auf irgendeinem Punkt B(x₁, q) auf der idealen A/D-Linie L4 mit Hilfe der folgenden Gleichung (5) erhalten werden, indem man die oben genannten Gleichungen (3) und (4) in die Gleichung (2) einsetzt:
Wenn die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve durch das Polynom angenähert wird, welches durch eine Gleichung zweiten Grades auf diese Weise ausgedrückt wird, wird es möglich, die Schaltungskonfiguration usw. zu vereinfachen, um die lineare Korrektur zu realisieren und zwar unter Aufrechterhaltung der Präzision der linearen Korrektur. Ferner sollte in diesem Fall die Zahl M der Koordinatenpunkte zum Ableiter der Gleichung zweiten Grades wenigstens drei Betragen. Es ist möglich von diesen drei oder noch mehreren Koordinatenpunkten eine Gleichung zweiten Grades zu erhalten, wie dies oben erläutert wurde und zwar beispielsweise mit Hilfe des Fehlerquadratverfahrens oder mit Hilfe der Lagrange-Interpolationsformel, um jedoch die spezifische Konfiguration für die Ableitung weiter zu vereinfachen, sollten die Koordinatenpunkte minimiert werden (in diesem Fall M = 3).
Wenn jedoch die Zahl der Koordinatenpunkte klein ist und wenn beispielsweise der Fehler der digitalen Daten bei irgendeinem Koordinatenpunkt groß ist, wird das Größerwerden des Fehlers zwischen der Annäherungskurve, die darauf basierend erhalten wird, und der tatsächlichen Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve beendet. Um daher eine Annäherungskurve enger an die tatsächliche Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve anzupassen oder anzunähern, sollte die Zahl M der Koordinatenpunkte groß gewählt werden. Das heißt die Zahl M der Koordinatenpunkte sollte in geeigneter Weise bestimmt werden und zwar unter Einbeziehung der spezifischen Konfiguration zum Realisieren der Kurvenannäherung (Ableitung des Polynoms), der Annäherungspräzision usw.
Wie jedoch in dem oben erläuterten Beispiel dargestellt ist (19) wird dann, wenn die Annäherungskurve durch eine Funktion zweiten Grades ausgedrückt wird, und zwar von x (y = b₀ + b-x + b₂x²) das Ziehen einer Quadratwurzel in der Umsetzgleichung durchgeführt, die in der Gleichung (5) angegeben ist. Daher wird, verglichen mit der Realisation einer Umsetzgleichung durch lediglich die vier einfachen fundamentalen arithmetischen Operationen, die spezifische Schaltungskonfiguration usw. zum Realisieren der linearen Korrektur durch die Umsetzgleichung, nicht weiter komplizierter.
Daher sollte die oben genannte Gleichung zweiten Grades durch die Funktion zweiter Ordnung ausgedrückt werden gemäß x = c₀ + c₁y + c₂y², worin das Analogsignal x ist, die digitalen Daten y sind, und c₀, c₁ und c₂ Konstanten sind. Indem die Gleichung zweiten Grades auf diese Weise ausgedrückt wird, wie in dem Beispiel von 19 beispielhaft angegeben ist, wird die Umsetzgleichung gemäß der folgenden Gleichung (6) aus der Funktion zweiter Ordnung für die Kurve L3 und der Gleichung (4) für die Linie L4 erhalten: q = a1(c0 + c1p + c2p2) + a0 ... (6)
Wie in der Gleichung (6) angegeben ist, wird es durch Ausdrücken der Annäherungskurve durch die Funktion von y zweiter Ordnung möglich eine Umsetzgleichung zu erhalten, die lediglich durch die fundamentalen vier arithmetischen Operationen realisiert werden kann, so daß die spezifische Schaltungskonfiguration usw. zum Realisieren der linearen Interpolation einfacher realisiert werden kann. Gewöhnlich ist die Möglichkeit hoch, daß ein Zentrumswert in dem Analogsignal-Eingabebereich häufiger eingegeben wird, so daß allgemein ein A/D-Umsetzer so konfiguriert (ausgelegt) wird, daß die digitalen Daten bei diesem Zentrumswert mit einer größeren Präzision erhalten werden.
Ferner wird in bevorzugter Weise die Präzision nicht nur an dem Zentrumswert höher, sondern auch in dem gesamten Analogsignal-Eingabebereich, jedoch realistisch gesehen mit einem Analogsignal mit einer großen Differenz vom Zentrumswert, wobei die A/D-Umsetzpräzision um dieses Ausmaß schlechter wird. Wenn man daher versucht ein Polynom zu erhalten und zwar basierend auf den digitalen Daten mit solch einer unzureichenden Präzision (Koordinatenpunkte), neigt der Fehler zwischen den erhalte nen Polynom (Annäherungskurve) und der tatsächlichen Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve dazu, größer zu werden.
Daher sollte die Zahl M der Koordinatenpunkte als irgendwelche Koordinatenpunkte gewählt werden, ausgenommen den zwei Enden des Analogsignal-Eingabebereiches. Wenn die Zahl M der Koordinatenpunkte auf diese Weise ausgewählt wird, ist es möglich den Fehler zwischen der aktuellen oder tatsächlichen Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve und der Annäherungskurve zu reduzieren und zwar verglichen mit dem Fall gemäß auswählen der Koordinatenpunkte der zwei Enden des Analogsignal-Eingabebereiches (beispielsweise die Punkte A und C in 17).
Hierbei ist der TAD 70, der in 20 erläutert ist, im Gegensatz zu den allgemeinen A/D-Umsetzer prinzipiell gekennzeichnet durch eine A/D-Umsetzung oder – Umwandlung, bei der selbst dann, wenn das gleiche Analogsignal eingespeist wird, sich die TAD-Ausgabedaten (Digitaldaten) unterscheiden und zwar abhängig von der Differenz vom Sampling-Takt-Signal CK. Das heißt, wie oben erläutert wurde, der TAD 70 ist so konfiguriert, daß die Differenz zwischen den momentanen digitalen Daten und den digitalen Daten von einem Takt zuvor zu der TAD-Ausgangsgröße wird (A/D-Umsetzergebnis).
Je höher daher der Sampling-Takt CK ist, desto kürzer wird der Sampling-Intervall und desto kleiner wird die TAD-Ausgangsgröße. Die Tabelle 1 zeigt ein Beispiel der TAD-Ausgangsgröße für analoge Werte von 2,3V (Minimalwert) und 3,3V (Maximalwert), wenn der Sampling-Takt CK bei 1 bis 15 MHz liegt.
Tabelle 1
Wenn man daher wünscht, einen A/D-Umsetzer für eine 8-Bit-Ausgangsgröße zu verwenden, kann, wenn die Differenz zwischen den digitalen Daten für den Minimalwert des Analogsignals in dem Analogsignal-Eingabebereich und den digitalen Daten für den maximalen Wert des analogen Signals 255 überschreitet (d.h. 2⁸–1), der Umsetzer nicht so wie er ist verwendet werden und zwar als ein 8-Bit-A/D-Umsetzer. Spezifischer ausgedrückt, wenn man beispielsweise den Sampling-Takt CK mit 1 MHz wählt, wird die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert zu 1750–1000 = 750 oder hört auf die 8 Bits zu überschreiten.
Auf der anderen Seite wird als A/D-Umsetzer die oben veranschaulichte 8-Bit-Ausgangsgröße oder eine 10-Bit-Ausgangsgröße hauptsächlich allgemein verwendet. Geräte für die Steuerung und Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Daten von solch einem A/D-Umsetzer sind häufig auch zahlenmäßig an die A/D-umgesetzten Ausgabebits angepaßt.
Daher sollte die ideale A/D-Linie oder Kennlinie so eingestellt werden, daß die Differenz zwischen den digitalen Daten für den minimalen Wert des analogen Signals in dem Analogsignal-Eingabebereich, und die digitalen Daten für den maximalen Wert des analogen Signals zu einer voreingestellten vorbestimmten Bitlänge wird.
Das heißt, wenn beispielsweise die vorbestimmte Zahl an Bits zu 8 Bits gewählt wird (d.h. es wird gewünscht einen 8-Bit-A/D-Umsetzer zu verwenden), wird die ideals A/D-Kennlinie so gesetzt, daß die Differenz zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert zu 8 Bits wird (255). Indem dies so durchgeführt wird, wird es möglich die endgültige Digitaldaten-Ausgabe auf eine gewünschte Zahl von Bits umzusetzen und zwar selbst für einen A/D-Umsetzer, bei dem die Zahl der Ausgabe-Bits in Einklang mit dem Sampling-Takt sich ändert wie in einem TAD, so daß sich dabei die Wirkung ergibt, daß der Anwendungsbereich des A/D-Umseters erweitert wird.
Ein Gerät zum Korrigieren der A/D-umgesetzten Daten bei einem A/D-Umsetzer gemäß einer dritten Betriebsart der vorliegenden Erfindung, umfaßt eine Bezugssignaleingabeeinheit, eine eine Annäherungs-Polynomkurve bildende Einheit, eine die Ideale Eingangs/Ausgangs-Kennlinie einstellende Einheit, eine die Umsetzgleichung ableitende Einheit und eine Daten umsetzende Einheit. Die Bezugssignal-Eingabeeinheit teilt einen vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals in eine Vielzahl von Bereiche auf und speist den Minimalwert und den Maximalwert des Analogsignals in diesem vorbestimmten Bereich ein und auch die Werte der Grenzteile der Bereiche in dem A/D-Umsetzer in Form von Bezugssignalen. Die die Annäherungs-Polynomkurve formende Einheit leitet eine Annäherungslinie ab, welche an die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung für jeden Bereich angenähert ist und zwar basierend auf dem Bezugs-Digitaldaten, die bei der Eingabe der Bezugssignale erhalten werden, leitet eine Umsetzgleichung für die Umsetzung der Koordinaten eines Punktes auf der Annäherungslinie in Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingabe/Ausgabe-Kennlinie entsprechend diesem Analogsignalwert ab, und korrigiert die Ausgangsdaten durch Umsetzung oder Umwandlung mit Hilfe dieser Umsetzgleichung. Aufgrund die ser Ausführung wird eine lineare Korrektur der digitalen Daten von einem A/D-Umsetzer realisiert.
Entsprechend im Gerät zum Korrigieren der A/D-umgesetzten Ausgabedaten, welches in dieser Weise konfiguriert ist, können ähnliche Effekte in der ersten Betriebsart erhalten werden. Das Korrekturgerät der vorliegenden Erfindung kann auch als ein A/D-Umsetzer konfiguriert werden und zwar mit einer gesamten linearen Korrekturfunktion, indem beispielsweise ein A/D-Umsetzer inkorporiert wird. Ferner kann dieses Gerät beispielsweise so konfiguriert werden, daß es eine getrennte Einheit von dem A/D-Umsetzer darstellt und Ausgabedaten von einem A/D-Umsetzer zum Zwecke der linearen Korrektur aufnimmt. Hierbei ist keine spezielle Einschränkung in der Konfiguration gegeben, solange als die Lineare Korrektur der A/D-umgesetzten Ausgabedaten (Digitaldaten) erreicht wird.
Ferner kann die Bezugssignal-Eingabeeinheit auch den Bezugssignalwert verwenden, anstelle des Minimalwertes des Analogsignals, und auch einen Analogsignalwert verwenden, der verschieden ist von dem Minimalwert des Analogsignals und der kleiner ist als alle anderen Bezugssignale, und kann den Bezugssignalwert anstelle des Minimalwertes des Analogsignals verwenden, ein Analogsignal verschieden von dem Maximalwert des Analogsignals verwenden, welches größer ist als alle anderen Bezugssignale.
Wenn das Korrekturgerät auf dieser Weise konfiguriert wird, tendiert der nichtlineare Fehler nicht zur positiven oder negativen Seite hin. Ferner kann die Zahl N der aufgeteilten Bereiche des Analogsignal-Eingabebereiches auf eine vorbestimmte Zahl fixiert werden, das Gerät kann jedoch auch so konfiguriert werden, daß die Zahl N, in die aufgeteilt wird (die Zahl der Bereiche) frei eingestellt werden kann, und zwar mit Hilfe einer Teilungszahl-Einstelleinrichtung. Indem dies so ausgeführt wird, wird die Wirkung erhalten, daß die Präzision der linearen Korrektur geändert werden kann.
Bei dem Gerät zum Korrigieren der A/D-umgesetzten Ausgabedaten einer vierten Betriebsart der vorliegenden Erfindung speist die Bezugssignal-Eingabeeinheit die Zahl M von Analogsignalwerten eines vorbestimmten Eingabebereiches des Analogsignals als Bezugssignale in einen A/D-Umsetzer ein, während eine Annäherungs-Polynomkurve bildende Einheit eine Annäherungskurve ableitet, die als Polynom zweiter oder höherer Ordnung ausgedrückt wird und als ein Polynom (M-1)-ter oder niedrigerer Ordnung ausgedrückt wird und sich an die charakteristische Eingabe/Ausgabe-Kurve der A/D-Umsetzung annähert und zwar basierend auf den Bezugs-Digitaldaten, die von dem A/D-Umsetzer ausgegeben werden, ferner eine Umsetzgleichung zur Umsetzung der Koordinaten eines Punktes auf der Annäherungskurve in Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie ableitet und zwar entsprechend dem gleichen Analogsignalwert, und die die Ausgangsdaten, die umgesetzt wurden, mit Hilfe der Umsetzgleichung korrigiert. Aufgrund dieser Tatsache wird eine lineare Korrektur der digitalen Daten aus dem A/D-Umsetzer realisiert.
Gemäß dem Korrekturgerät, welches auf diese Weise konfiguriert ist, können Wirkungen ähnlich denjenigen gemäß der zweiten Betriebsart erhalten werden. Die Eingabe/Ausgabe-Kennlinie kann in einem Zustand eingestellt werden, bei dem vorbestimmte Funktionen im voraus eingestellt worden sind. Ferner kann diese beispielsweise jedesmal dann aufeinanderfolgend eingestellt werden, wenn ein Polynom durch die Polynom-Ableiteinrichtung abgeleitet wird. Der Einstellzustand und das Verfahren sind nicht in spezieller Weise eingeschränkt.
Ferner kann die Bezugssignaleingabeeinrichtung drei Analogsignalwerte in den A/D-Umsetzer als Bezugssignale einspeisen, während die das Polynom ableitende Einrichtung ein Polynom zweiter Ordnung als Polynom ableiten kann. Wenn dies so durchgeführt wird, wird eine gute Präzisionskorrekturlinie möglich. Da ferner die minimal erforderlichen drei Analogsignalwerte verwendet werden, um das Polynom zweiter Ordnung zu erhalten (d.h. ein Polynom zweiter Ordnung wird aus drei Koordinatenpunkten abgeleitet), ist es möglich die spezifische Konfiguration zum Ableiten eines Polynoms zweiter Ordnung zu vereinfachen und dadurch wieder möglich die Konfiguration des Korrekturgerätes für die A/D-umgesetzten Ausgangsdaten zu vereinfachen.
Ferner kann die Bezugssignal-Eingabeeinheit Analogsignalwerte eingeben, die verschieden sind von dem Minimalwert und dem Maximalwert in dem Analogsignaleingabebereich, und zwar in Form von Bezugssignalen in dem A/D-Umsetzer. Indem die Bezugssignal-Eingabeeinheit auf diese Weise konfiguriert wird, wird es möglich den Fehler zwischen der tatsächlichen Eingabe/Ausgabe-Kennlinienkurve und der Annäherungskurve zu reduzieren und zwar verglichen mit dem Fall der Auswahl des Minimalwertes und des Maximalwertes in dem Analogsignaleingabebereich.
Hierbei können die Einheit, die das Korrekturgerät für die A/D-umgesetzten Ausgabedaten bei dieser Betriebsart der vorliegenden Erfindung bilden, in der gleichen integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet werden. Indem dies so durchgeführt wird, kann das Korrekturgerät für die A/D-umgesetzten Ausgangsdaten in der Größe reduziert werden, und zwar verglichen mit dem Fall der Ausbildung der Einheiten als getrennte Teile (Pakete), und es kann der Freiheitsgrad der Installation des Gerätes erhöht werden.
Ferner kann der A/D-Umsetzer auch in der Größe kleiner ausgeführt werden und zwar unter Erhöhung des Freiheitsgrades bei der Installation, wenn dieser in der gleichen integrierten Halbleiterschaltung wie das Korrekturgerät integriert ist. Ferner kann das Korrekturgerät bei vielfältigen A/D-Umsetzern angewendet werden, die nichtlineare Ausgabekennlinien haben, jedoch neigt der TAD 70, der in 20 veranschaulicht ist, dazu eine größere Nicht-Linearität zu besitzen als ein allgemeiner A/D-Umsetzer. Ferner weicht, wie oben erläutert ist, der Digitaldaten-Ausgabewert auch zusammen mit den Unterschieden im Sampling-Takt ab.
Das heißt gemäß der Tabelle 1 wird die Differenz der TAD-Ausgangsgröße bei dem Sampling-Takt CK von 15 MHz zu 117–67 = 50, während die Differenz der TAD- Ausgangsgröße bei dem Sampling-Takt CK von 1 MHz zu 1750–1000 = 750 wird. Die Beträge der Nicht-Linearität dieser zwei Beispiele an Sampling-Takten weichen vonein ander ab, so daß auch die Beträge der Korrektur für die lineare Korrektur voneinander abweichen. Wenn man daher versucht eine lineare Korrektur durchzuführen und zwar unter Verwendung eines für die Korrektur vorgesehenen ROM, wie dies in der Vergangenheit der Fall war, würde es erforderlich sein nicht nur Korrekturwerte für unterschiedliche Temperaturen vorzubereiten, sondern auch Korrekturwerte für unterschiedliche Sampling-Takte vorzubereiten.
Daher ist der A/D-Umsetzer, der mit dem Korrekturgerät gemäß der ersten Betriebsart ausgestattet ist, mit einer Impulsverzögerungsschaltung ausgestattet, die aus einer Vielzahl von seriell geschalteten Verzögerungseinheiten gebildet ist, um ein Impulssignal auszugeben, welches um eine Verzögerungszeit verzögert ist und zwar in Einklang mit dem Spannungspegel des Analogsignals, wobei ein Impulssignal übertragen wird und sukzessive verzögert wird und zwar um die Verzögerungszeiten der Verzögerungseinheiten und wobei eine Detektoreinrichtung vorgesehen ist, um die Zahl der Verzögerungseinheiten zu erfassen, durch die das Impulssignal hindurchverläuft und zwar in einer voreingestellten Sampling-Periode. Das Detektionsergebnis der Detektoreinrichtung wird dann als digitale Daten des Ergebnisses der A/D-Umsetzung für das Analogsignal ausgegeben. Die Datenumsetzeinheit kann die Digitaldaten aus dem A/D-Umsetzer in Einklang mit einer Umsetzgleichung umsetzen oder umwandeln.
Die A/D-Umsetzschaltung der oben erläuterten Konfiguration empfängt als Eingangsgröße das Analogsignal für die A/D-Umsetzung und zwar in Form der Stromversorgungsspannung der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden. Die Verzögerungszeit des Impulssignals bei jeder Verzögerungseinheit ändert sich in Einklang mit dem Spannungspegel des eingespeisten Analogsignals. Wenn daher eine Vielzahl der Verzögerungseinheiten in Reihe verbunden werden und ein Impulssignal in einer vorbestimmten Sampling-Periode übertragen wird, hängt die Zahl der Verzögerungseinheiten, durch die das Impulssignal hindurch verläuft, von dem Spannungspegel des Analogsignals ab. Wenn demzufolge die Zahl der Verzögerungseinheiten, durch die das Signal in dieser vorbestimmten Sampling-Periode hindurchgelaufen ist, detektiert wird, kann das Detektionsergebnis als A/D-Umsetzergebnis abgegriffen werden.
Die Impulsverzögerungsschaltung kann in einfacher Weise mit Hilfe einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Verzögerungseinheiten konfiguriert werden oder kann dadurch konfiguriert werden, indem diese in Form eines Finges verbunden werden, wie dies bei der Impulsverzögerungsschaltung 71 der Fall ist, die in 20 dargestellt ist (weiter eine Reihenverbindung). Es sind vielfältige Konfigurationen möglich, um den sukzessiven Transfer der Impulssignals zu ermöglichen. Die Ausgabe der Digitaldaten kann auch das Ergebnis der Detektion durch die Detektoreinrichtung sein und aus der Ausgangsgröße bestehen, so wie sie ist, oder aus digitalen Daten, die in gewisser Weise verarbeitet werden.
Das heißt, die spezifischen Konfigurationen der oben erläuterten Einrichtung sind nicht in irgendeiner bestimmten Weise eingeschränkt solange als die Zahl der Verzögerungseinheiten, die in einer vorbestimmten Sampling-Periode durcheilt werden, detektiert werden kann und die Digitaldaten im Ergebnis der Detektion entsprechen, welches ausgegeben wird. Indem dies so durchgeführt wird, kann die Nicht-Linearität der digitalen Daten eines A/D-Umsetzers der oben erläuterten Konfiguration linear mit guter Präzision korrigiert werden und somit nicht mit Hilfe einer komplizierten Konfiguration unter Verwendung eines für die Korrektur verwendeten ROM, wie dies in der Vergangenheit der Fall war, sondern durch eine relativ einfache Konfiguration.
Als nächstes werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockschaltbild einer allgemeinen Konfiguration eines A/D-Umsetzsystems mit einer Korrekturfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, besteht das A/D-Umsetzsystem 1 mit einer Korrekturfunktion gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus einem A/D-Umsetzer (TAD) 70, einer Bezugsspannung-Eingabeeinheit 2, einer Schaltlogik 11, einer Korrektureinheit 3, welches System die digitalen Daten linear korrigiert und ausgibt und zwar als Ergebnis der A/D-Umsetzung für ein Analogsignal Vin, welches in den TAD 70 eingespeist wurde.
Der TAD 70 ist vollständig der gleiche wie der TAD 70, der in 20 veranschaulicht ist. Einzelheiten wurden bereits erläutert, so daß hier Detaillerläuterungen des TAD 70 weggelassen sind. Dieser TAD 70 empfängt als Eingangsgröße einen Sampling-Takt (Taktimpuls) CK einer vorbestimmten Periode (Sampling-Periode), der durch eine Taktgeneratoreinheit 15 in der Korrektureinheit 3 erzeugt wird. Ferner empfängt dieser als Eingangsgröße einen Startimpuls SP (Impulssignal) von einer nicht dargestellten außenseitigen Steuerschaltung (CPU usw.). Der Betrieb des TAD 70 wird mit Hilfe dieses Startimpulses gestartet.
Die Bezugsspannung-Eingabeeinheit 2 gibt sukzessive Bezugsspannungen an den TAD 70 ein, um Daten zu erhalten, die dafür erforderlich sind, um die lineare Korrekturgleichung bei der Korrekturgleichung-Einstelleinheit 27 einzustellen. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden als Bezugsspannungen die Minimalspannung Vmin von der Minimalspannung-Generatoreinheit 4, eine Zentrumsspannung Vc von einer Zentrumsspannung-Generatoreinheit 5, und eine Maximalspannung Vmax von einer Maximalspannung-Generatoreinheit 6 über drei Zustands-Analogschalter 8, 9 und 10 in den TAD 70 eingespeist. Ferner werden auch Eingangsspannungen für die aktuelle A/D-Umsetzung, die von diesen Bezugsspannungen verschieden sind (beispielsweise die Ausgangssignale von verschiedenen Sensoren usw.) ebenfalls in den TAD 70 über einen Drei-Zustand-Analogschalter 7 eingespeist.
Bei dem TAD 70 dieser Ausführungsform wird der Eingabespannungsbereich (entsprechend dem Analogsignal-Eingabebereich der vorliegenden Erfindung) auf die Minimalspannung Vmin und die Maximalspannung Vmax eingestellt. Eine Eingangsspannung in diesem Bereich wird umgesetzt in digitale Daten ausgegeben. Ferner bildet die Zentrumsspannung Vc einen Zwischenwert zwischen der minimalen Spannung Vmin und der maximalen Spannung Vmax. Diese drei Spannungen (entsprechend den Bezugssignalen der vorliegenden Erfindung) werden aufeinanderfolgend in den TAD 70 eingespeist und werden A/D-umgesetzt. Die lineare Korrekturgleichung wird ebenfalls eingestellt, was noch später erläutert wird und zwar basierend auf dem Ergebnis der A/D-Umsetzung.
Ferner können die Spannungsgeneratoreinheiten 4, 5 und 6 gemäß irgendeiner Konfiguration realisiert werden, die dazu befähigt ist, die gewünschten Spannungen (Vmin, Vc, Vmax) zu erzeugen. Es ist beispielsweise möglich drei unterschiedliche Spannungen dadurch zu erhalten, indem eine Spannungsteilerschaltung so konfiguriert wird, um einen bestimmten eingestellten Spannungswert durch eine Vielzahl von Widerständen aufzuteilen. Bei der folgenden Erläuterung werden die digitalen Daten von dem TAD 70 als "TAD-Ausgabegröße" bezeichnet. Unter diesen Ausdruck fällt insbesondere auch die TAD-Ausgangsgröße für die Minimalspannung Vmin, die Zentrumsspannung Vc und die Maximalspannung Vmax, die dann als "Bezugs-TAD-Ausgabegröße" bezeichnet wird, und wobei die TAD-Ausgangsgröße für die aktuelle Spannung für die A/D-Umsetzung dann als "aktuelle TAD-Ausgabegröße" bezeichnet wird.
Die Schaltlogik 11 gibt ein Signal aus, um einen der Drei-Zustand-Analogschalter 7 bis 10 zu aktivieren und um alle anderen zu deaktivieren und zwar in Einklang mit einem Befehl von der Bezugsspannung-Wähleinheit 18 in der Korrektureinheit 3. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird vor dem Starten der A/D-Umsetzung lediglich einer der Drei-Zustand-Analogschalter 8, 9 und 10 entsprechend der Minimalspannung Vmin, der Zentrumsspannung Vc und der Maximalspannung Vmax aufeinanderfolgend betätigt, um aufeinanderfolgend diese Spannung in den TAD 70 einzuspeisen und um die entsprechenden Bezugs-TAD-Ausgabegrößen zu erhalten.
Danach wird die lineare Korrekturgleichung in der Korrekturgleichung-Einstell einheit 27 eingestellt und es werden Vorbereitungen für die lineare Korrektur der aktuellen TAD-Ausgabegröße aus dem TAD 70 getroffen. Dann wird lediglich der Drei- Zustand-Analogschalter 7 entsprechend der aktuellen Spannung für die A/D-Umsetzung aktiviert. Dieser Zustand wird für eine vorbestimmte Periode fortgesetzt, bis die lineare Korrekturgleichung zurückgestellt wird.
Die Korrektureinheit 3 stellt die lineare Korrekturgleichung ein und führt eine lineare Korrektur der aktuellen TAD-Ausgabegröße mit Hilfe der linearen Korrekturgleichung durch. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt eine Bestätigung durch ein programmierbares Einzelfeld-Gate-Array (FPGA). Die Korrektureinheit 3 ist hauptsächlich mit einer Taktgeneratoreinheit 15 zum Erzeugen und ausgeben eines Sampling-Taktes CK, einem Register 16 für eine zeitweilige Speicherung der TAD-Ausgabegröße, einer Korrektur-Logikeinheit 17 zum Einstellen der linearen Korrekturgleichung basierend auf dem gespeicherten Inhalt des Registers 16 und zur linearen Korrektur der aktuelle TAD-Ausgabegröße mit Hilfe der linearen Korrekturgleichung, und einer Bezugsspannung-Auswähleinheit 18 zum Ausgeben eines Befehls an die Schaltlogik 11 (Signal), um lediglich einen der Drei-Zustand-Analogschalter 7 bis 10 zu aktivieren, versehen.
Die Bezugsspannung-Wähleinheit 18 gibt beispielsweise zuerst einen Befehl aus, um lediglich den Drei-Zustand-Analogschalter 8 zu aktivieren und zwar entsprechend der Minimalspannung Vmin. Wenn eine Bestätigung erfolgt, daß die TAD-Ausgabegröße MIN entsprechend diesem Vmin eingespeist wurde und in einer Minimum-Datenspeichereinheit 20 in dem Register 16 abgespeichert wurde, gibt diese dann einen Befehl aus, um lediglich den Drei-Zustand-Analogschalter 9 zu aktivieren und zwar entsprechend der Zentrumsspannung Vc. Wenn ferner bestätigt wird, daß die TAD-Ausgabegröße C entsprechend der Zentrumsspannung Vc in einem Zentrum-Datenspeicherbereich oder -einheit 21 in dem Register 16 gespeichert wurde, gibt diese einen Befehl aus, um lediglich den Drei-Zustand-Analogschalter 10 zu aktivieren entsprechend der Maximalspannung Vmax. Aufgrund dieser Tatsache wird die TAD-Ausgabegröße MAX entsprechend der Maximalspannung Vmax in einer Maximal-Datenspeichereinheit 22 in dem Register 16 abgespeichert.
Das heißt indem die Bezugsspannung-Maileinheit 18 sukzessive Befehle zum schalten der Drei-Zustand-Analogschalter 8 bis 10 ausgibt, erfolgt eine TAD-Ausgabe entsprechend den Spannungen Vmin, Vc und Vmax, die in der Minimum-Datenspeichereinheit 20, der Zentrums-Datenspeichereinheit 21 und der Maximum-Datenspeichereinheit 22 gespeichert werden.
Die Korrekturlogikeinheit 17 ist mit einer Korrekturgleichung-Einstelleinheit 27 ausgestattet, in welcher die Linear-Korrekturgleichung eingestellt wird, und mit einer Korrekturoperationseinheit 26 ausgestattet, um die aktuelle TAD-Ausgabegröße (Korrekturoperation) in Einklang mit der linearen Korrekturgleichung umzusetzen. Die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 27 stellt die lineare Korrekturgleichung basierend auf MIN, C und MAX ein, die in den Speichereinheiten 20 bis 22 in dem Register 16 abgespeichert sind. Die Einstellung der Linear-Korrekturgleichung wird basierend auf 2 im folgenden erläutert.
2 zeigt einen Graphen, der TAD-Ausgabekennlinien der vorliegenden Ausführungsform. Die Abszisse zeigt die Eingangsspannung des TAD 70, während die Ordinate die TAD-Ausgabegröße angibt. Die TAD-Ausgabekennlinie bzw -kurve, welche die Beziehung zwischen der Eingangsspannung und der aktuellen TAD-Ausgabegröße angibt (Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der vorliegenden Erfindung) ist durch ^eine strichlierte Linie dargestellt. Auf diese Weise verläuft die TAD-Ausgabekennlinienkurve nicht linear. Wenn diese dazu verwendet würde, um verschiedene Steuervorgänge als Ergebnis der A/D-Umsetzung durchzuführen und zwar so wie sie ist, würden wahrscheinlich vielfältige Effekte aufgrund des nicht-linearen Fehlers auftreten.
Daher wird bei der vorliegenden Erfindung der Eingabespannungsbereich von der minimalen Spannung Vmin zu der maximalen Spannung Vmax gleichmäßig in zwei Bereiche (Bereich 1 und Bereich 2) aufgeteilt. Die Eingangsspannung, die als Grenze dieser Bereich dient, ist die Zentrummsspannung Vc. Ferner wird in jedem Bereich die TAD-Ausgangskennlinienkurve durch eine Linie angenähert, welche die zwei Enden der charakteristischen Kurve an diesem Bereich verbindet (Annäherungslinie).
Das heißt in dem Bereich 1 wird die Kurve durch die Annäherungslinie L11 angenähert, welche den Koordinatenpunkt, der die TAD-Ausgabegröße für die Minimalspannung Vmin angibt, und den Koordinatenpunkt, der die TAD-Ausgabegröße für die Zentrumsspannung Vc angibt, verbindet, während in dem Bereich 2 die Kurve durch die Annäherungslinie L12 angenähert wird, die den Koordinatenpunkt, welche die TAD-Ausgabegröße für die Zentrumsspannung Vc angibt, und den Koordinatenpunkt, der die TAD-Ausgangsgröße für die Maximalspannung Vmax angibt, verbindet. Andererseits wird eine Linie mit einer TAD-Ausgabekennlinie, die direkt proportional zu der Eingangsspannung ist, als ideals A/D-Kennlinie eingestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Linie, welche die Koordinatenpunkte verbindet, welche die TAD-Ausgabegrößen für die Minimalspannung Vmin und die Maximalspannung Vmax angeben, als ideale A/D-Kennlinie verwendet.
Ferner wird eine Umsetzgleichung (d.h. eine Linear-Korrekturgleichung) zum Umsetzen irgendeines Koordinatenpunktes auf den Annäherungslinien L11 und L12 in einem Koordinatenpunkt auf der idealen A/D-Kennlinie bei der gleichen Eingangsspannung bzw. Eingangsspannungswert, wie demjenigen des Koordinatenpunktes für jeden Bereich 1 und 2 abgeleitet. Die Linear-Korrekturgleichung wird durch die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 27 abgeleitet (eingestellt), die in der Korrekturlogik 17 enthalten ist.
Es wird hier nun das Prinzip der Umsetzung der Koordinatenpunkte von den Annäherungslinien L11 und L12 auf die ideale A/D-Linie in den Ausführungsformen gestützt auf 3 erläutert. Wie in 3 gezeigt ist, wird die Linie, welche den Punkt P1(x₁, y_p1,) und den Punkt P2(x₂, y_p2) verbindet, als Annäherungslinie verwendet, und die Linie, die den Punkt Q1(x₁, y_q1) und dem Punkt Q2(x₂, y_q2) verbindet, als ideale A/D-Kennlinie verwendet. Wenn man ferner annimt, daß P1 nach Q1 umgesetzt wird und P2 nach Q2 umgesetzt wird und daß irgendein Punkt Pa(x_a, y_pa) auf einer Annähe rungslinie in einem Punkt Qa(x_a, y_qa) auf der idealen A/D-Kennlinie umgesetzt wird, so ergibt sich eine proportionale Beziehung der Gleichung (7) zwischend der Annäherungslinie und der idealen A/D-Linie. (ypa – yp1):(yp2 – yp1) = (yqa – yq1):(yq2 – yq1) ... (7)
Ferner kann die zuvor angegebene Gleichung (7) bereinigt werden, so daß man ^die folgende Gleichung (8) erhält:
Um nun hier auf die TAD-Ausgabekennlinie von 2 zurückzukehren, so werden an den zwei Enden der Bereiche 1 und 2 die Annäherungslinien in die ideale A/D-Linie umgesetzt oder umgewandelt, wie in der Tabelle 2 gezeigt ist:
Tabelle 2
Indem man daher die Werte der zwei Enden der Linien für die Bereiche, die in der Tabelle 2 in die Gleichung (8) einsetzt, wird eine Umsetzgleichung (Linear-Korrekturgleichung) erhalten, um einen TAD-Ausgangswert X auf der Annäherungslinie in einem korrigierten Wert H auf der idealen A/D-Linie zu erhalten, wie dies mit der folgenden Gleichung (9) dargestellt werden kann:
Wenn ferner aktuell eine A/D-Umsetzung bei dem TAD 70 durchgeführt wird, wird die Gleichung (9) angewendet und zwar unter Verwendung der aktuellen TAD-Ausgabegröße als X, wobei dann der korrigierte Wert H nach der linearen Korrektur der aktuellen TAD-Ausgabegröße (X) als ein endgültiges A/D-Umsetzergebnis ausgegeben wird und zwar nach der linearen Korrektur. Die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 27 erfaßt die drei Bezugs-TAD-Ausgabegrößen gemäß MIN, C und MAX, die in dem Register 16 eingestellt sind, um die Linear-Korrekturgleichung (9) einzustellen.
Wenn ferner die Linear-Korrekturgleichung (9) durch die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 27 eingestellt wird, gibt die Bezugsspannung-Wähleinheit 18 an die Schaltlogik 11 ein Befehl aus, um lediglich den Dreizustand-Analogschalter 7 zu aktivieren entsprechend der aktuellen Spannung für die A/D-Umsetzung. Danach wird dieser Zustand für eine vorbestimmte Periode fortgesetzt. Der TAD 70 empfängt als Eingangsgröße die Spannung für die A/D-Umsetzung über den Dreizustand-Analogschalter 7.
Ferner wird die aktuelle TAD-Ausgabegröße für die Eingangsspannung zeitweilig in der Signalausgabeeinheit 19 in dem Register 16 gespeichert und es wird dann die gespeicherte aktuelle TAD-Ausgabegröße durch die Korrekturoperationseinheit 26 linear korrigiert. Die lineare Korrektur durch die Korrekturoperationseinheit 26 wird in Einklang mit der Linear-Korrekturgleichung durchgeführt, die in der Korrekturglei chung-Einstelleinheit 27 eingestellt wurde, d. h. der Gleichung (9) wobei die aktuelle TAD-Ausgabegröße (X) auf den korrigierten Wert H korrigiert wird.
Hierbei werden die Informationen hinsichtlich des Sampling-Taktes CK und der momentanen Temperatur in dem drei Bezugs-TAD-Ausgangswerten (MIN, C und MAX) reflektiert, so wie sie sind, so daß die lineare Korrektur durch die Gleichung (9) zu einer geeigneten Korrektur für den Sampling-Takt CK und die momentane Temperatur zu diesem Zeitpunkt wird.
Indem man bei der vorliegenden Ausführungsform das System so konfiguriert, daß es die Bezugs-TAD-Ausgabegröße periodisch abfragt (oder zu einer Zeitlage, bei der die A/D-Umsetzung durchgeführt wird) wird eine Linear-Korrekturgleichung (9) unmittelbar entsprechend den Schwankungen in dem Sampling-Takt CK oder der Umgebungstemperatur eingestellt und es wird daher eine geeignete lineare Korrektur durchgeführt. Ein spezifisches Beispiel für eine periodische Abfrage der Ausgangsgrößen kann beispielsweise das Verfahren gemäß Abfrage der Ausgangsgröße bei einer kürzeren Periode in Betracht gezogen werden als die angenommenen Temperaturschwankungen unter Einbeziehung des Zustandes der Temperaturänderung, die in der Umgebung angenommen wird, in welcher der TAD 70 installiert ist.
Ferner stellt die Schwankung des Sampling-Taktes CK die hier angesprochen ist, nicht die Schwankung des Sampling-Taktes CK während der A/D-Umsetzung dar, sondern die Änderung in dem Sampling-Takt CK zum Zeitpunkt der Stromeinschaltung des Systems. D. h. selbst wenn die lineare Korrektur mit Hilfe der Linear-Korrekturgleichung (9) für die A/D-Umsetzung verwendet wird und zwar beispielsweise bei 1 MHz eines Sampling-Taktes CK oder für eine A/D-Umsetzung bei 10 MHz des Sampling-Taktes CK, besteht nicht länger ein Bedarf dafür die Differenz in dem Sampling-Takt CK zu detektieren.
4 zeigt ein Beispiel der TAD-Ausgangskennlinie in dem Fall einer linearen Korrektur der vorliegenden Ausführungsform. Wenn, wie veranschaulicht ist, die li neare Korrektur nicht durchgeführt wird (d. h. wenn die aktuelle TAD-Ausgabegröße so belassen ist, wie sie ist), ähnlich wie bei der bereits erläuterten 21, ist der nichtlineare Fehler in Bezug auf die ideale A/D-Linie groß, während dann, wenn die lineare Korrektur durchgeführt wird, sich ein Zustand ergibt, der sich im wesentlichen mit der idealen A/D-Linie überlappt. Der Linear-Korrektureffekt der vorliegenden Ausführungsform ergibt sich klar als ein Ergebnis.
Wie oben in Einzelheiten erläutert ist, wird bei dem A/D-Umsetzsystem mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform der Eingangsspannungsbereich von der minimalen Spannung Vmin bis zur maximalen Spannung Vmax gleichmäßig aufgeteilt in den Bereich 1 und den Bereich 2 und zwar um die Zentrumsspannung Vc herum, und es wird die TAD-Ausgangskennlinienkurve der aktuellen Ausgabe-Kennlinie des TAD 70 angenähert und zwar als Annäherungslinie L11 oder L12 und zwar in jedem Bereich. Ferner wird die Umsetzgleichung von den Annäherungslinien L11 und L12 an die ideale A/D-Linie (bei diesem Beispiel verbindet die Linie die Koordinatenpunkte der TAD-Ausgangsgrößen für Vmin und Vmax) als Linear-Korrekturgleichung (9) eingestellt.
Für diese Einstellung wird die Bezugsspannung Vmin, Vc und Vmax im Voraus in den TAD 70 eingespeist und zwar vor der aktuellen A/D-Umsetzung, um die entsprechenden Bezugs-TAD-Ausgabegrößen MIN, C und MAX zu erhalten, und es wird die Linear-Korrekturgleichung gemäß der Gleichung (9) basierend auf denselben eingestellt. Ferner wird durch die Berechnung unter Verwendung des aktuellen TAD-Ausgangswertes als Korrekturwert X in der Linear-Korrekturgleichung (9) der korrigierte Wert H nach der linearen Korrektur erhalten.
Es wird daher bei dem A/D-Umsetzsystem mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Kennlinie mit einer guten Präzision linear zu korrigieren und zwar mit Hilfe einer geeigneten Linear-Korrekturgleichung in Einklang mit der Temperatur, die zu diesem Zeitpunkt herrscht, oder in Einklang mit dem Sampling-Takt CK und zwar ungeachtet von Änderungen in der Umgebungstemperatur oder Unterschieden in dem Sampling-Takt CK. Da ferner die lineare Korrektur durch eine Berechnung unmittelbar erfolgt, und zwar in Einklang mit der Linear-Korrekturgleichung (9), kann die Korrektureinheit 3 einfacher konfiguriert werden, verglichen mit dem Verfahren, bei dem Korrekturwerte in einem dafür verwendeten Korrektur-ROM gespeichert werden, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, so daß daher die lineare Korrektur bei niedrigen Kosten realisiert werden kann.
Da ferner bei der vorliegenden Ausführungsform der Eingangsspannungsbereich gleichmäßig in zwei Abschnitte aufgeteilt ist, ist es möglich, die Linear-Korrekturgleichung durch eine relativ einfache Gleichung zu realisieren und zwar verglichen mit dem Fall der gleichmäßigen Aufteilung in drei oder mehr oder Aufteilung in Bereiche unterschiedlicher Längen, und es wird daher auch möglich, eine Zunahme in der Zeit für die lineare Korrektur oder eine größere Komplexität der Schaltungskonfiguration zu unterdrücken.
Da ferner bei der vorliegenden Ausführungsform die Korrektureinheit 3 in dem gleichen FPGA konfiguriert ist, wird eine Reduzierung in der Größe der Korrektureinheit 3 möglich und damit auch eine Reduzierung in der Größe des A/D-Umsetzsystems 1 als ganzes, und es wird auch der Freiheitsgrad der Installation des Systems 1 erhöht. Hierbei wird die Entsprechung zwischen den Komponenten der vorliegenden Ausführungsform und den Komponenten der vorliegenden Erfindung klargestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Bezugsspannung-Eingabeeinheit 2 der Bezugssignal-Eingabeeinheit der vorliegenden Erfindung, die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 27 entspricht der Umsetzgleichung-Ableiteinheit der vorliegenden Erfindung und die Korrekturberechnungseinheit 26 entspricht der Datenumsetzeinheit der vorliegenden Erfindung. Ferner stellt der TAD 70 lediglich ein Beispiel eines A/D-Umsetzers dar. Die Detektoreinrichtung der vorliegenden Erfindung besteht aus der Verriegelungsstufe und dem Codierer 73, dem Zähler 74, der Verriegelungsstufe 75, der Verriegelungsstufe 76 und der Subtrahierstufe 77 in derselben.
Zweite Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform bezog sich die Erläuterung des Beispiels der gleichmäßigen Aufteilung des Eingabespannungsbereichs in zwei Abschnitte und Einstellen einer Linear-Korrekturgleichung für jeden Bereich 1 und 2 für eine lineare Korrektur. Bei der zweiten Ausführungsform folgt eine Erläuterung eines Beispiels eines gleichmäßig aufgeteilten Bereiches in vier Bereiche und Einstellen einer Linear-Korrekturgleichung für jeden der vier Bereiche zum Zwecke einer linearen Korrektur. 5 zeigt ein Blockschaltbild der allgemeinen Konfiguration eines A/D-Umsetzsystems mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform. In 5 sind Komponenten, die die gleichen sind wie bei dem A/D-Umsetzsystem 1 mit einer Korrekturfunktion von 1, mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet und eine detaillierte Erläuterung derselben wir daher hier weggelassen.
Wie in 5 gezeigt ist, wird das A/D-Umsetzsystem 30 mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform ferner mit der Bezugsspannung VL und der Bezugsspannung VR zusätzlich zu den drei Bezugsspannungen eingestellt, welches die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform (Vmin, Vc, und Vmax) und zwar als Bezugsspannungen zum Einstellen der Linear-Korrekturgleichung. Spezifischer ausgedrückt ist die Bezugsspannung-Eingabeeinheit 32 der vorliegenden Ausführungsform mit einer ersten Bezugsspannung-Generatoreinheit 33 zusätzlich zu der Konfiguration der Bezugsspannung-Eingabeeinheit 32 der ersten Ausführungsform ausgestattet, um die Bezugsspannung VL zu erzeugen, und mit einer zweiten Spannungsgeneratoreinheit 34 ausgestattet, um die Bezugsspannung VR zu erzeugen. Ferner ist diese mit drei Zustand-Analogschaltern 35 und 36 ausgestattet, welche diesen Bezugsspannung-Generatoreinheiten 33 und 34 entsprechen.
Ferner aktiviert die Schaltlogik 37 lediglich einen der drei Zustand-Analogschalter 7 bis 10, 35 und 36 in Einklang mit einem Befehl von der Bezugsspannung-Wähleinheit 43. Das Register 41, welches die Korrektureinheit 31 bildet, ist zusätzlich zu der Konfiguration des Registers 16 der ersten Ausführungsform (siehe 1) mit einer ersten Bezugsspannung-Speichereinheit 46 ausgestattet, um die TAD-Ausgabegröße L für die Bezugsspannung VL zu speichern, und mit einer zweiten Bezugsspannung-Speichereinheit 47 ausgestattet, um die TAD-Ausgabegröße R für die Bezugsspannung VR zu speichern. Ferner stellt die Korrektur-Logikeinheit 42 die Linear-Korrekturgleichung basierend auf MIN, LC, R und MAX ein, die in den Speichereinheiten 19 bis 22, 46 und 47 gespeichert sind und korrigiert linear die aktuellen TAD-Ausgabegrößen in Einklang mit der Linear-Korrekturgleichung.
Das heißt, es wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie durch die TAD-Ausgangskennlinie von 6 veranschaulicht ist, der Eingabespannungsbereich gleichmäßig in vier Abschnitte aufgeteilt. Die Bezugsspannung VL ist ein zwischenliegender Wert zwischen der minimalen Spannung Vmin und der Zentrumsspannung Vc, während die Bezugsspannung VR ein zwischenliegender Wert zwischen der Zentrumsspannung Vc und der maximalen Spannung Vmax ist. Ferner ist die TAD-Ausgabekennlinienkurve für jeden Bereich durch eine Linie angenähert, welche die zwei Enden der charakteristischen Kurve in jedem Bereich verbindet (Annäherungslinie).
Das heißt, in dem Bereich 1 ist die Kurve durch die Annäherungslinie angenähert, welche den Koordinatenpunkt, der die TAD-Ausgabegröße MIN für die Minimalspannung Vmin ausdrückt, und den Koordinatenpunkt verbindet, der die TAD-Ausgabegröße L für die Bezugsspannung VL ausdrückt, und in dem Bereich 2 wird die Kurve angenähert und zwar durch die Annäherungslinie, welche den Koordinatenpunkt, der die TAD-Ausgabegröße L für die Bezugsspannung VL ausdrückt, und den Koordinatenpunkt verbindet, der die TAD-Ausgabegröße C ausdrückt und zwar für die Zentrumsspannung Vc, verbindet, während in dem Bereich 3 die Kurve durch die Annäherungslinie angenähert wird, welche den Koordinatenpunkt, der die TAD-Ausgabegröße C für die Zentrumsspannung Vc ausdrückt, und den Koordinatenpunkt verbindet, der die TAD-Ausgabegröße R für die Bezugsspannung VR ausdrückt, und wobei schließlich in dem Bereich 4 die Kurve durch die Annäherungslinie angenähert wird, welche den Koordinatenpunkt, der die TAD-Ausgabegröße R für die Bezugsspannung VR ausdrückt, und den Koordinatenpunkt verbindet, der die TAD-Ausgabegröße MAX für die Maximalspannung Vmax ausdrückt.
Auf der anderen Seite wird eine Linie mit einer TAD-Ausgabekennlinie, die direkt proportional zu der Eingangsspannung ist, als ideale A/D-Linie eingestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine Linie, welche die Koordinatenpunkte verbindet, welche die TAD-Ausgabegröße für die minimale Spannung Vmin und für die maximale Spannung Vmax zeigen, zu der idealen A/D-Linie gemacht.
Ferner wird eine Umsetzgleichung (Linear-Korrekturgleichung) zum Umsetzen irgendeines Koordinatenpunktes auf einer Annäherungslinie in einen Koordinatenpunkt auf der idealen A/D-Linie bei dem gleichen Eingangsspannungswert wie demjenigen des Koordinatenpunktes für jeden Bereich 1 bis 4 abgeleitet. Die Linear-Korrekturgleichung wird durch die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 49 abgeleitet (eingestellt), die sich in der Korrekturlogik 42 befindet.
Das Prinzip der Umsetzung oder Umwandlung von Koordinatenpunkten von den Annäherungslinien auf die ideale A/D-Linie gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist vollständig das gleiche wie dasjenige, welches anhand von 3 in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erläutert wurde. Indem die Gleichung (8) auf die Bereiche 1 bis 4 angewendet wird, wird eine Linear-Korrekturgleichung wie die Gleichung (10) erhalten:
Indem bei der vorliegenden Ausführungsform vor der tatsächlichen A/D-Umsetzung die Bezugsspannung-Wähleinheit 43 veranlaßt wird, Befehle zum Steuern der Dreizustand-Analogschalter 8, 9, 10, 35 und 36 auszugeben, die verschieden sind von dem Dreizustand-Analogschalter 7 entsprechend A/D-Umsetzspannung zu der Schaltlogik 37 wird eine der Bezugsspannungen Vmin, VL, Vc, VR und Vmax sukzessive in den TAD 70 eingespeist.
Wenn ferner die TAD-Ausgabegrößen für die Bezugsspannungen in den entsprechenden Speichereinheiten in dem Register 41 gespeichert werden, fragt die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 49 die Bezugs-TAD-Ausgabegrößen MIN, L, C, R und MAX ab, die in den Speichereinheiten 20, 21, 22, 46 und 47 gespeichert sind, und stellt eine Linear-Korrekturgleichung auf, die durch die Gleichung (10) wiedergegeben ist.
Nach der Einstellung der Linear-Korrekturgleichung, wird lediglich der Dreizustand-Analogschalter 7 entsprechend der A/D-Umsetzspannung durch den Befehl aktiviert, der von der Bezugsspannung-Wähleinheit 43 kommt. Danach wird dieser Zustand für eine bestimmte Periode so lange fortgesetzt, bis die Linear-Korrekturgleichung zurückgestellt wird. Die aktuelle TAD-Ausgabegröße für die Eingangsspannung während dieser Zeit wird einmal in einer Signalausgabeeinheit 19 in dem Register 41 gespeichert. Die gespeicherte aktuelle TAD-Ausgabegröße wird linear durch die Korrekturoperationseinheit 48 korrigiert. Die lineare Korrektur durch die Korrektur-Operationseinheit 48 wird in Einklang mit der Linear-Korrekturgleichung durchgeführt, die in der Korrekturgleichung-Einstelleinheit 49 eingestellt wurde, d.h. der oben angegebenen Gleichung (10). Es wird dann die aktuelle TAD-Ausgabegröße (X) in den korrigierten Wert H korrigiert.
8 zeigt ein Beispiel der TAD-Ausgabekennlinie im Falle der linearen Korrektur der vorliegenden Ausführungsform (gleichmäßige Aufteilung in vier). Wie veranschaulicht ist, bildet das Ergebnis einen Zustand, der sich im Wesentlichen mit der idealen A/D-Kennlinie entsprechend der linearen Korrektur überlappt. Die Linear-Korrekturwirkung der vorliegenden Ausführungsform wird durch das Ergebnis klar zum Ausdruck gebracht. Um mehr in Einzelheiten zu gehen, wird verglichen mit einem Fall einer gleichmäßigen Aufteilung des Eingangsspannungsbereiches in zwei Bereiche gemäß der ersten Ausführungsform, der nicht-lineare Fehler in dem Fall der gleichmäßigen Aufteilung in vier (siehe 11) reduziert.
Bei der bisherigen Erläuterung wurde eine gleichmäßige oder gleiche Aufteilung des Eingangsspannungsbereiches in vier Bereiche angenommen und auch die Einstellung einer Linear-Korrekturgleichung für jeden Bereich, wie dies in 6 gezeigt ist, jedoch ist das A/D-Umsetzsystem 30 mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, daß die Möglichkeit gegeben ist, den Eingangsspannungsbereich gleichmäßig oder gleich groß in zwei Abschnitte aufzuteilen oder auch in gleiche vier Abschnitte aufzuteilen.
Spezifischer ausgedrückt wird ein Auswahlwert entsprechend entweder der gleichen Aufteilung in zwei oder einer gleichen Aufteilung in vier in das Teilungszahl-Wählregister 44 in der Korrektureinheit 31 von einer externen CPU 38 eingeschrieben. Ferner arbeiten die Bezugsspannung-Wähleinheit 43, das Register 41 und die Korrekturlogikeinheit 42 basierend auf dem Auswahlwert, der dort eingeschrieben ist. Wenn hierbei eine gleiche Aufteilung in vier ausgewählt ist (eingeschrieben wird), wird die Operation durchgeführt, wie sie oben dargelegt wurde.
Wenn auf der anderen Seite eine gleiche Aufteilung in zwei ausgewählt wird, gibt die Bezugsspannung-Wähleinheit 43 einen Befehl aus, um sukzessive in den TAD 70 lediglich die minimale Spannung Vmin, die Zentrumsspannung Vc und die maximale Spannung Vmax als Bezugsspannungen in den TAD 70 bzw. in die Bezugsspannung-Eingabeeinheit 32 einzuspeisen. Das Register 41 arbeitet auch in solcher Weise, um die TAD-Ausgabegrößen für diese drei Bezugsspannungen Vmin, Vc und Vmax zu speichern. Die erste Bezugsspannung-Speichereinheit 46 und die zweite Bezugsspannung-Speichereinheit 47 arbeiten in diesem Zustand im Wesentlichen nicht. Ferner fragt die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 49 in der Korrekturlogik 49 die drei Bezugs-TAD-Ausgabegrößen MIN, C und MAX ab und stellt eine Linear-Korrekturgleichung gemäß der Gleichung (9) ein, wie dies in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erläutert wurde. Aufgrund dieser Tatsache führt die Korrekturoperationseinheit 48 eine lineare Korrekturoperation mit Hilfe der Linearkorrekturgleichung entsprechend der Gleichung (9) durch.
Das heißt, wenn eine gleiche Aufteilung in zwei erfolgt bzw. ausgewählt wird und zwar als Zahl der Bereiche, die aufgeteilt werden und zwar von der CPU 38, arbeitet das A/D-Umsetzsystem 30 mit einer Korrekturfunktion, wie in 5 dargestellt ist, im Wesentlichen und funktioniert auch als ein A/D-Umsetzsystem 1 mit einer Korrekturfunktion der ersten Ausführungsform, wie in 1 gezeigt ist. 7 zeigt ein Flußdiagramm der Bereich-Aufteilungszahl-Einstellverarbeitung, die durch die CPU 38 durchgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform liest die CPU 38 ein Bereich-Aufteilungszahl-Einstellverarbeitungsprogramm aus einem nicht gezeigten ROM aus und führt die Verarbeitung in Einklang mit diesem Programm durch. Die Bereich-Aufteilungszahl-Einstellverarbeitung wird kontinuierlich durchgeführt, nachdem das A/D-Umsetzsystem eingeschaltet worden ist.
Wenn diese Verarbeitung gestartet wird, wird zuerst bei einem Schritt 110 (im Folgenden mit "S" abgekürzt) beurteilt, ob die A/D-Umsetzung noch unverwendet ist, d.h. ob die A/D-Umsetzung für eine aktuelle Spannung für die A/D-Umsetzung durchgeführt worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird während die A/D-Umsetzung tatsächlich ausgeführt wird und eine aktuelle TAD-Ausgabegröße von dem TAD 70 auftritt, die Beurteilung "NEIN" getroffen und S110 wird wiederholt, wenn jedoch die A/D-Umsetzung nicht durchgeführt wird (d.h. in diesem Zustand unverwendet ist), verläuft die Routine zu dem Schritt 120, bei dem dann beurteilt wird, ob eine bestimmte Zeit verstrichen ist. Hierbei wird die Zeit beurteilt, die nach der Ausgabe eines Autorisierungssignals verstrichen ist, was bei S140 erfolgt.
Diese "bestimmte Zeit" kann in geeigneter Weise eingestellt werden, sie wird jedoch in bevorzugter Weise als eine Periode gewählt, die kürzer ist als die angenommene Temperaturschwankung und zwar unter Einbeziehung oder Berücksichtigung von beispielsweise dem Zustand der Temperaturänderungen, die im Voraus angenommen werden und zwar in Verbindung mit der Umgebung, in welcher der TAD 70 installiert ist. Wenn zu diesem Zeitpunkt die bestimmte Zeit noch nicht verstrichen ist und zwar von der Ausgabe des Autorisierungssignals an gemäß dem Schritt S140, kehrt die Routine erneut zu S110 zurück, wenn jedoch die bestimmte Zeit verstrichen ist, schreitet die Routine zu dem Schritt 5130 voran, bei dem die Zahl der Bereiche, in die aufgeteilt wird (gleichmäßige Aufteilung in zwei oder gleichmäßige Aufteilung in vier) an das Aufteilzahl-Wählregister 44 ausgegeben wird. Ferner wird bei dem nächsten Schritt 5140 das Autorisierungssignal an die Schaltlogik 37 ausgegeben und die Routine kehrt dann zu S110 zurück. Es sei darauf hingewiesen, daß die Zahl der Bereiche, in die aufgeteilt wird, im Voraus eingestellt werden kann und auch von Hand ausgewählt werden kann (durch Handeingabe usw.), was durch einen Anwender erfolgt usw. Die CPU 38 führt die Verarbeitung des Schrittes S130 basierend auf dieser Einstellinformation durch.
Die Schaltlogik 37 deaktiviert alle analogen Schalter und verhindert eine Eingabe in den TAD 70 solange kein Autorisierungssignal von der CPU 38 vorliegt, wenn jedoch dann das Autorisierungssignal eingegeben wird, arbeitet sie in solcher Weise, um einen der drei Stufen-Analogschalter in Einklang mit einem Befehl zu aktivieren, der von der Bezugsspannung-Wähleinheit 43 kommt.
Wie bereits dargelegt wurde, führt die Bezugsspannung-Wähleinheit 43 sukzessive die Operation durch und zwar für jede Bezugsspannung unter Bestätigung, daß die TAD-Ausgabegröße entsprechend der Bezugsspannung die Eingabe in den TAD 70 gültig macht und diese somit in dem Register 41 gespeichert wird, wobei die Eingabe einer anderen Bezugsspannung in den TAD 70 aktiviert wird und die erforderliche Bezugs-TAD-Ausgabegröße in dem Register 41 gespeichert wird (beispielsweise im Falle einer gleichmäßigen Aufteilung in zwei, MIN, C, MAX).
Ferner wurde es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich gemacht, auszuwählen entweder zwischen einer gleichen Aufteilung in zwei oder einer gleichen Aufteilung in vier, was jedoch lediglich als Beispiel zu werten ist. Es ist auch möglich, die Möglichkeit zu schaffen, von mehr Typen an Zahlen auszuwählen, in die aufgeteilt werden soll. Gemäß dem A/D-Umsetzsystem 30 mit der Korrekturfunktion der oben erläuterten Ausführungsform kann, da der Eingangsspannungsbereich gleichmäßig in vier Bereiche aufgeteilt wird und eine Linear-Korrekturgleichung für eine lineare Korrektur der TAD-Ausgangskennlinienkurve für jeden Bereich eingestellt wird, der nicht-lineare Fehler stärker reduziert werden als in dem Fall der gleichmäßigen Aufteilung in zwei Bereiche, wie dies in Verbindung mit der ersten Ausführungsform (siehe 11) erläutert wurde. Je größer jedoch die Zahl wird, in die aufgeteilt wird, desto komplizierter werden die Schaltungen zur Bildung des Systems. Daher sollte die Zahl an Bereichen, in die aufgeteilt wird, in geeigneter Weise eingestellt werden und zwar unter Berücksichtigung einer Abgeglichenheit zwischen zwei Aspekten gemäß einer Schaltungskonfiguration und einer Korrekturpräzision.
Indem ferner bei der vorliegenden Ausführungsform das Teilungszahl-Wählregister vorsieht, ist es möglich, die Zahl der Bereiche auszuwählen, in die aufgeteilt wird, und zwar mit Hilfe eines Steuersignals von CPU 38. Es wird daher möglich, die Präzision der linearen Korrektur zu verbessern. Ferner entspricht bei der vorliegenden Ausführungsform die CPU 38 der Teilungszahl-Einstelleinrichtung der dritten Betriebsart. Ferner entspricht die Verarbeitung des Schrittes 130 bei der Bereich-Aufteilungszahl- Einstellverarbeitung von 7 der Verarbeitung, die durch die Aufteilungszahl-Einstelleinrichtung der dritten Betriebsart ausgeführt wird.
Dritte Ausführungsform
Bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform wurde die TAD-Ausgangskennlinienkurve linear angenähert und zwar für jeden Bereich, und es wurde eine Umsetzgleichung zum Umsetzen von der Annäherungslinie auf eine ideale A/D-Linie als Linear-Korrekturgleichung vorgenommen, jedoch wird bei der dritten Ausführungsform im Gegensatz zur der linearen Annäherung zuerst die TAD-Ausgangskennlinie als Ganzes durch eine Kurve zweiter Ordnung angenähert und es wird eine Umsetzgleichung zum Umsetzen von der angenäherten Kurve zweiter Ordnung (Annäherungskurve) auf die ideale A/D-Kennlinie als Linear-Korrekturgleichung verwendet.
9 zeigt die allgemeine Konfiguration eines A/D-Umsetzsystems mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 9 dargestellt ist, besitzt das A/D-Umsetzsystem 60 mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform, wenn man einen Vergleich mit dem A/D-Umsetzsystem 1 durchführt, welches eine Korrekturfunktion der ersten Ausführungsform aufweist, welches in 1 dargestellt ist, eine abweichende Konfiguration hinsichtlich der Korrekturlogik 62 und umfaßt einen TAD 70 und eine Schaltlogik 11, die in der gleichen Weise gemäß FPGA konfiguriert ist, zusätzlich mit einer Taktgeneratoreinheit 15, dem Register 16, der Bezugsspannung-Wähleinheit 18 und der Korrektur-Logikeinheit 62, um einen einzelnen A/D-Umsetzer 61 mit einer Korrekturfunktion zu bilden, ist jedoch ansonsten mit dem A/D-Umsetzsystem 1 gleich, und zwar mit der Korrekturfunktion der ersten Ausführungsform. Daher werden Komponenten, wie die gleichen wie in 1 sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine Erläuterung derselben wird hier weggelassen. Die Einstellung der Linearkorrekturgleichung in der Korrektur-Logikeinheit 42 wird weiter unten näher in Einzelheiten erläutert.
10 ist ein Graph der TAD-Ausgabekennlinie der vorliegenden Ausführungsform. Auch bei dieser Ausführungsform werden wie bei der ersten Ausführungsform zuerst die TAD-Ausgabegrößen D1, D2 und D3 erhalten und zwar unter Verwendung von Bezugsspannungen gemäß irgendwelchen drei Spannungen V1, V2 und V3 in dem Eingabespannungsbereich, und werden in dem Register 16 gespeichert. Das heißt Informationen, die drei Koordinatenpunkte auf der TAD-Ausgabekennlinienkurve betreffen, werden erhalten.
Die Bezugsspannungen V1, V2 und V3 der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die Bezugsspannungen Vmin, Vc und Vmax der ersten Ausführungsform. Daher sind die TAD-Ausgabegrößen D1, D2 und D3 für die Bezugsspannungen ebenfalls MIN, C und MAX also die gleichen wie die Bezugs-TAD-Ausgabegrößen der ersten Ausführungsform.
Die Anäherungsgleichung-Ableiteinheit 68 führt eine Annäherung der TAD-Ausgabekennlinienkurve durch eine Kurve zweiter Ordnung (eine Kurve, die durch ein Polynom zweiter Ordnung oder zweiten Grades ausgedrückt wird) durch, was weiter unten noch erläutert wird, basierend auf den Informationen der drei Koordinatenpunkten. Bei dem vorliegenden Beispiel wird die Lagrange-Interpolationsformel verwendet, um die Annäherungskurve abzuleiten (ein Polynom zweiter Ordnung), die durch die oben genannten drei Koordinatenpunkte verläuft.
Das heißt, die TAD-Ausgabegrößen für die drei Bezugsspannungen V1, V2 und V3 sind D1, D2 und D3, so daß sich also eine Kurve zweiter Ordnung, die durch diese drei Koordinatenpunkte verläuft, durch die folgende Gleichung (11) ausdrücken läßt: D(Vi) = b2Vi 2 + b1Vi + b0 ... (11)worin
Auf der anderen Seite wird auch bei der vorliegenden Ausführungsform die Linie, welche die Koordinatenpunkte verbindet, welche die TAD-Ausgabegrößen für die Minimalspannung V1 (= Vmin) und der Maximalspannung V3 (= Vmax) angeben, zur idealen A/D-Kennlinie gemacht. Daher wird basierend auf den Informationen der zwei Koordinatenpunkte die Funktion erster Ordnung, welche die ideale A/D-Linie ausdrückt, sowie in der Gleichung (12) zum Ausdruck gebracht. Die Gleichung (12), welche diese ideale A/D-Linie ausdrückt, wird mit Hilfe der Ideal-A/D-Funktion-Ableitungseinheit 69 abgeleitet. Did(Vi) = a1Vi + a0 ... (12)worin:
Das heißt die Annäherungsgleichung-Ableiteinheit 68 leitet aktuell die Koeffizientenwerte b₀, b₁ und b₂ in der Gleichung (11) ab, während die Ideal-A/D-Funktion-Ableiteinheit 69 aktuell die Koeffizientenwerte a₁ und a₀ in der Gleichung (12) ableitet. Ferner stellt die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 67 die Linear-Korrekturgleichung ein, die durch die Gleichung (13) ausgedrückt wird und zwar mit Hilfe des Verfahrens, welches anhand von 19 erläutert wird, und anhand der Gleichungen (3) bis (5), basierend auf den Gleichungen (11) und (12), die wie oben abgeleitet wurden.
Ferner gibt die Korrekturoperationseinheit 66 die aktuelle TAD-Ausgabegröße aus, die in Einklang mit der Linearkorrekturgleichung (13) korrigiert wurde, welche an der Korrekturgleichung-Einstelleinheit 67 eingestellt wurde. Wie oben erläutert wurde, wird bei der vorliegenden Ausführungsform zuerst die TAD-Ausgangskennlinienkurve durch eine Kurve zweiter Ordnung angenähert (Polynom zweiter Ordnung), und es wird eine Umsetzgleichung zum Umsetzen dieser Annäherungskurve auf eine ideale A/D-Linie (Linearkorrekturgleichung erhalten). 11 zeigt ein Beispiel des nichtlinearen Fehlers in dem Fall einer linearen Korrektur mit Hilfe des Verfahrens der vorliegenden Ausführungsform (Kurvenannäherung zweiter Ordnung), den Fall einer linearen Korrektur mit Hilfe des Verfahrens der ersten Ausführungsform (lineare Annäherung mit Hilfe einer gleichmäßigen Aufteilung in zwei Bereiche) und den Fall der linearen Korrektur mit Hilfe des Verfahrens der zweiten Ausführungsform (lineare Annäherung durch gleichmäßiges Aufteilen in vier Bereiche).
Wie dargestellt ist, wird der nicht-lineare Fehler mit der linearen Korrektur kleiner, basierend auf der linearen Annäherung durch gleichmäßiges Aufteilen in vier, und zwar verglichen mit der linearen Korrektur basierend auf einer linearen Annäherung durch gleichmäßige Aufteilung in zwei, jedoch wird der nicht-lineare Fehler stärker durch die lineare Korrektur reduziert, die auf der Kurve zweiter Ordnung basiert bzw. der Annäherungskurve zweiter Ordnung der vorliegenden Ausführungsform basiert. Es wird daher gemäß dem A/D-Umsetzsystem 60 mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform, in der gleichen Weise wie bei der ersten und auch bei der zweiten Ausführungsform möglich, eine Kurve mit guter Präzision linear zu korrigieren und zwar mit Hilfe einer geeigneten Linear-Korrekturgleichung in Einklang mit der Temperatur zu diesem Zeitpunkt und dem Sampling-Takt CK, ohne dabei Temperaturänderungen oder Änderungen in dem Sampling-Takt CK zu berücksichtigen.
Ferner wird im Gegensatz zu der linearen Annäherung der TAD-Ausgangskennlinienkurve wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform, die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve durch ein Polynom zweiter Ordnung angenähert und zwar in Einklang mit einer Zahl M (in diesem Beispiel drei) an Koordinatenpunkten, die durch aktuelle A/D-Umsetzung und mit Hilfe der Linearkorrekturgleichung basierend darauf abgeleitet wird, so daß eine lineare Korrektur mit einer relativ höheren Präzision verglichen mit den oben erläuterten Ausführungsformen, möglich wird.
Ferner wurde bei der vorliegenden Ausführungsform die TAD-Ausgangskennlinienkurve durch eine Kurve zweiter Ordnung angenähert, die basierend auf drei Koordinatenpunkten erhalten wurde, jedoch ist die Erfindung natürlich nicht darauf beschränkt. Wenn jedoch eine tatsächliche TAD-Ausgangs-Kennlinienkurve durch eine kurve zweiter Ordnung angenähert wird, ist der Wert im Wesentlichen ausreichend. Ferner sind auch drei Koordinatenpunkte ausreichend, um eine Kurve zweiter Ordnung zu erhalten (ein Polynom zweiter Ordnung). Es wird daher dann, wenn eine Annäherung einer Kennlinie durch eine Kurve zweiter Ordnung vorgenommen wird, basierend auf drei Koordinatenpunkten wie bei der vorliegenden Ausführungsform, möglich, die Schaltungskonfiguration zum Realisieren der linearen Korrektur zu vereinfachen, jedoch die Präzision der linearen Korrektur aufrechtzuerhalten.
Hierbei entspricht bei dieser Ausführungsform die Annäherungsgleichung-Ableiteinheit 38 der Polynom-Ableiteinheit der vorliegenden Erfindung, während die Ideal-A/D-Funktion-Ableiteinheit 69 der Ideal-Eingabe/Ausgabe-Kennlinie-Einstelleinheit der vorliegenden Erfindung entspricht.
Vierte Ausführungsform
Bei der dritten Ausführungsform hat die Annäherungsgleichung-Ableiteinheit 68 das Polynom zweiter Ordnung abgeleitet, ausgedrückt durch die Gleichung (11). Das heißt, die Gleichung (11) drückt die TAD-Ausgabegröße durch eine Funktion zweiter Ordnung der Eingabespannung aus. Aufgrund dieser Tatsache stellt die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 67 eine Linear-Korrekturgleichung ein, die durch die Gleichung (13) ausgedrückt wird, d.h. eine Korrekturgleichung enthält eine Quadratwurzel-Ziehoperation. Indem eine Operation durchgeführt wird, die verschieden ist von den vier arithmetischen Grundoperationen, neigt die Konfiguration der Korrekturoperationseinheit 66 dazu, kompliziert zu werden.
Daher wird bei der vierten Ausführungsform das Polynom zweiter Ordnung, welches die Annäherungskurve bei der dritten Ausführungsform ausdrückt, zu einem Polynom zweiter Ordnung gemacht und zwar ausgedrückt durch die folgende Gleichung (14) anstelle der Gleichung (11): V(Di) = c2Di 2 + c1Di + c0 ... (14)
Das heißt, es wird die Eingangsspannung Vi durch eine Funktion zweiter Ordnung der TAD-Ausgabegröße ausgedrückt. Durch Ableiten des Polynoms zweiter Ordnung wie bei der Gleichung (14), stellt die Korrekturgleichung-Einstelleinheit 67 die Linear-Korrekturgleichung ein, ausgedrückt durch die folgende Gleichung (15) und basierend auf dieser Gleichung (14) und der Gleichung (12), welche die ideale A/D-Kennlinie ausdrücken: korrigierter Wert H = a1(c2X2 + c2X2 + c0) + a0 ... (15)
Die Gleichung (15) enthält keine Quadratwurzelziehoperation wie die Linear-Korrekturgleichung der dritten Ausführungsform und wird durch lediglich die vier fundamentalen arithmetischen Operationen ausgedrückt. Der Rest der Konfiguration, der von der Annäherungsgleichung-Ableiteinheit 68 verschieden ist, ob auch von der Korrekturgleichung-Einstelleinheit 67 verschieden ist, ist vollständig die gleiche wie bei der dritten Ausführungsform. Indem man daher bei der vorliegenden Ausführungsform das Polynom zweiter Ordnung ausdrückt, entsprechend einem Ausdrücken der Annäherungskurve, wie in der Gleichung (14) gezeigt ist, wird es möglich, eine Linear-Korrekturgleichung zu erhalten, die lediglich durch die vier arithmetischen Grundoperationen realisiert wird, wie dies bei der Gleichung (15) der Fall ist, so daß eine spezifische Schaltungskonfiguration zur Realisierung einer linearen Korrektur in einfacherer Weise realisiert werden kann.
Ferner enthält die Linearkorrekturgleichung (13) der dritten Ausführungsform ein doppeltes Vorzeichen, so daß es erforderlich wird, eine Beurteilung durchzuführen, welches Vorzeichen verwendet wird. Es gibt jedoch kein Problem, wenn dies bekannt ist, wenn sich die TAD-Ausgabekennlinie nach oben oder nach unten wölbt, wenn dies jedoch nicht bekannt ist, so wird eine fehlerhafte Korrekturoperation durchgeführt, abhängig davon, welches Vorzeichen gewählt wird. Im Gegensatz dazu enthält die Linearkorrekturgleichung (15) der vorliegenden Erfindung kein doppeltes Vorzeichen, so daß das oben angesprochene Problem kaum auftreten kann und auch die Präzision eines zuverlässigeren A/D-Umsetzsystems mit einer Korrekturfunktion möglich wird.
Fünfte Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform wurde die ideale A/D-Linie zu einer Linie gemacht, welche die Koordinatenpunkte verbindet, die die TAD-Ausgabgegröße für die Minimalspannung des Eingangsspannungsbereiches und die TAD-Ausgabegröße für die Maximalspannung ausdrücken. Bei der fünften Ausführungsform ist die Konfiguration des Systems als Ganzes ähnlich der ersten Ausführungsform. Jedoch wird im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform für die ideale A/D-Kennlinie eine Erläuterung eines Beispiels zum Einstellen einer idealen A/D-Kennlinie gegeben, welche sich nicht mit der TAD-Ausgabekennlinienkurve in dem Eingangsspannungsbereich schneidet.
Das heißt, während, wie in 12 dargestellt ist, der TAD-Ausgangsbereich der TAD-Ausgangskennlinienkurve in dem Bereich MIN bis MAX liegt, wird die ideale A/D-Kennlinie mit einem Wert niedriger als diesen gewählt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird speziell die ideale A/D-Linie so eingestellt, daß die TAD-Ausgabegröße für die minimale Spannung Vmin zu 0 wird und die TAD-Ausgabegröße für die maximale Spannung Vmax zu 256 wird.
Indem man somit das endgültige Ergebnis der A/D-Umsetzung nach der linearen Korrektur in dem Bereich von 0 bis 256 ansiedelt, wird damit das versucht, das A/D-Umsetzsystem mit einer Korrekturfunktion der vorliegenden Ausführungsform zu verwenden und zwar in Form eines 8-Bit-A/D-Umsetzers. In diesem Fall wird in dem Bereich 1 und in dem Bereich 2 die Umsetzung von einer Annäherungslinie auf die ideale A/D-Linie so durchgeführt, wie dies in der folgenden Tabelle 3 gezeigt ist.
Tabelle 3
Indem man daher die Werte der zwei Enden der Linien von jedem Bereich, die in der Tabelle 3 gezeigt sind, in die Gleichung (8) einsetzt, wird eine Linear-Korrekturgleichung gemäß der Gleichung (16) erhalten:
Daher ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform ungeachtet der Länge der Ausgabedaten von dem TAD 70 die Verwendung eines 8-Bit-A/D-Umsetzers möglich, so daß es möglich wird, einen A/D-Umsetzer mit einem erweiterten oder breiteren Bereich von Anwendungen zu schaffen. Ferner wurde bei dem oben erläuterten Beispiel der minimale Wert der idealen A/D-Kennlinie mit 0 gewählt und der maximale Wert wurde mit 256 gewählt, die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt. Es ist möglich, diese auf irgendwelche Werte einzustellen, solange die Differenz zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert eine Länge von 8 Bits hat. Ferner wurde bei dem oben erläuterten Beispiel eine Erklärung des Beispiels gemäß einer 8-Bit-Ausgangsgröße gegeben, wobei jedoch die 8-Bit-Ausgabegröße lediglich als Beispiel zu werten ist. Es ist möglich, eine Linear-Korrekturgleichung mit Hilfe eines ähnlichen Verfahrens abzuleiten und zwar selbst mit einer anderen Zahl an Bits. Wenn beispielsweise eine Ausgangsgröße mit 10-Bit gewünscht wird, sollte die ideale A/D-Linie so eingestellt werden, daß die Differenz zwischen dem minimalen Wert und maximalen Wert der idealen A/D-Linie 10 Bits beträgt (1024).
Es wurde weiter oben eine Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben, die vorliegende Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf diese Ausführungsform beschränkt. Es sind vielfältige Betriebsarten möglich, solange diese in dem technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen. Beispielsweise wurden bei der ersten und der zweiten Ausführungsform die Annäherungskurven in den Bereichen alle durch Linien realisiert, welche zwei Enden der TAD-Ausgabekennlinienkurve in diesen Bereichen verbinden, es wird jedoch mit dem TAD 70 im Allgemeinen die A/D-Umsetzpräzision schlechter, je dichter oder je enger die Enden des Eingangsspannungsbereiches beieinander liegen. Daher gilt unter den aufgeteilten Bereichen für diese Bereiche, die den minimalen Wert und den maximalen Wert des Eingabespannungsbereiches enthalten (bei der ersten Ausführungsform die Bereiche 1 und 2, und bei der zweiten Ausführungsform die Bereiche 1 und 4), daß die Kurven nicht zu Annäherungslinien gemacht werden, die eine Verbindung mit einem Punkt herstellen, welcher die maximalen Werte (oder den minimalen Wert) der Eingangsspannung angeben. Vielmehr wird, wie beispielsweise in 13 gezeigt ist, die Annäherungskurve zu einer Linie gemacht, welche einen Koordinatenpunkt, der verschieden von dem maximalen und dem minimalen Wert der Eingangsspannung in dem Eingangsspannungsbereich ist, und einem Koordinatenpunkt eines Grenzteiles mit einem sich anschließenden Bereich verbindet.
Das heißt, bei dem Beispiel gemäß 13 wird in dem Bereich 1 die Annäherungslinie gewählt, die die Koordinatenpunkte (Va, Da) und (Vc, C) verbindet, während in dem Bereich 2 die Annäherungslinie gewählt wird, welche die Koordinatenpunkte (Vc, C) und (Vb, Db) verbindet. Ferner wird die Linearkorrekturgleichung in dem Fall der Einstellung der Annäherungskurve in dieser Weise, im Gegensatz zu der Gleichung (9), dies durch eine Gleichung (17) zum Ausdruck gebracht:
Wie ferner auch klar aus 13 hervorgeht, ist bei dem vorliegenden Beispiel in dem Bereich 1 die TAD-Ausgangskennlinie kleiner als die ideale A/D-Kennlinie in dem Bereich, in welchem die Eingangsspannung kleiner ist als Va, während umgekehrt die TAD-Ausgangskennlinie größer ist als die ideale A/D-Kennlinie und zwar in dem Bereich, in welchem die Eingangsspannung größer ist als Va. Auch in dem Bereich 2 gibt es eine ähnliche Neigung um die Eingangsspannung Vb herum. Es wird daher während der nicht-lineare Fehler dazu neigt zur negativen Seite hin zu tendieren und zwar bei der linearen Korrektur der ersten Ausführungsform, wie in 11 gezeigt ist, der nichtlineare Fehler nach der linearen Korrektur durch die Gleichung (17) reduziert und zwar sowohl hinsichtlich seiner Neigung zur positiven oder negativen Seite hin, wie in 14 gezeigt ist, so daß daher auch der Absolutwert des Fehlers kleiner wird.
Das gleiche trifft für den Fall der linearen Annäherung durch gleichmäßiges Aufteilen in vier Bereiche gemäß der zweiten Ausführungsform zu. Indem die Charakteri stik durch eine Linie angenähert wird, welche die Koordinatenpunkte verbindet, die verschieden sind von den zwei Enden des Eingangsspannungsbereiches und zwar in dem Bereich 1 und dem Bereich 4, wird es möglich, die positive und negative Tendenz des nicht-linearen Fehlers zu reduzieren, wie in 14 gezeigt ist, und auch den Absolutwert des Fehlers zu reduzieren.
Ferner wurden auch im Falle der dritten Ausführungsform die Koordinatenpunkte an den zwei Enden des Eingabebereiches dazu verwendet, um das Polynom zweiter Ordnung abzuleiten, es wird jedoch eine Annäherungskurve zweiter Ordnung mit höherer Präzision dann möglich, wenn die Gleichung unter Verwendung von irgendwelchen drei Punkten, die verschieden von den zwei Enden sind, abgeleitet wird. Ferner wurde bei der ersten und der zweiten Ausführungsform die Erläuterung gegeben, daß als Beispiel eine gleiche Aufteilung in zwei Bereiche und eine gleiche Aufteilung in vier Bereiche erfolgt, jedoch ist die Zahl, in die aufgeteilt wird, frei bestimmbar. Je größer die Zahl ist, in die eine Aufteilung erfolgt, je stärker der nicht-lineare Fehler reduziert werden. Je größer jedoch die Zahl wird, in die aufgeteilt wird, desto komplizierter wird die Schaltungskonfiguration zum Realisieren der linearen Korrektur, so daß die Zahl, in die aufgeteilt wird, unter Berücksichtigung eines Kompromisses zwischen der Komplexität der Konfiguration und der Korrekturpräzision bestimmt werden sollte. Ferner brauchen die Bereiche auch nicht notwendigerweise gleichmäßig aufgeteilt werden.
Wenn sich jedoch die Bereiche in den Weiten oder Breiten unterscheiden, wird jedoch die Umsetzgleichung für eine Annäherungslinie an die ideale A/D-Kennlinie kompliziert und es wird daher die Zeit, die für die lineare Korrektur benötigt wird, erhöht oder es wird die Schaltungskonfiguration zum Realisieren der linearen Korrektur kompliziert. Daher werden in bevorzugter Weise, wie gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform gezeigt ist, die Bereiche so aufgeteilt, daß sie die gleiche Länge besitzen (Eingangsspannungslänge).
Ferner können die Umsetzgleichungen (9) und (10) von den Annäherungslinien auf die ideale A/D-Linie (Linearkorrekturgleichung), wie anhand der ersten und der zweiten Ausführungsform erläutert wurde, auch unter Verwendung eines Verfahrens abgeleitet werden, bei dem eine Umsetzgleichung von einer Kurve zweiter Ordnung abgeleitet wird und zwar auf eine Linie, die anhand der dritten Ausführungsform erläutert ist. Das heißt, es wird möglich, sowohl eine Annäherungskurve als auch die ideale A/D-Linie durch Funktionen auszudrücken und die Gleichung unter Verwendung beispielsweise der Gleichung (2) aus der Beziehung der zwei abzuleiten. Die Verfahren können sich unterscheiden, jedoch sind dabei die Linear-Korrekturgleichungen, die erhalten werden, die gleichen.
Ferner wurde bei der ersten und der zweiten Ausführungsform lediglich die Korrektureinheit in einer FPGA konfiguriert, die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt, es ist auch möglich, den TAD 70 oder die Schaltlogik in der gleichen FPGA wie beispielsweise bei der dritten Ausführungsform zu konfigurieren.
Ferner stellt FPGA lediglich ein Beispiel dar. Beispielsweise kann die Erfindung auch durch ein ASIC, CPLD oder andere vielfältige ICs realisiert werden. Ferner ist es auch, wie durch eine unterbrochene Linie in 9 der dritten Ausführungsform gezeigt ist, möglich, das A/D-Umsetzsystem 60 mit einer Korrekturfunktion in einer einzelnen integrierten Halbleiterschaltung 101 (IIC) zu konfigurieren. Indem dies durchführt, wird es möglich, das System 60 als Ganzes kleiner und kostengünstiger zu gestalten. Gleiches trifft für die A/D-Umsetzsysteme 1 und 3 zu, mit den Korrekturfunktionen der ersten Ausführungsform (1) und der zweiten Ausführungsform (5). Die Systeme 1 und 30 können ebenfalls als integrierte ICs ausgeführt werden.
Ferner wurde in Verbindung mit den oben erläuterten Ausführungsformen eine Erläuterung des Beispiels der linearen Korrektur der Ausgangsgröße aus dem TAD 70 geliefert, jedoch sind die digitalen Daten für die lineare Korrektur natürlich nicht auf die TAD-Ausgabegröße beschränkt. Die Erfindung kann bei allen Arten von A/D-Umsetzern oder Wandlern angewendet werden, die eine nicht-lineare Ausgabekennlinie besitzen.
Während die Erfindung unter Hinweis auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, die zum Zwecke der Veranschaulichung ausgewählt wurden, sei darauf hingewiesen, daß zahlreiche Abwandlungen bei der Erfindung von Fachleuten vorgenommen werden können, ohne jedoch dabei das Grundkonzept und den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten, um digitale Daten zu korrigieren, die durch eine A/D-Umsetzung eines Analogsignals erhalten werden, mit den folgenden Schritten: Ausbilden einer Annäherungs-Polynomkurve ersten Grades, die an eine Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung in einem vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals angenähert ist, Einstellen einer idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie entsprechend der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung in dem vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals, Ableiten einer Umsetzgleichung zum Umsetzen von Koordinaten eines Punktes auf der Annäherungs-Polynomkurve, in Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie entsprechend dem gleichen Analogsignalwert, und Umsetzen der A/D-umgesetzten digitalen Daten mit Hilfe der Umsetzgleichung.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Ausbildung der Annäherungs-Polynomkurve einen Schritt umfasst gemäß Aufteilen eines vorbestimmten Eingabebereiches des Analogsignals in eine Vielzahl von Bereichen, und einen Schritt umfasst, bei dem die zwei Enden der Eingangs/Ausgangs-Kurve in jedem Bereich zur Bildung einer Annäherungslinie verbunden werden.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 2, bei dem jede der Annäherungslinien in einem Bereich, der einen minimalen Wert enthält, und in einem Bereich, der einen maximalen Wert in dem Analogsignal-Eingabebereich unter den Bereichen enthält, zu einer Linie gemacht wird, die irgendeinen Koordinatenpunkt, der verschieden ist von den zwei Enden der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurven in dem Bereich, und einen Grenzpunkt zu einem anderen angrenzenden Bereich verbindet, die an die Stelle einer Linie tritt, welche die genannten zwei Enden verbindet.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 2, bei dem die Längen der Analogsignale in den Bereichen alle gleich sind.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 1, bei dem bei dem Schritt der Ausbildung der Annäherungs-Polynomkurve die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve als eine Annäherungskurve gebildet wird, ausgedrückt durch ein Polynom von wenigstens zweiter Ordnung und nicht mehr als (M-1)-ter Ordnung, basierend auf irgendeiner Zahl M von Koordinaten auf der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 5, bei dem das Polynom eine Gleichung zweiten Grades bzw. eine quadratische Gleichung ist.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 6, bei dem die Gleichung zweiten Grades durch eine Funktion zweiter Ordnung gemäß x = c₀ + c₁y + c₂y² ausgedrückt wird, wobei das Analogsignal x ist, und die digitalen Daten, y, c₀, c₁ und c₂ sind.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 5, bei dem die Zahl M. der Koordinatenpunkte aus Koordinatenpunkten gebildet ist, die verschieden sind von den zwei Enden des Analogsignal-Eingabebereiches.
Verfahren zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 1, bei dem die ideale A/D-Kennlinie so eingestellt wird, dass die Differenz zwischen den digitalen Daten für den minimalen Wert des Analogsignals und den digitalen Daten für den maximalen Wert des Analogsignals in dem Analogsignal-Eingabebereich, zu einer vorbestimmten voreingestellten Bitlänge wird.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten, um digitale Daten zu korrigieren, die durch Einspeisen eines Analogsignals in einen A/D-Umsetzer erhalten werden, mit: einer Bezugssignal-Eingabeeinheit zum Einspeisen einer Vielzahl von Analogsignalwerten als Bezugssignale in den A/D-Umsetzer in einem vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals, einer eine angenäherte Polynomkurve bildende Einheit, um wenigstens eine Annäherungs-Polynomkurve erster Ordnung abzuleiten, um eine Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung anzunähern, basierend auf Bezugs-Digitaldaten, die von dem A/D-Umsetzer bei der Eingabe der Bezugssignale ausgegeben werden, einer die ideale Eingangs/Ausgangs-Kennlinie einstellende Einheit zum Einstellen einer idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie entsprechend der Eingangs/Aus gangs-Kennlinie der A/D-Umsetzung in dem vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals, einer eine Umsetzgleichung ableitende Einheit, um eine Umsetzgleichung zum Umsetzen von Koordinaten eines Punktes auf der Annäherungs-Polynomkurve in Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie umzusetzen, entsprechend dem gleichen Analogsignalwert, und einer Datenumsetzeinheit zum Umsetzen der digitalen Daten, die von dem A/D-Umsetzer ausgegeben werden, unter Verwendung der Umsetzgleichung.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 10, bei dem die Bezugssignal-Eingabeeinheit den vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals in eine Vielzahl von Bereichen aufteilt, ferner den minimalen Wert und den maximalen Wert des Analogsignals in dem vorbestimmten Bereich und die Werte der Grenzpunkte der Bereiche als Bezugssignale verwendet, und diese in den A/D-Umsetzer einspeist, während die die Annäherungs-Polynomkurve bildende Einheit eine Annäherungslinie ableitet, die an die Eingangs/Ausgangs-Kennlinie der A/D-Umsetzung für jeden Bereich angenähert ist, basierend auf den Bezugs-Digitaldaten, die bei der Einspeisung der Bezugssignale erhalten werden.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 11, bei dem die Bezugssignal-Eingabeeinheit anstelle des minimalen Wertes des analogen Signals einen Analogsignalwert als Bezugssignal verwendet, der verschieden ist von dem Minimalwert des Analogsignals und der kleiner ist als alle anderen Bezugssignale, und die als Bezugssignalwert anstelle des maximalen Wertes des Analogsignals ein Analogsignal verwendet, welches verschieden ist von dem Maximalwert des Analogsignals und größer ist als alle anderen Bezugssignale.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 11, ferner mit einer Aufteil-Einstelleinrichtung, die irgendeine Anzahl von Bereichen einstellen kann.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 10, bei dem die Bezugssignal-Eingabeeinheit eine Zahl M von Analogsignalwerten eines vorbestimmten Eingabebereiches des Analogsignals als Bezugssignale in den A/D-Umsetzer einspeist, während die die Annäherungs-Polynomkurve berechnende Einheit eine Annäherungskurve ableitet, die durch ein Polynom von wenigstens zweiter Ordnung und nicht mehr als (M-1)-ter Ordnung ausgedrückt ist und an die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung angenähert ist, basierend auf Bezugs-Digitaldaten, die von dem A/D-Umsetzer ausgegeben werden.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 14, bei dem die Bezugssignal-Eingabeeinheit drei Analogsignalwerte in den A/D-Umsetzer als Bezugssignale einspeist, während die ein Polynom ableitende Einheit ein Polynom zweiter Ordnung als das genannte Polynom ableitet.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 14, bei dem die Bezugssignal-Eingabeeinheit Analogsignalwerte, die verschieden sind von dem minimalen Wert und dem maximalen Wert in dem Analogsignal-Eingabebereich, als Bezugssignale in den A/D-Umsetzer einspeist.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 10, welches in einer einzelnen integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet ist.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 17, welches als eine einzelne integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet ist, die auch den A/D-Umsetzer enthält.
Gerät zum Korrigieren von A/D-umgesetzten Ausgangsdaten nach Anspruch 10, bei dem: der A/D-Umsetzer folgendes aufweist: eine Impulsverzögerungsschaltung, die aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Verzögerungseinheiten gebildet ist, um ein Impulssignal auszugeben, welches um eine Verzögerungszeit in Einklang mit dem Spannungspegel des Analogsignals verzögert wird, und um ein Impulssignal zu übertragen, während dieses aufeinanderfolgend verzögert wird und zwar um Verzögerungszeiten der Verzögerungseinheiten, und eine Detektoreinrichtung zum Detektieren der Anzahl der Verzögerungseinheiten, die das Impulssignal in einer voreingestellten Samplingperiode hindurch verläuft, und welche das Detektionsergebnis der Detektoreinrichtung als digitale Daten ausgibt und zwar als ein A/D-Umsetzergebnis für das analoge Signal, und wobei die Datenumsetzeinrichtung die digitalen Daten aus dem A/D-Umsetzer in Einklang mit der Umsetzgleichung umsetzt.
A/D-Umsetzsystem, mit: einer A/D-Umsetzeinheit zum Umsetzen eines Analogsignals in digitale Daten, einer Bezugssignal-Eingabeeinheit zum Einspeisen einer Vielzahl von Analogsignalwerten als Bezugssignale in die A/D-Umsetzeinheit in einem vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals, eine eine angenäherte Polynomkurve formende Einheit zum Ableiten einer angenäherten Polynomkurve, um eine Annäherung an die Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung vorzunehmen und zwar basierend auf Bezugs-Digitaldaten, die von der A/D-Umsetzeinheit bei Eingabe des Bezugssignals ausgegeben werden, eine eine ideale Eingangs/Ausgangs-Kennlinie einstellende Einheit zum Einstellen einer idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie entsprechend der Eingangs/Ausgangs-Kennlinienkurve der A/D-Umsetzung in dem vorbestimmten Eingabebereich des Analogsignals, eine eine Umsetzgleichung ableitende Einheit zum Ableiten einer Umsetzgleichung zum Umsetzen von Koordinaten eines Punktes auf der Annäherungs-Polynomkurve in Koordinaten eines Punktes auf der idealen Eingangs/Ausgangs-Kennlinie entsprechend dem gleichen Analogsignalwert, und einer Datenumsetzeinheit zum Umsetzen der digitalen Daten, die von der A/D-Umsetzeinheit ausgegeben werden, unter Verwendung der Umsetzgleichung.