DE10231999B4

DE10231999B4 - Analog/Digital-Umwandlungsverfahren und dazugehörige Vorrichtung

Info

Publication number: DE10231999B4
Application number: DE10231999.5A
Authority: DE
Inventors: Takamoto Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP4396063B2; US20030011502A1; JP2003032113A; US6850178B2; DE10231999A1

Abstract

Analog-Digital-Umwandlungsverfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten, das folgende Schritte aufweist: Anlegen der Eingangsspannung an eine erste Impulsverzögerungsschaltung, welche eine Vielzahl von in Reihe verbundenen ersten Verzögerungsgliedern aufweist, als ein Signal, das zum Steuern einer Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes der ersten Verzögerungsglieder vorgegeben wird, wobei die ersten Verzögerungsglieder mit Gatter-Schaltungen realisiert sind; Anlegen der Eingangsspannung an eine zweite Impulsverzögerungsschaltung, welche eine Vielzahl an in Reihe verbundenen zweiten Verzögerungsgliedern aufweist, als ein Signal, das zum Steuern einer Verzögerungszeit, die durch jedes der zweiten Verzögerungsglieder vorgegeben wird, in einer Richtung verwendet wird, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, mit welcher die Verzögerungsschaltung gesteuert wird, die durch die erste Verzögerungszeit vorgegeben wird, wobei die zweiten Verzögerungsglieder durch Gatter-Schaltungen realisiert sind; und Aktivieren der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen, numerisches Berechnen des Verhältnisses der Übertragungsraten, mit welchen gepulste Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, und Umwandeln der Eingangsspannung in numerische Daten, welche dem numerisch berechneten Verhältnis der Übertragungsraten entsprechen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Analog/Digital-Umwandlungsverfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten (d. h. digitale Daten).
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die US 5 396 247 A offenbart eine A/D Umwandlungsschaltung zu Umwandeln eines analogen Spannungssignals in entsprechende Digitaldaten mit einer Impulszirkulierschaltung umfassend Invertierschaltungen jeweils zum Invertieren eines Eingangssignals dieser und zum Ausgeben einer Invertierung des Eingangssignals dieser und zum Ausgeben einer Invertierung des Eingangssignals, wobei sich eine Zeitdauer der Signalinvertierung in jeder der Invertierschaltungen in Übereinstimmung mit einer an diesen anliegenden Versorgungsspannung ändert, wobei eine der Invertierschaltung eine Anfangsinvertierschaltung bildet, deren Invertieroperation steuerbar ist, und wobei die Impulszirkulierschaltung ein Impulssignal nach dem Operationsbeginn der Anfangsinvertierschaltung durch diese zirkuliert, und ferner mit einem Eingangsanschluss, einem Zähler, einer Zirkulationspositionserfassungseinrichtung, einer Steuereinrichtung und einer Ausgabevorrichtung.
In der Vergangenheit sind Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten (d. h. digitale Daten) unter Verwendung einer Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl von Verzögerungsgliedern aufweist, verwendet worden, die alle mit in Reihe verbundenen Gatter-Schaltungen realisiert worden sind. Eine derartige Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nummer 5-259907 offenbart. Diese Art von Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung ist beispielsweise wie in 8A oder 8B aufgebaut.
Die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in 8A weist eine Impulsverzögerungsschaltung 10 und eine Latch- und Kodiererschaltung 12 auf. Die Impulsverzögerungsschaltung 10 weist eine Vielzahl von Verzögerungsgliedern 2 auf, die in Reihe verbunden sind. Das Verzögerungsglied 2 verzögert einen Eingangsimpuls Pin um eine vorbestimmte Verzögerungszeit und gibt diesen aus. Die Latch- und Kodiererschaltung 12 erfaßt bzw. hält (engl.: latches) die Position des Eingangsimpulses Pin in der Impulsverzögerungsschaltung 10, bis zu welcher der Eingangsimpuls Pin gekommen ist, mit der ansteigenden Flanke (oder abfallenden Flanke) eines Abtastsignals CKS, das von außerhalb empfangen wird. Die Latch- und Kodiererschaltung 12 wandelt anschließend das Ergebnis der Erfassung in digitale Daten DT um, welche aus einer vorbestimmten Anzahl an Bits bestehen und die Anzahl an Verzögerungsgliedern darstellen, die auf das Verzögerungsglied 2 folgen, welches der Eingangsimpuls Pin gerade durchlaufen hat, und übertragen die digitalen Daten.
Die Verzögerungsglieder 2, die die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, werden durch Gatter-Schaltungen realisiert, die jeweils einen Inverter oder dergleichen enthalten. Eine Eingangsspannung Vin, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist, wird an jedes Verzögerungsglied 2 über einen Zwischenspeicher bzw. Puffer 14 oder dergleichen angelegt.
Folglich ist die Verzögerungszeit, die durch das jeweilige Verzögerungsglied 2 vorgegeben ist, proportional zu dem Wert der Eingangsspannung Vin. Genauer gesagt, ist die Anzahl an Verzögerungsgliedern 2, welche der Eingangsimpuls Pin innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 während eines Abtastzyklusses TS des Abtastsignals CKS durchlaufen hat, proportional zu dem Wert der Eingangsspannung Vin.
9A zeigt beispielhaft graphisch beispielhafte Veränderungen in den Eingängen der Verzögerungsglieder 2(1), 2(2), 2(3), usw., die auftreten, wenn der Eingangsimpuls Pin innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 übertragen wird. Wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungsglied 2 dem Eingangsimpuls Pin verliehen wird, kurz, wenn die Eingangsspannung Pin hoch ist. Dadurch erhöht sich die Anzahl an Verzögerungsgliedern 2, welche der Eingangsimpuls Pin innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 während eines Abtastzyklus TS durchläuft (in der Zeichnung sind dies zehn Verzögerungsglieder, beginnend mit dem ersten Verzögerungsglied 2(1) und endend mit der zehnten Verzögerungsschaltung 2(10)). Wenn die Eingangsspannung Vin niedrig ist, ist die durch jedes Verzögerungsglied 2 dem Eingangsimpuls Pin verliehene Verzögerungszeit lang. Daher verringert sich die Anzahl an Verzögerungsgliedern 2, durch welche der Eingangsimpuls Pin innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 während eines Abtastzyklusses TS durchläuft (in der Zeichnung sind dies sieben Verzögerungsglieder beginnend mit dem ersten Verzögerungsglied 2(1) und endend mit dem siebten Verzögerungsglied 2(7)).
Folglich variiert der Ausgang bzw. das Ausgangssignal (d. h. die digitalen Daten DT) der Latch- und Kodiererschaltung 12 abhängig von dem Pegel der Eingangsspannung Vin. Die digitalen Daten DT repräsentieren numerische Daten, die aus der Analog/Digital-Umwandlung der Eingangsspannung Vin resultieren.
Bei der in 8A gezeigten Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung variiert die Übertragungsrate des SP, mit welcher der Eingangsimpuls Pin innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 übertragen wird, wie in 9B gezeigt, in Proportion zu der Eingangsspannung Vin, die als eine Ansteuerspannung an jedes Verzögerungsglied 2 angelegt ist. Die Latch- und Kodiererschaltung 12 wird daher zum Messen der Anzahl an Verzögerungsgliedern 2, welche der Eingangsimpuls Pin durchlaufen hat, in Intervallen eines vorbestimmten Abtastzyklus TS verwendet. Somit wird die Eingangsspannung Vin in numerische Daten (digitale Daten DT) umgewandelt.
Die in 8B gezeigte Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung unterschiedet sich von der in 8A gezeigten Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung darin, daß das erste Verzögerungsglied 2, die in der Impulsverzögerungsschaltung 10 enthalten ist, mit einem AND-Gatter realisiert ist, von dem eines seiner Eingangsanschlüsse als Aktivierungsanschluß dient. Der andere Eingangsanschluß des ersten Verzögerungsglieds 2 ist mit dem Ausgangsanschluß des letzten Verzögerungsglieds 2 verbunden, wodurch alle Verzögerungsglieder ringförmig verbunden sind. Somit ist die Impulsverzögerungsschaltung 10 als eine Ringverzögerungsleitung (RDL) aufgebaut, die einen Eingangsimpuls Pin durch sich zirkulieren läßt. Überdies sind in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung ein Zähler 16 und eine Halteschaltung (latching circuit) 18 enthalten. Der Zähler 16 zählt die Anzahl, wie oft der Eingangsimpuls Pin innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung zirkuliert ist. Die Halteschaltung 18 hält den durch den Zähler 16 erzeugten Zählwert bei einer ansteigenden Flanke (oder abfallenden Flanke) des Abtastsignals CKS fest.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung mit dem vorhergehenden Schaltungsaufbau sind die durch die Latch- und Kodiererschaltung 12 vorgesehenen digitalen Daten digitale Daten DT, deren niederwertige Bits a dem Pegel der Eingangsspannung Vin zugeordnet sind und dessen höherwertigen Bits b dem durch die Halteschaltung 18 übertragenen Zählwert zugeordnet sind. Verglichen mit der in 8A gezeigten Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung kann die Anzahl an Verzögerungsgliedern 2, die die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, verringert werden.
Wie es in 9C gezeigt ist, wird bei der vorhergehenden herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche der Eingangsimpuls durchlaufen hat, in Intervallen eines bestimmten Abtastzyklus TS numerisch berechnet. Somit wird die Eingangsspannung Vin in die numerischen Daten (digitale Daten DT) umgewandelt. Die Auflösung der Analog/Digital-Umwandlung wird durch die Zeit (Verzögerungszeit) bestimmt, die der Eingangsimpuls Pin für das Durchlaufen jedes Verzögerungsglieds 2 benötigt.
Die durch das Verzögerungsglied 2 vorgegebene Verzögerungszeit wird durch die Eigenschaften der Gatter-Schaltungen, aus denen die Verzögerungsglieder realisiert sind, bestimmt. Um die Auflösung bei der durch die herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen durchgeführten Analog/Digital-Umwandlung zu verbessern, muß die durch jede Gatter-Schaltung vorgegebene Gatter-Laufzeit (Verzögerungszeit des Gliedes) durch ausgeklügelte Gatter-Schaltungsherstellungsverfahren verkürzt werden. Dies stellt einen jedoch vor dem Problem, daß die Verbesserung der Auflösung bei einer Analog/Digital-Umwandlung durch das Gatterherstellungsverfahren begrenzt ist.
10 zeigt eine beispielhaftes Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Auflösung für eine Spannung, die ein digitalisierter Wert ist, einer Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungsglied 2 vorgegeben ist (Gatterlaufzeit Td) und einer Entwurfsregel bei der Herstellung eines CMOS-Inverters (CMOS-Entwurfsregel) zeigt.
Hierbei ist das in der in 8A gezeigten Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung enthaltene Verzögerungsglied 2 mit zwei CMOS-Invertern realisiert, und die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung arbeitet bei einer Frequenz des Abtastsignals CKS (Abtastfrequenz) von 10 kHz und bei einer Umgebungstemperatur von 25°C. Um die Auflösung für die Spannung, die ein durch die herkömmliche Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung erzeugter digitalisierter Wert ist, zu verbessern, muß die CMOS-Entwurfsregel kleiner gemacht werden, so daß die durch das Verzögerungsglied 2 vorgegebene Gatterlaufzeit Td kürzer wird. Hierfür scheint es derzeit keinen anderen Weg zu geben, als auf eine für die Herstellung einer Gatter-Schaltung, die das Verzögerungsglied 2 realisiert, erforderliche Verbesserung von bestehenden Herstellungstechnologien für Mikrostrukturen zu warten.
Über dies sollten bei den herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen der Abtastzyklus TS verkürzt werden, um eine Analog/Digital-Umwandlungsgeschwindigkeit bzw. -rate zu vergrößern. Jedoch führt ein Verkürzen des Abtastzyklus TS zu einer Verringerung bei der Anzahl an Bits, die die digitalen Daten bilden, die in Proportion zu der Eingangsspannung Vin erzeugt werden, und damit zu einer Verringerung bei der Auflösung. Daher können die Analog/Digital-Umwandlungvorrichtungen nicht an eine Anwendung angepaßt werden, die eine Hochgeschwindigkeit-Analog/Digital-Umwandlung erfordern, was zu einer gewünschten Auflösung von beispielsweise 10 Bit und 1 MHz führt, aufgrund der unzureichenden Umwandlungsgeschwindigkeit.
Andererseits variiert bei den herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen die Verzögerungszeit, die durch jede der Verzögerungsglieder 2, die die Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegeben ist, nicht nur abhängig von der Eingangsspannung Vin, sondern ebenso abhängig von der Betriebsumgebung, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur. Das heißt, obgleich die Eingangsspannung Vin unverändert bleibt, wird die Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungsglied 2 vorgegeben wird, kürzer, wenn die Temperatur niedrig ist. Folglich nimmt die Übertragungsrate SP des Eingangsimpulses Pin innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 einen Wert an, wie in 9B gezeigt, der erreicht wird, wenn die Eingangsspannung Vin hoch ist. Im Gegensatz dazu wird die Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungsglied 2 vorgegeben ist, länger, wenn die Temperatur hoch ist. Daher nimmt die Übertragungsrate SP des Eingangsimpulses innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 einen Wert an, wie in 9B gezeigt, der erreicht wird, wenn die Eingangsspannung Vin niedrig ist.
Bei Bemühungen die vorhergehenden Probleme zu lösen, werden die in beispielsweise den veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldungen Nummer 7-154256 , 5-37378 , 11-44585 und 11-64135 offenbarten Verfahren verwendet. Das heißt, sowohl die Eingangsspannung Vin, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist als auch eine konstante Referenzspannung werden digitalisiert, ein Verhältnis der resultierenden Datenelemente wird berechnet und eine Variation bzw. Abweichung des digitalisierten Wertes der Eingangsspannung Vin, die von einer Umgebungsveränderung herrührt, wird ausgeglichen. Gemäß dieser Gegenmaßnahme muß die Analog/Digital-Umwandlung der Eingangsspannung Vin und die Analog/Digital-Umwandlung der Referenzspannung durch ein aufeinanderfolgendes Umschalten der Eingänge der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung durchgeführt werden. Es wird daher eine viel zu lange Zeit zum Erlangen eines gewünschten digitalisierten Werts benötigt. Überdies muß sowohl eine Umschaltschaltung zum Umschalten der Eingänge der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung und als auch eine Schaltung zum Ausgleichen einer Abweichung zusätzlich enthalten sein. Dies stellt einen vor das Problem, daß der Aufbau der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung komplex wird und die Herstellungskosten dafür sich erhöhen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die vorherstehenden Probleme des Standes der Technik zu lösen. Dabei ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung zu schaffen, die eine Eingangsspannung durch Verwendung von Impulsverzögerungsschaltungen, von denen jede eine Vielzahl von in Reihe verbundenen Verzögerungsgliedern aufweist, in numerische Daten umzuwandeln. Hierbei kann die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung eine hohe Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung und eine hohe Analog/Digital-Umwandlungsrate anbieten. Die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung zu schaffen, die einen digitalisierten Wert vorsieht, der ungeachtet einer Umgebungsveränderung, wie beispielsweise einer Veränderung bei der Umgebungstemperatur, stabil bleibt.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Analog/Digital-Umwandlungsverfahren vorgesehen, das zum Erzielen der ersten Aufgabe gedacht ist. Hierbei werden zwei Impulsverzögerungsschaltungen (erste und zweite Impulsverzögerungsschaltungen) zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten (digitale Daten) verwendet.
Gemäß dem Verfahren, mit welchem die vorliegende Erfindung implementiert ist, wird eine Eingangsspannung, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist, an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern der durch die ersten Verzögerungsglieder, die die erste Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Die Eingangsspannung Vin wird an die zweite Verzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern einer durch die zweiten Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Eingangsspannung Vin als das Signal, das zum Steuern der Verzögerungszeit verwendet wird, in einer Richtung angelegt, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in welcher die Verzögerungszeit innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung gesteuert wird. Das heißt, wenn die durch jedes der ersten Verzögerungsglieder vorgegebene Verzögerungszeit verkürzt wird, wird die durch jedes der zweiten Verzögerungsglieder vorgegebene Verzögerungszeit länger. Wenn die durch die ersten Verzögerungsglieder vorgegebene Verzögerungszeit verlängert wird, wird die durch die zweiten Verzögerungsglieder vorgegebene Verzögerungszeit verkürzt.
Wenn die Eingangsspannung Vin hoch ist, wird folglich die Transfer- bzw. Übertragungsrate, bei welcher ein pulsierendes bzw. gepulstes Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, verringert, falls die Übertragungsrate, mit welcher ein gepulstes Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, ansteigt. Wenn im Gegensatz dazu die Eingangsspannung Vin niedrig ist, wird eine Übertragungsrate, mit welcher das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, vergrößert, falls die Übertragungsrate, bei welcher das gepulste Signal innerhalb der ersten Verzögerungsschaltung übertragen wird, verringert wird.
Gemäß dem Verfahren, mit welchen die folgende Erfindung implementiert ist, werden die Impulsverzögerungsschaltungen in diesem Zustand aktiviert und gepulste Signale werden innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen übertragen. Das Verhältnis der Übertragungsraten, mit welchen die gepulsten Signale innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, wird numerisch berechnet. Die Eingangsspannung Vin wird somit in numerische Daten umgewandelt.
Gemäß dem Verfahren, mit welchem die folgende Erfindung implementiert ist, wird, wenn, wie oben erwähnt, die Eingangsspannung hoch ist und die Übertragungsrate, mit welcher das gepulste Signal in der ersten Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, angehoben wird, das Verhältnis der Übertragungsrate zu der niedrigeren Übertragungsrate, mit welcher das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, numerisch berechnet. Folglich kann ein größerer Wert als numerische Daten (digitale Daten) eingestellt werden, der als Resultat der Analog/Digital-Umwandlung übertragen werden soll. Wenn im Gegensatz dazu die Eingangsspannung Vin niedrig ist und die Übertragungsrate, mit welcher das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, niedrig ist, wird das Verhältnis der Übertragungsrate zu der höheren Übertragungsrate, mit welcher das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, numerisch berechnet. Folglich kann ein kleinerer Wert als die numerischen Daten (digitale Daten), die als Ergebnis der Analog/Digital-Wandlung übertragen werden sollen, eingestellt werden.
Gemäß den Verfahren, mit welchem die folgende Erfindung implementiert ist, kann, verglichen mit den herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsverfahrens zum Umwandeln einer Eingangsspannung Vin in numerische Daten unter Verwendung einer Impulsverzögerungsschaltung, eine Auflösung, bis zu welchem Grad eine Spannung als zu erzielende numerische Daten (digitale Daten) diskriminiert bzw. unterschieden werden kann, verbessert werden. Das heißt, gemäß dem Verfahren, in welchem die vorliegenden Erfindung implementiert ist, kann im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren eine Auflösung bei einer Analog/Digital-Umwandlung, wie mit einem gestrichelten Pfeil in 10 angedeutet, bis zu einem gewünschten Grad ohne eine Begrenzung, die durch ein Herstellungsverfahren auferlegt wird, das zur Herstellung eines Verzögerungsglieds geeignet ist (eine CMOS-Entwurfsregel), verbessert werden.
Wenn überdies beispielsweise die Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung auf den gleichen Wert wie bei der Auflösung, die die herkömmlichen Verfahren anbieten, eingestellt wird, kann die Zeit die zum Messen einer Übertragungsrate notwendig ist (d. h. ein Abtast-Zyklus), bei welchem ein Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird, verringert werden, um diese Auflösung anzubieten. Daher kann gemäß dem Verfahren, in welchem die vorliegende Erfindung implementiert ist, verglichen mit den herkömmlichen Verfahren die Zeit, die zum Digitalisieren der Eingangsspannung Vin bei einer vorbestimmten Auflösung erforderlich ist, verkürzt werden und eine Analog/Digital-Umwandlungsrate kann angehoben werden.
Gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, in welchem der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert ist, wird die Eingangsspannung Vin, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist, an einer ersten Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern einer der durch jeder der ersten Verzögerungsglieder, die die erste Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebene Verzögerungszeit verwendet wird. Die Eingangsspannung wird an eine zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, daß zum Steuern einer durch jede der zweiten Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebene Verzögerungszeit verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Eingangsspannung Vin zum Steuern der Verzögerungszeit in einer Richtung angelegt, die der Richtung entgegengesetzt ist, mit welcher die Verzögerungszeit innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung gesteuert wird. Gemäß einem Verfahren, in welchem der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert ist, kann die Anwendung der Signale ohne weiteres realisiert werden.
Gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, in welchem der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert ist, wird ein Signal, das durch Verstärkung der Eingangsspannung Vin mit einem Verstärkungsfaktor von n erzeugt wird, oder ein Signal, das durch Hinzufügen einer vorbestimmten ersten Offset-Spannung zu dem Signal, das aus der Verstärkung resultiert, erzeugt wird, an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern einer durch jeder der ersten Verzögerungsglieder vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Ein Signal, das durch Verstärkung der Eingangsspannung Vin mit einem Verstärkungsfaktor von m (wobei m und n Werte sind, die zueinander entgegengesetzte Vorzeichen von plus und minus aufweisen) erzeugt wird, oder ein Signal, das durch Hinzufügen einer vorbestimmten zweiten Offset-Spannung zu dem Signal, das aus der Verstärkung resultiert, erzeugt wird, wird an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern der durch jeden der zweiten Verzögerungsglieder vorgegebene Verzögerungszeit verwendet wird.
Gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert aufweist, ist eine Richtung, in welcher sich eine an die erste Impulsverzögerungsschaltung angelegte Spannung sich mit einer Änderung der Eingangsspannung Vin ändert, einer Richtung entgegengesetzt, in welcher sich eine an die zweite Impulsverzögerungsschaltung angelegte Spannung dazu ändert. Folglich kann die durch jedes der Verzögerungsglieder (erste oder zweite Verzögerungsglieder), die eine der Impulsverzögerungsschaltungen bilden, vorgegebene Verzögerungsspannung auf der Grundlage der Eingangsspannung Vin in einer Richtung geändert werden, die entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in welcher die durch jedes der Verzögerungsglieder, die die andere Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebene Verzögerungszeit geändert wird.
Der Verstärkungsfaktor n oder m, um welchen die Eingangsspannung verstärkt wird, um die Spannung zu erzeugen, die an jede der Impulsverzögerungsschaltungen angelegt werden soll, sollte auch einen geeigneten Wert gemäß einer Varianz der Eingangsspannung, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist, eingestellt werden. Falls beispielsweise die Varianz der Eingangsspannung zu groß ist, sollten die Verstärkungsfaktoren n und m auf Werte kleiner als 1 eingestellt werden. Falls die Varianz der Eingangsspannung Vin zu klein ist, sollten die Werte der Verstärkungsfaktoren n und m auf Werte größer als 1 eingestellt werden. Falls die Varianz der Eingangsspannung Vin für eine Analog/Digital-Umwandlung geeignet sind, sollten die Verstärkungsfaktoren n und m auf 1 s eingestellt werden.
Überdies werden die ersten und zweiten Offset-Spannungen verwendet, um die Spannung, welche an jede der Impulsverzögerungsschaltungen angelegt wird, immer positiv zu halten, wenn die Eingangsspannung Vin sich positiv und negativ in Bezug auf ein Massepotential in jeder Impulsverzögerungsschaltung ändert. Die Offset-Spannungen sollten auf geeignete Werte bzw. Pegel gemäß der Eingangsspannung eingestellt werden, die ein Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist.
Zum Beispiel wird angenommen, daß die Verstärkungsfaktoren n und m, durch welche die Eingangsspannung Vin zum Erzeugen der Signale, die an die Impulsverzögerungsschaltungen angelegt werden sollen, verstärkt wird, oder die ersten und zweiten Offset-Spannungen auf den gleichen Wert eingestellt sind. Für diesen Fall können die Übertragungsraten, mit welchen die gepulsten Signale in den zwei Impulsverzögerungsschaltungen (erste und zweite Impulsverzögerungsschaltungen) übertragen werden, in zueinander entgegengesetzten Richtungen in gleichen Schritten verändert werden. Verglichen mit dem Fall, bei dem eine Impulsverzögerungsschaltung zum Digitalisieren der Eingangsspannung verwendet wird, kann eine Auflösung einer Analog/Digital-Umwandlung verdoppelt werden. Andererseits können beispielsweise die Verstärkungsfaktoren n und m, durch welche die Eingangsspannung zum Erzeugen der Signale, die an die Impulsverzögerungsschaltungen angelegt werden sollen, verstärkt wird, oder die ersten und zweiten Offset-Spannungen auf verschiedene Werte eingestellt werden. In diesem Fall kann die Auflösung bei einer Analog/Digital-Umwandlung auf irgendeinen Wert abhängig von dem Verhältnis der Werte eingestellt werden.
Ein Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert aufweist, ist zum Erzielen der zuvor erwähnten zweiten Aufgabe gedacht. Ähnlich zu dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den ersten Aspekt der Erfindung implementiert aufweist, werden zwei Impulsverzögerungsschaltungen (erste und zweite Impulsverzögerungsschaltungen) zum Umwandeln der Eingangsspannung Vin in numerische Daten (digitale Daten) verwendet. Ein Unterschied zu dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den ersten Aspekt implementiert aufweist, liegt in der Verwendung der zweiten Impulsverzögerungsschaltung.
Genauer gesagt wird gemäß dem vorliegenden Verfahren die Eingangsspannung Vin, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist, an die erste Verzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern einer durch jedes der ersten Verzögerungsglieder, die die erste Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebene Verzögerungszeit verwendet wird. Eine vorbestimmte Referenzspannung wird an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern einer durch jedes der zweiten Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. In diesem Zustand werden die Impulsverzögerungsschaltungen aktiviert und gepulste Signale werden innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen übertragen. Das Verhältnis der Übertragungsraten, mit welchen die gepulsten Signale innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, wird numerisch berechnet. Somit wird die Eingangsspannung in numerische Daten umgewandelt.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren kann ein Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung, der aus einer Umgebungsveränderung, wie beispielsweise einer Veränderung bei der Temperatur, stammt, durch ein Verändern bei der durch jedes der Verzögerungsglieder, die die Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit ausgeglichen werden. Dies führt zu einer Verringerung beim Fehler in einer Analog/Digital-Umwandlung.
Insbesondere wird gemäß dem vorliegenden Verfahren die Referenzspannung an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt, das zum Steuern der durch jeder der zweiten Verzögerungsschaltung vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Jedoch bleibt bei einer Umgebungsveränderung, wie beispielsweise einer Veränderung in der Temperatur, die durch die zweiten Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebene Verzögerungszeit konstant. Wenn beispielsweise die Umgebungstemperatur ansteigt, wird die Verzögerungszeit länger. Wenn im Gegensatz dazu die Umgebungstemperatur fällt, wird die Verzögerungszeit kürzer. Zu diesem Zeitpunkt bzw. hierbei ändert sich die durch die ersten Verzögerungsglieder, die die erste Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebene Verzögerungszeit entsprechend. Gemäß dem vorliegenden Verfahren, wird das Verhältnis der Übertragungsraten, mit welcher die gepulsten Signale in den Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, numerisch berechnet. Die Eingangsspannung Vin wird somit digitalisiert. Während der numerischen Berechnung wird die Änderung der durch jeder der Verzögerungsschaltungen vorgegebenen Verzögerungszeit, welche von der Veränderung in einer Umgebung herrührt, beispielsweise einer Veränderung in der Temperatur, die in jeder Impulsschaltung auftritt, ausgeglichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann folglich ein digitaler Wert, der stabil ist (numerische Daten), vorgesehen werden, der von der Umgebungsänderung, wie beispielsweise einer Änderung in der Temperatur, unbeeinflußt bleibt. Ein Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung kann somit verringert werden.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird eine Analog/Digital-Umwandlung der Eingangsspannung Vin gleichzeitig mit einer Analog/Digital-Umwandlung der Referenzspannung durchgeführt. Verglichen mit den herkömmlichen Analog/Digital-Wandlern, bei welchen eine Analog/Digital-Umwandlung der Eingangsspannung Vin und eine Analog/Digital-Umwandlung der Referenzspannung sequentiell bzw. aufeinanderfolgend durchgeführt werden und eine Korrekturberechnung danach durchgeführt wird, kann die Analog/Digital-Umwandlung der Eingangsspannung mit einer hohen Geschwindigkeit erzielt werden.
Um einen Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung durch Verwendung des vorliegenden Verfahrens zuverlässiger zu unterdrücken, werden die zwei Impulsverzögerungsschaltungen (erste und zweite Impulsverzögerungsschaltungen), die für eine Analog/Digital-Umwandlung verwendet werden, vorzugsweise mit dem gleichen Schaltungsaufbau entworfen.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann auch bei dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den dritten Aspekt implementiert aufweist, ähnlich zu dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den zweiten Aspekt implementiert aufweist, ein Signal, das durch Hinzufügen der ersten Offset-Spannung mit einem vorbestimmten Wert zu der Eingangsspannung Vin oder durch Hinzufügen der ersten Offset-Spannung zu der Eingangsspannung Vin, die durch den Verstärkungsfaktor n verstärkt worden ist, an die erste Impulsverzögerungsschaltung angelegt werden. Der Verstärkungsfaktor n oder die erste Offset-Spannung können auf einen geeigneten Wert abhängig von der Varianz der Eingangsspannung Vin eingestellt werden.
Falls in diesem Fall die erste Offset-Spannung und die Referenzspannung unter Verwendung der gleichen Leistungsversorgung erzeugt werden, kann eine Variation bzw. Abweichung der ersten Offset-Spannung und eine Variation bzw. Abweichung der Referenzspannung, welche von einer Abweichung einer Versorgungsspannung herrühren, durch ein Verändern der durch jedes der Verzögerungsglieder, die die Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebene Verzögerungszeit ausgeglichen werden.
Bei den Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, die darin die ersten bis vierten Aspekte implementiert aufweisen, wird das Verhältnis der Übertragungsraten, mit welchen die gepulsten Signale in den zwei Impulsverzögerungsschaltungen (erste und zweite Impulsverzögerungsschaltungen) übertragen werden, numerisch berechnet. Die Eingangsspannung Vin wird somit in numerische Daten umgewandelt. Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn das Verhältnis der Übertragungsraten numerisch berechnet wird, die Anzahl der Verzögerungsglieder, durch welche ein gepulstes Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung läuft als eine Information verwendet, die eine Übertragungsrate darstellt, bei welcher das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird.
In diesem Fall wird die Anzahl an Verzögerungsgliedern, durch welche das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung läuft, durch ein Zählen der Anzahl an Verzögerungsgliedern gemessen, durch welche das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung während einer vorbestimmten Zeitdauer läuft. Das Verhältnis der Anzahl an Verzögerungsgliedern, durch welche das gepulste Signal innerhalb einer Impulsverzögerungsschaltung läuft, zu der Anzahl an Verzögerungsgliedern, durch welche das gepulste Signal innerhalb der anderen Impulsverzögerungsschaltung läuft, kann anschließend berechnet werden. Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung solange durchlaufen hat, bis die Anzahl an zweiten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern erreicht, als eine Information berechnet werden, die das Verhältnis der Übertragungsraten darstellt, bei welchen die gepulsten Signale innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden. Dies vermeidet die Notwendigkeit einer Berechnung des Verhältnisses der Übertragungsraten. Ein digitalisierter Wert (numerischer Wert) der Eingangsspannung Vin kann sehr leicht vorgesehen werden.
Gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den fünften und sechsten Aspekt implementiert aufweist, wird überdies die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche ein gepulstes Signal innerhalb einer Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, als eine Information verwendet, die eine Übertragungsrate darstellt, mit welcher das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung übertragen worden ist. In diesem Fall sind die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen im Unterschied zu der Impulsverzögerungsschaltung, die in 8 gezeigt ist, nicht so entworfen, daß sie lediglich in Reihe verbundene Verzögerungsglieder aufweist. Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung (ähnlich der in 8B gezeigten Impulsverzögerungsschaltung), sind die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Ringverzögerungsleitungen realisiert, von denen jede die ersten oder zweiten Verzögerungsglieder ringförmig miteinander verbindet und welche ein darin zirkulierendes gepulstes Signal aufweisen. Die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, kann auf der Grundlage der Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert ist, berechnet werden oder auf der Grundlage der Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert ist, und der Position des zirkulierenden, gepulsten Signals innerhalb der Ringverzögerungsleitung berechnet werden.
In diesem Fall ist es unnötig, die Anzahl an Verzögerungsgliedern, die jede der Impulsverzögerungsschaltungen bildet, gemäß einem Abtastzyklus zu bestimmen, während welchem die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal durchlaufen hat, gezählt wird. Folglich kann die Anzahl an Verzögerungsgliedern, die jede Impulsverzögerungsschaltung bilden, verringert werden, und die Impulsverzögerungsschaltungen (und damit auch die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung) kann kompakt entworfen werden.
Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, digitalisiert eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung eine Eingangsspannung gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert aufweist.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung legt ein erste Eingangsschaltung die Eingangsspannung Vin an eine erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal an, das zum Steuern einer durch die erste Steuereinheit vorgegebene Verzögerungszeit verwendet wird. Eine zweite Eingangsschaltung legt die Eingangsschaltung Vin an eine zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal an, das zum Steuern einer durch die jeweiligen zweiten Verzögerungsglieder vorgegebene Verzögerungszeit verwendet wird. Eine Steuereinrichtung aktiviert die Impulsverzögerungsschaltungen und überträgt gepulste Signale innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen. Das Verhältnis der Übertragungsraten, mit welchen die gepulsten Signale innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, wird numerisch berechnet, wodurch numerische Daten, die die Eingangsspannung Vin darstellen, erzeugt werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung wird die Eingangsspannung gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den ersten Aspekt implementiert aufweist, digitalisiert. Die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung sieht die gleichen Vorteile wie das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren vor, das darin den ersten Aspekt implementiert aufweist.
Gemäß den neunten und zehnten Aspekten der vorliegenden Erfindung sind bei einer Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung die erste Eingangsschaltung und die zweite Eingangsschaltung, die in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung enthalten sind, die den achten Aspekt darin implementiert aufweist, so entwickelt, daß sie an das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den zweiten Aspekt implementiert aufweist, verwendet.
Insbesondere bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den neunten Aspekt implementiert aufweist, enthält die erste Eingangsspannung eine erste Verstärkungsschaltung, die eine Eingangsspannung Vin mit einem Verstärkungsfaktor n verstärkt. Die erste Eingangsschaltung legt ein Signal, welches durch die erste Verstärkungsschaltung verstärkt ist, an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal an, das zum Steuern einer durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Die zweite Eingangsschaltung enthält eine zweite Verstärkungsschaltung, die die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor m (wobei m und n Werte sind, die entgegengesetzte Plus- und Minusvorzeichen aufweisen) verstärkt. Die zweite Eingangsspannung legt ein Signal, welches durch die zweite Verstärkungsschaltung verstärkt ist, an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal an, das zum Steuern einer durch jedes zweite Verzögerungsglied vorgegebene Verzögerungszeit verwendet wird.
Gemäß der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den neunten Aspekt implementiert aufweist, ist, da die zwei Verstärkungsschaltungen enthalten sind, eine Richtung, in welche sich eine an die erste Impulsverzögerungsschaltung anzulegende Spannung ändert, und eine Richtung, in welcher sich eine an die zweite Impulsverzögerungsschaltung anzulegende Spannung ändert, zueinander entgegengesetzt hergestellt. Wie im Zusammenhang mit dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den zweiten Aspekt implementiert aufweist, beschrieben, können die durch die Verzögerungsglieder (erste und zweite Verzögerungsglieder), die die Impulsverzögerungsschaltungen bilden, vorgegebenen Verzögerungszeiten in zueinander entgegengesetzten Richtungen geändert werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den zehnten Aspekt implementiert aufweist, enthält die erste Eingangsschaltung, eine erste Spannungsverschiebungsschaltung, die eine erste Offset-Spannung zu einer Eingangsspannung Vin oder zu der Eingangsspannung Vin, die durch die erste Verstärkungsschaltung verstärkt ist, addiert. Die zweite Eingangsschaltung enthält eine zweite Spannungsverschiebungsschaltung, die eine zweite Offset-Spannung zu der Eingangsspannung Vin oder zu der Eingangsspannung Vin, die durch die zweite Verstärkungsschaltung verstärkt ist, addiert.
Gemäß der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den zehnten Aspekt implementiert aufweist, kann, auch falls die Eingangsspannung Vin, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist, sich positiv und negativ mit Bezug zu dem Massepotential ändert, das in jeder Impulsschaltung erreicht wird, die Spannung, die an jeder Impulsverzögerungsschaltung angelegt werden soll, durch Verwendung der ersten und zweiten Offset-Spannungen positiv gehalten werden. Die durch jedes der Verzögerungsglieder (erste und zweite Verzögerungsglieder), die jede Impulsverzögerungsschaltung ausbilden, vorgegebene Verzögerungszeit kann auf der Grundlage der Eingangsspannung Vin verändert werden.
Gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung digitalisiert eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung eine Eingangsspannung Vin gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, die darin den dritten Aspekt implementiert aufweist.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung legt eine erste Eingangsschaltung eine Eingangsspannung Vin an eine erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal an, das zum Steuern einer durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Eine zweite Eingangsschaltung legt eine vorbestimmte Refferenzspannung an eine zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal an, das zum Steuern einer durch jedes zweite Verzögerungsglied vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Eine Steuereinrichtung aktiviert die Impulsverzögerungsschaltungen und überträgt gepulste Signale innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen. Das Verhältnis der Übertragungsraten, mit welchem die gepulsten Signale innerhalb den Pulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, wird numerisch berechnet, wodurch numerische Daten, die die Eingangsspannung darstellen, erzeugt werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung wird die Eingangsspannung Vin gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren digitalisiert, das darin den dritten Aspekt implementiert aufweist. Die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung sieht die gleichen Vorteile wie das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren vor, das darin den dritten Aspekt implementiert aufweist.
Gemäß dem zwölften und dreizehnten Aspekten der vorliegenden Erfindung ist bei einer Analog/Digital-Vorrichtung die erste Eingangsschaltung, die in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung enthalten ist, die darin den elften Aspekt implementiert aufweist, so entworfen, daß sie an das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren angepaßt ist, das darin den vierten Aspekt implementiert aufweist.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den zwölften Aspekt implementiert aufweist, enthält die erste Eingangsschaltung eine erste Spannungsverschiebungsschaltung, die eine erste Offset-Spannung mit einem vorbestimmten Pegel zu einer Eingangsspannung Vin addiert. Die erste Spannungsverschiebungsschaltung addiert die erste der Offset-Spannung zu der Eingangsspannung Vin und legt das resultierende Signal an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal an, das zum Steuern einer durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird. Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den dreizehnten Aspekt implementiert aufweist, enthält die erste Eingangsschaltung eine erste Verstärkungsschaltung, die die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor n verstärkt oder die Eingangsspannung Vin, zu welcher die erste Offset-Spannung durch die erste Spannungsverschiebungsschaltung hinzuaddiert worden ist, mit dem Verstärkungsfaktor n verstärkt.
Bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin die zwölften und dreizehnten Aspekte implementiert aufweisen, kann die gleiche Leistungsversorgung zum Erzeugen der ersten Offset-Spannung und der Referenzspannung verwendet werden. In diesem Fall kann eine Abweichung der ersten Spannung und eine Abweichung der Referenzspannung, welche aus einer Abweichung der Versorgungsspannung herrühren, durch ein Verändern der durch jede der Verzögerungsglieder, die die Impulsverzögerungseinheit bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit ausgeglichen werden. Folglich kann ein Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung, der von den Abweichungen der ersten Offset-Spannung und der Referenzspannung stammen, minimiert werden.
Gemäß dem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin die elften bis dreizehnten Aspekte implementiert aufweisen, erste und zweite Impulsverzögerungsschaltungen so entworfen, daß sie den gleichen Schaltungsaufbau aufweisen, um den Fehler bei einer Analog/Digital-Umwandlung zuverlässiger zu unterdrücken.
Gemäß dem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist die Steuereinrichtung, die in den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen enthalten sind, die darin die achten bis vierzehnten Aspekte implementiert aufweisen, derart entworfen, daß sie das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren verwenden können, das darin den fünften Aspekt implementiert aufweist. Gemäß dem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinrichtung, die in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung enthalten ist, die darin den fünfzehnten Aspekt implementiert aufweist, derart entworfen, daß sie das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren verwenden kann, das darin den sechsten Aspekt implementiert aufweist.
Insbesondere enthält bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den fünfzehnten Aspekt implementiert aufweist, die Steuereinrichtung eine erste Zähleinrichtung und eine zweite Zähleinrichtung. Die erste Zähleinrichtung zählt die Anzahl an ersten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat. Die zweite Zähleinrichtung zählt die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat. Das Verhältnis der jeweiligen Anzahl an Verzögerungsgliedern, die durch die Zähleinrichtungen gezählt worden sind, wird numerisch berechnet, wodurch numerische Daten, die die Eingangsspannung Vin darstellen, erzeugt werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den sechzehnten Aspekt implementiert aufweist, verwendet die Steuereinrichtung die erste Zähleinrichtung, um die Anzahl an ersten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, solange zu zählen, bis die Anzahl an zweiten Verzögerungsgliedern, die durch die zweite Zähleinrichtung gezählt worden sind, eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern erreicht hat. Das Zählergebnis, das durch die erste Zähleinrichtung erzielt worden ist, wird als numerische Daten, die die Eingangsspannung Vin darstellen, übertragen.
Gemäß den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin die fünfzehnten und sechzehnten Aspekte implementiert aufweisen, kann das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den fünften oder sechsten Aspekt implementiert aufweist, verwendet werden. Die gleichen Vorteile, wie sie durch die Analog/Digital-Umwandlungsverfahren vorgesehen werden, können vorgesehen werden.
Gemäß dem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den sechzehnten Aspekt implementiert aufweist, derart entworfen, daß sie das Analog/Digital-Umwandlungsverfahren verwenden kann, das darin den siebten Aspekt implementiert aufweist. Die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen sind als Ringverzögerungsleitungen realisiert, die jeweils erste oder zweite Verzögerungsglieder aufweisen, die ringförmig verbunden sind und die ein darin zirkulierendes, gepulstes Signal aufweisen.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den siebzehnten Aspekt implementiert aufweist, enthält die erste Zählvorrichtung einen ersten Zähler und eine Kodierer. Der erste Zähler zählt die Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert. Der Kodierer wandelt die Position des gepulsten Signales, welches durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, in digitale Daten einer vorbestimmten Bitstellenlänge um, und überträgt die digitalen Daten. Die erste Zähleinrichtung hält und überträgt das Zählergebnis, das durch den ersten Zähler erzielt worden ist, und die digitalen Daten, die durch den Kodierer gemäß einem Abtastsignal, das von außerhalb empfangen worden ist, erzeugt worden ist. Die zweite Zähleinrichtung enthält einen zweiten Zähler und eine Komparator. Der zweite Zähler zählt die Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung realisiert. Der Komparator beurteilt, ob der Zählwert, der durch den zweiten Zähler vorgesehen wird, einen Einstellwert, der als die vorhergehende voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, erreicht hat. Wenn der Zählwert den Einstellwert erreicht hat, überträgt der Komparator ein Abtastsignal zu der ersten Zähleinrichtung. Der zweite Zähler wird mit dem von dem Komparator gesendeten Abtastsignal zurückgesetzt.
Gemäß einer Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung zählt der erste Zähler die Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch die erste Impulsverzögerungsschaltung zirkuliert, solange, bis das gepulste Signal, welches die eingestellte Anzahl an zweiten Verzögerungsgliedern in der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchläuft und die Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch die zweite Impulsverzögerungsschaltung zirkuliert, welche durch den zweiten Zähler gezählt wird, den Einstellwert erreicht, der als die voreingestellte Anzahl an zweiten Verzögerungsgliedern angenommen wird. Danach erreicht der Zählwert, der durch den zweiten Zähler vorgesehen wird, den Einstellwert und der Komparator überträgt das Abtastsignal. Zu diesem Zeitpunkt überträgt die erste Zähleinrichtung den Zählwert, der durch den ersten Zähler vorgesehen wird, und digitale Daten, die die Position des gepulsten Signales darstellen, das beim Zirkulieren durch die erste Impulsverzögerungsschaltung erreicht wurde, und die durch den Enkoder erzeugt worden sind.
Gemäß der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den siebzehnten Aspekt implementiert aufweist, wird der von der ersten Zähleinrichtung gesendete Zählwert als höherwertige Bits erhalten, und die digitalen Daten, die die Position des durch die erste Impulsverzögerungsschaltung zirkulierenden gepulsten Signals darstellen, wird als niederwertige Bits erhalten. Somit werden numerische Daten (digitale Daten), die das Ergebnis einer Analog/Digital-Umwandlung darstellen, die auf die Eingangsspannung Vin angewendet worden ist, erzeugt.
Gemäß der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung werden die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Ringverzögerungsleitungen realisiert. Ähnlich zu dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den siebten Aspekt implementiert aufweist, ist es nicht notwendig, die Anzahl an jeder die Impulsverzögerungsschaltungen bildende Verzögerungsglieder gemäß einer maximalen Zeit (oder anders gesagt, einer maximalen Abtastzeit) zu bestimmen, die verstrichen ist, bis der Komparator das Abtastsignal überträgt, nachdem die Impulsverzögerungsschaltungen aktiviert worden sind. Folglich kann die Anzahl an die Impulsverzögerungsschaltungen bildende Verzögerungsglieder verringert werden, und die Impulsverzögerungsschaltungen (bzw. die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung) kann kompakt entworfen werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin einen siebzehnten Aspekt implementiert aufweist, überträgt der Komparator das Abtastsignal, wenn der Zählwert, der durch den zweiten Zähler vorgesehen wird, den Einstellwert erreicht. Die erste Zähleinrichtung überträgt den Zählwert und die digitalen Daten, welche einen digitalisierten Wert der Eingangsspannung Vin bilden. Gemäß dem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Steuereinrichtung nebenbei eine Signalverarbeitungsschaltung. Nachdem die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen aktiviert worden sind, hält die Signalverarbeitungsschaltung ein Ausgangssignal der ersten Zähleinrichtung synchron mit dem Abtastsignal, das von dem in der zweiten Zähleinrichtung enthaltenen Komparator gesendet worden ist. Die Signalverarbeitungsschaltung überträgt digitale Daten, deren höherwertige Bits dem Zählergebnis, das durch den ersten Zähler durchgeführt worden ist, zugeordnet sind, und dessen niederwertige Bits den digitalen Daten, die durch den Kodierer erzeugt worden sind, zugeordnet sind. Folglich können die letzten bzw. neuesten numerischen Daten, die ein digitalisierter Wert sind, wiederholt in Intervallen des Zyklusses des Abtastsignals, das durch den Komparator erzeugt wird (Abtastzyklus), übertragen werden.
Wenn eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß dem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, verändert sich der Zyklus des Abtastsignals, das durch den Komparator erzeugt wird (Abtastzyklus), auf der Grundlage des Pegels der Eingangsspannung Vin. Der Zyklus, während dem die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung numerische Daten vorsieht, kann nicht konstant gehalten werden. Gemäß dem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, enthält die Steuereinrichtung vorzugsweise die Signalverarbeitungsschaltung, falls der Zyklus, während welchen die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung numerische Daten vorsieht, konstant gehalten werden muß.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den neunzehnten Aspekt implementiert aufweist, aktiviert die in der Steuereinrichtung enthaltene Signalverarbeitungsschaltung die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen synchron mit einem Haupttakt (master clock) mit konstantem Zyklus, der von außerhalb empfangen wird. Folglich arbeitet eine erste Zähleinrichtung und eine zweite Zähleinrichtung in Intervallen des Zyklus des Haupttakt. Das Zählergebnis, das durch den ersten Zähler erzielt wird, welches von der ersten Zähleinrichtung übertragen wird, und digitale Daten, die durch den Kodierer erzeugt werden, werden synchron mit dem Haupttakt gehalten (d. h. zwischengespeichert bzw. ge-”latched”). Folglich werden digitale Daten, deren höherwertige Bits dem Zählergebnis, das durch den ersten Zähler erzielt worden ist, zugeordnet werden, und dessen niederwertige Bits den digitalen Daten, die durch den Kodierer erzeugt worden sind, zugeordnet werden, als numerische Daten, die die Eingangsspannung Vin darstellt, vorgesehen.
Gemäß dem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung führt folglich die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung eine analog-digitale Umwandlung synchron mit dem Haupttakt, der von außerhalb empfangen wird, (d. h. einen externen Haupttakt) durch. Die letzten bzw. neuesten numerischen Daten, die aus der Analog/Digital-Umwandlung resultieren, werden synchron mit dem Haupttakt übermittelt. Dies führt zu der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die für ein System geeignet ist, das einen digitalisierten Wert synchron mit dem Haupttakt abrufen muß.
Bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin den siebzehnten und achtzehnten Aspekt implementiert aufweisen, überwacht der in der zweiten Zähleinrichtung enthaltene Komparator den Zählwert, der durch den zweiten Zähler vorgesehen wird, (oder anders gesagt, die Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch die zweite Impulsverzögerungsschaltung zirkuliert ist), um zu erfassen, ob das gepulste Signal die voreingestellte Anzahl an zweiten Verzögerungsgliedern in der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat. Wenn das gepulste Signal die vorbestimmte Anzahl an zweiten Verzögerungsgliedern in der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat (wenn der Zählwert, der durch den zweiten Zähler vorgesehen wird, den Einstellwert erreicht hat), wird das Abtastsignal übertragen. Die Eigenschaften der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (eine Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung und eine Analog/Digital-Umwandlungsrate) werden mit der Übertragungszeitmessung (timing of transferring) des Abtastsignals von dem Komparator bestimmt bzw. mit dem in dem Komparator voreingestellten Einstellwert bestimmt. Gemäß dem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Einstellwert bei dem Komparator beliebig von außerhalb verändert werden.
Insbesondere kann in diesem Fall ein Benutzer durch Verändern des Einstellwerts bei dem Komparator die Eigenschaften der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (eine Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung und eine Analog/Digital-Umwandlungsrate) nach den Benutzerwünschen beliebig bestimmen. Dies führt zu einer verbesserten Benutzerfreundlichkeit der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung.
Die Eigenschaften des Analog/Digital-Umwandlungsgeräts enthalten zusätzlich zu der Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung und der Analog/Digital-Umwandlungsrate einen Spannungsbereich, der digitalisiert werden kann (dynamischer Bereich). Im allgemeinen ist es erforderlich, die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung mit einem großen bzw. breiten dynamischen Bereich anzubieten.
Bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin die vorliegende Erfindung implementiert aufweisen, und anderen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die Impulsverzögerungsschaltungen zum Umwandeln einer Eingangsspannung Vin in numerische Daten verwenden, sind die Verzögerungsglieder, die jede der Impulsverzögerungsschaltungen bilden, mit Gatter-Schaltungen realisiert, von denen jede eine Halbleitervorrichtung (Transistor oder ähnliches) enthält. Je niedriger die Ansteuerspannung ist, desto größer ist die Linearität bei einer Änderung in einer durch jedes Verzögerungsglied vorgegebenen Verzögerungszeit. Dies kommt daher, daß ein Triodengebiet, das in einem Transistor enthalten ist, dominant wird.
Bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin die vorliegende Erfindung implementiert aufweisen, wird, wenn eine breiter dynamischer Bereich gefordert ist, der niedrigste Pegel eines Signals, das an die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als ein Signal angelegt wird, das zum Steuern einer durch jedes Verzögerungsglied vorgegebenen Verzögerungszeit (d. h., ein Signal proportional zu der Eingangsspannung Vin) verwendet wird, vorzugsweise eher erniedrigt, als der höchste Pegel davon angehoben wird.
Gemäß dem einundzwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin den fünfzehnten bis zwanzigsten Aspekt implementiert aufweisen, insbesondere wenn ein breiter dynamischer Bereich gefordert ist, die Betriebsversorgungsspannungen der ersten Zähleinrichtungen und der zweiten Zähleinrichtung von einem Signal, das proportional zu der Eingangsspannung ist, unterschieden. Hierbei wird das Signal, das proportional zu der Eingangsspannung ist, als ein Signal angelegt, das zum Steuern einer durch jede der Verzögerungsglieder, die die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird.
Genauer gesagt wird eine Spannung von mindestens 1,5 V oder mehr zum Betätigen der Schaltungselemente, die einen Zähler enthalten und die die ersten und zweiten Zähleinrichtungen ausbilden, benötigt. Wenn die an den ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen angelegten Spannungen als die Betriebsversorgungsspannungen der ersten und zweiten Zähleinrichtung verwendet werden, muß eine Spannung, die an jede der Impulsverzögerungsschaltungen angelegt werden soll, 1,5 V oder mehr betragen.
Eine Gatter-Schaltung, die zum Betrieb mit einer Spannung von ungefähr 0,5 V in der Lage ist, ist für eine Gatter-Schaltung verfügbar, mit welcher jedes der Verzögerungsglieder, die die Impulsverzögerungsschaltung bilden, realisiert wird. Wenn diese Art von Gatter-Schaltung zum Realisieren der Impulsverzögerungsschaltung verwendet wird, kann der niedrigste Pegel einer Spannung, die zum Steuern (Verändern) einer durch jedes Verzögerungsglied vorgegebenen Verzögerungszeit unter Verwendung einer Spannung proportional zu der Eingangsspannung Vin benötigt wird, ungefähr 0,5 V betragen.
Wenn bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen, die darin den fünfzehnten bis zwanzigsten Aspekt implementiert aufweisen, ein breiter dynamischer Bereich gefordert ist, werden folglich die an die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen anzulegenden Spannungen vorzugsweise nicht als die Betriebsversorgungsspannungen der ersten und zweiten Zähleinrichtung verwendet. Versorgungsspannungen, die von einer anderen Leistungsversorgung zugeführt werden, sollten vorzugsweise an die erste und zweite Zähleinrichtung angelegt werden.
In diesem Fall können die niedrigsten Pegel der Spannungen, die an die ersten und zweiten Impulsverzögerungsspannungen angelegt werden sollen, bis zu einem Pegel erniedrigt werden, der nahe dem niedrigsten Pegel der Betriebsspannung der Gatter-Schaltung liegt, die jede der Verzögerungsglieder realisiert, die die Impulsverzögerungsschaltungen bilden. Demgemäß kann ein durch die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung angebotener dynamischer Bereich erweitert werden.
Gemäß dem zweiundzwanzigsten und dreiundzwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist der siebzehnte Aspekt bei den Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen implementiert, in welchen die ersten und zweiten Verstärkungsschaltungen in den ersten bzw. zweiten Eingangsschaltungen enthalten sind, und in welchen der neunte und zehnte Aspekt implementiert ist.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den zweiundzwanzigsten Aspekt implementiert aufweist, verstärkt die in der ersten Eingangsschaltung enthaltene erste Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung Vin mit einem Verstärkungsfaktor n, und die in der zweiten Eingangsschaltung enthaltene zweite Verstärkungsschaltung verstärkt die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor m. Hierbei wird der Verstärkungsfaktor n auf einen Wert innerhalb des Bereichs 0,01 bis 500 eingestellt, während der Verstärkungsfaktor m auf einen Wert innerhalb des Bereichs von –0,01 bis –1000 eingestellt wird.
Unter der Annahme, daß eine typische Verstärkungsschaltung, die einen Operationsverstärker enthält, als die ersten und zweiten Verstärkungsschaltungen verwendet werden, reicht der Bereich der Verstärkungsfaktoren, die eine stabile Verstärkung der Eingangsspannung Vin ermöglichen, von 0,01 bis ungefähr 1000 gemäß bestehender Technologien. Überdies muß die erste Impulsverzögerungsschaltung, die in Reaktion auf ein Signal arbeitet, das durch die Verstärkung der Eingangsspannung Vin erzeugt worden ist und durch die erste Eingangsschaltung vorgesehen wird, ein Ausgangssignal jedes der ersten Verzögerungsglieder, die die erste Impulsverzögerungsschaltung bilden, zu dem Kodierer übertragen. Daher darf die zulässige Varianz einer Spannung, die von der ersten Eingangsschaltung an die erste Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird, nicht größer sein, als eine zulässige Varianz einer Spannung, die von der zweiten Eingangsschaltung an die zweite Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin einen dreiundzwanzigsten Aspekt implementiert aufweist, verstärkt die in der ersten Eingangsschaltung enthaltene erste Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor n, und die in der zweiten Eingangsschaltung enthaltene zweite Verstärkungsschaltung verstärkt die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor m. Hierbei ist der Absolutwert des Verstärkungsfaktors n kleiner als der des Verstärkungsfaktors m.
Dies kommt daher, daß ein Ausgangssignal jedes der Verzögerungsglieder, die die erste Impulsverzögerungsschaltung ausbilden, durch die Betriebsspannung des Kodierers begrenzt ist. Das heißt, bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den dreiundzwanzigsten Aspekt implementiert aufweist, wird der Absolutwert des Verstärkungsfaktors m, mit welchem die zweite Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung verstärkt, größer gemacht, als der Absolutwert des Verstärkungsfaktors n, mit welchem die erste Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung verstärkt. Hierbei ist die Varianz eines Ausgangssignals jedes der Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, nicht durch eine externe Schaltung beschränkt. Dies führt zu einer großen Varianz einer Spannung, die an die zweite Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird. Folglich ist die Auflösung der Analog/Digital-Umwandlung, die durch die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung durchgeführt wird, verbessert.
Gemäß dem vierundzwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist ihr siebzehnter Aspekt in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung implementiert, in welcher die ersten und zweiten Verstärkungsschaltungen und die ersten und zweiten Spannungsverschiebungsschaltungen in den ersten und zweiten Eingangsschaltungen enthalten sind, und in welcher der zehnte Aspekt implementiert ist.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den vierundzwanzigsten Aspekt implementiert aufweist, verstärkt die in der ersten Eingangsschaltung enthaltene erste Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor n und die erste Spannungsverschiebungsschaltung, die darin enthalten ist, addiert die erste Offset-Spannung zu der sich ergebenden Eingangsspannung hinzu. Die in der zweiten Eingangsschaltung enthaltene zweite Verstärkungsschaltung verstärkt die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor m und die zweite Spannungsverschiebungsschaltung, die darin enthalten ist, addiert die zweite Offset-Spannung zu der resultierenden Eingangsspannung hinzu. Ein anzulegendes Signal, das als ein Signal zum Steuern einer durch jede der zweiten Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird, ändert sich innerhalb eines breiteren Bereichs und fällt auf einen tieferen Pegel ab, als ein anzulegendes Signal, das als ein Signal zum Steuern der durch jede der ersten Verzögerungsglieder, die die erste Verzögerungsimpulsschaltung bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit verwendet wird.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, die darin den vierundzwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert aufweist, wird, wie voranstehend erwähnt, ein Ausgang bzw. ein Ausgangssignal von jedem der Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, nicht zum Betätigen irgendeiner anderen Schaltung benötigt. Eine an jedes der Verzögerungsglieder, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung bilden, anzulegende Ansteuerspannung (driving voltage) kann niedriger sein als die an jedes der Verzögerungsglieder, die die erste Impulsverzögerungsschaltung bilden, anzulegende Ansteuerspannung. Überdies kann die Varianz der Ansteuerspannung größer sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Verstärkungsfaktoren n und m, mit welchem die Verstärkungsschaltungen die Eingangsspannung und die Offset-Spannungen verstärken, die zu den Spannungsverschiebeschaltungen hinzugefügt werden sollen, auf der Grundlage ihrer Eigenschaften bestimmt. Dies führt zu einer verbesserten Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung, die durch die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung durchgeführt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt den Gesamtaufbau einer Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform;
2A bis 2C zeigen exemplarische Diagramme, die Aktionen der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform betreffen;
3A bis 3C zeigen exemplarische Diagramme, die Beispiele der Schaltungsanordnung eines Verzögerungsglieds zeigen, das zum Aufbau einer Impulsverzögerungsschaltung verwendet worden ist;
4A bis 4C zeigen exemplarische Diagramme, die eine Variante der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform betreffen;
5 zeigt den Gesamtaufbau einer Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt ein exemplarisches Diagramm, das den Effekt einer Fehlerminimierung bei der Analog/Digital-Umwandlung betrifft, die durch die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
7 zeigt ein exemplarisches Diagramm, das ein praktisches Beispiel für eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung betrifft, die an ein Sensorsignalverarbeitungssystem angepaßt ist;
8A und 8B zeigen den Aufbau von herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen;
9A bis 9C zeigen exemplarische Diagramme, die die Aktionen der herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtungen betreffen; und
10 zeigt ein exemplarisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Auflösung für eine Spannung, welche die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung anbieten kann, und einer CMOS-Entwurfsregel.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben.
1 zeigt den Gesamtaufbau einer Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, in welcher die vorliegende Erfindung implementiert ist.
Die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Eingangsspannung Vin in numerische Daten gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert aufweist. Hierbei ist die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in dem Bemühen entworfen worden, die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung (d. h., das Verbessern der Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung oder ein Anheben einer Analog/Digital-Umwandlungsrate bzw. – geschwindigkeit) zu lösen. Ähnlich zu der in 8B gezeigten herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, enthält die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung eine Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20, die aus einer mit einer Ringverzögerungsleitung (RDL) realisierten Impulsverzögerungsschaltung 10, einer Latch- und Kodiererschaltung 12, einem Zähler 16 und einer Halteschaltung (latching circuit) 18 aufgebaut ist. Die Impulsverzögerungsschaltung 10 entspricht der ersten Impulsverzögerungsschaltung, die bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Die Latch- und Kodiererschaltung 12, der Zähler 16 und die Halteschaltung 18 entsprechen der ersten Zähleinrichtung, die in der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Vor allem entspricht die Latch- und Kodiererschaltung 12 dem Kodierer, der in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und der Zähler 16 entspricht dem ersten Zähler, der bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Überdies enthält die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Impulsverzögerungsschaltung 30 als die zweite Impulsverzögerungsschaltung, die in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, die den gleichen Schaltungsaufbau wie die in der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 enthaltene Impulsverzögerungsschaltung 10 aufweist. Als die zweite Zähleinrichtung, die in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist eine Logikeinheit 40, die aus einem Zähler 42, einem Komparator 44 und einem Zwischenspeicher bzw. Puffer 46 aufgebaut ist, enthalten. Der Zähler 42 zählt die Anzahl, wie oft ein gepulstes Signal P2 durch die Impulsverzögerungsschaltung 30 zirkuliert. Der Komparator 44 beurteilt, ob der Zählwert, der durch den Zähler 42 vorgesehen wird, einen Einstellwert NB erreicht hat, der als eine voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern angenommen bzw. vereinbart wird. Falls der Zählwert den Einstellwert NB erreicht, erzeugt der Komparator 44 ein Abtastsignal CKS. Der Puffer 46 übermittelt das Abtastsignal, das durch den Komparator 44 erzeugt wird, nach außen. Der Zähler 42 entspricht dem zweiten Zähler, der in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und der Komparator entspricht dem darin verwendeten Komparator. Überdies ist der Komparator 44 so entworfen, daß der Einstellwert NB beliebig von außen verändert werden kann.
Die Eingangsspannung Vin, die Gegenstand einer Analog/Digital-Umwandlung ist, wird an die Impulsverzögerungsschaltung 10 als eine Ansteuerspannung angelegt, die an die Verzögerungsglieder (entsprechen den ersten Verzögerungsgliedern) 2, die die Impulsverzögerungsschaltung 10 ausbilden, die in der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 enthalten ist, angelegt werden soll. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird die Eingangsspannung Vin nicht unverändert an die Impulsverzögerungsschaltung 10 über einen Puffer oder dergleichen angelegt. Vielmehr wird die Eingangsspannung Vin mit einem Verstärkungsfaktor n durch eine nicht invertierende Verstärkungsschaltung 22, die als die erste Verstärkungsschaltung dient, verstärkt und durch eine Addiererschaltung 24, die als die erste Spannungsverschiebungsschaltung zum Addieren einer voreingestellten Offset-Spannung Vb1 zu dem verstärkten Eingangssignal n·Vin dient, verschoben. Die resultierende Spannung Vin1 wird an die Impulsverzögerungsschaltung 10 angelegt.
Überdies wird die Eingangsspannung Vin an die Impulsverzögerungsschaltung 30 als eine Ansteuerschaltung angelegt, die zum Ansteuern der Verzögerungsglieder (entsprechen den zweiten Verzögerungsgliedern), die die Impulsverzögerungsschaltung 30 bilden, verwendet wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verstärkt eine invertierende Verstärkungsschaltung 32, die als die zweite Verstärkungsschaltung dient, die Eingangsspannung Vin mit dem Verstärkungsfaktor –m. Überdies addiert eine Addiererschaltung 34, die als die zweite Spannungsverschiebungsschaltung dient, eine vorbestimmte Offset-Spannung Vb2 zu der verstärkten Eingangsspannung –m·Vin dazu. Somit wird die resultierende Spannung Vin2 an die Impulsverzögerungsschaltung 30 angelegt.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 wird die Eingangsspannung Vin1, die an die Impulsverzögerungsschaltung 10 über die nicht invertierende Verstärkungsschaltung 22 und die Addiererschaltung 24 angelegt wird, von einer zu der Versorgungsspannung Vdd1, die an die Latch- und Kodiererschaltung 12, dem Zähler 16 und der Halteschaltung 18 angelegt wird, unterschiedlichen Quelle vorgesehen. Überdies wird die Spannung Vin2, die an die Impulsverzögerungsschaltung 30 über die invertierende Verstärkungsschaltung 32 und die Addiererschaltung 34 angelegt wird, von einer zu einer Versorgungsspannung Vdd2, die an die Logikschaltung 40 angelegt wird, unterschiedlichen Quelle vorgesehen. Somit werden die Spannungen Vin1 und Vin2 jeweils von einer zu den Versorgungsspannungen Vdd1 und Vdd2 unterschiedlichen Quelle vorgesehen, um den niedrigsten Pegel der Spannungen Vin1 und Vin2 soweit wie möglich zu erniedrigen, und um schließlich einen breiten dynamischen Bereich anzubieten.
Die nichtinvertierende Verstärkungsschaltung 22 und die Addiererschaltung 24 oder die invertierende Verstärkungsschaltung 32 und die Addiererschaltung 34 werden zum Einstellen der oberen und unteren Grenzen einer Varianz der Spannungen Vin1 oder Vin2, welche abhängig von der Eingangsspannung Vin variieren, auf Spannungspegel verwendet, die geeignet sind, eine durch die jeweiligen Verzögerungseinheiten 2, die die Impulsverzögerungsschaltung 10 oder 30 bilden, vorgegebene Verzögerungszeit zu ändern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, arbeitet bei der Impulsverzögerungsschaltung 10 die Latch- und Kodiererschaltung 12 unter Verwendung eines Ausgangs jeder der Verzögerungsglieder 2. Die Variation bzw. Abweichung der Spannung Vin1, die an die Impulsverzögerungsschaltung 10 angelegt werden soll, welche von den Abweichungen der Eingangsspannung Vin herrührt, ist dazu bestimmt, innerhalb eines Bereichs von Spannungspegeln zu fallen, innerhalb der die Latch- und Kodiererschaltung 12 arbeiten darf.
Im Gegensatz dazu sollte die Impulsverzögerungsschaltung 30 lediglich einen Ausgang bzw. ein Ausgangssignal ihres letzten Verzögerungsgliedes 2 zu dem Zähler 42 und dem Komparator 44 als ein Zeitsteuersignal oder einen Betriebstakt übertragen, der ein Zählen initiiert. Im Gegensatz zu der Impulsverzögerungsschaltung 10 ist es bei der Impulsverzögerungsschaltung 30 nicht notwendig, daß ein Ausgangssignal jedes Verzögerungsgliedes 2 mit einer anderen Schaltung betrieben wird. Die Varianz der Spannung Vin2, die an die Impulsverzögerungsschaltung 30 angelegt werden soll, welche von den Abweichungen der Eingangsspannung Vin herrührt, wird als so groß wie möglich innerhalb eines Bereichs von Spannungspegeln bestimmt, bei denen die Impulsverzögerungsschaltung 30 betrieben werden darf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Absolutwert des Verstärkungsfaktors m, mit welchem die invertierende Verstärkungsschaltung 32 die Eingangsspannung Vin verstärkt, größer als der Absolutwert des Verstärkungsfaktors n, mit welchem die nicht invertierende Verstärkungsschaltung 22 die Eingangsschaltung Vin verstärkt. Die Offset-Spannungen Vb1 und Vb2 werden proportional zu dem Verhältnis der Verstärkungsfaktoren derart bestimmt, daß die Offset-Spannung Vb2 größer als die Offset-Spannung Vb1 wird.
Überdies werden die niedrigsten Pegel der Spannungen Vin1 und Vin2 durch die Offset-Spannungen Vb1 und Vb2 bestimmt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Offset-Spannungen Vb1 und Vb2 derart bestimmt, daß der niedrigste Pegel der Spannung Vin1 auf den niedrigsten Pegel (ungefähr 1 V) innerhalb des Bereichs der Spannungspegel eingestellt wird, die zum Betreiben der kombinierten Latch- und Kodiererschaltung 12 erlaubt sind, und der niedrigste Pegel der Spannung Vin2 auf den niedrigste Pegel (ungefähr 0,5 V) innerhalb des Bereichs der Spannungspegel eingestellt wird, der zum Betrieb der Verzögerungsglieder 2, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, erlaubt ist. Die höchsten Pegel der Spannungen Vin1 und Vin2 werden auf die gleichen Werte wie die Versorgungsspannungen Vdd1 bzw. Vdd2 oder auf kleinere Werte als diese eingestellt.
Die Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 werden mit externen Eingangssignalen von Aktivierungsimpulsen SRP1 und SRP2 zu ihren ersten Verzögerungsgliedern 2 aktiviert. Nachdem die Impulsverzögerungsleitungen 10 und 30 aktiviert sind, zirkulieren die gepulsten Signale P1 und P2 durch die Ringverzögerungsleitungen, während sie aufeinanderfolgend jeweils um die Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungsglied 2 vorgegeben ist, verzögert werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 zählt der Zähler 16 die Anzahl, wie oft das gepulste Signal P1 durch die Impulsverzögerungsschaltung 10 zirkuliert. Wenn danach die Logikeinheit 40 ein Abtastsignal CKS überträgt, erfaßt die Latch- und Kodiererschaltung 12 (d. h. hält bzw. speichert zwischen) die Position des gepulsten Signals P1, das durch die Impulsverzögerungsschaltung 10 zirkuliert, und überträgt digitale Daten, die die Position des zirkulierenden gepulsten Signals darstellen. Die Halteschaltung 18 hält und überträgt den Zählwert (digitale Daten), der durch den Zähler 16 erzeugt worden ist.
Ein Ausgang bzw. Ausgangssignal DT der Latch- und Kodiererschaltung 12 und der Halteschaltung 18 wird durch eine Signalverarbeitungsschaltung 50 synchron mit einem Abtastsignal gehalten. Die Signalverarbeitungsschaltung 50 übermittelt die digitalen Daten DT2, deren niederwertige Bits dem Ausgang der Latch- und Enkoderschaltung 12 zugeordnet sind, und dessen höherwertigen Bits dem Ausgang der Halteschaltung 18 zugeordnet sind.
Bei der Logikeinheit 40 zählt der Zähler 42 die Anzahl, wie oft das gepulste Signal P2 durch die Impulsverzögerungsschaltung 30 zirkuliert. Der Komparator 44 vergleicht den Zählwert mit dem eingestellten Wert NB, welcher die voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern ist. Der Komparator 44 wartet bis der Zählwert, der durch den Zähler 42 vorgesehen wird, den Einstellwert NB erreicht. Falls der Zählwert, der durch den Zähler 42 vorgesehen wird, den Einstellwert NB erreicht, erzeugt der Komparator 44 das Abtastsignal CKS.
Das Abtastsignal CKS wird zu der Latch- und Kodiererschaltung 12, der Halteschaltung 18 und der Signalverarbeitungsschaltung 50 über den Puffer 46 als ein Zeitsteuersignal, das die Zeitsteuerung eines Haltens (timing of latching) anzeigt, übertragen und ebenso zu dem Zähler 42 als ein Reset-Signal übertragen.
Hierbei definiert der Einstellwert NB, der in dem Komparator 44 voreingestellt ist, die Anzahl an Verzögerungsgliedern 2, welche das gepulste Signal P1 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 30 durchläuft. Nachdem die Impulsverzögerungsschaltung 30 aktiviert worden ist, überträgt der Komparator 44 das Abtastsignal CKS, wenn eine Zeit, die für das Impulssignal P2 zum Durchlaufen einer vorbestimmten Anzahl an Verzögerungsgliedern 2 erforderlich ist, die mit dem Einstellwert NB und der Anzahl der die Impulsverzögerungsschaltung 30 bildenden Verzögerungsgliedern bestimmt wird, verstrichen ist.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, die die vorhergehenden Bauteile aufweist, ist die Übertragungsrate, mit welcher das Impulssignal P2 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 3 übertragen wird, niedrig, wenn die Eingangsspannung Vin hoch ist und die Übertragungsrate, mit welcher das Impulssignal P1 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 übertragen wird, hoch ist. Wenn im Gegensatz dazu die Eingangsspannung Vin niedrig ist und die Übertragungsrate, mit welcher das Impulssignal P1 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 übertragen wird, niedrig ist, ist die Übertragungsrate, mit welcher das Impulssignal P2 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 30 übertragen wird, hoch.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die Zeit, die erforderlich ist, bis die Logikeinheit 40 das Abtastsignal CKS überträgt, nachdem die Impulsverzögerungsschaltung 30 aktiviert worden ist (oder mit anderen Worten der Abtastzyklus TS), um so länger, je höher die Eingangsspannung Vin ist. Demzufolge ist die Zeit bzw. TS um so kürzer, je niedriger die Eingangsspannung Vin ist. Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird daher der Abtastzyklus TS auf der Grundlage der Eingangsspannung Vin verändert.
Die Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 arbeitet in der gleichen Art und Weise wie eine in einer herkömmlichen Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung enthaltene Umwandlungseinheit. Die Anzahl an Verzögerungsgliedern 2, welche das Impulssignal P1 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 durchlaufen hat, wird so lange gemessen, wie das Abtastsignal CKS von der Logikeinheit 40 empfangen wird, nachdem die Impulsverzögerungsschaltung 10 aktiviert worden ist. Bei der Zeitsteuerung (timing), mit der das Abtastsignal CKS empfangen wird, wird das Meßergebnis als digitale Daten DT übertragen, die das Ergebnis einer analog-digitalen Umwandlung, die auf die Eingangsspannung Vin ausgeführt worden ist, darstellen. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Vorrichtung, in welcher der Abtastzyklus TS fest eingestellt ist, werden die digitalen Daten DT um so größer, je höher die Eingangsspannung Vin ist. Die digitalen Daten DT werden um so kleiner, je niedriger die Eingangsspannung Vin ist.
Gemäß der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Auflösung einer Analog/Digital-Umwandlung verglichen mit einer herkömmlichen Vorrichtung verbessert werden. Das heißt, gemäß der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ändert sich die Übertragungsrate SP, mit welcher das Impulssignal P1 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 übertragen wird (vergrößert sich), wie in 2B gezeigt, proportional zu der Eingangsspannung Vin. Überdies ändert sich der Abtastzyklus TS (vergrößert sich) proportional zu der Eingangsspannung Vin. Folglich kann die Eingangsspannung Vin mit einer höheren Auflösung aufgrund des synergetischen Effekts der Veränderungen bei der Übertragungsrate SP und dem Abtastzyklus TS digitalisiert werden.
Die Auflösung wird nicht durch die von jeder der Verzögerungsglieder 2, die die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, vorgegebenen Verzögerungszeit beschränkt, sondern wird durch Verzögerungszeiten, die durch die zwei Verzögerungsglieder 2, die in den zwei Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 enthalten sind, vorgegebenen werden, und dem Verhältnis der Verzögerungszeiten bestimmt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Auflösung bei einer Analog/Digital-Umwandlung, die herkömmlicherweise durch die Verzögerungsgliedherstellungstechnologie (CMOS-Entwurfsregel) beschränkt ist, bis zu einem gewünschten Wert verbessert werden.
Genauer gesagt, sind die Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 beispielsweise so entworfen, daß sie den gleichen Schaltungsaufbau aufweisen, und die Verstärkungsfaktoren (Vergrößerungen) n und m, mit welchen die nichtinvertierende Verstärkungsschaltung 22 und die invertierende Verstärkungsschaltung 32 die Eingangsspannung verstärken, werden auf den gleichen Wert eingestellt. Für diesen Fall ist die Auflösung zweimal so hoch wie die bei einer herkömmlichen Vorrichtung erzielte Auflösung, bei welcher die Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 unabhängig bzw. alleine verwendet wird. Überdies ist es bei der Impulsverzögerungsschaltung 30 im Gegensatz zu der Impulsverzögerungsschaltung 10 nicht notwendig, die Latch- und Kodiererschaltung 12 zu betreiben. Ein Bereich von Spannungspegeln der Spannung Vin2, die an die Impulsverzögerungsschaltung 30 anzulegen ist (oder in anderen Worten ein dynamischer Bereich), ist größer als einer der Spannung Vin1. Wie vorhergehend erwähnt werden daher die Verstärkungsfaktoren (Vergrößerungen) n und m, bei welchen die Verstärkerschaltungen 22 und 32 die Eingangsspannung verstärken, und die Offset-Spannungen Vb1 und Vb2 auf geeignete Werte eingestellt, so daß der Bereich der Spannungspegel der Spannung Vin2 größer wird, als der der Spannung Vin1. Dies führt zu einer Auflösung, die zwei- bis zehnmal so hoch wie die herkömmlich erzielbare Auflösung ist.
Überdies kann der Bereich der Spannungspegel der Spannung Vin2 durch Anheben des höchsten Pegels der Spannung Vin2 erweitert werden. In diesem Fall jedoch kann sich die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungsglieder 2, die die Impulsverzögerungsschaltung 30 bilden, vorgegeben wird, sich nicht proportional zu der Spannung Vin2 ändern (Linearität verringert sich). Jedoch ist es bei der Impulsverzögerungsschaltung 30 im Gegensatz zu der Impulsverzögerungsschaltung 10 nicht notwendig, die Latch- und Kodiererschaltung 12 zu betreiben. Die Spannung Vin2 wird daher erniedrigt. Folglich kann das Problem der Linearität durch ein Erweitern des Bereichs der Pegel der Spannung Vin2 gelöst werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird der Zähler 42, nachdem die Impulsverzögerungsschaltung 30 aktiviert worden ist, mit dem Abtastsignal CKS, das von der Logikeinheit 40 gesendet wird, zurückgesetzt. Falls daher der Aktivierungsimpuls SRP2, der an das erste Verzögerungsglied (UND-Gatter) 2 angelegt wird, das in der Impulsverzögerungsschaltung 30 enthalten ist, hochgehalten wird, fährt das Impulssignal P2 mit dem Zirkulieren durch die Impulsverzögerungsschaltung 30 fort. Der Zähler 42 zählt die Anzahl, wie oft das Impulssignal P2 zirkuliert. Wenn der Abtastzyklus TS, der mit dem Einstellwert NB und der Übertragungsrate SP, mit welcher das Impulssignal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 30 übertragen wird, bestimmt ist, verstrichen ist, erzeugt der Komparator 44 das Abtastsignal CKS. Danach führt der Komparator diese Aktion wiederholt durch.
Ähnlich wie bei der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 fährt das Impulssignal P1 mit dem Zirkulieren durch die Impulsverzögerungsschaltung 10 fort, falls der aktivierende Impuls SRP1, der an das erste Verzögerungsglied (UND-Gatter) angelegt ist, das in der Impulsverzögerungsschaltung 10 enthalten ist, hochgehalten wird. Überdies können die kombinierte Latch- und Kodiererschaltung 12, die Halterschaltung 18 und die Signalverarbeitungsschaltung 50 in Reaktion auf das Abtastsignal CKS, das von der Logikeinheit 40 gesendet wird, wiederholt betrieben werden.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 2C gezeigt ist, legt die Signalverarbeitungsschaltung 50 oder eine externe Einheit die aktivierenden Impulse SRP1 und SRP2 an die Impulsverzögerungsschaltung 10 und 30 gleichzeitig (Zeitpunkt t0) an. falls die aktivierenden Impulse SRP1 und SRP2 hochgehalten werden, überträgt die Logikeinheit 40 das Abtastsignal CKS wiederholt in Intervallen eines vorbestimmten Abtastzyklusses TS, der sich abhängig von dem Spannungspegel der Eingangsspannung Vin verändert, das heißt, nach dem Verstreichen jedes der Abtastzyklen TS(0), TS(1), TS(2) u. s. w. (zu Zeitpunkten t1, t2, t3 u. s. w.). Die Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 und die Signalverarbeitungsschaltung 50 übertragen die digitalen Datenelemente DT und DT2, welche die Pegel der Eingangsspannung Vin darstellen, synchron mit dem Abtastsignal CKS. Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das letzte bzw. neueste Ergebnis der Analog/Digital-Umwandlung wiederholt und kontinuierlich durch Durchführen der vorhergehenden Operationen übermittelt werden.
Bei der Analogdigitalübertragungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann die Auflösung bei der Analog/Digital-Umwandlung lediglich bzw. einfach durch Verkürzen des Abtastzyklusses TS auf einen Wert heruntergesetzt werden, der von einer herkömmlichen Vorrichtung angeboten wird. Zu diesem Zweck wird der Einstellwert NB, der an dem Komparator 44 einzustellen ist, auf einen kleineren Wert geändert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Komparator 44 derart aufgebaut, daß es einem Benutzer möglich ist, den Einstellwert NB zu ändern. Die Auflösung der Analog/Digital-Umwandlung (oder mit anderen Worten, eine Analog/Digital-Umwandlungsrate) kann sehr leicht verändert werden. Dies führt zu einer verbesserten Benutzerfreundlichkeit der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung.
Als Verzögerungsglieder 2, die jede der Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 bilden, kann eine normale Art von Gatter-Schaltung verwendet werden, solange die Gatter-Schaltung das pulsierende bzw. das gepulste Signal P1 oder P2 um eine vorbestimmte Verzögerungszeit, die abhängig von der Spannung Vin1 oder Vin2 variiert, verzögern kann. Um den Schaltungsaufbau zu vereinfachen werden die zweite und darauffolgenden Verzögerungsglieder 2 so entworfen, daß sie die in den 3A oder 3B gezeigten Schaltungsanordnungen aufweisen.
Gemäß 3A ist das zweite und die darauffolgenden Verzögerungsglieder 2, die jeweils in der Impulsverzögerungsschaltung 10 und 30 enthalten sind, jeweils aus zwei CMOS-Invertern (Nicht-Schaltungen) aufgebaut. Die CMOS-Inverter enthalten einen P-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) und einen N-Kanal-Feldeffekttransistor (FET). Folglich wird ein Impulssignal um eine vorbestimmte Zeit verzögert, die mit dem Betriebszeiten des P-Kanaltransistors und des N-Kanaltransistors bestimmt ist, die jeweils die Vor- und -Rück-CMOS-Inverter INV bilden. Gemäß 3B werden das zweite und die darauffolgenden Verzögerungsglieder 2, die in jeder der Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 enthalten sind, jeweils mit einem CMOS-Inverter (Nicht-Schaltung) INV realisiert, der einen P-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) und einen N-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) enthält. Somit wird ein Impulssignal durch eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert, die mit der Betriebszeit des CMOS-Inverters INV bestimmt ist. Falls eine der Schaltungsanordnungen übernommen wird, kann das Verzögerungsglied 2 mit vier oder zwei Transistoren realisiert werden. Dabei kann jeder Transistor sehr leicht in einem Herstellungsverfahren für einen integrierte CMOS-Schaltung hergestellt werden. Folglich können die Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 mit niedrigen Kosten realisiert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Verzögerungszeit, die von jeder der Verzögerungsglieder 2, die die jeweilige Impulsverzögerungsschaltung 10 bzw. 30 bilden, vorgegeben wird, auf der Grundlage des Spannungspegel der Spannung Vin1 oder Vin2 gesteuert. Die Spannung Vin1 oder Vin2 wird daher direkt an jedes Verzögerungsglied 2 als eine Ansteuerspannung angelegt. Jedoch kann beispielsweise ein Steuer-Feldeffekttransistor (FET) Trc zum Zulassen einer Steuerung eines Ansteuerstroms von außerhalb, wie es in 3C gezeigt ist, mit einem CMOS-Inverter INV verbunden sein, der in jedem Verzögerungsglied enthalten ist. In diesem Fall kann die Spannung Vin1 oder Vin2 an den Steueranschluß (Gate) des Steuertransistors Trc angelegt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung eine Analog/Digital-Umwandlung wiederholt synchron mit dem Abtastsignal CKS durch, das von der Logikeinheit 40 (und insbesondere von dem Komparator 44) gesendet wird,. Abhängig von einem System, an welchem die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung angepaßt ist, kann es besser sein, die Analog/Digital-Umwandlung synchron mit dem Betriebstakt (Haupttakt) durchzuführen, der innerhalb des Systems übertragen wird.
Zu diesem Zweck wird, wie in 4A gezeigt, ein Haupttakt CKM an die Signalverarbeitungsschaltung 50 angelegt und die Signalverarbeitungsschaltung 50 hält ein Ausgangssignal (digitale Daten DT), die von der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (oder genauer gesagt der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20) gesendet wird.
Da es in diesem Fall nicht notwendig ist, daß die Analog/Digital-Umwandlung synchron mit dem Abtastsignal CKS durchgeführt wird, übermittelt die Signalverarbeitungsschaltung 50, wie in 4B gezeigt, die aktivierenden Impulse SRP1 und SRP2, welche synchron mit dem Haupttakt CKM sind, zu der Impulsverzögerungsschaltung 10 bzw. 30
Wie für diesen Fall in 4B gezeigt, werden die Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 zu Zeitpunkten t01, t02, t03 usw. wiederholt aktiviert, bei welchen der Haupttakt CKM eine ansteigende Taktflanke aufweist. Nachdem die Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 aktiviert worden sind, ändert sich ein Ausgang bzw. Ausgangssignal der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 zu digitalen Daten DT, welche dem letzten bzw. neuesten digitalisierten Wert entsprechen, zu den Zeitpunkten t11, t12, t13 usw., bei welchen der Abtastzyklus TS, der abhängig von der Eingangsspannung Vin variiert, abgelaufen ist. Die digitalen Daten DT werden durch die Signalverarbeitungsschaltung 50 bei den darauffolgenden Zeitpunkten t02, t03 usw., bei welchen der Haupttakt CKM eine ansteigende Flanke aufweist, gehalten. Folglich werden die digitalen Daten DT2, die das Ergebnis einer Analog/Digital-Umwandlung darstellen, nach außen übertragen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die nicht-invertierende Verstärkungsschaltung 22, die invertierende Verstärkungsschaltung 32 und die Addiererschaltungen 24 und 34 zum Optimieren der Spannungspegel der Spannungen Vin1 und Vin2 verwendet, welche an die Impulssteuerschaltungen 10 bzw. 30 angelegt sind, sowie ihrer Varianz. Wenn alternativ dazu beispielsweise die Eingangsspannung Vin, wie in 4C gezeigt, positiv ist und der Spannungspegel und deren Varianz geeignet sind, kann die Eingangsspannung Vin direkt an die Impulsverzögerungsschaltung 10 als eine Spannung Vin1 angelegt werden, um zum Steuern einer Verzögerungszeit verwendet zu werden. Die Eingangsspannung Vin kann an die Impulsverzögerungsschaltung 30 über eine Schaltung angelegt werden, die die Änderungseigenschaft der Eingangsspannung Vin invertiert (eine invertierende Verstärkungsschaltung oder eine Addiererschaltung zum Verschieben einer Spannung, welche die gleichen sind, wie sie bei der Ausführungsform benutzt werden).
5 zeigt eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform, bei welcher die Eingangsspannung Vin in numerische Daten gemäß dem Analog/Digital-Umwandlungsverfahren, das darin den dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert aufweist, umgewandelt wird. Die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform ist dazu gedacht, die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung (d. h., die Auflösung bei einer Analog/Digital-Umwandlung zu verbessern und die Analog/Digital-Umwandlungsrate anzuheben) sowie ihre zweite Aufgabe (d. h., einen Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung, der von einer Umgebungsänderung, wie beispielsweise einer Änderung in der Temperatur stammt, zu minimieren) zu lösen.
Die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung weist grundsätzlich den gleichen Aufbau auf, wie der bei der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform liegt in der Einbeziehung eines Schalters 36. Der Schalter 36 wird zum Schalten einer Spannung, die aus der Eingangsspannung Vin (resultierend von der Verstärkung und der Spannungsverschiebung) erzeugt ist, und einer Offset-Spannung Vb2, die als eine Referenz-Spannung dient, verwendet. Die gewählte Spannung wird an die Impulsverzögerungsschaltung 30 als eine Spannung Vin2 angelegt.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung wird die Spannung Vin2, die abhängig von der Eingangsspannung Vin variiert, an die Impulsverzögerungsschaltung 30 angelegt, falls Verbindungen durch den Schalter 36 zum Wählen der Verbindung zu einer Additionsschaltung 34 geschaltet sind. Folglich wird der Betriebsmodus der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung auf einen die Auflösung heraufsetzenden Modus eingestellt. Ähnlich wie bei Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der ersten Ausführungsform kann die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Eingangsspannung Vin mit einer hohen Auflösung (anderenfalls mit einer hohen Umwandlungsrate) digitalisieren.
Falls andererseits die Verbindungen durch den Schalter 36 zum Wählen einer Quelle für die Offset-Spannung Vb2 geschaltet sind, wird die Offset-Spannung Vb2 an die Impulsverzögerungschaltung 30 als die Spannung Vin2 angelegt. Der Betriebsmodus der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung wird auf einen einen Fehler bei einer Analog/Digital-Umwandlung minimierenden Modus eingestellt. Ein Fehleranteil, der aus einer Umgebungsveränderung stammt, wie beispielsweise einer Veränderung der Temperatur, wird automatisch aus einem digitalisierten Wert (Digitaldaten DT) der Eingangsspannung Vin entfernt, der durch die Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 erzeugt wird.
Mit anderen Worten, eine Verzögerungszeit, die durch jede der Verzögerungsglieder 2 vorgegeben wird, die die in der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 enthaltene Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, ändert sich nicht nur mit einer Abweichung der Spannung Vin1, die an die Verzögerungsglieder 2 als eine Ansteuerspannung angelegt ist, sondern ebenso mit einer Umgebungsveränderung, wie beispielsweise einer Veränderung in der Temperatur. Insbesondere wenn, wie in 6 gezeigt, die Umgebungstemperatur niedrig ist, wird die durch jedes Verzögerungsglied 2 vorgegebene Verzögerungszeit kürzer. Wenn im Gegensatz dazu die Umgebungstemperatur hoch ist, wird die durch jedes Verzögerungsglied vorgegebene Verzögerungszeit länger.
Wenn die Verzögerungszeit sich ändert, wie zuvor erwähnt, variieren die digitalen Daten DT, die durch die Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 erzeugt werden, falls der Abtastzyklus TS wie bei herkömmlichen Vorrichtungen fest eingestellt ist. Dies führt zu einem Fehler bei dem Ergebnis einer Analog/Digital-Umwandlung.
Falls eine Umgebungsveränderung auftritt, verändert sich die Verzögerungszeit, die durch jede der Verzögerungsglieder 2 vorgegeben wird, die die Impulsverzögerungsschaltung 30 bilden, ähnlich wie die Verzögerungszeit bei der Impulsverzögerungsschaltung 10. Wenn folglich, wie in 6 gezeigt, die Umgebungstemperatur niedrig ist, wird der Zyklus des Abtastsignals CKS (Abtastzyklus TS), die von der Logikeinheit 40 gesendet wird, kürzer. Mit anderen Worten der Abtastzyklus TS, der mit der Offset-Spannung Vb2 bestimmt wird, ändert sich mit einer Umgebungsänderung, wie beispielsweise einer Änderung in der Temperatur, in die gleiche Richtung, wie eine Richtung, in welcher sich die Verzögerungszeit ändert, die durch die Impulsverzögerungsschaltung 10 vorgegeben ist.
Falls die Verbindungen durch den Schalter 36 zum Wählen der Quelle der Offset-Spannung Vb2 geschaltet sind, wird die Veränderung bei der Verzögerungszeit, die in der Impulsverzögerungsschaltung 10 aufgrund einer Umgebungsänderung, wie beispielsweise einer Änderung in der Temperatur, auftritt, durch eine Änderung in dem Zyklus des Abtastsignals CKS (Abtastzyklus TS), das von der Logikeinheit 40 gesendet wird, ausgeglichen. Digitale Daten, die von der Analog/Digital-Umwandlungseinheit 20 gesendet werden, werden durch die Veränderung in der Temperatur oder dergleichen nicht beeinflußt, sondern sind immer proportional zu der Eingangsspannung Vin.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, kann ein Fehler bei einer Analog/Digital-Umwandlung, der aus einer Umgebungsänderung, wie beispielsweise einer Änderung in der Temperatur, stammt, minimiert werden, wenn die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in dem einen Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung minimierenden Modus betrieben wird. Dabei gilt das gleiche für den Fall, bei dem die Offset-Spannungen Vb1 und Vb2 variieren.
Um den Effekt einer Fehlerminimierung bei der Analog/Digital-Umwandlung zuverlässig anzuwenden, sind die Impulsverzögerungsschaltungen 10 und 30 vorzugsweise so entworfen, daß sie darin identisch aufgebaute Schaltungselemente enthalten. Die Offset-Spannungen Vb1 und Vb2 werden vorzugsweise auf den gleichen Spannungspegel (Vb1 = Vb2) eingestellt und von der gleichen Leistungsversorgung versorgt.
7 zeigt ein praktisches Beispiel der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform, die an ein Sensorsignalverarbeitungssystem angepaßt ist, welches ein Erfassungssignal, das von einem Sensor gesendet wird, digital verarbeitet und das resultierende Signal einem Mikrocomputer 51 oder dergleichen übermittelt.
Das Sensorsignalverarbeitungssystem verarbeitet Erfassungssignale, die beispielsweise von zwei Arten von Sensorelementen A und B (z. B. ein Beschleunigungssensor A und ein Drucksensor B) gesendet worden sind. Das Sensorsignalverarbeitungssystem verarbeitet die Signale in Reaktion auf einen Befehl, der von dem Mikrocomputer 51 ausgegeben worden ist (oder in einem Zeitmultiplexbetrieb (Time-sharing-manner)).
Das Sensorelement A enthält ein Erfassungselement A1, das eine physikalische Größe (z. B. eine Beschleunigung), die Gegenstand einer Messung ist, in ein elektrisches Signal umwandelt, und ein Referenzelement A2, das diese physikalische Größe nicht mißt.
Um das Erfassungssignal, das von dem Sensorelement A gesendet worden ist, zu verarbeiten, werden Verbindungen durch einen Auswahlschalter 52, der ein Erfassungssignal auswählt, von der Verbindung zu dem Erfassungselement A1 zu der Verbindung zu dem Referenzelement A2 in Reaktion auf ein Auswahlsignal SEL2 geschaltet, das von dem Mikrocomputer 51 gesendet wird. Die Erfassungssignale, die von den Elementen A1 und A2 gesendet werden, werden aufeinanderfolgend für das Verarbeitungssystem abgerufen. Die Erfassungssignale werden an die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 der zweiten Ausführungsform über einen Puffer 54 angelegt.
Um das Erfassungssignal, das von dem Sensorelement A gesendet wird, zu verarbeiten, werden die Verbindungen durch den Schalter 36 in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 zum Auswählen der Verbindung zu der Additionsschaltung 34 in Reaktion auf ein Auswahlsignal SEL1, das von dem Mikrocomputer 51 gesendet wird, geschaltet. Der Betriebsmodus der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 wird auf den hochauflösenden Modus eingestellt.
Bei der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 werden folglich die Erfassungssignale, die von den Elementen A1 und A2 gesendet werden, in digitale Datenelemente DT2 umgewandelt. Die digitalen Datenelemente DT2 werden aufeinanderfolgend (sukzessiv) synchron mit dem Abtastsignal CKS übermittelt. Dabei wird das durch die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 erzeugte Abtastsignal CKS an die Schaltungselemente angelegt, die die Datenverarbeitungseinheit 60 in einer darauffolgenden Stufe bilden.
Die Datenverarbeitungseinheit 60 enthält eine Halteschaltung 62 und eine Halteschaltung 64. Die Halteschaltung 62 hält digitale Daten (ein erfaßter Wert) proportional zu dem Erfassungssignal, das von dem Erfassungselement A1 gesendet wird, während die Halteschaltung 64 digitale Daten (einen Referenzwert) hält, der proportional zu dem Erfassungssignal ist, das von dem Referenzelement A2 gesendet wird. Die Halteschaltungen 62 und 64 halten selektiv zugehörige digitale Daten gemäß einem Steuersignal CO, das von dem Mikrocomputer 51 gesendet wird, und dem Abtastsignal CKS.
Die digitalen Datenelemente (erfaßter Wert D1 und Referenzwert D2), die von den Halteschaltungen 62 und 64 gehalten werden, werden zu einer Arithmetikeinheit 66 übertragen. Die Arithmetikeinheit 66 berechnet das Verhältnis der Werte D1 und D2 (Division von D1 durch D2). Das Ergebnis der Berechnung D wird auf der Grundlage von Korrekturdaten, welche im voraus in einem Einstellungs-/Korrektur-Speicher 68 gespeichert worden sind, durch eine Korrektureinheit 70 korrigiert. Die resultierenden Daten werden zu dem Mikrocomputer 51 als digitale Daten D0 übertragen, die die durch das Sensorelement A erfaßte physikalische Größe (z. B. eine Beschleunigung) darstellen.
Insbesondere berechnet das Sensorsignalverarbeitungssystem das Verhältnis des erfaßten Werts D1, der durch das Erfassungselement A1 erzeugt wird, zu dem Referenzwert D2, der durch das Referenzelement A2 erzeugt wird, um so einen Abweichungsfaktor, der durch eine Schaltung verursacht wird, auszugleichen.
Um andererseits das Erfassungssignal, das von dem Sensorelement B erzeugt wird, zu verarbeiten, werden Verbindungen durch den Schalter 36 in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 zum Auswählen der Verbindung zu der Quelle der Offset-Spannung Vb2 geschaltet. Der Betriebsmodus der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 wird auf den einen Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung minimierenden Modus eingestellt. Überdies werden die Verbindungen durch den Auswahlschalter 52, der zum Auswählen eines Erfassungssignals verwendet wird, zum Auswählen der Verbindung zu dem Sensorelement B in Reaktion auf das Auswahlsignal SEL2 geschaltet.
Folglich wird das von dem Sensorelement B gesendete Erfassungssignal an die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 über den Puffer 54 angelegt. Das Erfassungssignal wird in digitale Daten DT2 durch die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung 100 sehr genau umgewandelt, und anschließend zu der Datenverarbeitungseinheit 60 übermittelt.
Bei der Datenverarbeitungseinheit 60 werden die empfangenen digitalen Daten unverändert zu der Korrektureinheit 70 übertragen (siehe gestrichelter Pfeil in 7). Die Korrektureinheit 70 korrigiert die digitalen Daten gemäß dem im voraus in dem Einstellungs-/Korrektur-Speicher 68 gespeicherten Korrekturdaten. Die resultierenden Daten werden zu dem Mikrocomputer 51 als digitale Daten D0 übermittelt, die die durch das Sensorelement B erfaßte physikalische Größe (z. B. einen Druck) darstellen.
Wie zuvor erwähnt, kann gemäß der zweiten Ausführungsform die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in unterschiedlichen Modi verwendet werden. Insbesondere wenn beispielsweise der Signalpegel eines Erfassungssignals relativ hoch ist und das Erfassungssignal (Erfassungssignal, das von dem Sensorelement B gesendet wird) nicht mit einer hohen Auflösung digitalisiert werden muß, wird die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in dem einen Fehler bei der Analog/Digital-Umwandlung minimierenden Modus betrieben. Wenn das Erfassungssignal mit einer hohen Auflösung digitalisiert werden soll (Erfassungssignal, das von dem Sensorelement A gesendet wird), wird die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung in dem hoch auflösenden Modus betrieben.
Ein Fehler in dem Erfassungssignal (digitalisierte Daten DT), das von dem Sensorelement B gesendet wird, und in dem einen analog-digital Umwandlungsfehler minimierenden Modus digitalisiert wird, wird automatisch durch eine in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung enthaltenen Einrichtung korrigiert. Es wird daher für die Datenverarbeitungseinheit 60 nicht notwendig, die digitalisierten Daten unter Verwendung eines Referenzwertes zu korrigieren. Dies führt zu einer verkürzten Verarbeitungszeit, die für das Sensorsignalverarbeitungssystem erforderlich ist. Falls die Verarbeitungszeit, die für das Sensorsignalverarbeitungssystem erforderlich ist, somit verkürzt ist, kann das Sensorsignalverarbeitungssystem zusätzliche Zeit für die Verarbeitung aufwenden. Somit kann die Anzahl an Sensorelementen, deren Erfassungssignale durch das Sensorsignalverarbeitungssystem zu verarbeiten sind, vergrößert werden. Falls das Sensorsignalverarbeitungssystem unter Verwendung der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform aufgebaut ist, kann ein Steuersystem einschließlich der Sensoren und des Sensorsignalverarbeitungssystems mit niedrigen Kosten kompakt entworfen werden.
Bei dem vorhergehend erwähnten praktischen Beispiel ist das Sensorsignalverarbeitungssystem beschrieben worden, das einen Beschleunigungssensor und einen Drucksensor verwendet. Jedoch kann eine Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung, in welcher die vorliegende Erfindung implementiert ist, zum Digitalisieren von Erfassungssignalen verwendet werden, die von zahlreichen verschiedenen Sensoren erzeugt werden, beispielsweise Temperatursensoren, Drehmomentsensoren, Winkelratensensoren und Positionssensoren.

Claims

Analog-Digital-Umwandlungsverfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten, das folgende Schritte aufweist: Anlegen der Eingangsspannung an eine erste Impulsverzögerungsschaltung, welche eine Vielzahl von in Reihe verbundenen ersten Verzögerungsgliedern aufweist, als ein Signal, das zum Steuern einer Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes der ersten Verzögerungsglieder vorgegeben wird, wobei die ersten Verzögerungsglieder mit Gatter-Schaltungen realisiert sind; Anlegen der Eingangsspannung an eine zweite Impulsverzögerungsschaltung, welche eine Vielzahl an in Reihe verbundenen zweiten Verzögerungsgliedern aufweist, als ein Signal, das zum Steuern einer Verzögerungszeit, die durch jedes der zweiten Verzögerungsglieder vorgegeben wird, in einer Richtung verwendet wird, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, mit welcher die Verzögerungsschaltung gesteuert wird, die durch die erste Verzögerungszeit vorgegeben wird, wobei die zweiten Verzögerungsglieder durch Gatter-Schaltungen realisiert sind; und Aktivieren der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen, numerisches Berechnen des Verhältnisses der Übertragungsraten, mit welchen gepulste Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, und Umwandeln der Eingangsspannung in numerische Daten, welche dem numerisch berechneten Verhältnis der Übertragungsraten entsprechen.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei: ein Signal, das durch Verstärken der Eingangsspannung mit einem Verstärkungsfaktor n erzeugt wird, oder ein Signal, das durch ein Addieren einer vorbestimmten ersten Offset-Spannung zu der verstärkten Eingangsspannung erzeugt wird, an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt wird, das zum Steuern der Verzögerungszeit, die durch jedes der ersten Verzögerungsglieder vorgegeben ist, verwendet wird; und ein Signal, das durch ein Verstärken der Eingangsspannung mit einem Verstärkungsfaktor m (wobei m ein Wert ist, der ein zu n entgegengesetztes Vorzeichen aufweist) erzeugt wird, oder ein Signal, das durch ein Hinzufügen einer vorbestimmten zweiten Offset-Spannung zu der verstärkten Eingangsspannung erzeugt wird, an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt wird, das zum Steuern der Verzögerungszeit, die durch jedes der zweiten Verzögerungsglieder vorgegeben ist, verwendet wird.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, als eine Information verwendet wird, die eine Übertragungsrate darstellt, mit welcher das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl an ersten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, bis die Anzahl der zweiten Verzögerungsglieder, welche das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchlauft, eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern erreicht, als eine Information berechnet wird, die das Verhältnis der Übertragungsraten darstellt, mit welchen die gepulsten Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei: eine Ringverzögerungsleitung, die erste und zweite Verzögerungsglieder aufweist, die ringförmig miteinander verbunden sind, und die ein gepulstes Signal aufweist, das durch sie zirkuliert, als die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen verwendet wird; und die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, auf der Grundlage der Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch jede Ringverzögerungsleitung zirkuliert ist, oder auf der Grundlage der Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch jede Ringverzögerungsleitung zirkuliert ist, und der Position des gepulsten Signals, das durch jede Ringverzögerungsleitung zirkuliert, berechnet wird.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten, das folgende Schritte aufweist: Anlegen der Eingangsspannung an eine erste Impulsverzögerungsschaltung, welche eine Vielzahl von in Reihe verbundenen ersten Verzögerungsgliedern aufweist, als ein Signal, das zum Steuern einer Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegeben wird, wobei die erste Verzögerungseinheiten durch Gatter-Schaltungen realisiert sind; Anlegen einer vorbestimmten Referenzspannung an eine zweite Impulsverzögerungsschaltung, welche eine Vielzahl von in Reihe verbundenen zweiten Verzögerungsgliedern aufweist, als ein Signal zum Steuern einer Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes zweite Verzögerungsglied vorgegeben ist, wobei die zweiten Verzögerungsglieder durch Gatter-Schaltungen realisiert sind; und Aktivieren der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen, numerisches Berechnen des Verhältnisses der Übertragungsraten, mit welchem gepulste Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, und Umwandeln der Eingangsspannung in numerische Daten, welche dem numerisch berechneten Verhältnis der Übertragungsraten entsprechen.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 6, wobei ein Signal, das durch Hinzufügen einer vorbestimmten ersten Offset-Spannung zu der Eingangsspannung oder zu einer Spannung erzeugt wird, die durch Verstärken der Eingangsspannung mit einem Verstärkungsfaktor n erzeugt wird, an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal zum Steuern der Verzögerungszeit angelegt wird, die durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegeben wird, verwendet zu werden.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, als eine Information verwendet wird, die eine Übertragungsrate darstellt, mit welcher das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung übertragen wird.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die Anzahl an ersten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, bis die Anzahl der zweiten Verzögerungsglieder, welche das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchläuft, eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern erreicht, als eine Information berechnet wird, die das Verhältnis der Übertragungsraten darstellt, bei welchen die gepulsten Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden.
Analog-Digital-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 6, wobei: eine Ringverzögerungsleitung, die erste und zweite Verzögerungsglieder aufweist, die ringförmig miteinander verbunden sind, und die ein gepulstes Signal aufweist, das durch sie zirkuliert, als die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen verwendet wird; und die Anzahl an Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb jeder Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, auf der Grundlage der Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch jede Ringverzögerungsleitung zirkuliert ist, oder auf der Grundlage der Anzahl, wie oft das gepulste Signal durch jede Ringverzögerungsleitung zirkuliert ist, und der Position des gepulsten Signals, das durch jede Ringverzögerungsleitung zirkuliert, berechnet wird.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten, die aufweist: eine erste Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl von ersten Verzögerungsgliedern aufweist, welche als Gatter-Schaltungen realisiert sind und in Reihe verbunden sind, und die ein gepulstes Signal übertragen, während es in Einheiten einer Verzögerungszeit, die durch jedes erste Verzögerungglied vorgegeben ist, aufeinanderfolgend verzögert wird; eine erste Eingangsschaltung zum Anlegen der Eingangsspannung an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal, das zum Steuern der Verzögerungszeit, die durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegeben ist, verwendet wird; eine zweite Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl von zweiten Verzögerungsgliedern aufweist, welche als Gatter-Schaltungen realisiert sind und in Reihe verbunden sind, und die ein gepulstes Signal übertragen, während es in Einheiten einer Verzögerungszeit, die durch jedes zweite Verzögerungglied vorgegeben ist, aufeinanderfolgend verzögert wird; eine zweite Eingangsschaltung zum Anlegen der Eingangsspannung an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal, das zum Steruern der Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes zweite Verzögerungsglied vorgegeben ist; und eine Steuereinrichtung zum Aktivieren der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen, zum Übertragen der gepulsten Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen und zum numerischen Berechnen des Verhältnisses der Übertragungsraten, mit welchen die gepulsten Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, und Umwandeln der Eingangsspannung in numerische Daten, welche dem numerisch berechneten Verhältnis der Übertragungsraten entsprechen.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei: die erste Eingangsschaltung eine erste Verstärkungsschaltung aufweist, die die Eingangsspannung mit einem Verstärkungsfaktor n verstärkt, und das verstärkte Eingangssignal an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal anlegt, das zum Steuern der Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegeben ist; und die zweite Eingangsschaltung eine zweite Verstärkungsschaltung aufweist, die die Eingangsspannung mit einem Verstärkungsfaktor m (wobei m ein Wert ist, der eine zu n entgegengestetztes Vorzeichen aufweist) verstärkt, und die verstärkte Eingangsspannung an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal anlegt, das zum Steuern der Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes zweite Verzögerungsglied vorgegeben ist.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei: die erste Eingangsschaltung eine erste Spannungsverschiebungsschaltung aufweist, die eine erste Offset-Spannung zu der Eingangsspannung hinzuaddiert oder zu der Eingangsspannung, die durch die erste Verstärkerschaltung verstärkt worden ist; und die zweite Eingangsschaltung eine zweite Spannungsverschiebungsschaltung aufweist, die eine zweite Offset-Spannung zu der Eingangsspannung hinzuaddiert oder zu der Eingangsspannung, die durch die zweite Verstärkungsschaltung verstärkt worden ist.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung aufweist: eine erste Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl der ersten Verzögerungsglieder, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat; und eine zweite Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl der zweiten Verzögerungsglieder, welche das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, und das Verhältnis der Anzahl an Verzögerungsgliedern, die durch die ersten und zweiten Zähleinrichtungen gezählt worden sind, zum Erzeugen von numerischen Daten, die die Eingangsspannung darstellen, numerisch berechnet wird.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuereinrichtung die erste Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl an ersten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, so lange verwendet, bis die Anzahl der zweiten Verzögerungsglieder, die durch die zweite Zähleinrichtung gezählt worden sind, eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern erreicht, und das durch die erste Zähleinrichtung erzielte Zählergebnis als numerische Daten, die die Eingangsspannung darstellen, überträgt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei: die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Ringverzögerungsleitungen realisiert sind, die jeweils die ersten oder zweiten ringförmig verbundenen Verzögerungsglieder aufweisen und das darin zirkulierende gepulste Signal aufweisen; die erste Zähleinrichtung einen ersten Zähler enthält, der die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, sowie einen Kodierer enthält, der die Position des gepulsten Signals, das durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, welche die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, in digitale Daten einer vorbestimmten Bitstellenzahl umwandelt und die digitalen Daten überträgt; die erste Zähleinrichtung das Zielergebnis, das durch den ersten Zähler erzielt worden ist, und die digitalen Daten, die durch den Kodierer erzeugt worden sind, in Reaktion auf ein Abtastsignal, das von außerhalb empfangen wird, hält und überträgt; die zweite Zähleinrichtung einen zweiten Zähler enthält, der die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Komparator enthält, der beurteilt, ob der durch den zweiten Zähler vorgesehene Zählwert einen Einstellwert, der als eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, erreicht hat, und der, wenn der Zählwert den Einstellwert erreicht hat, das Abtastsignal zu der ersten Zähleinrichtung überträgt; und die zweite Zähleinrichtung den zweiten Zähler gemäß der Zeitsteuerung (timing) des Abtastsignals, das von dem Komparator gesendet wird, zurücksetzt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuereinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung enthält, die, nachdem die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen aktiviert worden sind, einen Ausgang der ersten Zähleinrichtung synchron mit dem Abtastsignal hält, das von dem Komparator gesendet wird, der in der zweiten Zähleinrichtung enthalten ist, und die digitale Daten, deren höherwertige Bits dem Zählergebnis zugeordnet sind, das durch den ersten Zähler erzielt worden ist, und deren niederwertige Bits den digitalen Daten zugeordnet sind, die durch den Kodierer erzeugt worden sind, als numerische Daten, die die Eingangsspannung darstellen, überträgt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei: die Steuereinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung enthält; und die Signalverarbeitungsschaltung die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen synchron zu einem Haupttaktgeber mit einem bestimmten Zyklus, der von außerhalb empfangen wird, aktiviert, so daß somit die ersten und zweiten Zähleinrichtungen in Intervallzyklen des Haupttaktes betätigt werden, wobei die Signalverarbeitungsschaltung das durch den ersten Zähler erzielte Zählergebnis, welches von der ersten Zähleinrichtung übertragen wird, und digitale Daten, welche durch den Kodierer erzeugt werden, synchron mit dem Haupttakt hält und wobei die Signalverarbeitungsschaltung digitale Daten, deren höherwertige Bits dem durch den ersten Zähler erzielten Zählergebnis zugeordnet sind und deren niederwertige Bits den durch den Kodierer erzeugten Digitaldaten zugeordnet sind, als numerische Daten, die die Eingangsspannung darstellen, überträgt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Komparator, der in der zweiten Zähleinrichtung enthalten ist, es gestattet den Einstellwert, der als die voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, von außerhalb her zu ändern.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Betriebsversorgungsspannungen der ersten und zweiten Zähleinrichtungen unterschiedlich zu den Signalen sind, die proportional zu der Eingangsspannung sind, und die an die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Signale angelegt werden, die zum Steuern der Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungsglied vorgegeben ist, verwendet werden.
Analog-Digital-Umwandlungvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei: die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Ringverzögerungsleitungen realisiert sind, die jeweils die ersten und zweiten ringförmig verbundenen Verzögerungsglieder aufweisen und das darin zirkulierende gepulste Signal aufweisen; und die Steuereinrichtung aufweist: eine erste Zähleinrichtung, die einen ersten Zähler enthält, welcher die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Kodierer enthält, welcher die Stellung des gepulsten Signals, welches durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, in digitale Daten einer vorbestimmten Bitstellenzahl umwandelt, wobei die erste Zähleinrichtung das durch den ersten Zähler erzielte Zählergebnis und die durch den Kodierer erzeugten digitalen Daten in Reaktion auf ein Abtastsignal, das von außerhalb empfangen wird, hält und überträgt; eine zweite Zähleinrichtung, die einen zweiten Zähler enthält, welcher die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Komparator enthält, welcher beurteilt, ob der durch den zweiten Zähler vorgesehene Zählwert einen Einstellwert, der als eine voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, erreicht hat, und welcher, wenn der Zählwert den Einstellwert erreicht hat, das Abtastsignal zu der ersten Zähleinrichtung überträgt, wobei die zweite Zähleinrichtung den zweiten Zähler gemäß der Zeitablaufsteuerung des Abtastsignals, das von dem Komparator gesendet wird, zurücksetzt; und der Verstärkungsfaktor n, mit welchem die in der ersten Eingangsschaltung enthaltene erste Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung verstärkt, auf einen Wert im Bereich von 0,01 bis 500 eingestellt wird, und der Verstärkungsfaktor m, mit welchem die in der zweiten Eingangsschaltung enthaltene Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung verstärkt, auf einen Wert im Bereich von –0,01 bis –1000 eingestellt wird.
Analog-Digital-Umwandlungvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei: die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Ringverzögerungsleitungen realisiert sind, die jeweils die ersten und zweiten ringförmig verbundenen Verzögerungsglieder aufweisen und das darin zirkulierende gepulste Signal aufweisen; und die Steuereinrichtung aufweist: eine erste Zähleinrichtung, die einen ersten Zähler enthält, welcher die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Kodierer enthält, welcher die Stellung des gepulsten Signals, welches durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, in digitale Daten einer vorbestimmten Bitstellenzahl umwandelt, wobei die erste Zähleinrichtung das durch den ersten Zähler erzielte Zählergebnis und die durch den Kodierer erzeugten digitalen Daten in Reaktion auf ein Abtastsignal, das von außerhalb empfangen wird, hält und überträgt; eine zweite Zähleinrichtung, die einen zweiten Zähler enthält, welcher die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Komparator enthält, welcher beurteilt, ob der durch den zweiten Zähler vorgesehene Zählwert einen Einstellwert, der als eine voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, erreicht hat, und welcher, wenn der Zählwert den Einstellwert erreicht hat, das Abtastsignal zu der ersten Zähleinrichtung überträgt, wobei die zweite Zähleinrichtung den zweiten Zähler gemäß der Zeitablaufsteuerung des Abtastsignals, das von dem Komparator gesendet wird, zurücksetzt; und wobei der Absolutwert des Verstärkungsfaktors n, mit welchem die in der ersten Eingangsschaltung enthaltene erste Verstärkerschaltung die Eingangsspannung verstärkt, kleiner als der Absolutwert des Verstärkungsfaktors m festgelegt wird, mit welchem die in der zweiten Eingangsschaltung enthaltene zweite Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung verstärkt.
Analog-Digital-Umwandlungvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei: die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Ringverzögerungsleitungen realisiert sind, die jeweils die ersten und zweiten ringförmig verbundenen Verzögerungsglieder aufweisen und das darin zirkulierende gepulste Signal aufweisen; und die Steuereinrichtung aufweist: eine erste Zähleinrichtung, die einen ersten Zähler enthält, welcher die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Kodierer enthält, welcher die Stellung des gepulsten Signals, welches durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, in digitale Daten einer vorbestimmten Bitstellenzahl umwandelt, wobei die erste Zähleinrichtung das durch den ersten Zähler erzielte Zählergebnis und die durch den Kodierer erzeugten digitalen Daten in Reaktion auf ein Abtastsignal, das von außerhalb empfangen wird, hält und überträgt; eine zweite Zähleinrichtung, die einen zweiten Zähler enthält, welcher die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Komparator enthält, welcher beurteilt, ob der durch den zweiten Zähler vorgesehene Zählwert einen Einstellwert, der als eine voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, erreicht hat, und welcher, wenn der Zählwert den Einstellwert erreicht hat, das Abtastsignal zu der ersten Zähleinrichtung überträgt, wobei die zweite Zähleinrichtung den zweiten Zähler gemäß der Zeitablaufsteuerung des Abtastsignals, das von dem Komparator gesendet wird, zurücksetzt; und wobei der Verstärkungsfaktor n, mit welchem die in der ersten Eingangsschaltung enthaltene erste Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung verstärkt, und die erste Offset-Spannung, die durch die erste Spannungsverschiebungsschaltung hinzuaddiert wird, sowie der Verstärkungsfaktor m, mit welchem die in der zweiten Eingangsschaltung enthaltene zweite Verstärkungsschaltung die Eingangsspannung verstärkt, und die zweite Offset-Spannung, die durch die zweite Spannungsverschiebungsschaltung hinzuaddiert werden soll, so eingestellt werden, daß: ein Signal, das an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt wird, das zum Steuern der Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes zweite Verzögerungsglied vorgegeben ist, innerhalb eines größeren Bereichs der Spannungspegel variieren wird und auf einen tieferen Spannungspegel als ein Signal abfallen, das an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt wird, das zum Steuern der Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegeben ist.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln einer Eingangsspannung in numerische Daten, die aufweist: eine erste Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl von ersten Verzögerungsgliedern aufweist, welche als Gatter-Schaltungen realisiert sind und in Reihe verbunden sind, und die ein gepulstes Signal übertragen, während es in Einheiten einer Verzögerungszeit, die durch jedes erste Verzögerungglied vorgegeben ist, aufeinanderfolgend verzögert wird; eine erste Eingangsschaltung zum Anlegen der Eingangsspannung an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal, das zum Steuern der Verzögerungszeit, die durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegeben ist, verwendet wird; eine zweite Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl von zweiten Verzögerungsgliedern aufweist, welche als Gatter-Schaltungen realisiert sind und in Reihe verbunden sind, und die ein gepulstes Signal übertragen, während es in Einheiten einer Verzögerungszeit, die durch jedes zweite Verzögerungglied vorgegeben ist, aufeinanderfolgend verzögert wird; eine zweite Eingangsschaltung zum Anlegen einer vorbestimmten Referenzspannung an die zweite Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal, das zum Steuern der Verzögerungszeit, die durch jedes zweite Verzögerungsglied vorgegeben ist, verwendet wird; und eine Steuereinrichtung zum Aktivieren der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen, zum Übertragen der gepulsten Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen und zum numerischen Berechnen des Verhältnisses der Übertragungsraten, mit welchen die gepulsten Signale innerhalb der ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen übertragen werden, und Umwandeln der Eingangsspannung in numerische Daten, welche dem numerisch berechneten Verhältnis der Übertragungsraten entsprechen.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 24, wobei: die erste Eingangsschaltung eine erste Spannungsverschiebungsschaltung aufweist, die eine vorbestimmte erste Offset-Spannung zu der Eingangsspannung hinzuaddiert; und ein Signal, das aus der Addition der ersten Offset-Spannung und der Eingangsspannung resultiert, die durch die erste Spannungsverschiebungsschaltung durchgeführt worden ist, an die erste Impulsverzögerungsschaltung als ein Signal angelegt wird, das zum Steuern der Verzögerungszeit verwendet wird, die durch jedes erste Verzögerungsglied vorgegeben ist.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 25, wobei die erste Eingangsschaltung eine erste Verstärkungsschaltung aufweist, die die Eingangsspannung mit einem Verstärkungsfaktor n verstärkt, oder eine Spannung, die aus der Addition der ersten Offset-Spannung zu der Eingangsspannung resultiert, die durch die erste Spannungsverschiebungsschaltung durchgeführt wird.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen den gleichen Schaltungsaufbau aufweisen.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Steuereinrichtung aufweist: eine erste Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl an ersten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat; und eine zweite Zählvorrichtung zum Zählen der Anzahl an zweiten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der zweiten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat; und wobei das Verhältnis der Anzahl an Verzögerungsgliedern, die durch die ersten und zweiten Zähleinrichtungen gezählt worden sind, zum Erzeugen von numerischen Daten, die die Eingangsspannung darstellen, numerisch berechnet wird.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Steuereinrichtung die erste Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl an ersten Verzögerungsgliedern, welche das gepulste Signal innerhalb der ersten Impulsverzögerungsschaltung durchlaufen hat, so lange verwendet, bis die Anzahl der zweiten Verzögerungsglieder, die durch die zweite Zähleinrichtung gezählt worden sind, eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern erreicht, und das durch die erste Zähleinrichtung erzielte Zählergebnis als numerische Daten, die die Eingangsspannung darstellen, überträgt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 29, wobei: die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Ringverzögerungsleitungen realisiert sind, die jeweils die ersten oder zweiten ringförmig verbundenen Verzögerungsglieder aufweisen und das darin zirkulierende gepulste Signal aufweisen; die erste Zähleinrichtung einen ersten Zähler enthält, der die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, die die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, sowie einen Kodierer enthält, der die Position des gepulsten Signals, das durch die Ringverzögerungsleitung zirkuliert, welche die erste Impulsverzögerungsschaltung realisiert, in digitale Daten einer vorbestimmten Bitstellenzahl umwandelt und die digitalen Daten überträgt; die erste Zähleinrichtung das Zielergebnis, das durch den ersten Zähler erzielt worden ist, und die digitalen Daten, die durch den Kodierer erzeugt worden sind, in Reaktion auf ein Abtastsignal, das von außerhalb empfangen wird, hält und überträgt; die zweite Zähleinrichtung einen zweiten Zähler enthält, der die Anzahl zählt, wie oft das gepulste Signal durch die Ringverzögerungsleitung, die die zweite Impulsverzögerungsschaltung realisiert, zirkuliert ist, und einen Komparator enthält, der beurteilt, ob der durch den zweiten Zähler vorgesehene Zählwert einen Einstellwert, der als eine vorbestimmte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, erreicht hat, und der, wenn der Zählwert den Einstellwert erreicht hat, das Abtastsignal zu der ersten Zähleinrichtung überträgt; und die zweite Zähleinrichtung den zweiten Zähler gemäß der Zeitsteuerung (timing) des Abtastsignals, das von dem Komparator gesendet wird, zurücksetzt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Steuereinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung enthält, die, nachdem die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen aktiviert worden sind, einen Ausgang der ersten Zähleinrichtung synchron mit dem Abtastsignal hält, das von dem Komparator gesendet wird, der in der zweiten Zähleinrichtung enthalten ist, und die digitale Daten, deren höherwertige Bits dem Zählergebnis zugeordnet sind, das durch den ersten Zähler erzielt worden ist, und deren niederwertige Bits den digitalen Daten zugeordnet sind, die durch den Kodierer erzeugt worden sind, als numerische Daten, die die Eingangsspannung darstellen, überträgt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 30, wobei: die Steuereinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung enthält; und die Signalverarbeitungsschaltung die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen synchron zu einem Haupttaktgeber mit einem bestimmten Zyklus, der von außerhalb empfangen wird, aktiviert, so daß somit die ersten und zweiten Zähleinrichtungen in Intervallzyklen des Haupttaktes betätigt werden, wobei die Signalverarbeitungsschaltung das durch den ersten Zähler erzielte Zählergebnis, welches von der ersten Zähleinrichtung übertragen wird, und digitale Daten, welche durch den Kodierer erzeugt werden, synchron mit dem Haupttakt hält und wobei die Signalverarbeitungsschaltung digitale Daten, deren höherwertige Bits dem durch den ersten Zähler erzielten Zählergebnis zugeordnet sind und deren niederwertige Bits den durch den Kodierer erzeugten Digitaldaten zugeordnet sind, als numerische Daten, die die Eingangsspannung darstellen, überträgt.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 30, wobei der Komparator, der in der zweiten Zähleinrichtung enthalten ist, es gestattet den Einstellwert, der die als voreingestellte Anzahl an Verzögerungsgliedern vereinbart ist, von außerhalb her zu ändern.
Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei die Betriebsversorgungsspannungen der ersten und zweiten Zähleinrichtungen unterschiedlich zu den Signalen sind, die proportional zu der Eingangsspannung sind, und die an die ersten und zweiten Impulsverzögerungsschaltungen als Signale angelegt werden, die zum Steuern der Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungsglied vorgegeben ist, verwendet werden.