DE10318184A1

DE10318184A1 - Analog/Digital-Umwandlungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE10318184A1
Application number: DE10318184A
Authority: DE
Inventors: Takamoto Kariya Watanabe; Mitsuo Kariya Nakamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: DE10318184B4; JP2004007385A; US20030201927A1; JP3956847B2; US6771202B2

Abstract

Bei einer Vorrichtung für eine Analog-zu-Digital-Umwandlung eines Eingangssignals wird das Eingangssignal an eine Vielzahl von Verzögerungseinheiten angelegt, die eine Impulsverzögerungsschaltung bilden, um eine Verzögerungszeit zu ändern, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden soll. Die Zahl der Verzögerungseinheiten, durch die ein Impulssignal während einer Periode von Sampling-Taktsignalen hindurchläuft, wird numerisch ausgedrückt. Die A/D-Umwandlungsvorrichtung umfaßt eine Vielzahl von numerisch darstellenden Einheiten für die Impulsposition, die für die A/D-Umwandlung verwendet werden. Sampling-Taktsignale, bei denen die Phasen untereinander verschieden sind, werden an die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten für die Impulsposition angelegt. Eine Addierstufe summiert die numerischen Datenelemente, die durch die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten für die Impulsposition erzeugt werden, um dadurch endgültige numerische Daten zu erzeugen, die ein Ergebnis der A/D-Umwandlung wiedergeben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Analog/Digital-Umwandlungsverfahren und -vorrichtung, um ein analoges Eingangssignal in numerische Daten umzuwandeln und zwar unter Verwendung einer Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl an Verzögerungseinheiten aufweist, die ein Impulssignal verzögern und übertragen und die miteinander in Reihe geschaltet sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In der Vergangenheit enthielten A/D-Umwandlungsvorrichtungen, die als Typen der A/D-Umwandlungsvorrichtungen bekannt waren und die eine hohe Auflösung für digitale Daten liefern und zwar trotz einer einfachen Konfiguration, eine Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl an Verzögerungseinheiten enthält, welche mit vielfältigen Arten von Gate-Schaltungen realisiert wurden, die ringförmig verbunden wurden. Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung wird ein analoges Eingangssignal, welches einer A/D-Umwandlung unterzogen wird, als eine Versorgungsspannung zu der Impulsverzögerungsschaltung gesendet. Zur gleichen Zeit wird ein Übertragungsimpulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt. Demzufolge wird das Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung in einer Geschwindigkeit zum Zirkulieren gebracht, die von der Verzögerungszeit der Verzögerungseinheiten abhängt. Die Zahl der Verzögerungseinheiten in der Impulsverzögerungsschaltung, durch die das Impulssignal hindurch verläuft und zwar innerhalb einer vorbestimmten Samplingzeit während der Zir kulation des Impulssignals, wird gezählt. Somit wird das analoge Eingangssignal in numerische Daten umgewandelt (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 5-259907).
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung verwendet die Tatsache, daß eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten erzeugt wird, abhängig von einer Versorgungsspannung variiert. Da ein analoges Eingangssignal als eine Vorsorgungsspannung zu den Verzögerungseinheiten übertragen wird, die in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten sind, wird die Geschwindigkeit, mit der ein Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung zirkuliert, mit dem analogen Eingangssignal geändert. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird gemessen, indem die Zahl der Verzögerungseinheiten gezählt wird, durch die das Impulssignal hindurchgelaufen ist und zwar innerhalb der vorbestimmten Samplingzeit. Das Ergebnis der Messung (Zählwert) wird als numerische Daten geliefert, die sich aus der A/D-Umwandlung ergeben.
Gemäß der A/D-Umwandlungsvorrichtung kann eine Spannungsauflösung bestimmt werden, die sich durch die resultierenden numerischen Daten ausdrücken läßt und zwar mit Hilfe einer Verzögerungszeit, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit gegeben wird, welche in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten ist, und anhand einer Samplingzeit, die für eine A/D-Umwandlung erforderlich ist. Um die Spannungsauflösung zu erhöhen, ausgedrückt durch die numerischen Daten, wird die Verzögerungszeit, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit gegeben ist, verkürzt oder es wird die Samplingzeit erweitert. Es kann daher eine A/D-Umwandlungsvorrichtung geschaffen werden, welche die Fähigkeit hat, eine hochpräzise A/D-Umwandlung durchzuführen, und zwar kostengünstig mit Hilfe einer einfachen Konfiguration.
Jedoch wird bei der vorangegangen erläuterten A/D-Umwandlungsvorrichtung die Verzögerungszeit, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit gegeben wird, welche in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten ist, durch einen Feinheitswert bestimmt (eine Regel für die CMOS Konstruktion). Der Feinheitswert zeigt an, wie fein Schaltungselemente (Inverter oder andere Gate-Schaltungen), die in jeder Verzöge rungseinheit enthalten sind, sein können. Selbst wenn ein Versuch unternommen wird eine Verzögerungszeit von einer Stufe einer Verzögerungseinheit zu verkürzen, die in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten ist, und zwar zum Zwecke der Verbesserung einer Auflösung, die durch die A/D-Umwandlung geboten wird, gibt es dabei Grenzen.
Wenn darüber hinaus in der A/D-Umwandlungsvorrichtung die Samplingzeit, die für die A/D-Umwandlung erforderlich ist, ausgedehnt wird, um eine Auflösung zu verbessern, die durch die A/D-Umwandlung geboten wird und wenn eine A/D-Umwandlungsvorrichtung in einem System verwendet wird, welches eine Hochgeschwindigkeit-A/D-Umwandlung in einer A/D-Umwandlungsgeschwindigkeit erfordert, die von beispielsweise mehreren Megahertz bis zu mehreren zehn Megahertz reicht, kann das System an einer unzureichenden Geschwindigkeit leiden. Das System kann dann nicht eine Anforderung nach einer Hochgeschwindigkeits-A/D-Umwandlung befriedigen.
Die vorangegangen erläuterte A/D-Umwandlungsvorrichtung besteht aus einem sogenannten integrierten Typ einer A/D-Umwandlungsvorrichtung. Die erzeugten digitalen Daten sind ein Ergebnis der Integration, die an einer variablen Komponente eines analogen Eingangssignals durchgeführt wird und zwar über eine Samplingzeit hinweg, die für eine A/D-Umwandlung erforderlich ist. Wenn daher die Samplingzeit, die für die A/D-Umwandlung erforderlich ist, erweitert wird, um eine Auflösung zu verbessern, die durch die A/D-Umwandlung geboten wird, kann die Quantität der Variation des analogen Eingangssignals nicht in den resultierenden digitalen Daten reflektiert werden. Die A/D-Umwandlungsvorrichtung kann nicht in einem System verwendet werden, welches eine Hochgeschwindigkeits-A/D-Umsetzung erreichen soll.
Daher verwendet ein System, welches eine Geschwindigkeit und Präzision der A/D-Umwandlung erfordert, in herkömmlicher Weise einen Typ einer A/D-Umwandlungsvorrichtung gemäß einer sukzessiven Annäherung oder einen Parallel-Typ einer A/D-Umwandlungsvorrichtung (auch als Flash-Typ-A/D-Umwandlungsvorrichtung bezeichnet). Der A/D-Umwandlungsvorrichtungstyp gemäß einer sukzessiven Annähe rung kann eine A/D-Umwandlung in einer höheren Geschwindigkeit erzielen, als die zuvor erwähnte Integrationstyp-A/D-Umwandlungsvorrichtung dies kann. Die Parallel-Typ-A/D-Umwandlungsvorrichtung kann eine A/D-Umwandlung unmittelbar erreichen.
Um die Auflösung zu verbessern, die durch eine A/D-Umwandlung durch die A/D-Umwandlungsvorrichtung vom Typ einer sukzessiven Annäherung oder vom Parallel-Typ einer A/D-Umwandlungsvorrichtung bietet, müssen zahlreiche Bezugsspannungen erzeugt werden und zwar entsprechend der erforderlichen Auflösung. Daher muß ein System, welches die schnelle und präzise A/D-Umwandlung erfordert, eine kostspielige A/D-Umwandlungsvorrichtung verwenden, die eine komplexe Konfiguration hat. Dies führt zu einer Erhöhung der Kosten des Gesamtsystems.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die zuvor erläuterten Probleme zu lösen. Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung ein A/D-Umwandlungsverfahren zum Umwandeln eines analogen Signals in ein digitales Signal zu schaffen, welches mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision durchgeführt werden kann und zwar unter Verwendung einer A/D-Umwandlungsvorrichtung, die kostengünstig realisiert werden kann und zwar mit einfacher Konfiguration, wobei bei dem Verfahren diese A/D-Umwandlungsvorrichtung verwendet wird.
Gemäß einem A/D-Umwandlungsverfahren, bei dem eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert ist, um die genannte Aufgabe zu lösen, wird eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten gegeben wird, welche eine Impulsverzögerungsschaltung bilden, mit einem analogen Eingangssignal geändert. Ein Impulssignal wird an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt und wird innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung übertragen. Die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung wird numerisch an einer Vielzahl von unterschiedlichen Zeitlagen ausgedrückt. Die Ergebnisse des numerischen Ausdrucks werden sum miert, um dadurch numerische Daten zu erzeugen, welche das analoge Eingangssignal repräsentieren.
Gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ähnlich wie bei dem Verfahren, welches bei der zuvor erläuterten herkömmlichen A/D-Umwandlungsvorrichtung implementiert ist, die Impulsverzögerungsschaltung dazu verwendet, um das analoge Eingangssignal in numerische Daten umzuwandeln. Während der A/D-Umwandlung, wird die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung nicht numerisch an den Zeitlagen ausgedrückt, gemäß welchem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist seit das Impulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wurde, sondern wird numerisch an einer Vielzahl von unterschiedlichen Zeitlagen ausgedrückt. Die Ergebnisse des numerischen Ausdrucks werden aufsummiert, um dadurch numerische Daten zu erzeugen.
Hierbei lautet die Zahl der Bits, die die numerischen Daten darstellen, die sich aus dem numerischen Ausdruck der Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsleitung ergeben, gleich n, und die Zahl der numerischen Datenelemente, die an der Vielzahl der unterschiedlichen Zeitlagen erzeugt werden, ist m. In diesem Fall wird die Zahl der Bits, welche die numerischen Daten bilden, die durch das A/D-Umwandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, als n+log₂m geliefert.
Die numerischen Daten, die n+log₂m Bits lang sind, entsprechen einem Mittelwert der numerischen Datenelemente, die an der Vielzahl der unterschiedlichen Zeitlagen erzeugt werden. Demzufolge ist eine Spannungsauflösung, welche durch endgültige numerische Daten ausgedrückt wird, höher als diejenige, die durch die numerischen Daten ausgedrückt wird, welche gemäß dem herkömmlichen Verfahren erzeugt wurden.
Gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird die Aktion des numerischen Ausdruckens der Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung nicht nur bei einer Vielzahl von Zeitpunkten durchgeführt.
Die Vielzahl der Zeitlagen, zu welchem der numerische Ausdruck durchgeführt wird, unterscheidet sich von einer zur anderen. Die für die A/D-Umwandlung erforderliche Zeit ist nicht länger als die eine Zeit, die gemäß dem herkömmlichen Verfahren erforderlich ist. Die A/D-Umwandlung kann mit einer hohen Präzision erreicht werden, in dem man die gleiche Zeit verwendet, wie die eine, die bei dem herkömmlichen Verfahren erforderlich ist. Wenn darüber hinaus eine Spannungsauflösung, die durch die numerischen Daten ausgedrückt wird, die aus der Summenbildung resultieren, den gleichen Wert haben kann, wie der eine, der bei dem herkömmlichen Verfahren vorgesehen wird, kann die Zeitdauer, die für die A/D-Umwandlung erforderlich ist, verkürzt werden.
Gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung, kann eine A/D-Umwandlungsvorrichtung realisiert werden, welche die Fähigkeit hat, ein analoges Eingangssignal in digitale Daten mit einer höheren Geschwindigkeit und mit höherer Präzision umzuwandeln, ohne der Notwendigkeit eine Verzögerungszeit zu verkürzen, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit geliefert wird oder eine Samplingzeit erweitern zu müssen.
Darüber hinaus braucht im Gegensatz zu der A/D-Umwandlungsvorrichtung vom Typ einer sukzessiven Annäherung oder vom Parallel-Typ, die A/D-Umwandlungsvorrichtung keine Bezugsspannung erzeugen, mit welcher ein analoges Eingangssignal verglichen wird. Die A/D-Umwandlungsvorrichtung kann kostengünstig realisiert werden, wobei die Konfiguration derselben vereinfacht ist. Demzufolge kann durch Anwenden des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ein System realisiert werden, welches eine Geschwindigkeit und Präzision bei der A/D-Umwandlung erfordert und zwar bei niedrigeren Kosten als bei einem herkömmlichen System.
Hierbei kann die Zahl der Impulsverzögerungsschaltungen, die bei der A/D-Umwandlung verwendet werden, identisch mit der Zahl der Zeitlagen sein, zu welchen der numerische Ausdruck ausgeführt wird. Bevorzugter kann eine Impulsverzögerungsschaltung, wie dies bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist, dazu verwendet wer den, um numerisch die Position eines Impulssignals auszudrücken. Die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung wird numerisch an unterschiedlichen Zeitlagen ausgedrückt.
Auf diese Weise kann die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung, in welcher das Verfahren der vorliegenden Erfindung implementiert ist, vereinfacht werden. Darüber hinaus kann verhindert werden, daß die numerischen Datenelemente, die zu den jeweiligen Zeitlagen erzeugt werden, ungewiß werden und zwar aufgrund der Unterschiede unter der Vielzahl der Impulsverzögerungsschaltungen, die beim Prozeß der Herstellung auftreten. Demzufolge kann ein Ergebnis einer A/D-Umwandlung mit einer höheren Präzision erhalten werden.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das analoge Eingangssignal dazu verwendet, um die Verzögerungszeit zu ändern, die durch die Verzögerungseinheiten vorgegeben wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden. In Verbindung mit einem Verfahren zum Ändern der Verzögerungszeit, was mit Hilfe der Verzögerungseinheiten erreicht wird und zwar unter Verwendung des analogen Eingangssignals kann beispielsweise ein Verfahren, welches bei der dritten Ausführungsform verwendet wird, angepaßt werden. Es kann nämlich das analoge Eingangssignal als eine Treiberspannung angelegt werden, mit welcher die Verzögerungseinheiten angetrieben werden, wobei dieses Signal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird. Ansonsten kann das analoge Eingangssignal so, wie es ist bei einer vierten Ausführungsform als ein Signal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt werden, mit welchem Signal ein Treiberstrom gesteuert wird, der in die Verzögerungseinheiten fließt.
Spezifisch ausgedrückt besteht jede der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, normalerweise aus Inverterstufen oder anderen Gate-Schaltungen. Je größer eine Treiberspannung oder ein Treiberstrom ist, desto höher ist die Betriebsgeschwindigkeit von jeder Verzögerungseinheit. Daher wird gemäß der dritten oder der vierten Ausführungsform das analoge Eingangssignal als ein Treiber- Spannung-Steuersignal oder als ein Treiberstrom-Steuersignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt, mit welchem eine Treiberspannung oder ein Treiberstrom für die Verzögerungseinheiten gesteuert wird. Somit kann die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, unmittelbar geändert werden und zwar dem Spannungspegel des analogen Eingangssignals.
Andererseits wird gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Position eines Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung numerisch an den zuvor genannten Zeitlagen ausgedrückt. Ein Mittelwert der Ergebnisse des numerischen Ausdrucks wird dazu verwendet, um numerische Daten zu erzeugen, die das analoge Eingangssignal wiedergeben. Diese Sequenz einer A/D-Umwandlung kann einmal durchgeführt werden und zwar nach dem Anlegen des Impulssignals an die Impulsverzögerungsschaltung. Wenn jedoch die A/D-Umwandlung gemäß der Sequenz durchgeführt wird, kann das kontinuierlich variable analoge Eingangssignal nicht sequentiell analog-zu-digital umgewandelt werden (A/D-Umwandlung) und zwar mit hoher Geschwindigkeit.
Um wiederholt ein analoges Eingangssignal in Intervallen eines vorbestimmten A/D-Umwandlungszyklusses in der gleichen Weise wie bei einer typischen A/D-Umwandlungsvorrichtung analog-zu-digital umzuwandeln, können eine Vielzahl der numerischen Datenelemente, die aufzusummieren sind, gemäß einer Prozedur erzeugt werden, die bei einer fünften Ausführungsform verwendet wird.
Bei dem A/D-Umwandlungsverfahren der fünften Ausführungsform wird die Position eines Impulssignals innerhalb einer Impulsverzögerungsschaltung wiederholt numerisch ausgedrückt und zwar synchron mit einer Vielzahl von Sampling-Takten, die den gleichen Zyklus haben, die jedoch untereinander außer Phase sind. Basierend auf einer Abweichung der neuen Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position des Impulssignals repräsentieren, von den früheren Daten, welche diese repräsentieren, wird die Zahl der Verzögerungseinheiten innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung, durch die das Impulssignal während eines Zyklusses der Sampling-Takte hindurch verläuft, berechnet. Es werden somit eine Vielzahl von numerischen Datenelementen, die zu summieren sind, erzeugt.
Wenn demzufolge die numerischen Datenelemente synchron mit einem der Vielzahl der Sampling-Takte summiert werden, kann ein Ergebnis der A/D-Umwandlung erhalten werden, die an einem analogen Eingangssignal durchgeführt wird und zwar einmal bei jedem Zyklus des Sampling-Taktes. Eventuell kann die A/D-Umwandlung des analogen Eingangssignals wiederholt mit einer hohen Geschwindigkeit und mit hoher Präzision erreicht werden.
Wie oben dargelegt ist, werden eine Vielzahl von Sampling-Takte dazu verwendet, um die Zahl der Verzögerungseinheiten auszudrücken, durch die ein Impulssignal innerhalb einer Impulsverzögerungsschaltung hindurch verläuft und zwar während eines Zyklusses des Sampling-Taktes, um dadurch numerische Datenelemente zu erzeugen. In diesem Fall sollten die Sampling-Takte untereinander außer Phase sein.
Die Sampling-Takte, die an jede die Impulsposition numerisch ausdrückende Einrichtung angelegt werden, sind um einen Unterschied zueinander außer Phase, der von mehreren zehn Picosekunden bis mehreren Nanosekunden reicht, und zwar aufgrund eines Jitter-Stemming aus dem weißen Rauschen, welches innerhalb der Schaltung auftritt. Eine Phasendifferenz wird auch durch eine Differenz der Länge eines Eingangspfades verursacht, entlang welchem ein Sampling-Takt zu jeder numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition verläuft und zwar gegenüber der Länge des Eingangspfades, entlang welchem ein anderer Sampling-Takt daran angelegt wird.
Eine Phase der Sampling-Takte, die an jede numerisch darstellende Einrichtung für die Impulsposition angelegt werden, braucht nicht absichtlich unterschiedlich untereinander gemacht zu werden, um eine Auflösung zu verbessern, die durch die A/D-Umwandlung geboten wird. In bevorzugter Weise werden die Phasen der Sampling-Takte bestimmt und zwar mit Hilfe einer sechsten Ausführungsform, so daß die Zeitla gen der numerischen Ausdrücke, die mit den jeweiligen Sampling-Takte bestimmt werden, voneinander verschieden sind und zwar um vorbestimmte Zeiten. In bevorzugterer Weise werden die Phasen der Sampling-Takte bei einer siebenten Ausführungsform bestimmt, so daß die Zeitlagen des numerischen Ausdrucks synchron mit den jeweiligen Sampling-Takten untereinander in gleichen Intervallen von einem Zyklus von jedem Sampling-Takt verschieden sind.
Mit anderen Worten, wenn die Phasen der Sampling-Takte so bestimmt werden, wie dies bei der sechsten Ausführungsform der Fall ist, sind die Zeitlagen des numerischen Ausdrucks, der zum Erzeugen der numerischen Datenelemente ausgeführt wird, die zu summieren sind, voneinander um eine gleiche Dauer verschieden. Demzufolge können durch Summieren der numerischen Datenelemente die numerischen Daten, die das kontinuierliche variable analoge Eingangssignal wiedergeben, exakt gemittelt werden. Dies führt zu einer verbesserten Präzision bei der A/D-Umwandlung.
Darüber hinaus können die Phasen der Sampling-Takte, so wie sie sind, mit Hilfe einer siebenten Ausführungsform bestimmt werden. Speziell in diesem Fall können numerische Datenelemente, die synchron mit den jeweiligen Sampling-Takten erzeugt werden, an den jeweiligen Zeitlagen der ansteigenden oder abfallenden Flanken der zugeordneten Sampling-Takte summiert werden. Es können daher numerische Daten, die sich aus der A/D-Umwandlung eines analogen Eingangssignals ergeben, viele Male erzeugt werden und zwar innerhalb eines Zyklusses der Sampling-Takte. Somit kann die A/D-Umwandlung mit einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Wenn darüber hinaus eine Vielzahl der Sampling-Takte in der oben erläuterten Weise dazu verwendet werden, um numerische Datenelemente zu erzeugen, die zu summieren sind, kann eine Zeit, die durch Addieren eines Maximalwertes einer Phasendifferenz zwischen den Sampling-Takten zu dem Zyklus der Sampling-Takte berechnet wird, länger sein als die Zeit von dem Moment, bei dem ein Impulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wurde, bis zu dem Moment, wenn das Impulssignal durch all die Verzögerungseinheiten hindurch verlaufen ist, die in der Impulsverzöge rungsschaltung enthalten sind. Dies macht es unmöglich, numerische Daten zu erzeugen, welche die Anzahl der Verzögerungseinheiten ausdrücken, durch die das Impulssignal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung hindurchläuft und zwar während eines Zyklusses der Sampling-Takte. Eventuell kann ein analoges Eingangssignal nicht mit hoher Präzision A/D-umgewandelt werden.
Um das A/D-Umwandlungsverfahren der fünften Ausführungsform zu implementieren, werden die Sampling-Takte in bevorzugter Weise so wie sie sind, gemäß einer achten Ausführungsform definiert. In bevorzugter Weise sollte die Zeit, die durch Addieren eines Maximalwertes einer Phasendifferenz zwischen den Sampling-Takten zu dem Zyklus der Sampling-Takte berechnet wird, gleich sein mit oder kürzer sein als wenigstens die Zeitdauer vom Moment, zu welchem ein Impulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wurde, bis zu dem Moment, bei welchem das Impulssignal durch all die Verzögerungseinheiten hindurchverläuft, die in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten sind.
Nebenbei bemerkt werden, wie oben erwähnt ist, die numerischen Datenelemente, die summiert werden sollen, wiederholt unter Verwendung einer Vielzahl von Sampling-Takten erzeugt. Wenn in diesem Fall die Impulsverzögerungsschaltung als eine Verzögerungsleitung ausgebildet ist, die ein Impulssignal überträgt, muß die Zahl der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, sehr groß sein. Wenn jedoch die Zahl der Verzögerungseinheiten zunimmt, nimmt auch die Zahl der Schaltungselemente (in Form von Transistoren), welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, zu. Dies führt zu einer Vergrößerung des Maßstabs der Schaltungsanordnung.
Um das A/D-Umwandlungsverfahren gemäß der fünften Ausführungsform zu implementieren, wird in noch bevorzugterer Weise eine Prozedur, die bei der neunten Ausführungsform verwendet wird, angepaßt. Spezifisch ausgedrückt ist eine Impulszirkulierschaltung, welche Verzögerungseinheiten enthält, die kreisförmig zusammengeschaltet sind und durch die ein Impulssignal hindurch zirkuliert, als Impulsverzöge rungsschaltung angepaßt. Ein Zirkulationszahl-Zähler wird dazu verwendet, um die Anzahl von Malen zu Zählen, die das Impulssignal durch die Impulszirkulierschaltung zirkuliert, nachdem es an die Impulszirkulierschaltung angelegt worden ist. Die Position des Impulssignals innerhalb der Impulszirkulierschaltung wird numerisch synchron mit einem Zugeordneten einen der Sampling-Takte ausgedrückt. Die numerischen Daten, welche als niedrigwertige Bit-Daten numerische Daten enthalten, die sich aus dem numerischen Ausdruck ergeben und welche als höherwertige Bitdaten die Zahl an Malen enthalten, die das Impulssignal zirkuliert ist und die durch den Zirkulierzahl-Zähler gezählt werden, werden dabei erzeugt. Basierend auf einer Abweichung von einem neuen einen der erzeugten numerischen Daten von den früheren einen Daten, wird die Zahl der Verzögerungseinheiten berechnet, durch die das Impulssignal während eines Zyklusses der Sampling-Takte hindurchverlaufen ist.
In diesem Fall verläuft das Impulssignal wiederholt durch die ringförmig zusammengeschalteten Verzögerungseinheiten in der Impulsverzögerungsschaltung. Selbst wenn die Zahl der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, reduziert wird, kann eine A/D-Umwandlung wiederholt über eine verlängerte Zeitperiode durchgeführt werden.
In diesem Fall kann der Zyklus der Sampling-Takte länger sein als die Zeit vom Moment an, wenn das Impulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird bis zu dem Moment, wenn der Zirkulierzahl-Zähler überläuft. In diesem Fall läuft der Zirkulierzahl-Zähler eine Vielzahl von Malen innerhalb von einem Zyklus der Sampling-Takte über. Demzufolge kann die Zahl von Malen, die das Impulssignal durch die Impulsverzögerungsschaltung hindurch zirkuliert ist (die Impulszirkulierschaltung) und zwar innerhalb eines Zyklusses der Sampling-Takte nicht exakt anhand eines Zählwertes berechnet werden, der durch den Zirkulierzahl-Zähler wiedergegeben wird. Eventuell kann auch ein analoges Eingangssignal nicht mit hoher Präzision A/D-umgewandelt werden.
Um das A/D-Umwandlungsverfahren der neunten Ausführungsform zu implementieren, werden in bevorzugter Weise die Sampling-Takte so definiert oder festgelegt, wie dies bei einer zehnten Ausführungsform erfolgt. Spezifischer gesagt, werden die Sampling-Takte so definiert, daß der Zyklus der Sampling-Takte gleich wird mit oder kürzer wird als die Zeit vom Moment, wenn ein Impulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird, bis zu dem Moment, wenn der Zirkulierzahl-Zähler überläuft.
Gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren, die anhand der fünften Ausführungsform bis zehnten Ausführungsform beschrieben wurden, werden die Vielzahl der Sampling-Takte verwendet, die den gleichen Zyklus haben, jedoch relativ zueinander außer Phase liegen, und es wird die A/D-Umwandlung synchron mit den jeweiligen Sampling-Takten durchgeführt. Die Sampling-Zeit pro A/D-Umwandlung, die unter Verwendung der Sampling-Takte durchgeführt wird (mit anderen Worten die Empfindlichkeit, die durch die A/D-Umwandlung geboten wird, bleibt konstant. Die Empfindlichkeit auf ein analoges Eingangssignal, die durch das Ergebnis (numerischen Daten) der A/D-Umwandlung geboten wird, die unter Verwendung der Sampling-Takte erreicht wird, bleibt konstant.
Demzufolge wird eine Auflösung, die durch die endgültigen numerischen Daten ausgedrückt wird, welche durch Summenbildung der Ergebnisse der A/D-Umwandlung berechnet werden, gemäß der Zahl m der Sampling-Takte verbessert. Solange jedoch ein analoges Eingangssignal konstant bleibt und innerhalb einer Auflösung liegt, welche durch die A/D-Umwandlung geboten wird, welche unter Verwendung der Sampling-Takte ausgeführt wird, nehmen die endgültig erzeugten numerischen Daten immer einen festen Wert an. Die Auflösung, die durch die numerischen Daten ausgedrückt wird, kann nicht verbessert werden.
Um die Auflösung zu verbessern, die durch die endgültigen numerischen Daten ausgedrückt wird, sollte die Sampling-Zeit pro A/D-Umwandlung (mit anderen Worten die Empfindlichkeit, die durch die A/D-Umwandlung geboten wird) für jede der Viel zahl von Malen der A/D-Umwandlung geändert werden. Für diesen Zweck kann irgendeines der A/D-Umwandlungsverfahren, welches als elfte bis fünfzehnte Ausführungsform dargestellt wird, angepaßt werden.
Gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der elften Ausführungsform wird die Position eines Impulssignals, welches sich innerhalb einer Impulsverzögerungsschaltung ändert, numerisch ausgedrückt und zwar während der Sampling-Zeiten, die voneinander um eine vorbestimmte Einheitszeit verschieden sind. Es wird somit eine Vielzahl an numerischen Datenelementen, die aufzusummieren sind, erzeugt.
Gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der elften Ausführungsform wird eine Position eines pulsierenden Signals, welches sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ändert, nicht während der gleichen Sampling-Zeit numerisch ausgedrückt, die durch den Zyklus der Sampling-Takte bestimmt ist. Statt dessen wird die Position des pulsierenden Signals, welches sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ändert, numerisch während den jeweiligen Sampling-Zeiten ausgedrückt, die voneinander um eine vorbestimmte Einheitszeit verschieden sind.
Demzufolge variiert entsprechend dem A/D-Umwandlungsverfahren der elften Ausführungsform die Empfindlichkeit, die zu jedem Zeitpunkt der A/D-Umwandlung geboten wird, welche zum Erzeugen der numerischen Datenelemente, die zu summieren sind, durchgeführt wird, abhängig von einer Differenz zwischen sich anschließenden Sampling-Zeiten. Eventuell kann die Auflösung, ausgedrückt durch die numerischen Daten, die letztendlich durch Summieren der Ergebnisse der A/D-Umwandlung erzeugt werden, erfolgreicher verbessert werden als gemäß den A/D-Umwandlungsverfahren der fünften bis zehnten Ausführungsformen.
Wenn darüber hinaus die A/D-Umwandlung innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung durchgeführt wird, bildet eine Auflösung, die durch die numerischen Daten gezeigt wird, die ein Ergebnis der A/D-Umwandlung sind, mit einer Verzögerungszeit td bestimmt, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit gegeben wird, die in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten ist. Um eine analoge Eingangsspannung exakter einer A/D-Umwandlung zu unterziehen und zwar gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der elften Ausführungsform, kann eine Einheitszeit, um die eine Sampling-Zeit von einer sich anschließenden Sampling-Zeit verschieden ist, so wie sie ist, entsprechend einer zwölften Ausführungsform bestimmt werden. Spezifischer ausgedrückt wird die Einheitszeit, um die eine Sampling-Zeit von einer sich anschließenden Sampling-Zeit verschieden ist, auf eine Zeit (Td/m) eingestellt, die dadurch gerechnet wird, in dem eine Verzögerungszeit (Td), die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, durch die Zahl (m) der Sampling-Zeiten geteilt wird. Ansonsten wird die Einheitszeit auf eine Zeit eingestellt, die dadurch berechnet wird, in dem ein ganzzahliges Vielfaches (Td, 2Td, 3Td, usw.) der Verzögerungszeit (Td), die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden, zu der Zeit Td/m addiert wird.
In diesem Fall sind die Auflösungen, die durch die numerischen Datenelemente geliefert werden, die während jeder der Sampling-Zeiten erzeugt werden (mit anderen Worten die Spannungspegel entsprechend den niedrigstwertigen Bits der jeweiligen numerischen Datenelemente) voneinander verschieden und zwar um 1/m einer Auflösung, die mit der Verzögerungszeit (Td) bestimmt wird, welche durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, welche das Impulssignal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung verzögern. Demzufolge kann eine Auflösung, ausgedrückt durch die numerischen Daten, die letztendlich durch Summierung gebildet werden, verbessert werden.
Gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der elften Ausführungsform werden A/D-Umwandlungen eine Vielzahl von Malen während unterschiedlicher Sampling-Zeiten durchgeführt und zwar unter Verwendung der Impulsverzögerungsschaltung. Für jede A/D-Umwandlung muß eine Vielzahl an Sampling-Zeiten bestimmt werden. Zum Bestimmen der Sampling-Zeiten, besitzen m Sampling-Takte den gleichen Zyklus und sind um eine Einheitszeit in der Phase voneinander verschieden bzw. liegen außer Phase und können gemäß einer dreizehnten Ausführungsform verwendet werden.
In diesem Fall können die Sampling-Takte gemäß einer vierzehnten Ausführungsform unmittelbar dadurch erzeugt werden, in dem ein Bezugstakt mit einem bestimmten Zyklus um Zeitabschnitte verzögert wird, die ein ganzzahliges Vielfaches der Einheitszeit bilden.
Jedoch besitzen gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der dreizehnten Ausführungsform alle Sampling-Takte den gleichen Zyklus. Um m Sampling-Zeiten festzulegen, die voneinander verschieden sind und zwar unter Verwendung des Sampling-Taktes mit dem gleichen Takt, werden die Sampling-Zeiten bzw. Zeitabschnitte in bevorzugter Weise gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform bestimmt. Spezifischer ausgedrückt wird eine der m Sampling-Zeiten auf eine Periode eingestellt und zwar von der Anstiegs- oder Abfall-Flanke eines spezifischen Sampling-Taktes, welche Phase zum Maximum unter den m Sampling-Takten führt, bis zur nächsten Anstiegs- oder Abfall-Flanke desselben. Die anderen Sampling-Zeiten werden auf Perioden eingestellt und zwar von der Anstiegs- oder Abfall-Flanke des spezifischen Sampling-Taktes zur Anstiegs- oder Abfall-Flanke des anderen Sampling-Taktes.
In diesem Fall gleicht eine der m Sampling-Zeiten einem Bezugszyklus Ts synchron mit dem Zyklus des spezifischen Sampling-Taktes. Der Zyklus des anderen Sampling-Taktes ist gleich einer Zeit (Ts+1×Einheitszeit, Ts+2×Einheitszeit, Ts+3×Einheitszeit usw.), die durch Addieren eines ganzzahligen Vielfaches einer Einheitszeit berechnet wird (1×Einheitszeit, 1×Einheitszeit, 3×Einheitszeit usw.) zu dem Bezugszyklus Ts. Demzufolge kann das A/D-Umwandlungsverfahren (welches als elfte oder zwölfte Ausführungsform der Erfindung repräsentiert wird), bei dem die vorliegende Erfindung implementiert ist, unmittelbar realisiert werden.
Wie oben dargelegt wurde, wird gemäß der A/D-Umwandlungsverfahren der elften bis fünfzehnten Ausführungsformen die Position eines Impulssignals, welches sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ändert, numerisch ausgedrückt und zwar während der Sampling-Zeiten, die um eine vorbestimmte Einheitszeit voneinander verschieden sind. Es werden somit eine Vielzahl von numerischen Datenelementen, die unterschiedliche Auflösungen aufweisen, erzeugt und werden dann summiert. Demzufolge wird ein analoges Eingangssignal mit hoher Präzision A/D-umgewandelt. Die Ideen, die bei dem A/D-Umwandlungsverfahren der elften bis fünfzehnten Ausführungsformen implementiert sind, können nicht nur bei einer A/D-Umwandlungsvorrichtung vom Integrationstyp mit der Impulsverzögerungsschaltung angewendet werden, sondern auch bei anderen A/D-Umwandlungsvorrichtungen vom Integrationstyp beispielsweise einer Doppelintegral(sequentielles Integral)-A/D-Umwandlungsvorrichtung. Darüber hinaus können die Ideen auch auf andere Typen von A/D-Umwandlungsvorrichtungen übertragen werden, die eine A/D-Umwandlungsvorrichtung vom sukzessiven Annäherungstyp enthalten und eine A/D-Umwandlungsvorrichtung vom paralle- len Typ enthalten.
Gemäß der sechzehnten Ausführungsform werden eine Vielzahl von A/D-Umwandlungsschaltungen verwendet, die unterschiedliche Spannungsauflösungen bieten, die durch numerische Datenelemente gebildet werden, welche die Ergebnisse der A/D-Umwandlung bilden, um numerisch ein analoges Eingangssignal auszudrücken. Die Ergebnisse der numerischen Ausdrucks, ausgeführt durch die jeweiligen A/D-Umwandlungsschaltungen, werden summiert, um numerische Daten zu erzeugen, die das analoge Eingangssignal repräsentieren. Somit können die gleichen technologischen Ideen wie diejenigen, die bei der elften Ausführungsform implementiert sind, nicht nur bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung angewendet werden, welche die Impulsverzögerungsschaltung enthält, sondern auch auf andere Integrationstyp-A/D-Umwandlungsvorrichtungen oder bei einer A/D-Umwandlungsvorrichtung vom sukzessiven Annäherungstyp oder vom Parallel-Typ. Es können die gleichen Vorteile wie diejenigen bei der elften Ausführungsform erreicht werden.
Um jedoch in diesem Fall eine A/D-Umwandlung genauso präzise wie diejenige gemäß der zwölften Ausführungsform zu erreichen, werden die Spannungsauflösungen, die durch die A/D-Umwandlungsschaltungen geboten werden, in bevorzugter Weise gemäß einer siebzehnten Ausführungsform bestimmt. Spezifischer ausgedrückt werden die Spannungsauflösungen, die durch die A/D-Umwandlungsschaltungen geboten werden, auf Auflösungen eingestellt, die durch Verschieben einer vorbestimmten Bezugsauflösung in Einheiten einer Einheitsauflösung erhalten werden, die dadurch berechnet wird, in dem die vorbestimmte Bezugsauflösung durch die Zahl der A/D-Umwandlungsschaltungen geteilt wird.
Die folgenden achtzehnten bis fünfundzwanzigsten Ausführungsformen befassen sich mit A/D-Umwandlungsvorrichtungen, die zum Implementieren der zuvor erläuterten A/D-Umwandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sind (speziell gemäß der ersten bis zehnten Ausführungsform).
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtzehnten Ausführungsform enthält eine Impulsverzögerungsschaltung mit einer Vielzahl an Verzögerungseinheiten, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Jede der Verzögerungseinheiten verzögert ein Impulssignal um eine Verzögerungszeit, die dem Spannungspegel eines analogen Eingangssignals entspricht, und überträgt das resultierende Signal. Darüber hinaus delektieren m Teile einer eine Impulsposition numerisch darstellenden Einrichtung die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung zu jeweiligen Zeitlagen der Anstiegs- oder Abfall-Flanken von m Sampling-Takten, die untereinander außer Phase liegen. Die delektierten Positionen des Impulssignals werden numerisch ausgedrückt. Eine Addiereinrichtung addiert die numerischen Datenelemente, die durch die jeweiligen Teile der die Impulsposition numerisch darstellenden Einrichtung (numerizing means) erzeugt werden, und überträgt das Ergebnis der Summierung als numerische Daten, die das analoge Eingangssignal wiedergeben.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung kann ein analoges Eingangssignal in numerische Daten mit Hilfe des A/D-Umwandlungsverfahrens der ersten Ausführungsform umgewandelt werden. Verglichen mit der zuvor erläuterten herkömmlichen A/D-Umwandlungsvorrichtung, kann das analoge Eingangssignal mit einer hohen Geschwindigkeit und hoher Präzision A/D umgewandelt werden und zwar ohne die Not- wendigkeit eine Verzögerungszeit zu verkürzen, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit geboten wird.
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung der neunzehnten Ausführungsform ist identisch mit der A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtzehnten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Taktsignale, die bei Intervallen des gleichen Zyklusses variieren, als die m Sampling-Takte verwendet werden. Die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition drücken wiederholt numerisch die Position eines Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsleitung bei den jeweiligen Zeitlagen der ansteigenden oder abfallenden Flanken der zugeordneten Sampling-Takte aus. Eine Abweichung der neuen Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position des Impulssignals wiedergeben, von den früheren Daten, die diese Position wiedergeben, wird berechnet, um numerische Daten zu erzeugen, welche die Zahl der Verzögerungseinheiten innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ausdrücken, durch die das Impulssignal innerhalb eines Zyklusses der Sampling-Takte hindurchgelaufen ist.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der neunzehnten Ausführungsform kann ein analoges Eingangssignal in numerische Daten gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der fünften Ausführungsform umgewandelt werden. Eine A/D-Umwandlung des analogen Eingangssignals kann wiederholt in Intervallen von einem bestimmten Zyklus entsprechend dem Zyklus der Sampling-Takte durchgeführt werden.
Darüber hinaus enthält die A/D-Umwandlungsvorrichtung der zwanzigsten Ausführungsform eine Impulszirkulierschaltung, die Verzögerungseinheiten enthält, die ringförmig zusammengefügt sind und eine Impulsverzögerungsschaltung bilden. Es wird ein Impuls durch die Impulszirkulierschaltung zum Zirkulieren gebracht. Ein Zähler für die Zahl der Zirkulierungen zählt die Zahl von Malen, die das Impulssignal durch die Impulszirkulierschaltung hindurchzirkuliert ist.
Jedes der Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition besitzt eine Impulsposition-Detektorschaltung, welche die Position des Impulssignals innerhalb der Impulszirkulierschaltung zu den Zeitlagen der ansteigenden oder abfallenden Flanke eines zugeordneten Sampling-Taktes numerisch ausdrückt. Eine arithmetische Schaltung, die in jedem der Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition enthalten ist, berechnet eine Abweichung der neuen numerischen Daten von früheren Daten, welche neuen numerischen Daten niedrigwertige Bitdaten bzw. numerische Daten enthalten, die durch die Impulsposition-Detektorschaltung erzeugt wurden, und Bitdaten hoher Ordnung bzw, numerische Daten enthält, die durch den Zirkulierzahl-Zähler erzeugt wurden. Die berechnete Abweichung wird dazu verwendet, um die Zahl der Verzögerungseinheiten innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung zu berechnen, durch die das Impulssignal innerhalb eines Zyklusses der Sampling-Takte hindurchgelaufen ist.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der zwanzigsten Ausführungsform kann ein analoges Eingangssignal in numerische Daten mit Hilfe des A/D-Umwandlungsverfahrens der neunten Ausführungsform umgewandelt werden. Obwohl die Zahl der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, reduziert ist, kann die A/D-Umwandlung wiederholt über eine verlängerte Zeitperiode durchgeführt werden.
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung der einundzwanzigsten Ausführungsform enthält zusätzlich zu den gleichen Komponenten wie den Komponenten der A/D-Umwandlungsvorrichtung der zwanzigsten Ausführungsform, eine Eingabeschaltung. Die Eingabeschaltung empfängt selektiv ein Impulssignal von der Verzögerungseinheit der letzten Stufe, die in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten ist, und einen Test-Takt, der dazu verwendet wird, um die Zählaktion des Zirkulierzahl-Zählers zu testen.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der einundzwanzigsten Ausführungsform wird das Test-Taktsignal zu dem Zirkulierzahl-Zähler über die Eingabeschaltung übertragen. Die Zählaktion des Zirkulierzahl-Zählers kann dann getestet werden. Die durch die A/D-Umwandlungsvorrichtung durchgeführte Aktion (oder vom Zirkulierzahl-Zäh- ler durchgeführte Aktion) kann in einfacher Weise verifiziert werden.
Die A/D-Umwandlungsvorrichtungen der neunzehnten bis einundzwanzigsten Ausführungsformen führen wiederholt eine A/D-Umwandlung durch und zwar unter Verwendung von m Sampling-Takten, die in Intervallen eines bestimmten Zyklusses variieren. Unter den A/D-Umwandlungsvorrichtungen verwendet die A/D-Umwandlungsvorrichtung der neunzehnten Ausführungsform keine Impulszirkulierschaltung, die als Impulsverzögerungsschaltung dient. In bevorzugter Weise ist das A/D-Umwandlungsverfahren der achten Ausführungsform an die A/D-Umwandlungsvorrichtung der neunzehnten Ausführungsform angepaßt. Es werden nämlich Sampling-Takte so definiert, daß ein Zeitraum, der durch Addieren eines Maximalwertes einer Phasendifferenz zwischen aneinander angrenzenden Sampling-Takten zu dem Zyklus von jedem Sampling-Takt gleich wird mit oder kürzer wird als die Zeit gerechnet vom Moment, in wel- chem das pulsierende Signal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird bis zu dem Moment, wenn das pulsierende Signal durch all die Verzögerungseinheiten hindurchgelaufen ist, die in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten sind.
In bevorzugter Weise ist das A/D-Umwandlungsverfahren der zehnten Ausführungsform für die A/D-Umwandlungsvorrichtung der zwanzigsten oder einundzwanzigsten Ausführungsform ausgelegt, welche die Impulszirkulierschaltung als Impulsverzögerungsschaltung verwenden. Es werden nämlich die Sampling-Takte so definiert, daß der Zyklus der Sampling-Takte gleich wird mit oder kürzer wird als eine Zeit, gerechnet vom Moment, bei dem das pulsierende Signal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird, bis zu dem Moment, bei dem der Zirkulierzahl-Zähler überläuft.
In bevorzugter Weise ist das A/D-Umwandlungsverfahren der zweiten Ausführungsform an die A/D-Umwandlungsvorrichtungen der achtzehnten bis einundzwanzigsten Ausführungsform angepaßt. Es wird nämlich eine Impulsverzögerungsschaltung (oder eine Impulszirkulierschaltung) dazu verwendet, um die Position eines Impulssignals numerisch auszudrücken.
Wenn eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden soll, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden (oder die Impulszirkulierschaltung) entsprechend einem analogen Eingangssignal geändert wird, kann das A/D-Umwandlungsverfahrcn der dritten Ausführungsform angepaßt werden. Demzufolge kann das analoge Eingangssignal als eine Treiberspannung verwendet werden, mit der die Verzögerungseinheiten angetrieben werden. Ansonsten kann gemäß dem A/D-Umwandlungsverfahren der vierten Ausführungsform ein Treiberstrom, der in die Verzögerungseinheiten fließt, basierend auf dem analogen Eingangssignal gesteuert werden.
In bevorzugter Weise ist das A/D-Umwandlungsverfahren der sechsten Ausführungsform an die A/D-Umwandlungsvorrichtungcn der neunzehnten bis einundzwanzigsten Ausführungsform angepaßt, bei denen eine A/D-Umwandlung wiederholt unter Verwendung von m Sampling-Takten durchgeführt wird, die sich in Intervallen eines bestimmten Zyklusses ändern bzw. variieren. Es werden nämlich die Sampling-Takte so definiert, daß eine Phasendifferenz zwischen aneinander angrenzenden Sampling-Takten immer auf die gleiche Zeit eingestellt wird. Noch bevorzugter ist das A/D-Umwandlungsverfahren der siebenten Ausführungsform dafür geeignet. Es werden nämlich die Sampling-Takte so definiert, daß eine Phasendifferenz zwischen aneinander angrenzenden Sampling-Takten entspricht: 1/m eines Zyklusses der Sampling-Takte.
Wenn speziell bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der neunzehnten Ausführungsform eine Phasendifferenz zwischen aneinander angrenzenden der m Sampling-Takte 1/m eines Zyklusses von jedem der Sampling-Takte entspricht, wird eine Addiereinrichtung ähnlich der einen konfiguriert, die in einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform enthalten ist.
Bei einer A/D-Umwandlungsvorrichtung, die bei der zweiundzwanzigsten Ausführungsform vorhanden ist, ruft die Addiereinrichtung numerische Datenelemente von den jeweiligen Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal ab und zwar synchron mit den ansteigenden oder abfallenden Flanken der m SamplingTakte, die an die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Im pulssignal angelegt werden. Die Addiereinrichtung summiert dann die m abgerufenen numerischen Datenelemente, um dadurch numerische Daten zu erzeugen, die ein analoges Eingangssignal repräsentieren und zwar in Intervallen von 1/m des Zyklusses der Sampling-Taktsignale.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung kann die A/D-Umwandlung des analogen Eingangssignals mit einer hohen Geschwindigkeit in Intervallen von 1/m eines Zyklusses der Sampling-Taktsignale durchgefühlt werden. Wenn die A/D-Umwandlungsvorrichtung an ein System angepaßt ist, welches dazu erforderlich ist, um die A/D-Umwandlung mit einer hohen Geschwindigkeit durchzuführen, können dadurch größere Vorteile erhalten werden.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der neunzehnten Ausführungsform wird eine Phasendifferenz zwischen aneinander angrenzenden der m Sampling-Taktsignale auf eine bestimmte Dauer eingestellt entsprechend einem 1/m-tel von einem Zyklus von jedem Sampling-Takt. Zu diesem Zweck ist beispielsweise eine Sampling-Taktsignale erzeugende Schaltung enthalten, was auch bei einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform der Fall ist. Spezifischer ausgedrückt berechnet die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung ein 1/m-tel der Frequenz eines extern angelegten Bezugstaktes und erzeugt sukzessive m Schiebetaktsignale, die untereinander außer Phase sind und zwar um eine Phasendifferenz, die einem Zyklus des Bezugstaktes entspricht. Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung überträgt dann die m Schiebetaktsignale als Sampling-Taktsignale.
Bei einer A/D-Umwandlungsvorrichtung der dreiundzwanzigsten Ausführungsform entspricht der Zyklus des extern angelegten Bezugstaktes einen 1/m-tel des Zyklusses der Sampling-Takte, die an die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal angelegt werden. Der Bezugstakt kann als ein Betriebstakt verwendet werden, mit dem die Addiereinrichtung synchron arbeitet (mit anderen Worten ein Betriebstakt für die A/D-Umwandlung) und kann an die Addiereinrichtung angelegt werden. In diesem Fall kann die A/D-Umwandlungsvorrichtung der zweiundzwanzigsten Ausführungsform konstruiert werden.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der dreiundzwanzigsten Ausführungsform ist die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung mit einer Frequenzteilerschaltung realisiert, die einen Zähler enthält. Wenn die Frequenz des extern angelegten Bezugstaktes von beispielsweise 1 MHz bis 10 MHz reiht oder aus einer Hochfrequenz besteht, die gleich ist mit oder höher ist als 10 MHz, kann die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung zu langsam arbeiten, um die m Schiebetaktsignale zu erzeugen. In diesem Fall ist die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung ähnlich der einen konfiguriert, die in einer vierundzwanzigsten Ausführungsform enthalten ist.
Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung, die in einer A/D-Umwandlungsvorrichtung der vierundzwanzigsten Ausführungsform enthalten ist, umfaßt nämlich eine Verzögerungsleitung und m–1 Gruppen von Schaltern. Die Verzögerungsleitung enthält eine Vielzahl von Verzögerungseinheiten, die eine vorbestimmte Verzögerungszeit liefern. Ein Bezugstaktsignal wird übertragen während es sequentiell durch eine Vielzahl von stationären Verzögerungseinheiten verzögert wird. Jede der m–1 Gruppen an Schaltern enthält eine Vielzahl von Schaltern. Die Schalter, die zu jeder Gruppe gehören, besitzen je einen Kontakt, der mit einem Ausgangsknotenpunkt der jeweiligen Verzögerungseinheit verbunden ist, die in der Verzögerungsleitung enthalten ist, und besitzt einen anderen Kontakt, der mit einem Ausgangspfad von jedem Schiebe-Taktsignal verbunden ist.
In der Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung drückt eine Zeit-A/D-Umwandlungseinrichtung den Zyklus eines extern angelegten Bezugstaktsignales numerisch aus. Teile der Schalter-Wähleinrichtung multiplizieren die numerischen Daten, die durch die Zeit-A/D-Umwandlungseinrichtung erzeugt werden und durch m entsprechend ganzen Zahlen 1 bis m–1 geteilt wurden, und erzeugt somit m–1 numerische Datenelemente. Basierend auf den erzeugten numerischen Datenelementen werden die Örtlichkeiten der Schalter, die eingeschaltet werden sollen und diejenigen, die zu den jeweiligen Gruppen der Schalter gehören, spezifiziert. Die Schalter an den spezifizierten Orten werden selektiv eingeschaltet, wodurch m–1 Schiebetaktsignale erzeugt werden und zwar durch sequentielles Verzögern eines Bezugstaktsignals um eine Dauer, die einem 1/m-tel des Zyklusses des Bezugstaktsignales entspricht. Die Schiebetaktsignale werden entlang Ausgangspfaden übertragen, die sich von den jeweiligen Gruppen der Schalter aus erstrecken. Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung überträgt den Bezugstakt bzw. das Bezugstaktsignal und die m–1 Schiebetaktsignale, die entlang den Ausgangspfaden übertragen werden, sie sich von den jeweiligen Gruppen der Schalter aus erstrecken, als m Sampling-Taktsignale.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der vierundzwanzigsten Ausführungsform, verzögert die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung den Bezugstakt um eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten gegeben wird, welche die Verzögerungsleitung bilden. Hierbei wird die Verzögerungszeit als eine zeitweilige Auflösung betrachtet, die durch die A/D-Umwandlungsvorrichtung geboten wird. Demzufolge erzeugt die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung m–1 Schiebetaktsignale durch Verschieben der Phase des Bezugstaktsignals. Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung überträgt die Schiebetaktsignale und das Bezugstaktsignal als m Sampling-Taktsignale.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der vierundzwanzigsten Ausführungsform erzeugt selbst dann, wenn die Frequenz eines extern angelegten Bezugstaktsignals von beispielsweise 1 MHz bis 10 MHz reicht oder gleich ist mit oder höher ist als 10 MHz, die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung die m Sampling-Taktsignale, die untereinander außer Phase stehen und zwar und ein 1/m-tel des Zyklusses des Bezugstaktsignals, was mit hoher Präzision erfolgt.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der dreiundzwanzigsten Ausführungs- form kann der Zyklus eines extern angelegten Eingangstaktsignals nicht ein 1/m-tel des Zyklusses der Sampling-Taktsignale betragen, die an die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal angelegt werden. Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der vierundzwanzigsten Ausführungsform kann der Zyklus eines extern angelegten Eingangstaktsignals nicht der gleiche sein wie der Zyklus der Sampling-Taktsignale, die an die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition angelegt werden. In diesem Fall kann eine Bezugstakt-Erzeugungsschaltung enthalten sein, wie dies auch bei der fünfundzwanzigsten Ausführungsform der Fall ist. Spezifischer gesagt erzeugt die Bezugstakt-Erzeugungsschaltung ein Bezugstaktsignal mit einer gewünschten Frequenz durch Multiplizieren oder durch Tei- len der Frequenz eines extern angelegten Eingangstaktsignals mit bzw. durch einen bestimmten Wert. Das Bezugstaktsignal, welches durch die Bezugstakt-Erzeugungsschaltung erzeugt wird, wird an die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung angelegt.
Die folgenden sechsundzwanzigsten bis fünfunddreißigsten Ausführungsformen betreffen bevorzugte A/D-Umwandlungsvorrichtungen, bei denen die A/D-Umwandlungsverfahren der elften bis siebzehnten Ausführungsformen angewendet werden können bzw, geeignet sind.
Zuerst wird in der A/D-Umwandlungsvorrichtung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform eine Vielzahl der A/D-Umwandlungsschaltungen, die unterschiedliche Spannungsauflösungen bieten (oder mit anderen Worten mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten der A/D-Umwandlung), die durch die numerischen Datenelemente ausgedrückt werden, welche die Ergebnisse der A/D-Umwandlung sind, dazu verwendet, um ein analoges Eingangssignal numerisch auszudrücken. Eine Addiereinrichtung summiert die Ergebnisse des numerischen Ausdrucks, der durch die jeweiligen A/D-Umwandlungsschaltungen erzeugt wurde.
Gemäß der A/D-Umwandlungsvorrichtung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform kann eine Auflösung, ausgedrückt durch endgültige numerische Daten verbessert werden und zwar ohne die Notwendigkeit die Auflösungen zu verbessern, die durch die A/D-Umwandlungsschaltungen geboten werden.
Um eine A/D-Umwandlungsvorrichtung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform zum Zwecke der Verbesserung der Präzision der endgültigen numerischen Daten zu realisieren, werden die Spannungsauflösungen, die durch die A/D-Umwandlungsschaltungen geboten werden, in bevorzugter Weise auf Auflösungen eingestellt, die durch Verschieben einer vorbestimmten Bezugsauflösung in Einheiten einer Einheitsauflösung bestimmt sind, die durch Teilen der vorbestimmten Bezugsauflösung durch die Zahl der A/D-Umwandlungsschaltungen berechnet wird.
Der Aspekt der vorliegenden Erfindung, der bei der sechsundzwanzigsten Ausführungsform implementiert ist, kann nicht nur an die A/D-Umwandlungsvorrichtung angepaßt werden bzw. realisiert werden, die eine Impulsverzögerungsschaltung verwendet, sondern auch bei anderen A/D-Umwandlungsvorrichtungen vom Integrationstyp, inklusive einer A/D-Umwandlungsvorrichtung vom Doppel-Integraltyp oder bei A/D-Umwandlungsvorrichtungen von anderen Typen, welche A/D-Umwandlungsvorrichtungen vom sukzessiven Annäherungstyp oder vom Parallel-Typ enthalten. Um die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung zu vereinfachen, um die Kosten zu reduzieren, wird eine Impulsverzögerungsschaltung zweckmäßigerweise verwendet wie die eine, die in einer A/D-Umwandlungsvorrichtung einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform enthalten ist. Spezifischer ausgedrückt enthält die Impulsverzögerungsschaltung eine Vielzahl von Verzögerungseinheiten, die ein Impulssignal um eine Verzögerungszeit verzögern abhängig von einem Spannungspegel eines analogen Eingangssignals und die das resultierende Impulssignal übertragen und die miteinander in Reihe geschaltet sind. Darüber hinaus ist eine Vielzahl der A/D-Umwandlungsschaltungen mit m Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal realisiert, die numerisch die Position eines pulsierenden Signals ausdrückt, welches innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung variiert und zwar während der jeweiligen Sampling-Zeiten, die voneinander um eine vorbestimmte Einheitszeit verschieden sind.
In diesem Fall kann ähnlich wie bei den A/D-Umwandlungsvorrichtungen der achtzehnten bis fünfundzwanzigsten Ausführungsformen die numerisch darstellende Einrichtung für das Impulssignal nicht eine Bezugsspannung für die A/D-Umwandlung erzeugen und kann zum A/D-Umsetzen des analogen Eingangssignals verwendet werden. Demzufolge kann die A/D-Umwandlungsvorrichtung kostengünstig mit einer einfachen Konfiguration realisiert werden.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der siebenundzwanzigsten Ausführungsform wird ein analoges Eingangssignal gemäß dem Verfahren der elften Ausführungsform A/D-umgewandelt. Verglichen mit den A/D-Umwandlungsvorrichtungen der achtzehnten bis fünfundzwanzigsten Ausführungsformen wird eine Auflösung, ausgedrückt durch die endgültigen numerischen Daten, verbessert und die Präzision bei der A/D-Umwandlung wird verbessert.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der siebenundzwanzigsten Ausführungsform wird eine Differenz (d. h. eine Einheitszeit) zwischen aneinander benachbarten Sampling-Zeiten der Sampling-Zeiten, während welchen die Position eines Impulssignals sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ändert, numerisch durch die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal ausgedrückt und wird in bevorzugter Weise so wie sie ist in einer achtundzwanzigsten Ausführungsform bestimmt. Spezifischer ausgedrückt wird die Differenz zwischen benachbarten Sampling-Zeiten auf eine Zeit (Td/m) eingestellt, die durch Teilen einer Verzögerungszeit (Td), welche durch die Verzögerungseinheiten gegeben ist, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, durch die Zahl (m) der Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition berechnet wird. Ansonsten wird die Differenz zwischen aneinander angrenzenden Sampling-Zeiten auf eine Zeit eingestellt, die durch Addieren eines ganzzahligen Vielfachen der Verzögerungszeit (Td), die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, zu dem Zeitwert Td/m berechnet wird.
In diesem Fall sind die Auflösungen, ausgedrückt durch die numerischen Datenelemente, die durch die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition erzeugt werden (mit anderen Worten die Spannungspegel entsprechend den niedrigstwertigen Bits der jeweiligen numerischen Datenelemente) voneinander verschieden und zwar um ein 1/m-tel einer Auflösung, die durch die Verzögerungszeit (Td) bestimmt wird, um die die Verzögerungseinheiten, die in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten sind, das Pulsieren des Signals verzögern. Demzufolge verbessert sich die Auflösung, die durch die endgültigen numerischen Daten ausgedrückt wird und die aus der Summierung resultieren.
Nebenbei bemerkt, um die A/D-Umwandlungsvorrichtung der siebenundzwanzigsten Ausführungsform zu realisieren, müssen die m Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition in Intervallen von unterschiedlichen Sampling-Zeitpunkten betrieben werden. Zu diesem Zweck ist eine Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen von m Sampling-Taktsignalen, die einen bestimmten Zyklus haben und die untereinander außer Phase liegen und zwar um eine Einheitszeit, in unveränderter Form in einer neunundzwanzigsten Ausführungsform enthalten. Darüber hinaus verwenden die m Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal die jeweiligen m Sampling-Taktsignale, die durch die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung erzeugt werden, um die Position eines pulsierenden Signals numerisch auszudrücken, welches sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ändert.
In diesem Fall enthält die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung ähnlich der einen, die in der dreißigsten Ausführungsform enthalten ist, m Verzögerungseinheiten, die Verzögerungszeiten liefern, welche untereinander um eine Einheitszeit bzw. einen Einheitszeitraum verschieden sind. Die m Verzögerungseinheiten werden dazu verwendet, um ein Bezugstaktsignal mit einem bestimmten Zyklus zu verzögern, wodurch dann die m Sampling-Taktsignale erzeugt werden.
Wenn ferner die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung dazu verwendet wird, um die m Sampling-Taktsignale zu erzeugen, werden die m Verzögerungseinheiten, die in der Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung enthalten sind, so wie sie in der einunddreißigsten Ausführungsform ausgeführt sind, mit Inverterstufen realisiert, welche den Spannungspegel eines Eingangssignals an unterschiedlichen Umkehrwerten invertiert, wel- ches die Spannungspegel eines variierenden Eingangssignals sind. Die Umkehr-Zeitlagen, zu welchen die Inverterstufen das Eingangssignal zusammen mit einer Änderung im Spannungspegel eines Bezugstaktsignals invertieren, sind voneinander verschieden. Demzufolge wird das Bezugstaktsignal durch Verzögerungszeiten verzögert, die um eine Einheitszeit voneinander verschieden sind.
Speziell werden bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der einunddreißigsten Ausführungsform, ähnlich wie bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtundzwanzigsten Ausführungsform, die Sampling-Zeiten, während welchen die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition die Position eines Impulssignals numerisch ausdrückt, welches sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ändert, voneinander differenziert und zwar um 1/m-tel der Verzögerungszeit (Td), die durch die Verzögerungseinheiten gegeben wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden. In diesem Fall wird eine Ausgangspegel-Übergangszeit Tf, während welcher die Pegel der Ausgänge der jeweiligen Inverterstufen, welche die m Verzögerungseinheiten realisieren, welche in der Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung enthalten sind, einen Übergang ausführen, wie bei einer zweiunddreißigsten Ausführungsform nahezu gleich der Verzögerungszeit Td gemacht, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit geliefert wird, welche in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten ist.
In diesem Fall sollten die Umkehrpegel der m Inverterstufen, welche die m Verzögerungseinheiten realisieren, die in der Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung enthalten sind, lediglich reguliert werden. Somit kann ein Unterschied zwischen den Umkehr-Zeitlagen von benachbarten Inverterstufen unmittelbar auf ein 1/m-tel der Verzögerungszeit Td eingestellt werden, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit geliefert wird, welche in der Impulsverzögerungsschaltung enthalten ist. Konsequenterweise kann die A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtundzwanzigsten Ausführungsform relativ einfach realisiert werden.
Die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden soll, welche die Impulsverzögerungsschaltung darstellen, ändert sich entsprechend einem analogen Eingangssignal, welches ein Objekt der A/D-Umwandlung ist. In der A/D-Umwandlungsvorrichtung der zweiunddreißigsten Ausführungsform werden ähnlich wie bei einer A/D-Umwandlungsvorrichtung einer dreiunddreißigsten Ausführungsform, die Inverterstufen, welche die m Verzögerungseinheiten realisieren und zwar in der Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung, unter Verwendung eines analogen Eingangssignals als eine Versorgungsspannung betrieben.
Selbst wenn in diesem Fall die Verzögerungszeit Td, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden soll, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, sich zusammen mit einem analogen Eingangssignal ändert, kann die Ausgangspegel-Übergangszeit Tf, während welcher die Ausgangspegel der Inverterstufen, welche die m Verzögerungseinheiten realisieren, welche in jeder Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung enthalten sind, einen Übergang ausführt, proportional zu der Änderung in der Verzögerungszeit geändert werden. Konsequenterweise kann verhindert werden, daß die Auflösung, die durch die endgültigen numerischen Daten ausgedrückt wird, die sich aus der Summierung ergeben, sich abhängig von der Schwankung des analogen Eingangssignal ändert.
Andererseits drücken bei den A/D-Umwandlungsvorrichtungen der neunundzwanzigsten bis dreiunddreißigsten Ausführungsform die m Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition die Position eines pulsierenden Signals numerisch dar, welches innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung schwankt oder variiert, wobei die jeweiligen m Sampling-Taktsignale verwendet werden, die durch die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung erzeugt werden. Spezifischer ausgedrückt wird die Position des Impulssignals, welches innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung schwankt oder variiert, numerisch während der Zeit ausgedrückt und zwar beginnend an der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke des zugeordneten Sampling-Taktsignals bis zur nächsten Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke desselben. In diesem Fall sind die Sampling-Zeiten, während welchen die jeweiligen m Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal die Position des Impulssignals numerisch darstellen, untereinander identisch. Daher müssen während den Sampling-Zeiten von der gemeinsamen Start-Zeitlage, die als eine Bezugsgröße für die Anstiegs-(oder Abfall-)Flanken der m Sampling-Taktsignale dient, die durch die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung erzeugt werden, die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition die Position des Impulssignals numerisch ausdrücken, welche sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung verändert bzw. schwankt (oder in anderen Worten wird die Zahl der Verzögerungseinheiten ausgedrückt, durch die das Impulssignal hindurchverlaufen ist).
Für den oben erläuterten Zweck kann eine Zeitsteuer-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Signals, welches die gemeinsame Start-Zeitlage anzeigt, die als eine Bezugsgröße dient, unabhängig von der Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung enthalten sein. Die Zeitsteuer-Erzeugungsschaltung kann die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal über die Zeitlage des numerischen Start-Ausdrucks informieren. Ansonsten kann das Bezugstaktsignal, welches die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen der m Sampling-Taktsignale verwendet, dazu verwendet werden, um die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal über die Zeitlage des numerischen Startausdrucks informieren. Zum Zwecke einer einfacheren Konfiguration können die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition so konfiguriert werden, wie sie dies bei der vierunddreißigsten Ausführungsform sind. Spezifischer ausgedrückt wird ein Sampling-Taktsignal, welches anderen Sampling-Taktsignale um eine Phase unter den m Sampling-Taktsignalen vorauseilt, die durch die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung erzeugt werden, als ein gemeinsames Taktsignal betrachtet. Die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition drückt numerisch die Position eines Impulssignals aus, welches innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung variiert und zwar während der jeweiligen Sampling-Zeiten von der ansteigenden oder abfallenden Flanke des gemeinsamen Taktsignals bis hin zu ansteigenden oder abfallenden Flanken der Sampling-Taktsignale, die den jeweiligen Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition zugeordnet sind.
Um darüber hinaus wiederholt eine A/D-Umwandlung durchzuführen, wird eine spezifische numerisch darstellende Einrichtung, das ist eine Einrichtung aus den m Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition so konfiguriert, wie dies bei der fünfunddreißigsten Ausführungsform der Fall ist. Spezifischer gesagt die spezifisch numerisch darstellende Einrichtung drückt wiederholt in numerischer Weise die Position eines Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung an der ansteigenden oder abfallenden Flanke eines Sampling-Taktsignals aus, welches als ge meinsames Taktsignal dient. Die spezifische numerisch darstellende Einrichtung überträgt dann eine Abweichung der neuen Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position des Impulssignals wiedergeben, und den früheren Daten, welche diese wiedergeben, als Ergebnis des numerischen Ausdruckes zu der Addiereinrichtung. Die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für das Impulssignal sind anders als die spezifische numerisch darstellende Einrichtung so konfiguriert, daß sie wiederholt die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung an den ansteigenden oder abfallenden Flanken der jeweiligen Sampling-Taktsignale ausdrücken, die den Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition zugeordnet sind. Die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition überträgt dann eine Abweichung der Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position des pulsierenden Signals repräsentieren, von den früheren Daten, die durch die spezifische numerisch darstellende Einrichtung erzeugt wurden, als Ergebnis des numerischen Ausdruckes zu der Addiereinrichtung.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtzehnten oder der siebenundzwanzigsten Ausführungsform, welche die Impulsverzögerungsschaltung enthalten, können die Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, mit irgendeiner Schaltung realisiert werden solange als die Schaltung (im allgemeinen eine Gate-Schaltung) ein durch diese Schaltung hindurchgeschicktes Impulssignal verzögern kann. Um die Verzögerungseinheit in dem größtmöglichen Ausmaß zu vereinfachen, wird die Verzögerungseinheit wie bei der sechsunddreißigsten oder siebenunddreißigsten Ausführungsform mit einer Stufe eines Inverters realisiert, welcher ein Impulssignal invertiert und dieses sendet. Wenn die Verzögerungseinheit mit einer Stufe eines Inverters realisiert wird, kann die Verzögerungszeit, die durch eine Stufe der Verzögerungseinheit geliefert wird, auf eine sehr kurze Zeit eingestellt werden. Demzufolge kann die A/D-Umwandlung mit einer höheren Geschwindigkeit erreicht werden.
Jedoch ist in diesem Fall eine Verzögerungszeit, die durch einen Inverter gegeben werden soll und die einer Periode von der Ausstiegsflanke eines Eingangsimpulses bis zur Abfallflanke eines Ausgangsimpulses entspricht, von einer Verzögerungszeit verschieden, die dadurch geliefert werden soll und die einer Periode von der Abfallflanke des Eingangssignals bis zur Anstiegsflanke des Ausgangssignals entspricht. Die Ergebnisse der A/D-Umwandlung können geringfügig voneinander verschieden sein. Um diese Unterschiede zu verhindern, kann jede Verzögerungseinheit, wie bei einer achtunddreißigsten oder neununddreißigsten Ausführungsform, aus zwei Stufen von Invertern zusammengesetzt sein, die direkt miteinander verbunden sind.
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtzehnten oder siebenundzwanzigsten Ausführungsform, welche die Impulsverzögerungsschaltung enthält, umfaßt die Vielzahl der Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition, die numerisch die Position eines pulsierenden Signals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ausdrücken. Nebenbei bemerkt können die Eingangspfade (oder die Längen desselben), entlang welchen das Impulssignal von der Impulsverzögerungsschaltung zu den Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition übertragen wird, voneinander verschieden sein. In diesem Fall werden die numerischen Datenelemente, welche die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ausdrücken und die durch die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für Impulsposition erzeugt werden, ungewiß werden. Numerische Daten, die ein Ergebnis der A/D-Umwandlung wiedergeben und basierend auf den numerischen Datenelementen berechnet werden, können einen Fehler enthalten.
Um eine A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtzehnten oder siebenundzwanzigsten Ausführungsform zu realisieren, wird eine Vielzahl der Verzögerungseinheiten, die eine Impulsverzögerungsschaltung bilden, entlang einer geraden Linie angeordnet, wie dies bei der vierzigsten oder einundvierzigsten Ausführungsform der Fall ist. Darüber hinaus werden m Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition in zwei Gruppen aufgeteilt. Die Stücke der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition, die zu jeder Gruppe gehören, werden symmetrisch zu einer geraden Linie angeordnet, die sich in einer Richtung der Anordnung erstreckt, in welcher die Verzögerungseinheiten angeordnet werden, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden.
In diesem Fall werden die Längen der Eingangspfade, entlang welchen ein Impulssignal von der Impulsverzögerungsschaltung zu den Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition übertragen werden, einheitlich ausgebildet. Daher können die Zeitlagen der Übertragung des Impulssignals zu den Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition untereinander identisch gemacht werden. Demzufolge kann verhindert werden, daß ein Fehler in einem A/D-Ergebnis auftritt und zwar aufgrund der Ungewißheit in Verbindung mit den numerischen Datenelementen, welche die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ausdrücken und die durch die Teile der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition erzeugt werden.
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtzehnten oder siebenundzwanzigsten Ausführungsform ändert eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, und zwar entsprechend einem analogen Eingangssignal. Die geänderte Verzögerungszeit wird basierend auf der Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung numerisch ausgedrückt. Die durch die Verzögerungseinheiten zu liefernde Verzögerungszeit ändert sich mit der Temperatur oder irgendeinem anderen Umwelteinfluß. Ein Ergebnis der A/D-Umwandlung (numerische Daten), welches durch die A/D-Umwandlungsvorrichtung der achtzehnten oder siebenundzwanzigsten Ausführungsform erzeugt wird, kann daher mit einer Änderung der zur Anwendung kommenden Umwelt oder Umgebung variieren.
Um das zuvor erläuterte Problem zu überwinden ist eine Eingangssignal-Auswähleinrichtung mit enthalten, wie dies bei der zweiundvierzigsten oder dreiundvierzigsten Ausführungsform der Fall ist. Spezifischer gesagt wählt die Eingangssignal-Auswähleinrichtung ein Signal, mit dem sich die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten gegeben werden soll, geändert wird, aus einem analogen Eingangssignal und einem Bezugssignal aus, dessen Spannungspegel bekannt ist, und legt das ausgewählte Signal an die Impulsverzögerungsschaltung an. Wenn die Kontakte der Ein- gangssignal-Auswähleinrichtung umgeschaltet werden, um das analoge Eingangssignal ein die Impulsverzögerungsschaltung anzulegen, hält eine Halteeinrichtung für unkorrigierte Daten die numerischen Daten als unkorrigierte Daten, die durch die Addiereinrichtung erzeugt wurden (mit anderen Worten ein Ergebnis der A/D-Umwandlung, die an dem analogen Eingangssignal durchgeführt wurde). Wenn die Kontakte der Eingangssignal-Auswähleinrichtung umgeschaltet worden sind, um das Bezugssignal an die Impulsverzögerungsschaltung anzulegen, hält eine Bezugsdaten-Halteeinrichtung Bezugsdaten und zwar in Form der numerischen Daten, die durch die Addiereinrichtung erzeugt wurden (in anderen Worten ein Ergebnis der A/D-Umwandlung, die an dem Bezugssignal durchgeführt wurde). Eine Teilereinrichtung teilt die unkorrigierten Daten, die in der Halteeinrichtung für die unkorrigierten Daten festgehalten sind, durch die Bezugsdaten, die in der Bezugsdaten-Halteeinrichtung festgehalten sind. Es können somit korrigierte numerische Daten erzeugt werden, die das analoge Eingangssignal wiedergeben.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen werden nun unter Hinweis auf die Zeichnungen weiter unten beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind Blockschaltbilder, welche die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung eines ersten Beispiels darstellen;
2A und 2B zeigen erläuternde Diagramme in Verbindung mit den Aktionen, die in der A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels auszuführen sind;
3A bis 3C zeigen erläuternde Diagramme, welche Beispiele der Konfiguration einer Verzögerungseinheit wiedergeben;
4 ist ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung eines zweiten Beispiels wiedergibt;
5 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches ein Beispiel der Konfiguration einer Impulszirkulierschaltung 20 veranschaulicht;
6 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches die Aktionen betrifft, die durch die A/D-Umsetzvorrichtung des zweiten Beispiels auszuführen sind;
7 ist ein als Beispiel gewähltes Diagramm, welches ein Beispiel der Anordnung der Komponenten wiedergibt, wenn die A/D-Umwandlungsvorrichtung des zweiten Beispiels mit ICs realisiert wird;
8 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches die detaillierten Konfigurationen einer Verriegelungsschaltung, einer Pufferstufe und einer Wählvorrichtung wiedergibt, die in 7 gezeigt sind;
9 zeigt ein Blockschaltbild, welches eine Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung eines dritten Beispiels veranschaulicht;
10 ist ein als Beispiel gewähltes Diagramm, welches die Konfiguration einer Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung wiedergibt;
11 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches die Aktionen betrifft, die durch die A/D-Umsetzvorrichtung des dritten Beispiels ausgeführt werden müssen;
12 ist ein beispielhaftes Diagramm, welches einen Fall betrifft, bei dem eine Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung mit einer digitalen phasenstarren Schleife (PLL) realisiert ist;
13 zeigt ein Beispielsdiagramm, welches einen Fall betrifft, bei dem eine Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung mit einer analogen phasenstarren Schleife (PLL) realisiert ist;
14A und 14B sind Beispiel-Diagramme, die die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung eines vierten Beispiels veranschaulichen und auch die Sampling-Taktsignale zeigen, die an die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten für die Impulsposition angelegt werden, welche in dem vierten Beispiel enthalten sind;
15 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfigurationen von numerisch darstellenden Einheiten für die Impulsposition zeigen, die in dem vierten Beispiel enthalten sind;
16A und 16B zeigen Beispiel-Diagramme in Bezug auf A/D-Umwandlungseigenschaften der numerisch darstellenden Einheiten für die Impulsposition, die in dem ersten und vierten Beispiel enthalten sind;
17A und 17B sind Beispiel-Diagramme, die Beispiele einer Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung wiedergeben, die in der A/D- Umwandlungsvorrichtung des vierten Beispiels enthalten ist;
18 zeigt ein Beispielsdiagramm in Bezug auf Aktionen, die durch die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung auszuführen sind, die in 17A und in 17B gezeigt ist; und
19 zeigt ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung wiedergibt, welche zusätzlich zu den gleichen Komponenten wie bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung der vierten Ausführungsform bzw. des vierten Beispiels, eine Schaltung zum Berechnen eines Bewegungsmittelwertes eines Ergebnisses der A/D-Umwandlung enthält.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erstes Beispiel
1 ist ein Blockschaltbild, welches eine A/D-Umwandlungsvorrichtung eines ersten Beispiels zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung implementiert ist (spezifischer gesagt irgendeine der ersten bis achten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung).
Wie in 1A gezeigt ist, umfaßt die A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels eine Impulsverzögerungsschaltung 10, m numerisch darstellende Einheiten 12 für die Impulsposition, und eine Addierstufe 14. Die Impulsverzögerungsschaltung 10 umfaßt eine Vielzahl von Verzögerungseinheiten 2, welche ein Impulssignal verzögern und übertragen, und welche miteinander in Reihe geschaltet sind. Die m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition delektieren die Zahl der Verzögerungseinheiten, durch die ein Impulssignal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 hindurch verläuft und zwar während eines Zyklusses der jeweiligen Sampling-Takte CK1 bis CKm, die extern zyklisch angelegt werden, synchron mit den jeweiligen Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanken der zugeordneten Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm. Die m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition übertragen dann numerische Datenelemente DT1 bis DTm, welche die Ergebnisse der Detektion ausdrücken. Die Addierstufe 14 summiert die m numerischen Datenelemente DT1 bis DTm auf, die von den jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition gesendet werden, um dadurch numerische Daten DTA von n+log₂m Buslänge.
Wie in 1B gezeigt ist, umfaßt jede der m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition eine Verriegelungsstufe 22 (latch), eine Impulswählvorrichtung 24 und eine Kodierstufe 26, eine Verriegelungsstufe 36 und eine Subtrahierstufe 38. Die Verriegelungsstufe 22 verriegelt die Ausgangsgrößen der Verzögerungseinheiten 22, die in der Impulsverzögerungsschaltung 10 enthalten sind, synchron mit den Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke eines zugeordneten einen der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm. Basierend auf den Ausgangsgrößen der Verzögerungseinheiten 22, die durch die Verriegelungsstufe 22 verriegelt sind, wählt die Impulswählvorrichtung 24 die Position einer Verzögerungseinheit 2 aus, von der eine Ausgangsgröße einen Übergang von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel erfahren hat und zwar in der Impulsverzögerungsschaltung (d. h. eine Position in der Impulsverzögerungsschaltung, die das Impulssignal erreicht hat). Die Kodierstufe 26 konvertiert das Ergebnis der Detektion, welches durch die Impulswählvorrichtung 24 durchgeführt wurde (der Position der Impulsverzögerungsschaltung, welche das Impulssignal erreicht hat) in numerische Daten. Die Verriegelungsstufe 36 verriegelt eine Ausgangsgröße der Kodierstufe 26 zu einer Zeitlage gemäß der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke des zugeordneten einen Signals der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm. Die Substrahierstufe 38 berechnet eine Abweichung der numerischen Daten (neuen Daten), die von der Kodierstufe 36 gesendet werden, von den numerischen Daten (früheren Daten), die durch die Verriegelungsstufe 36 verriegelt wurden, und sendet eventuell die Abweichung als irgendeines der numerischen Datenelemente DT1 bis DTm von n Bits.
Die Verzögerungseinheiten 2 bilden die Impulsverzögerungsschaltung 10 und sind mit Hilfe von Gate-Schaltungen realisiert, von denen jede Inverterstufen enthält, wie dies noch später beschrieben wird (siehe 3). Ein analoges Eingangssignal (Spannung) Vin, welches zu einem Objekt einer A/D-Umwandlung werden soll, wird als Treiberspannung an die Verzögerungseinheiten 2 angelegt.
Wie in 2A gezeigt ist, wird die Periode der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm, die an die jeweiligen m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition angelegt werden, auf eine bestimmte Zeit Ts eingestellt. Die Zeit bzw. Zeitdauer Ts ist sehr viel länger als eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird (beispielsweise und ein mehrfaches Zehnfaches oder noch mehrfaches länger als die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird). Darüber hinaus wird die Periode so bestimmt, daß eine Phasendifferenz zwischen benachbarten Signalen der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm eine bestimmte Zeitdauer ΔTs beträgt und zwar entsprechend einem 1/m-tel der Periode.
Wenn beispielsweise die Zahl der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition vier lautet, werden vier Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 an die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition angelegt. Die Periode der Sampling-Taktsignale wird so bestimmt, daß die Phasendifferenzen zwischen dem Sampling-Taktsignal CK1, welches als eine Bezugsgröße dient, und den anderen Sampling-Taktsignalen CK2 bis CK4 jeweils gleich wird mit Ts/4, 2×Ts/4 und 3×Ts/4.
Ferner wird die Zahl der Stufen, in denen die Verzögerungseinheiten 2 innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 untereinander verbunden sind, so bestimmt, daß ein Impulssignal für eine Zeitperiode übertragen werden kann, die sehr viel länger ist als die Periode der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm. Dies unterstützt die numerisch darstellenden Einheiten 10 für die Impulsposition einen numerischen Ausdruck zu reali sieren und zwar mehr als eine vorbestimmte Zahl von Malen und synchron mit den jeweiligen Sampling-Taktsignalen CK1 bis CKm.
In der A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels, welche die zuvor erläuterten Komponenten enthält, ändert sich eine Verzögerungszeit, die durch jede Verzögerungseinheit 2 geliefert werden soll, mit dem Signalpegel (Spannungspegel) des analogen Eingangssignals Vin. Je höher der Signalpegel des analogen Eingangssignals Vin ist, desto kürzer ist die Verzögerungszeit.
Es wird ein Impulssignal PA an die Impulsverzögerungsschaltung 10 angelegt und wird innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 übertragen. Mittlerweile erzeugen die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition numerische Datenelemente DT1 bis DTm synchron mit den jeweiligen Sampling-Taktsignalen CK1 bis CKm. Die numerischen Datenelemente DT1 bis DTm ändern sich mit dem Signalpegel des analogen Eingangssignals Vin. Je höher der Signalpegel des analogen Eingaingssignals Vin ist, desto größer sind die numerischen Datenelemente DT1 bis DTm. Mit anderen Worten können die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition numerische Daten erzeugen, die sich aus der A/D-Umwandlung des analogen Eingangssignals Vin ergeben.
Die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition werden zu den jeweiligen Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanken der zugeordneten Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm aktiviert. Die numerischen Datenelemente DT1 bis DTm, die von den jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition gesendet werden, werden daher synchron mit den zugeordneten Sampling-Taktsignalen CK1 bis CKm zu unterschiedlichen Zeitlagen auf den neuesten Stand gebracht. Wenn beispielsweise die Zahl der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition gleich vier ist, werden die numerischen Datenelemente DT1 bis DTm, die von den jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition gesendet werden, wie in 2B gezeigt ist, zu den Zeitlagen t11, t12, t13, t13, t21, t22 usw. auf den neuesten Stand gebracht, die voneinander um ein Ts/4-tel verschieden sind.
Die numerischen Datenelemente DT1 bis DTm werden an die Addierstufe 14 angelegt und werden aufsummiert. Die numerischen Daten DTA werden als ein Ergebnis der A/D-Umwandlung durch den Addierer 14 erzeugt entsprechend einem Mittelwert der numerischen Datenelemente, die durch die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt wurden und zwar während einer Zeit Ts entsprechend einem Zyklus der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm. Eine Spannungsauflösung, die durch die numerischen Daten ausgedrückt wird, ist um die Zahl von Bits (log₂m), welche durch die Summenbildung aufaddiert wurden, höher als eine Spannungsauflösung, die durch numerische Daten ausgedrückt wird, welche durch lediglich eine numerisch darstellende Einheit 12 für die Impulsposition erzeugt werden.
Gemäß der A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels kann im Gegensatz zu der herkömmlichen A/D-Umwandlungsvorrichtung, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 und lediglich eine numerisch darstellende Einheit 12 für die Impulsposition enthält, eine Spannungsauflösung verbessert werden, die durch die numerischen Daten DTA ausgedrückt wird, erzeugt als ein Ergebnis der A/D-Umwandlung, ohne eine Reduzierung in der Geschwindigkeit der A/D-Umwandlung. Solange darüber hinaus die Spannungsauflösung, ausgedrückt durch die numerischen Daten DTA nicht verbessert werden muß, kann die Periode der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm verkürzt werden. Demzufolge kann eine A/D-Umwandlung mit einer höheren Geschwindigkeit erreicht werden als derjenigen bei der herkömmlichen A/D-Umwandlungsvorrichtung.
Eine typische Gate-Schaltung kann das Impulssignal PA um eine vorbestimmte Verzögerungszeit verzögern und die Verzögerungszeit, die durch die Gate-Schaltung geboten werden soll, ändert sich mit einer Treiberspannung. Es kann somit irgendeine typische Gate-Schaltung dazu verwendet werden, um die Verzögerungseinheiten 2 zu bilden, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 darstellen. Zur Realisierung einer einfacheren Schaltungsanordnung kann jede der Verzögerungseinheiten 2 so konfiguriert werden, wie dies als Beispiel in 3A gezeigt ist.
Gemäß 3A enthält jede der Verzögerungseinheiten 2, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, zwei Stufen in Form von CMOS Invertern INV, von denen jeder aus einem P-Kanal (Feldeffekt) Transistor und einem n-Kanal (Feldeffekt) Transistor gebildet ist. Es wird ein Eingangsimpuls um eine vorbestimmte Zeit verzögert, die mit Hilfe der Betriebszeiten des p-Kanal-Transistors und des n-Kanal-Transistors bestimmt wird, die jede der vorhergehenden und nachfolgenden CMOS Inverter INV bilden. Wenn jede Verzögerungseinheit 2 auf diese Weise konfiguriert ist, so bedeutet dies, daß die Verzögerungseinheit 2 mit vier Transistoren realisiert werden kann. Die Transistoren können sehr einfach gemäß einem Herstellungsprozeß einer CMOS integrierten Schaltung hergestellt. Demzufolge kann die Impulsverzögerungsschaltung 10 kostengünstig realisiert werden.
Wie oben beschrieben ist, wird das analoge Eingangssignal VIN als Treiberspannung an die Verzögerungseinheit 2 angelegt, um die Verzögerungszeit zu steuern, die durch die Verzögerungseinheit 2 geliefert wird, entsprechend dem Signalpegel des analogen Eingangssignals VIN. Jedoch kann ein Steuer-(Feldeffekt)Transistor Trc für eint externe Steuerung eines Treiberstromes hinzugefügt werden, wie dies in 3B gezeigt ist, und zwar zu jedem CMOS Inverter INV, der in jeder Verzögerungseinheit 2 enthalten ist. In diesem Fall kann das analoge Eingangssignal Vin als Steuersignal an einen Steueranschluß (Gate) des Steuertransistors angelegt werden.
Spezifisch ausgedrückt variiert die Betriebszeit der Gate-Schaltung wie zum Beispiel des Inverters INV abhängig von einem Treiberstrom, der von einer Gleichstromversorgungsquelle aus zugeführt wird. Selbst wenn daher der Treiberstrom gemäß der Darstellung in 3B basierend auf dem analogen Eingangssignal Vin gesteuert wird, kann eine A/D-Umwandlungsvorrichtung, welche die gleichen Vorteile wie die zuvor erläuterten bieten kann, realisiert werden.
Darüber hinaus braucht jede der Verzögerungseinheiten 2, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, nicht zwei Inverter INV enthalten. Wie in 3C gezeigt ist, kann jede Verzögerungseinheit eine Stufe eines CMOS Inverters INV ent- halten, der aus einem p-Kanal-(Feldeffekt)Transistor und einem n-Kanal-(Feldeffekt)Transistor besteht.
In einem Fall, bei dem jede Verzögerungseinheit 2 mit einer Stufe eines CMOS Inverters INV realisiert ist, wird nun erläutert. Wenn das Impulssignal PA an die Impulsverzögerungsschaltung 10 angelegt wird und sich ein Eingangsanschluß-Pegel der Impulsverzögerungsschaltung 10 für das Impulssignal PA von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel ändert, werden die Ausgangsgrößen der Verzögerungseinheiten 2 von ungeradzahligen Stufen, die ab der ersten gezählt werden, die am nächsten zu dem Eingangsanschluß für das Impulssignal PA gelegen ist, welche in der Impulsverzögerungsschaltung 10 enthalten sind, erfolgreich von hoch auf niedrig getrieben. Die Ausgangsgrößen der Verzögerungseinheiten 2 der geradzahligen Stufen werden ebenfalls erfolgreich von niedrig nach hoch getrieben. Demzufolge ist die Impulsauswählvorrichtung 24, die in jeder numerisch darstellenden Einheit 12 für die Impulsposition ent- halten ist, so konstruiert, um eine Position innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 zu delektieren, bei der Ausgangsgrößen der aneinander angrenzenden Verzögerungseinheiten untereinander den gleichen Pegel haben. Es wird die Position als eine Position delektiert, die das Pulsieren des Signals PA erreicht hat.
Wenn, wie oben dargestellt ist, jede der Verzögerungseinheiten 2 mit einer Stufe eines CMOS Inverters INV realisiert wird, ist eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird kürzer (nahezu um die Hälfte) als diejenige, die erzielt wird, wenn jede Verzögerungseinheit 2 aus zwei Stufen aus CMOS Invertern INV zusammengesetzt ist. Demzufolge kann eine A/D-Umwandlung mit einer höheren Geschwindigkeit erreicht werden. Jedoch ist die Verzögerungszeit, die durch den CMOS Inverter INV geboten wird und als eine Periode von der Anstiegsflanke eines Eingangsimpulses bis zur Abfallflanke eines Ausgangsimpulses gemessen wird, von einer Verzögerungszeit verschieden, die dadurch geliefert wird und die als eine Periode von der Abfallflanke des Eingangsimpulses bis zur Anstiegsflanke des Ausgangsimpulses gemessen wird. Daher wird das Ergebnis der A/D-Umwandlung ungewiß.
Von diesem Standpunkt aus sollte die A/D-Umwandlungsvorrichtung, bei der jede der Verzögerungseinheiten 2, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, und mit einer Stufe eines CMOS Inverters INV realisiert ist, an ein System angepaßt werden, welches eine A/D-Umwandlung mit einer höheren Geschwindigkeit erfordert.
Andererseits kann die Addierstufe 14 aktiviert werden und zwar synchron mit einem der m Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm oder synchron mit den jeweiligen Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanken der m Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm .
Wenn speziell die Addierstufe 14 synchron mit den jeweiligen Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanken der m Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm aktiviert wird, wird jedes Mal dann, wenn eine der m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition die numerischen Daten DT1 auf den neuesten Stand bringt, die numerischen Daten DTA auf den neuesten Stand gebracht, die von der A/D-Umwandlungsvorrichtung übertragen werden. Die Periode der A/D-Umwandlung ist gleich der Periode der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm (d. h. sie beträgt Ts/m). Die A/D-Umwandlungsvorrichtung bewährt sich daher effektiv, wenn sie an ein System angepaßt ist, welches eine A/D-Umwandlung mit einer höheren Geschwindigkeit durchführen muß.
Ferner werden bei diesem Beispiel die Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm, die zyklisch variieren, an die numerisch darstellenden Einheiten 12 für das Impulssignal angelegt. Nachdem das Impulssignal PS an die Impulsverzögerungsschaltung 10 angelegt wurde, und wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, können die Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm für die Verwendung bei der numerischen Umsetzung der Position eines Impulses getrennt an zugeordnete numerisch darstellende Einheiten 12 für die Impulsposition angelegt werden und zwar zu unterschiedlichen Zeitlagen. Die Addierstufe 14 kann dann die numerischen Datenelemente aufsummieren, die durch die Kodiereinrichtungen 26 erzeugt wurden, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind (spezieller ausgedrückt die numerischen Datenelemente, welche die Positionen eines Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 ausdrücken). Somit können die numerischen Daten DTA, die das analoge Eingangssignal repräsentieren (ein Ergebnis der A/D-Umwandlung) erzeugt werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel entsprechen die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition den Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung für die Impulsposition, die bei der vorliegenden Erfindung mit einem Bestandteil bilden (speziell bei der achtzehnten bis fünfundzwanzigsten Ausführungsform). Die Addierstufe 14 entspricht der Addiereinrichtung, die mit in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt (speziell bei der achtzehnten bis fünfundzwanzigsten Ausführungsform).
Zweites Beispiel
Als nächstes wird auf 4 eingegangen, die ein Blockschaltbild wiedergibt, welches die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung eines zweiten Beispiels veranschaulicht, bei dem die vorliegende Erfindung (oder spezieller irgendeine der ersten bis zehnten Ausführungsformen) realisiert ist.
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung des zweiten Beispiels, welches in 4 gezeigt ist, enthält eine Impulszirkulierschaltung 20 anstelle der Impulsverzögerungsschaltung 10, die bei dem ersten Beispiel enthalten ist. Die Impulszirkulierschaltung 20 besitzt Verzögerungseinheiten 2, die ringförmig zusammengeschaltet sind, so daß ein Impulssignal PA von einer Verzögerungseinheit 2e einer Endstufe zu einer Verzögerungseinheit 2s einer Anfangsstufe zurückgeführt werden kann und zwar zum Zwecke des Zirkulierenlassens des pulsierenden Signals. Eine Ausgangsgröße der Verzögerungseinheit 2s der letzten Stufe in der Impulszirkulierschaltung 20 wird an einen Zirkulierzahl-Zähler 16 über eine UND-Schaltung AND angelegt. Der Zirkulierzahl-Zähler 16 zählt dann die Anzahl von Malen, die das Impulssignal durch die Impulszirkulierschaltung 20 hindurchzirkuliert ist.
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung des zweiten Beispiels enthält ähnlich wie die eine des ersten Beispiels m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, welche die zirkulative Position eines Impulssignals innerhalb der Impulszirkulierschaltung 20 synchron mit zugeordneten Sampling-Taktsignalen CK1 bis CKm detektieren. Eine Addierstufe 14 ist mit enthalten, um m numerische Datenelemente DT1 bis DTm aufzusummieren, die durch die jeweiligen m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt wurden.
Bei der Impulszirkulierschaltung 20 sind die Verzögerungseinheiten 2s und 2e der Anfangs- und der Endstufe mit NAND-Schaltungen realisiert und die anderen Verzögerungseinheiten 2 (eine gerade Zahl von Verzögerungseinheiten) sind mit Inverterstufen realisiert. Eine Ausgangsgröße einer Verzögerungseinheit 2c einer mittleren Stufe springt über eine Vielzahl der Stufen der Verzögerungseinheiten 2 und wird an einen Eingangsanschluß angelegt, welche nicht ringförmig eingebunden ist, und zwar einen Eingangsanschluß in der Verzögerungseinheit 2e der Endstufe. Wenn somit ein Impulssignal PA (hoher Pegel) für eine Aktivierung an einen Eingangsanschluß der Verzögerungseinheit 2s der Anfangsstufe angelegt wird, werden die Ausgangspegel der Verzögerungseinheiten, beginnend mit der Verzögerungseinheit 2s der Anfangsstufe sequentiell auf niedrig, hoch, niedrig, hoch, usw. getrieben. Der Ausgangspegel der Verzögerungseinheit 2c der Endstufe wird zwangsweise invertiert und zwar mit einer Änderung in einer Ausgangsgröße der Verzögerungseinheit 2c der mittleren Stufe (ein Übergang hoch-nach-niedrig unmittelbar nach der Aktivierung). Somit kann das Impulssignal zum Zirkulieren gebracht werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein analoges Eingangssignal Vin, welches das Objekt einer A/D-Umwandlung ist, als Energie, die den Verzögerungseinheiten 2 zuzuführen ist, die in der Impulszirkulierschaltung 20 enthalten sind, angelegt.
Da die Impulszirkulierschaltung 20 bereits bekannt ist, wird hier eine Beschreibung derselben weggelassen (es wird beispielsweise auf die ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr. 6-216721, 9-218281 und 10-54887 hingewiesen).
Andererseits werden die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, die in dem vorliegenden Beispiel enthalten sind, ähnlich den numerisch darstel- lenden Einheiten 12 für die Impulsposition, die bei dem ersten Beispiel enthalten sind, synchron mit den jeweils zugeordneten Sampling-Taktsignalen CK (den Sampling-Taktsignalen CK1 bis CKm) aktiviert. Jede der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthält eine Verriegelungsstufe 22, eine Impulswählvorrichtung 24 und eine Kodierstufe 26 zu dem Zweck, um die Position innerhalb der Impulszirkulierschaltung 20 zu detektieren, die ein Pulsieren des Signals erreicht hat.
Ferner enthält jede der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, die bei dem vorliegenden Beispiel enthalten sind, eine Verriegelungsstufe 28, eine Verriegelungsstufe 32 und eine Wählvorrichtung 34. Die Verriegelungsstufe 28 verriegelt eine Ausgangsgröße des Zirkulierzahl-Zählers 16 zu den Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke eines zugeordneten Sampling-Taktsignals CK. Die Verriegelungsstufe 32 empfängt das Sampling-Taktsignal CK über eine Verzögerungsleitung 30 und liefert eine Verzögerungszeit, die kürzer (etwa um die Hälfte) ist als der Zyklus des Sampling-Taktsignals CK, und verriegelt eine Ausgangsgröße (k Bits lang) des Zirkulierzahl-Zählers 16 zu der Zeitlage der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke des Sampling-Taktsignals CK. Wenn das höchstwertige Bit der numerischen Daten (einer Länge von j Bits), die durch die Kodierstufe 26 erzeugt werden, niedrig liegt bzw. einen niedrigen Wert hat, wählt die Wählvorrichtung 34 eine Ausgangsgröße der Verriegelungsstufe 28 aus. Wenn das Bit einen hohen Wert hat, wählt die Wählvorrichtung 34 eine Ausgangsgröße der Verriegelungsstufe 32 aus. Jede numerisch darstellende Einheit 12 für die Impulsposition erzeugt numerische Daten IS von einer Dinge gemäß n Bits, welche die Ausgangsgröße der Kodierstufe 26 (der Länge entsprechend j Bits) als niedrigwertige Bitdaten, und eine Ausgangsgröße der Wählvorrichtung 34 (mit einer Länge gemäß k Bits) als hochwertige Bitdaten.
Darüber hinaus enthält jede numerisch darstellende Einheit 12 für die Impulsposition, die bei dem vorliegenden Beispiel verwendet werden, eine Verriegelungsstufe 36 und eine Subtrahierstufe 38. Die Verriegelungsstufe 36 verriegelt die numerischen Daten DS mit einer Länge von n Bits, die in der oben erläuterten Weise erzeugt werden, und zwar zu den Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke des Sampling-Taktsignals CK. Die Subtrahierstufe 38 berechnet eine Abweichung der numerischen Daten IS (neue Daten), zusammengesetzt aus den Ausgangsgrößen der Kodierstufe 26 und der Wählvorrichtung 34, von den numerischen Daten IS (frühere Daten), die durch die Verriegelungsschaltung 36 verriegelt wurden, und überträgt die Abweichung als endgültige numerische Daten DT (irgendwelche von DT1 bis DTm).
Wenn, wie in 6 gezeigt ist, die neuen numerischen Daten IS, die aus den Ausgangsgrößen der Kodierstufe 26 und der Wählvorrichtung 34 zusammengesetzt sind, größer sind als die früheren numerischen Daten IS, die durch die Verriegelungsstufe 36 verriegelt sind, subtrahiert die Subtrahierstufe 38 die früheren numerischen Daten IS (beispielsweise A in 6) von den neuen numerischen Daten IS (beispielsweise B in 6), um dadurch die numerischen Daten DT (irgendwelche der DT1 bis DTm) zu berechnen. Wenn die neuen numerischen Daten IS kleiner sind als die früheren numerischen Daten IS, werden numerische Daten IS (beispielsweise C in 6) dadurch berechnet, in dem hochwertige Bitdaten, die einem maximalen Zählwert entsprechen, welcher der Zirkulierzahl-Zähler 16 liefern kann, zu den neuen numerischen Daten IS addiert werden (beispielsweise C in 6). Die früheren numerischen Daten IS (beispielsweise B in 6) werden dann von den resultierenden numerischen Daten IS subtrahiert, wodurch die numerischen Daten DT (irgendwelche von DT1 bis DTm) erzeugt werden.
Wenn der Zirkulierzahl-Zähler 16 überläuft, fängt der Zirkulierzahl-Zähler 16 wieder mit dem Zählen bei Null an. Nichtsdestoweniger können unter Verwendung der neuerlich erzeugten numerischen Daten IS und der früheren numerischen Daten IS, die durch die Verriegelungsstufe 36 verriegelt sind, die Zahl der Verzögerungseinheiten 2, durch die ein Impulssignal innerhalb der Impulszirkulierschaltung 20 hindurchgelaufen ist, während einer Periode des Sampling-Taktsignals CK (irgendeinen der Signale CK1 bis CKm) gezählt werden.
Die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition sind bereits bekannt. Eine Beschreibung der numerisch darstellenden Einheiten für die Impulsposition wird daher hier weggelassen (es wird auf die zuvor angegebenen Patentanmeldung-Veröffentlichungen hingewiesen).
Bei dem vorliegenden Beispiel wird die Periode der Sampling-Taktsignale CK auf eine Zeit eingestellt, die gleich ist mit oder kürzer ist als die Zeit gerechnet vom Moment, wenn das Impulssignal PA an die Impulszirkulierschaltung 20 angelegt wird, bis zu dem Moment, bei dem der Zirkulierzahl-Zähler 16 überläuft. Dies unterstützt die Subtrahierstufen 38 darin, exakt die numerischen Datenelemente DT (DT1 bis DTm) zu berechnen.
Bei dem vorliegenden Beispiel wirken die Verriegelungsschaltung 22, die Impulswählvorrichtung 24 und die Kodierstufe 26, die in jeder der numerischen Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind, als eine Impulsposition-Detektorschaltung, die bei der zwanzigsten Ausführungsform enthalten ist. Die Verriegelungsstufe 36 und die Subtrahierstufe 38 wirken als eine arithmetische Schaltung, die in der zwanzigsten Ausführungsform enthalten ist.
Die UND-Schaltung AND, die in einem Eingangspfad für das pulsierende Signal gelegen ist, entlang welchem ein Impulssignal von der Impulszirkulierschaltung 20 zu dem Zirkulierzahl-Zähler 16 übertragen wird, entspricht der Eingangsschaltung, die in der einundzwanzigsten Ausführungsform enthalten ist. Wenn ein Eingangsanschluß der UND-Schaltung, der nicht mit der Verzögerungseinheit 2e der Endstufe in der Impulszirkulierschaltung 20 angeschlossen ist, auf einem hohen Pegel liegt, wird eine Ausgangsgröße der Verzögerungseinheit 2e an den Zirkulierzahl-Zähler 16 angelegt. Die Zählaktion des Zirkulierzahl-Zählers 16 wird somit in Bereitschaft gesetzt. Wenn im Gegensatz dazu die Ausgangsgröße der Verzögerungseinheit 2e der Endstufe auf einem niedrigen Wert liegt, wobei die Zirkulieraktion der Impulszirkulierschaltung 20 gestoppt ist, wird ein Test-Taktsignal TCK für die Verwendung beim Testen des Zählers an den Eingangsanschluß der UND-Schaltung angelegt, der nicht an die Verzögerungseinheit 2e der Endstufe angeschlossen ist. Somit kann die Zählaktion des Zirkulierzahl-Zählers 16 getestet werden.
Bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels, welche die oben erläuterten Komponenten enthält, drücken ähnlich der A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels die m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition numerisch die Zahl der Verzögerungseinheiten 2 aus, durch die ein Impulssignal innerhalb der Impulszirkulierschaltung 20 hindurchgelaufen ist und zwar während einer Periode der zugeordneten Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm, synchron mit den zugeordneten Sampling-Taktsignalen CK1 bis CKm. Die Addierstufe 14 summiert die resultierenden numerischen Datenelemente DT1 bis DTm auf, wodurch die numerischen Daten DTA erzeugt werden, was ein Ergebnis der A/D-Umwandlung ist.
Auch die A/D-Umwandlungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel bietet die gleichen Vorteile wie die A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels. Ferner tritt gemäß der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels die Impulszirkulierschaltung 20 an die Stelle der Impulsverzögerungsschaltung 10 bei dem ersten Beispiel. Es wird der Zirkulierzahl-Zähler 16 dazu verwendet, um die Zahl von Malen zu zählen, die ein Impulssignal durch die Impulszirkulierschaltung 20 hindurchzirkuliert ist. Die Zahl der Verzögerungseinheiten 2, durch die das Impulssignal während eines Zyklusses der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm hindurchgelaufen ist, wird dann numerisch ausgedrückt. Demzufolge kann die Zahl der Verzögerungseinheiten 2, welche die Impulszirkulierschaltung 20 bilden, sehr viel kleiner sein als bei der Impulsverzögerungsschaltung 10, die bei dem ersten Beispiel verwendet ist. Eventuell kann der Maßstab der Schaltungsanordnung reduziert werden und die Vorrichtung kann auch kompakt und kostengünstig ausgelegt werden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung der Anordnung auf einen IC Substrat der Komponenten der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels, wenn die A/D-Umwandlungsvorrichtung mit ICs realisiert wird.
Um damit zu beginnen, so enthält die A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels eine Vielzahl an numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, welche die Position eines pulsierenden Signals innerhalb der Impulszirkulierschaltung 20 detektieren. Die Impulssignal-Eingangspfade (speziell die Längen der Pfade), die sich von der Impulszirkulierschaltung 20 bis zu den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erstrecken, sind voneinander verschieden und es werden daher die numerischen Datenelemente DT1 bis DTm, die durch die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt werden, ungewiß. Eventuell kann ein Ergebnis der A/D-Umwandlung einen Fehler enthalten.
Wenn die A/D-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit ICs realisiert wird, werden die Impulszirkulierschaltung 20 und der Zirkulierzahl-Zähler 16, wie in 7 gezeigt ist, zuerst in dem Zentrum eines Substrats angeordnet. Es wird dann eine UND-Schaltung AND zwischen der Impulszirkulierschaltung 20 und dem Zirkulierzahl-Zähler 16 angeordnet. Die Verzögerungseinheiten 2, welche die Impulszirkulierschaltung 20 bilden, werden in einer Reihe (entlang einer geraden Linie) in der Anordnungsrichtung angeordnet, in welcher die Impulszirkulierschaltung 20 und der Zirkulierzahl-Zähler 18 angeordnet sind. Die Ausgangsleitungen, die sich von den Verzögerungseinheiten 2 aus erstrecken, werden in zwei Richtungen nach außen geführt (in 7 in Richtungen nach oben und nach unten) und zwar über ein Verdrahtungsmuster, welches orthognnal zur Richtung ausgebildet ist, in welcher die Verzögerungseinheiten 2 angeordnet sind. Die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, die zu jeder von zwei Gruppen gehören, in die die m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition aufgeteilt sind, werden symmetrisch zu einer geraden Linie angeordnet, die entlang der Richtung gezogen ist, in der die Verzögerungseinheiten angeordnet sind, und zwar durch die Seiten der Ausgangsleitungen.
Spezifischer ausgedrückt, wenn die A/D-Umwandlungsvorrichtung vier numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthält, die den Kanälen CH1 bis CH4 zugeordnet sld, so werden eine Verriegelungsstufe 22a, die als die Verriege- lungsstufen 22 dient, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind, die den Kanälen CH1 und CH2 zugeordnet sind, und eine Verriegelungsstufe 22c, die als Verriegelungsstufen 22 dient, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind, die den Kanälen CH3 und CH4 zugeordnet sind, auf beiden Seiten der Impulszirkulierschaltung 20 angeordnet. Eine Impulswählvorrichtung 24a, die als die zwei Impulswählvorrichtungen 24 dient, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind, welche den Kanälen CH1 und CH2 zugeordnet sind, und eine Impulswählvorrichtung 24c, die als die zwei Impulswählvorrichtungen 24 dient, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind und den Kanälen CH3 und CH4 zugeordnet sind, werden extern von den jeweiligen Verriegelungsstufen 22 angeordnet. Ferner werden die Kodierstufen 26a und 26b und die Kodierstufen 26c und 26d, die als Kodierstufen 26 dienen, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind und den Kanälen zugeordnet sind, extern von den Impulswählvorrichtungen angeordnet.
Eine Verriegelungsstufe 28a, die als Verriegelungsstufen 28 und 32 fungiert, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind, welche den Kanälen CH1 und CH2 zugeordnet sind, und eine Verriegelungsstufe 28c, die als Verriegelungsstufen 28 und 32 fungiert, die in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind und den Kanälen CH3 und CH4 zugeordnet sind, werden auf beiden Seiten des Zirkulierzahl-Zählers 16 angeordnet. Dies wird deshalb so durchgeführt, da die Verriegelungsstufen 28a und 28c eine Ausgangsgröße des Zirkulierzahl-Zählers 16 verriegeln. Ferner werden eine Wählvorrichtung 34a, die als die Wählvorrichtung 34 dient, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind und den Kanälen CH1 und CH2 zugeordnet sind, und eine Wählvorrichtung 34c, die als Wählvorrichtungen 34 fungieren, die in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind und den Kanälen CH3 und CH4 zugeordnet sind, extern von den Verriegelungsstufen angeordnet.
Die Kodierstufen 26a und 26c werden am meisten außerhalb der Impulszirkulierschaltung 20 angeordnet, die als ein Zentrum dient. Die Wählvorrichtungen 34a und 34c sind an den äußersten Plätzen angeordnet, wobei der Zirkulierzahl-Zähler 16 ein Zentrum bildet. Die Kodierstufen 26a und 26c und die Wählvorrichtungen 34a und 34c sind zwischen den Verriegelungs-Subtrahierstufen 36a und 36c eingefaßt, die als Verriegelungsstufen 36 und als Subtrahierstufen 38 fungieren, welche in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind und den Kanälen CH1 und CH2 zugeordnet sind bzw. den Kanälen CH3 und CH4 zugeordnet sind.
Die Addierstufen 14a und 14c, die nahe den Verriegelungs-Subtrahierstufen gelegen sind, summieren die Ausgangsgrößen der jeweiligen Verriegelungs-Subtrahierstufen 36a und 36c auf (die numerischen Datenelemente DT1 und DT2 auf den Kanälen CH1 und CH2 oder die numerischen Datenelemente DT3 und DT4 auf den Kanälen CH3 und CH4). Eine Addierstufe 14o summiert die Ergebnisse der Addition auf, die mit Hilfe der Addierstufen 14a und 14c erhalten wurden. Die Ausgangsgröße der Addierstufe 14o (die numerischen Daten DTA, die ein Ergebnis der A/D-Umwandlung wiedergeben) wird zu einer anderen Schaltung übertragen, die hier nicht gezeigt ist.
Das Impulssignal PA für die Aktivierung muß an die Impulszirkulierschaltung 20 angelegt werden. Die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 müssen an die Verriegelungsstufen 22a, 22c, 28a und 28c angelegt werden. Ferner müssen die Taktsignale CK1' bis CK4', die hinter den Sampling-Taktsignalen CK1 bis CK4 nacheilen, an die Verriegelungsstufen 28a und 28c angelegt werden. Die Schaltungen zum Anlegen des Aktivierungs-Impulssignals PA und der Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 und CK1' bis CK4' an die jeweiligen Komponenten, d. h. die Verzögerungsleitungen 30 (die Verzögerungsleitungen DL1 und DL2 in 8) und die Pufferstufen (Pufferstufen BF1 bis BF6 in 8) die in den jeweiligen nunerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind, sind als Pufferstufen 40a und 40c zwischen den Verriegelungsstufen 22a und 28b oder zwischen den Verriegelungsstufen 22c und 28c angeordnet.
Wenn, wie oben erläutert ist, die A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels mit ICs realisiert wird, werden die Impulszirkulierschaltung 20 und der Zirkulierzahl-Zähler 16 entlang einer geraden Linie angeordnet. Die numerisch darstel- lenden Einheiten 12 für das Impulssignal, die in zwei Gruppen aufgeteilt sind, werden symmetrisch zu der geraden Linie angeordnet, die sich in der Richtung der Anordnung erstreckt, in welcher die Impulszirkulierschaltung 20 und der Zirkulierzahl-Zähler 16 angeordnet sind. Die Längen der Eingangspfade für das pulsierende Signal, die sich von der Impulszirkulierschaltung 20 zu den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erstrecken, werden dadurch einheitlich. Demzufolge stimmen die Zeitlagen, zu denen ein Impulssignal an die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition angelegt wird, miteinander überein. Somit wird verhindert, daß das Ergebnis der A/D-Umwandlung einen Fehler erfährt und zwar aufgrund der Ungewißheit in den Eigenschaften der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition bei der Bildung der numerischen Ausdrucks.
Jedoch kann die Ungewißheit in den Eigenschaften des numerischen Ausdrucks der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition der Tatsache zugeordnet werden, daß ein Impulssignal verzögert wird, wenn es über die Leitungen übertragen wird, die sich von der Impulszirkulierschaltung 20 zu den Verriegelungsstufen 22 erstrecken, die in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind. Um die A/D-Umwandlungsvorrichtung mit ICs zu realisieren, müssen die Längen und die Breiten der Leitungen einheitlich gestaltet werden, jedoch muß nicht jede der Komponenten der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition immer symmetrisch auf der geraden Linie angeordnet werden.
Wie oben dargelegt ist, müssen die Leitungen, über die ein Impulssignal von der Impulszirkulierschaltung 20 zu den Verriegelungsstufen 22 übertragen wird und zwar den Verriegelungsstufen in den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition einheitlich gestaltet werden. Zu diesem Zweck werden die Verriegelungsstufen, die in der Verriegelungsschaltung 22a (oder 22c) enthalten sind, beispielsweise so wie in 8 gezeigt ist, angeordnet. Spezifischer ausgedrückt, werden eine der Verriege lungsschaltungen L10 bis L1f, welche die Verriegelungsstufe 22 bilden, die in der numerisch darstellenden Einheit 12 für die Impulsposition enthalten ist und dem Kanal CH1 (oder dem Kanal CH3) zugeordnet ist, und eine der Verriegelungsschaltungen L20 bis L2f, welche die Verriegelungsstufe 22 bilden, die in der numerisch darstellenden Einheit 12 für die Impulsposition enthalten ist und dem Kanal CH2 (oder CH4) zugeordnet ist, abwechselnd entlang den Impulssignalleitungen angeordnet, über die ein Impulssignal übertragen wird.
8 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, welches in Einzelheiten die Verriegelungsstufe 22a, die Pufferstufe 40a, die Verriegelungsstufe 28a und die Wählvorrichtung 34a darstellt, die in 7 gezeigt sind.
Wie in 8 gezeigt ist, enthält die Verriegelungsstufe 28a, die in 7 dargestellt ist, Verriegelungsschaltungen L10a bis L17a, Verriegelungsschaltungen L10b bis L17b, Verriegelungsschaltungen L20a bis L27a, und Verriegelungsschaltungen L20b bis L27b, welche die Verriegelungsstufen 28 und 32 bilden, die in den jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind und den Kanälen CH1 und CH2 zugeordnet sind. Eine der Verriegelungsschaltungen Ll0a bis L17a, eine der Verriegelungsschaltungen L10b bis L17b, eine der Verriegelungsschaltungen L20a bis L27a und eine der Verriegelungsschaltungen L20b bis L27b sind abwechselnd entlang den Bitdatenleitungen angeordnet, die von dem Zirkulierzahl-Zähler l6 herausgeführt sind. Die Wählvorrichtung 34a enthält Schalter SW10 bis SW17, die dazu verwendet werden, um irgendwelche der Ausgangsgrößen der Verriegelungsschaltungen L10a bis L17a und L10b bis L17b auszuwählen, und enthält Schalter SW20 bis SW27, die dazu verwendet werden, um irgendwelche der Ausgangsgrößen der Verriegelungsschaltungen L20a bis L27a und L20b bis L27b auszuwählen.
Drittes Beispiel
9 zeigt ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung eines dritten Beispiels zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet ist (spezieller irgendeine der ersten bis zehnte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung).
Die A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels enthält die gleichen Komponenten wie die A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels und kann eine A/D-Umwandlung mit einer höheren Präzision erreichen. Die A/D-Umwandlungsvorrichtung enthält eine Impulsverzögerungsschaltung 10, vier numerisch darstellende Einheiten 12 für die Impulsposition, und eine Addierstufe 14, welche die gleichen Konfigurationen haben wie diejenigen, die bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels realisiert sind.
Die Verriegelungsstufen 13a bis 13d, welche die numerischen Daten synchron mit einem Bezugstaktsignal CK0 verriegeln, welches extern für die A/D-Umwandlung angelegt wird, sind auf Eingangspfaden gelegen, entlang welchen numerische Daten von den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition zu der Addierstufe übertragen werden. Es werden Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 zu den jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition über eine Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 übertragen. Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 erzeugt Schiebetaktsignale (d. h. Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4), die eine Phasendifferenz von einer Periode des Bezugstaktsignals CK0 aufweisen, in dem ein Viertel der Frequenz des Bezugstaktsignals ausgerechnet wird.
Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 ist beispielsweise in 10 dargestellt und besteht aus Schieberegistern, die mit Hilfe von vier Flip-Flops FF1 bis FF4 realisiert sind, die in Form einer Schleife geschaltet sind. Die Ausgangsgrößen der Flip-Flops FF1 bis FF4 werden in Form von vier Schiebetaktsignalen übertragen (d. h. den Sampling-Taktsignalen CK1 bis CK4).
Mit anderen Worten werden vier Bits, welche Vier-Bitdaten 0011 darstellen, in den jeweiligen Flip-Flops FF1 bis FF4 voreingestellt. Die Bits werden sukzessive zu Zeitlagen der Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke des Bezugstaktsignals CK0 verschoben. Demzufolge werden vier Schiebetaktsignale, die ein Viertel der Frequenz des Bezugstaktsignals CK0 aufweisen, und eine Phasendifferenz von einer Periode des Bezugstaktsignals CK0 aufweisen, in Form von Sampling-Taktsignalen CK1 bis CK4 übertragen.
Demzufolge werden die numerischen Datenelemente DT1 bis DT4, die von den jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition übertragen werden, alle vier Zyklen des Bezugstaktsignals CK0 auf den neuesten Stand gebracht. Jedesmal, wenn irgendeine der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition irgendwelche der numerischen Datenelemente DT1 bis DT4 auf den neuesten Stand bringt, werden die numerischen Datenelemente DT1 bis DT4 verriegelt. Die Addierstufe 14 erzeugt das letzte Ergebnis der A/D-Umwandlung (numerische Daten DTA) synchron mit dem Bezugstaktsignal CK0.
Danach wird irgendeine analoge Eingangsspannung Vin, die Ziel einer A/D-Umwandlung ist, und ein Bezugssignal Vr einer konstanten Spannung selektiv an die Impulsverzögerungsschaltung 10 über einen Eingangswählschalter SW1 angelegt. Die Impulsverzögerungsschaltung 10 arbeitet in solcher Weise, daß sie das Eingangssignal (Vin oder Vr) als eine Versorgungsspannung verwendet.
Ferner ist eine Verriegelungsstufe 18, welche die numerischen Daten DTA synchron mit dem Bezugstaktsignal CK0 verriegelt, in einem Ausgangspfad gelegen, ent- lang welchem die numerischen Daten DTA von der Addierstufe 14 übertragen werden. Ferner überträgt ein Ausgangswählschalter SW2 die numerischen Daten DTA, die durch die Verriegelungsschaltung 18 verriegelt sind, selektiv zu einer der zwei Verriegelungsschaltungen 42 und 44 der nachfolgenden Stufen.
Die Kontakte des Ausgangswählschalters SW2 und die Kontakte des Eingangswählschalters SW1 werden gleichzeitig in Ansprechen auf ein extern angelegtes Wählsignal geschaltet. Wenn der Eingangswählschalter SW1 die analoge Eingangsspannung Vin wählt, überträgt der Ausgangswählschalter SW2 die numerischen Daten DTA (mit anderen Worten ein Ergebnis der A/D-Umwandlung, die an dem analogen Eingangssignal Vin durchgeführt wurde), welche durch die Verriegelungsstufe 18 verriegelt sind, zu der Verriegelungsstufe 42. Wenn der Eingangswählschalter SW1 die Bezugsspannung Vr auswählt, überträgt der Ausgangswählschalter SW2 die numerischen Daten DTA (mit anderen Worten ein Ergebnis der A/D-Umwandlung, die an dem Bezugssignal Vr durchgeführt wurde, die durch die Verriegelungsschaltung 18 verriegelt wurden, zu der Verriegelungsstufe 44.
Die numerischen Datenelemente DTA, die durch die jeweiligen Verriegelungsstufen 42 und 44 verriegelt sind, werden an eine Teilerstufe 46 angelegt. Die Teilerstufe 46 teilt die numerischen Daten Din, die von der Verriegelungsstufe 42 aus gesendet werden (das Ergebnis der A/D-Umwandlung, die an dem analogen Eingangssignal Vin durchgeführt wurde) durch die numerischen Daten Dr (das Ergebnis der A/D-Umwandlung, die an dem Bezugssignal Vr durchgeführt wurde), die von der Verriegelungsstufe 44 aus gesendet wurden.
In der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels wird das Bezugssignal Vr im Ansprechen auf ein extern angelegtes Wählsignal A/D-umgewandelt. Nachdem die numerischen Daten, die das Ergebnis der A/D-Umwandlung darstellen, durch die Verriegelungsstufe 44 verriegelt worden sind, wird das Wählsignal in solcher Weise invertiert, das ein analoges Eingangssignal Vin A/D-umgewandelt wird. Die Teilerstufe 46 teilt (korrigiert) die numerischen Daten Din, die das Ergebnis der A/D-Umwandlung darstellen, die an dem analogen Eingangssignal Vin vorgenommen wurde, durch die numerischen Daten Dr und überträgt die resultierenden Daten.
Gemäß der A/D-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform können selbst dann, wenn ein Ergebnis der A/D-Umwandlung, die an dem analogen Eingangssignal Vin vorgenommen wird (numerische Daten DTA=Din) sich mit einer Änderung in einer Anwendungsumgebung wie beispielsweise mit der Temperatur ändert, die numerischen Daten DTB, die durch Korrigieren der numerischen Daten DTA erzeugt werden und zwar unter Verwendung eines Ergebnisses der A/D-Umwandlung, die an dem Bezugssignal Vr vorgenommen wurde, von der Teilerstufe 46 aus übertragen werden. Die resultierenden numerischen Daten DTB bilden somit ein stabiles Ergebnis der A/D-Umwandlung, welches durch die Änderung einer Umgebung wie beispielsweise der Temperatur unbeeinflußt bleibt.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Eingangswählschalter SW1 äquivalent der Eingangssignal-Wähleinrichtung, die in den Ausführungsformen 39 und 40 enthalten ist. Die Verriegelungsstufe 42 ist äquivalent der Halteeinrichtung für die ungesammelten Daten, die in den Ausführungsformen 39 und 40 enthalten ist. Die Verriegelungsstufe 44 ist äquivalent der Bezugsdaten-Halteeinrichtung, die in den Ausführungsformen 39 und 40 zur Anwendung gelangt, die Teilerstufe 46 ist äquivalent der Teilereinrichtung, die in den Ausführungsformen 39 und 40 zur Anwendung gelangt.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 mit einer Frequenzteilerschaltung realisiert, welche Schieberegister enthält. Dadurch wird beabsichtigt die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 zu erzeugen, die dann Schiebetaktsignale bilden, deren Periode um das Vierfache länger ist als die Periode des Bezugstaktsignals CK0, mit dem die Periode der A/D-Umwandlung bestimmt wird. Darüber hinaus ist eine Phasendifferenz zwischen benachbarten Schiebetaktsignalen gleich einer Periode des Bezugstaktsignals. Um jedoch die anderen Sampling-Takte CK2 bis CK4 auf der Grundlage von beispielsweise einem extern angelegten Sampling-Taktsignal CK1 zu erzeugen, kann die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 so konfiguriert sein, wie dies in 12 gezeigt ist.
Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50, die in 12 dargestellt ist, umfaßt folgendes: Eine digitale phasenstarre Schleife (PLL) 52, die die Periode eines extern angelegten Sampling-Taktsignals CK1 numerisch ausdrückt und die ein Sampling-Taktsignal CK1 regeneriert, auf welches ein Fangvorgang erfolgt und welche das extern angelegte Sampling-Taktsignal verfolgt (tracks); und eine Schiebetakt-Erzeugungseinheit 54, welche das Sampling-Taktsignal CK1 verwendet, das durch die digitale DLL 52 regeneriert wurde, um die anderen Sampling-Taktsignale CK2 und CK4 zu erzeugen.
In der Schiebetakt-Erzeugungseinheit 54 wird das Sampling-Taktsignal CK1, welches von der digitalen PLL aus gesendet wird, an eine Verzögerungsleitung angelegt. Es werden k Verzögerungseinheiten SW(1) bis SW(k), welche die Verzögerungsleitung bilden, dazu verwendet, um sequentiell das Sampling-Taktsignal CK1 zu verzögern.
Die Schalter SW(1) bis SW(k), welche zu drei Gruppen an Schaltern SWb bis SWd gehören, sind an Ausgangs-Knotenpunkte von jeweiligen Verzögerungseinheiten 80(l) bis 80(k) angeschlossen um die Taktsignale CK2 bis CK4 zu fangen, die außer Phase mit dem Sampling-Taktsignal CK1 sind.
Die Dekodierstufen 82b bis 82d, die als Teile der Schalterwähleinrichtung dienen (vierundzwanzigste Ausführungsform) sind mit den jeweiligen Gruppen der Schalter SWb, SBc und SWd verbunden, um die jeweiligen Taktsignale zu fangen (fetching).
Die Dekodierstufen 82b bis 82d bezeichnen den Schalter SW, von welchem ein zugeordneter Takt bzw. Taktsignal der Taktsignale CK2 bis CK4 abgegriffen wird, und zwar aus den k Schaltern SW(1) bis SW(k) heraus, die zu jeder der Gruppen der Schalter SWb bis SWd gehören. Die Dekodierstufen 82b bis 82d senden dann ein Treibersignal aus, mit dem der bezeichnete Schalter eingeschaltet wird, und zwar erfolgt die Sendung zu den jeweiligen Gruppen der Schalter SWb bis SWd. Somit wird ein Schalter, der zu jeder der Gruppen der Schalter SWb bis SWd gehört, selektiv eingeschaltet. Die Dekodierstufen 82b bis 82d werden dazu verwendet, um die jeweiligen drei Schiebetaktsignale (d. h. die Sampling-Taktsignale) CK2 bis CK4 zu fangen, die hinter dem Sampling-Taktsignal CK1 um x/4 (worin x 1, 2 oder 3 sein kann) des Zyklusses des Sampling-Taktsignals DK1 nacheilt, was über die jeweiligen bezeichneten Schalter SW erfolgt.
Mit anderen Worten empfangen die Dekodierstufen 82b bis 82d numerische Daten CD0, die eine Phasendifferenz wiedergeben, um die die Phase des Sampling- Taktsignals CK1 verschoben werden sollte und zwar von der digitalen PLL 52, was noch an späterer Stelle beschrieben wird. Hierbei wird eine Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten 80(l) bis 80(k) geliefert wird, als zeitweilige Auflösung betrachtet. Die Dekodierstufen 82b bis 82d multiplizieren die numerischen Daten CD0 mit einem Einstellwert (1, 2 oder 3), welcher eine Verzögerungsrate x angibt, mit der die zugeordneten Taktsignale CK2 bis CK4 verzögert werden, um hinter dem Sampling-Taktsignale CK1 nachzueilen. Somit berechnen die Dekodierstufen 82b bis 82d die Lage eines Schalters SW, von welchem ein zugeordnetes eines der Taktsignale CK2 bis CK4 erfaßt oder gefangen wird, und schalten den Schalter ein.
Demzufolge werden drei Arten von Sampling-Taktsignalen CK2 bis CK4, die hinter dem Bezugs-Sampling-Taktsignal CK1 um 1/4-tel der Periode des Sampling-Taktsignals CK1 nacheilen, welches als eine Bezugsgröße dient, zusammen mit dem Sampling-Taktsignal CK1 von den jeweiligen Gruppen der Schalter SWb bis SWd über die jeweiligen Pufferstufen 84a bis 84d übertragen oder gesendet.
Andererseits enthält die digitale PLL 52 eine Impulszirkulierschaltung 60, eine Zeit-A/D-Wandlerstufe 62, eine Datenverarbeitungseinheit 66 und einen digitalen Steueroszillator 64. Die Impulszirkulierschaltung 60 umfaßt eine Vielzahl von Verzögerungseinheiten, die ringförmig zusammengefügt sind. Die Zeit-A/D-Wandlerstufe oder Umsetzer 62 zählt die Zahl der Verzögerungseinheiten, durch die ein Impulssignal innerhalb der Impulszirkulierschaltung 60 hindurchverlaufen ist und zwar während einer Periode eines extern angelegten Sampling-Taktsignals CK1 und drückt somit die Periode des Sampling-Taktsignals CK1. numerisch aus. Die Datenverarbeitungseinheit 66verarbeitet die numerischen Daten, die durch den Zeit-A/D-Umsetzer 62 erzeugt wurden, und sendet die numerischen Daten CD1, welche die Periode eines Taktsignals ausdrücken, welches durch die digitale PLL 52 erzeugt werden sollte. Der digitale Steueroszillator 64 zählt die Zahl der Verzögerungseinheiten innerhalb der Impulszirkulierschaltung 60, durch die das Impulssignal hindurchgelaufen ist, um ein Taktsignal in Intervallen des gleichen Zyklusses wie dem Zyklus zu erzeugen, der durch die numerischen Daten CD1 ausgedrückt wird.
Bei diesem Beispiel regeneriert die digitale PLL 52 das Sampling-Taktsignal CK1. Die Datenverarbeitungseinheit 66 überträgt daher die numerischen Daten, die von dem Zeit-A/D-Umsetzer 62 gesendet werden, zu dem digitalen Steueroszillator 64, so wie sie sind. Basierend auf den empfangenen numerischen Daten CD1, regeneriert der digitale Steueroszillator 64 das Sampling-Taktsignal CK1. Das regenerierte SamplingTaktsignal CK1 wird zu der Schiebetakt-Erzeugungseinheit 54 übertragen.
Ferner werden die numerischen Daten CD1, die von der Datenverarbeitungseinheit 66 ausgesendet werden, auch an eine Teilerstufe 70 angelegt. Die Teilerstufe 70 berechnet eine Phasendifferenz, um die die Schiebetaktsignale, die durch die Schiebetakt-Erzeugungseinheit 54 erzeugt werden sollen, außer Phase zueinander liegen. Die Teilerstufe 70 teilt die numerischen Daten CD1 durch einen Teiler (in diesem Fall 4), der in einem Register 68 gespeichert ist. Der Quotient (ein integraler Teil des Quotienten) wird zu einer Datenverriegelungsschaltung 72 übertragen. Die Datenverriegelungsschaltung 72 sendet den Quotienten als numerische Daten CD0 für die Verwendung bei der Erzeugung der Schiebetaktsignale, zu der Schiebetakt-Erzeugungseinheit 54.
Ein dezimaler Teil des Quotienten, der durch die Teilerstufe 70 erzeugt wurde, wird zu einer Frequenz-Feineinstellschaltung 74 übertragen. Die Frequenz-Feineinstellschaltung 74 addiert 1 zu den Steuerdaten, die durch die Datenverriegelungsschaltung 72 verriegelt werden, und zwar in einer Rate entsprechend dem dezimalen Teil und korrigiert auf diese Weise die numerischen Daten CD0.
Wie oben dargelegt ist, verwendet die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50, die in 12 gezeigt ist, den extern angelegten Sampling-Takt CK1, um die vier Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 zu erzeugen, die den Sampling-Takt CK1 enthalten.
Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 verwendet die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, um die Periode des Sampling-Taktsignals CK1 numerisch auszudrücken. Basierend auf den resultierenden numerischen Daten wird eine Verzögerungszeit, um die das Sampling-Taktsignal CK1 verzögert wird, bestimmt, um die anderen Sampling-Taktsignale CK2 bis CK4 zu erzeugen. Selbst wenn die Frequenz des Sampling-Taktsignals CK1 hoch ist, arbeitet die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 ohne ein Problem.
Bei der obigen Beschreibung wird ein Sampling-Taktsignal CK1, welches als eine Bezugsgröße dient, von extern angelegt. Die digitale PLL 52 regeneriert das Sampling-Taktsignal CK1. Beispielsweise kann ein Bezugstaktsignal CK0, welches die Periode für eine A/D-Umwandlung wiedergibt, von extern her angelegt werden. Darüber hinaus kann die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 ein Sampling-Taktsignal erzeugen, dessen Periode um das m-fache länger ist als die Periode des Bezugstaktsignals CK0. In diesem Fall multipliziert die Datenverarbeitungseinheit 66, die in der digitalen PLL 52 enthalten ist, die numerischen Daten, die von dem Zeit-A/D-Umsetzer 62 gesendet werden, mit m. Im Gegensatz dazu kann ein niederfrequentes Taktsignal extern ein die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 angelegt werden und die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 kann ein Sampling-Taktsignal erzeugen, dessen Periode ein Vielfaches der Periode des Eingangstaktsignals CK0 beträgt. In diesem Fall teilt die Datenverarbeitungseinheit 66, die in der digitalen PLL 52 enthalten ist, die numerischen Daten, welche von dem Zeit-A/D-Umsetzer 62 gesendet werden, durch den Multiplikator.
Wenn, wie oben dargelegt ist, ein niederfrequentes Taktsignal extern an die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 angelegt wird, kann die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 die Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm erzeugen, die aus Vielfachen des Eingangstaktsignals CK0 bestehen. Wenn die Frequenzen der Sampling-Taktsignale CK1 bis CKm, die erzeugt werden sollen, relativ niedrig liegen (einige Hunderte von Kilohertz), kann die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50 so konfiguriert werden, wie dies in 13 gezeigt ist.
Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50, die in 13 gezeigt ist, umfaßt eine analoge PL 56 und ein Sclieberegister 58, die Vielfache eines extern angelegten Taktsignals CKs erzeugen.
Die analoge PLL 56 umfaßt einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 91, einen Frequenzteiler 92, einen Phasenkomparator 93 und einen Schleifenfilter 94. Die Oszillatorfrequenz des VCO 91 kann mit Hilfe einer Spannung gesteuert oder geregelt werden. Der Frequenzteiler 92 teilt die Frequenz einer Ausgangsgröße des VCO 91. Der Phasenkomparator 93 vergleicht die Phase einer Ausgangsgröße des Frequenzteilers 92 mit der Phase eines Eingangstaktsignals CKs und erzeugt ein Steuersignal, dessen Pegel proportional zu der Phasendifferenz ist. Das Schleifenfilter 92 filtert (integriert) das Steuersignal, welches von dem Phasenkomparator 93 aus gesendet wird, und überträgt das resultierende Signal als ein Oszillationsfrequenz-Steuersignal bzw. Spannung für den VCO 91. Die Oszillationsfrequenz des VCO 91 wird daher so gesteuert, daß sie auf eine Frequenz eingestellt wird, die berechnet wird, in dem die Frequenz des Eingangstaktsignals CKs mit einem vorbestimmten Multiplikator multipliziert wird, der mit einem Teiler bestimmt wird, durch den der Frequenzteiler 92 die Frequenz der Ausgangsgröße des VCO 91 teilt.
Auf der anderen Seite erzeugt das Schieberegister 58 vier Schiebetaktsignale und zwar unter Verwendung eines Bezugstaktsignals CK0, welches durch die analoge PLL 56 erzeugt wird, und überträgt die Schiebetaktsignale als Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4. Das Schieberegister 58 besitzt die gleiche Konfiguration wie die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50, die in 10 gezeigt ist.
Selbst die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung 50, die gemäß 13 konfiguriert ist, kann die gewünschten Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 (CKm) auf der Grundlage eines extern angelegten Eingangstaktsignals CKs erzeugen.
Viertes Beispiel
14A ist ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration einer A/D-Umwandlungsvorrichtung eines vierten Beispiels zeigt, bei welchem die vorliegende Erfindung verwendet ist (spezieller irgendeiner der ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und der elften bis siebzehnten Ausführungsformen derselben).
Wie in 14A gezeigt ist, enthält die A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels ähnlich wie die A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels, welches in 1A gezeigt ist, eine Impulsverzögerungsschaltung 10, m (bei diesem Beispiel vier) numerisch darstellende Einheiten 12 für die Impulsposition, und eine Addierstufe 14. Die Addierstufe 14 summiert m (bei diesem Beispiel vier) numerische Datenelemente DT1 bis DTm (DTm=DT4), die durch die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt wurden, und dadurch numerische Daten DTA zu erzeugen, die n+log₂m Bits lang sind.
Ein Unterschied der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels gegenüber der A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels besteht darin, daß vier numerisch darstellende Einheiten 12 für die Impulsposition so konfiguriert sind, wie in 15 gezeigt ist. Ein anderer Unterschied liegt darin, daß ein Bezugstaktsignal CK0 mit einem bestimmten Zyklus (Ts), wie dies in 14B gezeigt ist, und eines der vier Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4, die basierend auf dem Bezugstaktsignal CK0 erzeugt werden, an die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition angelegt werden.
Lediglich die Unterschiede des vorliegenden Beispiels gegenüber dem ersten Beispiel werden im folgenden beschrieben.
Wie in 14B gezeigt ist, werden die vier Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4, die an die vier numerisch darstellenden Einheiten 12 für das Impulssignal anzulegen sind, jeweils dadurch erzeugt, indem das Bezugstaktsignal CK0 verzögert wird. Die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 liegen zueinander außer Phase und zwar um eine Einheitszeit ΔT. Die Einheitszeit ΔT wird dadurch berechnet, in dem eine Verzögerungszeit Td, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, durch die Anzahl der Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 (d. h. durch 4) geteilt wird. Mit anderen Worten eilen die Sampling-Taktsignale CK2 bis CK4 hinter dem Sampling-Taktsignal CK1 um ein ganzzahliges Vielfaches der Einheitszeit ΔT nach (1×ΔTs, 2×ΔTs oder 3×ΔTs).
Wie in 15 gezeigt ist, umfaßt jede der vier numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition ähnlich der einen, die bei dem ersten Beispiel gemäß 1B enthalten ist, eine Verriegelungsstufe 22, eine Impulswählvorrichtung 24, eine Kodierstufe 26, eine Verriegelungsstufe 36 und eine Subtrahierstufe 38. Die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4, die untereinander gemäß der Einheitszeit ΔT außer Phase liegen, werden an die Verriegelungsstufen 22 angelegt, die in den jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition enthalten sind. Das Bezugstaktsignal CK0 (oder das Sampling-Taktsignal CK1, welches in den vier Sampling-Taktsignalen CK1 bis CK4 enthalten ist und als eine Bezugsgröße verwendet wird), welches zum Erzeugen der vier Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 verwendet wird, wird an die Verriegelungsstufen 36 angelegt.
Die Verriegelungsstufe 36, die in jeder der numerisch darstellenden Einheiten 2 für die Impulsposition enthalten ist, verriegelt ein Ergebnis des numerischen Ausdrucks (einer Ausgangsgröße der Kodierstufe 26), der durch die numerisch darstellende Einheit 12 für die Impulsposition durchgeführt wird (äquivalent zu der spezifischen numerisch darstellenden Einrichtung, die in der fünfunddreißigsten Ausführungsform enthalten ist). Die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition verwenden das Sampling-Taktsignal CK1, um eine Position innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 numerisch auszudrücken, die ein Impulssignal PA erreicht hat.
Demzufolge betrachten die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, wie in 14B gezeigt ist, die Anstiegs-(oder Abfall-)Flanke des Sampling-Taktsignals CK1 als eine gemeinsame Start-Zeitlage t0 zum Starten des numerischen Ausdrucks. Die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition drücken die Zahl der Verzögerungseinheiten 2 numerisch aus, durch die das Impulssignal PA innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung 10 hindurchgelaufen ist, und zwar während den jeweiligen Sampling-Perioden von der gemeinsamen Start-Zeitlage t0 an bis zu den nächsten Anstiegs-(oder Abfall)Flanken der Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 (Periode Ts, Ts+ΔT, Ts+2ΔT oder Ts+3ΔT). Die Ergebnisse des numerischen Ausdrucks DT1 bis DT4 werden an die Addierstufe 14 angelegt.
Bei den A/D-Umwandlungsvorrichtungen der ersten bis dritten Beispiele wird die Sampling-Zeit während welcher die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition eine Probe erwerben, auf einen festen Wert eingestellt. Die Zeitlagen, zu denen die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition den numerischen Ausdruck starten, sind voneinander um eine Zeit verschieden, die dadurch berechnet wird, in dem die Sampling-Zeit durch die Zahl m der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition geteilt wird. Demzufolge sind die A/D-Umwandlungseigenschaften der jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, die in 16A dargestellt ist, als gerade Linien aufgetragen, die dadurch gezeichnet wurden, in dem eine gerade Linie versetzt wurde, welche eine Bezugs-A/D-Umwandlungseigenschaft angibt, und zwar um ein A/m-tel eines Spannungswertes, der ein niedrigstwertiges Bit repräsentiert. Die Auflösungen, die durch die numerischen Datenelemente ausgedrückt werden, welche durch die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt werden, sind untereinander gleich. Jedoch sind bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels die Sampling-Zeiten, während welchen die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition eine Probe gewinnen, voneinander verschieden und zwar um 1/m-tel der Verzögerungszeit Td, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden. Demzufolge sind die A/D-Umwandlungseigenschaften der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, wie in 16B gezeigt ist, als gerade Linien aufgetragen, deren Neigung oder Steigung dadurch bestimmt sind, in dem die Steigung der geraden Linie geändert wird, welche die Bezugs-A/D-Umwandlungseigenschaft angibt (d.h. die Empfindlichkeit für die A/D-Umwandlung). Eventuell werden die Auflösungen, die durch die numerischen Datenelemente ausgedrückt werden, welche durch die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt werden, auf Werte eingestellt, die voneinander verschieden sind und zwar um 1/m des Spannungspegels, der das niedrigstwertige Bit repräsentiert.
Gemäß der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels wird, wenn ein variierendes analoges Eingangssignal Vin einer A/D-Umwandlung unterzogen wird, das gleiche Ergebnis der A/D-Umwandlung wie das eine erzielt, welches durch die A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels erreicht wird, wie in den 16A und 16 gezeigt ist (6+5×3=21 in den Figuren). Wenn der Spannungspegel des analogen Eingangssignals Vin konstant bleibt, haben die numerischen Datenelemente, die durch die jeweiligen m numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt werden, die in der A/D-Umwandlungsvorrichtung des ersten Beispiels enthalten sind, den gleichen Wert. Im Gegensatz dazu haben bei der A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels die numerischen Datenelemente, die durch die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition erzeugt werden, unterschiedliche Werte und zwar aufgrund einer Differenz in der Empfindlichkeit unter den numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition (mit anderen Worten einer Differenz in einer Auflösung unter derselben). Eventuell kann das analoge Eingangssignal Vin mit einer höheren Präzision A/D-umgewandelt werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel sind die m (vier) numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition äquivalent zu der Vielzahl der A/D-Umwandlungsschaltungen, die in der A/D-Umwandlungsvorrichtung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform enthalten sind oder zu den m Teilen der numerisch darstellenden Einrichtung 2 für die Impulsposition, die in der A/D-Umwandlungsvorrichtung von irgendeiner der siebenundzwanzigsten bis fünfunddreißigsten Ausführungsform enthalten ist. Die Addierstufe 14 ist äquivalent der Addiereinrichtung, die in der A/D-Umwandlungsvorrichtung von irgendeiner der sechsundzwanzigsten bis fünfunddreißigsten Ausführungsform enthalten ist.
Bei dem vorliegenden Beispiel eilen die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4, die an die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition angelegt werden, dem Bezugstaktsignal CK0 nach und liegen untereinander außer Phase und zwar um ein 1/4-tel der Verzögerungszeit Td, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden. Eine SamplingTakt-Erzeugungsschaltung für die Verwendung bei der Erzeugung der Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 kann beispielsweise so konfiguriert sein, wie dies in 17A und 17B gezeigt ist.
Die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung, die in 17A und in 17B gezeigt ist, ist für einen Fall ausgelegt, bei dem jede der Verzögerungseinheiten 2, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, zusammengesetzt ist, wie auch in 3A dargestellt ist, aus zwei Stufen von CMOS Invertern INV. Jeder der CMOS Inverter INV enthält einen p-Kanal (Feldeffekt)-Transistor und einen n-Kanal (Feldeffekt)-Transistor. In der Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung werden ein Inverter INV0 einer ersten Stufe und Inverter INV1 bis INV4 einer zweiten Stufe dazu verwendet, um vier Arten von Sampling-Taktsignalen CK1 bis CK4 zu erzeugen, die hinter dem Bezugstaktsignal CK0 nacheilen. Die Inverter INV1 bis INV4 sind äquivalent zu den Invertern, die die m Verzögerungseinheiten realisieren, die in der dreißigsten bis dreiunddreißigsten Ausführungsform enthalten sind.
Die Inverter INV1 bis INV4 der zweiten Stufe erzeugen jeweils Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4. Um die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 untereinander um einen Wert gemäß Td/4 außer Phase zu bringen, werden die Längen Lp und Ln der Gateanschlüsse des p-Kanal (Feldeffekt)-Transistors und des n-Kanal (Feldeffekt)-Transistors, die je die Inverter INV1 bis INV4 bilden oder die Weiten oder Breiten Wp und Wn der Transistoren eingestellt. Demzufolge wird, wie in 18 gezeigt ist, eine Über gangszeit Tf, während welcher die Pegel der Ausgangsgrößen der jeweiligen Inverter INV1 bis INV4 einen Übergang durchführen und zwar zusammen mit einer Änderung in dem Pegel eines Eingangssignals, so eingestellt, daß diese nahezu gleich ist der Verzögerungszeit Td, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird. Ferner wird ein Umkehrpegel, das ist ein Pegel des Eingangssignals, auf dem jeder der Inverter den Ausgangspegel invertiert, auf einen Spannungspegel eingestellt (irgendeinen der Umkehrpegel 1 bis 4), der aus einem m–1 (bei diesem Beispiel 5) Unter-Vielfachen einer Änderung in dem Pegel einer Ausgangsgröße des Inverters INV0 ist (eine Abweichung eines hohen Pegels von einem niedrigen Pegel).
Die Umkehrpegel, an denen die Inverter INV1 bis INV4 die jeweiligen Ausgangspegel invertieren, und die Übergangszeit, während welcher die Ausgangspegel einen Übergang durchführen, können willkürlich gemäß der Konstruktion der Transistoren bestimmt werden, die jeden der Inverter INV1 bis INV4 bilden. Bei dem vorliegenden Beispiel ist beispielsweise die Länge Lp des Gateanschlusses des p-Kanal (Feldeffekt)-Transistors, die Länge Ln des Gateanschlusses des n-Kanal (Feldeffekt)-Transistors, und die Weite oder Breite des n-Kanal-Transistors fest vorgegeben bzw. fixiert. Die Weite oder Breite Wp des p-Kanal-Transistors wird für jeden der Inverter INV1 bis INV4 so bestimmt, daß die Längen Wp1, Wp2, Wp3 und Wp4 der Gateanschlüsse der jeweiligen p-Kanal-Transistoren, die in den Invertern INV1 bis INV4 enthalten sind, jeweils eine Beziehung haben gemäß Wp1>Wp2>Wp3>Wp4. Demzufolge ist der Umkehrpegel, an welchem der Inverter INV1 den Ausgangspegel invertiert, der höchste, während jedoch der Umkehrpegel, an welchem der Inverter INV4 den Ausgangspegel invertiert, der niedrigste ist. Darüber hinaus ist die Übergangszeit Tf, während welcher die Ausgangspegel der jeweiligen Inverter INV1 bis INV4 einen Übergang erfahren, nahezu gleich der Verzögerungszeit Td, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird.
Ferner variiert die Verzögerungszeit Td, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung 10 bilden, abhängig von der analogen Eingangssignalspannung Vin. Die Inversionspegel, an welchen die jeweiligen Inverter INV1 bis INV4 die jeweiligen Ausgangspegel invertieren, und die Übergangszeit, während welche die Ausgangspegel einen Übergang erfahren, muß ebenfalls zusammen mit der Variierung der Verzögerungszeit Td variieren. Daher wird das analoge Eingangssignal Vin (oder eine Spannung mit dem gleichen Pegel wie das analoge Eingangssignal Vin, die aus dem analogen Eingangssignal Vin erzeugt wird), als Versorgungsspannung verwendet, die an die Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung angelegt wird, welche in 17 gezeigt ist.
Die auf diese Weise konfigurierte Sampling-Takt-Erzeugungsschaltung wird dazu verwendet, um die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 zu erzeugen, die an die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition angelegt werden, die bei dem vorliegenden Beispiel enthalten sind. Demzufolge kann eine Phasendifferenz, um die die Sampling-Taktsignale CK1 bis CK4 voneinander außer Phase sind, exakt auf ein 1/m-tel der Verzögerungszeit Td eingestellt werden, die durch die Verzögerungseinheiten 2 geliefert wird. Die Empfindlichkeiten der A/D-Umwandlung (eventuell einer Auflösung), die durch die jeweiligen numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition geboten werden, können auf gewünschte Werte eingestellt werden, die mit gewünschten Eigenschaften bestimmt werden. Eventuell kann die Präzision hinsichtlich der numerischen Daten, die durch die Addierstufe 14 erzeugt werden, verbessert werden.
Um auf der anderen Seite das Signal-zu-Störsignal-Verhältnis (Rauschabstand) zu verbessern und zwar relativ zu einem Ergebnis der A/D-Umwandlung, die durch die A/D-Umwandlungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels durchgeführt wird, kann eine Konfiguration realisiert werden, die in 19 gezeigt ist. Spezifischer gesagt sind Verriegelungsstufen 96a, 96b und 96c mit d Flip-Flops realisiert und diese verriegeln die numerischen Daten UTA, die aus der Summenbildung resultieren, welche durch die Addierstufe 14 durchgeführt wird, während sie aufeinanderfolgend hindurchgeschoben werden. Eine Addierschaltung 98 summiert drei vergangene numerische Datenelemente DTA, die durch die Verriegelungsstufen 96a, 96b und 96c verriegelt wurden, und die neuesten Daten der numerischen Daten DTA, die durch die Addierstufe 14 erzeugt wer den. Ein Bewegungs-Mittelwert kann auf diese Weise für die numerischen Daten DTA berechnet werden. Gemäß 19 ist die Addierschaltung 98 so konstruiert, daß numerische Daten Dout, d. h. der Bewegungsmittelwert, der durch die Addierschaltung 98 erzeugt wird, gleich n+log₂m+1 Bits lang sind. Die Zahl der n+log₂m+1 Bits ist um ein Bit größer als die Zahl der Bits, welche die numerischen Daten DTA bilden, die durch die Addierstufe 14 erzeugt werden.
Es wurden oben Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie aus den Beispielen hervorgeht, kann eine A/D-Umwandlungsvorrichtung, in welcher die vorliegende Erfindung implementiert ist, alleine mit einer digitalen Schaltung realisiert werden. Die numerischen Daten, die durch die A/D-Umwandlungsvorrichtung erzeugt werden, ändern sich nicht zeit-sequentiell, sondern sind hoch zuverlässig und durch die Umwelt unbeeinflußbar. Solange die vorliegende Erfindung in Form einer A/D-Umwandlungsvorrichtung implementiert ist, kann die A/D-Umwandlungsvorrichtung selbst in einer Umgebung verwendet werden, in welcher irgendein anderer Typ einer A/D-Umwandlungsvorrichtung kaum oder nur schwer verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine A/D-Umwandlungsvorrichtung, in welcher die vorliegende Erfindung implementiert ist, ihren Vorteil sehr eindrucksvoll unterstreichen, wenn sie bei irgendwelchen Automobil-Elektronikeinrichtungen angewendet oder verwendet wird, wobei schwere Beeinflussungen durch die Umwelt zu erwarten sind.
Nebenbei bemerkt ist die Idee, daß numerische Datenelemente, die durch eine Vielzahl von A/D-Umwandlungsschaltungen (numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition) unterschiedliche Auflösungen bilden und summiert werden, um die Präzision bei der A/D-Umwandlung zu verbessern, bei dem vierten Beispiel implementiert. Die Idee kann nicht nur bei einer digitalen Schaltung realisiert werden, die eine A/D-Umwandlung durchführt und zwar unter Verwendung der Impulsverzögerungsschaltung 10 und der numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition, sondern auch bei einer bereits bekannten analogen A/D-Umwandlungsvorrichtung.
Bei dem vierten Beispiel enthält die Impulsverzögerungsschaltung 10, wie beschrieben worden ist, zahlreiche Verzögerungseinheiten 2, die einfach als Tandem hintereinander geschaltet sind. Ähnlich dem zweiten Beispiel kann die Impulszirkulierschaltung 20 angewendet und angepaßt werden und zwar als Impulsverzögerungsschaltung 10. Darüber hinaus können die numerisch darstellenden Einheiten 12 für die Impulsposition irgendeine Ausgangsgröße des Zirkulierzahl-Zählers 16 aufnehmen, der dann die Zahl von Malen zählt, die ein pulsierendes Signal durch die Impulszirkulierschaltung 20 hindurchzirkuliert ist, und zwar in Form von hochwertigen Bitdaten.

Claims

Analog-zu-digital-Umwandlungsverfahren zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals in numerische Daten unter Verwendung einer Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl von Verzögerungseinheiten enthält, welche ein Impulssignal verzögern und übertragen können und welche miteinander in Reihe geschaltet sind, mit den folgenden Schritten: Ändern einer Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, in Einklang mit dem analogen Eingangssignal; Anlegen eines Impulssignals an die Impulsverzögerungsschaltung und Übertragen des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung; und numerisches Ausdrücken der Position des Impulssignals, welches innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung verhandeln ist, an einer Vielzahl von unterschiedlichen Zeitlagen, Aufsummieren der Ergebnisse des numerischen Ausdrucks, um auf diese Weise numerische Daten zu erzeugen.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem: die Zahl der Impulsverzögerungsschaltungen, die zum numerischen Ausdrücken der Position des Impulssignals verwendet werden, gleich eins ist; und bei dem die Position des Impulssignals innerhalb der einen Impulsverzögerungsschaltung numerisch zu unterschiedlichen Zeitlagen ausgedrückt wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem das analoge Eingangssignal als Treiberspannung verwendet wird, welches die Verzögerungseinheiten antreibt, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, und bei dem die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, basierend auf dem analogen Eingangssignal geändert wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem das analoge Eingangssignal dazu verwendet wird, um einen Treiberstrom zu steuern, der in die Verzögerungseinheiten fließt, und bei dem die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden soll, basierend auf dem analogen Eingangssignal geändert wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Position eines Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung wiederholt numerisch ausgedrückt wird und zwar synchron mit einer Vielzahl von Sampling-Taktsignalen, welche den gleichen Zyklus haben, jedoch außer Phase zu einander sind, wobei die Zahl der Verzögerungseinheiten, durch die das Impulssignal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltungen hindurch gelaufen ist und zwar während einer Periode der Sampling-Taktsignale, aus einer Abweichung von neue Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position des Impulssignals wiedergeben, von früheren Daten, welche diese anzeigen, berechnet werden und bei dem die Vielzahl der numerischen Datenelemente, die aufzusummieren sind, aus der Zahl der Verzögerungseinheiten erzeugt wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem benachbarte Zeitlagen des numerischen Ausdrucks, die durch die jeweiligen Sampling-Taktsignale bestimmt werden, voneinander um eine vorbestimmte Zeit verschieden sind.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem die Zeitlagen des numerischen Ausdrucks, der mit Hilfe der jeweiligen Sampling-Taktsignale bestimmt wird, aus den Zeitlagen bestehen, die dadurch erhalten werden, indem eine Periode eines jeweiligen Sampling-Taktsignals gleich aufgeteilt wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 5, bei dem eine Zeit, die durch Addieren eines Maximalwertes einer Phasendifferenz zwischen benachbarten Sampling-Taktsignalen zu der Periode der Sampling-Taktsignale berechnet wird, gleich ist mit oder kürzer ist als die Zeit gerechnet vom Moment, bei dem ein Impulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird bis zu dem Moment, bei dem das Impulssignal durch alle die Verzögerungseinheiten hindurch gelaufen ist, die in der Impulsverzögerungsschaltungen enthalten sind.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 5, bei dem eine Impulszirkulierschaltung mit Verzögerungseinheiten, die ringförmig angeordnet bzw. verbunden sind als Impulsverzögerungsschaltung verwendet wird, durch die das Impulssignal hindurch zirkuliert; ein Zirkulier-Zahl-Zähler dazu verwendet wird, um die Zahl von Malen zu zählen, die das Impulssignal durch die Impulszirkulierschaltung hindurch zirkuliert ist nachdem es an die Impulszirkulierschaltung angelegt wurde; die Position des Impulssignals innerhalb der Impulszirkulierschaltung numerisch synchron mit den Sampling-Taktsignalen ausgedrückt wird, um dadurch numerische Daten zu erzeugen, die als niedrigwertige Bit-Daten numerische Daten enthalten, die aus dem numerischen Ausdruck bzw. Ausdrückvorgang resultieren, und hochwertige Bild-Daten enthält, wobei die Zahl von Malen, die das Impulssignal zirkuliert hat, durch den Zirkulations-Zahl-Zähler gezählt wird; und die Zahl der Verzögerungseinheiten, durch die das Impulssignal während einer Periode der Sampling-Taktsignalen hindurch verlauten ist, aus einer Abweichung von den neuen Daten der erzeugten numerischen Daten von den früheren erzeugten numerischen Daten berechnet wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 9, bei dem die Periode der Sampling-Taktsignale gleich ist mit oder kürzer ist als wenigstens die Zeit, gerechnet von dem Moment an, bei dem das Impulssignal an die Impulsverzögerungsschaltung angelegt wird, bis zu dem Moment, bei dem der Zirkulierzahlzähler überläuft.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl der numerischen Datenelemente, die zu summieren sind, dadurch ausgedrückt werden indem die Position des Impulssignals, welches sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung ändert bzw. variiert, während der Sampling-Zeiten numerisch ausgedrückt wird, die voneinander um eine vorbestimmte Einheitszeit verschieden sind.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 11, bei dem die Einheitszeit eine Zeit (Td/m) ist, die dadurch berechnet wird indem eine Verzögerungszeit (Td), welche durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, die die Impulsverzögerungsschaltung bilden, durch die Zahl der Sampling-Male (m) geteilt wird, oder aus einer Zeit besteht, die dadurch berechnet wird, indem ein ganzzahliges Vielfaches der Verzögerungszeit (Td), welches durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, zu der Zeit (Td/m) addiert wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 11, bei dem die Sampling-Zeiten unter Verwendung von m Sampling-Taktsignalen bestimmt werden, welche die gleiche Periode haben, jedoch untereinander um die Einheitszeit außer Phase liegen.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem m Sampling-Taktsignale dadurch erzeugt werden, indem ein Bezugstaktsignal, welches eine bestimmte Periode aufweist, um ein ganzzahliges Vielfaches der Verzögerungszeit verzögert wird.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem eine der m Sampling-Zeiten auf eine Periode eingestellt ist und zwar von der Anstiegs-oder Abfall-Flanke eines spezifischen Sampling-Taktsignals, welches anderen Sampling-Taktsignalen um eine Phase unter den m Sampling Taktsignalen von der nächsten Anstiegs-oder Abfall-Flanke des selben voreilt; und die anderen Sampling-Zeiten auf Perioden eingestellt werden und zwar von der Anstiegs-oder Abfall-Flanke des spezifischen Sampling-Taktsignals bis zur Anstiegs-oder Abfall-Flanke der anderen Sampling-Taktsignale.
A/D-Umwandlungsverfahren zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals in numerische Daten, bei dem: eine Vielzahl an A/D-Umwandlungsschaltungen, die unterschiedliche Spannungsauflösungen bieten, die durch jeweilige numerische Datenelemente ausgedrückt werden, die Ergebnisse der A/D-Umwandlung darstellen; dazu verwendet werden, um numerisch das analoge Eingangssignal auszudrücken; und die Ergebnisse des numerischen Ausdrucks summiert werden, um numerische Daten zu erzeugen, die das analoge Eingangssignal wiedergeben.
A/D-Umwandlungsverfahren nach Anspruch 16, bei dem die Spannungsauflösung, die durch die A/D-Umwandlungsschaltungen geboten werden, auf Auflösungen eingestellt werden, die dadurch erhalten werden, indem eine vorbestimmte Bezugsauflösung in Einheiten einer Einheitsauflösung verschoben werden, die dadurch berechnet wird indem eine vorbestimmte Bezugesauflösung durch die Zahl von A/D-Umwandlungsschaltungen geteilt wird.
Analog-zu-digital (A/D)-Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals in numerische Daten, mit: einer Impulsverzögerungsschaltung mit einer Vielzahl von Verzögerungseinheiten, die ein Impulssignal um eine Verzögerungszeit abhängig von dem Spannungspegel des analogen Eingangssignals verzögern, die miteinander in Reihe geschaltet sind; m numerisch darstellende Einrichtungen für die Impulsposition zum Detektieren der Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung bei jeweiligen Zeitlagen der Anstiegs- oder Abfall-Flanke von m Sampling-Taktsignalen, die untereinander außer Phase liegen, und die die detektierte Position des Impulssignals numerische ausdrückten; einer Addiereinrichtung zum addieren von numerischen Daten-Elementen, die durch die numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition erzeugt werden und die das Ergebnis der Summierung in Form von numerischen Daten erzeugt, die das analoge Eingangssignal wiedergeben.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 18, bei der: die m Sampling-Taktsignale aus Taktsignalen bestehen, die sich zyklisch in Intervallen der gleichen Periode verändern bzw. variieren; und die numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition wiederholt die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung zu den jeweiligen Zeitlagen der Anstiegs- oder Abfall-Flanken der zugeordneten Sampling-Taktsignale numerisch ausdrücken und die die numerischen Daten erzeugen, welche die Zahl der Verzögerungseinheiten angeben, durch die das Impulssignal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung während einer Periode der Sampling-Taktsignale hindurch gelaufen ist, wobei eine Abweichung von neue Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position des Impulssignals wiedergeben, von früheren Daten, welche diese repräsentieren, verwendet wird.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der: die Impulsverzögerungsschaltung mit Hilfe einer Impulszirkulierschaltung realisiert ist, welche die Verzögerungseinheiten in einer ringförmigen Zusammenschaltung enthält und die ein Impulssignal durch sich hindurch zirkulieren lässt; ein Zirkulierzahlzähler vorgesehen ist, um die Anzahl von Malen zu zählen, die das Impulssignal durch die Impulszirkulierschaltung hindurch zirkuliert ist; jede der numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition folgendes enthält: eine Impulsposition-Detektorschaltung, um die Position des Impulssignals innerhalb der Impulszirkulierschaltung zu Zeitlagen der Anstiegs- oder Abfall-Flanke eines zugeordneter Sampling-Taktsignals numerisch auszudrücken; und eine arithmetische Schaltung zum Berechnen der Anzahl der Verzögerungseinheiten, durch die das Impulssignal innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung während eines Zykluses der Sampling-Taktsignale hindurch gelaufen ist, aus einer Abweichung von neuen numerischen Daten, die niedrigwertige Bit-Daten enthalten und zwar als numerische Daten, die durch die Impulsposition-Detektorschaltung erzeugt werden, und als hochwertigen Bitdaten numerische Daten enthält, die durch den Zirkulierzahlzähler erzeugt werden, von früheren Daten.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 20, ferner mit einer Eingangsschaltung, um selektiv ein Impulssignal anzulegen, welches durch eine Verzögerungseinheit einer Endstufe in der Impulsverzögerungsschaltung erzeugt wird, und ein Test-Taktsignal anzulegen, welches zum Testen der Zählaktion des Zirkulierzahlzählers verwendet wird.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine Phasendifferenz zwischen benachbarten der m Samplingtaktsignale, die an die jeweiligen numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition anzulegen sind, auf 1/m-tel einer Periode der Sampling-Taktsignale eingestellt ist; die Addiereinrichtung numerische Datenelemente aufnimmt, die von den jeweiligen numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition gesendet werden, und zwar synchron mit den Anstieg- oder Abfall-Flanken der m Sampling-Taktsignale, die an die jeweiligen numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition angelegt werden, wobei die Addiereinrichtung die m aufgenommenen numerischen Datenelemente summiert und dadurch numerische Daten erzeugt, die das analoge Signal repräsentieren und zwar in Intervallen von einem 1/m-te1 einer Periode der Samplingtaktsignale.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 19, ferner mit einer Samplingtakt-Erzeugungsschaltung, die sequenziell m Schiebetaktsignale erzeugt, die sich an Schiebetaktsignale anschließen, die eine Phasendifferenz entsprechend einer Periode eines extern angelegten Bezugstaktsignals aufweisen, und die die m Schiebetaktsignale als Samplingtaktsignale überträgt.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 19, ferner mit einer Samplingtakt-Erzeugungsschaltung, die folgendes enthält: eine Zeit-A/D-Umwandlungseinrichtung, um den Zyklus eines extern angelegten Bezugstaktsignals numerisch auszudrücken; eine Verzögerungsleitung, die eine Vielzahl von Verzögerungseinheiten enthält, die eine vorbestimmte Verzögerungszeit liefern, und die das Bezugstaktsignal überträgt während es dieses sequenziell verzögert und zwar unter Verwendung der Vielzahl der stationären Verzögerungseinheiten; und m–1 Gruppen an Schaltern, von denen jeder einen Kontakt aufweist, der mit einem Ausgangsknotenpunkt der jeweiligen Verzögerungseinheit verbunden ist, die die Verzögerungsleitung bilden, und von denen der andere Kontakt mit einem Ausgangspfad des jeweiligen Schiebetaktsignals verbunden ist; m–1 Teile einer Schalter-Wähleinrichtung, um numerische Daten zu multiplizieren, die dadurch berechnet werden, indem die numerischen Daten, die durch die Zeit-A/D-Umwandlungseinrichtung erzeugt wurden, durch m geteilt werden, mit jeweils ganzen Zahlen, die von eins bis m–1 reichen, um m–1 numerische Datenelemente zu erzeugen, wobei die Örtlichkeiten der Schalter spezifiziert werden, die ausgewählt werden sollen und eingeschaltet werden sollen und die in den je weiligen Gruppen der Schalter enthalten sind, entsprechend den erzeugten numerischen Daten-Elementen, wobei die Schalter an den spezifizierten Stellen ausgewählt und eingeschaltet werden, und dann m–1 jeweilige Schiebetaktsignale übertragen werden, die jeweils hinter dem Bezugstaktsignal um ein 1/m-tel der Periode des Bezugtaktes aufeinanderfolgend nacheilen, und zwar entlang Ausgangspfaden, die sich von den jeweiligen Gruppen der Schalter aus erstreckten, wobei: die Samplingtakt-Erzeugungsschaltung als m Sampling-Taktsignale dem Bezugstakt und die m-eins Schiebetaktsignale überträgt, die entlang den jeweiligen Ausgangspfad an übertragenen oder gesendet werden, die sich von den jeweiligen Gruppen der Schalter aus erstreckten.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 23, ferner mit einer Bezugstakt-Erzeugungsschaltung, um ein extern angelegtes Eingangstaktsignal mit einem bestimmten Wert zu multiplizieren oder durch diesen zu teilen, um dadurch ein Bezugstaktsignal mit einer gewünschten Frequenz zu erzeugen, die der Frequenz der Sampling-Taktsignale entspricht, die an die jeweiligen Teile der numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition anzulegen sind, wobei: das durch die Bezugstakt-Erzeugungsschaltung erzeugte Bezugstaktsignal an die Samplingtakt-Erzeugungsschaltung anlegbar ist.
A/D-Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals in numerische Daten, mit: einer Vielzahl an A/D-Umwandlungsschaltungen, die unterschiedliche Spannungsauflösungen bieten, die durch jeweilige numerische Datenelemente ausgedrückt werden, die Ergebnisse der A/D-Umwandlung sind; und eine Addiereinrichtung zum Summieren der Ergebnisse des numerischen Ausdrucks, der an dem analogen Eingangssignal ausgeführt wurde und zwar durch die Vielzahl der A/D-Umwandlungsschaltungen.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 26, ferner mit einer Impulsverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl an Verzögerungseinheiten enthält, welche ein Impulssignal um eine Verzögerungszeit verzögern, die von dem Spannungspegel des analogen Eingangssignals abhängt, und welche dieses übertragen und die untereinander in Reihe geschaltet sind, wobei: die Vielzahl der A/D-Umwandlungsschaltungen mit m Teilen von numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition realisiert sind, die die Position des Impulssignals numerische ausdrückten, welche sich innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung verändert und zwar während der jeweiligen Samplingzeiten, die voneinander um eine vorbestimmte Einheitszeit verschieden sind.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 27, bei der die Einheitszeit eine Zeit (Td/m) ist, die dadurch berechnet wird indem die Verzögerungszeit (Td), die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden soll, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, durch die Zahl der Teile der numerisch darstellenden Einrichtungen (m) für die Impulsposition geteilt wird oder in dem eine Zeit, die durch Addieren eines ganzzahligen Vielfachen der Verzögerungszeit (Td), die durch die Verzögerungseinheiten geliefert wird, zu der Zeit (Td/m) berechnet wird.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 27, ferner mit einer Samplingtakt-Erzeugungsschaltung, die m Sampling-Taktsignale erzeugt, die den gleichen Zyklus besitzen, jedoch untereinander um die Einheitszeit außer Phase liegen, wobei: die m Teile der numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition jeweilige m Sampling-Taktsignale verwenden, die durch die Samplingtakt-Erzeugungsschaltung erzeugt wurden, um die Position des Impulssignals numerisch auszudrücken, die innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung während der jeweiligen Samplingzeiten variiert.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Samplingtakt-Erzeugungsschaltung m Verzögerungseinheiten enthält, die Verzögerungszeiten liefern, die voneinander um die Einheitszeit verschieden sind; und die Samplingtakt-Erzeugungsschaltung m Verzögerungseinheiten dazu verwendet, um ein Bezugstaktsignals mit einem bestimmten Zyklus zu verzögern und um auf diese Weise m Sampling-Taktsignale zu erzeugen.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 30, bei der m Verzögerungseinheiten, die in der Samplingtakt-Erzeugungsschaltung enthalten sind, durch Inverterstufen realisiert sind, welche den Spannungspegel eines Eingangssignals an unterschiedlichen Inversionspegeln invertieren, die den Spannungspegeln eines variierenden Eingangssignals entsprechen, wobei die Umkehr-Zeitlagen voneinander verschieden sind, zusammen mit einer Änderung in dem Signalpegel des Bezugstaktsignals und wobei die Inverterstufen das Bezugstaktsignal um Verzögerungszeiten verzögern, die untereinander um die Einheitszeit verschieden sind.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 31, bei der eine Ausgangspegel-Übergangszeit Tf, während welcher die Pegel der Ausgangssignale der Inverterstufen, welche die m Verzögerungseinheiten bilden, die in der Samplingtakt-Erzeugungsschaltung enthalten sind, einen Übergang durchführen, nahezu gleich ist der Verzögerungszeit Td, die durch eine Stufe einer Verzögerungseinheit geliefert wird, die in der Impulsverzögerungsschaltungen enthalten ist.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 32, bei der die Inverterstufen, welche die m Verzögerungseinheiten realisieren, die in der Samplingtakt-Erzeugungsschaltung enthalten sind, unter Verwendung des analogen Eingangssignals als Versorgungsspannung arbeiten.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Teile der numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition ein Sampling-Taktsignal verwenden, welches unter den m Sampling-Taktsignalen voreilt, die durch die Samplingtakt-Erzeugungsschaltung erzeugt werden, und zwar als gemeinsames Taktsignal verwenden, und die Position des Impulssignals numerisch ausdrücken, die innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung variiert und zwar während der jeweiligen Samplingzeiten von der Anstiegs-oder Abfall-Flanke des gemeinsamen Taktsignals bis zur Anstiegs-oder Abfall-Flanke der Sampling-Taktsignale, die den Teilen der numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition zugeordnet sind.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 34, bei der eine spezifische eine der m numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition wiederholt die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung an der Anstiegs- oder Abfall-Flanke des Sampling-Taktsignals numerisch ausdrückt, welches als allgemeiner Takt dient, und eine Abweichung von neuen Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position wiedergeben, von früheren Daten, die diese Position wiedergeben, als Ergebnis des numerischen Ausdrucks zu der Addiereinrichtung überträgt; und die numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition, ausgenommen der spezifischen einen numerisch darstellenden Einrichtung, wiederholt die Position des Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung an den Anstiegs- oder Abfall-Flanken der jeweiligen Sampling-Taktsignale numerisch ausdrücken, die den numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition zugeordnet sind, und als Ergebnis der numerischen Darstellung eine Abweichung der Daten, welche die numerisch ausgedrückte Position wiedergeben, von früheren Daten überträgt, welche die spezifische numerisch darstellende Einrichtung unter Verwendung des gemeinsamen Taktes erzeugt hat.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 18, bei der jede der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, mit einer Stufe eines Inverters realisiert ist, welcher ein Impulssignal invertiert und überträgt.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 27, bei der jede der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, mit einer Stufe eines Inverters realisiert ist, der ein Impulssignal invertiert und überträgt.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 18, bei der jede der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, mit zwei Stufen von Invertern realisiert ist, wobei jeder der Inverter ein Impulssignal überträgt, und die miteinander in Reihe geschaltet sind.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 27, bei der jede der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, mit zwei Stufen an Invertern realisiert ist, von denen jeder ein Impulssignal überträgt und die miteinander in Reihe geschaltet sind.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Vielzahl der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, entlang einer geraden Linie angeordnet sind; die m numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition, um die Impulsposition eines Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung numerisch auszudrücken, in zwei Gruppen aufgeteilt sind; und die numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition, die zu jeder Gruppe gehören, symmetrisch zu einer geraden Linie angeordnet sind, die sich in der Richtung der Anordnung erstreckt, in welcher die Verzögerungseinheiten innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung angeordnet sind.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 27, bei der die Vielzahl der Verzögerungseinheiten, welche die Impulsverzögerungsschaltung bilden, entlang einer geraden Linie angeordnet sind; die m numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition, um die Position eines Impulssignals innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung numerisch auszudrücken, in zwei Gruppen aufgeteilt sind; die numerisch darstellenden Einrichtungen für die Impulsposition, die zu jeder Gruppe gehören, symmetrisch zu der geraden Linie angeordnet sind, die sich in der Richtung der Anordnung erstreckt, in welcher die Verzögerungseinheiten innerhalb der Impulsverzögerungsschaltung angeordnet sind.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 18, ferner mit: einer Eingangssignal-Wähleinrichtung, um als Signal, welches zum Andern einer Verzögerungszeit verwendet wird, die durch die Verzögerungseinheiten geliefert werden soll, entweder das analoge Eingangssignal oder ein Bezugssignal auszuwählen, dessen Spannungspegel bekannt ist, und um das ausgewählte Signal an die Impulsverzögerungsschaltung anzulegen; eine Halteeinrichtung für unkorrigierte Daten, um dann, wenn die Eingangssignal-Wähleinrichtung ihre Kontakte so umschaltet, um das analoge Eingangssignal an die Impulsverzögerungsschaltung anzulegen, die durch die Addiereinrichtung erzeugten numerischen Daten als unkorrigierte Daten zu halten bzw. zu speichern; einer Bezugsdaten-Halteeinrichtung, um dann, wenn die Eingangssignal-Wähleinrichtung ihre Kontakte so umschaltet, um das Bezugssignal an die Impulsverzögerungsschaltung anzulegen, numerische Daten als Bezugsdaten hält oder speichert, die durch die Addiereinrichtung reduziert wurden; und einer Teilereinrichtung zum Teilen der unkorrigierten Daten, die in der Halteeinrichtung für die unkorrigierten Daten gehalten bzw. gespeichert sind, durch die Bezugsdaten, die in der Bezugsdaten-Halteeinrichtung gespeichert sind, und um auf diese Weise korrigierte numerische Daten zu berechnen, die das analoge Eingangssignal repräsentieren.
A/D-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 27, ferner mit: einer Eingangssignal-Wähleinrichtung, um als Signal, welches zum Andern einer Verzögerungszeit verwendet wird, die durch die Verzögerungseinheiten erzeugt werden soll, entweder das analoge Eingangssignal oder ein Bezugssignal auswählt, dessen Spannungspegel bekannt ist und die das elektrische Signal an die Impulsverzögerungsschaltung anlegt; eine Halteeinrichtung für unkorrigierte Daten, die dann, wenn die Eingangssignal-Wähleinrichtung ihre Kontakte so umschaltet, um das analoge Eingangssignal an die Impulsverzögerungsschaltung anzulegen, numerische Daten als unkorrigierte Daten speichert, die durch die Addiereinrichtung erzeugt wurden; einer Bezugsdaten-Halteeinrichtung, um dann wenn die Eingangssignal-Wähleinrichtung ihre Kontakte so umschaltet, um das Bezugssignal an die Impulsverzögerungsschaltung anzulegen, numerische Daten als die Bezugsdaten speichert, die durch die Addiereinrichtung reduziert wurden; und einer Teilereinrichtung zum Teilen der unkorrigierten Daten, die in der Halteeinrichtung für die unkorrigierten Daten gespeichert sind, durch die Bezugsdaten zu teilen, die in der Bezugsdaten-Halteeinrichtung gespeichert sind, um auf diese Weise korrigierte numerische Daten zu berechnen, welche das analoge Eingangssignal wiedergeben.