DE112016007393B4

DE112016007393B4 - Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung und Analog-zu-Digital-Wandlungsverfahren

Info

Publication number: DE112016007393B4
Application number: DE112016007393.3T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Ito; Satoru Ishizaka; Keiji Ninomiya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2036-10-29
Also published as: WO2018078823A1; DE112016007393T5; CN109906364A; CN109906364B; JP6338802B1; JPWO2018078823A1; US10608657B2; US20190253065A1

Abstract

Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100), umfassend:eine Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) mit einem positiven Analogeingabeanschluss (AIN(+)) und einem negativen Analogeingabeanschluss (AIN(-)), wobei die Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) dazu konfiguriert ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Analogeingabeanschluss (AIN(+)) und dem negativen Analogeingabeanschluss (AIN(-)) in einen Digitalwert zu wandeln;eine Referenzspannung-Umschalteinheit (2), welche zwischen einer Ausgabe eines Sensors (3) und den Analogeingabeanschlüssen (AIN(+), AIN(-)) der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) angeordnet ist und mit der Ausgabe des Sensors (3) und einer Vielzahl von Referenzspannungsleitungen verbindbar ist; undeine Steuereinheit (6) zum Steuern des Umschaltens einer in einen des positiven Analogeingabeanschlusses (AIN(+)) und des negativen Analogeingabeanschlusses (AIN(-)) eingegebenen Referenzspannung durch Verbinden der Referenzspannung-Umschalteinheit (2) mit einer der Referenzspannungsleitungen,wobei die Steuereinheit (6) die Referenzspannung-Umschalteinheit (2) so steuert, dass sie die Ausgabe des Sensors (3) mit dem anderen des positiven Analogeingabeanschlusses (AIN(+)) und des negativen Analogeingabeanschlusses (AIN(-)) verbindet,wobei die Referenzspannungsleitungen eine erste Referenzspannungsleitung, welche eine erste Referenzspannung hat, und eine zweite Referenzspannungsleitung, welche eine zweite Referenzspannung hat, die größer als die erste Referenzspannung ist, umfassen, undwobei die erste Referenzspannung und die zweite Referenzspannung so eingestellt sind, dass ein Verstärkungsfehler der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) mit zunehmendem Analogeingabewert der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) zunimmt, wenn die Referenzspannung die erste Referenzspannung ist, und dass der Verstärkungsfehler der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) mit abnehmendem Analogeingabewert der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) zunimmt, wenn die Referenzspannung die zweite Referenzspannung ist.

Description

Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung und ein Analog-zu Digital-Wandlungsverfahren, in welchen ein während der Analog-zu-Digital-Wandlung erzeugter Fehler einer von einem Sensor detektierten und ausgegebenen physikalischen Größe reduziert ist.
Hintergrund
Technologien zum Reduzieren von Fehlern wurden entwickelt, um hierdurch die Genauigkeit von Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtungen zu verbessern und ihren Anwendungsbereich auszudehnen. Patentliteratur 1 offenbart ein Beispiel einer herkömmlichen Technologie, in welcher eine Spannungsteiler-Widerstandsschaltung mit einem Thermistor verbunden ist und mit einer linearen Charakteristik gewandelte Daten ausgegeben werden. Gemäß der in Patentliteratur 1 offenbarten Technologie wird eine Linearisierungskorrektur auf die Temperaturcharakteristik der Spannungsausgabe des Thermistors angewendet.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2015 - 200 633 A .
Die offengelegten Patentanmeldungen DE 199 11 526 A1 und US 2007 / 0 252 744 A1 gehören ebenfalls zum relevanten Stand der Technik.
Zusammenfassung
Technisches Problem
Gemäß der oben beschriebenen herkömmlichen Technologie werden lediglich Fehler reduziert, welche vor der Analog-zu-Digital-Wandlung auftreten; es besteht daher das Problem, dass es unmöglich ist, Fehler zu reduzieren, die während der Analog-zu-Digital-Wandlung erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Obigen gemacht und hat ein Ziel, eine Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung bereitzustellen, welche fähig ist, während der Analog-zu-Digital-Wandlung erzeugte Fehler zu reduzieren.
Lösung des Problems
Die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche lösen die zuvor genannten Probleme und erreichen das Ziel. Eine Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit mit einem positiven Analogeingabeanschluss (AIN(+)) und einem negativen Analogeingabeanschluss (AIN(-)), wobei die Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) dazu konfiguriert ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Analogeingabeanschluss (AIN(+)) und dem negativen Analogeingabeanschluss (AIN(-)) in einen Digitalwert zu wandeln; eine Referenzspannung-Umschalteinheit, welche zwischen einer Ausgabe eines Sensors und den Analogeingabeanschlüssen (AIN(+), AIN(-)) der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit angeordnet ist und mit der Ausgabe des Sensors und einer Vielzahl von Referenzspannungsleitungen verbindbar ist; und eine Steuereinheit zum Steuern des Umschaltens einer in einen des positiven Analogeingabeanschlusses (AIN(+)) und des negativen Analogeingabeanschlusses (AIN(-)) eingegebenen Referenzspannung durch Verbinden der Referenzspannung-Umschalteinheit mit einer der Referenzspannungsleitungen. Die Steuereinheit steuert die Referenzspannung-Umschalteinheit so, dass sie die Ausgabe des Sensors mit dem anderen des positiven Analogeingabeanschlusses (AIN(+)) und des negativen Analogeingabeanschlusses (AIN(-)) verbindet. Die Referenzspannungsleitungen umfassen eine erste Referenzspannungsleitung, welche eine erste Referenzspannung hat, und eine zweite Referenzspannungsleitung, welche eine zweite Referenzspannung hat, die größer als die erste Referenzspannung ist. Die erste Referenzspannung und die zweite Referenzspannung sind so eingestellt, dass ein Verstärkungsfehler der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit mit zunehmendem Analogeingabewert der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit zunimmt, wenn die Referenzspannung die erste Referenzspannung ist, und dass der Verstärkungsfehler der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit mit abnehmendem Analogeingabewert der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit zunimmt, wenn die Referenzspannung die zweite Referenzspannung ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Wirkung, dass sie fähig ist, Fehler zu reduzieren, die während der Analog-zu-Digital-Wandlung erzeugt werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer Analog-zu-Digital(AD)-Wandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer in 1 gezeigten Steuereinheit zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Betriebsweise der in 1 gezeigten Steuereinheit zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches den Sensitivitätspeak des in 1 gezeigten Sensors zeigt, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse die Sensitivität repräsentiert.
5 ist ein Diagramm, welches Verstärkungsfehler zwischen einem idealen Wert und gemessenen Werten für die in 1 gezeigte AD-Wandlungseinheit zeigt, wobei die Horizontalachse eine Analogeingabe repräsentiert und die Vertikalachse eine Digitalausgabe repräsentiert.
6 ist ein Diagramm, welches beschreibt, wie ein Verstärkungsfehler reduziert werden kann, indem zwischen einer Wandlung unter Verwendung von 0 V als einer Referenzspannung und einer Wandlung unter Verwendung eines Werts einer Obergrenze eines Nutzbereichs für eine Referenzspannung umgeschaltet wird, wobei die Horizontalachse eine Analogeingabe repräsentiert und die Vertikalachse eine Digitalausgabe repräsentiert.
7 ist ein Diagramm, welches eine Kurve zeigt, welche eine Änderung eines Fehlers bezüglich der Temperatur repräsentiert, wenn die Referenzspannung 0 V ist, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse den Fehler repräsentiert.
8 ist ein Diagramm, welches eine Kurve zeigt, welche eine Änderung eines Fehlers bezüglich der Temperatur repräsentiert, wenn die Referenzspannung 5 V ist, was die Ausgabespannung einer Konstantspannungserzeugungsschaltung ist, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse den Fehler repräsentiert.
9 ist ein Diagramm, in welchem die in 7 gezeigte Kurve und die in 8 gezeigte Kurve einander überlagert sind.
10 ist ein Diagramm, welches ein erstes Modifizierungsbeispiel zeigt, welches eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist.
11 ist ein Diagramm, welches ein zweites Modifikationsbeispiel zeigt, welches eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist.
12 ist ein Diagramm, welches ein drittes Modifikationsbeispiel zeigt, welches eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist.
13 ist ein Diagramm, welches ein viertes Modifikationsbeispiel zeigt, welches eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist.
14 ist ein Diagramm, welches ein fünftes Modifikationsbeispiel zeigt, welches eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist.
15 ist ein Diagramm, welches den Sensitivitätspeak eines Sensors zeigt, dessen Sensitivitätspeak nahe der Mitte des Nutzbereichs liegt, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse die Sensitivität repräsentiert.
16 ist ein Diagramm, welches den Sensitivitätspeak eines Sensors zeigt, dessen Sensitivitätspeak bei etwa ein ¼ des Nutzbereichs liegt, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse die Sensitivität repräsentiert.
17 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer Hardware zeigt, welche die in 1 gezeigte Steuereinheit implementiert.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden eine Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung und ein Analog-zu-Digital-Wandlungsverfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass diese Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer AD-Wandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine in 1 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100 umfasst eine AD-Wandlungseinheit 1, eine Referenzspannung-Umschalteinheit 2, einen Sensor 3, einen Widerstand 4, eine Konstantspannungserzeugungseinheit 5, eine Steuereinheit 6 und eine Anzeigeeinheit 7. Der Eingabewert der AD-Wandlungseinheit 1 oder der Wandlungswert der AD Wandlungseinheit 1 wird in die in 1 gezeigte Steuereinheit 6 eingegeben, und daher kann die Steuereinheit 6 in Abhängigkeit des in die Steuereinheit 6 eingegebenen Werts zwischen einer AD-Wandlung unter Verwendung eines ersten Referenzspannungswerts als eine Referenz und einer AD-Wandlung unter Verwendung eines zweiten Referenzspannungswerts als eine Referenz umschalten. Vorliegend kann 0 V, was die Erdspannung ist, ein Beispiel für den ersten Referenzspannungswert sein und die Ausgabespannung der Konstantspannungserzeugungseinheit 5 kann ein Beispiel für den zweiten Referenzspannungswert sein. Die Ausgabespannung der Konstantspannungserzeugungseinheit 5 ist der Wert der Obergrenze des Nutzbereichs und kann beispielsweise 5 V sein. Es ist zu beachten, dass sich der Wert der Obergrenze des Nutzbereichs auf den maximal messbaren Wert bezieht. Ferner geben die Pfeile in 1 den Verlauf von Signalen oder Daten an und geben nicht eine konkrete Verdrahtung an.
Die AD-Wandlungseinheit 1 umfasst einen Eingabeanschluss für eine positive Referenz, welcher als REFIN(+) bezeichnet ist, einen Eingabeanschluss für eine negative Referenz, welcher als REFIN(-) bezeichnet ist, einen positiven Analogeingabeanschluss, welcher als AIN(+) bezeichnet ist, und einen negativen Analogeingabeanschluss, welcher als AIN(-) bezeichnet ist. Der positive Analogeingabeanschluss AIN(+) und der negative Analogeingabeanschluss AIN(-) bilden eine Differenz-Eingabeeinheit. Der Eingabeanschluss für eine positive Referenz REFIN(+) ist mit der Ausgabe der Konstantspannungserzeugungseinheit 5 verbunden und der Eingabeanschluss für eine negative Referenz REFIN(-) ist geerdet.
Die Referenzspannung-Umschalteinheit 2 umfasst einen Schalter 2a, einen Schalter 2b, einen Schalter 2c und einen Schalter 2d. Wenn die Schalter 2a und 2c eingeschaltet sind und die Schalter 2b und 2d dabei ausgeschaltet sind, ist eine Erdleitung mit einer Erdspannung von 0 V mit dem negativen Analogeingabeanschluss AIN(-) der AD-Wandlungseinheit 1 verbunden und die Ausgabe des Sensors 3 ist mit dem positiven Analogeingabeanschluss AIN(+) der AD-Wandlungseinheit 1 verbunden, was bedeutet, dass als eine Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Analogeingabeanschluss AIN(+) und dem negativen Analogeingabeanschluss AIN(-) ein Sensorausgabespannungswert in die AD-Wandlungseinheit 1 eingegeben wird, wobei die Referenzspannung 0 V ist. Wenn die Schalter 2b und 2d eingeschaltet sind und die Schalter 2a und 2c dabei ausgeschaltet sind, ist eine Konstantspannungsleitung, die mit der Ausgabe der Konstantspannungserzeugungseinheit 5 verbunden ist, mit dem positiven Analogeingabeanschluss AIN(+) der AD-Wandlungseinheit 1 verbunden und die Ausgabe des Sensors 3 ist mit dem negativen Analogeingabeanschluss AIN(-) der AD-Wandlungseinheit 1 verbunden, was bedeutet, dass als eine Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Analogeingabeanschluss AIN(+) und dem negativen Analogeingabeanschluss AIN(-) ein Sensorausgabespannungswert in die AD-Wandlungseinheit 1 eingegeben wird, wobei die Referenzspannung der Wert der Obergrenze des Nutzbereichs der AD-Wandlungsvorrichtung 100 ist.
Der Sensor 3 ist ein Sensor, welcher eine physikalische Größe detektiert und ist zwischen der Erdleitung und dem Widerstand 4 angeordnet. Beispiele für die physikalische Größe sind vorliegend die Temperatur, ein Widerstandswert und der Druck. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Sensor 3 beispielhaft durch einen Thermistor gegeben und die zu detektierende physikalische Größe ist die Temperatur. Dementsprechend kann die in 1 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100 beispielhaft durch eine AD-Wandlungsvorrichtung gegeben sein, die an einem Fabrikautomatisierung(FA)-Gerät angebracht ist, und der Sensor 3 kann beispielhaft durch einen Thermistor gegeben sein, der zum Temperaturmanagement für Produkte in einem Produktionsvorgang verwendet wird, oder durch einen Thermistor gegeben sein, der zum Temperaturmanagement einer Heizung verwendet wird, die einen Heizvorgang durchführt, wenn ein Produktionsvorgang einen Heizvorgang umfasst. Zudem wird der Temperaturwert, welcher die von der AD-Wandlungsvorrichtung 100 erhaltene physikalische Größe ist, an eine speicherprogrammierbare Steuerung ausgegeben, welche das FA-Gerät steuert, und in der Vorgangssteuerung berücksichtigt.
Der Widerstand 4 ist ein Widerstandselement zur Spannungsteilung und ist zwischen der Konstantspannungsleitung und dem Sensor 3 angeordnet.
Die Konstantspannungserzeugungseinheit 5 ist eine Konstantspannungserzeugungsschaltung, welche eine Konstantspannung erzeugt. Die Konstantspannungsleitung ist mit der Ausgabe der Konstantspannungserzeugungseinheit 5 verbunden und die Konstantspannungserzeugungseinheit 5 kann beispielhaft durch eine Energieversorgungsleitung einer Energieversorgungsschaltung der AD-Wandlungsvorrichtung 100 gegeben sein. In dem vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass die von der Konstantspannungserzeugungseinheit 5 erzeugte und ausgegebene Spannung 5 V beträgt.
Die Steuereinheit 6 empfängt die Analogausgabe des Sensors 3, um hierdurch an die Referenzspannung-Umschalteinheit 2 ein Referenzspannung-Umschaltsignal auszugeben und an die AD Wandlungseinheit 1 einen Befehl auszugeben, und anschließend empfängt sie von der AD-Wandlungseinheit 1 ein Ergebnis und gibt an die Anzeigeeinheit 7 Anzeigedaten aus. Die Steuereinheit 6 kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer implementiert sein.
Zudem ist die Anzeigeeinheit 7 eine Anzeigeeinheit, welche eine Anzeige gemäß den Anzeigedaten von der Steuereinheit 6 durchführt.
Obwohl in 1 die AD-Wandlungsvorrichtung 100, welche die AD-Wandlungseinheit 1, die Referenzspannung-Umschalteinheit 2, den Sensor 3, den Widerstand 4, die Konstantspannungserzeugungseinheit 5, die Steuereinheit 6 und die Anzeigeeinheit 7 umfasst, als Beispiel gegeben ist, ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Solange die AD-Wandlungsvorrichtung 100 wenigstens die AD-Wandlungseinheit 1, die Referenzspannung-Umschalteinheit 2 und die Steuereinheit 6 umfasst, können die anderen Komponenten durch ein externes Gerät implementiert sein, welches mit der AD-Wandlungsvorrichtung 100 verbunden ist.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration der in 1 gezeigten Steuereinheit 6 zeigt. Die in 2 gezeigte Steuereinheit 6 umfasst eine Eingabeeinheit 61, eine Speichereinheit 62, eine Überwachungseinheit 63, eine Wandlungseinheit 64, eine Ergebnishalteeinheit 65 und eine Ausgabeeinheit 66. Die Eingabeeinheit 61 erlangt den Ausgabewert des Sensors 3. Insbesondere teilt die Eingabeeinheit 61 eine Konstantspannung, die von der in 1 gezeigten Konstantspannungserzeugungseinheit 5 erzeugt wird, unter Verwendung des Widerstands 4 und des Sensors 3 und erlangt den durch die Spannungsteilung erhaltenen Wert als den Ausgabewert des Sensors 3. Die Speichereinheit 62 speichert einen voreingestellten Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert, welcher ein Referenzspannungsumschaltpunkt ist. Es ist zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung der Referenzspannungsumschaltpunkt auch einfach als Umschaltpunkt bezeichnet wird. Die Überwachungseinheit 63 vergleicht den Ausgabewert des Sensors 3 von der Eingabeeinheit 61 mit dem Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert, der in der Speichereinheit 62 voreingestellt ist, und gibt ein Überwachungsergebnis aus. Die Wandlungseinheit 64 gibt an die AD-Wandlungseinheit 1 einen Befehl basierend auf dem Überwachungsergebnis aus der Bewachungseinheit 63 aus. Die Ergebnishalteeinheit 65 erhält ein Wandlungsergebnis aus der AD-Wandlungseinheit 1. Die Ausgabeeinheit 66 gibt an die Anzeigeeinheit 7 basierend auf dem Wandlungsergebnis von der AD-Wandlungseinheit 1, welches in der Ergebnishalteeinheit 65 gehalten wird, Anzeigedaten aus.
3 ist ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Betriebsweise der in 1 gezeigten Steuereinheit 6 zeigt. Zuerst wird der Prozess gestartet und die Überwachungseinheit 63 bestimmt, ob ein Analogwert, welcher der Ausgabewert des Sensors 3 ist, gleich dem oder größer als der Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert ist (S1). Wenn der Analogwert gleich dem oder größer als der Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert ist (S 1: Ja), stellt die Wandlungseinheit 64 die Referenzspannung auf den Wert der Obergrenze des Nutzbereichs ein, welcher eine zweite Referenzspannung ist (S2). Wenn der Analogwert weder gleich noch größer als der Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert ist (S1: Nein), stellt die Wandlungseinheit 64 die Referenzspannung auf die Erdspannung bei 0 V ein, welche die erste Referenzspannung ist (S3). Danach, nach dem Einstellen der Referenzspannung, gibt die Wandlungseinheit 64 an die AD-Wandlungseinheit 1 einen Befehl aus und das Wandlungsergebnis aus der AD-Wandlungseinheit 1 wird in der Ergebnishalteeinheit 65 gehalten (S4). Danach wird das in der Ergebnishalteeinheit 65 gehaltene Ergebnis von der Ausgabeeinheit 66 an die Anzeigeeinheit 7 als Anzeigedaten ausgegeben (S5) und der Prozess endet.
Die in 2 gezeigte Steuereinheit 6 vergleicht den Ausgangswert des Sensors 3 mit dem Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert und schaltet die Referenzspannung in Abhängigkeit des Ausgabewerts des Sensors 3 um, wodurch verhindert wird, dass ein Bereich, in welchem der Verstärkungsfehler der AD-Wandlungseinheit 1 größer ist, und ein Bereich, in welchem die Sensitivität des Sensors 3 niedriger ist, überlappen, und dies reduziert den Maximalwert des Messfehlers der von dem Verstärkungsfehler des Nutzbereichs abgeleitet ist.
4 ist ein Diagramm, welches einen Sensitivitätspeak des in 1 gezeigten Sensors 3 zeigt, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse die Sensitivität repräsentiert. In 4 liegt der Sensitivitätspeak nahe der Mitte des Nutzbereichs.
5 ist ein Diagramm, welches Verstärkungsfehler zwischen einem Idealwert und Messwerten für die in 1 gezeigte AD-Wandlungseinheit 1 zeigt, wobei die Horizontalachse eine Analogeingabe repräsentiert und die Vertikalachse eine Digitalausgabe repräsentiert. In einem Fall, in welchem die AD-Wandlung in einem System durchgeführt wird, in welchem die Analogeingabe mit steigendem Wert eines Messgegenstands ansteigt, wird bei Verwendung des Sensors 3 mit dem in 4 gezeigten Sensitivitätspeak und der AD-Wandlungseinheit 1 mit den in 5 gezeigten Verstärkungsfehlern der Eingabewert der AD-Wandlungseinheit 1 oder das Wandlungsergebnis aus der AD-Wandlungseinheit 1, welcher bzw. welches der Position des Sensitivitätspeaks entspricht, als ein Wandlungsgrenzwert verwendet; und bei einer Wandlung in einem Bereich, in welchem die Temperatur unterhalb des Peaks liegt, d. h. in einem Bereich, in welchem die Analogeingabe kleiner ist, wird das Wandlungsergebnis verwendet, welches mit 0 V als der Referenzspannung erhalten wird. Im Gegensatz dazu wird bei einer Wandlung in einem Bereich, in welchem die Temperatur oberhalb des Peaks liegt, d. h. in einem Bereich, in welchem die Analogeingabe größer ist, das Wandlungsergebnis verwendet, welches mit dem Wert der Obergrenze des Nutzbereichs als der Referenzspannung erhalten wird. Durch die Verwendung von zwei Bereichen kann verhindert werden, dass der Bereich, in welchem der Verstärkungsfehler der AD-Wandlungseinheit 1 größer ist, und der Bereich niedriger Sensitivität des Sensors 3 überlappen. Selbst in einem Fall, in welchem die AD-Wandlung in einem System durchgeführt wird, in welchem die Analogeingabe mit abnehmendem Wert eines Messgegenstands zunimmt, wird unter Verwendung eines Sensors mit dem in 4 gezeigten Sensitivitätspeak die Wandlung unter Verwendung des Werts der Obergrenze des Nutzbereichs als eine Referenz in einem Bereich durchgeführt, in welchem der Wert des Messgegenstands niedriger ist, d. h. ein Bereich auf der linken Seite des Peaks, in welchem der Analogwert zunimmt, und die Wandlung wird unter Verwendung von 0 V als eine Referenz in einem Bereich durchgeführt, in welchem der Wert des Messgegenstands größer ist, d. h. in einem Bereich auf der rechten Seite des Peaks, in welchem die Analogeingabe abnimmt ist, wodurch verhindert werden kann, dass der Bereich mit einem größeren Verstärkungsfehler und der Bereich geringer Sensitivität des Sensors überlappen. Zudem kann der Referenzspannungsumschaltpunkt, welcher ein Referenzwert zum Umschalten der Wandlung ist, durch einen Nutzer unter Verwendung eines Entwicklungswerkzeugs (später beschrieben) gemäß den Spezifikationen des verwendeten Sensors eingestellt werden.
6 ist ein Diagramm, welches beschreibt, wie ein Verstärkungsfehler reduziert werden kann, indem zwischen einer Wandlung unter Verwendung von 0 V als eine Referenzspannung und einer Wandlung unter Verwendung des Werts der Obergrenze des Nutzbereichs als eine Referenzspannung umgeschaltet wird, wobei die Horizontalachse eine Analogeingabe repräsentiert und die Vertikalachse eine Digitalausgabe repräsentiert. Der in 6 gezeigte, schwarze, ausgefüllte Kreis gibt den Referenzspannungsumschaltpunkt an. Wenn die Referenzspannung 0 V ist, nimmt der Verstärkungsfehler mit zunehmendem Analogeingabewert zu. Im Gegensatz dazu, wenn die Referenzspannung der Wert der Obergrenze des Nutzbereichs ist, nimmt der Verstärkungsfehler mit abnehmendem Analogeingabewert zu. Wie in 6 gezeigt, kann daher der Verstärkungsfehler reduziert werden, indem die Referenzspannung so gesteuert wird, dass sie in einem Bereich, in welchem der Analogeingabewert kleiner ist, 0 V beträgt und in einem Bereich, in welchem der Analogeingabewert größer ist, den Wert der Obergrenze des Nutzbereichs beträgt.
7 ist ein Diagramm, welches eine Kurve 71 zeigt, welche eine Änderung des Fehlers bezüglich der Temperatur zeigt, wenn die Referenzspannung 0 V beträgt, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse den Fehler repräsentiert. 8 ist ein Diagramm, welches eine Kurve 72 zeigt, welche eine Änderung des Fehlers bezüglich der Temperatur zeigt, wenn die Referenzspannung 5 V beträgt, was die Ausgabespannung der Konstantspannungserzeugungsschaltung ist, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse den Fehler repräsentiert. In 7 ist der Fehler bei niedrigeren Temperaturen bezüglich der Mitte des Nutzbereichs kleiner und bei höheren Temperaturen bezüglich der Mitte des Nutzbereichs ist der Fehler größer; im Gegensatz dazu ist in 8 der Fehler bei höheren Temperaturen bezüglich der Mitte des Nutzbereichs kleiner und bei niedrigeren Temperaturen bezüglich der Mitte des Nutzbereichs größer.
9 ist ein Diagramm, in welchem die in 7 gezeigte Kurve 71 und die in 8 gezeigte Kurve 72 einander überlappen. Indem die Referenzspannung so umgeschaltet wird, dass bei bezogen auf den in 9 gezeigten Umschaltpunkt niedrigeren Temperaturen 0 V für die Referenzspannung verwendet wird und damit die Kurve 71 angewendet wird und bei bezogen auf den Umschaltpunkt höheren Temperaturen 5 V für die Referenzspannung verwendet wird und damit die Kurve 72 angewendet wird, ist es möglich, den Temperaturbereich auszudehnen, in welchem der Fehler verglichen mit den Fällen in den 7 und 8 reduziert ist, welche Fälle sind, in denen die Referenzspannung nicht umgeschaltet wird. Dementsprechend kann der Temperaturbereich ausgedehnt werden, in welchem die Detektionsgenauigkeit der AD-Wandlungsvorrichtung 100 höher gehalten werden kann. Weil kein Bereich mit einem sehr großen Fehler verwendet wird, was bei höheren Temperaturen in 7 und niedrigeren Temperaturen in 8 der Fall ist, kann zudem der Maximalwert des Fehlers reduziert werden. Es ist zu beachten, dass die in den 7 bis 9 gezeigten Fehler Wandlungsfehler sind.
Zudem wird der in 9 gezeigte Umschaltpunkt der Referenzspannung einfach durch das Entwicklungswerkzeug eingestellt und mit diesem Entwicklungswerkzeug kann ein in der Speichereinheit 62 gespeicherter Wert modifiziert werden. Durch Bedienen des Entwicklungswerkzeugs kann der Nutzer den Umschaltpunkt einstellen, indem der numerische Wert als ein Prozentsatz des Nutzbereichs eingegeben wird oder indem ein Prozentsatz des Nutzbereichs an einem Bedienbildschirm mit einem Zeigegerät eingestellt wird. Das Einstellen des Umschaltpunkts der Referenzspannung gemäß der Position des Sensitivitätspeaks oder des Temperaturbetriebsbereichs des Sensors ermöglicht es, den Maximalwert des Fehlers zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren Konfiguration können zudem sowohl ein erstes AD-Wandlungsergebnis bei Verwendung von 0 V als Referenz und ein zweites AD-Wandlungsergebnis bei Verwendung des Werts der Obergrenze des Nutzbereichs bei 5V als Referenz für einen Eingabewert erlangt werden und eines der zwei AD-Wandlungsergebnisse kann verwendet werden. Gemäß dieser Konfiguration wird insbesondere dasjenige Wandlungsergebnis, welches zu den Bedingungen passt, basierend auf dem numerischen Wert des Prozentsatzes des Nutzbereichs, welcher der eingestellte Umschaltpunkt ist, automatisch angewendet.
Alternativ können sowohl das erste AD-Wandlungsergebnis unter Verwendung von 0 V als Referenz und das zweite AD-Wandlungsergebnis unter Verwendung des Werts der Obergrenze des Nutzbereichs bei 5V als Referenz für einen Eingabewert erhalten werden und das Wandlungsergebnis kann durch Berechnung der zwei AD-Wandlungsergebnisse berechnet werden. Gemäß dieser Technik kann das Wandlungsergebnis berechnet werden, indem ein von dem Eingabewert unabhängiger einheitlicher Prozess verwendet wird.
Wie oben beschrieben, ist es mit der in 1 gezeigten Konfiguration möglich, eine AD-Wandlungsvorrichtung zu erhalten, welche fähig ist, einen am Ende des Nutzungsbereichs auftretenden Fehler zu reduzieren, ohne den Schaltungsbereich zu erweitern, indem verhindert wird, dass ein Bereich, in welchem der Verstärkungsfehler der AD-Wandlung zunimmt, und der Bereich niedriger Sensitivität des Sensors überlappen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in 1 gezeigte Konfiguration beschränkt. Nachfolgend werden Beispiele von Modifikationen der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
10 ist ein Diagramm, welches eine erste beispielhafte Modifikation zeigt, welche eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Eine in 10 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100a wird erhalten, indem der Widerstand 4 an der Position des Sensors 3 der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 angeordnet wird und der Sensor 3 an der Position des Widerstands 4 der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 angeordnet wird. Auch mit der in 10 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100a kann die vorliegende Erfindung ähnlich der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 implementiert werden und eine ähnliche Wirkung erzielt werden.
11 ist ein Diagramm, welches eine zweite beispielhafte Modifikation zeigt, welche eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Eine in 11 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100b wird erhalten, indem ein Widerstand 8 parallel zu dem Sensor 3 der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 geschaltet wird. Auch mit der in 11 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100b kann die vorliegende Erfindung ähnlich der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 implementiert werden und eine ähnliche Wirkung erzielt werden.
12 ist ein Diagramm, welches eine dritte beispielhafte Modifikation zeigt, welche eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Eine in 12 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100c wird erhalten, indem ein Widerstand 9 parallel zu dem Widerstand 4 der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 geschaltet wird. Auch mit der in 12 gezeigten Konfiguration kann die vorliegende Erfindung ähnlich der in 1 gezeigten Konfiguration implementiert werden und eine ähnliche Wirkung erzielt werden.
13 ist ein Diagramm, welches eine vierte beispielhafte Modifikation zeigt, welche eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Eine in 13 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100d wird erhalten, indem eine Konstantstromquelle 10 an der Position des Widerstands 4 der in 11 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100b bereitgestellt wird. Auch mit der in 13 gezeigten Konfiguration kann die vorliegende Erfindung ähnlich der in 1 gezeigten Konfiguration implementiert werden und eine ähnliche Wirkung erzielt werden. Es ist zu beachten, dass die in 13 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100d in einem Konstantstrommodus betrieben werden kann.
14 ist ein Diagramm, welches eine fünfte beispielhafte Modifikation zeigt, welche eine beispielhafte Konfiguration der AD-Wandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Eine in 14 gezeigte AD-Wandlungsvorrichtung 100e wird erhalten, indem ein Widerstand 11 zwischen der mit der Ausgabe der Konstantspannungserzeugungseinheit 5 verbundenen Konstantspannungsleitung und dem Schalter 2d der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 hinzugefügt wird und ein Widerstand 12 zwischen der Erdleitung und dem Schalter 2a hinzugefügt wird. Auch mit der in 14 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100e kann die vorliegende Erfindung ähnlich der in 1 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100 implementiert werden und eine ähnliche Wirkung erzielt werden. Es ist zu beachten, dass mit der in 14 gezeigten AD-Wandlungsvorrichtung 100e die Referenzspannung unter Verwendung der Widerstände 11 und 12 auf einen anderen Wert zwischen 0 V und dem Wert der Obergrenze des Nutzbereichs eingestellt werden kann. Unter der Annahme, dass der Spannungsabfall aufgrund jedes der Widerstände 11 und 12 1 V beträgt, beträgt die Spannung von AIN(+) der AD-Wandlungseinheit 1 4 V, wenn der Schalter 2d eingeschaltet ist, und die Spannung von AIN(-) der AD-Wandlungseinheit 1 beträgt 1 V, wenn der Schalter 2a eingeschaltet ist.
Zudem können in der vorliegenden Ausführungsform die AD-Wandlungseinheit 1 und die Referenzspannung-Umschalteinheit 2 durch eine einzige integrierte Schaltung (IC) bereitgestellt sein oder sie können in verschiedenen ICs bereitgestellt sein.
Zudem kann in der vorliegenden Ausführungsform eine Multiplikation mit einer gegebenen Verstärkung bei der AD-Wandlung bereitgestellt sein. 15 ist ein Diagramm, welches den Sensitivitätspeak für den Sensor 3 zeigt, dessen Sensitivitätspeak nahe der Mitte des Nutzbereichs liegt, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse die Sensitivität repräsentiert. Wenn der Sensor 3 verwendet wird, dessen Sensitivitätspeak nahe der Mitte des Nutzbereichs liegt, kann, wie in 15 gezeigt, die Verstärkung für die AD-Wandlung unter Verwendung von 0 V für die Referenz und für die AD-Wandlung unter Verwendung des Werts der Obergrenze des Nutzbereichs für die Referenz auf 1 oder 2 eingestellt werden.
16 ist ein Diagramm, welches den Sensitivitätspeak für den Sensor 3 zeigt, dessen Sensitivitätspeak bei etwa 1/4 des Nutzbereichs liegt, wobei die Horizontalachse die Temperatur repräsentiert und die Vertikalachse die Sensitivität repräsentiert. Wenn der Sensor 3 verwendet wird, dessen Sensitivitätspeak bei etwa 1/4 des Nutzbereichs liegt, kann, wie in 16 gezeigt, die Verstärkung auf 1, 2 oder 4 eingestellt werden, wenn 0 V für die Referenzspannung verwendet wird, und die Verstärkung kann auf 1 eingestellt werden, wenn der Wert der Obergrenze des Nutzbereichs von 5V für die Referenzspannung verwendet wird. Wenn eine Multiplikation mit einer gegebenen Verstärkung bei der AD-Wandlung bereitgestellt wird, kann, wie in den 15 und 16 gezeigt, die Verstärkung gemäß der Position des Sensitivitätspeaks des Sensors eingestellt werden.
Zuletzt wird eine Hardwarekonfiguration zur Implementierung der in 1 gezeigten Steuereinheit 6 beschrieben. 17 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer Hardware zeigt, welche die in 1 gezeigte Steuereinheit 6 implementiert. 17 zeigt eine Schnittstelle 601, einen Prozessor 602 und eine Speicherschaltung 603. Der Prozessor 602 führt Programme aus und führt Arithmetikoperationen aus. Der Prozessor 602 ist üblicherweise eine zentrale Prozessierungseinheit (CPU). Die Speicherschaltung 603 speichert Programme, die von dem Prozessor 602 auszuführen sind, und speichert zudem Daten, die erforderlich sind, wenn der Prozessor 602 Programme ausführt und Arithmetikoperationen durchführt. Die Schnittstelle 601 hat eine Konfiguration, welche eine externe Eingabe/ Ausgabe der Steuereinheit 6 implementiert. Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl einzelner Schnittstellen 601, Prozessoren 602 und Speicherschaltungen 603 verwendet werden können.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein während der AD-Wandlung erzeugter Fehler reduziert werden. Daher kann die Genauigkeit der AD-Wandlungsvorrichtung verbessert werden und der Anwendungsbereich der AD-Wandlungsvorrichtung erweitert werden.
Die in der obigen Ausführungsform erläuterten Konfigurationen sind Beispiele des Umfangs der vorliegenden Erfindung und können mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden. Ein Teil der Konfigurationen kann auch weggelassen und modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: AD-Wandlungseinheit;
2: Referenzspannung-Umschalteinheit;
2a, 2b, 2c, 2d: Schalter;
3: Sensor;
4, 8, 9, 11, 12: Widerstand;
5: Konstantspannungserzeugungseinheit;
6: Steuereinheit;
7: Anzeigeeinheit;
10: Konstantstromquelle;
61: Eingabeeinheit;
62: Speichereinheit;
63: Überwachungseinheit;
64: Wandlungseinheit;
65: Ergebnishalteeinheit;
66: Ausgabeeinheit;
71, 72: Kurve;
100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e: AD-Wandlungsvorrichtung;
601: Schnittstelle;
602: Prozessor;
603: Speicherschaltung.

Claims

Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100), umfassend: eine Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) mit einem positiven Analogeingabeanschluss (AIN(+)) und einem negativen Analogeingabeanschluss (AIN(-)), wobei die Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) dazu konfiguriert ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Analogeingabeanschluss (AIN(+)) und dem negativen Analogeingabeanschluss (AIN(-)) in einen Digitalwert zu wandeln; eine Referenzspannung-Umschalteinheit (2), welche zwischen einer Ausgabe eines Sensors (3) und den Analogeingabeanschlüssen (AIN(+), AIN(-)) der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) angeordnet ist und mit der Ausgabe des Sensors (3) und einer Vielzahl von Referenzspannungsleitungen verbindbar ist; und eine Steuereinheit (6) zum Steuern des Umschaltens einer in einen des positiven Analogeingabeanschlusses (AIN(+)) und des negativen Analogeingabeanschlusses (AIN(-)) eingegebenen Referenzspannung durch Verbinden der Referenzspannung-Umschalteinheit (2) mit einer der Referenzspannungsleitungen, wobei die Steuereinheit (6) die Referenzspannung-Umschalteinheit (2) so steuert, dass sie die Ausgabe des Sensors (3) mit dem anderen des positiven Analogeingabeanschlusses (AIN(+)) und des negativen Analogeingabeanschlusses (AIN(-)) verbindet, wobei die Referenzspannungsleitungen eine erste Referenzspannungsleitung, welche eine erste Referenzspannung hat, und eine zweite Referenzspannungsleitung, welche eine zweite Referenzspannung hat, die größer als die erste Referenzspannung ist, umfassen, und wobei die erste Referenzspannung und die zweite Referenzspannung so eingestellt sind, dass ein Verstärkungsfehler der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) mit zunehmendem Analogeingabewert der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) zunimmt, wenn die Referenzspannung die erste Referenzspannung ist, und dass der Verstärkungsfehler der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) mit abnehmendem Analogeingabewert der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) zunimmt, wenn die Referenzspannung die zweite Referenzspannung ist.
Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor (3) eine Charakteristik hat, gemäß welcher sich eine Sensitivität in Abhängigkeit eines Anwendungsbereichs ändert, und die Referenzspannung-Umschalteinheit (2) so eingestellt ist, dass die Referenzspannung in Abhängigkeit der Sensitivität des Sensors (3) umgeschaltet wird.
Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Konstantspannungserzeugungseinheit (5), wobei eine Ausgabespannung der Konstantspannungserzeugungseinheit (5) die zweite Referenzspannung ist.
Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei die erste Referenzspannungsleitung eine Erdleitung ist und die zweite Referenzspannungsleitung mit einer Ausgabe der Konstantspannungserzeugungseinheit (5) verbunden ist.
Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei ein Ausgabewert der Konstantspannungserzeugungseinheit (5) ein Wert der Obergrenze des Nutzbereichs ist und ein Umschaltpunkt, an welchem die Referenzspannung umgeschaltet wird, auf einen Prozentsatz des Werts der Obergrenze des Nutzbereichs eingestellt ist.
Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, wobei ein erstes Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis, welches von der mit der Ausgabe des Sensors (3) und der ersten Referenzspannungsleitung verbundenen Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) ausgegeben wird, und ein zweites Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis, welches von der mit der Ausgabe des Sensors (3) und der zweiten Referenzspannungsleitung verbundenen Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) ausgegeben wird, berechnet werden und das erste Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis oder das zweite Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis als ein Prozentsatz des Werts der Obergrenze des Nutzbereichs ausgegeben wird.
Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, wobei ein erstes Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis, welches von der mit der Ausgabe des Sensors (3) und der ersten Referenzspannungsleitung verbundenen Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) ausgegeben wird, und ein zweites Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis, welches von der mit der Ausgabe des Sensors (3) und der zweiten Referenzspannungsleitung verbundenen Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) ausgegeben wird, berechnet werden und das erste Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis und das zweite Analog-zu-Digital-Wandlungsergebnis berechnet werden und ein Wandlungsergebnis ausgegeben wird.
Analog-zu-Digital-Wandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Ausgabe der Analog-zu-Digital-Wandlungseinheit (1) mit einer Verstärkung multipliziert und ausgegeben wird.
Analog-zu-Digital-Wandlungsverfahren zum Wandeln einer Spannungsdifferenz zwischen einem Analogausgabewert aus einem Sensor (3) und einer Referenzspannung in einen Digitalwert, wobei das Analog-zu-Digital-Wandlungsverfahren umfasst: einen Schritt des Bestimmens, ob der Analogausgabewert aus dem Sensor (3) gleich oder größer als ein voreingestellter Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert ist (S1); einen Schritt des Wandelns der Spannungsdifferenz in einen Digitalwert (S4) unter Verwendung einer ersten Referenzspannung für die Referenzspannung, wenn der Analogausgabewert kleiner als der Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert ist; und einen Schritt des Wandelns der Spannungsdifferenz in einen Digitalwert (S4) unter Verwendung einer zweiten Referenzspannung, die größer als die erste Referenzspannung ist, für die Referenzspannung, wenn der Analogausgabewert gleich oder größer als der Referenzspannungsumschaltungsgrenzwert ist.