JP2000049607A - A−dコンバータ - Google Patents
A−dコンバータInfo
- Publication number
- JP2000049607A JP2000049607A JP10229477A JP22947798A JP2000049607A JP 2000049607 A JP2000049607 A JP 2000049607A JP 10229477 A JP10229477 A JP 10229477A JP 22947798 A JP22947798 A JP 22947798A JP 2000049607 A JP2000049607 A JP 2000049607A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基準電圧に対して、入力電圧が比較的小さい
場合でも、入力電圧に対する分解能の割合が大きくな
り、入力に対して細かい分解能が得られるA−Dコンバ
ータを得る。 【構成】 サンプリング&ホールディング回路1はA−
D変換が終了するまで電圧をコンパレータ3に対して入
力電圧を保持し、基準電圧変換回路4は直接直列抵抗ス
トリングに加えられていた外部からの基準電圧を変換さ
せる役割を持つ。コンパレータ3はサンプリング&ホー
ルディング回路1で保持された外部入力のサンプリング
電圧と外部からの基準電圧Vref を基準電圧変換回路4
及び直列抵抗ストリング2を介し作成した電圧を比較す
る。A−D変換レジスタ5は直列抵抗ストリング2の出
力する値がアナログ入力と一致するデータを最上位ビッ
トから1ビットずつ設定する。基準電圧変換レジスタ6
は基準電圧変換回路4の変換内容を示す。
場合でも、入力電圧に対する分解能の割合が大きくな
り、入力に対して細かい分解能が得られるA−Dコンバ
ータを得る。 【構成】 サンプリング&ホールディング回路1はA−
D変換が終了するまで電圧をコンパレータ3に対して入
力電圧を保持し、基準電圧変換回路4は直接直列抵抗ス
トリングに加えられていた外部からの基準電圧を変換さ
せる役割を持つ。コンパレータ3はサンプリング&ホー
ルディング回路1で保持された外部入力のサンプリング
電圧と外部からの基準電圧Vref を基準電圧変換回路4
及び直列抵抗ストリング2を介し作成した電圧を比較す
る。A−D変換レジスタ5は直列抵抗ストリング2の出
力する値がアナログ入力と一致するデータを最上位ビッ
トから1ビットずつ設定する。基準電圧変換レジスタ6
は基準電圧変換回路4の変換内容を示す。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】アナログ電圧信号をデジタル
信号化するA−Dコンバータに関し、特に、アナログ電
圧の変化の範囲が広く、対数的な変化(変化の大きさが
変化前の値に比例する様な変化)に対しては特に有効な
A−Dコンバータに関する。
信号化するA−Dコンバータに関し、特に、アナログ電
圧の変化の範囲が広く、対数的な変化(変化の大きさが
変化前の値に比例する様な変化)に対しては特に有効な
A−Dコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】入力端子の電圧をサンプリング&ホール
ド回路でサンプリングし、サンプリング終了後、ホール
ド状態になり、入力された電圧をA−D変換が終了する
まで保持する。この保持されたサンプリング電圧を、A
−Dコンバータ内での設定電圧と電圧コンパレータで比
較する。設定電圧はA−Dコンバータ用の基準電圧端子
とGND端子間に接続された直列抵抗ストリングにより
出力される。直列抵抗ストリングは、基準電圧端子とG
ND端子間を等価な電圧ステップに変化する為に、複数
の抵抗より構成される。分割数PのA−Dコンバータを
想定すると、(P−1)個の等価抵抗とその1/2の抵
抗値の抵抗2個による構成となる。
ド回路でサンプリングし、サンプリング終了後、ホール
ド状態になり、入力された電圧をA−D変換が終了する
まで保持する。この保持されたサンプリング電圧を、A
−Dコンバータ内での設定電圧と電圧コンパレータで比
較する。設定電圧はA−Dコンバータ用の基準電圧端子
とGND端子間に接続された直列抵抗ストリングにより
出力される。直列抵抗ストリングは、基準電圧端子とG
ND端子間を等価な電圧ステップに変化する為に、複数
の抵抗より構成される。分割数PのA−Dコンバータを
想定すると、(P−1)個の等価抵抗とその1/2の抵
抗値の抵抗2個による構成となる。
【0003】基準電圧をVref とすると、先ず、((P
−1)/(2×P))Vref ≒(1/2)Vref とサン
プリング電圧を比較し、サンプリング電圧が大きけれ
ば、A−D変換レジスタの最上位ビットがセット、小さ
ければリセットする。
−1)/(2×P))Vref ≒(1/2)Vref とサン
プリング電圧を比較し、サンプリング電圧が大きけれ
ば、A−D変換レジスタの最上位ビットがセット、小さ
ければリセットする。
【0004】次に、最上位ビットがセットされている場
合は(((3/2)P−1)/(2×P))Vref ≒
(3/4)Vref と、セットされていない場合は
(((1/2)P−1)/(2×P))Vref ≒(1/
4)Vref とサンプリング電圧を比較し、サンプリング
電圧が大きければ、A−D変換レジスタの最上位から2
番目のビットがセット、小さければリセットする。
合は(((3/2)P−1)/(2×P))Vref ≒
(3/4)Vref と、セットされていない場合は
(((1/2)P−1)/(2×P))Vref ≒(1/
4)Vref とサンプリング電圧を比較し、サンプリング
電圧が大きければ、A−D変換レジスタの最上位から2
番目のビットがセット、小さければリセットする。
【0005】次に、最上位ビットがセットされていて、
かつ、最上位から2番目のビットがセットされている場
合は(((7/4)P−1)/(2×P))Vref ≒
(7/8)Vref と、最上位ビットがセットされてい
て、かつ、最上位から2番目のビットがセットされてい
ない場合は(((5/4)P−1)/(2×P))Vre
f≒(5/8)Vref と、最上位ビットがセットされて
いないで、かつ、最上位から2番目のビットがセットさ
れている場合は(((3/4)P−1)/(2×P))
Vref ≒(3/8)Vref と、最上位ビットがセットさ
れていないで、かつ、最上位から2番目のビットがセッ
トされていない場合は(((1/4)P−1)/(2×
P))Vref ≒(1/8)Vref と、サンプリング電圧
を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−D変換
レジスタの最上位から3番目のビットがセット、小さけ
ればリセットする。
かつ、最上位から2番目のビットがセットされている場
合は(((7/4)P−1)/(2×P))Vref ≒
(7/8)Vref と、最上位ビットがセットされてい
て、かつ、最上位から2番目のビットがセットされてい
ない場合は(((5/4)P−1)/(2×P))Vre
f≒(5/8)Vref と、最上位ビットがセットされて
いないで、かつ、最上位から2番目のビットがセットさ
れている場合は(((3/4)P−1)/(2×P))
Vref ≒(3/8)Vref と、最上位ビットがセットさ
れていないで、かつ、最上位から2番目のビットがセッ
トされていない場合は(((1/4)P−1)/(2×
P))Vref ≒(1/8)Vref と、サンプリング電圧
を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−D変換
レジスタの最上位から3番目のビットがセット、小さけ
ればリセットする。
【0006】この様に逐次的な変換が、A−Dのデジタ
ル出力のチャンネル数繰り返し、すべての変換が終了し
たら、A−D変換レジスタの内容を外部出力し、保持し
ていたサンプリング電圧を放出する。
ル出力のチャンネル数繰り返し、すべての変換が終了し
たら、A−D変換レジスタの内容を外部出力し、保持し
ていたサンプリング電圧を放出する。
【0007】これがA−Dコンバータの中で、現在、最
も広く使われている逐次比較方式である。出力チャンネ
ル数をNとすると2のN乗の分割数を持つA−Dコンバ
ータになる。Mというデジタル出力値を得たとすると、
次式の様になる。
も広く使われている逐次比較方式である。出力チャンネ
ル数をNとすると2のN乗の分割数を持つA−Dコンバ
ータになる。Mというデジタル出力値を得たとすると、
次式の様になる。
【0008】
【式1】
【式2】
【式3】又、分解能は次式になる。
【0009】
【式4】
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のA−Dコンバー
タは、入力電圧とは無関係に、基準電圧と、分割数によ
り一定の分解能が決定される。その為に、基準電圧に対
して、入力電圧が比較的大きい場合、入力電圧に対する
分解能の割合が小さいが、入力電圧が比較的小さい場
合、入力電圧に対する分解能の割合が大きくなり、入力
に対して、細かい分解能が得られない問題点があった。
タは、入力電圧とは無関係に、基準電圧と、分割数によ
り一定の分解能が決定される。その為に、基準電圧に対
して、入力電圧が比較的大きい場合、入力電圧に対する
分解能の割合が小さいが、入力電圧が比較的小さい場
合、入力電圧に対する分解能の割合が大きくなり、入力
に対して、細かい分解能が得られない問題点があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、従来のA−Dコンバータに対して、基準
電圧を変換させる回路手段と基準電圧の変換の設定状態
を外部に知らせる回路手段を追加、制御する事により、
これを解決した。
決するために、従来のA−Dコンバータに対して、基準
電圧を変換させる回路手段と基準電圧の変換の設定状態
を外部に知らせる回路手段を追加、制御する事により、
これを解決した。
【0012】
【実施例】以下、実施例により本発明のA−Dコンバー
タを説明する。
タを説明する。
【0013】図1は、上記問題点を解決するための本発
明によるA−Dコンバータの実施例を示すブロック図で
ある。
明によるA−Dコンバータの実施例を示すブロック図で
ある。
【0014】サンプリング&ホールディング回路(1)
は、従来の逐次型A−Dコンバータのそれと同様に、外
部入力の電圧をサンプリングし、サンプリング終了後、
ホールド状態になり、A−D変換が終了するまで、電圧
をコンパレータ(3)に対して入力電圧を保持する。
は、従来の逐次型A−Dコンバータのそれと同様に、外
部入力の電圧をサンプリングし、サンプリング終了後、
ホールド状態になり、A−D変換が終了するまで、電圧
をコンパレータ(3)に対して入力電圧を保持する。
【0015】直列抵抗ストリング(2)は、基準電圧変
換回路(4)の電圧出力とGND端子間に接続され、そ
の間を等価な電圧ステップに変化する為に、複数の抵抗
より構成される。分割数PのA−Dコンバータを想定す
ると、(P−1)個の等価抵抗とその1/2の抵抗値の
抵抗2個による構成になる。
換回路(4)の電圧出力とGND端子間に接続され、そ
の間を等価な電圧ステップに変化する為に、複数の抵抗
より構成される。分割数PのA−Dコンバータを想定す
ると、(P−1)個の等価抵抗とその1/2の抵抗値の
抵抗2個による構成になる。
【0016】基準電圧変換回路(4)は、今回の発明に
より新設された回路であるが、今まで直接直列抵抗スト
リングに加えられていた外部からの基準電圧を、この回
路で変換させる役割を持つ。後で示す実施例の動作説明
では、基準電圧に対して、1/2、1/4、・・・とい
った電圧変換をさせている。
より新設された回路であるが、今まで直接直列抵抗スト
リングに加えられていた外部からの基準電圧を、この回
路で変換させる役割を持つ。後で示す実施例の動作説明
では、基準電圧に対して、1/2、1/4、・・・とい
った電圧変換をさせている。
【0017】コンパレータ(3)は、サンプリング&ホ
ールディング回路(1)で保持された外部入力のサンプ
リング電圧と、外部からの基準電圧Vref を基準電圧変
換回路(4)、及び、直列抵抗ストリング(2)を介
し、作成した電圧を比較する。
ールディング回路(1)で保持された外部入力のサンプ
リング電圧と、外部からの基準電圧Vref を基準電圧変
換回路(4)、及び、直列抵抗ストリング(2)を介
し、作成した電圧を比較する。
【0018】A−D変換レジスタ(5)は、直列抵抗ス
トリング(2)の出力する値が、アナログ入力と一致す
るデータを、最上位ビットから1ビットずつ設定するレ
ジスタである。
トリング(2)の出力する値が、アナログ入力と一致す
るデータを、最上位ビットから1ビットずつ設定するレ
ジスタである。
【0019】基準電圧変換レジスタ(6)は、基準電圧
変換回路(4)が、どのような変換をさせているかを示
すレジスタで、後で示す実施例の動作説明では、基準電
圧に対して、1/2、1/4、・・・と(1/2)にさ
せる度にレジスタを1ずつカウントアップさている。制
御回路(7)は、以上に示した回路を制御する。
変換回路(4)が、どのような変換をさせているかを示
すレジスタで、後で示す実施例の動作説明では、基準電
圧に対して、1/2、1/4、・・・と(1/2)にさ
せる度にレジスタを1ずつカウントアップさている。制
御回路(7)は、以上に示した回路を制御する。
【0020】次に、実際の動作の詳細説明をする。
【0021】基準電圧をVref とすると、先ず、基準電
圧変換回路(4)では、電圧を変更させず、直列抵抗ス
トリング(2)で内部的な基準電圧の((P−1)/
(2×P))倍、つまり、(P−1)/(2×P))V
ref ≒(1/2)Vref とサンプリング電圧を比較し、
サンプリング電圧が大きければ、A−D変換レジスタ
(5)の最上位ビットがセット、小さければ電圧変換レ
ジスタ(6)を1にカウントアップする。
圧変換回路(4)では、電圧を変更させず、直列抵抗ス
トリング(2)で内部的な基準電圧の((P−1)/
(2×P))倍、つまり、(P−1)/(2×P))V
ref ≒(1/2)Vref とサンプリング電圧を比較し、
サンプリング電圧が大きければ、A−D変換レジスタ
(5)の最上位ビットがセット、小さければ電圧変換レ
ジスタ(6)を1にカウントアップする。
【0022】次に、A−D変換レジスタ(5)の最上位
ビットがセットされている場合は、基準電圧変換回路
(4)では、電圧を変更させず、直列抵抗ストリング
(2)で内部的な基準電圧の((3/2)P−1)/
(2×P))倍、つまり、((3/2)P−1)/(2
×P))Vref ≒(3/4)Vref とサンプリング電圧
を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−D変換
レジスタ(5)の最上位から2番目のビットがセット、
小さければリセットし、最上位ビットがセットされてい
ない場合は、基準電圧変換回路(4)で基準電圧を1/
2にし、直列抵抗ストリング(2)で内部的な基準電圧
の((P−1)/(2×P))倍、つまり、((P−
1)/2P)(1/2)Vref ≒(1/4)Vref とサ
ンプリング電圧を比較し、サンプリング電圧が大きけれ
ば、A−D変換レジスタ(5)の最上位ビットがセッ
ト、小さければ基準電圧変換レジスタ(6)を2にカウ
ントアップする。
ビットがセットされている場合は、基準電圧変換回路
(4)では、電圧を変更させず、直列抵抗ストリング
(2)で内部的な基準電圧の((3/2)P−1)/
(2×P))倍、つまり、((3/2)P−1)/(2
×P))Vref ≒(3/4)Vref とサンプリング電圧
を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−D変換
レジスタ(5)の最上位から2番目のビットがセット、
小さければリセットし、最上位ビットがセットされてい
ない場合は、基準電圧変換回路(4)で基準電圧を1/
2にし、直列抵抗ストリング(2)で内部的な基準電圧
の((P−1)/(2×P))倍、つまり、((P−
1)/2P)(1/2)Vref ≒(1/4)Vref とサ
ンプリング電圧を比較し、サンプリング電圧が大きけれ
ば、A−D変換レジスタ(5)の最上位ビットがセッ
ト、小さければ基準電圧変換レジスタ(6)を2にカウ
ントアップする。
【0023】次に、A−D変換レジスタ(5)の最上位
ビットがセットされていて、かつ、最上位から2番目の
ビットがセットされている場合は、基準電圧変換回路
(4)では、電圧を変更させず、直列抵抗ストリング
(2)で内部的な基準電圧の(((7/4)P−1)/
(2×P))倍、つまり、(((7/4)P−1)/
(2×P))Vref ≒(7/8)Vref と、サンプリン
グ電圧を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−
D変換レジスタ(5)の最上位から3番目のビットがセ
ット、小さければリセットさせ、最上位ビットがセット
されていて、かつ、基準電圧変換レジスタ(6)が1で
ある時は、基準電圧変換回路(4)で基準電圧を1/2
にし、直列抵抗ストリング(2)で、((3/2)P−
1)/(2×P))倍、つまり、(((3/2)P−
1)/(2×P))(1/2)Vref ≒(3/8)Vre
f と、サンプリング電圧を比較し、サンプリング電圧が
大きければ、A−D変換レジスタ(5)の最上位から2
番目のビットがセット、小さければリセットさせ、最上
位ビットがリセットされていて、かつ、電圧変換レジス
タ(6)が2である時は、基準電圧変換回路(4)で基
準電圧を1/4にし、直列抵抗ストリング(2)で内部
的な基準電圧の((P−1)/(2×P))倍、つま
り、((P−1)/2P)(1/4)Vref ≒(1/
8)Vref とサンプリング電圧を比較し、サンプリング
電圧を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−D
変換レジスタ(5)の最上位ビットがセット、小さけれ
ば基準電圧変換レジスタ(6)を3にカウントアップす
る。
ビットがセットされていて、かつ、最上位から2番目の
ビットがセットされている場合は、基準電圧変換回路
(4)では、電圧を変更させず、直列抵抗ストリング
(2)で内部的な基準電圧の(((7/4)P−1)/
(2×P))倍、つまり、(((7/4)P−1)/
(2×P))Vref ≒(7/8)Vref と、サンプリン
グ電圧を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−
D変換レジスタ(5)の最上位から3番目のビットがセ
ット、小さければリセットさせ、最上位ビットがセット
されていて、かつ、基準電圧変換レジスタ(6)が1で
ある時は、基準電圧変換回路(4)で基準電圧を1/2
にし、直列抵抗ストリング(2)で、((3/2)P−
1)/(2×P))倍、つまり、(((3/2)P−
1)/(2×P))(1/2)Vref ≒(3/8)Vre
f と、サンプリング電圧を比較し、サンプリング電圧が
大きければ、A−D変換レジスタ(5)の最上位から2
番目のビットがセット、小さければリセットさせ、最上
位ビットがリセットされていて、かつ、電圧変換レジス
タ(6)が2である時は、基準電圧変換回路(4)で基
準電圧を1/4にし、直列抵抗ストリング(2)で内部
的な基準電圧の((P−1)/(2×P))倍、つま
り、((P−1)/2P)(1/4)Vref ≒(1/
8)Vref とサンプリング電圧を比較し、サンプリング
電圧を比較し、サンプリング電圧が大きければ、A−D
変換レジスタ(5)の最上位ビットがセット、小さけれ
ば基準電圧変換レジスタ(6)を3にカウントアップす
る。
【0024】この様に、A−D変換レジスタの最上位が
セットするか、若しくは、基準電圧変換回路(4)がハ
ード的限界で一番小さな電圧値になるまで、基準電圧を
変化させ、その基準電圧値で、従来のA−Dコンバータ
と同様に、A−D変換レジスタの最上位ビットから最下
位ビットまで逐次的にA−Dのデジタル出力のチャンネ
ル数繰り返し、すべての変換が終了したら、A−D変換
レジスタの内容を外部出力し、保持していたサンプリン
グ電圧を放出する。
セットするか、若しくは、基準電圧変換回路(4)がハ
ード的限界で一番小さな電圧値になるまで、基準電圧を
変化させ、その基準電圧値で、従来のA−Dコンバータ
と同様に、A−D変換レジスタの最上位ビットから最下
位ビットまで逐次的にA−Dのデジタル出力のチャンネ
ル数繰り返し、すべての変換が終了したら、A−D変換
レジスタの内容を外部出力し、保持していたサンプリン
グ電圧を放出する。
【0025】これにより、従来のA−DコンバータのA
−D変換レジスタ値の他に、基準電圧変換レジスタ値が
得られる。この基準電圧変換レジスタ値は、指数的な意
味合いを持つ数値になり、A−D変換レジスタ値をM、
基準電圧変換レジスタ値をL、外部からの基準電圧をV
ref 、A−Dコンバータのビット数をNとすると、次式
になる。
−D変換レジスタ値の他に、基準電圧変換レジスタ値が
得られる。この基準電圧変換レジスタ値は、指数的な意
味合いを持つ数値になり、A−D変換レジスタ値をM、
基準電圧変換レジスタ値をL、外部からの基準電圧をV
ref 、A−Dコンバータのビット数をNとすると、次式
になる。
【0026】
【式5】
【式6】
【式7】又、分解能は、
【式8】
【0027】
【発明の効果】自然現象の多くは、対数的な変化をする
事が多く、それら数値をデジタル化するA−Dコンバー
タも対数的な検出をした方が良い場合がある。つまり、
測定される数値が小さい場合、分解能もそれに合わせて
細かくなる方が良いと言う用途は多い。
事が多く、それら数値をデジタル化するA−Dコンバー
タも対数的な検出をした方が良い場合がある。つまり、
測定される数値が小さい場合、分解能もそれに合わせて
細かくなる方が良いと言う用途は多い。
【0028】通常の8ビットのA−Dコンバータ、Vre
f =5Vを想定すると、分解能は5/256≒0.01
95になる。この分解能は、すべてのレンジで適用され
る。分解能に対する入力電圧の割合を算出すると、当然
分子である分解能は変わらないので、入力電圧が小さく
なるに従って大きくなってしまう。Vref とサンプル電
圧を想定すると約0.39%だが、(1/8)Vref の
サンプル電圧を想定すると約3.13%になってしま
う。それに対して本発明のA−Dコンバータによれば約
0.39%となり、高分解能を得ることができる。
f =5Vを想定すると、分解能は5/256≒0.01
95になる。この分解能は、すべてのレンジで適用され
る。分解能に対する入力電圧の割合を算出すると、当然
分子である分解能は変わらないので、入力電圧が小さく
なるに従って大きくなってしまう。Vref とサンプル電
圧を想定すると約0.39%だが、(1/8)Vref の
サンプル電圧を想定すると約3.13%になってしま
う。それに対して本発明のA−Dコンバータによれば約
0.39%となり、高分解能を得ることができる。
【図1】A−Dコンバータの実施例を示すブロック図で
ある。
ある。
1 サンプル&ホールド回路 2 直列抵抗ストリング 3 コンパレータ 4 基準電圧変換回路 5 a−d変換レジスタ 6 基準電圧レジスタ 7 制御回路
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
Claims (1)
- 【請求項1】 アナログ電圧信号をデジタル信号化する
A−Dコンバータにおいて、基準電圧を内部的に変化さ
せる電圧変換手段とその変換の設定状態を外部に知らせ
る出力手段を設けた事を特徴とするA−Dコンバータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10229477A JP2000049607A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | A−dコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10229477A JP2000049607A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | A−dコンバータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000049607A true JP2000049607A (ja) | 2000-02-18 |
Family
ID=16892797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10229477A Pending JP2000049607A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | A−dコンバータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000049607A (ja) |
-
1998
- 1998-07-31 JP JP10229477A patent/JP2000049607A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050105 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060620 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061031 |