JP2005061921A - Signal voltage-time conversion circuit and sensor device using the same - Google Patents

Signal voltage-time conversion circuit and sensor device using the same Download PDF

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JP2005061921A JP2003290579A JP2003290579A JP2005061921A JP 2005061921 A JP2005061921 A JP 2005061921A JP 2003290579 A JP2003290579 A JP 2003290579A JP 2003290579 A JP2003290579 A JP 2003290579A JP 2005061921 A JP2005061921 A JP 2005061921A
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Masaru Noda
勝 野田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal voltage-time conversion circuit which converts a signal voltage, which can be a positive or negative value by zero signal level, into time, and in which the calibration of the zero signal level is not basically necessary, the calibration of conversion sensitivity can be performed without affecting the zero signal level, and conversion resolution can be doubled. <P>SOLUTION: The circuit comprises a positive-negative sign judgment means and an absolute value width pulse generation means. The circuit outputs a time width pulse which is proportional to an absolute value of an input signal voltage which can be a positive or negative value by zero signal level. The pulse starts by a starting instruction and discharge a capacitor which is charged to the input signal voltage by a direct-current electricity source whose direction is determined based on the sign judgment result. The pulse ends when the voltage reduces to the zero signal level. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、無信号レベルを基準にして正又は負に取りうる信号電圧を入力とし、入力信
号電圧の絶対値に比例した時間幅のパルスと入力信号電圧の正負符号とを生成して出力す
る信号電圧−時間変換回路に関する。
The present invention uses as input a signal voltage that can be positive or negative with reference to a no-signal level, and generates and outputs a pulse having a time width proportional to the absolute value of the input signal voltage and a positive / negative sign of the input signal voltage. The present invention relates to a signal voltage-time conversion circuit.

変化が比較的緩慢な物理量を検出し、更にそれをディジタル値に変換してコンピュータ
に取り込んで、対象とする物理状態の監視や制御を行うと言うニーズは各種ある。その一
例は特許文献1に記載されている。同文献では、電池電圧を監視するために、電圧−時間
変換回路により電圧に比例した時間幅のパルスを生成し、そのパルス幅を基準クロックの
個数で計測してディジタル値に変換している。そして、電圧−時間変換には、被測定電池
電圧に充電したキャパシタを定電流で放電させたときの電圧が閾電圧まで減衰する時間を
用いている。この方法は、1回のデータ変換にパルス幅以上の時間がかかることを受容で
きれば、比較的簡単な回路で高精度のディジタル変換ができるという点で優れている。例
えば、電圧−時間変換されたパルス幅のフルスケールを1ミリ秒とし、基準クロック周波
数を1MHzとするとき、約10ビット相当のA/D変換器としての分解能が得られる。
このときのデータ変換サイクルは1kHzである。
There are various needs for detecting a physical quantity whose change is relatively slow, further converting it into a digital value and taking it into a computer to monitor and control the target physical state. One example is described in Patent Document 1. In this document, in order to monitor the battery voltage, a pulse having a time width proportional to the voltage is generated by a voltage-time conversion circuit, and the pulse width is measured by the number of reference clocks and converted into a digital value. The voltage-time conversion uses a time during which the voltage when the capacitor charged to the measured battery voltage is discharged with a constant current decays to the threshold voltage. This method is excellent in that high-accuracy digital conversion can be performed with a relatively simple circuit if it can be accepted that a single data conversion takes a time longer than the pulse width. For example, when the voltage-time converted pulse width full scale is 1 millisecond and the reference clock frequency is 1 MHz, resolution as an A / D converter equivalent to about 10 bits can be obtained.
The data conversion cycle at this time is 1 kHz.

特開2001−204141号公報JP 2001-204141 A

物理量にはゼロを中心に正負どちらの値も取りうるものが多い。例えば、加速度や角速
度がその例で、これを検出するセンサの出力信号は、通常は増幅された後に各物理量のゼ
ロレベルが所定の基準電位となるようにオフセット調整されて出力される。従って出力信
号は、該基準電位を基準にして物理量の大きさに比例して正又は負に変化する形態となる
Many physical quantities can take either positive or negative values centered on zero. For example, acceleration and angular velocity are examples, and an output signal of a sensor for detecting this is usually output after being amplified and offset adjusted so that the zero level of each physical quantity becomes a predetermined reference potential. Therefore, the output signal changes in a positive or negative manner in proportion to the physical quantity with reference to the reference potential.

このような信号電圧を上記の電圧−時間変換回路でパルスに変換する場合は、例えば正
側の入力電圧をV+、信号ゼロの電圧をV0、負側の入力電圧をV−として与えたとき、
それぞれに対応してT+,T0,T−の時間幅のパルスがT+>T0>T−の大小関係で
得られる。実際には各入力電圧に対するパルス幅は諸処の要因によるばらつきを伴うため
、無信号に対応するパルス幅T0の校正と既知の電圧に対応するパルス幅、即ち感度の校
正が必要である。このとき両者の校正が互いに影響し合わないことが校正を繰り返すこと
なく完了させるための必要条件となる。
When such a signal voltage is converted into a pulse by the voltage-time conversion circuit, for example, when a positive input voltage is given as V +, a signal zero voltage as V0, and a negative input voltage as V-,
Corresponding to each, a pulse having a time width of T +, T0, T− is obtained in a magnitude relationship of T +>T0> T−. Actually, since the pulse width for each input voltage varies depending on various factors, it is necessary to calibrate the pulse width T0 corresponding to no signal and to calibrate the pulse width corresponding to a known voltage, that is, sensitivity. At this time, it is a necessary condition for completing the calibration without repeating that the calibrations of the two do not influence each other.

しかるに、上記の従来技術では、感度を校正するために放電電流源の電流値を変更する
と無信号電圧に対応するパルス幅が変化するので、上記の条件を満たすことができない。
また、パルス幅変化範囲は、負側フルスケールに対応したパルス幅から正側フルスケール
に対応したパルス幅までをカバーしなければならず、最長のパルス幅が長い分データ変換
サイクルが長くなるのが欠点である。逆に、データ変換サイクルが既定の時は時間計測の
基準クロックとから決まる変換分解能が低くなるという問題がある。
However, in the above prior art, if the current value of the discharge current source is changed in order to calibrate the sensitivity, the pulse width corresponding to the no-signal voltage changes, so that the above condition cannot be satisfied.
In addition, the pulse width change range must cover from the pulse width corresponding to the negative full scale to the pulse width corresponding to the positive full scale, and the data conversion cycle becomes longer due to the longer longest pulse width. Is a drawback. On the contrary, when the data conversion cycle is predetermined, there is a problem that the conversion resolution determined from the reference clock for time measurement is lowered.

そこで本発明の目的は、信号ゼロレベルを基準にして正又は負に取りうる信号電圧を入
力としてそれを時間に変換する信号電圧−時間変換回路にあって、信号ゼロレベルの校正
が基本的に不要で信号ゼロレベルへ影響を与えること無く変換感度の校正を行えるように
し、かつ、変換分解能を2倍に高められる信号電圧−時間変換回路を提供することである
。さらに別の目的は、この信号電圧−時間変換回路を用いてマイコンとのインタフェース
を簡単かつ高精度に行えるようにしたセンサ装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is a signal voltage-time conversion circuit that converts a signal voltage that can be taken positive or negative with respect to the signal zero level as an input and converts the signal voltage into time. It is an object of the present invention to provide a signal voltage-time conversion circuit that can calibrate conversion sensitivity without affecting the signal zero level and that can double the conversion resolution. Still another object is to provide a sensor device that can easily and accurately interface with a microcomputer using the signal voltage-time conversion circuit.

本発明の信号電圧−時間変換回路は、正負符号判定手段と絶対値幅パルス発生手段から
成り、信号ゼロレベルを基準にして正又は負に取りうる信号電圧の入力に対し、該正負符
号判定手段は該入力信号電圧の正負を判定して正負符号を出力し、該絶対値幅パルス発生
手段は、該入力信号電圧の絶対値に比例した時間幅のパルスを出力する。
The signal voltage-time conversion circuit according to the present invention comprises a positive / negative sign determination means and an absolute value width pulse generation means, and the positive / negative sign determination means for a signal voltage input that can be positive or negative with reference to the signal zero level. The sign of the input signal voltage is determined to output a positive / negative sign, and the absolute value width pulse generating means outputs a pulse having a time width proportional to the absolute value of the input signal voltage.

更に詳述すると、該絶対値幅パルス発生手段は、キャパシタと該キャパシタに接続され
た吸い込み型(シンク)又は湧き出し型(ソース)を切り替えられる直流電流源とキャパ
シタ電圧の正負判定回路を備え、次に述べるプロセスによりパルスを発生する。まず、該
キャパシタは入力信号電圧に充電された後開始指令で入力信号電圧源から切り離され、以
降は該直流電流源の電流で放電され時間の推移に比例して電圧が信号ゼロレベルに向かっ
て減衰する。該キャパシタ電圧の正負判定回路はキャパシタの電圧を信号ゼロレベルに対
応する基準電位を基準にして正負判定するもので、上記開始指令時刻での判定結果により
該直流電流源の型が決定され、正の判定時には吸い込み型(シンク)となり、負の判定時
には湧き出し型(ソース)となる。そして、キャパシタ電圧の減衰が進んで上記基準電位
に到達してこれを超えた瞬間に、該キャパシタ電圧の正負判定回路の判定が反転するから
、この判定の反転時刻をもってパルスを終了させる。
More specifically, the absolute value width pulse generating means includes a capacitor, a DC current source connected to the capacitor, and a DC current source that can be switched between a sink type and a source type (source), and a capacitor voltage positive / negative determination circuit. A pulse is generated by the process described in (1). First, after the capacitor is charged to the input signal voltage, it is disconnected from the input signal voltage source by a start command, and thereafter, the capacitor is discharged by the current of the DC current source, and the voltage goes to the signal zero level in proportion to the transition of time. Attenuates. The positive / negative judgment circuit of the capacitor voltage is used to judge whether the voltage of the capacitor is positive or negative with reference to a reference potential corresponding to a signal zero level. The type of the DC current source is determined based on the judgment result at the start command time. At the time of determination, it becomes a suction type (sink), and at the time of negative determination, it becomes a spring type (source). Then, at the moment when the attenuation of the capacitor voltage advances and reaches the reference potential and exceeds the reference potential, the determination of the positive / negative determination circuit of the capacitor voltage is inverted, so that the pulse is terminated at the inversion time of this determination.

該正負符号判定手段の機能は、該キャパシタ電圧の正負判定回路が上記開始指令時刻で
行う判定機能と等価であるので、これと同様の方法で実現できる。また、両者を兼用する
ことも可能である。これにより得られるパルスのパルス幅は、(入力信号の絶対値電圧×
キャパシタ容量÷直流電流源の電流の大きさ)で決まり、無信号時、即ち信号電圧がゼロ
の時のパルス幅はゼロである。従って信号ゼロレベルの校正は基本的に不要であり、かつ
、直流電流源の電流の大きさを変更して変換感度を校正しても信号ゼロレベルへの影響が
発生しないと言う利点が得られる。更に、パルス幅の変化範囲は前記従来技術の場合の半
分で済むことから、データ変換サイクルを短くできると言う利点も得られる。逆に、デー
タ変換サイクルが既定の時は時間計測の基準クロックとから決まる変換分解能を2倍に高
められる。このことは、正負符号出力が1ビット分を担っているからであると解釈するこ
ともできる。
The function of the positive / negative sign determination means is equivalent to the determination function performed by the capacitor voltage positive / negative determination circuit at the start command time, and can be realized by a method similar to this. It is also possible to use both. The pulse width of the resulting pulse is (absolute voltage of input signal x
Capacitor capacity / DC current source current magnitude), and the pulse width is zero when there is no signal, that is, when the signal voltage is zero. Therefore, calibration of the signal zero level is basically unnecessary, and there is an advantage that the influence on the signal zero level does not occur even if the conversion sensitivity is calibrated by changing the magnitude of the current of the DC current source. . Furthermore, since the change range of the pulse width is half that of the prior art, there is an advantage that the data conversion cycle can be shortened. Conversely, when the data conversion cycle is predetermined, the conversion resolution determined from the time measurement reference clock can be doubled. This can be interpreted as the fact that the positive / negative sign output carries 1 bit.

以上説明した通り、本発明により、信号ゼロレベルを基準にして正又は負に取りうる信
号電圧を入力として、それを時間に変換する信号電圧−時間変換回路にあって、信号ゼロ
レベルの校正が基本的に不要で信号ゼロレベルへ影響を与えること無く変換感度の校正を
行え、かつ、変換分解能を2倍に高められる信号電圧−時間変換回路が得られる。さらに
、この信号電圧−時間変換回路を用いてマイコンとのインタフェースを簡単かつ高精度に
行えるようにしたセンサ装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, in a signal voltage-time conversion circuit that converts a signal voltage that can be positive or negative with respect to the signal zero level as an input and converts it into time, the calibration of the signal zero level is performed. A signal voltage-time conversion circuit that can calibrate the conversion sensitivity without affecting the signal zero level basically without any influence and that can double the conversion resolution can be obtained. Furthermore, it is possible to provide a sensor device that can easily and accurately interface with a microcomputer using this signal voltage-time conversion circuit.

上述の本発明に係るさらに詳しい実施形態について、以下に説明する。説明に先立ち、
入力信号等の表現方法を次のように定める。物理量の変化に応じて変化する電圧を信号電
圧(Vin)として定義し、物理量のゼロに対応する直流電位を信号ゼロレベル(Vre
f)とする。従って、Vinは物理量の正負の変化に対応して正負の値を取る。また、信
号を対地電位で表記するときは、Vref+Vinとする。
Further detailed embodiments according to the present invention will be described below. Prior to the explanation
The expression method of the input signal etc. is defined as follows. A voltage that changes according to a change in physical quantity is defined as a signal voltage (Vin), and a DC potential corresponding to zero of the physical quantity is defined as a signal zero level (Vre
f). Therefore, Vin takes a positive or negative value corresponding to a positive or negative change in physical quantity. In addition, when the signal is expressed by ground potential, it is Vref + Vin.

図1に本発明の第1の実施例を示す。図1において、スイッチ2は開始指令パルスによ
って開閉制御されており時刻To以前においてオン、時刻Toにおいて開始指令パルスが
立ち下がるとオフ状態になる。従って、キャパシタ1は入力信号電圧(Vref+Vin
)に充電された後、開始指令で入力信号電圧源から切り離される。比較器4はキャパシタ
1の電圧を信号ゼロレベルに対応する基準電位(Vref)と比較し、正の時1を出力し
負の時0を出力する。ラッチ回路4はD端子に印加された上記の比較器出力データを開始
指令パルスの立ち下がりエッジでラッチしQ端子に出力する。直流電流源3は電流の大き
さが同一で吸い込み型(シンク)又は湧き出し型(ソース)を切り替える機能を備え、ラ
ッチ回路5のQ出力が1のときには吸い込み型(シンク)となり、0のときには湧き出し
型(ソース)となるように型が制御されている。エクスクルーシブORゲート6はラッチ
回路5のQ出力と比較器4の出力を2入力とし、該2入力論理値が相異なっているときに
論理値1を出力する。NORゲート7はエクスクルーシブORゲート6の出力と開始指令
パルスのNOR論理により目的とするパルスを出力する。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the switch 2 is controlled to be opened and closed by a start command pulse, and is turned on before time To and turned off when the start command pulse falls at time To. Therefore, the capacitor 1 has an input signal voltage (Vref + Vin
) And then disconnected from the input signal voltage source by the start command. The comparator 4 compares the voltage of the capacitor 1 with a reference potential (Vref) corresponding to the signal zero level, and outputs 1 when positive and 0 when negative. The latch circuit 4 latches the comparator output data applied to the D terminal at the falling edge of the start command pulse and outputs it to the Q terminal. The DC current source 3 has the same current magnitude and has a function of switching between a suction type (sink) and a source type (source). When the Q output of the latch circuit 5 is 1, it becomes a suction type (sink). The mold is controlled so that it becomes a springing mold (source). The exclusive OR gate 6 receives the Q output of the latch circuit 5 and the output of the comparator 4 as two inputs, and outputs a logical value 1 when the two input logical values are different. The NOR gate 7 outputs a target pulse based on the output of the exclusive OR gate 6 and the NOR logic of the start command pulse.

以上の構成による動作を、Vinが正の場合と負の場合について図2を用いて説明する
。Vinが正の場合、時刻Toで比較器4の出力には論理値1が発生しており、ラッチ回
路5はこれを開始指令でラッチしてQ端子に論理値1を継続的に出力する。これにより直
流電流源3は吸い込み型に決定されるので、以降はキャパシタ1の電圧が時間の推移に比
例して低下する。キャパシタ電圧が信号ゼロレベルに到達するまでは、比較器の出力は同
じ論理値を維持し、エクスクルーシブORゲート6はその2入力論理値が同一値のため論
理値ゼロを出力する。キャパシタ電圧が信号ゼロレベルを超えて下がった瞬間に比較器4
の出力が反転すると、エクスクルーシブORゲート6の一方の入力だけが論理値を反転し
、論理値1を出力する。従って、エクスクルーシブORゲート6の出力と開始指令パルス
のNOR論理を取ることにより、目的とするパルスが得られる。得られたパルスのパルス
幅は、入力信号電圧Vinの絶対値×キャパシタ容量÷直流電流源の電流の大きさで決ま
る。また、入力した信号電圧の正負に対応する正負符号はラッチ回路5のQ端子から得る
ことができる。
The operation according to the above configuration will be described with reference to FIG. 2 when Vin is positive and negative. When Vin is positive, a logical value 1 is generated at the output of the comparator 4 at time To, and the latch circuit 5 latches this with a start command and continuously outputs the logical value 1 to the Q terminal. As a result, the DC current source 3 is determined to be a suction type, and thereafter, the voltage of the capacitor 1 decreases in proportion to the transition of time. Until the capacitor voltage reaches the signal zero level, the output of the comparator maintains the same logic value, and the exclusive OR gate 6 outputs the logic value zero because the two input logic values are the same value. Comparator 4 at the moment when the capacitor voltage drops below the signal zero level
Is inverted, only one input of the exclusive OR gate 6 inverts the logical value and outputs the logical value 1. Therefore, the target pulse is obtained by taking the NOR logic of the output of the exclusive OR gate 6 and the start command pulse. The pulse width of the obtained pulse is determined by the absolute value of the input signal voltage Vin × capacitor capacity / the magnitude of the current of the DC current source. Further, a positive / negative sign corresponding to the positive / negative of the input signal voltage can be obtained from the Q terminal of the latch circuit 5.

次にVinが負の場合、時刻Toで比較器4の出力には論理値0が発生しており、ラッ
チ回路5はこれを開始指令でラッチしてQ端子に論理値0を継続的に出力する。これによ
り直流電流源3は湧き出し型に決定されるので、以降はキャパシタ1の電圧が時間の推移
に比例して上昇する。キャパシタ電圧が信号ゼロレベルに到達するまでは、比較器の出力
は同じ論理値を維持し、エクスクルーシブORゲート6はその2入力論理値が同一値のた
め論理値ゼロを出力する。キャパシタ電圧が信号ゼロレベルを超えて上がった瞬間に比較
器4の出力が反転すると、エクスクルーシブORゲート6の一方の入力だけが論理値を反
転し、論理値1を出力する。あとはVinが正の場合と同様である。
Next, when Vin is negative, a logical value 0 is generated at the output of the comparator 4 at time To, and the latch circuit 5 latches this with a start command and continuously outputs a logical value 0 to the Q terminal. To do. As a result, the direct current source 3 is determined as a spring-out type, and thereafter, the voltage of the capacitor 1 rises in proportion to the transition of time. Until the capacitor voltage reaches the signal zero level, the output of the comparator maintains the same logic value, and the exclusive OR gate 6 outputs the logic value zero because the two input logic values are the same value. When the output of the comparator 4 is inverted at the moment when the capacitor voltage exceeds the signal zero level, only one input of the exclusive OR gate 6 inverts the logic value and outputs the logic value 1. The rest is the same as when Vin is positive.

図3に本実施例で得られる入力信号対パルス幅変換特性を示す。パルス幅は入力信号電
圧の絶対値に比例し、原点Oで左右折り返した特性となっている。
FIG. 3 shows input signal-to-pulse width conversion characteristics obtained in this embodiment. The pulse width is proportional to the absolute value of the input signal voltage, and has a characteristic of turning back and forth at the origin O.

なお、本実施例で示したパルスの極性や論理ゲートの組み合わせ方は一例に過ぎず、同
等の機能が得られるものであればこれに限らない。例えば、T型フリップフロップを用い
、開始指令パルスで状態をクリアした後、エクスクルーシブORゲート6の出力の遷移を
クロック入力として状態をトグル反転させることでも目的とするパルスが得られる。
The pulse polarity and the logic gate combination shown in this embodiment are merely examples, and the present invention is not limited to this as long as an equivalent function can be obtained. For example, a target pulse can be obtained by using a T-type flip-flop and clearing the state with a start command pulse and then toggle-inverting the state using the output transition of the exclusive OR gate 6 as a clock input.

本発明の第2の実施例を図4に示す。本図では、第1の実施例の上述したようなバリエ
ーションを包括的に表現できるようにして書き表している。正負判定手段8は信号ゼロレ
ベルに対するキャパシタ電圧の正負を判定するもので、前記比較器4と同等の機能を有す
る。正負反転検出手段9は該正負判定手段8の判定結果が反転したときに出力を遷移させ
るものである。パルス発生手段10は開始指令でパルスを開始し該正負反転検出手段9の
出力の遷移によってパルスを終了させるものである。その他は前記第1の実施例と同じで
ある。以上の構成により、前記第1の実施例と同様に入力信号電圧の絶対値に比例した時
間幅のパルスと入力信号電圧の正負を示す正負符号を得ることができる。
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the drawing, the above-described variations of the first embodiment are written in a comprehensive manner. The positive / negative determining means 8 determines whether the capacitor voltage is positive or negative with respect to the signal zero level, and has the same function as the comparator 4. The positive / negative inversion detecting means 9 is for making an output transition when the determination result of the positive / negative determining means 8 is inverted. The pulse generation means 10 starts a pulse in response to a start command and ends the pulse by a transition of the output of the positive / negative inversion detection means 9. The rest is the same as in the first embodiment. With the above configuration, a pulse having a time width proportional to the absolute value of the input signal voltage and a positive / negative sign indicating the positive / negative of the input signal voltage can be obtained as in the first embodiment.

図5に本発明の第3の実施例を示す。本実施例が前記第2の実施例と相違する点は、最
小幅パルス付加回路11を設けたこと、及び、直流電流源3に電流値制御手段33を設け
たことである。まず、最小幅パルス付加回路11について説明する。入力信号電圧がゼロ
に近い微小値の場合、前記第1の実施例で得られるパルス幅は微小値になる。パルス幅を
基準クロックの個数で計測してディジタル値に変換するとき、パルス幅が基準クロックの
周期と同程度に小さいと計測が不安定になることがある。最小幅パルス付加回路11は開
始指令を起点として上記基準クロック周期の1.5倍以上の時間幅の最小幅パルスを付加
するもので、これにより、入力信号電圧がゼロに近い微小値の場合にも所定のパルス幅が
確保されるので、パルス幅を安定に計測できるようになる。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. This embodiment differs from the second embodiment in that the minimum width pulse adding circuit 11 is provided and the current value control means 33 is provided in the direct current source 3. First, the minimum width pulse adding circuit 11 will be described. When the input signal voltage is a minute value close to zero, the pulse width obtained in the first embodiment is a minute value. When the pulse width is measured by the number of reference clocks and converted to a digital value, the measurement may become unstable if the pulse width is as small as the reference clock period. The minimum width pulse adding circuit 11 adds a minimum width pulse having a time width of 1.5 times the reference clock period or more from the start command as a starting point, so that the input signal voltage is a minute value close to zero. Since a predetermined pulse width is secured, the pulse width can be measured stably.

図6に本第3の実施例で得られる入力信号対パルス幅変換特性を示す。入力信号電圧の
絶対値が小さい領域では最小パルス幅以下にならない特性となっている。時間計測の基準
クロック周波数が1MHzのケースを例にすると、上記最小パルス幅を2マイクロ秒に設
計すればよく、この設計でフルスケールが1ミリ秒となるような信号電圧を変換した場合
、フルスケールに対する最小幅の比率は0.2%である。すなわち、ゼロ近傍の信号電圧
に対する変換誤差は最大0.2%であるが、これは一般的な応用では十分許容できる範囲
である。なお、最小幅パルス付加回路8の挿入場所やパルス極性等は、図示のものに限る
ものではなく、等価な論理ゲートに適宜変更できる。
FIG. 6 shows the input signal-to-pulse width conversion characteristics obtained in the third embodiment. In the region where the absolute value of the input signal voltage is small, the characteristics do not fall below the minimum pulse width. Taking the case where the reference clock frequency for time measurement is 1 MHz as an example, the minimum pulse width may be designed to be 2 microseconds. When the signal voltage is converted so that the full scale is 1 millisecond in this design, the full pulse will be full. The ratio of the minimum width to the scale is 0.2%. That is, the maximum conversion error for a signal voltage near zero is 0.2%, which is a sufficiently acceptable range for general applications. Note that the insertion location, pulse polarity, and the like of the minimum width pulse adding circuit 8 are not limited to those shown in the figure, and can be appropriately changed to equivalent logic gates.

次に、電流値制御手段33について説明する。電流値制御手段33は吸い込み型(シン
ク)又は湧き出し型(ソース)の各電流源の電流値を共に変更制御する。前述のようにパ
ルスのパルス幅は、入力信号電圧Vinの絶対値×キャパシタ容量÷直流電流源の電流の
大きさで決まるから、この電流値制御によって入力信号電圧対パルス幅の変換感度を調節
することが可能である。図7に感度調節特性を示す。この感度調節機能は、この変換回路
自体の製造ばらつきを補正するために利用可能であるし、また、次に述べる第4の実施例
のように他の装置や回路の製造ばらつきの補正にも利用可能である。あるいは、装置の利
用目的に応じて感度を変更する際にも利用できる。
Next, the current value control means 33 will be described. The current value control means 33 changes and controls both the current values of the current sources of the suction type (sink) or the spring type (source). As described above, the pulse width of the pulse is determined by the absolute value of the input signal voltage Vin × capacitor capacity / current current of the DC current source. Therefore, the conversion sensitivity of the input signal voltage to the pulse width is adjusted by controlling the current value. It is possible. FIG. 7 shows sensitivity adjustment characteristics. This sensitivity adjustment function can be used to correct manufacturing variations of the conversion circuit itself, and can also be used to correct manufacturing variations of other devices and circuits as in the fourth embodiment described below. Is possible. Or it can utilize also when changing a sensitivity according to the utilization purpose of an apparatus.

図8に本発明の第4の実施例を示す。これはセンサ装置への適用例である。センサは特
に問わないが、ここではピエゾ抵抗型ブリッジによる加速度センサを想定して説明する。
加速度センサブリッジ12の検出電圧を増幅器13で増幅したものを前記第3の実施例に
示した回路の入力信号としている。センサの検出信号は微弱であって、信号のゼロレベル
の偏差、すなわちオフセットと検出感度の偏差が大きいのが通常である。従って、増幅器
13では、先ずオフセット調整により信号ゼロレベルが所定の電圧に合うように調整し、
その上で利得を調整する。一般に、調整のために半固定抵抗器を用いることは生産性が悪
いので、半導体メモリに記憶させた調整値データを使ったディジタル式調整が求められる
ことが多い。オフセット調整は、調整値データをD/A変換した直流電圧を増幅器に作用
させることで比較的簡単に実現できるが、利得調整は利得を決めている抵抗器を電子スイ
ッチで切り替える等の方法を採らざるを得ず、微調整が困難なことが多い。
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention. This is an application example to a sensor device. The sensor is not particularly limited, but here, description will be made assuming an acceleration sensor using a piezoresistive bridge.
A signal obtained by amplifying the detection voltage of the acceleration sensor bridge 12 by the amplifier 13 is used as an input signal of the circuit shown in the third embodiment. The detection signal of the sensor is weak and usually has a zero level deviation, that is, a large deviation between the offset and the detection sensitivity. Accordingly, the amplifier 13 first adjusts the signal zero level to a predetermined voltage by offset adjustment,
Then adjust the gain. In general, the use of a semi-fixed resistor for adjustment is inferior in productivity, so that digital adjustment using adjustment value data stored in a semiconductor memory is often required. The offset adjustment can be realized relatively easily by applying a DC voltage obtained by D / A converting the adjustment value data to the amplifier. The gain adjustment adopts a method such as switching a resistor that determines the gain with an electronic switch. In many cases, fine adjustment is difficult.

そこで本実施例では、増幅器13での利得調整は粗調整とし、後段の電流値制御手段で
微調整を行っている。感度微調整手段16はメモリに記憶された微調整用ディジタルデー
タをD/A変換して得た直流電圧を電流値制御手段33に作用させることで直流電流源3
の電流値を微調整している。これにより、センサと回路を含む総合の感度が細密に調整さ
れる。また、本発明には、電流値を変更して感度調整しても信号ゼロレベルが影響されな
い特徴があり、本実施例はこの特徴を生かして実現されたものである。本実施例の感度調
整機能は別に設けた温度検出手段と組み合わせて温度による感度のドリフトを補正するの
にも利用できる。また、本実施例で得られるパルスと正負符号はマイコンとのインタフェ
ースに適しており、簡単でしかも精度の高い信号受け渡しが可能である。
Therefore, in this embodiment, the gain adjustment in the amplifier 13 is coarse adjustment, and fine adjustment is performed by the current value control means in the subsequent stage. The sensitivity fine adjustment means 16 causes the DC value obtained by D / A conversion of the fine adjustment digital data stored in the memory to act on the current value control means 33 to thereby apply the direct current source 3.
The current value is finely adjusted. Thereby, the total sensitivity including the sensor and the circuit is finely adjusted. Further, the present invention has a feature that the signal zero level is not affected even if the sensitivity is adjusted by changing the current value, and the present embodiment is realized by utilizing this feature. The sensitivity adjustment function of this embodiment can also be used to correct a sensitivity drift due to temperature in combination with a temperature detection means provided separately. Further, the pulse and the positive / negative sign obtained in this embodiment are suitable for an interface with a microcomputer, and simple and highly accurate signal transfer is possible.

本発明の第1の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Example of this invention. 第1の実施例の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a 1st Example. 第1の実施例の入力信号電圧対パルス幅の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the input signal voltage versus pulse width of 1st Example. 本発明の第2の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd Example of this invention. 第3の実施例の入力信号電圧対パルス幅の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the input signal voltage versus pulse width of a 3rd Example. 第3の実施例の感度調節特性を示す図である。It is a figure which shows the sensitivity adjustment characteristic of a 3rd Example. 本発明の第4の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 4th Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 キャパシタ、2 スイッチ、3 直流電流源、31 吸い込み型電流源、
32 湧き出し型電流源、33 電流値制御手段、4 比較器、5 ラッチ回路、
6 エクスクルーシブORゲート、7 NORゲート、8 正負判定手段、
9 正負反転検出手段、10 パルス発生手段、11 最小幅パルス付加回路。
1 capacitor, 2 switch, 3 direct current source, 31 sink current source,
32 current source, 33 current value control means, 4 comparator, 5 latch circuit,
6 exclusive OR gate, 7 NOR gate, 8 positive / negative judgment means,
9 Positive / negative inversion detecting means, 10 pulse generating means, 11 minimum width pulse adding circuit.

Claims (7)

信号ゼロレベルを基準にして正又は負に取りうる信号電圧を入力し、入力信号電圧の絶
対値に比例した時間幅のパルスと、入力信号電圧の正負符号とを、生成して出力すること
を特徴とする信号電圧−時間変換回路。
Input a signal voltage that can be positive or negative with reference to the signal zero level, and generate and output a pulse with a time width proportional to the absolute value of the input signal voltage and the sign of the input signal voltage. A characteristic signal voltage-time conversion circuit.
信号ゼロレベルを基準にして正又は負に取りうる信号電圧の入力に対し、該入力信号電
圧の絶対値に比例した時間幅のパルスを出力する絶対値幅パルス発生手段と、該入力信号
電圧の正負符号判定手段とを備え、該絶対値幅パルス発生手段はキャパシタと直流電流源
を備え、開始指令によりパルスを開始し、入力信号電圧に充電した該キャパシタが前記正
負判定結果に基づいて電流の方向が決定される該直流電流源によって放電されて電圧が信
号ゼロレベルまで減衰した時刻にパルスを終了するように成し、該入力信号電圧を入力信
号電圧の絶対値に比例した時間幅のパルスと入力信号電圧の正負符号とに変換して出力す
ることを特徴とする信号電圧−時間変換回路。
Absolute value width pulse generating means for outputting a pulse having a time width proportional to the absolute value of the input signal voltage with respect to an input of a signal voltage that can be positive or negative with respect to the signal zero level, and positive / negative of the input signal voltage The absolute value width pulse generating means includes a capacitor and a direct current source, starts a pulse in response to a start command, and the current direction of the capacitor charged to the input signal voltage is determined based on the positive / negative determination result. The pulse is terminated at the time when the voltage is attenuated to the signal zero level by being discharged by the determined DC current source, and the input signal voltage is input to the pulse having a time width proportional to the absolute value of the input signal voltage. A signal voltage-time conversion circuit, wherein the signal voltage is converted into a positive / negative sign and output.
請求項1に記載の信号電圧−時間変換回路において、キャパシタと、正負判定手段と、
直流電流源と、正負反転検出手段と、パルス発生手段とを備え、該キャパシタは入力信号
電圧に充電された後、開始指令により入力信号電圧源から切り離され、以降は該直流電流
源の電流で放電され時間の推移に比例して電圧を信号ゼロレベルに向かって減衰させ、該
正負判定手段は信号ゼロレベルに対する該キャパシタ電圧の正負を判定し、該直流電流源
は該正負判定手段の正負判定結果に基づき電流の方向を決め、該正負反転検出手段は該正
負判定手段の判定結果が反転したときに出力を遷移させ、該パルス発生手段は開始指令で
パルスを開始し該正負反転検出手段の出力の遷移によってパルスを終了させ、入力信号電
圧の絶対値に比例した時間幅のパルスと入力信号電圧の正負を示す正負符号を生成して出
力することを特徴とする信号電圧−時間変換回路。
The signal voltage-time conversion circuit according to claim 1, wherein the capacitor, a positive / negative determination means,
A DC current source, a positive / negative inversion detecting means, and a pulse generating means; after the capacitor is charged to the input signal voltage, it is disconnected from the input signal voltage source by a start command, and thereafter the current of the DC current source The discharged voltage is attenuated toward the signal zero level in proportion to the transition of time, the positive / negative determination means determines the positive / negative of the capacitor voltage with respect to the signal zero level, and the DC current source determines the positive / negative of the positive / negative determination means The direction of the current is determined based on the result, and the positive / negative inversion detection means transitions the output when the determination result of the positive / negative determination means inverts, and the pulse generation means starts a pulse in response to a start command and A signal that ends a pulse by an output transition, and generates and outputs a pulse having a time width proportional to the absolute value of the input signal voltage and a positive / negative sign indicating the positive / negative of the input signal voltage Pressure - time conversion circuit.
請求項1〜3に記載の信号電圧−時間変換回路において、入力信号電圧の絶対値に比例
した時間幅のパルスに対してパルス幅の最小値を制限して出力する回路を付加したことを
特徴とする信号電圧−時間変換回路。
4. The signal voltage-time conversion circuit according to claim 1, further comprising a circuit for limiting and outputting a minimum pulse width value for a pulse having a time width proportional to an absolute value of an input signal voltage. A signal voltage-time conversion circuit.
請求項2〜4に記載の信号電圧−時間変換回路において、該直流電流
源は電流値の大きさを変更する手段を備え、信号電圧−時間変換の変換感度の調節を可能
にしたことを特徴とする信号電圧−時間変換回路。
5. The signal voltage-time conversion circuit according to claim 2, wherein the direct current source includes means for changing the magnitude of the current value, and the conversion sensitivity of the signal voltage-time conversion can be adjusted. A signal voltage-time conversion circuit.
センサと、該センサの検出信号を入力して、増幅した信号電圧の信号ゼロレベルを所定
の基準電位に調整して出力する増幅器と、キャパシタと、正負判定手段と、直流電流源と
、正負反転検出手段と、パルス発生手段とを備え、該キャパシタは該増幅器の出力電圧に
充電された後、開始指令により該増幅器から切り離され、以降は該直流電流源の電流で放
電され時間の推移に比例して電圧を該基準電位に向かって減衰させ、該正負判定手段は該
基準電位に対する該キャパシタ電圧の正負を判定し、該直流電流源は該正負判定手段の正
負判定結果に基づき電流の方向を決め、該正負反転検出手段は該正負判定手段の判定結果
が反転したときに出力を遷移させ、該パルス発生手段は開始指令でパルスを開始し該正負
反転検出手段の出力の遷移によってパルスを終了させ、該センサの検出信号の絶対値に比
例した時間幅のパルスと該検出信号の正負を示す正負符号を生成して出力することを特徴
とするセンサ装置。
A sensor, an amplifier that inputs a detection signal of the sensor, adjusts and outputs the signal zero level of the amplified signal voltage to a predetermined reference potential, a capacitor, a positive / negative determining means, a DC current source, and a positive / negative inversion A detection means and a pulse generation means; the capacitor is charged to the output voltage of the amplifier and then disconnected from the amplifier by a start command; thereafter, the capacitor is discharged by the current of the DC current source and proportional to the transition of time Then, the voltage is attenuated toward the reference potential, the positive / negative determining means determines whether the capacitor voltage is positive or negative with respect to the reference potential, and the direct current source determines the direction of the current based on the positive / negative determining result of the positive / negative determining means. The positive / negative inversion detecting means shifts the output when the determination result of the positive / negative determining means inverts, and the pulse generating means starts a pulse in response to a start command, and changes the output of the positive / negative inversion detecting means. Te terminates the pulse sensor device, characterized in that the absolute value to generate a sign indicating positive or negative pulse and the detection signal proportional to the time width output of the detection signal of the sensor.
請求項7に記載のセンサ装置において、該直流電流源は電流値の大きさを変更する手段
を備え、センサ装置の感度調節を可能にしたことを特徴とするセンサ装置。
8. The sensor device according to claim 7, wherein the direct current source includes means for changing a magnitude of a current value, and sensitivity adjustment of the sensor device is enabled.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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WO2015174166A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 株式会社 東芝 Amplification circuit, analog/digital conversion circuit, and voltage/time converter
CN109633252A (en) * 2018-12-05 2019-04-16 西安航天精密机电研究所 The method and circuit of big small-range segmented A/D acquisition accelerometer current signal
US20220074959A1 (en) * 2012-06-11 2022-03-10 Hitachi High-Tech Corporation Automatic analyzer

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