JP2005210356A - A/d converter and its method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力電圧を間欠的にサンプリングして、該サンプリングした入力電圧をデジタルデータにA/D変換するA/D変換装置及びその方法に関するものである。 The present invention relates to an A / D conversion apparatus and method for intermittently sampling an input voltage and A / D converting the sampled input voltage into digital data.
例えば、車載バッテリの端子電圧などのアナログの入力電圧を、マイクロコンピュータ(以下、マイコン)にて、把握するために、A/D変換器でデジタルデータに変換する必要がある。 For example, in order to grasp an analog input voltage such as a terminal voltage of a vehicle-mounted battery by a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer), it is necessary to convert it into digital data by an A / D converter.
しかしながら、図4に示すように、A/D変換器は、連続的な信号であるアナログの入力電圧を、離散的な信号であるデジタルデータに変換するため、必ず量子化誤差が発生する。この量子化誤差が大きいと、マイコンは精度良く入力電圧を検出することができない。そこで、ビット数を高くし、量子化誤差を低減することが考えられるが、A/D変換器はビット数が高くなるほど、高価になり、コスト的に問題があった。 However, as shown in FIG. 4, since the A / D converter converts an analog input voltage that is a continuous signal into digital data that is a discrete signal, a quantization error always occurs. If this quantization error is large, the microcomputer cannot accurately detect the input voltage. Therefore, it is conceivable to increase the number of bits and reduce the quantization error. However, the higher the number of bits, the more expensive the A / D converter, and there is a problem in cost.
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、安価に量子化誤差の軽減を図ったA/D変換装置及び方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention focuses on the above-described problems, and an object thereof is to provide an A / D conversion apparatus and method that can reduce quantization errors at low cost.
請求項1記載の発明は、入力電圧をサンプリングして、該サンプリングした入力電圧と基準電圧との比較に基づいて、前記入力電圧をデジタルデータに変換するA/D変換手段を備えたA/D変換装置であって、前記入力電圧に重畳するための、正負対称で、かつ、振幅が前記基準電圧に応じた1LSB当たりの電圧より大きい周期電圧を発生する発生手段と、前記周期電圧の周期の整数倍の時間内に、前記A/D変換手段が間欠的にサンプリングして、変換した、複数の前記周期電圧を重畳した入力電圧のデジタルデータに基づいて、真のデジタルデータを算出する算出手段とを備えたことを特徴とするA/D変換装置に存する。
The invention according to
請求項1記載の発明によれば、発生手段が、入力電圧に重畳するための、正負対称で、かつ、振幅が前記基準電圧に応じた1LSB当たりの電圧より大きい周期電圧を発生する。A/D変換手段が、周期電圧が重畳された入力電圧を間欠的にサンプリングして、このサンプリングした入力電圧と基準電圧との比較に基づいて、デジタルデータに変換する。算出手段が、周期電圧の周期の整数倍の時間内に、A/D変換手段が間欠的にサンプリングして、変換した複数のデジタルデータに基づいて、真のデジタルデータを算出する。従って、A/D変換手段のビット数を上げなくても、真のデジタルデータは、A/D変換手段で変換したデジタルデータより、量子化誤差が低減されたビット数の高いデータとなっている。 According to the first aspect of the present invention, the generating means generates a periodic voltage larger than the voltage per LSB corresponding to the reference voltage and having a positive / negative symmetry to be superimposed on the input voltage. The A / D conversion means intermittently samples the input voltage on which the periodic voltage is superimposed, and converts it into digital data based on the comparison between the sampled input voltage and the reference voltage. The calculating means calculates true digital data on the basis of a plurality of converted digital data by the A / D conversion means sampling intermittently within a time that is an integral multiple of the period of the periodic voltage. Therefore, even if the number of bits of the A / D conversion means is not increased, the true digital data is data having a higher number of bits with a reduced quantization error than the digital data converted by the A / D conversion means. .
請求項2記載の発明は、請求項1記載のA/D変換装置であって、前記算出手段は、前記複数のデジタルデータの和を当該複数のデジタルデータの個数で除した値を、前記真のデジタルデータとして算出することを特徴とするA/D変換装置に存する。 A second aspect of the present invention is the A / D conversion apparatus according to the first aspect, wherein the calculation means calculates a value obtained by dividing a sum of the plurality of digital data by the number of the plurality of digital data. The present invention resides in an A / D converter characterized by being calculated as digital data.
請求項2記載の発明によれば、算出手段が、複数のデジタルデータの和をその複数のデジタルデータの個数で除した値を、真のデジタルデータとして算出する。従って、複数のデジタルデータに基づいて、量子化誤差が低減され、ビット数が高い真のデジタルデータを算出することができる。 According to the second aspect of the present invention, the calculating means calculates a value obtained by dividing the sum of a plurality of digital data by the number of the plurality of digital data as true digital data. Therefore, true digital data with a reduced number of bits and a high number of bits can be calculated based on a plurality of digital data.
請求項3記載の発明は、入力電圧をサンプリングして、該サンプリングした入力電圧と基準電圧との比較に基づいて、前記入力電圧をデジタルデータにA/D変換するA/D変換方法であって、前記入力電圧に、正負対称で、かつ、振幅が前記基準電圧に応じた1LSB当たりの電圧より大きい周期電圧を重畳し、前記周期電圧を重畳した入力電圧を間欠的にサンプリングして、前記デジタルデータにA/D変換し、前記周期電圧の周期の整数倍の時間内に、前記サンプリングして、A/D変換した複数の前記デジタルデータに基づいて、真のデジタルデータを算出することを特徴とするA/D変換方法に存する。
The invention according to
請求項3記載の発明によれば、入力電圧に重畳するための、正負対称で、かつ、振幅が前記基準電圧に応じた1LSB当たりの電圧より大きい周期電圧を発生する。発生した周期電圧を重畳した入力電圧を間欠的にサンプリングして、このサンプリングした入力電圧と基準電圧との比較に基づいて、デジタルデータにA/D変換する。周期電圧の周期の整数倍の時間内に、A/D変換手段が間欠的にサンプリングして、変換した複数のデジタルデータに基づいて、真のデジタルデータを算出する。従って、A/D変換のビット数を上げなくても、真のデジタルデータは、A/D変換されたデジタルデータより、量子化誤差が低減されビット数の高いデータとなっている。 According to the third aspect of the present invention, a periodic voltage larger than the voltage per LSB corresponding to the reference voltage is generated, which is symmetrical with respect to the input voltage and superimposed on the input voltage. The input voltage on which the generated periodic voltage is superimposed is intermittently sampled and A / D converted into digital data based on a comparison between the sampled input voltage and a reference voltage. The A / D conversion means samples intermittently within a time that is an integral multiple of the period of the periodic voltage, and true digital data is calculated based on the plurality of converted digital data. Therefore, even if the number of bits for A / D conversion is not increased, true digital data is data with a smaller quantization error and a higher number of bits than digital data subjected to A / D conversion.
以上説明したように請求項1及び3記載の発明によれば、A/D変換のビット数を上げなくても、真のデジタルデータは、A/D変換されたデジタルデータより、量子化誤差が低減されビット数の高いデータとなっているので、安価に量子化誤差の軽減を図ったA/D変換装置及び方法を得ることができる。 As described above, according to the first and third aspects of the invention, even if the number of bits for A / D conversion is not increased, true digital data has a quantization error more than that of A / D converted digital data. Since the data is reduced and the number of bits is high, it is possible to obtain an A / D conversion apparatus and method that can reduce quantization errors at low cost.
請求項2記載の発明によれば、複数のデジタルデータに基づいて、量子化誤差が低減され、ビット数が高い真のデジタルデータを算出することができるA/D変換装置を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain an A / D conversion device capable of calculating true digital data with a reduced number of bits and a high number of bits based on a plurality of digital data.
以下、本発明について、図面を参照して説明する。図1は、本発明のA/D変換装置を組み込んだバッテリの両端電圧監視装置(以下、装置)の一実施の形態を示す回路図である。同図に示すように、装置10は、バッテリの両端電圧を分圧する分圧抵抗R1及びR2を備えている。分圧抵抗R1及びR2により分圧されたバッテリの両端電圧は、入力電圧VとしてA/D変換器11に入力される。 The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a battery both-end voltage monitoring device (hereinafter referred to as device) incorporating the A / D conversion device of the present invention. As shown in the figure, the device 10 includes voltage dividing resistors R1 and R2 that divide the voltage across the battery. The voltage across the battery divided by the voltage dividing resistors R1 and R2 is input to the A / D converter 11 as the input voltage V.
また、A/D変換器11(=A/D変換手段)には、直流遮断用のコンデンサCを介して、正弦波発生器12(=発生手段)が接続されている。これにより、A/D変換器11には、正弦波発生器12が発生した正弦波が重畳された入力電圧Vが供給される。正弦波は、正負対称で、かつ、振幅がA/D変換器11の基準電圧に応じた1LSB当たりの電圧より大きい周期電圧である。 In addition, a sine wave generator 12 (= generating means) is connected to the A / D converter 11 (= A / D converting means) via a DC blocking capacitor C. As a result, the A / D converter 11 is supplied with the input voltage V on which the sine wave generated by the sine wave generator 12 is superimposed. The sine wave has a positive and negative symmetry and a periodic voltage whose amplitude is larger than the voltage per 1 LSB corresponding to the reference voltage of the A / D converter 11.
上述したA/D変換器11は、上述した入力電圧Vをサンプリングし、図示しない基準電圧供給部から供給される基準電圧との比較に基づいて、サンプリングした入力電圧Vをデジタルデータに変換し、マイクロコンピュータ13(以下、μCOM13)に出力する。 The A / D converter 11 described above samples the input voltage V described above, converts the sampled input voltage V into digital data based on a comparison with a reference voltage supplied from a reference voltage supply unit (not shown), The data is output to the microcomputer 13 (hereinafter referred to as μCOM 13).
上述したμCOM13は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット(CPU)13a、CPU13aが行う処理プログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるROM13bと、CPU13aでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるRAM13cとを備えている。 The above-described μCOM 13 includes a central processing unit (CPU) 13a that performs various processes according to a program, a ROM 13b that is a read-only memory that stores a processing program performed by the CPU 13a, and a work area that is used in various processes in the CPU 13a. And a RAM 13c which is a readable / writable memory having a data storage area for storing various data.
次に、上述した構成の装置の動作を、説明する前に、図3を参照して本発明によるA/D変換方法を説明する。まず、A/D変換器11は、図3に示すように、実線で示す入力電圧Vと基準電圧Vrefに応じたMSBとの比較によって、点線で示す階段状の量子化電圧Vqに量子化された後、その量子化電圧Vqに対応するデジタルデータに符号化され、これによりA/D変換される。 Next, before describing the operation of the apparatus configured as described above, the A / D conversion method according to the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3, the A / D converter 11 is quantized into a stepped quantized voltage Vq indicated by a dotted line by comparing the input voltage V indicated by a solid line with the MSB corresponding to the reference voltage Vref. After that, it is encoded into digital data corresponding to the quantized voltage Vq, and A / D conversion is performed thereby.
今、上述したように任意の入力電圧Vaに正弦波SINを重畳すると、A/D変換器11には、図3に示すように、入力電圧Vaを中心として振幅する正弦波SINが供給される。そして、上述したA/D変換器11のサンプリング周期tを、正弦波SINの一周期Tより短くすると、正弦波SINの一周期に相当する時間T内においては、丸印に示すように、A/D変換器11により、複数の正弦波SINを重畳した任意の入力電圧Vaのデジタルデータが得られる。図3に示す例では、12個のデジタルデータが得られている。 As described above, when the sine wave SIN is superimposed on the arbitrary input voltage Va as described above, the A / D converter 11 is supplied with the sine wave SIN having an amplitude around the input voltage Va as shown in FIG. . When the sampling period t of the A / D converter 11 described above is shorter than one period T of the sine wave SIN, within a time T corresponding to one period of the sine wave SIN, as shown by a circle, A The / D converter 11 obtains digital data of an arbitrary input voltage Va on which a plurality of sine waves SIN are superimposed. In the example shown in FIG. 3, twelve pieces of digital data are obtained.
また、正弦波SINの振幅を1LSB当たりの電圧VLSBより大きくすることにより、任意の入力電圧Vaに対応するデジタルデータn(図3(a)及び(b)中の黒丸印参照)以外のデジタルデータn−1又はn+1(図3(a)及び(b)中の白丸印又は斜線丸印参照)を得ることができる。 Further, by making the amplitude of the sine wave SIN larger than the voltage V LSB per 1 LSB , digital data other than the digital data n corresponding to an arbitrary input voltage Va (see the black circles in FIGS. 3A and 3B). Data n-1 or n + 1 (see white circles or hatched circles in FIGS. 3A and 3B) can be obtained.
上述した複数のデジタルデータの平均値は、任意の入力電圧Vaに応じた値であり、例えば、図3(a)に示すような量子化誤差Vsが生じている場合、任意の入力電圧Vaに対応するデジタルデータnと、このデジタルデータnより1ビット高いデジタルデータn+1との間であり、量子化誤差Vsに応じた値となる。また、図3(b)に示すように、量子化誤差がない場合、上述した複数のデジタルデータの平均は、任意の入力電圧Vaに対応するデジタルデータnと一致する。 The average value of the plurality of digital data described above is a value corresponding to an arbitrary input voltage Va. For example, when a quantization error Vs as shown in FIG. Between the corresponding digital data n and the digital data n + 1 that is one bit higher than the digital data n, the value corresponds to the quantization error Vs. As shown in FIG. 3B, when there is no quantization error, the average of the plurality of digital data described above matches the digital data n corresponding to an arbitrary input voltage Va.
そこで、複数のデジタルデータの和を、そのデジタルデータの個数で割ったデジタルデータを真のデジタルデータとすれば、A/D変換器11自体のビット数を上げることなく、A/D変換器11のビット数より高い真のデジタルデータを得ることができる。 Therefore, if the digital data obtained by dividing the sum of a plurality of digital data by the number of the digital data is defined as true digital data, the A / D converter 11 does not increase the number of bits of the A / D converter 11 itself. True digital data higher than the number of bits can be obtained.
次に、上述した図2のフローチャートを参照して以下説明する。まず、CPU13aは、A/D変換器11からデジタルデータが供給される毎に(ステップS1でY)、供給されたデジタルデータをRAM13c内に形成した一時格納エリアに格納するとともに、カウンタをインクリメントする(ステップS2)。カウンタのカウント値が所定値になると(ステップS3でY)、次のステップS4に進む。上述した所定値は、A/D変換器11がt毎にサンプリングしたとき、正弦波SINの一周期T内にサンプリングした回数に相当する。つまり、カウンタが所定値となったとき、周期T経過していると考えられる。 Next, a description will be given below with reference to the flowchart of FIG. First, every time digital data is supplied from the A / D converter 11 (Y in step S1), the CPU 13a stores the supplied digital data in a temporary storage area formed in the RAM 13c and increments the counter. (Step S2). When the count value of the counter reaches a predetermined value (Y in step S3), the process proceeds to the next step S4. The predetermined value described above corresponds to the number of times the sine wave SIN is sampled within one period T when the A / D converter 11 samples every t. That is, it is considered that the period T has elapsed when the counter reaches a predetermined value.
次のステップS4において、CPU13aは、算出手段として働き、RAM13c内に格納したデジタルデータの和を、そのデジタルデータの数で除した値を真のデジタルデータとして、RAM13c内に形成された入力電圧データエリアに格納する。その後、カウント及び一時格納エリアに格納されたデジタルデータをリセットした後(ステップS5)、ステップS1に戻る。そして、CPU13aは、上述したように求めた真のデジタルデータに基づいて、バッテリの両端電圧を監視する。 In the next step S4, the CPU 13a functions as a calculation means, and the input voltage data formed in the RAM 13c is obtained as a value obtained by dividing the sum of the digital data stored in the RAM 13c by the number of the digital data as true digital data. Store in the area. Then, after resetting the digital data stored in the count and temporary storage area (step S5), the process returns to step S1. Then, the CPU 13a monitors the voltage across the battery based on the true digital data obtained as described above.
なお、上述した実施形態においては、一周期T内に、A/D変換器11がサンプリングして、変換した複数のデジタルデータに基づき、真のデジタルデータを算出していた。しかしながら、一周期Tでなくとも、例えば時間T、2T…など一周期Tの整数倍であればなんでもよい。 In the above-described embodiment, true digital data is calculated based on a plurality of digital data sampled and converted by the A / D converter 11 within one period T. However, even if it is not one period T, it may be anything as long as it is an integral multiple of one period T, such as time T, 2T.
また、上述した実施形態では、正弦波SINを入力電圧Vに重畳していた。しかしながら、正負対称で、かつ、1LSB当たりの電圧より大きい振幅の周期信号であれば、例えば、三角波やパルス状のものを重畳させることも考えられる。 In the above-described embodiment, the sine wave SIN is superimposed on the input voltage V. However, for example, a triangular wave or a pulse-like signal may be superimposed if it is a positive and negative symmetrical and a periodic signal having an amplitude larger than the voltage per LSB.
11 A/D変換器(A/D変換手段)
12 正弦波発生器(発生手段)
13a CPU(算出手段)
11 A / D converter (A / D conversion means)
12 sine wave generator (generation means)
13a CPU (calculation means)
Claims (3)
前記入力電圧に重畳するための、正負対称で、かつ、振幅が前記基準電圧に応じた1LSB当たりの電圧より大きい周期電圧を発生する発生手段と、
前記周期電圧の周期の整数倍の時間内に、前記A/D変換手段が間欠的にサンプリングして、変換した、複数の前記周期電圧を重畳した入力電圧のデジタルデータに基づいて、真のデジタルデータを算出する算出手段とを備えたことを特徴とするA/D変換装置。 An A / D conversion apparatus comprising A / D conversion means for sampling an input voltage and converting the input voltage into digital data based on a comparison between the sampled input voltage and a reference voltage,
Generating means for generating a periodic voltage larger than the voltage per 1 LSB according to the reference voltage, which is symmetric with respect to the input voltage and superimposed on the input voltage;
Based on the digital data of the input voltage on which a plurality of the periodic voltages are superimposed, the A / D conversion means intermittently samples and converts within a time that is an integral multiple of the period of the periodic voltage. An A / D conversion apparatus comprising a calculation means for calculating data.
前記算出手段は、前記複数のデジタルデータの和を当該複数のデジタルデータの個数で除した値を、前記真のデジタルデータとして算出することを特徴とするA/D変換装置。 The A / D conversion device according to claim 1,
The A / D conversion apparatus characterized in that the calculation means calculates a value obtained by dividing the sum of the plurality of digital data by the number of the plurality of digital data as the true digital data.
前記入力電圧に、正負対称で、かつ、振幅が前記基準電圧に応じた1LSB当たりの電圧より大きい周期電圧を重畳し、
前記周期電圧を重畳した入力電圧を間欠的にサンプリングして、前記デジタルデータにA/D変換し、
前記周期電圧の周期の整数倍の時間内に、前記サンプリングして、A/D変換した複数の前記デジタルデータに基づいて、真のデジタルデータを算出することを特徴とするA/D変換方法。 An A / D conversion method for sampling an input voltage and A / D converting the input voltage into digital data based on a comparison between the sampled input voltage and a reference voltage,
A periodic voltage larger than the voltage per 1 LSB corresponding to the reference voltage is superimposed on the input voltage, and the amplitude is symmetric.
The input voltage on which the periodic voltage is superimposed is intermittently sampled and A / D converted into the digital data,
An A / D conversion method characterized in that true digital data is calculated based on a plurality of the sampled and A / D converted digital data within a time that is an integral multiple of the period of the periodic voltage.
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JP2010279103A (en) * | 2009-05-26 | 2010-12-09 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Power supply device and power consumption measurement system |
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- 2004-01-22 JP JP2004014009A patent/JP2005210356A/en not_active Withdrawn
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