JP2005244771A - Ａ／ｄ変換回路、電流計測回路、充放電量計測回路および誤差補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化と経時変化の両方に対応する誤差補正を行う。
【解決手段】 ＣＰＵ１２は、温度センサ１４と温度用Ａ／Ｄ変換器１５によって計測される温度を取得し、温度変化を検出する。温度変化が検出された場合、メモリ１３を検索して計測温度に対する補正値を取得し、以降の誤差補正に用いる。メモリ１３に計測温度に対応する補正値がなかった場合には、選択出力信号がＧＮＤレベル信号１１３および基準電圧信号１１２となるように、セレクタ１１を順次切換える。そして、Ａ／Ｄ変換器１０によって変換されたＧＮＤレベル信号１１３のデータ（オフセット誤差）と、基準電圧信号１１２のデータから（ゲイン誤差）補正値を算出し、メモリ１３に保存するとともに、算出された補正値を以降の誤差補正に用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明はＡ／Ｄ変換回路、電流計測回路、充放電量計測回路および誤差補正方法に関し、特に測定対象のアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換の誤差を補正するＡ／Ｄ変換回路、電流計測回路、充放電量計測回路および誤差補正方法に関する。

Ａ／Ｄ変換回路は、測定対象の電流信号あるいは電圧信号をデジタル値に変換する回路で、電流計測回路や充放電量計測回路に組み込まれている。たとえば、充放電量計測回路では、Ａ／Ｄ変換回路によって充放電電流信号を連続的にＡ／Ｄ変換し、得られたデータを積算することによって二次電池の充放電量を算出する。しかしながら、アナログ回路で構成されるＡ／Ｄ変換回路は、経時変動や温度変動の影響を受けるので、変換によって得られた値に誤差補正を行う必要がある。

Ａ／Ｄ変換回路の誤差補正について図６と図７を参照して説明する。図６は、従来のオフセット、ゲイン補正機能を有する充放電量計測回路の回路構成図である。また、図７は、従来のＡ／Ｄ変換処理の動作タイムチャートである。

充放電量計測回路におけるＡ／Ｄ変換処理部は、電流計測用Ａ／Ｄ変換器１００、測定対象のアナログ入力信号（電流信号）１１１、基準電圧回路１０２の発生させる基準電圧信号１１２およびＧＮＤレベル信号１１３のいずれかを選択するセレクタ１０１、誤差補正を行うＣＰＵ１０３とメモリ（またはレジスタ）１０５、および定周期ごとに割込み発生させるタイマ回路１０４を有する。通常、測定する電流は抵抗などにより電圧に変換され、電圧信号として処理される。電圧に変換されたアナログ入力信号（電流信号）１１１は、Ａ／Ｄ変換器１００によりデジタル化され、ＣＰＵ１０３により誤差補正が行われる。

被測定アナログ入力信号（電流信号）１１１の測定期間では、ＣＰＵ１０３は、セレクタ１０１によりアナログ入力信号（電流信号）１１１をＡ／Ｄ変換器１００に接続し、連続的にＡ／Ｄ変換を起動し、被測定アナログ入力信号（電流信号）１１１の電流データを収集する。

タイマ回路１０４による定周期（Ｔ時間間隔）の割込み信号がＣＰＵ１０３に入力すると、補正用データ測定期間が開始される。ＣＰＵ１０３は、まず、セレクタ１０１によりＡ／Ｄ変換器１００の入力信号をＧＮＤレベル信号１１３に切換える。そして、Ａ／Ｄ変換器１００を起動し、その出力値をオフセット誤差として、メモリ１０５に保持する。以上の処理が行われる期間をゼロレベルデータ測定期間とする。次に、ＣＰＵ１０３は、セレクタ１０１によりＡ／Ｄ変換器１００の入力信号を基準電圧信号１１２に切換え、Ａ／Ｄ変換を起動し、Ａ／Ｄ変換器１００の出力値とオフセット誤差よりゲイン誤差を算出し、メモリ１０５に保持する。以上の処理が行われる期間を基準電圧データ測定期間とする。

その後、ＣＰＵ１０３は、アナログ入力信号（電流信号）１１１測定期間に戻り、Ａ／Ｄ変換器１００の入力をセレクタ１０１によりアナログ入力信号（電流信号）１１１に切換え、連続的にＡ／Ｄ変換を起動し、測定対象である電流データを収集する。電流データは、最初の補正用データ測定期間で得られたオフセット誤差データとゲイン誤差データを用いて演算補正される。タイマ回路１０４の時間間隔は、Ａ／Ｄ変換器１００を構成するアナログ回路の経時変動および温度変動を考慮して設定される。

しかしながら、Ａ／Ｄ変換器を構成するアナログ回路は温度変化に敏感であり、一定周期ごとの補正では、その間に誤差が生じる場合があり、高精度なＡ／Ｄ変換を維持することができないという問題がある。そこで、温度センサを設け、連続的に温度補正を行うＡ／Ｄ変換回路が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平８−１８１６１０号公報（段落番号〔００１２〕〜〔００２１〕、図１）

しかし、従来の誤差補正では、補正値算出のために被測定アナログ信号の変換が中断されたり、経時変動に対する補正が行われないという問題点があった。
従来の定周期ごとにＡ／Ｄ変換回路の入力信号を切換え、オフセットおよびゲイン補正データを取得して誤差補正を行う誤差補正方法では、オフセット、ゲイン補正データを収集するために、測定対象のアナログ入力信号（電流信号）のＡ／Ｄ変換を中断しなければならないという問題がある。このため、中断している間の測定対象のアナログ入力信号（電流信号）値は、更新されないことになる。

たとえば、二次電池の充放電量計測回路では、連続的にＡ／Ｄ変換を行って取得したデータを積算する必要がある。中断期間のデータは、オフセット、ゲイン補正データを収集する前の時点に取得したアナログ入力信号（電流信号）値を補正、すなわち、アナログ入力信号（電流信号）値より推定して算出し、積算を行う。このように、中断期間のデータは実際のアナログ入力信号（電流信号）値ではないので、これが誤差要因となっている。

一方、オフセット、ゲイン補正データは、定周期ごとに取得し、その間はこの補正データを使用するが、この間に経時変動や温度変動により補正データが変わってしまう場合が考えられる。しかしながら、従来の誤差補正方法では、これを補正データに反映することはできず、これも誤差要因となっている。

定周期タイマの時間Ｔを短く設定し、オフセット誤差、ゲイン誤差データの収集を頻繁に行えば、すばやくアナログ回路の経時変動、温度変動に追従できるが、アナログ入力信号（電流信号）測定の中断期間が多くなり、アナログ入力信号（電流信号）値の更新が遅くなる。このため、たとえば、充放電量計測回路の場合、積算して求められる充放電量の誤差が大きくなるという問題が生じる。

また、温度センサを設けて連続的に温度補正を行うＡ／Ｄ変換回路では、温度センサにより検出された温度に応じて、オフセット、ゲイン補正データの微少補正を行う。これにより、温度変動に応じたオフセット、ゲイン補正データでアナログ入力信号（電流信号）の補正を行うことができる。

しかしながら、このようなＡ／Ｄ変換回路では、経時変動、すなわち、時間が経過したことにより生じるオフセット誤差およびゲイン誤差の変動については考慮されていないという問題がある。このため、温度変動によるオフセット、ゲイン補正データの微少補正が行われたとしても、時間の経過とともに、オフセット、ゲイン補正データが実際のオフセット誤差およびゲイン誤差と合わなくなってしまうという問題が生じる。この結果、時間の経過とともに、誤差が大きくなってしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、温度変化に対応でき、かつＡ／Ｄ変換の中断時間を最小にするＡ／Ｄ変換回路、電流計測回路、充放電量計測回路および誤差補正方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、さらに、温度変化とともに経時変化に対応できるＡ／Ｄ変換回路、電流計測回路、充放電量計測回路および誤差補正方法を提供することにある。

本発明では上記課題を解決するために、測定対象のアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換の誤差を補正するＡ／Ｄ変換回路において、被測定アナログ信号または所定の基準入力信号のいずれかを選択し、選択出力信号として出力するセレクタと、前記選択出力信号を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、所定の温度範囲における前記デジタル信号の誤差補正に用いる補正値を保存する記憶回路と、温度計測回路によって計測される前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度に温度変化が検出されたら、前記記憶回路より計測温度に応じた前記補正値を検索し、存在した場合は、検索された前記補正値を以降の誤差補正に用い、存在しない場合は、前記セレクタの前記選択出力信号を前記基準入力信号に切換え、前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記基準入力信号に対する前記デジタル信号に基づいて前記計測温度に応じた前記補正値を算出して前記記憶回路に保存し、算出された前記補正値を以降の誤差補正に用いる制御回路と、を具備することを特徴とするＡ／Ｄ変換回路、が提供される。

このようなＡ／Ｄ変換回路によれば、制御回路は、温度計測回路によって計測されるＡ／Ｄ変換器周辺の計測温度を取得し、Ａ／Ｄ変換器周辺の温度変化を監視するアナログ回路より構成されるＡ／Ｄ変換回路は、温度変動によって誤差の補正値も変化するため、計測温度に温度変化が検出された場合、すなわち、Ａ／Ｄ変換器周辺に温度変化が発生した場合には、記憶回路を検索して計測温度に対する補正値を取得し、以降の誤差補正に用いる。このとき、記憶回路に計測温度に対応する補正値がなかった場合には、選択出力信号が基準入力信号となるように、セレクタを切換える。そして、基準入力信号を入力信号としてＡ／Ｄ変換器によって変換されたデジタル信号を用いて、この計測温度に応じた補正値を算出し、記憶回路に保存するとともに、算出された補正値を以降の誤差補正に用いる。これにより、補正値の収集を必要最小限な場合のみとすることができる。

また、上記課題を解決するために、上記の構成のＡ／Ｄ変換回路を組み込んだ電流計測回路が提供される。電流計測回路は、選択出力信号をＡ／Ｄ変換器に出力するセレクタと、温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度を計測する温度計測回路と、選択出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、所定の温度範囲における補正値を記憶する記憶回路と、誤差補正を制御する制御回路と、を有し、温度変化が検出された場合に、計測温度に対応した補正値を記憶回路より抽出して以降の誤差補正に用い、抽出できない場合は基準入力信号を用いて補正値を算出し、記憶回路に保存するとともに以降の誤差補正に用いる。これにより、補正値の収集を必要最小限な場合のみとし、被測定電流信号のＡ／Ｄ変換の中断を最小限にする。

また、上記課題を解決するために、上記の構成のＡ／Ｄ変換回路を組み込んだ充放電量計測回路が提供される。充放電量計測回路は、選択出力信号をＡ／Ｄ変換器に出力するセレクタと、温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度を計測する温度計測回路と、選択出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、所定の温度範囲における補正値を記憶する記憶回路と、誤差補正を制御する制御回路と、を有し、温度変化が検出された場合に、計測温度に対応した補正値を記憶回路より抽出して以降の誤差補正に用い、抽出できない場合は基準入力信号を用いて補正値を算出し、記憶回路に保存するとともに以降の誤差補正に用いる。これにより、補正値の収集を必要最小限な場合のみとし、被測定充放電流信号のＡ／Ｄ変換の中断を最小限にする。

また、上記課題を解決するために、測定対象のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器の変換の誤差を補正する誤差補正方法において、前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度を計測し、前記計測温度の温度変化を検出した場合は、所定の温度範囲における前記デジタル信号の誤差補正に用いる補正値を保存する記憶回路より前記計測温度に応じた前記補正値を検索し、前記補正値が検索された場合は、前記補正値を以降の誤差補正に用い、前記補正値が検索できない場合は、前記Ａ／Ｄ変換器に前記基準入力信号を入力し、前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記基準入力信号に対する前記デジタル信号に基づいて前記計測温度に応じた前記補正値を算出して前記記憶回路に保存し、算出された前記補正値を以降の誤差補正に用いる手順を有することを特徴とする誤差補正方法、が提供される。

このような手順の誤差補正方法によれば、Ａ／Ｄ変換器周辺の温度を監視し、温度変化を検出した場合には、計測された計測温度に応じた補正値を記憶回路より検索する。所定の温度範囲における補正値が記憶された記憶回路に、計測温度に応じた補正値が存在する場合、この補正値を以降の誤差補正に用いる。補正値が存在しない場合、Ａ／Ｄ変換器に基準入力信号を入力し、基準入力信号を入力信号としてＡ／Ｄ変換器が変換したデジタル信号に基づいて、計測温度に応じた補正値を算出し、記憶回路に保存する。さらに、算出された補正値を以降の誤差補正に用いる。これにより、補正値の収集を必要最小限な場合のみとすることができる。

本発明のＡ／Ｄ変換回路は、温度変動により微少補正が必要な補正値の収集を温度変化が検出された場合に行い、収集された補正値を記憶回路に記憶しておく。なお、同じ温度条件で収集された補正値が記憶回路に保存されていた場合、新たに収集を行わず、保存された補正値を用いる。こうして、温度に対応した補正値が設定され、以降、温度変動が検出されるまで、この補正値を用いて補正が行われる。このように、温度変動に応じて補正値の収集処理を行うため、被測定対象のアナログ入力信号（電流信号）のＡ／Ｄ変換を中断する期間を最小にすることが可能となる。また、このようなＡ／Ｄ変換回路を組み込んだ電流計測回路は、被測定対象のアナログ入力信号（電流信号）のＡ／Ｄ変換を中断する期間が最小となるため、高精度な計測を実現することができる。さらに、連続的に電流のＡ／Ｄ変換を行い取得した電流データを積算する充放電量計測回路にこのようなＡ／Ｄ変換回路を組み込めば、積算して得られる充放電量の誤差を小さくし、高精度な計測が実現される。

さらに、タイマにより経時変動に応じた周期で記憶回路に保存された補正値を消去した新たな補正値を収集させることにより、経時変動に対応することが可能となる。
また、本発明の誤差補正方法では、温度変動を監視し、温度変動を検出し、かつ、検出温度において補正値収集されていない場合にのみ、補正値の収集を行う。こうして、次に温度変動が検出されるまで、収集された補正値、および以前に収集された補正値を用いての補正が行われる。このように、必要のない補正値の収集を省くことで、被測定対象のアナログ入力信号（電流信号）のＡ／Ｄ変換を中断する期間を最小とし、高精度な計測を実現する。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。実施の形態として、本発明にかかるＡ／Ｄ変換回路を所定の電流信号をデジタル信号に変換する電流計測回路に適用した場合で説明する。

図１は、本発明の実施の形態の電流計測回路の構成図である。
本発明にかかる電流計測回路は、被測定アナログ入力信号（電流信号）１１１を計測する電流測定用のＡ／Ｄ変換器１０、Ａ／Ｄ変換器１０に出力する選択出力信号の切換えを行うセレクタ１１、Ａ／Ｄ変換器１０の誤差補正制御を行うＣＰＵ１２、誤差補正に用いる補正値を保存するメモリ１３、温度を検出する温度センサ１４、温度センサ１４の検出信号から温度を計測する温度用Ａ／Ｄ変換器１５、定周期で割込み信号を発生させるタイマ回路１６および基準電圧信号を発生させる基準電圧発生器１７を具備する。

Ａ／Ｄ変換器１０は、セレクタ１１が選択出力するアナログ入力信号（電流信号）１１１、基準電圧信号１１２またはＧＮＤレベル信号１１３のいずれかの入力信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１２へ伝える。通常、測定する電流は抵抗などにより電圧に変換され、電圧信号として処理する。また、Ａ／Ｄ変換器１０の出力するデジタル信号（以下、変換データとする）は、理想的なＡ／Ｄ変換出力からずれており、正確なデータを得るためには誤差補正を行う必要がある。理想的なＡ／Ｄ変換出力からのずれ、すなわち、誤差は、動作温度および動作時間の経過により変動することが知られている。

セレクタ１１は、ＣＰＵ１２の指示に従って、Ａ／Ｄ変換器１０へ出力する選択出力信号を切換え、アナログ入力信号（電流信号）１１１、基準電圧信号１１２またはＧＮＤレベル信号１１３のいずれかを出力する。アナログ入力信号（電流信号）１１１は、測定対象のアナログ入力信号（電流信号）であり、その値は一定ではない。通常動作時には、アナログ入力信号（電流信号）１１１が選択され、Ａ／Ｄ変換器１０へ出力されている。基準電圧信号１１２は、基準電圧発生器１７の発生させる所定の基準電圧の信号であり、誤差補正用の補正値を算出する際に切換えて、Ａ／Ｄ変換器１０へ出力される。ＧＮＤレベル信号１１３は、接地に接続する電圧ゼロレベルの信号であり、誤差補正用の補正値を算出する際に切換えて、Ａ／Ｄ変換器１０へ出力される。

ＣＰＵ１２は、制御回路であり、Ａ／Ｄ変換器１０の変換データの誤差補正、および誤差補正のための補正データの収集と管理を行う。ＣＰＵ１２は、図示しないメモリに格納されたプログラムを読出し、そのプログラムを実行することによって、以下の処理機能を実現する。アナログ入力信号（電流信号）１１１の変換データの誤差補正処理では、温度用Ａ／Ｄ変換器１５より取得する計測温度に応じて予め設定されている補正値を用いて変換データの誤差を補正する。誤差補正に用いる補正データは、温度用Ａ／Ｄ変換器１５より取得する計測温度を監視し、温度に変化が検出された場合、所定の温度範囲ごとに補正値を保存するメモリ１３から計測温度に対応する補正値を検索し、検索された補正値を使用する補正データに設定する。補正値が検索できなかった場合、セレクタ１１の選択出力信号を基準電圧信号１１２およびＧＮＤレベル信号１１３に順次切換え、計測温度における補正値を収集する。補正値の収集の詳細については、後述する。

また、タイマ回路１６が発生する定周期ごとの割込み信号が入力したら、メモリ１３に保存された補正値をクリアする。これにより、メモリ１３には、補正値が保存されていない状態となり、以降の温度変化検出ごとに新たな補正値収集が行われ、すべての補正値が最新の値に更新される。

メモリ１３は、所定の温度範囲ごとの補正値を記憶する記憶回路である。なお、メモリ１３は、レジスタで構成してもよい。また、メモリ１３には、ＣＰＵ１２が処理実行時に必要な他の情報が一時的に格納される。

温度センサ１４は、周辺の温度を検出し、温度に応じた検出信号を温度用Ａ／Ｄ変換器１５へ出力する。
温度用Ａ／Ｄ変換器１５は、温度センサ１４の検出信号をデジタル信号に変換し、計測温度としてＣＰＵ１２へ伝える。

タイマ回路１６は、予め決められた所定の時間を計時し、所定の時間が経過した周期ごとに割込み信号をＣＰＵ１２に発生させ、定周期に到達したことをＣＰＵ１２に通知する。なお、タイマ回路１６の発生させる定周期信号は、経時変動に対する補正データの更新を目的とするため、比較的長い周期が設定される。

ここで、Ａ／Ｄ変換回路における誤差補正方式について説明する。図２は、誤差補正の原理を示した図である。
図２に示したように、理想的なＡ／Ｄ変換器の出力（理論値）Ｙは、入力電圧をＸとすると、
Ｙ＝ＡＸ Ａ：ゲイン（定数） ・・・（１）
で表される。しかし、実際のゲインは、理論値のゲインＡからのずれであるゲイン誤差αを含み、入力電圧０のときの変換出力は、理論値（Ｙ＝０）からのずれであるオフセット誤差βを含む。このため、実際のＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換出力Ｙ’は、ゲイン誤差α、オフセット誤差βにより、
Ｙ’＝（１＋α）ＡＸ＋β ・・・（２）
となる。これを補正するには、入力電圧ＸがゼロのときのＡ／Ｄ変換出力Ｙ’がオフセット誤差βとなるので、そのデータを取得すればよい。すなわち、セレクタ１１がＧＮＤレベル信号１１３を選択出力した際のＡ／Ｄ変換器１０の変換データ、
Ｙｇｎｄ＝β ・・・（３）
によりオフセット誤差が得られる。

また、ゲイン誤差αは、入力電圧が基準電圧ＶｒｅｆのときのＡ／Ｄ変換出力Ｙｒｅｆ、
Ｙｒｅｆ＝（１＋α）ＡＶｒｅｆ＋β ・・・（４）
より、
α＝（Ｙｒｅｆ−β）／ＡＶｒｅｆ−１ ・・・（５）
で導き出すことができる。

このようにして算出されたゲイン誤差αとオフセット誤差βを用いて、実際の出力であるＡ／Ｄ変換出力Ｙ’を演算補正し、
Ｙ＝（Ｙ’−β）／（１＋α） ・・・（６）
を得ることができる。これにより、高精度なＡ／Ｄ変換が実現する。

ＣＰＵ１２は、温度変化が検出され、メモリ１３に補正値が存在しない場合は、セレクタ１１の選択出力信号をＧＮＤレベル信号１１３に切換えてオフセット誤差βを取得する。次に、セレクタ１１の選択出力信号を基準電圧信号１１２に切換え、Ｙｒｅｆを取得し、式（５）を用いてゲイン誤差αを算出する。そして、所定の温度範囲ごとに得られたゲイン誤差αとオフセット誤差βを用いて、式（６）の演算補正を行うことにより、温度変動に対応する補正が行われ、高精度な変換結果を得ることができる。

次に、収集された補正値（誤差データ）を保存するメモリ１３の構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態の補正値を保存するメモリの構成図である。
メモリ１３の補正値保存領域は、所定の温度範囲ごとに格納領域が設けられ、補正値（オフセット誤差データ、ゲイン誤差データ）が保存されている。

図の例では、温度をｔとして、温度範囲１（ｔ０からｔ１）１３１、温度範囲２（ｔ１からｔ２）１３２、温度範囲３（ｔ２からｔ３）１３３、・・・、温度範囲ｎ（ｔｎ−１からｔｎ）１３４、温度範囲ｎ＋１（ｔｎからｔｎ＋１）１３５、・・・、温度範囲ｍａｘ（ｔｍａｘ−１からｔｍａｘ）に分割された温度範囲ごとの補正値が格納されている。各温度範囲には補正値として、それぞれ、オフセット誤差データとゲイン誤差データの格納領域が設けられている。たとえば、温度範囲１（ｔ０からｔ１）１３１の補正値として、オフセット誤差データ１（β１）１３１ａと、ゲイン誤差データ１（α１）１３１ｂが保存される。他の温度範囲も同様に、オフセット誤差データとゲイン誤差データが格納される。

ＣＰＵ１２は、温度センサ１４と温度用Ａ／Ｄ変換器１５が計測した温度が該当する温度範囲の補正値が格納されている領域を探し、その温度範囲領域にゲイン誤差データとオフセット誤差データが格納されているかどうかを調べる。存在すれば、これを読出して、誤差補正に用いる。存在しなければ、セレクタ１１を切換えてオフセット誤差データとゲイン誤差データを算出し、収集したデータを該当する領域に格納する。

以下、このような構成の電流計測回路における誤差補正処理動作について説明する。
電流計測回路は、温度と対応したオフセット、ゲイン誤差データを保持するメモリ１３を起動時にクリアし、定周期を計時するタイマ回路１６を起動する。定周期は、経時変動に対応するために十分な時間が設定されるため、通常、非常に長い周期が設定される。次に、ＣＰＵ１２は、電流計測用のＡ／Ｄ変換器１０の入力がＧＮＤレベル信号１１３となるようにセレクタ１１を切換え、Ａ／Ｄ変換器１０のＡ／Ｄ変換を起動してＡ／Ｄ変換データを取得する。取得したＧＮＤレベル信号１１３のＡ／Ｄ変換データは、オフセット誤差データ１（β１）とし、メモリ１３またはレジスタに格納する。続いて、ＣＰＵ１２は、セレクタ１１の選択出力信号をＧＮＤレベル信号１１３から基準電圧信号１１２に切換え、Ａ／Ｄ変換器１０を起動し、そのＡ／Ｄ変換データを基準電圧データとしてメモリ１３に保持する。そして、この基準電圧データとオフセット誤差データより、ゲイン誤差データ１（α１）を算出し、メモリ１３またはレジスタに格納する。このようにして、メモリ１３またはレジスタに格納されたオフセット誤差データ１（β１）およびゲイン誤差データ１（α１）は、次に補正値の収集が行われるまで、誤差補正に使用される。なお、算出されたオフセット誤差データ１（β１）とゲイン誤差データ１（α１）は、温度センサ１４と温度用Ａ／Ｄ変換器１５によって計測された温度に対応した温度範囲の補正値格納領域に保存する。

以上の処理によって、初期化後、誤差データが収集され、このときの計測温度に応じた補正値が算出されてメモリ１３に格納される。
その後、ＣＰＵ１２は、セレクタ１１の選択出力信号をアナログ入力信号（電流信号）１１１に切換え、Ａ／Ｄ変換器１０によるＡ／Ｄ変換を行って変換データを取得し、オフセット誤差データ１（β１）とゲイン誤差データ１（α１）とを用いて演算補正を行う。以降、連続的に、上記の手順のアナログ入力信号（電流信号）１１１のＡ／Ｄ変換処理を繰り返す。

ＣＰＵ１２は、また、Ａ／Ｄ変換処理を行いながら、温度センサ１４からの温度データを温度用Ａ／Ｄ変換器１５から読込み、温度が変動していないかを監視する。
ＣＰＵ１２が温度変化（たとえば、温度上昇）を検出した場合、そのときの温度に対応したオフセット誤差データとゲイン誤差データがメモリ１３に保持されているかどうかをチェックする。メモリ１３の該当領域がクリアされている場合、ＣＰＵ１２は、アナログ入力信号（電流信号）１１１のＡ／Ｄ変換の繰り返しを中断し、Ａ／Ｄ変換器１０の入力をセレクタ１１によりアナログ入力信号（電流信号）１１１からＧＮＤレベル信号１１３に切換えてＡ／Ｄ変換を起動し、そのＡ／Ｄ変換データをオフセット誤差データ２（β２）とし、メモリ１３またはレジスタに保持する。次に、ＣＰＵ１２は、Ａ／Ｄ変換器１０の入力をセレクタ１１によりＧＮＤレベル信号１１３から基準電圧信号１１２に切換えてＡ／Ｄ変換を起動し、そのＡ／Ｄ変換データをメモリ１３またはレジスタに保持する。そして、この基準電圧データとオフセット誤差データ２（β２）とを用いてゲイン誤差データ２（α２）を算出する。さらに、ＣＰＵ１２は、そのときの温度データを温度用Ａ／Ｄ変換器１５より読込み、オフセット誤差データ２（β２）とゲイン誤差データ２（α２）をそのときの温度に対応したメモリ１３の補正値格納領域またはレジスタに保存する。その後、ＣＰＵ１２は、セレクタ１１を制御し、Ａ／Ｄ変換器１０の入力をアナログ入力信号（電流信号）１１１に切換え、Ａ／Ｄ変換を行い、出力された変換データをオフセット誤差データ２（β２）とゲイン誤差データ２（α２）を用いて演算補正する。

また、温度が低下し、先に計測したオフセット誤差データ１（β１）およびゲイン誤差データ１（α１）の温度範囲に戻った場合、ＣＰＵ１２が温度変化を検出し、そのときの温度に対応したオフセット誤差データとゲイン誤差データの有無を、メモリ１３を検索して調べる。この場合、オフセット誤差データ１（β１）とゲイン誤差データ１（α１）が検出されるので、以降の誤差補正は、オフセット誤差データ１（β１）とゲイン誤差データ１（α１）を用いて行う。この場合、アナログ入力信号（電流信号）１１１のＡ／Ｄ変換処理は継続される。

同様に、温度が変化した場合、そのときの温度に対応したオフセット、ゲイン誤差データが保持されているメモリ１３またはレジスタをチェックし、保持されていない場合にのみ、アナログ入力信号（電流信号）１１１のＡ／Ｄ変換の繰り返しを中断し、セレクタ１１を切換えて、入力をゼロレベルにしたときのオフセット誤差データと、入力を基準電圧入力にしたときの基準電圧データを測定し、ゲイン誤差データを算出し、メモリ１３の対応温度範囲に該当する補正値格納領域に格納する。

また、そのときの温度に対応したオフセット、ゲイン誤差データがメモリ１３に保持されている場合、保持されているオフセット、ゲイン誤差データで電流誤差補正を行う。
一方、タイマ回路１６は、経時変動に応じて決まる比較的長い定周期ごとに割込み信号をＣＰＵ１２に発生させる。ＣＰＵ１２は、割込み信号が入力するごとに、オフセット、ゲイン誤差データを保持するメモリ１３またはレジスタをクリアする。また、このとき、ＣＰＵ１２は、アナログ入力信号（電流信号）１１１のＡ／Ｄ変換の繰り返しを中断し、セレクタ１１を切換え、入力をゼロレベルにしたときのオフセット誤差データと、入力を基準電圧入力にしたときの基準電圧データを測定し、ゲイン誤差データを算出し、メモリ１３上の対応領域に新しいオフセット誤差データとゲイン誤差データを保存する。その後、ＣＰＵ１２は、入力をセレクタ１１によりアナログ入力信号（電流信号）１１１に切換え、Ａ／Ｄ変換を繰り返して電流値を計測し、温度に応じて設定されているオフセット誤差データとゲイン誤差データを用いて演算補正する。同時に、ＣＰＵ１２は、温度センサ１４からの温度データを温度用Ａ／Ｄ変換器１５から読込み、温度が変動していないかを監視する。

このように、誤差要因となるオフセット、ゲイン補正データを収集するタイミングを温度センサ１４を用いた温度変化条件で作り出し、温度変動を検出し、かつ、その温度範囲のオフセット、ゲイン誤差データを保持していない場合、オフセット、ゲイン誤差データを収集し、これをメモリ１３に保存する。その後、同じ温度条件の状態が発生した場合には、オフセット、ゲイン補正データを収集しないで、その温度範囲で保持されているオフセット、ゲイン誤差データを用いて誤差補正を行う。これにより、温度変動に応じたオフセット、ゲイン誤差データを用いた補正が可能となり、高精度な変換データを得ることができる。また、温度変動に応じたオフセット、ゲイン誤差データの収集は、必要最小限な場合に限定されるので、アナログ入力信号（電流信号）１１１のＡ／Ｄ変換処理を中断する期間を最小にすることが可能となり、高精度の計測を実現することができる。

さらに、タイマ回路１６により、定周期でオフセット、ゲイン誤差データを強制的にクリアすることで、オフセット、ゲイン誤差データの定期的な更新が可能となり、経時変動に対応することができる。

次に、本発明にかかるＡ／Ｄ変換回路が適用される充放電量計測回路について説明する。図４は、本発明の実施の形態の充放電量計測回路の構成図である。
充放電量計測回路は、電池パック４３に搭載される二次電池であるリチウムイオン電池４４に蓄えられた電気量（残量）と充放電可能時間を算出するため、リチウムイオン電池４４の放電電流と充電電流を計測する。

電池パック４３には、リチウムイオン電池４４に流れる充放電電流を検出する電流センサ４５ａ、リチウムイオン電池４４の電圧を検出する電圧センサ４５ｂおよびリチウムイオン電池４４の温度を検出する温度センサ４５ｃが収められている。センサ群が検出した信号は、検出装置４２によって、演算装置４１に取り込まれる。

検出装置４２には、図１に示したようなＡ／Ｄ変換回路が搭載されており、電流センサ４５ａは、アナログ入力信号（電流信号）１１１として入力され、電流値の大きさに応じた変換データに変換され、演算装置４１へ送られる。また、同様に、温度センサ４５ｃの検出した温度も検出装置４２を介して、演算装置４１へ送られる。演算装置４１は、制御回路として機能し、検出装置４２経由で取得した電流値の変換データの誤差補正処理および、誤差補正用のオフセット、ゲイン誤差データの収集を行う。演算装置４１における、変換データ補正処理および収集処理については、上記の電流計測回路と同様の処理が行われる。

また、演算装置４１では、取得した充放電電流値データを積算し、充放電量を計算する。正確な充放電量を計算するためには、連続的に充放電電流のＡ／Ｄ変換処理を行う必要がある。このため、本発明にかかるＡ／Ｄ変換回路が適用された充放電量計測回路では、アナログ入力信号（電流信号）１１１のＡ／Ｄ変換を中断する期間を最小にすることが可能となるため、高精度な計測を実現することができる。

次に、本発明の実施の形態の誤差補正方法について説明する。
図５は、本発明の実施の形態の誤差補正処理手順を示したフローチャートである。
Ａ／Ｄ変換回路が起動されて、処理が開始される。

［ステップＳ１］初期化処理を行う。初期化処理では、メモリに保存されたオフセット、ゲイン誤差データをクリアし、定周期タイマを起動する。また、セレクタによりＡ／Ｄ変換器に入力する信号をＧＮＤレベル信号に切換えてオフセット誤差データを計測し、セレクタによりＡ／Ｄ変換器の入力信号を基準電圧信号に切換えて基準電圧データを計測し、ゲイン誤差データを算出する。算出されたオフセット、ゲイン誤差データは、所定の温度範囲ごとに誤差データ領域が用意されたメモリの計測温度に対応する領域に格納されるとともに、誤差補正で使用される。最後に、セレクタの選択出力信号を切換え、Ａ／Ｄ変換器には、測定対象のアナログ入力信号（電流信号）を入力させる。

［ステップＳ２］アナログ入力信号（電流信号）のＡ／Ｄ変換処理が行われ、電流値の大きさに応じた変換データが得られる。
［ステップＳ３］温度センサと温度用Ａ／Ｄ変換器によって計測された計測温度を参照し、温度変化が発生したかどうかを判定する。発生していなければ、ステップＳ８へ処理を進める。

［ステップＳ４］温度変化が発生していた場合、変化した現在の温度に対応する補正値（オフセット誤差データと、ゲイン誤差データ）がメモリに保持されているかどうかをチェックする。補正値が存在する場合には、ステップＳ５へ処理を進め、補正値が存在しない場合は、ステップＳ６へ処理を進める。

［ステップＳ５］変化した現在の温度に対応するオフセット誤差データとゲイン誤差データがメモリに存在していた場合、補正に使用するため、これらのデータを読出し、処理をステップＳ８へ進める。

［ステップＳ６］変化した現在の温度に対応するオフセット誤差データとゲイン誤差データがメモリに存在しない場合、オフセット誤差データとゲイン誤差データを算出する。セレクタによりＡ／Ｄ変換器に入力する信号をＧＮＤレベル信号に切換えてオフセット誤差データを計測し、セレクタによりＡ／Ｄ変換器の入力信号を基準電圧信号に切換えて基準電圧データを計測し、ゲイン誤差データを算出する。

［ステップＳ７］ステップＳ６によって算出されたオフセット、ゲイン誤差データは、所定の温度範囲ごとに誤差データ領域が用意されたメモリの計測温度に対応する領域に格納されるとともに、誤差補正で使用される。最後に、セレクタの選択出力信号を切換え、Ａ／Ｄ変換器には、測定対象のアナログ入力信号（電流信号）が入力されるようにする。

［ステップＳ８］アナログ入力信号（電流信号）の変換データの演算補正を行う。温度変化がない場合は、前回と同一のオフセット、ゲイン誤差データでアナログ入力信号（電流信号）の変換データの補正が行われる。温度変化があり、同一温度条件のオフセット、ゲイン誤差データが保持されていた場合は、保持されていたオフセット、ゲイン誤差データが抽出され、これを用いてアナログ入力信号（電流信号）の変換データの補正が行われる。温度変化があり、同一温度条件のオフセット、ゲイン誤差データが保持されていない場合は、新たに収集されたオフセット、ゲイン誤差データを用いてアナログ入力信号（電流信号）の変換データの補正が行われる。補正が終了した後、ステップＳ２へ戻って、次の周期のＡ／Ｄ変換処理を行う。

以上の処理手順が実行されることにより、温度に応じたオフセット、ゲイン誤差データを用いて補正が行えるばかりでなく、アナログ入力信号（電流信号）のＡ／Ｄ変換を中断する期間を最小にすることが可能となるため、高精度な計測を実現することができる。

なお、ステップＳ１の初期化処理で起動された定周期タイマの割込み処理によって、メモリのオフセット、ゲイン誤差データをクリアすることにより、ステップＳ６とステップＳ７を強制的に通過させ、新たなオフセット、ゲイン誤差を収集させることにより、経時変動に対応して、オフセット、ゲイン誤差データを更新することが可能となる。

本発明の実施の形態の電流計測回路の構成図である。 誤差補正の原理を示した図である。 本発明の実施の形態の補正値を保存するメモリの構成図である。 本発明の実施の形態の充放電量計測回路の構成図である。 本発明の実施の形態の誤差補正処理手順を示したフローチャートである。 従来のオフセット、ゲイン補正機能を有する充放電量計測回路の回路構成図である。 従来のＡ／Ｄ変換処理の動作タイムチャートである。

符号の説明

１０ Ａ／Ｄ変換器
１１ セレクタ
１２ ＣＰＵ
１３ メモリ
１４ 温度センサ
１５ 温度用Ａ／Ｄ変換器
１６ タイマ回路
１７ 基準電圧発生器
１１１ アナログ入力信号（電流信号）
１１２ 基準電圧信号
１１３ ＧＮＤレベル信号

Claims (11)

1. 測定対象のアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換の誤差を補正するＡ／Ｄ変換回路において、
   被測定アナログ信号または所定の基準入力信号のいずれかを選択し、選択出力信号として出力するセレクタと、
   前記選択出力信号を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   所定の温度範囲における前記デジタル信号の誤差補正に用いる補正値を保存する記憶回路と、
   温度計測回路によって計測される前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度に温度変化が検出されたら、前記記憶回路より計測温度に応じた前記補正値を検索し、存在した場合は検索された前記補正値を以降の誤差補正に用い、存在しない場合は、前記セレクタの前記選択出力信号を前記基準入力信号に切換え、前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記基準入力信号に対する前記デジタル信号に基づいて前記計測温度に応じた前記補正値を算出して前記記憶回路に保存し、算出された前記補正値を以降の誤差補正に用いる制御回路と、
   を具備することを特徴とするＡ／Ｄ変換回路。
2. 前記制御回路は、所定の時間が経過するごとに、前記記憶回路に記憶された前記補正値を消去することを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換回路。
3. 前記所定の時間は、前記Ａ／Ｄ変換器の経時変動に応じて予め周期が設定されたタイマ回路により計時されることを特徴とする請求項２記載のＡ／Ｄ変換回路。
4. 前記基準入力信号は接地に接続するゼロレベル信号で、前記セレクタは、前記制御回路に従って前記被測定アナログ信号または前記ゼロレベル信号のいずれかを選択し、
   前記制御回路は、前記補正値が検出できなかった場合は、前記セレクタの前記選択出力信号を前記ゼロレベル信号に切換え、前記Ａ／Ｄ変換器によって前記計測温度に応じたオフセットを計測し、オフセット補正値として前記記憶回路に保存し、以降のオフセット補正に用いることを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換回路。
5. 前記基準入力信号は接地に接続するゼロレベル信号と所定の電圧値の基準電圧信号で、前記セレクタは、前記被測定アナログ信号、前記ゼロレベル信号あるいは前記基準電圧信号のいずれかを選択し、
   前記制御回路は、前記補正値が検出できなかった場合は、前記セレクタの前記選択出力信号を前記ゼロレベル信号に切換え、前記Ａ／Ｄ変換器による前記デジタル信号から前記計測温度に応じたオフセット補正値を算出し、前記セレクタの前記選択出力信号を前記基準電圧信号に切換え、前記Ａ／Ｄ変換器による前記基準電圧信号に対する前記デジタル信号と前記オフセット補正値とから前記計測温度に応じた前記Ａ／Ｄ変換器のゲイン補正値を算出し、前記オフセット補正値および前記ゲイン補正値を前記記憶回路に保存し、以降のオフセット補正およびゲイン補正に用いることを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換回路。
6. 測定対象の電流信号をデジタル信号に変換し、変換の誤差を補正する電流計測回路において、
   被測定電流信号または所定の基準入力信号のいずれかを選択し、選択出力信号として出力するセレクタと、
   前記選択出力信号を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの出力信号を用いて温度を計測する温度計測回路と、
   所定の温度範囲における前記デジタル信号の誤差補正に用いる補正値を保存する記憶回路と、
   前記温度計測回路によって計測される前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度に温度変化が検出されたら、前記記憶回路より計測温度に応じた前記補正値を検索し、存在した場合は、検索された前記補正値を以降の誤差補正に用い、存在しない場合は、前記セレクタの前記選択出力信号を前記基準入力信号に切換え、前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記基準入力信号に対する前記デジタル信号に基づいて前記計測温度に応じた前記補正値を算出して前記記憶回路に保存し、算出された補正値を以降の誤差補正に用いる制御回路と、
   を具備することを特徴とする電流計測回路。
7. 前記Ａ／Ｄ変換器の経時変動に応じた所定の時間を計時し、前記所定の時間が経過した定周期ごとに前記制御回路に通知を行うタイマ回路をさらに具備し、
   前記制御回路は、前記タイマ回路より前記定周期ごとの通知を取得すると、前記記憶回路に保存した前記補正値を消去することを特徴とする請求項６記載の電流計測回路。
8. 連続的に電流値のＡ／Ｄ変換を繰り返す充放電量計測回路において、
   被測定電流信号または所定の基準入力信号のいずれかを選択し、選択出力信号として出力するセレクタと、
   前記選択出力信号を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの出力信号を用いて温度を計測する温度計測回路と、
   所定の温度範囲における前記デジタル信号の誤差補正に用いる補正値を保存する記憶回路と、
   前記温度計測回路によって計測される前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度に温度変化が検出されたら、前記記憶回路より計測温度に応じた前記補正値を検索し、存在した場合は、検索された前記補正値を以降の誤差補正に用い、存在しない場合は、前記セレクタの前記選択出力信号を前記基準入力信号に切換え、前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記基準入力信号に対する前記デジタル信号に基づいて前記計測温度に応じた前記補正値を算出して前記記憶回路に保存し、算出された補正値を以降の誤差補正に用いる制御回路と、
   を具備することを特徴とする充放電量計測回路。
9. 前記Ａ／Ｄ変換器の経時変動に応じた所定の時間を計時し、前記所定の時間が経過した定周期ごとに前記制御回路に通知を行うタイマ回路をさらに具備し、
   前記制御回路は、前記タイマ回路より前記定周期ごとの通知を取得すると、前記記憶回路に保存した前記補正値を消去することを特徴とする請求項８記載の充放電量計測回路。
10. 測定対象のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器の変換の誤差を補正する誤差補正方法において、
    前記Ａ／Ｄ変換器周辺の温度を計測し、
    前記計測温度の温度変化を検出した場合は、所定の温度範囲における前記デジタル信号の誤差補正に用いる補正値を保存する記憶回路より前記計測温度に応じた前記補正値を検索し、
    前記補正値が検索された場合は、前記補正値を以降の誤差補正に用い、
    前記補正値が検索できない場合は、前記Ａ／Ｄ変換器に基準入力信号を入力し、前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記基準入力信号に対する前記デジタル信号に基づいて前記計測温度に応じた前記補正値を算出して前記記憶回路に保存し、算出された前記補正値を以降の誤差補正に用いる手順を有することを特徴とする誤差補正方法。
11. 所定周期ごとに、前記記憶回路に保存された前記補正値を前記制御回路で消去する、
    手順をさらに有することを特徴とする請求項１０記載の誤差補正方法。
    

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