JP2009118362A - A/d converter - Google Patents

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Masahiro Suzuki
昌広 鈴木
Tatsuya Kakehi
達也 筧
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve accuracy of an A/D converter by a voltage to frequency conversion method. <P>SOLUTION: The A/D converter includes a voltage to frequency conversion circuit having a voltage controlled oscillator 24 with two equivalent saw tooth wave generating circuits 18A, 18B and a switching circuit 19 for alternately switching two saw tooth wave generating circuits 18A, 18B. Preferably, the A/D converter includes a first voltage controlled oscillator for outputting a first period cyclical signal and second voltage controlled oscillator for outputting a second period cyclical signal that not only is different from the first period but also keeps a predetermined ratio with the first period. Further, the A/D converter, calculates high order bits of a digital signal corresponding to an input analog signal based on the first cyclical signal included in a sampling period and then low order bits of the digital signal based on the number of waves of the cyclical signal to be included during the period from when the sampling signal is activated until the time when the phases of the first and second cyclical signals are coincided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、A−D変換装置に関する。より詳しくは、電圧−周波数変換回路を備えるA−D変換装置に関する。   The present invention relates to an AD converter. More specifically, the present invention relates to an A / D conversion device including a voltage-frequency conversion circuit.

非特許文献1には、電圧−周波数変換(以下、V−F(Voltage-Frequency)変換という)を利用したA−D変換器(アナログ−ディジタル変換器)が示されている。この型のA−D変換器においては、アナログ信号たる入力電圧の大小に応じて、V−F変換部から出力されるパルス信号の周波数が変動し、そのパルス信号に含まれるパルス数をカウンタにて計数することにより、ディジタル信号が生成される。   Non-Patent Document 1 discloses an A-D converter (analog-digital converter) using voltage-frequency conversion (hereinafter referred to as VF (Voltage-Frequency) conversion). In this type of A / D converter, the frequency of the pulse signal output from the VF converter varies depending on the magnitude of the input voltage as an analog signal, and the number of pulses included in the pulse signal is used as a counter. The digital signal is generated by counting.

電圧−周波数変換を利用したA−D変換器であって、変換周波数を高めることなく、高精度にA−D変換を行うことが可能なものを実現する技術が提案されている(特許文献1)。特許文献1の技術は、二本のVCOを設け、両VCOの周期差を利用して主VCOの周期未満のV−F変換値を求める。主VCOから出力されるパルス信号のパルス数をカウンタ4にて計数することにより、ディジタル信号の上位ビットを生成する。一方、下位ビットについては、第3レジスタ10並びに第2および第3減算器11、12により、サンプリング周期ごとに、現在のサンプリング信号Psの活性化時点から主VCOおよび副VCOの出力の位相一致時点までの間に含まれる、主VCOの出力のパルス数に基づいて、サンプリング周期内初頭から主VCOの出力のサンプリング周期内最初のパルス発生までの位相差を算出することにより生成する。   There has been proposed a technique for realizing an A / D converter using voltage-frequency conversion, which can perform A / D conversion with high accuracy without increasing the conversion frequency (Patent Document 1). ). In the technique of Patent Document 1, two VCOs are provided, and a VF conversion value less than the period of the main VCO is obtained by using a period difference between both VCOs. The counter 4 counts the number of pulses of the pulse signal output from the main VCO, thereby generating the upper bits of the digital signal. On the other hand, for the lower bits, the third register 10 and the second and third subtracters 11 and 12 make the phase coincidence point of the output of the main VCO and the sub VCO from the activation point of the current sampling signal Ps every sampling period. Is generated by calculating the phase difference from the beginning of the sampling period to the first pulse generation within the sampling period of the main VCO based on the number of pulses of the output of the main VCO included in

一方、非特許文献2に、電流制御発振器を用いたΔΣ−AD変換器の技術が記載されている。非特許文献2の技術は、入力の電流を容量C1とC2に交互に充電し、パルスを得るマルチバイブレータ方式の電流制御型の発振器である。   On the other hand, Non-Patent Document 2 describes a technique of a ΔΣ-AD converter using a current-controlled oscillator. The technology of Non-Patent Document 2 is a multivibrator current control type oscillator that obtains pulses by alternately charging input currents to capacitors C1 and C2.

また、特許文献2には、鋸波電圧を生成する技術が記載されている。特許文献2の鋸波発生回路は、基準電圧を決定する電圧源と、電圧源の基準電圧と鋸波の出力電圧とを比較する比較回路と、比較回路の比較結果に応じて交互に充放電を繰り返す2つのコンデンサと、鋸波の発振周波数を決定する大きさの電流により2つのコンデンサを充電する定電流回路と、2つのコンデンサに対して、それぞれ放電回路を形成するスイッチ回路と、2つのコンデンサを交互に充電するように定電流回路にそれぞれ接続するスイッチ回路とを備える。出力端子からは、上下の基準電圧に応じて所定の振幅を有する鋸波電圧を発生することができる。   Patent Document 2 describes a technique for generating a sawtooth voltage. The sawtooth generation circuit disclosed in Patent Document 2 is alternately charged / discharged according to the comparison result of the voltage source that determines the reference voltage, the comparison circuit that compares the reference voltage of the voltage source and the output voltage of the sawtooth, and the comparison circuit. , A constant current circuit that charges the two capacitors with a current of a magnitude that determines the oscillation frequency of the sawtooth, a switch circuit that forms a discharge circuit for each of the two capacitors, and two And a switch circuit connected to each of the constant current circuits so as to charge the capacitors alternately. A sawtooth voltage having a predetermined amplitude can be generated from the output terminal according to the upper and lower reference voltages.

特許第3701668号公報Japanese Patent No. 3701668 特開2004−282352号公報JP 2004-282352 A ANALOG DEVICES AN-277 APPLICATION NOTE,III INSTRUMENTATION APPLICATIONS,Analog-to-Digital Conversion,Fig.9、インターネット<URL:http: //www.analog.com/UploadedFiles/Application_Notes/511072672AN277.pdf>ANALOG DEVICES AN-277 APPLICATION NOTE, III INSTRUMENTATION APPLICATIONS, Analog-to-Digital Conversion, Fig. 9, Internet <URL: http: //www.analog.com/UploadedFiles/Application_Notes/511072672AN277.pdf> 電子情報通信学会総合大会講演論文集、Vol.2000年.エレクトロニクス,No.2(20000307) p. 135、社団法人電子情報通信学会Proceedings of the IEICE General Conference, Vol. 2000, Electronics, No. 2 (20000307) p. 135, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers

電圧−周波数変換方式のA−D変換装置では、分解能は周波数で決定され、電圧制御発振器の電圧−周波数特性の直線性が重要である。電圧−周波数特性が直線でなくても、予め特性がわかっていれば補正することは可能であるが、補正処理のための回路が必要であり、また、補正処理の分、応答が遅くなる。特許文献1の技術では、発振器の周波数を高めることなく、分解能を向上できる。しかし、電圧制御発振器の電圧−周波数特性の直線性が重要であることは変わりない。   In the voltage-frequency conversion type AD converter, the resolution is determined by the frequency, and the linearity of the voltage-frequency characteristic of the voltage controlled oscillator is important. Even if the voltage-frequency characteristic is not a straight line, it can be corrected if the characteristic is known in advance. However, a circuit for the correction process is required, and the response is delayed by the correction process. With the technique of Patent Document 1, the resolution can be improved without increasing the frequency of the oscillator. However, the linearity of the voltage-frequency characteristic of the voltage controlled oscillator remains important.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧−周波数変換方式のA−D変換装置の精度を向上することである。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to improve the precision of the AD converter of a voltage-frequency conversion system.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係るA−D変換装置は、2つの等価な鋸波発生回路と、その2つの鋸波発生回路を交互に切り替えるスイッチ回路と、を含む電圧制御型発振器を有する、電圧−周波数変換回路を備えることを特徴とする。   To achieve the above object, an AD converter according to a first aspect of the present invention includes two equivalent sawtooth wave generation circuits and a switch circuit that alternately switches the two sawtooth wave generation circuits. A voltage-frequency conversion circuit having a voltage controlled oscillator is provided.

本発明によれば、電圧−周波数変換の直線性を向上できる。その結果、電圧−周波数変換方式のA−D変換装置の精度を向上できる。   According to the present invention, the linearity of voltage-frequency conversion can be improved. As a result, the accuracy of the voltage-frequency conversion type AD converter can be improved.

好ましくは、前記電圧−周波数変換回路は、第1の周期で発振する第1の周期信号を出力する第1の前記電圧制御型発振器と、前記第1の周期と異なり、かつ、前記第1の周期と一定の比を保つ第2の周期で発振する第2の周期信号を出力する第2の前記電圧制御型発振器と、を備え、前記第1の電圧制御型発振器は、自走により前記第1の周期信号の発振を開始し、前記第2の電圧制御型発振器は、A−D変換のサンプリング周期を示すサンプリング信号の活性化を契機として、前記第2の周期信号の発振を開始し、前記サンプリング周期内に含まれる前記第1の周期信号の波数に基づいて、入力であるアナログ信号に対応するディジタル信号の上位ビットを算出する上位ビット算出手段と、前記サンプリング信号の活性化時点から前記第1および第2の周期信号の位相が一致する時点までの間に含まれる前記第1または第2の周期信号の波数に基づいて、前記ディジタル信号の下位ビットを算出する下位ビット算出手段と、を備える。   Preferably, the voltage-frequency conversion circuit is different from the first voltage-controlled oscillator that outputs a first periodic signal that oscillates in a first period, the first period, and the first And a second voltage-controlled oscillator that outputs a second periodic signal that oscillates in a second period that maintains a constant ratio with the period, wherein the first voltage-controlled oscillator is free-running by the self-running. The oscillation of the first periodic signal is started, and the second voltage-controlled oscillator starts oscillating the second periodic signal in response to the activation of the sampling signal indicating the sampling period of AD conversion, Based on the wave number of the first periodic signal included in the sampling period, upper bit calculating means for calculating upper bits of a digital signal corresponding to an analog signal that is an input; from the activation time of the sampling signal, First And low-order bit calculation means for calculating low-order bits of the digital signal based on the wave number of the first or second periodic signal included until the phase of the second periodic signal matches. .

その結果、変換周波数を高めることなく、高精度にA−D変換を行うことが可能である。   As a result, it is possible to perform AD conversion with high accuracy without increasing the conversion frequency.

好ましくは、前記第1および第2の電圧制御型発振器の入力電圧をそれぞれ、同一の電圧を抵抗分割した電圧で与えることを特徴とする。   Preferably, the input voltages of the first and second voltage controlled oscillators are each given by the same voltage divided by resistance.

それによって、入力信号の電圧値によらず、2つの周期信号の周期比を一定に保つことができるので、A−D変換の精度を向上させることができる。   As a result, the periodic ratio of the two periodic signals can be kept constant regardless of the voltage value of the input signal, so that the accuracy of A-D conversion can be improved.

好ましくは、前記2つの鋸波発生回路を有する電圧制御型発振器において、前記スイッチ回路は、Nチャンネルトランジスタのシングル構成の反転回路を用いるフリップフロップから構成されることを特徴とする。   Preferably, in the voltage-controlled oscillator having the two sawtooth wave generation circuits, the switch circuit is configured by a flip-flop using an inverting circuit having a single configuration of an N-channel transistor.

Nチャンネルトランジスタのシングル構成の反転回路を用いることによって、電圧制御型発振器の2つの鋸波の切替動作を速くすることができる。その結果、よりよい周波数特性のA−D変換が得られる。   By using an inverting circuit having a single configuration of an N-channel transistor, the switching operation of the two sawtooth waves of the voltage controlled oscillator can be speeded up. As a result, AD conversion with better frequency characteristics can be obtained.

好ましくは、前記2つの鋸波発生回路を有する電圧制御型発振器において、鋸波電圧の基準電圧と比較した結果に応じて充放電動作を行うコンデンサと放電電圧端子との間に前記コンデンサと直列に、補償用のトランジスタを備えることを特徴とする。   Preferably, in the voltage controlled oscillator having the two sawtooth wave generation circuits, the capacitor is connected in series between the capacitor that performs charge / discharge operation according to the result of comparison with the reference voltage of the sawtooth voltage and the discharge voltage terminal. And a transistor for compensation.

これによって、充放電動作を行うコンデンサの放電基準電圧を少し高くし、2つの鋸波の切替動作の時間を補正して、電圧制御型発振器の電圧−周波数特性の直線性を向上することができる。   This makes it possible to improve the linearity of the voltage-frequency characteristics of the voltage controlled oscillator by slightly increasing the discharge reference voltage of the capacitor that performs the charge / discharge operation and correcting the time for switching the two sawtooth waves. .

好ましくは、前記2つの鋸波発生回路を有する電圧制御型発振器において、前記スイッチ回路は、反転回路ループのフリップフロップを備えることを特徴とする。   Preferably, in the voltage controlled oscillator having the two sawtooth wave generation circuits, the switch circuit includes a flip-flop of an inverting circuit loop.

これによって、電圧制御型発振器の回路の構成を簡単にし、ゲート数を減少させて、電圧制御型発振器の2つの鋸波の切替動作を速くすることができる。   As a result, the circuit configuration of the voltage controlled oscillator can be simplified, the number of gates can be reduced, and the switching operation of the two sawtooth waves of the voltage controlled oscillator can be accelerated.

本発明のA−D変換装置によれば、電圧−周波数変換方式のA−D変換装置の精度を向上できる。   According to the A / D conversion device of the present invention, the accuracy of the voltage-frequency conversion type A / D conversion device can be improved.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態に係るA−D変換装置20の構成を示すブロック図である。図1に示すように、A−D変換装置20は、アナログの信号を入力する入力端子21と、電圧制御発振器24(VCO(Voltage Controlled Oscillator)ともいう)と、カウンタ25と、レジスタ26と、サンプリングクロック発生部23と、ディジタル値を出力する出力端子22とから構成される。A−D変換装置20は、サンプリング周期ごとに、入力端子21から入力されたアナログ信号に対応するレベルのディジタル値を、出力端子22から出力する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an A / D conversion device 20 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the A / D converter 20 includes an input terminal 21 for inputting an analog signal, a voltage controlled oscillator 24 (also referred to as a VCO (Voltage Controlled Oscillator)), a counter 25, a register 26, It comprises a sampling clock generator 23 and an output terminal 22 for outputting a digital value. The AD converter 20 outputs from the output terminal 22 a digital value of a level corresponding to the analog signal input from the input terminal 21 for each sampling period.

サンプリングクロック発生部23は、A−D変換の基準となるサンプリング周期Tを有する周期信号であるサンプリングクロックを発生する。サンプリング周期Tは、アナログ信号をディジタル値に変換する所定の周期である。   The sampling clock generator 23 generates a sampling clock that is a periodic signal having a sampling period T that is a reference for A-D conversion. The sampling period T is a predetermined period for converting an analog signal into a digital value.

電圧制御発振器24は、入力信号の電圧に比例した周波数の周期信号を発生する。カウンタ25は、サンプリング周期Tごとに電圧制御発振器24から出力される周期信号の波数を計数し、計数した値(ディジタル値)をレジスタ26に出力する。レジスタ26は、サンプリング周期Tの間、入力したディジタル値を保持し、出力端子22に出力する。その結果、入力のアナログ信号のサンプリングクロックごとの電圧に比例したディジタル値が出力される。   The voltage controlled oscillator 24 generates a periodic signal having a frequency proportional to the voltage of the input signal. The counter 25 counts the wave number of the periodic signal output from the voltage controlled oscillator 24 every sampling period T, and outputs the counted value (digital value) to the register 26. The register 26 holds the input digital value during the sampling period T and outputs it to the output terminal 22. As a result, a digital value proportional to the voltage for each sampling clock of the input analog signal is output.

A−D変換装置20の分解能は、入力電圧に対して電圧制御発振器24が生成する周期信号の周波数で決定される。同じ入力電圧に対して周波数が高ければ、それだけ分解能が高くなる。アナログ信号を正しくディジタル値に変換するには、電圧制御発振器24が生成する周期信号の周波数が、入力電圧に比例することが必要である。入力電圧−周波数の特性が直線からずれると、A−D変換の精度が低下する。   The resolution of the AD converter 20 is determined by the frequency of the periodic signal generated by the voltage controlled oscillator 24 with respect to the input voltage. The higher the frequency for the same input voltage, the higher the resolution. In order to correctly convert an analog signal into a digital value, the frequency of the periodic signal generated by the voltage controlled oscillator 24 needs to be proportional to the input voltage. If the input voltage-frequency characteristic deviates from the straight line, the accuracy of A-D conversion decreases.

図2は、実施の形態1に係る電圧制御発振器24の構成の例を示すブロック図である。電圧制御発振器24は、入力端子27の入力電圧に応じた周期の鋸波を発生し、その鋸波の周期ごとにパルス(周期信号)を発生して、出力端子28に出力する。鋸波を発生する基本部分は、電流源29と、2つのコンデンサ32A、32Bと、コンデンサ32A、32Bを電流源29に接続するスイッチ31A、31Bと、コンデンサを放電電位(接地34)に接続するスイッチ33A、33Bから構成される。コンデンサ32A、32Bの特性は同じである。電圧制御発振器24は、定電圧源35と、コンパレータ36と、T−フリップフロップ37とを備える。また、入力端子27に接続する2つのコンパレータ38A、38Bと、AND回路39A、39Bを備える。   FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the voltage controlled oscillator 24 according to the first embodiment. The voltage controlled oscillator 24 generates a sawtooth wave having a period corresponding to the input voltage of the input terminal 27, generates a pulse (periodic signal) for each period of the sawtooth wave, and outputs the pulse to the output terminal 28. The basic part for generating a sawtooth wave is a current source 29, two capacitors 32A and 32B, switches 31A and 31B for connecting the capacitors 32A and 32B to the current source 29, and a capacitor connected to a discharge potential (ground 34). It comprises switches 33A and 33B. The characteristics of the capacitors 32A and 32B are the same. The voltage controlled oscillator 24 includes a constant voltage source 35, a comparator 36, and a T-flip flop 37. In addition, two comparators 38A and 38B connected to the input terminal 27 and AND circuits 39A and 39B are provided.

電圧制御発振器24は、2つの鋸波発生回路18A、18Bを備える。すなわち、電流源29と、コンデンサ32Aと、スイッチ31A、33A、接地34によって1つの鋸波発生回路18Aを形成し、同じく、電流源29と、コンデンサ32Bと、スイッチ31B、33B、接地34によってもう1つの鋸波発生回路18Bを形成している。図2では、電流源29と接地34は共通なので、理解を容易にするため鋸波発生回路18A、18Bを示す枠の外に記載している。   The voltage controlled oscillator 24 includes two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B. That is, one sawtooth wave generation circuit 18A is formed by the current source 29, the capacitor 32A, the switches 31A, 33A, and the ground 34. Similarly, the current source 29, the capacitor 32B, the switches 31B, 33B, and the ground 34 are already used. One sawtooth wave generation circuit 18B is formed. In FIG. 2, since the current source 29 and the ground 34 are common, they are shown outside the frame showing the sawtooth wave generation circuits 18A and 18B for easy understanding.

スイッチ33Aを開いた状態で、スイッチ31Aを閉じて電流源29からコンデンサ32Aに充電すると、端子電圧V1はコンデンサ32Aに蓄えられた電荷量に比例して上昇する。スイッチ31Aを開いて、スイッチ33Aを閉じると、コンデンサ32Aの電荷は接地34に流れ、コンデンサは放電される。充電電流に比べて放電電流は大きいので、充電時間より放電時間のほうが短い。その結果、コンデンサ32Aの端子電圧V1は鋸波を呈する。コンデンサ32Bについても同様に、スイッチ33Bを開いた状態でスイッチ31Bを閉じて充電し、スイッチ31Bを開きスイッチ33Bを閉じて放電することによって、コンデンサ32Bの端子電圧V2は鋸波状になる。電圧制御発振器24は、2つの鋸波発生回路18A、18Bを交互に用いて、放電時間に無関係な連続する鋸波を発生する。   When the switch 31A is closed and the switch 31A is closed and the capacitor 32A is charged from the current source 29, the terminal voltage V1 increases in proportion to the amount of charge stored in the capacitor 32A. When the switch 31A is opened and the switch 33A is closed, the charge of the capacitor 32A flows to the ground 34, and the capacitor is discharged. Since the discharge current is larger than the charge current, the discharge time is shorter than the charge time. As a result, the terminal voltage V1 of the capacitor 32A exhibits a sawtooth wave. Similarly, the capacitor 32B is charged by closing the switch 31B while the switch 33B is opened, and discharging the switch 31B by closing the switch 33B, so that the terminal voltage V2 of the capacitor 32B becomes a sawtooth waveform. The voltage controlled oscillator 24 uses two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B alternately to generate a continuous sawtooth wave that is independent of the discharge time.

定電圧源35、コンパレータ36、T−フリップフロップ37、コンパレータ38A、38B、およびAND回路39A、39Bは2つの鋸波発生回路18A、18Bを切り替えるスイッチ回路19を構成する。スイッチ31Aおよび31Bの電流源29側は、コンパレータ36の一方の入力に接続している。コンパレータ36の他方の入力は、定電圧源35に接続している。定電圧源35の電圧はVである。コンパレータ36の出力は、T−フリップフロップ37に接続している。コンパレータ36は入力を比較して、スイッチ31A、31B側が電圧VHよりも小さいときは0、電圧VH以上のときに1を出力する。T−フリップフロップ37は、端子Tに1パルスが入力されるごとに、出力Qの状態が1から0へ、または0から1へ切り替わる。 The constant voltage source 35, the comparator 36, the T-flip-flop 37, the comparators 38A and 38B, and the AND circuits 39A and 39B constitute a switch circuit 19 that switches between the two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B. The current source 29 side of the switches 31A and 31B is connected to one input of the comparator 36. The other input of the comparator 36 is connected to the constant voltage source 35. Voltage of the constant voltage source 35 is V H. The output of the comparator 36 is connected to a T-flip flop 37. The comparator 36 compares the inputs, and outputs 0 when the switches 31A and 31B are smaller than the voltage VH, and outputs 1 when the voltage is equal to or higher than the voltage VH. The T-flip-flop 37 switches the state of the output Q from 1 to 0 or from 0 to 1 every time one pulse is input to the terminal T.

出力Qはスイッチ31AとAND回路39Bに接続している。図2では、上線つきQで表示されている出力Qの反転であるnotQは、スイッチ31BとAND回路39Aに接続している。したがって、スイッチ31Aとスイッチ31Bは交互にONになり、一方が閉じているときは他方は開いている。   The output Q is connected to the switch 31A and the AND circuit 39B. In FIG. 2, notQ, which is an inversion of the output Q indicated by an overlined Q, is connected to the switch 31B and the AND circuit 39A. Therefore, the switch 31A and the switch 31B are alternately turned ON, and when one is closed, the other is open.

コンデンサ32A、32Bの端子からコンパレータ38A、38Bの一方の入力にそれぞれ接続している。コンパレータ38A、38Bの他方の入力は、入力端子27に接続している。定電圧源35の電圧VHは、入力の最大電圧より高く設定されている。コンパレータ38A、38Bの出力は、それぞれAND回路39A、39Bの他方の入力に接続している。AND回路39A、39Bの出力は、それぞれスイッチ33A、33Bに接続している。コンパレータ38A、38Bはそれぞれ、コンデンサ32A、32Bの端子側が入力電圧より低い場合に0、入力電圧以上の場合に1を出力する。   The terminals of the capacitors 32A and 32B are connected to one input of the comparators 38A and 38B, respectively. The other inputs of the comparators 38A and 38B are connected to the input terminal 27. The voltage VH of the constant voltage source 35 is set higher than the maximum input voltage. The outputs of the comparators 38A and 38B are connected to the other inputs of the AND circuits 39A and 39B, respectively. The outputs of the AND circuits 39A and 39B are connected to the switches 33A and 33B, respectively. The comparators 38A and 38B output 0 when the terminal side of the capacitors 32A and 32B is lower than the input voltage, respectively, and 1 when the input voltage is equal to or higher than the input voltage.

AND回路39A、39Bは、2つの入力がともに1のときに1を、それ以外は0を出力する。したがって、Qとコンパレータ38Bの出力がともに1のときに限り、スイッチ33Bが閉じる。また、notQとコンパレータ38Aの出力がともに1のときに限り、スイッチ33Aが閉じる。   The AND circuits 39A and 39B output 1 when both inputs are 1, and output 0 otherwise. Accordingly, the switch 33B is closed only when both Q and the output of the comparator 38B are 1. Further, the switch 33A is closed only when both the notQ and the output of the comparator 38A are 1.

スイッチ31A、31Bの電流源29側はパルス発生器30に接続している。パルス発生器30は鋸波の立ち下がりエッジでパルスを発生し、出力端子28に出力する。   The current source 29 side of the switches 31A and 31B is connected to the pulse generator 30. The pulse generator 30 generates a pulse at the falling edge of the sawtooth wave and outputs it to the output terminal 28.

つぎに、電圧制御発振器24の作用を説明する。まず、T−フリップフロップ37の出力Qが1であったとする。出力Qが1なので、スイッチ31Aが閉じ、スイッチ31Bは開いた状態である。notQは0なので、スイッチ33Aは開いた状態である。この状態で、コンデンサ32Aは電流源29の電流によって充電され、端子電圧は上昇する。そのとき、コンデンサ32Bの端子電圧が入力より高ければ、スイッチ33Bが閉じてコンデンサ32Bは放電する。   Next, the operation of the voltage controlled oscillator 24 will be described. First, it is assumed that the output Q of the T-flip flop 37 is 1. Since the output Q is 1, the switch 31A is closed and the switch 31B is open. Since notQ is 0, the switch 33A is open. In this state, the capacitor 32A is charged by the current from the current source 29, and the terminal voltage rises. At that time, if the terminal voltage of the capacitor 32B is higher than the input, the switch 33B is closed and the capacitor 32B is discharged.

コンデンサ32Aの端子電圧が上昇して、Voutが電圧VH以上になると、コンパレータ36の出力が1になり、T−フリップフロップ37の出力Qが0になる。すると今度は、スイッチ31Aが開いて、スイッチ31Bが閉じる。そして、スイッチ33Bは開いた状態になる。このとき、コンパレータ36の出力は0に戻る。この状態で、コンデンサ32Bは電流源29の電流によって充電され、端子電圧は上昇する。   When the terminal voltage of the capacitor 32A rises and Vout becomes equal to or higher than the voltage VH, the output of the comparator 36 becomes 1, and the output Q of the T-flip flop 37 becomes 0. This time, the switch 31A is opened and the switch 31B is closed. Then, the switch 33B is opened. At this time, the output of the comparator 36 returns to zero. In this state, the capacitor 32B is charged by the current from the current source 29, and the terminal voltage rises.

コンデンサ32Aの端子電圧はVH以上で、入力電圧VLより高いので、コンパレータ38Aの出力は1である。notQが1でAND回路39Aの出力が1になり、スイッチ33Aが閉じるので、コンデンサ32Aは放電する。コンデンサ32Aの端子電圧が入力電圧VLより低くなると、コンパレータ38Aの出力は0になり、AND回路39Aの出力が0になって、スイッチ33Aは開く。したがって、コンデンサ32Aの端子電圧は入力電圧VL以下になったところで保持される。   Since the terminal voltage of the capacitor 32A is VH or higher and higher than the input voltage VL, the output of the comparator 38A is 1. Since notQ is 1 and the output of the AND circuit 39A becomes 1, and the switch 33A is closed, the capacitor 32A is discharged. When the terminal voltage of the capacitor 32A becomes lower than the input voltage VL, the output of the comparator 38A becomes 0, the output of the AND circuit 39A becomes 0, and the switch 33A opens. Therefore, the terminal voltage of the capacitor 32A is held when it becomes lower than the input voltage VL.

コンデンサ32Bの端子電圧が上昇して、Voutが電圧VH以上になると、コンパレータ36の出力が1になり、T−フリップフロップ37の出力Qが1になる。すると最初の状態に戻って、スイッチ31Bが開いて、スイッチ31Aが閉じる。このとき、コンパレータ36の出力は0に戻る。この状態で、コンデンサ32Aは電流源29の電流によって充電され、端子電圧は上昇する。   When the terminal voltage of the capacitor 32B rises and Vout becomes equal to or higher than the voltage VH, the output of the comparator 36 becomes 1, and the output Q of the T-flip flop 37 becomes 1. Then, it returns to the initial state, the switch 31B is opened, and the switch 31A is closed. At this time, the output of the comparator 36 returns to zero. In this state, the capacitor 32A is charged by the current from the current source 29, and the terminal voltage rises.

コンデンサ32Bの端子電圧はVH以上で、入力電圧VLより高いので、コンパレータ38Bの出力は1である。Qが1でAND回路39Bの出力が1になり、スイッチ33Bが閉じるので、コンデンサ32Bは放電する。コンデンサ32Bの端子電圧が入力電圧VLより低くなると、コンパレータ38Bの出力は0になり、AND回路39Bの出力が0になって、スイッチ33Bは開く。したがって、コンデンサ32Bの端子電圧は入力電圧VL以下になったところで保持される。   Since the terminal voltage of the capacitor 32B is VH or higher and higher than the input voltage VL, the output of the comparator 38B is 1. Since Q is 1 and the output of the AND circuit 39B becomes 1, and the switch 33B is closed, the capacitor 32B is discharged. When the terminal voltage of the capacitor 32B becomes lower than the input voltage VL, the output of the comparator 38B becomes 0, the output of the AND circuit 39B becomes 0, and the switch 33B opens. Therefore, the terminal voltage of the capacitor 32B is held when it becomes lower than the input voltage VL.

以上の動作を繰り返し、スイッチ31A、31Bの電流源29側は、下の電位がVLで上の電位がVHの鋸波を呈する。充電電流は電流源29の電流によって一定なので、コンデンサ32A、32Bの端子電圧が上昇する速さは一定である。入力電圧VLが高いときには、コンデンサ32A、32Bの端子電圧がVLからVHになるまでの時間は短く、入力電圧VLが低いときには長くなる。したがって、鋸波の周波数は入力電圧VLに比例する。   By repeating the above operation, the current source 29 side of the switches 31A and 31B exhibits a sawtooth wave having a lower potential VL and an upper potential VH. Since the charging current is constant depending on the current of the current source 29, the speed at which the terminal voltages of the capacitors 32A and 32B rise is constant. When the input voltage VL is high, the time until the terminal voltages of the capacitors 32A and 32B change from VL to VH is short, and when the input voltage VL is low, the time is long. Therefore, the frequency of the sawtooth wave is proportional to the input voltage VL.

パルス発生器30によって、鋸波の立ち下がりエッジでパルスを発生する。コンデンサ32A、32Bの特性は同じで、電流源29は共通なので、鋸波の形状は両者で同じである。すなわち、両者の鋸波の周期は等しい。従って、電圧制御発振器24は入力電圧に比例した周波数のパルスを出力する。   The pulse generator 30 generates a pulse at the falling edge of the sawtooth wave. Since the characteristics of the capacitors 32A and 32B are the same and the current source 29 is common, the shape of the sawtooth wave is the same for both. That is, the period of both sawtooth waves is equal. Therefore, the voltage controlled oscillator 24 outputs a pulse having a frequency proportional to the input voltage.

図3は、実施の形態1に係る電圧制御発振器24の異なる構成の例を示すブロック図である。電圧制御発振器24は、2つの鋸波発生回路18A、18Bを備える。すなわち、電流源である電圧−電流アンプ17と、コンデンサ32Aと、スイッチ31A、33A、接地34によって1つの鋸波発生回路18Aを形成し、同じく、電圧−電流アンプ17と、コンデンサ32Bと、スイッチ31B、33B、接地34によってもう1つの鋸波発生回路18Bを形成している。図3では、電圧−電流アンプ17と接地34は共通なので、理解を容易にするため鋸波発生回路18A、18Bを示す枠の外に記載している。電流源である電圧−電流アンプ17は、入力端子27の電圧に比例した電流を発生する。   FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a different configuration of the voltage controlled oscillator 24 according to the first embodiment. The voltage controlled oscillator 24 includes two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B. That is, the voltage-current amplifier 17, which is a current source, the capacitor 32A, the switches 31A and 33A, and the ground 34 form one sawtooth wave generation circuit 18A. Similarly, the voltage-current amplifier 17, the capacitor 32B, and the switch Another sawtooth wave generation circuit 18B is formed by 31B, 33B and ground 34. In FIG. 3, since the voltage-current amplifier 17 and the ground 34 are common, they are shown outside the frame showing the sawtooth wave generation circuits 18A and 18B for easy understanding. The voltage-current amplifier 17 which is a current source generates a current proportional to the voltage at the input terminal 27.

図3の電圧制御発振器24では、コンデンサ32A、32Bを充電する電流は一定ではなく、入力電圧に比例する。鋸波のピーク電位(VH)はトランジスタ41A、41Bのスイッチング電圧で決定される。反転回路42と43は、反転回路ループを構成している。鋸波発生回路18A、18Bの切替には、図2のT−フリップフロップ37に代えて、反転回路ループを用いる。   In the voltage controlled oscillator 24 of FIG. 3, the current for charging the capacitors 32A and 32B is not constant but is proportional to the input voltage. The peak potential (VH) of the sawtooth wave is determined by the switching voltages of the transistors 41A and 41B. The inverting circuits 42 and 43 constitute an inverting circuit loop. For switching between the sawtooth wave generation circuits 18A and 18B, an inverting circuit loop is used instead of the T-flip flop 37 of FIG.

コンデンサ32A、32Bの端子電圧V1、V2がトランジスタ41A、41Bのスイッチング電圧(VH)より高くなると、トランジスタ41A、41Bが導通して反転回路ループの端子を低電位にするので、反転回路ループの両側の電位が切り替わる。反転回路ループの両側は、図2におけるT−フリップフロップ37の出力QおよびnotQに相当する。   When the terminal voltages V1 and V2 of the capacitors 32A and 32B become higher than the switching voltage (VH) of the transistors 41A and 41B, the transistors 41A and 41B are turned on to bring the terminal of the inverting circuit loop to a low potential. The potential of is switched. Both sides of the inverting circuit loop correspond to the outputs Q and notQ of the T-flip flop 37 in FIG.

充電電流は入力電圧に比例し、コンデンサ32A、32Bを切り替えるピーク電圧VHと放電電圧(接地34)は一定なので、入力電圧が高いと、それだけ速く充電されて速くピーク電圧に達して切り替わり、入力電圧が低ければゆっくり充電されて、ピーク電圧に達するのが遅くなる。したがって、鋸波の周期は入力電圧に反比例し、周波数は入力電圧に比例する。   The charge current is proportional to the input voltage, and the peak voltage VH and the discharge voltage (ground 34) for switching the capacitors 32A and 32B are constant. Therefore, if the input voltage is high, the capacitor is charged faster and reaches the peak voltage faster and switches. If it is low, it will be charged slowly and the peak voltage will be slow to reach. Therefore, the sawtooth period is inversely proportional to the input voltage, and the frequency is proportional to the input voltage.

図2の回路では充電電流が一定なので、鋸波の立ち上がり傾斜は同じ角度であり、入力電圧が変化すると鋸波はほぼ相似形で変化する。図3の回路では、充電電流が入力電圧に比例しピーク電圧が一定なので、鋸波の高さが一定で周期が変化する。図4は1つの鋸波発生回路に着目して、2つの電圧制御発振器24の鋸波の違いを示す。図4(a)は、2つの回路のある入力電圧における鋸波の波形を代表して示す。図4(b)は、図2の電圧制御発振器24において、入力電圧が2倍になったときの鋸波の波形を示す。図4(c)は、図3の電圧制御発振器24において、入力電圧が2倍になったときの鋸波の波形を示す。図4(b)に示すように、図2の回路では、鋸波は相似形で変化する。図4(c)に示すように、図3の回路では、鋸波は高さが一定で周期が変化する。いずれも、入力電圧に比例した周波数の周期信号を生成する。   In the circuit of FIG. 2, since the charging current is constant, the rising slope of the sawtooth wave is the same angle, and when the input voltage changes, the sawtooth wave changes in a similar shape. In the circuit of FIG. 3, since the charging current is proportional to the input voltage and the peak voltage is constant, the height of the sawtooth wave is constant and the period changes. FIG. 4 shows the difference between the sawtooth waves of the two voltage controlled oscillators 24 by focusing on one sawtooth wave generation circuit. FIG. 4A representatively shows the sawtooth waveform at an input voltage of two circuits. FIG. 4B shows a sawtooth waveform when the input voltage is doubled in the voltage controlled oscillator 24 of FIG. FIG. 4C shows a sawtooth waveform when the input voltage is doubled in the voltage controlled oscillator 24 of FIG. As shown in FIG. 4B, the sawtooth wave changes in a similar manner in the circuit of FIG. As shown in FIG. 4C, in the circuit of FIG. 3, the sawtooth wave has a constant height and the cycle changes. In either case, a periodic signal having a frequency proportional to the input voltage is generated.

図5は、実施の形態1に係るパルス信号生成の例を示すタイムチャートである。T−フリップフロップ37の出力Qの状態が切り替わるごとに、充電されるコンデンサが切り替わることが示されている。パルス発生回路の入力であるVoutの電圧は、コンデンサの放電時間を除いた、充電時間だけからなる鋸波になっている。   FIG. 5 is a time chart showing an example of pulse signal generation according to the first embodiment. It is shown that the capacitor to be charged is switched each time the state of the output Q of the T-flip flop 37 is switched. The voltage of Vout, which is the input of the pulse generation circuit, is a sawtooth wave consisting only of the charging time, excluding the discharging time of the capacitor.

コンデンサ32A、32Bの充電電流が充電時間の間一定であるのに対して、放電電流は一定ではなく、放電時間は電源電圧VHと入力電圧VLの電位差に比例しない。また、放電するスイッチのON抵抗によっても変化する。すなわち、図5のV1およびV2の鋸波の立ち下がり時間は、電圧には比例しない。したがって、電圧制御発振器(VCO)24の出力の周期にコンデンサの放電時間を含む場合は、周波数は正確には入力電圧に比例しないことになる。本実施の形態では、VCO24出力の周期にコンデンサの放電時間を含まないので、周期信号の周波数は入力電圧に比例し、電圧−周波数特性が直線に近くなる。その結果、A−D変換の精度が向上する。   While the charging currents of the capacitors 32A and 32B are constant during the charging time, the discharging current is not constant, and the discharging time is not proportional to the potential difference between the power supply voltage VH and the input voltage VL. It also changes depending on the ON resistance of the discharging switch. That is, the falling times of the sawtooth waves of V1 and V2 in FIG. 5 are not proportional to the voltage. Therefore, when the discharge period of the capacitor is included in the output period of the voltage controlled oscillator (VCO) 24, the frequency is not exactly proportional to the input voltage. In the present embodiment, since the discharge time of the capacitor is not included in the cycle of the VCO 24 output, the frequency of the periodic signal is proportional to the input voltage, and the voltage-frequency characteristic is close to a straight line. As a result, the accuracy of A-D conversion is improved.

また、図3の回路では、フリップフロップに反転回路ループを用いるのでゲート数が少なく、スイッチング動作が速い。そのため、2つの鋸波発生回路18A、18Bの切替動作が速くなる。その結果、電圧制御発振器24の電圧−周波数特性の直線性が向上する。   In the circuit of FIG. 3, since an inverting circuit loop is used for the flip-flop, the number of gates is small and the switching operation is fast. Therefore, the switching operation of the two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B becomes faster. As a result, the linearity of the voltage-frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 24 is improved.

(実施の形態2)
実施の形態2は、V−F変換を利用したA−D変換装置20であって、二本のVCOを備え、両VCOの周期差を利用して主VCOの周期未満のV−F変換値を求めることにより高精度にA−D変換を行うものである。
(Embodiment 2)
The second embodiment is an AD conversion apparatus 20 using VF conversion, which includes two VCOs, and uses a difference between both VCOs to obtain a VF conversion value less than the period of the main VCO. A-D conversion is performed with high accuracy.

図6は、本発明の実施の形態2に係るA−D変換装置20のブロック図である。図6に示すように、このA−D変換装置20は、入力端子21に入力されるアナログ信号である電圧Vinをディジタル信号に変換するA−D変換装置20であって、周期Tbaseで発振するパルス信号を出力する電圧制御発振器1(以下、BASE−VCO(Voltage Controlled Oscillator)という)と、周期Tbaseとは異なる周期Tjawで発振するパルス信号を出力する電圧制御発振器2(以下、JAW−VCOという)とを備えている。BASE−VCO1およびJAW−VCO2は、それぞれ実施の形態1で用いた電圧制御発振器24と同様の構成である。すなわち、それぞれ2つの等価な鋸波発生回路18A、18Bを備え、2つの鋸波発生回路18A、18Bを交互に用いて、放電時間に無関係な連続する鋸波を発生する。   FIG. 6 is a block diagram of the AD conversion apparatus 20 according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 6, this A-D converter 20 is an A-D converter 20 that converts an analog signal voltage Vin input to an input terminal 21 into a digital signal, and oscillates at a period Tbase. A voltage controlled oscillator 1 (hereinafter referred to as BASE-VCO (Voltage Controlled Oscillator)) that outputs a pulse signal and a voltage controlled oscillator 2 (hereinafter referred to as JAW-VCO) that outputs a pulse signal that oscillates at a period Tjaw different from the period Tbase. ). The BASE-VCO 1 and the JAW-VCO 2 have the same configuration as that of the voltage controlled oscillator 24 used in the first embodiment. That is, two equivalent sawtooth wave generation circuits 18A and 18B are provided, respectively, and two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B are alternately used to generate a continuous sawtooth wave irrelevant to the discharge time.

また、このA−D変換装置20は、位相差判定回路3と、上位桁算出部であるカウンタ4および第1レジスタ5と、上下桁合成部6と、第2レジスタ7と、第1減算器8と、動作制御回路9と、下位桁算出部たる第3レジスタ10および第2および第3減算器11、12とを備えている。位相差判定回路3、上位桁算出部(カウンタ4および第1レジスタ5)、上下桁合成部6、第2レジスタ7、第1減算器8、動作制御回路9、並びに、下位桁算出部(第3レジスタ10、第2および第3減算器11、12)は、協同してディジタル値算出部として機能する。   The AD converter 20 includes a phase difference determination circuit 3, a counter 4 and a first register 5 that are higher-order digit calculation units, an upper and lower digit synthesis unit 6, a second register 7, and a first subtractor. 8, an operation control circuit 9, a third register 10 which is a lower digit calculation unit, and second and third subtractors 11 and 12. Phase difference determination circuit 3, upper digit calculation unit (counter 4 and first register 5), upper and lower digit synthesis unit 6, second register 7, first subtractor 8, operation control circuit 9, and lower digit calculation unit (first digit) The three registers 10, the second and third subtractors 11, 12) cooperate to function as a digital value calculation unit.

本実施の形態においても基本的には、実施の形態1のA−D変換装置20と同様、BASE−VCO1から出力されるパルス信号のパルス数をカウンタ4にて計数することにより、ディジタル信号を生成する。BASE−VCO1からの出力信号は、カウンタ4のクロック入力端Tに入力されており、カウンタ4はBASE−VCO1の発振回数を計数することができる。   Also in the present embodiment, basically, the digital signal is obtained by counting the number of pulses of the pulse signal output from the BASE-VCO 1 by the counter 4 as in the case of the AD converter 20 of the first embodiment. Generate. An output signal from the BASE-VCO 1 is input to the clock input terminal T of the counter 4, and the counter 4 can count the number of oscillations of the BASE-VCO 1.

すなわち、BASE−VCO1の電圧制御信号としてアナログ信号たる入力電圧VinがBASE−VCO1に与えられる。そして、入力電圧VinによりBASE−VCO1の周期Tbaseは制御される。   That is, the input voltage Vin, which is an analog signal, is applied to the BASE-VCO 1 as a voltage control signal for the BASE-VCO 1. Then, the cycle Tbase of the BASE-VCO 1 is controlled by the input voltage Vin.

入力電圧Vinが高いほどBASE−VCO1が高速動作をするため、その周期Tbaseが小さくなる。周期Tbaseが小さければ、単位時間当たりにBASE−VCO1から出力されるパルス信号のパルス数は多くなる。一方、入力電圧Vinが低いほどBASE−VCO1が低速動作をするため、その周期Tbaseが大きくなる。周期Tbaseが大きければ、単位時間当たりにBASE−VCO1から出力されるパルス信号のパルス数は少なくなる。   Since the BASE-VCO 1 operates at a higher speed as the input voltage Vin is higher, the cycle Tbase becomes smaller. If the period Tbase is small, the number of pulses of the pulse signal output from the BASE-VCO 1 per unit time increases. On the other hand, since the BASE-VCO 1 operates at a lower speed as the input voltage Vin is lower, the cycle Tbase becomes larger. If the period Tbase is large, the number of pulses of the pulse signal output from the BASE-VCO 1 per unit time decreases.

よって、サンプリングクロック発生部13が生成する所定の期間(=1サンプリング周期)中にBASE−VCO1から出力されるパルス信号のパルス数をカウンタ4にて計数すれば、その計数値の大小がアナログ信号たる入力電圧Vinの大小を示し、計数値そのものがアナログ信号たる入力電圧Vinのディジタル信号への変換値に相当することになる。この計数値を出力すれば、V−F変換を利用したA−D変換が実現できる。なお、A−D変換装置20の分解能はBASE−VCO1の発振周波数とサンプリング周波数とを用いて、A−D分解能=log (BASE−VCO1の発振周波数/サンプリング周波数)として求められる。例えばBASE−VCO1の発振周波数=50[MHz]、サンプリング周波数=44[kHz]の場合、分解能は10bitと算出される。 Therefore, if the counter 4 counts the number of pulses of the pulse signal output from the BASE-VCO 1 during a predetermined period (= 1 sampling period) generated by the sampling clock generator 13, the magnitude of the count value is an analog signal. The magnitude of the input voltage Vin is a value, and the count value itself corresponds to the converted value of the input voltage Vin, which is an analog signal, into a digital signal. If this count value is output, AD conversion using VF conversion can be realized. The resolution of the AD converter 20 is obtained as AD resolution = log 2 (oscillation frequency / sampling frequency of BASE-VCO1) using the oscillation frequency and sampling frequency of BASE-VCO1. For example, when the oscillation frequency of BASE-VCO 1 is 50 [MHz] and the sampling frequency is 44 [kHz], the resolution is calculated as 10 bits.

しかし、上記課題にて述べたように、BASE−VCO1のパルス信号をカウントするだけでは、パルス信号に含まれるパルス数がそもそも少ない場合等において、カウンタ4における計数値にほとんど変動が見られず、高精度なA−D変換を行うことができない。   However, as described in the above problem, when the number of pulses included in the pulse signal is small by simply counting the pulse signal of the BASE-VCO 1, the count value in the counter 4 hardly changes. High-precision A / D conversion cannot be performed.

より具体的には、例えば入力電圧Vinが4[V]以上5[V]未満のときにBASE−VCO1から1サンプリング周期中に出力されるパルス信号のパルス数が4個であり、入力電圧Vinが3[V]以上4[V]未満のときには1サンプリング周期中のパルス数が3個であるとすれば、入力電圧Vinが4.2[V]であっても4.8[V]であっても、計数されるパルス数は4個とされるし、入力電圧Vinが3.5[V]であっても3.9[V]であっても、計数されるパルス数は3個とされる、ということである。   More specifically, for example, when the input voltage Vin is 4 [V] or more and less than 5 [V], the number of pulses of the pulse signal output from the BASE-VCO 1 during one sampling period is four, and the input voltage Vin Is 3 [V] or more and less than 4 [V], assuming that the number of pulses in one sampling period is three, even if the input voltage Vin is 4.2 [V], it is 4.8 [V]. Even so, the number of pulses counted is four, and the number of pulses counted is three regardless of whether the input voltage Vin is 3.5 [V] or 3.9 [V]. It is said that.

すなわち、パルス数を計数してA−D変換を行う場合、計数するパルス数の小数部分まで区別することができないので、4.2[V]と4.8[V]のようにアナログ電圧において微小な相違を有するにも拘らず、いずれの場合も変換後のディジタル信号においては“4”との数値が出力されてしまうのである。もちろん、V−F変換の変換周波数を高める、すなわち、BASE−VCO1の発振周波数を高める(上記数値例の場合、例えば4[V]以上5[V]未満のときのパルス数を40〜49個のように高める)ことができれば、A−D変換の高精度化は可能である(上記数値例の場合、例えば42個と48個のように区別可能である)。しかし、変換周波数は、回路の製造プロセス条件や許容周波数ジッター値等の制限により、容易に高められるものではない。   In other words, when A / D conversion is performed by counting the number of pulses, it is impossible to distinguish even the fractional part of the number of pulses to be counted. Therefore, in analog voltages such as 4.2 [V] and 4.8 [V] In any case, a numerical value of “4” is output in the converted digital signal in spite of slight differences. Of course, the conversion frequency of VF conversion is increased, that is, the oscillation frequency of the BASE-VCO 1 is increased (in the case of the above numerical example, for example, 40 to 49 pulses when the frequency is 4 [V] or more and less than 5 [V]) A-D conversion can be made more accurate (in the case of the above numerical example, for example, 42 and 48 can be distinguished). However, the conversion frequency is not easily increased due to limitations on circuit manufacturing process conditions, allowable frequency jitter values, and the like.

そこで、本実施の形態では、BASE−VCO1に対して周期差を有するJAW−VCO2を用意し、両VCO出力の位相差を計測してBASE−VCO1の周期Tbase未満のV−F変換値を求める。V−F変換を利用したA−D変換において変換精度を高めるということは、BASE−VCO1から出力されるパルス信号のパルス数では計数しきれない、計数の小数部分を計測するということであり、このパルス数の小数部分計測のために、本実施の形態においてJAW−VCO2を採用するのである。   Therefore, in the present embodiment, JAW-VCO 2 having a period difference with respect to BASE-VCO 1 is prepared, and the phase difference between both VCO outputs is measured to obtain a VF conversion value less than the period Tbase of BASE-VCO 1. . Increasing the conversion accuracy in AD conversion using VF conversion means measuring the fractional part of the count that cannot be counted by the number of pulses of the pulse signal output from BASE-VCO1. In this embodiment, JAW-VCO2 is employed for the fractional part measurement of the number of pulses.

なお、アナログ信号たる入力電圧Vinは、JAW−VCO2の電圧制御信号としても機能する。そして、入力電圧VinによりJAW−VCO2の周期Tjawも制御される。ここで、周期Tbaseと周期Tjawとの比をA:B(A≠B)とすると、このA:Bの比を保ったまま、入力電圧Vinにより周期TbaseおよびTjawの各値は制御される。   Note that the input voltage Vin as an analog signal also functions as a voltage control signal for the JAW-VCO 2. The period Tjaw of JAW-VCO 2 is also controlled by the input voltage Vin. Here, assuming that the ratio of the period Tbase to the period Tjaw is A: B (A ≠ B), the values of the periods Tbase and Tjaw are controlled by the input voltage Vin while maintaining the ratio of A: B.

BASE−VCO1の周期とJAW−VCO2の周期の比を一定に保つには、例えば、図6のように、一方のVCOへの入力を抵抗14および15によって、入力端子21と接地16との電位差を抵抗分割して他方のVCOに入力する。入力の電圧が変化しても、2つのVCOに入力される電圧の比は一定である。VCOの特性が同じであれば、周期比は一定に保たれることになる。その他、増幅回路によって一定の比の入力を生成してもよい。   In order to keep the ratio of the period of BASE-VCO1 and the period of JAW-VCO2 constant, for example, as shown in FIG. 6, the potential difference between the input terminal 21 and the ground 16 is input to one VCO by resistors 14 and 15. Is divided into resistors and input to the other VCO. Even if the input voltage changes, the ratio of the voltages input to the two VCOs is constant. If the VCO characteristics are the same, the cycle ratio is kept constant. In addition, a fixed ratio input may be generated by an amplifier circuit.

本実施の形態では、出力すべきディジタル信号の上位ビットについては、BASE−VCO1から1サンプリング周期中に出力されるパルス信号のパルス数に基づいて算出する。一方、ディジタル信号の下位ビットについては、ディジタル信号のサンプリング周期を示すサンプリング信号Psの活性化時点からBASE−VCO1のパルス信号の位相とJAW−VCO2のパルス信号の位相とが一致する時点までの間に含まれる、BASE−VCO1またはJAW−VCO2のパルス信号のパルス数に基づいて算出する。   In the present embodiment, the upper bits of the digital signal to be output are calculated based on the number of pulses of the pulse signal output from BASE-VCO 1 during one sampling period. On the other hand, for the lower bits of the digital signal, the period from the activation of the sampling signal Ps indicating the sampling period of the digital signal to the time when the phase of the pulse signal of the BASE-VCO1 and the phase of the pulse signal of the JAW-VCO2 match. Is calculated based on the number of pulses of the BASE-VCO1 or JAW-VCO2 pulse signal.

周期TbaseおよびTjawを異なる値としておくと、BASE−VCO1およびJAW−VCO2の2つのVCOの発振出力の位相が一定間隔で一致する。この間隔をMとする。BASE−VCO1については、自走によりその出力パルス信号の発振を開始させる。一方、JAW−VCO2については、サンプリング信号Psの活性化に伴って発振開始させる。すなわち、このJAW−VCO2については、サンプリング信号Psの活性化と同時に発振を開始させ、サンプリング信号Psの活性化時点をJAW−VCO2の発振起点とする。   If the periods Tbase and Tjaw are set to different values, the phases of the oscillation outputs of the two VCOs BASE-VCO1 and JAW-VCO2 coincide with each other at regular intervals. Let this interval be M. About BASE-VCO1, the oscillation of the output pulse signal is started by self-running. On the other hand, the JAW-VCO 2 starts to oscillate as the sampling signal Ps is activated. That is, the JAW-VCO 2 starts oscillating simultaneously with the activation of the sampling signal Ps, and the activation point of the sampling signal Ps is set as the oscillation starting point of the JAW-VCO 2.

図7は、BASE−VCO1のパルス信号とJAW−VCO2のパルス信号との一例を示すタイミングチャートである。図7では、サンプリング信号Psの活性化時点(すなわちJAW−VCO2の発振起点)が、ちょうどBASE−VCO1のあるパルスの立ち上がりと同時であって、また、BASE−VCO1のパルス数9個に対してJAW−VCO2のパルス数が8個となる場合を示している。この場合、周期Tbaseと周期Tjawとの比A:Bは8:9である。   FIG. 7 is a timing chart showing an example of a BASE-VCO1 pulse signal and a JAW-VCO2 pulse signal. In FIG. 7, the activation time of the sampling signal Ps (that is, the oscillation start point of JAW-VCO2) is just at the same time as the rise of a pulse of BASE-VCO1, and the number of pulses of BASE-VCO1 is 9 The case where the number of pulses of JAW-VCO2 is 8 is shown. In this case, the ratio A: B between the period Tbase and the period Tjaw is 8: 9.

また、図8は、BASE−VCO1のパルス信号とJAW−VCO2のパルス信号との他の一例を示すタイミングチャートである。図8でも、サンプリング信号Psの活性化時点(すなわちJAW−VCO2の発振起点)が、ちょうどBASE−VCO1のあるパルスの立ち上がりと同時である場合を示しているが、図8では、BASE−VCO1のパルス数8個に対してJAW−VCO2のパルス数が9個となる場合を示している。この場合、周期Tbaseと周期Tjawとの比A:Bは9:8である。   FIG. 8 is a timing chart showing another example of the BASE-VCO1 pulse signal and the JAW-VCO2 pulse signal. FIG. 8 also shows a case where the activation time of the sampling signal Ps (that is, the oscillation start point of JAW-VCO2) is just at the same time as the rise of a pulse of BASE-VCO1, but in FIG. In this example, the number of JAW-VCO2 pulses is 9 with respect to 8 pulses. In this case, the ratio A: B between the period Tbase and the period Tjaw is 9: 8.

本実施の形態においては、BASE−VCO1とJAW−VCO2との間での周期差を、図7のようにJAW−VCO2の周期Tjawが大きくなるように設定してもよいし、図8のようにBASE−VCO1の周期Tbaseが大きくなるように設定してもよい。ただし、JAW−VCO2の周期TjawをBASE−VCO1の周期Tbaseよりも大きくする方が、両VCO出力の位相差の検出が容易となるので、以下では、図7のように、BASE−VCO1のパルス数9個に対してJAW−VCO2のパルス数が8個となる場合を例に採って、説明を行う。   In the present embodiment, the period difference between BASE-VCO1 and JAW-VCO2 may be set so that the period Tjaw of JAW-VCO2 becomes large as shown in FIG. 7, or as shown in FIG. Alternatively, the BASE-VCO 1 cycle Tbase may be set to be large. However, if the period Tjaw of JAW-VCO2 is made larger than the period Tbase of BASE-VCO1, detection of the phase difference between the two VCO outputs becomes easier. Therefore, in the following, as shown in FIG. The case where the number of JAW-VCO2 pulses is 8 with respect to the number 9 will be described as an example.

図9は、BASE−VCO1とJAW−VCO2とを用いることで周期Tbase未満のV−F変換値が求められる原理を説明するタイミングチャートである。   FIG. 9 is a timing chart for explaining the principle that a VF conversion value less than the cycle Tbase is obtained by using BASE-VCO1 and JAW-VCO2.

V−F変換を利用したA−D変換装置20で生成されるべきディジタル値は、サンプリング信号Psの1サンプリング周期内におけるBASE−VCO1からのパルス数の、整数および小数を含めた総パルス数である。図9を参照すれば、サンプリング信号Psの第1番目におけるサンプリング周期内には、サンプリング信号Psの活性化時点(すなわちサンプリング周期内の初頭)からサンプリング周期内のBASE−VCO1の最初のパルス発生(BASE−VCO1の第“2”番目のパルスの立ち上がり時点)までの小数(i)、サンプリング周期内のBASE−VCO1の最初のパルス発生(BASE−VCO1の第“2”番目のパルスの立ち上がり時点)から次のサンプリング周期開始までのBASE−VCO1のパルス数(正の数、ii)、および、サンプリング周期内のBASE−VCO1の最後のパルス発生(BASE−VCO1の第“5”番目のパルスの立ち上がり時点)から次のサンプリング周期開始までの小数(iii)、という3部分が含まれていることが分かる。   The digital value to be generated by the AD converter 20 using the VF conversion is the total number of pulses including an integer and a decimal number of pulses from the BASE-VCO 1 within one sampling period of the sampling signal Ps. is there. Referring to FIG. 9, during the first sampling period of the sampling signal Ps, the first pulse generation of the BASE-VCO 1 within the sampling period from the activation point of the sampling signal Ps (ie, the beginning of the sampling period) ( Decimal (i) until BASE-VCO1 rising edge of “2” pulse), first generation of BASE-VCO1 pulse within sampling period (rising edge of “2nd” pulse of BASE-VCO1) The number of BASE-VCO1 pulses from the start of the sampling period to the start of the next sampling period (positive number, ii), and the last pulse generation of the BASE-VCO1 within the sampling period (rising of the “5th” pulse of the BASE-VCO1 3 points including the decimal point (iii) from the time point to the start of the next sampling cycle. It can be seen that.

図9のうち、正の数たるiiの部分については従来技術と同様、BASE−VCO1のパルス数を計数することで求めることができる。一方、本発明では、従来技術では求められなかった図9の小数たるiおよびiiiの部分をも計数可能となる。   In FIG. 9, the positive number ii can be obtained by counting the number of BASE-VCO 1 pulses as in the prior art. On the other hand, according to the present invention, it is possible to count even the fractions i and iii in FIG.

図9のiの部分は、周期Tbaseと周期Tjawとの周期差をTdiffとすると、例としてTdiff×5の期間となっている。また、iiiの部分は、例としてTdiff×7の期間となっている。なお、周期差Tdiffは、図8に示されているように、Tbase=A×Tdiff=8×Tdiff、および、Tjaw=B×Tdiff=9×Tdiffとの関係を満たしている。よって、図9のiの部分は、周期Tbaseの5/8の期間となっている。また、図9のiiiの部分は、Tdiff×7の期間、すなわち、周期Tbaseの7/8の期間となっている。   The portion i in FIG. 9 has a period of Tdiff × 5 as an example, where Tdiff is the period difference between the period Tbase and the period Tjaw. The portion iii has a period of Tdiff × 7 as an example. The period difference Tdiff satisfies the relationship of Tbase = A × Tdiff = 8 × Tdiff and Tjaw = B × Tdiff = 9 × Tdiff, as shown in FIG. Therefore, the portion i in FIG. 9 is a period of 5/8 of the period Tbase. 9 is a period of Tdiff × 7, that is, a period of 7/8 of the period Tbase.

図9のiないしiiiの部分を全て足せば、その値が1サンプリング周期内におけるBASE−VCO1からのパルス数の、整数および小数を含めた総パルス数となる。すなわち、この値が、より高精度化されたA−D変換値となる。図9における最初のサンプリング周期においては、iの部分=5/8、iiの部分=3、iiiの部分=7/8であるので、iないしiiiの総計は正の数4と小数4/8となる。同様に、図9における二回目のサンプリング周期においては、iの部分=1/8、iiの部分=4、iiiの部分=4/8であるので、iないしiiiの総計は正の数4と小数5/8となる。同様に、図9における三回目のサンプリング周期においては、iの部分=4/8、iiの部分=4、iiiの部分=0/8であるので、iないしiiiの総計は正の数4と小数4/8となる。   If all the parts i to iii in FIG. 9 are added, the value becomes the total number of pulses including an integer and a decimal number of pulses from the BASE-VCO 1 within one sampling period. That is, this value becomes an AD conversion value with higher accuracy. In the first sampling period in FIG. 9, since i part = 5/8, ii part = 3, and iii part = 7/8, the sum of i to iii is positive number 4 and decimal number 4/8. It becomes. Similarly, in the second sampling period in FIG. 9, the i part = 1/8, the ii part = 4, and the iii part = 4/8, so that the total of i to iii is a positive number 4. The decimal number is 5/8. Similarly, in the third sampling period in FIG. 9, the i part = 4/8, the ii part = 4, and the iii part = 0/8, so that the total of i to iii is a positive number 4. Decimal number is 4/8.

ここで、最初のサンプリング周期に示したように、iとiiiの部分が小数であっても、両者の合計に桁上がりが発生することがある。この場合、iiの部分だけを用いてパルス数の判定を行うわけにはいかない。そこで、このような桁上がりも含めた計数方法が必要となる。以下に、その方法を説明する。   Here, as shown in the first sampling period, even if the portions i and iii are decimal numbers, a carry may occur in the sum of both. In this case, it is not possible to determine the number of pulses using only the part ii. Therefore, a counting method including such a carry is necessary. The method will be described below.

まず、N回目のサンプリングにおいて、iにあたる部分については、N−1回目のサンプリングにおけるiiiの数値を用いて、(1−[iiiの数値])として計算できる。例えば、図9における最初のサンプリング周期においては、iの部分=1−3/8=5/8として計算でき、二回目のサンプリング周期においては、iの部分=1−7/8=1/8として、三回目のサンプリング周期においては、iの部分=1−4/8=4/8として、それぞれ計算できる。   First, in the Nth sampling, a portion corresponding to i can be calculated as (1- [iii numerical value]) using the numerical value iii in the N-1th sampling. For example, in the first sampling period in FIG. 9, the i part can be calculated as 1-3 / 8 = 5/8, and in the second sampling period, the i part = 1-7 / 8 = 1/8. In the third sampling period, the i part can be calculated as 1-4 / 8 = 4/8.

そして、N回目のサンプリングにおいて、iないしiiiの総計は、BASE−VCO1のN+1回目のサンプリングにおける計数値にN回目のiiiの部分の小数値を加えた値と、BASE−VCO1のN回目のサンプリングにおける計数値にN−1回目のiiiの部分の小数値を加えた値との差により計算することができる。   In the N-th sampling, the total of i to iii is the sum of the count value in the (N + 1) th sampling of BASE-VCO1 plus the decimal value of the Nth iii portion, and the Nth sampling of BASE-VCO1. It can be calculated by the difference from the value obtained by adding the decimal value of the iii portion of the (N-1) th time to the count value at.

例えば、図9における最初のサンプリング周期においては、二回目のサンプリング開始時におけるBASE−VCO1の計数値“5”および最初のサンプリング周期におけるiiiの部分の小数値“7/8”の総計から、最初のサンプリング開始時におけるBASE−VCO1の計数値“1”およびその1つ前のサンプリング周期(最初のサンプリングの前なので存在しないが)におけるiiiの部分の小数値“3/8”の総計を差し引くことによって、(5+7/8)−(1+3/8)=4+4/8と計算できる。   For example, in the first sampling period in FIG. 9, from the sum of the count value “5” of BASE-VCO 1 at the start of the second sampling and the decimal value “7/8” of the part iii in the first sampling period, Subtract the total of the BASE-VCO1 count value “1” at the start of sampling and the fractional value “3/8” in part iii in the previous sampling period (not present because it was before the first sampling) (5 + 7/8) − (1 + 3/8) = 4 + 4/8.

同様にして、図9における二回目のサンプリング周期においては、三回目のサンプリング開始時におけるBASE−VCO1の計数値“10”および二回目のサンプリング周期におけるiiiの部分の小数値“4/8”の総計から、二回目のサンプリング開始時におけるBASE−VCO1の計数値“5”およびその前のサンプリング周期におけるiiiの部分の小数値“7/8”の総計を差し引くことによって、(10+4/8)−(5+7/8)=4+5/8と計算でき、三回目のサンプリング周期においては、四回目のサンプリング開始時におけるBASE−VCO1の計数値“15”および三回目のサンプリング周期におけるiiiの部分の小数値“0/8” の総計から、三回目のサンプリング開始時におけるBASE−VCO1の計数値“10”およびその前のサンプリング周期におけるiiiの部分の小数値 “4/8”の総計を差し引くことによって、(15+0/8)−(10+4/8)=4+4/8と計算できる。   Similarly, in the second sampling cycle in FIG. 9, the count value “10” of BASE-VCO 1 at the start of the third sampling and the decimal value “4/8” of the portion iii in the second sampling cycle. By subtracting the total of the count value “5” of the BASE-VCO 1 at the start of the second sampling and the decimal value “7/8” of the part iii in the previous sampling period, (10 + 4/8) − (5 + 7/8) = 4 + 5/8, and in the third sampling period, the BASE-VCO1 count value “15” at the start of the fourth sampling period and the decimal value of the part iii in the third sampling period From the total of “0/8”, the count value of BASE-VCO 1 at the start of the third sampling “10” By subtracting the total of the decimal value “4/8” of the portion “iii” in the previous sampling period, it can be calculated as (15 + 0/8) − (10 + 4/8) = 4 + 4/8.

すなわち、1サンプリング周期ごとに、BASE−VCO1の計数値とiiiの部分の小数値とのペアを生成し、N+1回目のペアの値からN回目のペアの値を減じることで、高精度にA−D変換されたディジタル値を生成することができる。そして、このように差分を計算することにより、A−D変換装置20が有する入力電圧に対するディジタル値の変換誤差を低減する効果もある。N+1回目のペアの有する誤差とN回目のペアの有する誤差とが同じ量であるので、減算により誤差が帳消しとなるからである。   That is, for each sampling period, a pair of the count value of BASE-VCO1 and the decimal value of the part iii is generated, and the value of the Nth pair is subtracted from the value of the N + 1th pair, so that A -D converted digital values can be generated. In addition, by calculating the difference in this way, there is also an effect of reducing a digital value conversion error with respect to the input voltage of the AD converter 20. This is because the error of the (N + 1) th pair and the error of the Nth pair are the same amount, and the error is canceled out by subtraction.

次に、図9におけるiiiの数値の算出方法について述べる。図9のうち、小数たるiiiの部分を求めるには、サンプリング開始時の直前のBASE−VCO1の活性化時点と、サンプリング開始時点との間の位相差を計測すればよい。   Next, a method for calculating the numerical value iii in FIG. 9 will be described. In FIG. 9, in order to obtain the fraction iii, the phase difference between the activation time of the BASE-VCO 1 immediately before the start of sampling and the sampling start time may be measured.

例えば、図9におけるサンプリング信号Psの最初の活性化時点は、BASE−VCO1の第“1”番目のパルスの途中に存在する。すなわち、サンプリング信号Psの最初の活性化の直前のBASE−VCO1の活性化時点は、第“1”番目のパルスの発振時点であり、サンプリング信号Psの最初の活性化時点は、BASE−VCO1の第“1”番目のパルスの発振時点より周期Tbaseの3/8の期間だけ遅れた位置に存在する。この3/8との数値は、iの期間たる5/8の補数にあたる。   For example, the first activation point of the sampling signal Ps in FIG. 9 exists in the middle of the “1” th pulse of the BASE-VCO 1. That is, the activation time of the BASE-VCO 1 immediately before the first activation of the sampling signal Ps is the oscillation time of the “1” -th pulse, and the first activation time of the sampling signal Ps is the BASE-VCO 1 activation time. It exists at a position delayed by a period of 3/8 of the period Tbase from the oscillation time point of the “1” -th pulse. This numerical value of 3/8 corresponds to the complement of 5/8, which is the period of i.

JAW−VCO2は、サンプリング信号Psの活性化と同時に発振を開始するので、サンプリング信号Psの最初の活性化時点において、JAW−VCO2も発振することとなる。図8を参照すると、BASE−VCO1の立ち上がりに対して、JAW−VCO2の立ち上がりが周期Tbaseの3/8の期間だけ遅れた位置に存在するのは、ズレ量“3”と示されたパルスP3である。   Since the JAW-VCO 2 starts oscillating simultaneously with the activation of the sampling signal Ps, the JAW-VCO 2 also oscillates at the first activation time of the sampling signal Ps. Referring to FIG. 8, the rise of JAW-VCO2 is delayed from the rise of BASE-VCO1 by a period of 3/8 of the period Tbase. The pulse P3 indicated by the shift amount “3” is shown in FIG. It is.

図8において、この、ズレ量“3”と示されたパルスP3の立ち上がりをJAW−VCO2の発振開始時点とみなせば、パルスP3から、両VCOのパルス信号の位相が一致する時点(ズレ量“8”または“0”と示された時点)までの間に含まれるパルス数は、BASE−VCO1およびJAW−VCO2のいずれにおいても、5個である。この数値は、最初のサンプリング周期におけるiの期間たる5/8の分子“5”に相当する。また、この5/8との数値は、その1つ前のサンプリング周期(最初のサンプリングの前なので存在しないが)におけるiiiの期間たる3/8の補数にあたる。   In FIG. 8, if the rising edge of the pulse P3 indicated as the deviation amount “3” is regarded as the oscillation start time of the JAW-VCO2, the time point when the phases of the pulse signals of both VCOs coincide with each other from the pulse P3 (the deviation amount “ The number of pulses included until the time point indicated as “8” or “0”) is 5 in both BASE-VCO1 and JAW-VCO2. This value corresponds to 5/8 numerator “5” which is the period of i in the first sampling period. The numerical value of 5/8 corresponds to the complement of 3/8, which is the period iii in the previous sampling period (not present because it is before the first sampling).

すなわち、サンプリング信号Psの活性化時点からBASE−VCO1およびJAW−VCO2のパルス信号の位相が一致する時点までの間に含まれるBASE−VCO1またはJAW−VCO2のパルス信号のパルス数に基づいて、N+1回目のサンプリングにおけるiの期間、および、N回目のサンプリングにおけるiiiの期間としての、周期Tbase未満の小数部分を計測することができる。   That is, N + 1 based on the number of pulses of the BASE-VCO1 or JAW-VCO2 pulse signal included between the activation time of the sampling signal Ps and the time point when the phases of the pulse signals of the BASE-VCO1 and JAW-VCO2 match. It is possible to measure a fractional part less than the period Tbase as the period i in the first sampling and the period iii in the Nth sampling.

図9の最初のサンプリング周期におけるiiiの部分を求めるには、次の第2回目のサンプリング信号Psの活性化時点からBASE−VCO1およびJAW−VCO2のパルス信号の位相一致時点までの間に含まれるBASE−VCO1またはJAW−VCO2のパルス数を計数して、第2回目のサンプリング信号Psにおける小数たるiの部分を上記と同様に求め、1よりその値を差し引けばよい。   The part iii in the first sampling period in FIG. 9 is included between the time when the second sampling signal Ps is activated and the time when the pulse signals of the BASE-VCO1 and JAW-VCO2 coincide with each other. The number of pulses of BASE-VCO1 or JAW-VCO2 is counted, and the fractional part i in the second sampling signal Ps is obtained in the same manner as described above, and the value is subtracted from 1.

図9におけるサンプリング信号Psの第2回目の活性化時点は、BASE−VCO1の第“5”番目のパルスの途中に存在する。すなわち、サンプリング信号Psの第2回目の活性化時点は、BASE−VCO1の第“5”番目のパルスの発振時点より周期Tbaseの7/8の期間だけ遅れた位置に存在する。この7/8との数値は、第2回目のサンプリング周期の初頭に位置する小数の期間たる1/8の補数にあたる。   The second activation time of the sampling signal Ps in FIG. 9 exists in the middle of the “5th” pulse of the BASE-VCO 1. That is, the second activation time of the sampling signal Ps exists at a position delayed by a period of 7/8 of the period Tbase from the oscillation time of the “5” -th pulse of the BASE-VCO 1. The numerical value of 7/8 corresponds to a 1/8 complement that is a fractional period located at the beginning of the second sampling period.

JAW−VCO2は、サンプリング信号Psの活性化と同時に発振を開始するので、サンプリング信号Psの第2回目の活性化時点において、JAW−VCO2も発振することとなる。図8を参照すると、BASE−VCO1の立ち上がりに対して、JAW−VCO2の立ち上がりが周期Tbaseの7/8の期間だけ遅れた位置に存在するのは、ズレ量“7”と示されたパルスP7である。   Since the JAW-VCO 2 starts oscillating simultaneously with the activation of the sampling signal Ps, the JAW-VCO 2 also oscillates at the second activation time of the sampling signal Ps. Referring to FIG. 8, the rise of JAW-VCO2 is delayed from the rise of BASE-VCO1 by a period of 7/8 of the period Tbase. The pulse P7 indicated by the shift amount “7” is shown in FIG. It is.

図8において、この、ズレ量“7”と示されたパルスP7から、両VCOのパルス信号の位相が一致する時点(ズレ量“8”または“0”と示された時点)までの間に含まれるパルス数は、BASE−VCO1およびJAW−VCO2のいずれにおいても、1個である。この数値は、第2回目のサンプリング周期におけるiの期間たる1/8の分子に相当する。また、この1/8との数値は、その1つ前のサンプリング周期(最初のサンプリング周期)におけるiiiの期間たる7/8の補数にあたる。   In FIG. 8, between the pulse P7 indicated as the deviation amount “7” and the time point when the phases of the pulse signals of both VCOs coincide (the time point indicated as the deviation amount “8” or “0”). The number of pulses included is one for both BASE-VCO1 and JAW-VCO2. This numerical value corresponds to 1/8 numerator as the period of i in the second sampling cycle. The numerical value 1/8 corresponds to a complement of 7/8, which is a period iii in the immediately preceding sampling period (first sampling period).

すなわち、サンプリング信号Psの活性化時点からBASE−VCO1およびJAW−VCO2のパルス信号の位相が一致する時点までの間に含まれるBASE−VCO1およびJAW−VCO2のパルス信号のパルス数を計数することにより、そのパルス数に基づいて、周期Tbase未満の小数部分(N+1回目のサンプリングにおけるiの期間、および、N回目のサンプリングにおけるiiiの期間)を計測することができる。   That is, by counting the number of pulses of the BASE-VCO1 and JAW-VCO2 pulse signals included between the activation of the sampling signal Ps and the time when the phases of the BASE-VCO1 and JAW-VCO2 pulse signals coincide with each other. Based on the number of pulses, a fractional part less than the period Tbase (i period in the (N + 1) th sampling and iii period in the Nth sampling) can be measured.

上記を一般的に説明すると、以下のようになる。Tbase:Tjaw=A:Bなので、Tjaw/Tbase=B/A、よってTjaw・A=Tbase・B=Mとなり、JAW−VCO2の出力パルス信号の周期TjawのA周に対して、BASE−VCO1の出力パルス信号の周期TbaseのB周目ごとに、2つのVCOの位相が一致する。   The above is generally described as follows. Since Tbase: Tjaw = A: B, Tjaw / Tbase = B / A, and thus Tjaw · A = Tbase · B = M, and the BASE-VCO1 is equal to the lap of the cycle Tjaw of the JAW-VCO2 output pulse signal. The phases of the two VCOs coincide with each other in the Bth cycle of the cycle Tbase of the output pulse signal.

JAW−VCO2の出力パルス信号の発振開始が、その直前のBASE−VCO1の出力パルス信号の発振開始よりTdiff・Xだけ遅れた場合を考える。この遅延を伴って、JAW−VCO2の出力パルス信号がX回発振した時、図8を参照すれば、Tjaw・(A−X)+Tdiff・X = Tjaw・A−(Tjaw−Tdiff)・X=Tjaw・A−Tbase・X=Tbase・(B−X)と表せる。よって、両VCOの位相が一致するまでのパルス信号の計数値は、BASE−VCO1の出力パルス信号を用いての計数でB−X、JAW−VCO2の出力パルス信号を用いての計数でA−Xとなる。   Consider a case where the oscillation start of the output pulse signal of the JAW-VCO 2 is delayed by Tdiff · X from the oscillation start of the output pulse signal of the BASE-VCO 1 immediately before that. When the output pulse signal of the JAW-VCO 2 oscillates X times with this delay, referring to FIG. 8, Tjaw · (A−X) + Tdiff · X = Tjaw · A− (Tjaw−Tdiff) · X = Tjaw · A−Tbase · X = Tbase · (B−X) Therefore, the count value of the pulse signal until the phases of the two VCOs coincide with each other is the count using the output pulse signal of the BASE-VCO 1 and the count of the pulse signal using the output pulse signal of the JAW-VCO 2 as A−. X.

なお、Tbase=Tdiff・Aより、Xの最大値XmaxはA−1である。X=AとなるとX=0の場合と区別できないからである。最大値Xmaxの値が大きいほど、A−D変換の分解能は高くなる。また、TbaseやTjawの数値例としては例えば、Tbase=32[nsec]、Tdiff=2[nsec]、Tjaw=34[nsec]としたり、Tbase=16[nsec]、Tdiff=2[nsec]、Tjaw=18[nsec]とすればよい。前者の場合はA:B=16:17となり、後者の場合はA:B=8:9となる。   From Tbase = Tdiff · A, the maximum value Xmax of X is A-1. This is because X = A cannot be distinguished from X = 0. The greater the maximum value Xmax, the higher the resolution of A-D conversion. Further, as numerical examples of Tbase and Tjaw, for example, Tbase = 32 [nsec], Tdiff = 2 [nsec], Tjaw = 34 [nsec], Tbase = 16 [nsec], Tdiff = 2 [nsec], Tjaw = 18 [nsec] may be set. In the former case, A: B = 16: 17, and in the latter case, A: B = 8: 9.

次に、図7のA−D変換装置20の動作について、図10を用いて説明する。図10は、本実施の形態に係るA−D変換装置20の動作を示すタイミングチャートである。まず、BASE−VCO1の出力パルス信号は自走により発振し、カウンタ4はその発振数を計数する。図10においては、カウンタ4の計数値が“8”〜“23”まで変化する様子が示されている。   Next, the operation of the A / D converter 20 in FIG. 7 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the AD converter 20 according to the present embodiment. First, the output pulse signal of the BASE-VCO 1 oscillates by free-running, and the counter 4 counts the number of oscillations. FIG. 10 shows how the count value of the counter 4 changes from “8” to “23”.

JAW−VCO2には、サンプリング信号Psが入力される。そして、JAW−VCO2は、サンプリング信号Psの活性化に伴って発振を開始する。なお、BASE−VCO1の発振出力の周期TbaseとJAW−VCO2の発振出力の周期Tjawとの比A:Bは、図8の場合と同様、8:9とされている。   The sampling signal Ps is input to the JAW-VCO2. The JAW-VCO 2 starts oscillating with the activation of the sampling signal Ps. The ratio A: B between the period Tbase of the oscillation output of the BASE-VCO 1 and the period Tjaw of the oscillation output of the JAW-VCO 2 is set to 8: 9 as in the case of FIG.

上位桁算出部たるカウンタ4および第1レジスタ5は、サンプリング信号Psのサンプリング周期ごとに、BASE−VCO1の出力パルス信号の発振の開始から現在のサンプリング信号Psの活性化時点までにおけるBASE−VCO1の出力パルス信号のパルス数を上位桁(図7では“上位ビット”と表示)として算出する。具体的には、第1レジスタ5のデータ入力端Dにはカウンタ4の出力が与えられ、第1レジスタ5のクロック入力端Tにはサンプリング信号Psが与えられており、サンプリング信号Psの活性化に伴って、第1レジスタ5はサンプリング信号Psの活性化時点におけるカウンタ4の出力値を保持する。   The counter 4 and the first register 5, which are the upper digit calculation unit, of the BASE-VCO1 from the start of oscillation of the output pulse signal of the BASE-VCO1 to the activation point of the current sampling signal Ps are obtained every sampling cycle of the sampling signal Ps. The number of pulses of the output pulse signal is calculated as an upper digit (indicated as “upper bit” in FIG. 7). Specifically, the output of the counter 4 is given to the data input terminal D of the first register 5, the sampling signal Ps is given to the clock input terminal T of the first register 5, and the activation of the sampling signal Ps Accordingly, the first register 5 holds the output value of the counter 4 when the sampling signal Ps is activated.

図10においては、カウンタ4の計数値が“10”のときにサンプリング信号Psが活性化しているので、第1レジスタ5には“10”の情報が保持される。すなわち、第1レジスタ5は、1サンプリング周期ごとにサンプリング信号Psの活性化時点におけるカウンタ4のパルス数を保持して、上位桁として出力する。   In FIG. 10, since the sampling signal Ps is activated when the count value of the counter 4 is “10”, the information of “10” is held in the first register 5. That is, the first register 5 holds the number of pulses of the counter 4 at the time of activation of the sampling signal Ps for each sampling period, and outputs it as the upper digit.

一方、下位桁算出部たる、第3レジスタ10並びに第2および第3減算器11、12は、サンプリング周期ごとに、現在のサンプリング信号Psの活性化時点からBASE−VCO1およびJAW−VCO2の出力パルス信号の位相が一致する時点までの間に含まれる、BASE−VCO1の出力パルス信号のパルス数に基づいて、BASE−VCO1の出力パルス信号のサンプリング周期内の最後のパルスからサンプリング周期の終点までの位相差(すなわち図9のiiiの部分)を、下位桁(図7では“下位ビット”と表示)として算出する。   On the other hand, the third register 10 and the second and third subtractors 11 and 12, which are the lower digit calculation unit, output the output pulses of the BASE-VCO 1 and the JAW-VCO 2 from the current activation time of the sampling signal Ps for each sampling period. Based on the number of pulses of the output pulse signal of BASE-VCO1 included in the period until the phase of the signal matches, from the last pulse in the sampling period of the output pulse signal of BASE-VCO1 to the end of the sampling period The phase difference (that is, the portion iii in FIG. 9) is calculated as the lower digit (indicated as “lower bit” in FIG. 7).

位相差判定回路3は、BASE−VCO1およびJAW−VCO2の出力パルス信号の立ち上がりの位相の一致を検出し、検出時にその出力を活性化させる回路である。位相差判定回路3は、一般的なS−R(Set-Reset)フリップフロップ回路にて構成される。また、動作制御回路9は、サンプリング信号Psの活性化に伴ってその出力S1を活性化し、位相差判定回路3におけるBASE−VCO1およびJAW−VCO2の出力パルス信号の位相一致検出に伴って、その出力S1を非活性化する回路である。動作制御回路9も、一般的なS−Rフリップフロップ回路にて構成される。   The phase difference determination circuit 3 is a circuit that detects the coincidence of the rising phases of the output pulse signals of the BASE-VCO 1 and the JAW-VCO 2 and activates the output upon detection. The phase difference determination circuit 3 is configured by a general SR (Set-Reset) flip-flop circuit. Further, the operation control circuit 9 activates the output S1 with the activation of the sampling signal Ps, and with the detection of the phase coincidence of the output pulse signals of the BASE-VCO1 and the JAW-VCO2 in the phase difference determination circuit 3, This circuit deactivates the output S1. The operation control circuit 9 is also composed of a general SR flip-flop circuit.

第3レジスタ10のデータ入力端Dにはカウンタ4の出力が与えられ、第3レジスタ10のクロック入力端TにはBASE−VCO1の出力パルス信号が与えられている。また、第3レジスタ10のイネーブル入力端enableには、動作制御回路9からの出力S1が与えられる。   The output of the counter 4 is given to the data input terminal D of the third register 10, and the output pulse signal of BASE-VCO 1 is given to the clock input terminal T of the third register 10. Further, the output S1 from the operation control circuit 9 is given to the enable input terminal enable of the third register 10.

第3レジスタ10は、イネーブル入力端enableにおける信号がHiからLowへと切り替わった時にワンショット的に動作可能となり、かつ、BASE−VCO1の出力パルス信号の発振に伴って、第3レジスタ10はBASE−VCO1の出力パルス信号の立ち上がり時点におけるカウンタ4の出力値を保持する。   The third register 10 can be operated in a one-shot manner when the signal at the enable input terminal enable is switched from Hi to Low, and the third register 10 is in accordance with the oscillation of the output pulse signal of the BASE-VCO 1. -Hold the output value of the counter 4 at the rising edge of the output pulse signal of VCO1.

図10においては、JAW−VCO2の出力パルス信号の発振開始が、その直前のBASE−VCO1の出力パルス信号の発振開始よりTdiff・Xだけ遅れたときの各場合(X=0〜7)を、Delay0〜Delay7として示している。   In FIG. 10, in each case (X = 0 to 7) when the oscillation start of the output pulse signal of JAW-VCO2 is delayed by Tdiff · X from the oscillation start of the output pulse signal of BASE-VCO1 immediately before that. This is shown as Delay0 to Delay7.

いま、X=4とすると、カウンタ4の計数値が“15”のときに、BASE−VCO1およびJAW−VCO2の出力パルス信号の立ち上がりの位相が一致する。よって、このときBASE−VCO1の出力パルス信号は立ち上がり、かつ、イネーブル入力端enableにおける信号S1がHiからLowへと切り替わるので、第3レジスタ10は、カウンタ4の出力するパルス数“15”を保持する。 Assuming that X = 4, when the count value of the counter 4 is “15”, the rising phases of the output pulse signals of the BASE-VCO 1 and the JAW-VCO 2 coincide. Therefore, at this time, the output pulse signal of the BASE-VCO 1 rises, and the signal S1 at the enable input terminal enable is switched from Hi to Low, so the third register 10 holds the number of pulses “15” output from the counter 4. To do.

下位桁算出部の他の構成要素たる第2減算器11は、第3レジスタ10に保持された計数値“15”から第1レジスタ5に保持された計数値“10”を差し引く。よって、第2減算器11の出力値は、この場合、15−10=“5”となる。なお、第2減算器11の出力値は、Delay0〜Delay7の各場合に応じて変動し、例えばDelay0の場合は第3レジスタ10での保持値が“19”となるため、その値は19−10=“9”となり、Delay7の場合は第3レジスタ10での保持値が“12”となるため、その値は12−10=“2”となる。   The second subtractor 11, which is another component of the lower digit calculation unit, subtracts the count value “10” held in the first register 5 from the count value “15” held in the third register 10. Therefore, in this case, the output value of the second subtractor 11 is 15-10 = “5”. Note that the output value of the second subtractor 11 varies depending on each case of Delay0 to Delay7. For example, in the case of Delay0, the value held in the third register 10 is “19”, so the value is 19− Since 10 = “9” and Delay 7 is held, the value held in the third register 10 is “12”, so the value is 12−10 = “2”.

そして、下位桁算出部の他の構成要素たる第3減算器12は、所定の数値“9”(この“9”との数値は、比A:B=8:9の“9”からである)から第2減算器11で算出された値“5”を差し引く。よって、第3減算器12の出力値は、X=4の場合、9−5=“4”となる。この第3減算器12の出力値が、BASE−VCO1の出力パルス信号のサンプリング周期内の最後のパルスからサンプリング周期の終点までの位相差(すなわち図9のiiiの部分)、すなわち下位桁となる。   Then, the third subtractor 12, which is another component of the low-order digit calculation unit, has a predetermined numerical value “9” (the numerical value with “9” is from “9” in the ratio A: B = 8: 9). ) Is subtracted from the value “5” calculated by the second subtractor 11. Therefore, the output value of the third subtractor 12 is 9−5 = “4” when X = 4. The output value of the third subtracter 12 becomes the phase difference (that is, the part iii in FIG. 9) from the last pulse in the sampling period of the output pulse signal of the BASE-VCO 1 to the end point of the sampling period, that is, the lower digit. .

なお、第3減算器12の出力値は、Delay0〜Delay7の各場合に応じて変動し、例えばDelay0の場合は第2減算器11の値が“9”となるため、その値は9−9=“0”となり、Delay7の場合は第2減算器11の値が“2”となるため、その値は9−2=“7”となる。 Note that the output value of the third subtractor 12 varies depending on each case of Delay0 to Delay7. For example, in the case of Delay0, the value of the second subtractor 11 is “9”, so the value is 9-9. = “0”, and in the case of Delay7, the value of the second subtractor 11 is “2”, so that the value is 9−2 = “7”.

上下桁合成部6は、第1レジスタ5から出力される上位桁の情報、および、第3減算器12から出力される下位桁の情報を合成して、合成値を生成する。具体的には、上下桁合成部6は例えばシフトレジスタで構成され、その下位ビット側に下位桁の情報を保持し、その上位ビット側に上位桁の情報を保持する。この下位ビット側が、図9のiiiの部分の小数値に相当し、上位ビット側が、図9のサンプリング信号Ps活性化時点でのBASE−VCO1の計数値に相当する。   The upper / lower digit combining unit 6 combines the upper digit information output from the first register 5 and the lower digit information output from the third subtractor 12 to generate a combined value. Specifically, the upper / lower digit combining unit 6 is configured by, for example, a shift register, and holds information on lower digits on the lower bit side and information on higher digits on the upper bit side. The lower bit side corresponds to the decimal value of the portion iii in FIG. 9, and the upper bit side corresponds to the count value of BASE-VCO 1 when the sampling signal Ps in FIG. 9 is activated.

図10においてX=4の場合、上位桁は“10”であり、下位桁は“4”であるため、上下桁合成部6における合成値は“10+4/8”となる。この合成値が、サンプリング信号Psの活性化時に第2レジスタ7に保持される。   In FIG. 10, when X = 4, since the upper digit is “10” and the lower digit is “4”, the combined value in the upper and lower digit combining unit 6 is “10 + 4/8”. This synthesized value is held in the second register 7 when the sampling signal Ps is activated.

第2レジスタ7のデータ入力端Dには上下桁合成部6の出力が与えられ、第2レジスタ7のクロック入力端Tにはサンプリング信号Psが与えられており、サンプリング信号Psの活性化に伴って、第2レジスタ7は、N回目のサンプリング時における合成値“10+4/8”を保持する。なお、合成値“10+4/8” の保持前は、第2レジスタ7にはN−1回目のサンプリング時における合成値として“5+7/8”の情報が保持されている。これらの値は、図9における二回目のサンプリング周期における各数値に対応している。   The data input terminal D of the second register 7 is supplied with the output of the upper / lower digit combining unit 6, and the clock input terminal T of the second register 7 is supplied with the sampling signal Ps. As the sampling signal Ps is activated, The second register 7 holds the composite value “10 + 4/8” at the Nth sampling. Before the composite value “10 + 4/8” is held, the second register 7 holds information “5 + 7/8” as the composite value at the N−1th sampling. These values correspond to the respective numerical values in the second sampling cycle in FIG.

そして、第1減算器8は、現在より一つ前のサンプリング周期(N−1回目のサンプリング周期)における第2レジスタ7の保持値“5+7/8”と、現在の合成値“10+4/8”との差分値“4+5/8”を、上位ビットおよび下位ビットで構成されるディジタル信号として出力する。   Then, the first subtracter 8 holds the value “5 + 7/8” held in the second register 7 and the current combined value “10 + 4/8” in the previous sampling cycle (N−1th sampling cycle) from the present. The difference value “4 + 5/8” is output as a digital signal composed of upper bits and lower bits.

なお、サンプリング周期内のBASE−VCO1の最後のパルス発生から次のサンプリング周期開始までの小数(iii)を、BASE−VCO1とJAW−VCO2の周期が最後に一致した時点から次のサンプリング周期開始までの、BASE−VCO1またはJAW−VCO2のパルス数で計測してもよい。2つのVCOの周期が最後に一致した時点からのパルス数によって、最後のパルスの位相差を知ることができる。また、次のサンプリング周期開始と、2つのVCOのパルスのいずれかとが一致するとは限らない。サンプリング周期開始とVCOのパルスの差は、量子化誤差である。   The decimal number (iii) from the last pulse generation of BASE-VCO1 within the sampling cycle to the start of the next sampling cycle is calculated from the time when the cycles of BASE-VCO1 and JAW-VCO2 last match until the start of the next sampling cycle. The number of pulses of BASE-VCO1 or JAW-VCO2 may be used. The phase difference of the last pulse can be known from the number of pulses from the time when the periods of the two VCOs finally coincide. In addition, the start of the next sampling cycle does not always coincide with one of the two VCO pulses. The difference between the start of the sampling period and the VCO pulse is a quantization error.

本実施の形態においては、A:Bの比を保ったまま、入力電圧VinによりBASE−VCO1の周期TbaseおよびJAW−VCO2の周期Tjawの各値が制御される。2つのVCOのアナログ入力電圧Vinに対する感度が例えば1次式であれば、両VCOの周期差Tdiffの感度もまた1次式である。そして、この周期差Tdiffが、下位ビットの最小分解能に相当する。アナログ入力電圧Vinに応じて周期Tbaseの幅は変化するが、周期差Tdiffの幅も同じ感度で変化するため、Tbase/Tdiffの値はアナログ入力電圧Vinの値に関わらず一定となり、下位ビットの分解能はアナログ入力電圧Vinに関わらず一定となる。   In the present embodiment, each value of the cycle Tbase of BASE-VCO1 and the cycle Tjaw of JAW-VCO2 is controlled by the input voltage Vin while maintaining the ratio of A: B. If the sensitivity of the two VCOs to the analog input voltage Vin is, for example, a linear expression, the sensitivity of the period difference Tdiff between the two VCOs is also a linear expression. This period difference Tdiff corresponds to the minimum resolution of the lower bits. Although the width of the cycle Tbase changes according to the analog input voltage Vin, the width of the cycle difference Tdiff also changes with the same sensitivity. Therefore, the value of Tbase / Tdiff is constant regardless of the value of the analog input voltage Vin, The resolution is constant regardless of the analog input voltage Vin.

(実施の形態の変形例1)
実施の形態1および2で用いた電圧制御発振器24の動作について、図5で示すように、入力VLと定電圧源35の電圧VHとの間で振動する鋸波を生成するように説明したが、実際は、コンパレータ36とT−フリップフロップ37などのスイッチング時間だけ、鋸波形はオーバーシュートまたはアンダーシュートする。一般に、オーバーシュートまたはアンダーシュートの時間は入力電圧に比例しないので、電圧−周波数特性はそれだけ直線から偏差を生じることになる。したがって、スイッチングの時間は短いことが望ましい。
(Modification 1 of embodiment)
The operation of the voltage controlled oscillator 24 used in the first and second embodiments has been described so as to generate a sawtooth wave that oscillates between the input VL and the voltage VH of the constant voltage source 35, as shown in FIG. Actually, the sawtooth waveform overshoots or undershoots for the switching time of the comparator 36 and the T-flip-flop 37 and the like. In general, since the time of overshoot or undershoot is not proportional to the input voltage, the voltage-frequency characteristic will deviate from the straight line accordingly. Therefore, it is desirable that the switching time is short.

そこで、変形例1としてスイッチングにかかわる回路、特にフリップフロップの反転回路に、Nチャンネルトランジスタのシングル構成の反転回路を用いる。図11は、反転回路の構成の一例を示す回路図である。一般には反転回路(インバータ回路)として、PチャンネルのトランジスタとNチャンネルのトランジスタを用いるCMOS(Complementary MOS)インバータ回路が使用されることが多い。図11に示す回路は、CMOSインバータのPチャンネルトランジスタに代えて抵抗Rを用いる構成である。   Therefore, as a first modification, an inverting circuit having a single configuration of an N-channel transistor is used for a circuit related to switching, particularly an inverting circuit of a flip-flop. FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the inverting circuit. In general, a CMOS (Complementary MOS) inverter circuit using a P-channel transistor and an N-channel transistor is often used as an inverting circuit (inverter circuit). The circuit shown in FIG. 11 has a configuration in which a resistor R is used instead of the P-channel transistor of the CMOS inverter.

入力IがグランドGに対して高電位のときは、トランジスタNがオンになってソース−ドレイン間が導通し、抵抗Rの電流による電圧降下で出力Oは低電位になる。入力Iが低電位のときは、トランジスタNがオフで導通せず、出力Oは電源電圧VDDに近い高電位になる。すなわち、出力Oは入力Iの反転になっている。   When the input I is at a high potential with respect to the ground G, the transistor N is turned on, the source and drain are conducted, and the output O becomes a low potential due to a voltage drop due to the current of the resistor R. When the input I is at a low potential, the transistor N is off and does not conduct, and the output O becomes a high potential close to the power supply voltage VDD. That is, the output O is an inversion of the input I.

Nチャンネルトランジスタのシングル構成によると、トランジスタNのキャリアは電子のみであり、移動度が大きく、スイッチング動作が速い。その結果、図2および図3のいずれの電圧制御発振器24においても、2つの鋸波生成回路の切替に要する時間を短くできる。   According to the single configuration of the N-channel transistor, the carrier of the transistor N is only electrons, has high mobility, and fast switching operation. As a result, in any of the voltage controlled oscillators 24 in FIG. 2 and FIG. 3, the time required for switching between the two sawtooth wave generation circuits can be shortened.

(実施の形態の変形例2)
図12は、電圧制御発振器24の異なる例を示すブロック図である。図12の電圧制御発振器24では、充放電動作を行うコンデンサと放電電圧端子との間にコンデンサと直列に、補償用のトランジスタ40A、40Bを備える。前述のとおり、鋸波のピーク電圧(VH)では、スイッチング時間だけオーバーシュートする。オーバーシュートする時間に相当する電圧だけ、コンデンサの基準電位を高くしておくと、充電時間がそれだけ短縮されるので、オーバーシュートの時間と相殺して、電圧−周波数特性を補償することができる。
(Modification 2 of embodiment)
FIG. 12 is a block diagram showing a different example of the voltage controlled oscillator 24. The voltage controlled oscillator 24 of FIG. 12 includes compensation transistors 40A and 40B in series with a capacitor between a capacitor that performs a charge / discharge operation and a discharge voltage terminal. As described above, at the peak voltage (VH) of the sawtooth wave, it overshoots only for the switching time. If the reference potential of the capacitor is increased by the voltage corresponding to the overshooting time, the charging time is shortened accordingly, so that the voltage-frequency characteristics can be compensated by offsetting the overshooting time.

補償用のトランジスタ40A、40Bは、スイッチング時間をちょうど補償するように設定する。なお、図12の回路についても、図11のNチャンネルトランジスタのシングル構成の反転回路を用いてもよい。図12の回路では、図2の電圧制御発振器24を例に補償用のトランジスタ40A、40Bを備える構成を示すが、図3の電圧制御発振器24についても同様に、補償用トランジスタ40A、40Bを備えても同様の効果を得る。   The compensating transistors 40A and 40B are set so that the switching time is just compensated. Note that the inverting circuit having a single configuration of the N-channel transistor of FIG. 11 may also be used for the circuit of FIG. In the circuit of FIG. 12, a configuration including the compensation transistors 40A and 40B is shown by taking the voltage control oscillator 24 of FIG. 2 as an example, but the compensation transistor 40A and 40B is similarly provided for the voltage control oscillator 24 of FIG. However, the same effect is obtained.

(実施の形態の変形例3)
図13は、電圧制御発振器24の異なる例を示すブロック図である。図13は、2つの鋸波発生回路18A、18Bを左右対称に記載している。2つの鋸波発生回路18A、18Bは、図1の電圧制御発振器24と同じである。図13の回路では、鋸波のピーク電位(VH)はトランジスタ41A、41Bのスイッチング電圧で決定される。反転回路42と43は、反転回路ループを構成している。図2のT−フリップフロップ37に代えて、反転回路ループを用いる。
(Modification 3 of embodiment)
FIG. 13 is a block diagram showing a different example of the voltage controlled oscillator 24. FIG. 13 shows two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B symmetrically. The two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B are the same as the voltage controlled oscillator 24 of FIG. In the circuit of FIG. 13, the peak potential (VH) of the sawtooth is determined by the switching voltages of the transistors 41A and 41B. The inverting circuits 42 and 43 constitute an inverting circuit loop. An inverting circuit loop is used instead of the T-flip flop 37 of FIG.

コンデンサ32A、32Bの端子電圧V1、V2がトランジスタ41A、41Bのスイッチング電圧(VH)より高くなると、トランジスタ41A、41Bが導通して反転回路ループの端子を低電位にするので、反転回路ループの両側の電位が切り替わる。反転回路44、45、46、47は、スイッチ31A、31BおよびAND回路39A、39Bを駆動するためのものである。反転回路ループの両側は、図2におけるT−フリップフロップ37の出力QおよびnotQに相当する。図13の回路のコンパレータとAND回路の構成は、図2と同じである。   When the terminal voltages V1 and V2 of the capacitors 32A and 32B become higher than the switching voltage (VH) of the transistors 41A and 41B, the transistors 41A and 41B are turned on to bring the terminal of the inverting circuit loop to a low potential. The potential of is switched. The inverting circuits 44, 45, 46 and 47 are for driving the switches 31A and 31B and the AND circuits 39A and 39B. Both sides of the inverting circuit loop correspond to the outputs Q and notQ of the T-flip flop 37 in FIG. The configuration of the comparator and AND circuit of the circuit of FIG. 13 is the same as that of FIG.

図13の回路では、フリップフロップが反転回路ループでゲート数が少なく、スイッチング動作が速い。そのため、2つの鋸波発生回路18A、18Bの切替動作が速くなる。その結果、電圧制御発振器24の電圧−周波数特性の直線性が向上するのである。コンデンサ32A、32Bに充電する電流を入力電圧に比例して変化させる回路について、反転回路ループを用いる構成は図3に示すとおりである。   In the circuit of FIG. 13, the flip-flop is an inverting circuit loop, has a small number of gates, and has a fast switching operation. Therefore, the switching operation of the two sawtooth wave generation circuits 18A and 18B becomes faster. As a result, the linearity of the voltage-frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 24 is improved. A circuit that changes the current charged in the capacitors 32A and 32B in proportion to the input voltage uses an inverting circuit loop as shown in FIG.

図13の回路においても、反転回路にNチャンネルトランジスタのシングル構成を用いると、さらにスイッチング動作を速くする効果がある。またさらに、コンデンサと放電電圧端子との間に、補償用のトランジスタ40A、40Bを備えてもよい。   Also in the circuit of FIG. 13, the use of a single N-channel transistor configuration for the inverting circuit has the effect of further speeding up the switching operation. Furthermore, compensation transistors 40A and 40B may be provided between the capacitor and the discharge voltage terminal.

なお、各実施の形態で説明したA−D変換装置20の回路構成は一例であり、任意に変更および修正が可能である。電圧制御発振回路13Aないし13C等の構成は、実施の形態で示したものがすべてではなく、これらに限定されるものではない。   Note that the circuit configuration of the A-D conversion device 20 described in each embodiment is an example, and can be arbitrarily changed and modified. The configurations of the voltage controlled oscillation circuits 13A to 13C and the like are not limited to those shown in the embodiment, and are not limited to these.

本発明の実施の形態1に係るA−D変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the AD converter which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る電圧制御発振器の構成の例を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a voltage controlled oscillator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電圧制御発振器の異なる構成の例を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating an example of a different configuration of the voltage controlled oscillator according to the first embodiment. FIG. 2つの電圧制御発振器の鋸波の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference of the sawtooth wave of two voltage control oscillators. 実施の形態1に係るパルス信号生成の例を示すタイムチャートである。3 is a time chart illustrating an example of pulse signal generation according to the first embodiment. 本発明の実施の形態2に係るA−D変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the AD converter which concerns on Embodiment 2 of this invention. BASE−VCOのパルス信号とJAW−VCOのパルス信号との一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the pulse signal of BASE-VCO and the pulse signal of JAW-VCO. BASE−VCOのパルス信号とJAW−VCOのパルス信号との他の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows another example of the pulse signal of BASE-VCO and the pulse signal of JAW-VCO. VCOの周期未満のV−F変換値が求められる原理を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the principle by which the VF conversion value less than the period of VCO is calculated | required. 実施の形態2に係るA−D変換装置の動作を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart illustrating an operation of the A / D conversion device according to the second embodiment. 反転回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of an inverting circuit. 補償用トランジスタを用いる場合の電圧制御発振器の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the voltage controlled oscillator in the case of using the transistor for compensation. 反転回路ループのフリップフロップを備える電圧制御発振器の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a voltage controlled oscillator provided with the flip-flop of an inverting circuit loop.

符号の説明Explanation of symbols

1 BASE−VCO
2 JAW−VCO
3 位相差判定回路
4 カウンタ
5 第1レジスタ
6 上下桁合成部
7 第2レジスタ
8 第1減算器
9 動作制御回路
10 第3レジスタ
11 第2減算器
12 第3減算器
13 サンプリングクロック発生部
14、15 抵抗
16 接地
17 電圧−電流アンプ
18A、18B 鋸波発生回路
19 スイッチ回路
20 A−D変換装置
21 入力端子
22 出力端子
23 サンプリングクロック発生部
24 電圧制御発振器
25 カウンタ
26 レジスタ
27 入力端子
28 出力端子
29 電流源
30 パルス発生器
31A、31B スイッチ(充電)
32A、32B コンデンサ
33A、33B スイッチ(放電)
34 接地
35 定電圧源
36 コンパレータ
37 T−フリップフロップ
38A、38B コンパレータ
39A、39B AND回路
40A、40B 補償用トランジスタ
41A、41B トランジスタ
42、43 反転回路
1 BASE-VCO
2 JAW-VCO
3 Phase difference judgment circuit
4 counter
5 First register
6 Upper and lower girder composition
7 Second register
8 First subtractor
9 Operation control circuit
10 Third register
11 Second subtractor
12 Third subtractor
13 Sampling clock generator 14, 15 Resistor
16 Grounding
17 voltage-current amplifier 18A, 18B sawtooth wave generation circuit
19 Switch circuit
20 AD converter
21 Input terminal
22 Output terminal
23 Sampling clock generator
24 Voltage controlled oscillator
25 counter
26 registers
27 Input terminal
28 Output terminal
29 Current source
30 Pulse generator 31A, 31B Switch (charging)
32A, 32B Capacitor 33A, 33B Switch (discharge)
34 Grounding
35 Constant voltage source
36 Comparator
37 T-flip-flop 38A, 38B Comparator 39A, 39B AND circuit 40A, 40B Compensating transistor 41A, 41B Transistor 42, 43 Inverting circuit

Claims (6)

2つの等価な鋸波発生回路と、
その2つの鋸波発生回路を交互に切り替えるスイッチ回路と、
を含む電圧制御型発振器を有する、
電圧−周波数変換回路を備えることを特徴とするA−D変換装置。
Two equivalent sawtooth generators;
A switch circuit for alternately switching the two sawtooth wave generation circuits;
Having a voltage controlled oscillator comprising:
An A-D conversion device comprising a voltage-frequency conversion circuit.
前記電圧−周波数変換回路は、
第1の周期で発振する第1の周期信号を出力する第1の前記電圧制御型発振器と、
前記第1の周期と異なり、かつ、前記第1の周期と一定の比を保つ第2の周期で発振する第2の周期信号を出力する第2の前記電圧制御型発振器と、
を備え、
前記第1の電圧制御型発振器は、自走により前記第1の周期信号の発振を開始し、
前記第2の電圧制御型発振器は、A−D変換のサンプリング周期を示すサンプリング信号の活性化を契機として、前記第2の周期信号の発振を開始し、
前記サンプリング周期内に含まれる前記第1の周期信号の波数に基づいて、入力であるアナログ信号に対応するディジタル信号の上位ビットを算出する上位ビット算出手段と、
前記サンプリング信号の活性化時点から前記第1および第2の周期信号の位相が一致する時点までの間に含まれる前記第1または第2の周期信号の波数に基づいて、前記ディジタル信号の下位ビットを算出する下位ビット算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のA−D変換装置。
The voltage-frequency conversion circuit includes:
A first voltage-controlled oscillator that outputs a first periodic signal that oscillates in a first period;
A second voltage-controlled oscillator that outputs a second periodic signal that oscillates in a second period that is different from the first period and that maintains a constant ratio to the first period;
With
The first voltage controlled oscillator starts oscillation of the first periodic signal by self-running,
The second voltage controlled oscillator starts oscillating the second periodic signal triggered by activation of a sampling signal indicating a sampling period of A-D conversion,
Upper bit calculation means for calculating upper bits of a digital signal corresponding to an analog signal as an input based on the wave number of the first periodic signal included in the sampling period;
Based on the wave number of the first or second periodic signal included between the activation time of the sampling signal and the time when the phases of the first and second periodic signals match, the lower bits of the digital signal Low-order bit calculation means for calculating
The AD converter according to claim 1, comprising:
前記第1および第2の電圧制御型発振器の入力電圧をそれぞれ、同一の電圧を抵抗分割した電圧で与えることを特徴とする請求項2に記載のA−D変換装置。   3. The A / D converter according to claim 2, wherein the input voltages of the first and second voltage controlled oscillators are each given by the same voltage divided by resistance. 前記2つの鋸波発生回路を有する電圧制御型発振器において、前記スイッチ回路は、Nチャンネルトランジスタのシングル構成の反転回路を用いるフリップフロップから構成されることを特徴とする請求項1に記載のA−D変換装置。   2. The voltage control type oscillator having the two sawtooth wave generation circuits, wherein the switch circuit is constituted by a flip-flop that uses an inverting circuit having a single configuration of an N-channel transistor. D converter. 前記2つの鋸波発生回路を有する電圧制御型発振器において、鋸波電圧の基準電圧と比較した結果に応じて充放電動作を行うコンデンサと放電電圧端子との間に前記コンデンサと直列に、補償用のトランジスタを備えることを特徴とする請求項1に記載のA−D変換装置。   In the voltage controlled oscillator having the two sawtooth wave generation circuits, compensation is performed in series with the capacitor between a capacitor that performs charge / discharge operation according to a result of comparison with the reference voltage of the sawtooth voltage and a discharge voltage terminal. The AD converter according to claim 1, further comprising: 前記2つの鋸波発生回路を有する電圧制御型発振器において、前記スイッチ回路は、反転回路ループのフリップフロップを備えることを特徴とする請求項1に記載のA−D変換装置。   2. The A / D converter according to claim 1, wherein in the voltage-controlled oscillator having the two sawtooth wave generation circuits, the switch circuit includes a flip-flop of an inverting circuit loop.
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