JP2011077847A - Ａ／ｄコンバータ及びそのオープン検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク電流の影響が少ないオープン検出を可能にしたＡ／Ｄコンバータを提供すること。
【解決手段】本発明にかかるＡ／Ｄコンバータは、入力電圧に応じた電荷を蓄積するサンプリングコンデンサ１０４と、サンプリングコンデンサ１０４を初期化する初期化スイッチ１０５と、外部入力端子１０７とサンプリングコンデンサ１０４との接続状態を切り替えるサンプルホールドスイッチ１０６と、外部入力端子１０７とサンプルホールドスイッチ１０６とを接続する入力ノードに蓄積された電荷を抵抗を介して初期化する寄生容量初期化スイッチ１０８と、を備える。このような回路構成により、リーク電流の影響が少ないオープン検出が可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ａ／Ｄコンバータ及びそのオープン検出方法に関するものである。

マイコン等の制御回路を備える制御装置において、センサから取り込まれたアナログ信号を制御回路に読み込む際、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換器）によってアナログ信号をデジタル信号に変換する必要がある。このとき、特に車両システム等では、センサあるいはＡ／Ｄコンバータの故障が動作に大きく影響を及ぼす。そのため、センサ及びＡ／Ｄコンバータの故障を検出して制御装置の動作を保証するような策を講じる必要がある。

特許文献１に示されるオープン検出回路を備えたＡ／Ｄコンバータのブロック図を図１３に示す。この例では、Ａ／Ｄコンバータは、外部からの入力信号を選択的に指定して出力する入力Ｃｈ選択ＳＷ部２０と、入力電圧に応じた電荷を蓄積するＳ／ＨコンデンサＣ１と、外部入力端子とＳ／ＨコンデンサＣ１との接続状態を切り替えるスイッチＳＷ１と、Ｓ／ＨコンデンサＣ１に蓄積された電荷を初期化するＳ／Ｈコンデンサ初期化ＳＷ２５と、各機能ブロックの動作を制御するＡＤ変換制御部２２と、を備える。

この例に示すように、Ｓ／ＨコンデンサＣ１に蓄積された電荷がＳ／Ｈコンデンサ初期化ＳＷ２５によって初期化される。ここで、Ｓ／ＨコンデンサＣ１に異常がある場合あるいはセンサからの入力系統に断線異常（入力端子オープン）がある場合は、Ａ／Ｄ変換を実行しても、Ｓ／ＨコンデンサＣ１に電荷が蓄積されない。よって、このときのＳ／ＨコンデンサＣ１に蓄積されている電荷は、Ｓ／ＨコンデンサＣ１を初期化した状態のままである。

ここで、Ｓ／ＨコンデンサＣ１を初期化する際のアナログ電圧値を、基準電圧の下側基準電圧（ＶＲＥＦ−）、即ち、基準電圧の０％相当の値とする。また、故障判定値範囲（オープン検出電圧範囲）を例えば基準電圧の１０％以下相当の値とする。このとき、アナログ信号源から入力端子の間、あるいはＡ／Ｄ変換器内部の入力端子からコンデンサの間で断線などの異常が発生した場合には、Ｓ／ＨコンデンサＣ１は初期化された状態のままなので入力系の異常と判定される。したがって、本構成によってＡ／Ｄコンバータの故障を検出（以下、オープン検出と称する）することが可能である。

特開２００５−１８４１１８号公報

しかし、実際には、外部入力端子にデバイス破壊防止用として保護ダイオード等のリーク電流源が備えられる場合がほとんどである。そのため、入力端子オープンの場合でも、保護ダイオード等から流れ込むリーク電流によって寄生容量に電荷が蓄積されてしまう。それにより、初期化したＳ／Ｈコンデンサの電位も変動してしまい、精度の高いオープン検出ができないという問題点があった。

つまり、従来技術のＡ／Ｄコンバータのオープン検出回路では、リーク電流により精度の高いオープン検出ができないという問題があった。

本発明にかかるＡ／Ｄコンバータは、入力電圧に応じた電荷を蓄積するサンプリングコンデンサ（例えば、本発明の実施の形態１におけるサンプリングコンデンサ１０４）と、前記サンプリングコンデンサを初期化する第１の初期化スイッチ（例えば、本発明の実施の形態１における初期化スイッチ１０５）と、外部入力端子（例えば、本発明の実施の形態１における外部入力端子１０７）と前記サンプリングコンデンサとの接続状態を切り替えるサンプルホールドスイッチ（例えば、本発明の実施の形態１におけるサンプルホールドスイッチ１０６）と、前記入力端子と前記サンプルホールドスイッチとを接続する入力ノードに蓄積された電荷を抵抗を介して初期化する第２の初期化スイッチ（例えば、本発明の実施の形態１における寄生容量初期化スイッチ１０８）と、を備える。

上述のような構成により、リーク電流源によって寄生容量に蓄積された電荷を初期化することができ、リーク電流の影響が少ないオープン検出が可能である。

また、本発明にかかるＡ／Ｄコンバータのオープン検出方法は、サンプリングコンデンサ（例えば、本発明の実施の形態１におけるサンプリングコンデンサ１０４）を初期化し、外部入力端子（例えば、本発明の実施の形態１における外部入力端子１０７）と前記サンプリングコンデンサとの接続状態を切り替えるサンプルホールドスイッチ（例えば、本発明の実施の形態１におけるサンプルホールドスイッチ１０６）と、前記入力端子と、を接続する入力ノードに蓄積された電荷を初期化し、入力電圧に応じた電荷を前記サンプリングコンデンサに蓄積し、前記サンプリングコンデンサに蓄積された電荷に基づいてオープン検出するものである。

上述のような方法により、リーク電流源によって寄生容量に蓄積された電荷を初期化することができ、リーク電流の影響が少ないオープン検出が可能である。

本発明により、リーク電流の影響が少ないオープン検出が可能なＡ／Ｄコンバータを提供することができる。

本発明の実施の形態１、２にかかるＡ／Ｄコンバータのブロック図である。 本発明の実施の形態１、２にかかるＡ／Ｄコンバータの回路構成を示す図である。 本発明のその他の態様にかかるＡ／Ｄコンバータの回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるＡ／Ｄコンバータのタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるＡ／Ｄコンバータのタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるＡ／Ｄコンバータのタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかるＡ／Ｄコンバータのタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施の形態４にかかるＡ／Ｄコンバータのブロック図である。 本発明のその他の態様にかかるＡ／Ｄコンバータのタイミングチャートを示す図である。 本発明のその他の態様にかかるＡ／Ｄコンバータの回路構成を示す図である。 従来技術のＡ／Ｄコンバータの回路構成を示す図である。 従来技術のＡ／Ｄコンバータのタイミングチャートを示す図である。 従来技術のＡ／Ｄコンバータの回路構成を示す図である。

以下では、本発明を適用した具体的な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。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に本発明の実施の形態１にかかるＡ／Ｄコンバータ１００のブロック図を示す。図１に示すように、Ａ／Ｄコンバータ１００は、寄生容量に蓄積された電荷を初期化するオープン検出初期化回路１と、外部からの入力信号を選択するセレクタ部２と、入力信号の電圧に応じた電荷を蓄積するサンプルホールド部３と、Ａ／Ｄ変換処理を実行するコンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４と、変換後のデジタルデータを格納する変換結果格納部５と、各機能ブロックの処理を制御するコントロール部６と、を備える。

オープン検出初期化回路１と、セレクタ部２と、サンプルホールド部３と、コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４と、変換結果格納部５とは、それぞれコントロール部６から出力される制御信号によって制御される。外部入力端子１０７は、オープン検出初期化回路１を介してセレクタ部２の入力端子に接続される。セレクタ部２の出力端子は、サンプルホールド部３の入力端子に接続される。サンプルホールド部３の出力端子は、コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４の入力端子に接続される。コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４の出力端子は、変換結果格納部５の入力端子に接続される。

電圧源１１１（図２）から抵抗１１２（図２）を介して供給されるアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１００の外部入力端子１０７に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１００において、このアナログ信号は、オープン検出初期化回路１を介してセレクタ部２に入力される。そして、セレクタ部２に入力された信号のうち、コントロール部６から出力される制御信号に基づいて選択的に指定された信号が、セレクタ部２から出力される。セレクタ部２から出力された信号は、サンプルホールド部３に入力される。サンプルホールド部３から出力された信号は、コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４に入力される。コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４では、サンプルホールド部３から出力された信号の電圧レベルと、基準電圧に基づいて生成される電圧レベルをそれぞれ比較し、一致した電圧レベルにおけるデジタルデータを変換結果格納部５に格納する。ここで、本発明はＡ／Ｄコンバータ１００にオープン検出初期化回路１を備えることにより、寄生容量に蓄積された電荷を初期化（放電）することができるため、リーク電流の影響が少ないオープン検出が可能である。

次に、図２に本発明の実施の形態１にかかるＡ／Ｄコンバータ１００の詳細な回路構成を示す。オープン検出初期化回路１は、抵抗素子１０９と、寄生容量初期化スイッチ（第２の初期化スイッチ）１０８と、を有する。セレクタ部２は、セレクタ１０３を有する。サンプルホールド部３は、サンプリングコンデンサ１０４と、初期化スイッチ（第１の初期化スイッチ）１０５と、サンプルホールドスイッチ１０６と、を有する。

図２に示す回路の例では、１つの外部入力端子とそれに対応する周辺回路のみを図示しているが、実際には複数（１つ以上の任意の整数）の外部入力端子１０７が、セレクタ１０３の対応する入力端子に接続される。各外部入力端子１０７とセレクタ１０３との間には、それぞれ対応するオープン検出初期化回路１が備えられる。そして、オープン検出初期化回路１においては、外部入力端子１０７とセレクタ１０３とを接続する入力ノードと、接地電圧端子とが、抵抗素子１０９と寄生容量初期化スイッチ１０８と直列に介して接続される。セレクタ１０３の出力端子は、サンプルホールドスイッチ１０６の一方の端子に接続される。サンプルホールドスイッチ１０６の他方の端子は、初期化スイッチ１０５の一方の端子と、サンプリングコンデンサ１０４の一方の端子と、コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４（図１参照）に接続される。初期化スイッチ１０５の他方の端子と、サンプリングコンデンサ１０４の他方の端子は、接地電圧端子に接続される。

次に、図２に示す回路の動作について説明する。電圧源１１１から抵抗１１２を介して供給されるアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１００の外部入力端子１０７に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１００において、このアナログ信号は、セレクタ１０３に入力される。セレクタ１０３に入力された信号のうち、コントロール部６から出力される制御信号に基づいて選択的に指定された信号が、セレクタ１０３から出力される。

ここで、サンプルホールド部３の動作について説明する。サンプルホールド部３の動作は、一般的に、サンプリングコンデンサ１０４の初期化と、サンプリングと、ホールド＆コンペアと、に分けられる。サンプリングコンデンサ１０４の初期化では、まず、サンプルホールドスイッチ１０６の接続状態をオフにする。そして、初期化スイッチ１０５の接続状態をオンにすることにより、サンプリングコンデンサ１０４に蓄積された電荷を初期化（放電）する。サンプリングでは、初期化スイッチ１０５の接続状態をオフにするとともに、サンプルホールドスイッチ１０６の接続状態をオンにして、セレクタ１０３から出力された信号に応じた電荷をサンプリングコンデンサ１０４に蓄積させる。ホールド＆コンペアでは、サンプルホールドスイッチ１０６の接続状態をオフにして、サンプリングコンデンサ１０４への電荷の供給を止めるとともに、サンプリングコンデンサ１０４に蓄積された電荷をコンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４に出力する。そして、コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部４は、入力信号に基づいてＡ／Ｄ変換を実行する。

次に、リーク電流を考慮しない場合におけるＡ／Ｄコンバータのオープン検出について説明する。上述のように、サンプリングコンデンサ１０４に蓄積された電荷は、初期化スイッチ１０５によって初期化（放電）される。ここで、サンプリングコンデンサ１０４に異常がある場合あるいはセンサからの入力系統に断線異常（入力端子オープン）がある場合は、Ａ／Ｄ変換を実行しても、サンプリングコンデンサ１０４に電荷が蓄積されない。よって、このときのサンプリングコンデンサ１０４に蓄積された電荷は、サンプリングコンデンサ１０４を初期化した状態のままである。

ここで、サンプリングコンデンサ１０４を初期化する際の電圧値を基準電圧の下側基準電圧（ＶＲＥＦ−）、即ち、基準電圧の０％相当の値とする。また、オープン検出する電圧範囲（以下、オープン検出電圧範囲と称す）を例えば基準電圧の１０％以下相当の値とする。このとき、アナログ信号源から外部入力端子１０７の間、あるいは外部入力端子１０７からサンプリングコンデンサ１０４の間で断線などの異常が発生した場合には、サンプリングコンデンサ１０４は初期化された状態のまま（０Ｖ付近）なので入力系の異常と判定される。したがって、本構成によってＡ／Ｄコンバータのオープン検出をすることが可能である。

しかし、図２に示すように、実際には外部入力端子１０７にデバイス破壊防止用として保護ダイオード１０１等のリーク電流源が備えられる場合がほとんどである。このとき、保護ダイオード１０１等から流れ込むリーク電流により、入力端子オープンの場合でも、セレクタ回路１０３等の寄生容量に電荷が蓄積されてしまう。そのため、初期化したサンプリングコンデンサ１０４の電位が変動してしまい、精度の高いオープン検出ができないという問題があった。そこで本発明は、それを解決するために、オープン検出初期化回路１を備える。

本発明のＡ／Ｄコンバータ１００におけるオープン検出の動作について説明する。ここで、オープン検出初期化回路１の有無による違いを比較するため、まず、オープン検出初期化回路１を有しない場合の例について説明する。オープン検出初期化回路１を有しない場合のＡ／Ｄコンバータ２００を図１１に示す。なお、その他の回路構成については、図２の場合と同様であるため説明を省略する。

図１１に示す回路のタイミングチャートを図１２に示す。図１２の上段にＡ／Ｄ変換処理の工程、中段に入力端子オープン時における外部入力端子１０７の電圧値のタイミングチャート、下段に通常動作時（電源電圧が３．５Ｖの場合を例に示す。）のタイミングチャートを示す。図１２の例では、セレクタ１０３によって選択的に指定された外部入力端子１０７からの信号について、サンプリング、ホールド＆コンペア、サンプリングコンデンサ１０４の初期化の順にＡ／Ｄ変換処理が実行される。その後、セレクタ１０３によって選択的に指定された別の外部入力端子１０７からの信号についても、同様のＡ／Ｄ変換処理が実行される。このように、セレクタ１０３によって選択的に指定される外部入力端子１０７からの信号のＡ／Ｄ変換処理が繰り返し実行される。

まず、図１２に示す通常動作時の例では、外部入力端子１０７の電圧は常に一定の値を示し、正常なＡ／Ｄ変換処理が実行される。一方、入力端子オープン時の例では、サンプルホールド時に、電圧が不定値（中間電位とする）を示す外部入力端子１０７の電荷がサンプリングコンデンサ１０４に放電されるため、外部入力端子１０７の電圧が降下する。しかし、入力端子オープン時の外部入力端子１０７の電圧は不定であるため、サンプリング時に、外部入力端子１０７の電圧がオープン検出電圧範囲まで降下することは保証されず、正確なオープン検出を実行することができない。

さらに、その後、ホールド＆コンペア、サンプリングコンデンサの初期化、他の外部入力端子１０７の順にＡ／Ｄ変換処理が実行される間に、保護ダイオード１０１等から流れ込むリーク電流によってセレクタ１０３等の寄生容量に電荷が蓄積され、外部入力端子１０７の電圧が再び上昇する。したがって、その後、再びＡ／Ｄ変換処理が実行されたとしても、サンプリング時に、外部入力端子１０７の電圧がオープン検出電圧範囲まで降下しない可能性がある。図１２では、○印で示すように、オープン検出電圧範囲以上の電圧でホールドされてしまっている。このように、繰り返しＡ／Ｄ変換処理を実行してもオープン検出することができない可能性がある。

次に、オープン検出初期化回路１を有するＡ／Ｄコンバータ１００のタイミングチャートを図４に示す。図４の例では、セレクタ１０３によって選択的に指定された外部入力端子１０７からの信号について、寄生容量の初期化、サンプリング、ホールド＆コンペア、サンプリングコンデンサの初期化の順にＡ／Ｄ変換処理が実行される。ここで、従来技術と異なる点は、サンプリングの実行前に、寄生容量の初期化を実行している点である。なお、寄生容量の初期化では、寄生容量初期化スイッチ１０８の接続状態をオンにすることにより、外部入力端子１０７とセレクタ回路１０３とを接続する入力ノード上の寄生容量に蓄積された電荷が初期化（放電）される。その後、セレクタ１０３によって選択的に指定された別の外部入力端子１０７からの信号についても、同様のＡ／Ｄ変換処理が実行される。このように、セレクタ１０３によって選択的に指定される外部入力端子１０７からの信号のＡ／Ｄ変換処理が繰り返し実行される。

まず、図４に示す通常動作時の例では、寄生容量の初期化時に、寄生容量初期化スイッチ１０８の接続状態をオンにすることにより、外部入力端子１０７とセレクタ回路１０３とを接続する入力ノードが接地電圧端子に接続されるため、外部入力端子１０７の電圧は降下する。しかし、その後のサンプリング時に、寄生容量初期化スイッチ１０８の接続状態をオフにすることにより、外部入力端子１０７の電圧は再び３．５Ｖまで上昇する。したがって、通常動作時は、寄生容量が初期化された場合でも、正常なＡ／Ｄ変換処理が実行される。

一方、図４に示す入力オープン時の例では、寄生容量の初期化時に、中間電位を示す外部入力端子１０７の電荷が接地電圧端子に放電されるため、外部入力端子１０７の電圧がオープン検出電圧範囲まで降下する。その後、サンプリング時に、保護ダイオード１０１等から流れ込むリーク電流により、セレクタ１０３等の寄生容量に電荷が蓄積され、外部入力端子１０７の電圧が再び上昇する。しかし、外部入力端子１０７の電圧は、寄生容量の初期化によって十分に降下しているため、サンプリング時においてもオープン検出電圧範囲を維持することができる。そのため、精度の高いオープン検出が可能である。

このように、外部入力端子１０７からの信号のＡ／Ｄ変換処理を実行する場合において、オープン検出初期化回路１に備えられた寄生容量初期化スイッチ１０８の接続状態をオンにすることにより、外部入力端子とセレクタ回路１０３とを接続する入力ノード上の寄生容量に蓄積された電荷を初期化（放電）することができる。そのため、保護ダイオード等によるリーク電流の影響を実質的に無くすことができ、精度の高いオープン検出が可能である。

また、保護ダイオード１０１のリーク電流の影響を少なくする別の解決策として、接地電圧端子側に備えられた保護ダイオードのリーク電流量と、電源電圧端子側に備えられた保護ダイオードのリーク電流量を同一にする方法が考えられるが、その場合と比較して、本発明の実施の形態は低コストで実現可能である。

実施の形態２
図２に示す回路において、外部入力端子１０７に接続された外付けコンデンサ１１０の容量が大きい場合のＡ／Ｄコンバータ１００のタイミングチャートを図５に示す。図５に示す通常動作時の例では、外付けコンデンサ１１０の容量が大きいため、寄生容量の初期化後にサンプリング処理が実行された場合、サンプリング時間内にサンプリングコンデンサ１０４に十分な電荷を蓄積することができない。そのため、正確なＡ／Ｄ変換処理が実行されない可能性がある。その解決策として、本発明の実施の形態２が提案されている。

図６に本発明の実施の形態２にかかるＡ／Ｄコンバータ１００のタイミングチャートを示す。図６では、図５に示すタイミングチャートと比較してＡ／Ｄ変換処理の順序を変更している。Ａ／Ｄコンバータ１００の回路構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

図６に示すように、本発明の実施の形態２では、Ａ／Ｄ変換処理において寄生容量の初期化とサンプリングの処理の間に、他の外部入力端子１０７のＡ／Ｄ変換処理を実行している。それにより、通常動作時において寄生容量の初期化を実行した場合でも、サンプリング時間内にサンプリングコンデンサ１０４に十分な電荷を蓄積することができ、正確なＡ／Ｄ変換処理が実行される。このように、寄生容量初期化スイッチ１０８は、コントロール部６から出力される制御信号に基づいて、任意の動作タイミングで接続状態の切り替えが可能である。なお、この場合、入力端子オープン時において、サンプリング時間内に外部入力端子１０７の電圧値がオープン検出電圧範囲を維持するように設定する必要がある。したがって、より精度の高いオープン検出をしたい場合には、図４に示すような本発明の実施の形態１のＡ／Ｄ変換処理は有効である。

実施の形態３
図７を用いて実施の形態３を説明する。本実施の形態では、回路構成は実施の形態１、２と同様であるが、コントロール部６による寄生容量初期化スイッチ１０８の制御タイミングが異なる。寄生容量初期化スイッチ１０８に接続する抵抗素子１０９は、低抵抗値とすると寄生容量の初期化を高速に行うことができる。しかし、低抵抗値としてしまうと抵抗素子１０９に流れる電流量が増加することになり、本来のＡ／Ｄ変換結果に誤差が生じてしまう可能性がある。そこで、本実施の形態では、抵抗素子１０９を高抵抗値とした場合であっても、寄生容量の影響を取り除いて故障検出を可能とするものである。

図７で示す通り、寄生容量初期化スイッチ１０８は、サンプリング期間中はオフとされ、それ以外の期間中はオンに制御される。この制御による動作を図７で説明する。まず、始めの第１のサンプリング期間では、寄生容量初期化スイッチ１０８はオフであるため、入力端子１０７に供給される電圧がそのままサンプリングされる。つまり、入力端子１０７にオープン故障が発生している場合は中間電位が、正常の場合は３．５Ｖがそれぞれサンプリングされることになる。このとき、入力端子１０７に対する異常判断は行わない。サンプリング終了後、寄生容量初期化スイッチ１０８をオンにし、その後コンペア、サンプリングコンデンサの初期化、他端子の変換の期間中、寄生容量初期化スイッチ１０８はオンのままにする。抵抗素子１０９が高抵抗であるため、入力端子１０７が正常の場合、入力電位はほとんど変化しない。

一方、入力端子１０７がオープン故障となっている場合は、電位は降下し続ける。そして第２のサンプリング期間において、同様に寄生容量初期化スイッチ１０８をオフにする。この時サンプリングされる電位は、入力端子１０７にオープン故障が生じている場合、電位が降下し続けた結果、オープン検出電圧範囲内となり、それに対して正常の場合は入力電位である３．５Ｖとなる。よって、このとき、入力端子１０７に対して異常判断を行うことで、オープン故障の検出が可能となる。本実施の形態の場合、実施の形態１、２と比較し、「寄生容量の初期化」のシーケンスを省略できるという効果もある。

実施の形態４
図８を用いて実施の形態４を説明する。図８は、図１に対して断線テスト用回路７をさらに備えたＡ／Ｄコンバータ１００ｂである。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ１００ｂは、外部入力端子１０７とオープン検出初期化回路１との間に段線テスト用回路７を備える。また、図２の抵抗素子１０９を可変抵抗(不図示)とするものである。その抵抗値はコントロール部６からの制御により決定される。可変抵抗の構成は周知の技術、例えば複数の抵抗素子と複数のスイッチで構成されるようなものを用いれば良い。

図２の抵抗素子１０９の抵抗値は、既に説明した通り、寄生容量の初期化のスピードとＡ／Ｄ変換結果に影響する。すなわち、高抵抗とすれば寄生容量の初期化が遅くなり、低抵抗とすれば寄生容量の初期化が早くなる。従って、寄生容量の初期化スピードだけを考慮すると、低抵抗とすれば良いことになるが、しかしながら、この場合、本来の動作であるＡ／Ｄ変換に誤差が生じやすくなってしまう。また、寄生容量初期化スイッチ１０８も同様に、オン時間を長くすると寄生容量の初期化は早くなるが、逆にＡ／Ｄ変換にかかるトータル時間は長くなる。オン時間を短くすると寄生容量の初期化に時間がかかるが、１回のＡＤ変換にかかる時間は短くなる。

従って、抵抗素子１０９の抵抗値、寄生容量初期化スイッチ１０８のオン時間については、実際の使用状況に合わせてその都度合わせこんでいく必要がある。そこで本実施の形態３では、仮想の断線状態の設定、抵抗素子１０９の可変抵抗化、寄生容量初期化スイッチ１０９のオン時間を可変にすることで、実際の使用状況に合わせて本願のＡ／Ｄ変換コンバータを適用できるようにするものである。

動作を説明する。まず、断線テスト用回路７で入力端子の断線状態を設定する。断線テスト用回路７はスイッチで良く、オフ状態にすることで仮想の断線状態が設定できる。コントロール部６は、抵抗素子１０９の抵抗値と、寄生容量初期化スイッチ１０８のオン時間を変化させながら、断線状態の検出及びＡ／Ｄ変換を行い、入力端子のオープン故障が期待される時間内で検出でき、かつ、期待されるＡ／Ｄ変換結果が得られた時の抵抗値、オン時間を記憶する。

断線テストが終了後、通常動作においては、記憶された情報に基づいて、抵抗素子１０９の抵抗値と、寄生容量初期化スイッチ１０８のオン時間が定められ、実施の形態１〜３のような動作が行われることになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本実施の形態では、保護ダイオードから流れ込むリーク電流によって寄生容量に電荷が蓄積される例について説明したが、これに限られず、その他のリーク電流源によって電荷が蓄積される場合にも同様に適用される。

また、Ａ／Ｄ変換処理における各工程はそれぞれ任意の動作タイミングで実行可能である。一例として、Ａ／Ｄ変換を行っていない時間帯、例えば回路のリセット（初期化）中などの時間帯や、他の入力端子のＡ／Ｄ変換を行っている時間帯に寄生容量初期化スイッチ１０８をオンにするシーケンスを持たせても良い。また、他の例として、寄生容量初期化スイッチ１０８の制御を、図９のようにすることも可能である。図９では、ホールド＆コンペアの期間中のみ、寄生容量初期化スイッチ１０８をオンとしている。図９の場合、始めのサンプリングでは、入力端子１０７の電位をそのままサンプリングすることになるため、この時には入力端子１０７の異常判断を行わない。次のサンプリングの時に異常判断を行うことになる。あるいはホールド＆コンペア期間中ではなく、サンプリングコンデンサの初期化中であっても良い。これらの場合、図４のような「寄生容量の初期化」というシーケンスを持たなくても良くなる。

また、本実施の形態では、外部入力端子１０７が複数ある場合の例について説明したが、これに限られず、外部入力端子１０７が単体の場合でも同様に適用可能である。なお、その場合には、外部入力端子１０７からの信号を選択する必要がないためセレクタ１０３は不要である。

また、本実施の形態では、オープン検出初期化回路１に備えられた寄生容量初期化スイッチ１０８の一端が接地電圧端子に接続される場合の例について説明したが、これに限られず、電源電圧端子に接続される場合にも適用可能である。具体例として、図３に、図２のＡ／Ｄコンバータ１００の変形例であるＡ／Ｄコンバータ１００ａを示す。Ａ／Ｄコンバータ１００ａは、図２の場合と比較して、サンプリングコンデンサ３ａの初期化スイッチ１０５が電源電圧端子に接続され、あわせてオープン検出初期化回路１ａが電源電圧端子側に接続されているところが異なる。その他の回路構成については図２と同様であるため説明を省略する。オープン検出初期化回路１ａにおいて、外部入力端子１０７とセレクタ１０３とを接続する入力ノードと、電源電圧端子とが、抵抗素子１０９と寄生容量初期化スイッチ１０８を介して接続される。これにより、外部入力端子１０７とセレクタ回路１０３を接続する入力ノード上の寄生容量に蓄積された電荷を初期化（充電）することができる。

なお、この場合には、サンプリングコンデンサ１０４を初期化する際の電圧値を基準電圧の上側基準電圧（ＶＲＥＦ＋）、即ち、基準電圧の１００％相当の値とする。また、オープン検出電圧範囲を例えば基準電圧の９０％以上相当の値とする。このとき、アナログ信号源から外部入力端子１０７の間、あるいは外部入力端子１０７からサンプリングコンデンサ１０４の間で断線などの異常が発生した場合には、サンプリングコンデンサ１０４は初期化された状態のままなので入力系の異常と判定される。したがって、本構成によってＡ／Ｄコンバータの故障（入力端子オープン）を検出することが可能である。

また、図１０のような構成も可能である。図１０に示すＡ／Ｄコンバータ１００ｃは、図２に示すＡ／Ｄコンバータ１００と比較して、セレクタ１０３の前にチャネルサンプルホールド回路８、後ろにバッファアンプ９をさらに追加したものである。どちらも公知の技術であるため詳細は省略するが、サンプリングコンデンサ１０４の充電（または放電）時間を加速する効果があるものである。本願の場合、チャネルサンプルホールド回路８、バッファアンプ９を追加した場合であっても、オープン検出初期化回路１により、入力端子オープンの故障が発生しても、その電位が接地電位までに初期化されるため、上述した効果を維持することが可能である。

１ オープン検出初期化回路
１ａ オープン検出初期化回路
２ セレクタ部
３ サンプルホールド部
３ａ サンプルホールド部
４ コンパレータ＆Ａ／Ｄコンバータ部
５ 変換結果格納部
６ コントロール部
７ 段線テスト用回路
８ チャネルサンプルホールド回路
９ バッファアンプ
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ Ａ／Ｄコンバータ
１０１ 保護ダイオード
１０３ セレクタ
１０４ サンプリングコンデンサ
１０５ 初期化スイッチ
１０６ サンプルホールドスイッチ
１０７ 外部入力端子
１０８ 寄生容量初期化スイッチ
１０９ 抵抗素子
１１０ 外付けコンデンサ
１１１ 電圧源
１１２ 抵抗素子
２００ Ａ／Ｄコンバータ

Claims (9)

1. 入力電圧に応じた電荷を蓄積するサンプリングコンデンサと、
   前記サンプリングコンデンサを初期化する第１の初期化スイッチと、
   外部入力端子と前記サンプリングコンデンサとの接続状態を切り替えるサンプルホールドスイッチと、
   前記入力端子と前記サンプルホールドスイッチとを接続する入力ノードに蓄積された電荷を抵抗を介して初期化する第２の初期化スイッチと、を備えたＡ／Ｄコンバータ。
2. 前記第２の初期化スイッチは、
   前記入力ノードと接地電圧端子との間に備えられたことを特徴とする請求項１に記載のＡ／Ｄコンバータ。
3. 前記第２の初期化スイッチは、
   前記入力ノードと電源電圧端子との間に備えられたことを特徴とする請求項１に記載のＡ／Ｄコンバータ。
4. 前記入力端子と前記サンプルホールドスイッチとの間に接続され、複数の外部入力端子から入力される信号を選択的に出力するセレクタ回路をさらに備え、
   前記入力端子と前記セレクタ回路とを接続する入力ノード毎に前記第２の初期化スイッチを備えた請求項１〜３いずれか一項に記載のＡ／Ｄコンバータ。
5. 一端が前記入力ノードに接続された保護ダイオードをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載のＡ／Ｄコンバータ。
6. 前記第１の初期化スイッチの接続状態を制御する第１の制御信号と、前記第２の初期化スイッチの接続状態を制御する第２の制御信号と、前記サンプルホールドスイッチの接続状態を制御する第３の制御信号と、を出力するコントロール部をさらに備え、
   前記第１〜３の制御信号は、それぞれ独立して制御されることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載のＡ／Ｄコンバータ。
7. 前記コントロール部は、
   前記セレクタ回路の出力信号を制御する第４の制御信号をさらに出力し、
   前記第１〜４の制御信号は、それぞれ独立して制御されることを特徴とする請求項６に記載のＡ／Ｄコンバータ。
8. サンプリングコンデンサと、当該サンプリングコンデンサと入力端子間に接続されたスイッチとを備えたＡ／Ｄコンバータのオープン検出方法であって、
   前記入力端子と前記スイッチ間の配線に形成される寄生容量の初期化を行い、
   前記初期化後、前記スイッチにより前記サンプリングコンデンサを前記入力端子に接続して入力電圧のサンプリングを行い、
   前記サンプリングコンデンサのサンプリング結果に基づいてオープン故障の検出を行うＡ／Ｄコンバータのオープン検出方法。
9. 前記寄生容量の初期化後、所定の時間経過後、入力電圧に応じた電荷を前記サンプリングコンデンサに蓄積することを特徴とする請求項８に記載のＡ／Ｄコンバータのオープン検出方法。

Images