JP2012124589A - A/d converter - Google Patents

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JP2012124589A JP2010271764A JP2010271764A JP2012124589A JP 2012124589 A JP2012124589 A JP 2012124589A JP 2010271764 A JP2010271764 A JP 2010271764A JP 2010271764 A JP2010271764 A JP 2010271764A JP 2012124589 A JP2012124589 A JP 2012124589A
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Tsukasa Ida
司 井田
Minoru Kumahara
稔 熊原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a more precise A/D converter.SOLUTION: A control circuit (control means) 5 has the function of controlling an input switch section 2 such that an integrator 1 selectively performs a first double integration of integrating an input voltage Vover a first integration period and then integrating a reference voltage Vover a second integration period and a second double integration of integrating a first base voltage (ground voltage) Vover the first integration period and then integrating the reference voltage Vover the second integration period. A digital circuit 7 is provided to receive a first count value comprising a count value corresponding to the second integration period in the first double integration and a second count value comprising a count value corresponding to the second integration period in the second double integration. The digital circuit 7 has the function of computing and outputting as a digital value, upon every first count value, a difference value resulting from the subtraction of an average value of the two second count values that precede and succeed the first count value from the first count value.

Description

本発明は、A/D変換器に関するものである。   The present invention relates to an A / D converter.

従来から、センサと、センサの出力電圧を増幅する増幅回路(プリアンプ)と、増幅回路から出力される出力電圧(アナログ値)をディジタル値に変換するA/D変換器とを備えたセンサ装置が提案されている(例えば、特許文献1)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a sensor device includes a sensor, an amplifier circuit (preamplifier) that amplifies the output voltage of the sensor, and an A / D converter that converts an output voltage (analog value) output from the amplifier circuit into a digital value. It has been proposed (for example, Patent Document 1).

また、従来から、アナログ値をディジタル値に変換するA/D変換器の一種として、四重積分型A/D変換器が知られている(例えば、特許文献2,3)。   Conventionally, a quadruple integration type A / D converter is known as a kind of A / D converter for converting an analog value into a digital value (for example, Patent Documents 2 and 3).

一般的に、四重積分型A/D変換器は、演算増幅器と抵抗とコンデンサとを有する積分器を備えており、グラウンド電圧を積分する第1期間、参照電圧を積分する第2期間、入力電圧を積分する第3期間、参照電圧を積分する第4期間がサイクリックに現われるように積分器の入力が制御される。そして、四重積分型A/D変換器では、第4期間のカウント値から第2期間のカウント値を減算することにより、演算増幅器のオフセット電圧や、低周波雑音をキャンセルするようにしている。   In general, the quadruple integration type A / D converter includes an integrator having an operational amplifier, a resistor, and a capacitor, and includes a first period for integrating a ground voltage, a second period for integrating a reference voltage, and an input. The input of the integrator is controlled so that the third period for integrating the voltage and the fourth period for integrating the reference voltage appear cyclically. In the quadruple integration type A / D converter, the offset voltage of the operational amplifier and low frequency noise are canceled by subtracting the count value of the second period from the count value of the fourth period.

四重積分型A/D変換器は、二重積分型A/D変換器に比べて、変換時間が長くなるというデメリットはあるものの、演算増幅器のオフセット誤差の影響を低減でき、低雑音特性が得られるというメリットがある。   Although the quadruple integration type A / D converter has the disadvantage that the conversion time is longer than the double integration type A / D converter, it can reduce the influence of the offset error of the operational amplifier and has low noise characteristics. There is a merit that it can be obtained.

特開2010−237117号公報JP 2010-237117 A 米国特許第3872466号U.S. Pat. No. 3,872,466 特開2009−38433号公報JP 2009-38433 A

しかしながら、上述の四重積分型A/D変換器においても、より一層の高精度化が要求される場合もある。   However, even the above-described quadruple integration type A / D converter may be required to have higher accuracy.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、より一層の高精度化が可能なA/D変換器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide an A / D converter capable of further improving the accuracy.

本発明のA/D変換器は、演算増幅器と抵抗とコンデンサとを有する積分器と、前記積分器に入力電圧と前記入力電圧とは逆極性の参照電圧とグラウンド電圧との1つを択一的に入力させる入力切替部と、前記積分器の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、前記積分器において前記入力電圧を第1積分期間だけ積分した後に前記参照電圧を第2積分期間だけ積分する第1の二重積分と前記グラウンド電圧を前記第1積分期間だけ積分した後に前記参照電圧を前記第2積分期間だけ積分する第2の二重積分とが選択的に行われるように前記入力切替部を制御する機能を有する制御手段と、前記第2積分期間毎に前記コンパレータの出力が反転するまで一定周期のクロックパルスをカウントしカウント値を出力するカウンタと、前記第1の二重積分における前記第2積分期間に対応した前記カウント値からなる第1のカウント値と前記第2の二重積分における前記第2積分期間に対応した前記カウント値からなる第2のカウント値とが入力されるディジタル回路とを備え、前記ディジタル回路は、前記第1のカウント値ごとに、前記第1のカウント値の前後1つずつの前記第2のカウント値の平均値を前記第1のカウント値から減算した差分値を求めてディジタル値として出力する機能を有することを特徴とする。   An A / D converter according to the present invention includes an integrator having an operational amplifier, a resistor, and a capacitor, and an input voltage, a reference voltage having a polarity opposite to the input voltage, and a ground voltage are selected for the integrator. An input switching unit for inputting the input voltage, a comparator for comparing the output voltage of the integrator with a reference voltage, and integrating the input voltage in the integrator for a first integration period and then integrating the reference voltage for a second integration period. The first double integration to be performed and the second double integration to integrate the reference voltage for the second integration period after the ground voltage is integrated for the first integration period. A control unit having a function of controlling the switching unit, a counter that counts a clock pulse of a constant period and outputs a count value until the output of the comparator is inverted every second integration period; The second count value consisting of the first count value corresponding to the second integration period in the double integration and the count value corresponding to the second integration period in the second double integration. For each of the first count values, the digital circuit calculates an average value of the second count values before and after the first count value for each of the first count values. It has a function of obtaining a difference value obtained by subtracting from the count value and outputting it as a digital value.

このA/D変換器において、前記制御手段は、時系列的に並ぶ2回の前記第2の二重積分の間に、前記第1の二重積分が複数回行われるように、前記入力切替部を制御することが好ましい。   In this A / D converter, the control means switches the input switching so that the first double integration is performed a plurality of times during the second double integration that is arranged in time series. It is preferable to control the part.

本発明のA/D変換器においては、より一層の高精度化を図ることが可能となる。   In the A / D converter according to the present invention, it is possible to achieve higher accuracy.

実施形態のA/D変換器の回路図である。It is a circuit diagram of the A / D converter of an embodiment. 同上のA/D変換器の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of an A / D converter same as the above. 同上のA/D変換器の状態図である。It is a state diagram of an A / D converter same as the above. 同上のA/D変換器の他の構成例の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the other structural example of an A / D converter same as the above. 同上のA/D変換器の他の構成例の状態図である。It is a state diagram of the other structural example of an A / D converter same as the above.

本実施形態のA/D変換器は、図1に示すように、積分器1と、積分器1への入力を切り替える入力切替部2と、コンパレータ3と、カウンタ4と、クロックパルス発生部6と、ディジタル回路7とを備えている。また、A/D変換器は、入力切替部2を制御する機能を有する制御手段である制御回路5を備えている。なお、制御回路5は、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータなどにより構成してもよいし、タイミングコントロール回路や、それぞれ所望の機能を実現するように設計した複数の回路などの組み合わせにより構成してもよい。   As shown in FIG. 1, the A / D converter of the present embodiment includes an integrator 1, an input switching unit 2 that switches an input to the integrator 1, a comparator 3, a counter 4, and a clock pulse generator 6. And a digital circuit 7. Further, the A / D converter includes a control circuit 5 which is a control unit having a function of controlling the input switching unit 2. The control circuit 5 may be configured by a microcomputer equipped with an appropriate program, or may be configured by a combination of a timing control circuit and a plurality of circuits each designed to realize a desired function. Also good.

積分器1は、演算増幅器OP1を備え、演算増幅器OP1の反転入力端子に抵抗(入力抵抗)Rが接続されるとともに、演算増幅器OP1の反転入力端子と出力端子との間にコンデンサCが接続されている。ここで、積分器1は、演算増幅器OP1の非反転入力端子の電位が、第1の基準電圧VAGNDに設定されるように構成されている。要するに、積分器1は、演算増幅器OP1と抵抗RとコンデンサCとを用いた反転積分器の構成となっており、抵抗RとコンデンサCとの直列回路を有している。なお、本実施形態では、第1の基準電圧VAGNDをグランド電圧に設定してあり、演算増幅器OP1の非反転入力端子をグラウンドに接地してある。 The integrator 1 includes an operational amplifier OP1, a resistor (input resistance) R is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1, and a capacitor C is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1. ing. Here, the integrator 1 is configured such that the potential of the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is set to the first reference voltage V AGND . In short, the integrator 1 has a configuration of an inverting integrator using the operational amplifier OP1, the resistor R, and the capacitor C, and has a series circuit of the resistor R and the capacitor C. In the present embodiment, the first reference voltage V AGND is set to the ground voltage, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is grounded.

これに対し、入力切替部2は、積分器1に、入力電圧Vinと当該入力電圧Vinとは逆極性の参照電圧VREFと第1の基準電圧AGNDとのいずれか1つを択一的に入力させることができる構成となっている。 In contrast, the input switching section 2, the integrator 1, alternatively any one of the input voltage V in and the input voltage V in is the opposite polarity of the reference voltage V REF and the first reference voltage AGND It is the structure which can be made to input automatically.

入力切替部2は、積分器1への入力電圧Vinの入力経路に設けられたアナログスイッチSW1と、積分器1への参照電圧VREFの入力経路に設けられたアナログスイッチSW2と、積分器1への第1の基準電圧VAGNDの入力経路に設けられたアナログスイッチSW3とを備えている。各アナログスイッチSW1〜SW3は、nチャネルMOSトランジスタにより構成することが好ましく、これにより、pチャネルMOSトランジスタにより構成する場合に比べて、オン抵抗を低減できるとともに、高速動作が可能となる。 The input switching unit 2 includes an analog switch SW1 provided in the input path of the input voltage Vin to the integrator 1, an analog switch SW2 provided in the input path of the reference voltage VREF to the integrator 1, and an integrator 1 and an analog switch SW3 provided in the input path of the first reference voltage V AGND to 1. Each of the analog switches SW1 to SW3 is preferably composed of an n-channel MOS transistor, which can reduce the on-resistance and enable high-speed operation as compared with the case where it is composed of a p-channel MOS transistor.

上述の入力電圧Vinとしては、例えば、図示しないセンサ(例えば、赤外線センサなど)の出力電圧をプリアンプ(図示せず)などにより増幅して得られた電圧信号がある。なお、センサは赤外線センサに限らず、例えば、赤外線センサ以外の物理量センサや、化学量センサなどでもよい。 The input voltage V in the above, for example, a sensor (not shown) (e.g., an infrared sensor, etc.) (not shown) the output voltage of the preamplifier is a voltage signal obtained by amplifying the like. The sensor is not limited to the infrared sensor, and may be a physical quantity sensor other than the infrared sensor, a chemical quantity sensor, or the like.

制御回路5は、図2に示すように、積分器1において入力電圧Vinを第1積分期間T1だけ積分した後に参照電圧VREFを第2積分期間T2だけ積分する第1の二重積分(この際の出力電圧Voutを実線で示す)と第1の基準電圧(ここでは、グラウンド電圧)VAGNDを第1積分期間T1だけ積分した後に参照電圧VREFを第2積分期間T2だけ積分する第2の二重積分(この際の出力電圧Voutを一点鎖線で示す)とが選択的に行われるように入力切替部2を制御する機能を有している。ここにおいて、入力切替部2は、上述の3つのアナログスイッチSW1〜SW3を具備しており、各アナログスイッチSW1〜SW3それぞれのオンオフが制御回路5からの制御信号S1〜S3によって制御される。ここで、制御回路5は、図2に示すように、積分器1において第1の二重積分と第2の二重積分とが交互に繰り返されるように、入力切替部2を制御する機能を有している。 As shown in FIG. 2, the control circuit 5 integrates the input voltage Vin in the integrator 1 for the first integration period T1, and then integrates the reference voltage VREF for the second integration period T2. The output voltage V out at this time is indicated by a solid line) and the first reference voltage (here, ground voltage) V AGND is integrated for the first integration period T1, and then the reference voltage V REF is integrated for the second integration period T2. It has a function of controlling the input switching unit 2 so that the second double integration (the output voltage V out at this time is indicated by a one-dot chain line) is selectively performed. Here, the input switching unit 2 includes the above-described three analog switches SW <b> 1 to SW <b> 3, and each of the analog switches SW <b> 1 to SW <b> 3 is controlled by control signals S <b> 1 to S <b> 3 from the control circuit 5. Here, as shown in FIG. 2, the control circuit 5 has a function of controlling the input switching unit 2 so that the first double integration and the second double integration are alternately repeated in the integrator 1. Have.

ところで、積分器1は、コンデンサCに、リセット用のアナログスイッチSW4が並列接続されている。したがって、積分器1は、リセット用のアナログスイッチSW4がオンされることにより、コンデンサCの残留電荷を放電させるリセット期間T3(図2参照)を設けることができる。このアナログスイッチSW4のオンオフは上述の制御回路5からの制御信号S4によって制御される。アナログスイッチSW4は、nチャネルMOSトランジスタにより構成することが好ましく、これにより、pチャネルMOSトランジスタにより構成する場合に比べて、オン抵抗を低減できるとともに、高速動作が可能となる。   Incidentally, in the integrator 1, a reset analog switch SW4 is connected to the capacitor C in parallel. Therefore, the integrator 1 can provide the reset period T3 (see FIG. 2) in which the residual charge of the capacitor C is discharged by turning on the reset analog switch SW4. On / off of the analog switch SW4 is controlled by the control signal S4 from the control circuit 5 described above. The analog switch SW4 is preferably composed of an n-channel MOS transistor, whereby the on-resistance can be reduced and high-speed operation is possible as compared with the case where it is composed of a p-channel MOS transistor.

また、上述のコンパレータ3は、積分器1の出力電圧Voutを第2の基準電圧VSSと比較する。また、上述のカウンタ4は、一定周期のクロックパルスを出力する上述のクロックパルス発生部6からのクロックパルスをカウントしカウント値を出力する。このカウンタ4は、制御回路5からのカウント開始信号によって積分器1の第2積分期間T2の開始と同時に動作(カウント動作)が開始され、その後にコンパレータ3の出力が変化(反転)したときに動作(カウント動作)が終了される。したがって、カウンタ4は、第2積分期間T2において積分器1の出力電圧Voutが第1の基準電圧VAGNDに戻るまでの放電期間T4(図2参照)のみクロックパルスをカウントしカウント値を上述のディジタル回路7へ出力する。ここにおいて、カウンタ4は、カウント開始信号よりも前に制御回路5から与えられるリセット信号によりカウント値がリセットされる。したがって、カウンタ4は、第2積分期間T2毎にコンパレータ3の出力が反転するまで一定周期のクロックパルスをカウントしカウント値を出力することとなる。一方、ディジタル回路7は、カウンタ4のカウント値が入力されることとなる。 The above-described comparator 3 compares the output voltage V out of the integrator 1 with the second reference voltage V SS . The above-mentioned counter 4 counts the clock pulses from the above-mentioned clock pulse generator 6 that outputs clock pulses with a constant period, and outputs a count value. The counter 4 starts operating (counting operation) simultaneously with the start of the second integration period T2 of the integrator 1 by the count start signal from the control circuit 5, and thereafter the output of the comparator 3 changes (inverts). The operation (counting operation) is terminated. Therefore, the counter 4 counts the clock pulse only during the discharge period T4 (see FIG. 2) until the output voltage Vout of the integrator 1 returns to the first reference voltage V AGND in the second integration period T2, and the count value is described above. To the digital circuit 7. Here, the count value of the counter 4 is reset by a reset signal given from the control circuit 5 before the count start signal. Therefore, the counter 4 counts clock pulses with a constant period and outputs a count value until the output of the comparator 3 is inverted every second integration period T2. On the other hand, the digital circuit 7 receives the count value of the counter 4.

したがって、制御回路5が入力切替部2を上述のように制御することによって、第1の二重積分の第1積分期間T1には、入力電圧VinとコンデンサCの容量値と抵抗Rの抵抗値とで決まる第1の電流が流れてコンデンサCが充電され、第2積分期間T2には参照電圧VREFとコンデンサCの容量値と抵抗Rの抵抗値とで決まる第2の電流が流れてコンデンサCの電荷が放電される。第1の二重積分の際の積分器1の出力電圧Voutの絶対値は、第1積分期間T1においては入力電圧Vinの値に比例した傾きで増加し、第2積分期間T2においては一定の傾きで減少するので、放電期間T4の長さは、入力電圧Vinに比例する。さらに説明すれば、第1の二重積分の際の第1積分期間T1の終了時における積分器1の出力電圧VoutをVaとすると、 Accordingly, a control circuit 5 controls the input switching section 2 as described above, the first double integration first integration period T1, the resistance of the capacitance value and the resistance R of the input voltage V in a capacitor C The first current determined by the value flows and the capacitor C is charged, and the second current determined by the reference voltage V REF , the capacitance value of the capacitor C, and the resistance value of the resistor R flows during the second integration period T2. The electric charge of the capacitor C is discharged. The absolute value of the output voltage V out of the integrator 1 during the first double integration increases with a slope proportional to the value of the input voltage Vin in the first integration period T1, and in the second integration period T2. since decreases with a constant slope, the length of the discharging period T4 is proportional to the input voltage V in. More specifically, when the output voltage Vout of the integrator 1 at the end of the first integration period T1 in the first double integration is Va,

Figure 2012124589
となる。したがって、第1の二重積分の際の第1積分期間T1は、
Figure 2012124589
It becomes. Therefore, the first integration period T1 in the first double integration is

Figure 2012124589
となる。一方、第1の二重積分の際の放電期間T4をT4sとすると、
Figure 2012124589
It becomes. On the other hand, when the discharge period T4 in the first double integration is T4 s ,

Figure 2012124589
となる。そして、(2)式および(3)式から、
Figure 2012124589
It becomes. From the formulas (2) and (3),

Figure 2012124589
となる。したがって、第1の二重積分における第2積分期間T2に対応するカウンタ4のカウント値(第1のカウント値)は、入力電圧Vinに比例した値となる。なお、積分器1の第2積分期間T2は、積分器1のコンデンサCの容量値と抵抗Rの抵抗値とで決まる時定数に基づいて決定すればよい。
Figure 2012124589
It becomes. Accordingly, the count value of the first counter 4 which corresponds to the second integration period T2 in the double integration (first count value) is a value proportional to the input voltage V in. The second integration period T2 of the integrator 1 may be determined based on a time constant determined by the capacitance value of the capacitor C of the integrator 1 and the resistance value of the resistor R.

また、第2の二重積分の第1積分期間T1には、演算増幅器OP1のオフセット電圧および低周波の雑音電圧を含む雑音電圧VosとコンデンサCの容量値と抵抗Rの抵抗値とで決まる第1の電流が流れてコンデンサCが充電され、第2積分期間T2には参照電圧VREFとコンデンサCの容量値と抵抗Rの抵抗値とで決まる第2の電流が流れてコンデンサCの電荷が放電される。第2の二重積分の際の積分器1の出力電圧Voutの絶対値は、第1積分期間T1においては雑音電圧Vosの値に比例した傾きで増加し、第2積分期間T2においては一定の傾きで減少するので、放電期間T4の長さは、雑音電圧Vosに比例する。さらに説明すれば、第2の二重積分の際の第1積分期間T1の終了時における積分器1の出力電圧VoutをVaとすると、 Further, in the first integration period T1 of the second double integration, it is determined by the noise voltage Vos including the offset voltage of the operational amplifier OP1 and the low-frequency noise voltage, the capacitance value of the capacitor C, and the resistance value of the resistor R. The first current flows to charge the capacitor C, and in the second integration period T2, a second current determined by the reference voltage V REF , the capacitance value of the capacitor C, and the resistance value of the resistor R flows to charge the capacitor C. Is discharged. The absolute value of the output voltage V out of the integrator 1 during the second double integration increases with a slope proportional to the value of the noise voltage Vos in the first integration period T1, and in the second integration period T2. Since it decreases with a constant slope, the length of the discharge period T4 is proportional to the noise voltage V os . More specifically, when the output voltage Vout of the integrator 1 at the end of the first integration period T1 in the second double integration is Va,

Figure 2012124589
となる。したがって、第2の二重積分の際の第1積分期間T1は、
Figure 2012124589
It becomes. Therefore, the first integration period T1 in the second double integration is

Figure 2012124589
となる。一方、第2の二重積分の際の放電期間T4をT4nとすると、
Figure 2012124589
It becomes. On the other hand, when the discharging period T4 during the second double integral and T4 n,

Figure 2012124589
となる。そして、(6)式および(7)式から、
Figure 2012124589
It becomes. From the equations (6) and (7),

Figure 2012124589
となる。したがって、第2の二重積分における第2積分期間T2に対応するカウンタ4のカウント値(第2のカウント値)は、雑音電圧Vosに比例した値となる。
Figure 2012124589
It becomes. Therefore, the count value (second count value) of the counter 4 corresponding to the second integration period T2 in the second double integration is a value proportional to the noise voltage Vos .

なお、本実施形態では、第1積分期間T1、第2積分期間T2、リセット期間T3それぞれを各別に設定した一定値としてある。具体例としては、第1積分期間T1を2msec、第2積分期間T2を0.8msec、リセット期間T3を0.3msecとしてあるが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。   In the present embodiment, each of the first integration period T1, the second integration period T2, and the reset period T3 is a fixed value set separately. As a specific example, the first integration period T1 is set to 2 msec, the second integration period T2 is set to 0.8 msec, and the reset period T3 is set to 0.3 msec. However, these values are merely examples and are not particularly limited.

カウンタ4としては、12ビットのカウンタを用いている。なお、カウンタ4は、12ビットのカウンタに限らず、例えば、8ビットのカウンタや16ビットのカウンタなどを用いてもよい。また、クロックパルス発生部6は、例えば、発振器やクロックパルス発生回路などにより構成すればよい。また、クロックパルス発生部6は、制御回路5に設けてもよい。   As the counter 4, a 12-bit counter is used. The counter 4 is not limited to a 12-bit counter, and for example, an 8-bit counter or a 16-bit counter may be used. Further, the clock pulse generation unit 6 may be constituted by, for example, an oscillator or a clock pulse generation circuit. Further, the clock pulse generator 6 may be provided in the control circuit 5.

ディジタル回路7は、第1の二重積分における第2積分期間T2に対応したカウント値からなる第1のカウント値と第2の二重積分における第2積分期間T2に対応したカウント値からなる第2のカウント値とが入力される。   The digital circuit 7 includes a first count value consisting of a count value corresponding to the second integration period T2 in the first double integration and a count value corresponding to the second integration period T2 in the second double integration. A count value of 2 is input.

このディジタル回路7は、第1のカウント値ごとに、第1のカウント値の前後1つずつの第2のカウント値の平均値を第1のカウント値から減算した差分値を求めてディジタル値として出力する機能を有している。ここにおいて、ディジタル回路7は、第1のカウント値および第2のカウント値を適宜記憶させるメモリ8と、平均値および差分値を求める演算器9とを備えている。したがって、第1のカウント値、第2のカウント値は、適宜、メモリ8に記憶され、演算器9において演算を行う際にメモリ8から読み出される。演算器9は、上述の前後1つずつの第2のカウント値を加算する加算器(図示せず)と、加算器により求められた加算値を2で除することにより上述の平均値を求める除算器(図示せず)と、第1のカウント値から平均値を減算する減算器(図示せず)とを備えている。   For each first count value, the digital circuit 7 obtains a difference value obtained by subtracting the average value of the second count values one before and after the first count value from the first count value as a digital value. It has a function to output. Here, the digital circuit 7 includes a memory 8 that appropriately stores a first count value and a second count value, and an arithmetic unit 9 that calculates an average value and a difference value. Therefore, the first count value and the second count value are appropriately stored in the memory 8 and read from the memory 8 when the arithmetic unit 9 performs an operation. The computing unit 9 obtains the above average value by dividing the addition value obtained by the adder by 2 with an adder (not shown) for adding the second count values before and after the above. A divider (not shown) and a subtracter (not shown) for subtracting the average value from the first count value are provided.

ディジタル回路7は、制御回路5からの読み出しタイミング信号が入力される度に、演算器9において上述の差分値を求める演算が行われ、求められた差分値をディジタル値として出力する。要するに、ディジタル回路7は、制御回路5からの読み出しタイミング信号が入力される度に、上述のディジタル値を出力する。なお、第1の二重積分を行うことにより第1のカウント値を求める状態を「信号サンプル」、第2の二重積分を行うことにより第2のカウント値を求める状態を「オフセット低周波雑音サンプル」、上述の平均値を求める状態を「平均値算出」、ディジタル値を出力する状態を「信号出力」と呼ぶことにすれば、A/D変換器の状態図は、図3のようになる。   Each time the read timing signal from the control circuit 5 is input, the digital circuit 7 performs an operation for obtaining the above-described difference value in the computing unit 9 and outputs the obtained difference value as a digital value. In short, the digital circuit 7 outputs the above-described digital value every time the read timing signal from the control circuit 5 is input. The state where the first count value is obtained by performing the first double integration is “signal sample”, and the state where the second count value is obtained by performing the second double integration is “offset low frequency noise”. If the state for obtaining the average value is called “average value calculation”, and the state for outputting the digital value is called “signal output”, the state diagram of the A / D converter is as shown in FIG. Become.

ところで、第2のカウント値は、第1のカウント値に比べて小さく、第1のカウント値に比べて誤差が大きくなる可能性が高い。   By the way, the second count value is smaller than the first count value, and there is a high possibility that the error is larger than the first count value.

これに対して、本実施形態のA/D変換器は、ディジタル回路7が、第1のカウント値ごとに、第1のカウント値の前後1つずつの第2のカウント値の平均値を第1のカウント値から減算した差分値を求めてディジタル値として出力する機能を有するので、第2のカウント値を決める雑音電圧Vosの影響をさらに低減することが可能となり、より一層の高精度化を図ることが可能となる。 On the other hand, in the A / D converter of the present embodiment, the digital circuit 7 calculates the average value of the second count values before and after the first count value for each first count value. Since it has a function of obtaining a difference value obtained by subtracting from the count value of 1 and outputting it as a digital value, it is possible to further reduce the influence of the noise voltage V os that determines the second count value, and further increase the accuracy. Can be achieved.

上述の例では、制御回路5が、図2に示すように、1回の第1の二重積分と1回の第2の二重積分とが交互に行われるように、入力切替部2を制御しているが、これに限らず、例えば、制御回路5が、図4に示すように、時系列的に並ぶ2回の第2の二重積分の間に、第1の二重積分が複数回(図示例では、3回であるが、2回以上であればよい)行われるように、入力切替部2を制御する機能を有するように構成してもよい。この場合も、ディジタル回路7は、第1のカウント値ごとに、第1のカウント値の前後1つずつの第2のカウント値の平均値を第1のカウント値から減算した差分値を求めてディジタル値として出力する機能を有する点は同じである。したがって、ディジタル回路7では、時系列的に並ぶ2回の第2の二重積分それぞれにおける第2積分期間T2に対応した第2のカウント値の平均値を、当該2回の第2の二重積分の間に行われる複数回の第1の二重積分それぞれにおける第2積分期間T2に対応した第1のカウント値から各別に減算して、各差分値それぞれをディジタル値として出力することとなる。なお、時系列的に並ぶ2回の第2の二重積分の間に第1の二重積分を3回行うものとし、第1の二重積分を行うことにより第1のカウント値を求める状態をそれぞれ「信号サンプル(1)」、「信号サンプル(2)」、「信号サンプル(3)」と呼び、第2の二重積分を行うことにより第2のカウント値を求める状態を「オフセット低周波雑音サンプル」、上述の平均値を求める状態を「平均値算出」、3つのディジタル値を出力する状態を「信号(1)−(3)出力」と呼ぶことにすれば、A/D変換器の状態図は、図5のようになる。   In the above example, as shown in FIG. 2, the control circuit 5 sets the input switching unit 2 so that one first double integration and one second double integration are alternately performed. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, the control circuit 5 performs the first double integration between two second double integrations arranged in time series. You may comprise so that it may have a function which controls the input switching part 2 so that it may be performed in multiple times (it is 3 times in the example of illustration, but it may be 2 times or more). Also in this case, the digital circuit 7 obtains a difference value obtained by subtracting the average value of the second count values one before and after the first count value from the first count value for each first count value. The point of having the function of outputting as a digital value is the same. Therefore, in the digital circuit 7, the average value of the second count value corresponding to the second integration period T2 in each of the two second double integrations arranged in time series is calculated as the second second double integration. Each difference value is output as a digital value by subtracting it separately from the first count value corresponding to the second integration period T2 in each of the multiple first double integrations performed during the integration. . The first double integration is performed three times between two second double integrations arranged in time series, and the first count value is obtained by performing the first double integration. Are called “signal sample (1)”, “signal sample (2)”, and “signal sample (3)”, respectively, and the state of obtaining the second count value by performing the second double integration is “offset low offset”. The frequency noise sample ”, the state for obtaining the above average value is called“ average value calculation ”, and the state for outputting three digital values is called“ signal (1)-(3) output ”. The state diagram of the vessel is as shown in FIG.

このようなA/D変換器では、複数のセンサ素子部を有するセンサから各センサ素子部の出力をプリアンプで増幅しアナログマルチプレクサにより順次入力させるような場合に、A/D変換の高精度化を図りながらも、全てのセンサ素子部それぞれの出力に対応するディジタル値を得るのに要する時間を短くすることが可能となる。したがって、例えば、センサが上記特許文献1に開示された赤外線アレイセンサであれば、フレームレートを短くすることが可能となる。なお、上記特許文献1に開示された赤外線アレイセンサでは、感温部および当該感温部の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタを具備する複数の画素部それぞれが、センサ素子部を構成する。   In such an A / D converter, when the output of each sensor element unit is amplified by a preamplifier from a sensor having a plurality of sensor element units and sequentially input by an analog multiplexer, the accuracy of A / D conversion is improved. In spite of this, it is possible to shorten the time required to obtain digital values corresponding to the outputs of all the sensor element units. Therefore, for example, if the sensor is the infrared array sensor disclosed in Patent Document 1, the frame rate can be shortened. In the infrared array sensor disclosed in Patent Document 1, each of a plurality of pixel units including a temperature sensing unit and a MOS transistor for taking out an output voltage of the temperature sensing unit constitutes a sensor element unit.

1 積分器
2 入力切替部
3 コンパレータ
4 カウンタ
5 制御回路(制御手段)
6 クロックパルス発生部
7 ディジタル回路
8 メモリ
9 演算器
T1 第1積分期間
T2 第2積分期間
in 入力電圧
out 出力電圧
AGND 第1の基準電圧(グラウンド電圧)
REF 参照電圧
ss 第2の基準電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Integrator 2 Input switching part 3 Comparator 4 Counter 5 Control circuit (control means)
6 clock pulse generator 7 digital circuit 8 memory 9 calculator T1 first integration period T2 second integration period V in input voltage V out output voltage V AGND first reference voltage (ground voltage)
V REF reference voltage V ss second reference voltage

Claims (2)

演算増幅器と抵抗とコンデンサとを有する積分器と、前記積分器に入力電圧と前記入力電圧とは逆極性の参照電圧とグラウンド電圧との1つを択一的に入力させる入力切替部と、前記積分器の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、前記積分器において前記入力電圧を第1積分期間だけ積分した後に前記参照電圧を第2積分期間だけ積分する第1の二重積分と前記グラウンド電圧を前記第1積分期間だけ積分した後に前記参照電圧を前記第2積分期間だけ積分する第2の二重積分とが選択的に行われるように前記入力切替部を制御する機能を有する制御手段と、前記第2積分期間毎に前記コンパレータの出力が反転するまで一定周期のクロックパルスをカウントしカウント値を出力するカウンタと、前記第1の二重積分における前記第2積分期間に対応した前記カウント値からなる第1のカウント値と前記第2の二重積分における前記第2積分期間に対応した前記カウント値からなる第2のカウント値とが入力されるディジタル回路とを備え、前記ディジタル回路は、前記第1のカウント値ごとに、前記第1のカウント値の前後1つずつの前記第2のカウント値の平均値を前記第1のカウント値から減算した差分値を求めてディジタル値として出力する機能を有することを特徴とするA/D変換器。   An integrator having an operational amplifier, a resistor, and a capacitor; and an input switching unit that causes the integrator to alternatively input one of an input voltage, a reference voltage having a polarity opposite to the input voltage, and a ground voltage; A comparator that compares the output voltage of the integrator with a reference voltage; a first double integration that integrates the reference voltage for a second integration period after integrating the input voltage in the integrator for a first integration period; and the ground Control means having a function of controlling the input switching unit so that the second double integration in which the reference voltage is integrated for the second integration period after the voltage is integrated for the first integration period is selectively performed. A counter that counts clock pulses at a constant period and outputs a count value until the output of the comparator is inverted every second integration period, and the counter in the first double integration A digital circuit to which a first count value composed of the count value corresponding to two integration periods and a second count value composed of the count values corresponding to the second integration period in the second double integration are inputted The digital circuit includes, for each of the first count values, a difference obtained by subtracting an average value of the second count values one before and after the first count value from the first count value. An A / D converter having a function of obtaining a value and outputting it as a digital value. 前記制御手段は、時系列的に並ぶ2回の前記第2の二重積分の間に、前記第1の二重積分が複数回行われるように、前記入力切替部を制御することを特徴とする請求項1記載のA/D変換器。   The control means controls the input switching unit so that the first double integration is performed a plurality of times during the two second double integrations arranged in time series. The A / D converter according to claim 1.
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