JP2015185856A - time voltage converter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a time voltage converter capable of measuring a measured signal, having a minute pulse width time or period, with high accuracy even if the measuring time is very short.SOLUTION: A time voltage converter outputting the time, when a measured signal VIN changes from a first voltage to a second voltage, while converting into a voltage includes a first charging circuit 11 for charging a first capacitor C1 with a first constant current, when the measured signal reaches the first voltage, a second charging circuit 12 for charging a second capacitor C2 with a second constant current, when the measured signal reaches the second voltage, and a differential voltage detector OP for detecting the differential voltage between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor upon elapsing a predetermined time after the measured signal has reached the second voltage, and outputting a voltage corresponding to the time required for the measured signal to reach the second voltage from the first voltage.

Description

本発明は、デジタル信号のパルス幅時間又は周期を、その長さに比例した電圧値に変換する時間電圧変換器に関する。   The present invention relates to a time-voltage converter that converts a pulse width time or period of a digital signal into a voltage value proportional to its length.

従来、時間電圧変換器を用いてデジタル信号のパルス幅や周期を測定する技術が知られている。例えば、特許文献1に開示された時間電圧変換器では、被測定信号の立ち上がりに同期して定電流源によるコンデンサの充電を開始し、立下りに同期して充電を終了する。   Conventionally, a technique for measuring the pulse width and cycle of a digital signal using a time-voltage converter is known. For example, in the time-voltage converter disclosed in Patent Document 1, charging of the capacitor by the constant current source is started in synchronization with the rising edge of the signal under measurement, and charging is ended in synchronization with the falling edge.

コンデンサを充放電するスイッチをオフする際(充電を開始する際)に発生する非リニア領域の部分をマスクするために、遅延回路が挿入されている。このように、非リニア領域を排してリニア領域の期間のみでコンデンサを充電することにより、良好な時間電圧変換特性が得られる。   A delay circuit is inserted to mask a portion of the non-linear region that occurs when the switch for charging / discharging the capacitor is turned off (when charging is started). Thus, by excluding the non-linear region and charging the capacitor only in the period of the linear region, a good time-voltage conversion characteristic can be obtained.

また、同様の技術として、特許文献2は、微小時間を拡大して測定する微小時間拡大装置を開示する。微小時間拡大装置は、入力信号の立ち上がりと立ち下りの各々に同期した2つの演算増幅器を用いた積分回路を備え、2つの積分回路の出力電圧の変化率に差をつけて、それら2つの信号を入力とする比較器の出力を反転させている。これにより、パルス幅は拡大率αで拡大され、この拡大率αは2つの積分器の開始電圧、抵抗値及び容量値から求めることができる。   Moreover, as a similar technique, Patent Document 2 discloses a minute time enlarging apparatus for enlarging and measuring a minute time. The minute time expansion device includes an integration circuit using two operational amplifiers synchronized with the rising and falling edges of the input signal, and makes a difference in the rate of change of the output voltage of the two integration circuits so that the two signals The output of the comparator that receives is inverted. As a result, the pulse width is expanded by the expansion rate α, and the expansion rate α can be obtained from the start voltage, resistance value, and capacitance value of the two integrators.

特開2004−179951号公報JP 2004-179951 A 特開昭62−249094号公報JP-A-62-249094

ところで、高速で変化するデジタル信号や半導体素子のスイッチング時間など、数10nsから数100nsのオーダーの微小時間の測定は、時間分解能の関係で測定不可能又は十分な測定精度が得られない。仮にスイッチング波形をサンプリングしようとする場合、精度良く測定するためにはその10倍程度、つまり1GHz以上でスイッチング波形をサンプリングしなければならず、汎用装置では困難である。   By the way, measurement of a minute time on the order of several tens ns to several hundreds ns such as a digital signal changing at high speed or a switching time of a semiconductor element cannot be measured or sufficient measurement accuracy cannot be obtained due to time resolution. If the switching waveform is to be sampled, the switching waveform must be sampled at about 10 times, that is, 1 GHz or more in order to measure with high accuracy, which is difficult for a general-purpose device.

特許文献1では、被測定信号を遅延回路に通した後、その立ち上がり又は立ち上がりにそれぞれ同期して、定電流回路とコンデンサにより充電を開始又は終了させ、そのコンデンサの電圧差を読み取っている。
しかし、測定時間が非常に短い場合には、その電圧差は非常に小さくなるため、精度よく測定することが困難である。また、特許文献1では、デジタル信号のパルス幅時間及び周期の測定に専ら使用される。
In Patent Document 1, after passing a signal under measurement through a delay circuit, charging is started or terminated by a constant current circuit and a capacitor in synchronization with the rising or rising, and the voltage difference between the capacitors is read.
However, when the measurement time is very short, the voltage difference becomes very small and it is difficult to measure with high accuracy. Moreover, in patent document 1, it uses exclusively for the measurement of the pulse width time and period of a digital signal.

また、特許文献2では、2つの演算増幅器を用いた積分器を用いて微小時間を拡大率αで拡大し、積分器の回路定数により微小時間を測定している。この技術では、2つの積分器の出力電圧が一致した点を基準として時間を計算しており、電圧差は用いられない。従って、出力電圧を一致(交差)させる必要があるので、測定精度の向上のために電圧差を大きくすることは測定時間がかかるという問題がある。   Further, in Patent Document 2, a minute time is enlarged by an enlargement factor α using an integrator using two operational amplifiers, and the minute time is measured by a circuit constant of the integrator. In this technique, the time is calculated based on the point where the output voltages of the two integrators coincide with each other, and the voltage difference is not used. Therefore, since it is necessary to match (cross) the output voltages, there is a problem that it takes a long time to increase the voltage difference in order to improve the measurement accuracy.

本発明の課題は、測定時間が非常に短くても微小なパルス幅時間又は周期を有する被測定信号を高精度で測定することができる時間電圧変換器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a time-voltage converter capable of measuring a signal under measurement having a minute pulse width time or period even with a very short measurement time with high accuracy.

本発明は、集積回路内の素子のマッチングの良好さを利用し、全ての回路を集積回路内に作り込むことにより良好な時間電圧変換器を作製する。即ち、本発明の時間電圧変換器は、被測定信号が第1電圧から第2電圧まで変化する時間を電圧に変換して出力する時間電圧変換器であって、被測定信号が第1電圧に達したときに、第1定電流により第1コンデンサを充電する第1充電回路と、被測定信号が第2電圧に達したときに、第2定電流により第2コンデンサを充電する第2充電回路と、被測定信号が第2電圧に達してから所定時間が経過した後に第1コンデンサの電圧と第2コンデンサの電圧との差電圧を検出し、被測定信号が第1電圧から第2電圧に至るまでの時間に対応する電圧として出力する差電圧検出部を備える。   The present invention utilizes the good matching of the elements in the integrated circuit and produces a good time-voltage converter by building all the circuits in the integrated circuit. That is, the time-voltage converter of the present invention is a time-voltage converter that converts the time when the signal under measurement changes from the first voltage to the second voltage into a voltage and outputs the voltage, and the signal under measurement becomes the first voltage. A first charging circuit that charges the first capacitor with a first constant current when the second signal reaches, and a second charging circuit that charges the second capacitor with a second constant current when the signal under measurement reaches the second voltage And a difference voltage between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is detected after a predetermined time has elapsed after the signal under measurement reaches the second voltage, and the signal under measurement changes from the first voltage to the second voltage. A differential voltage detector that outputs a voltage corresponding to the time until

本発明によれば、測定時間が非常に短くても微小なパルス幅時間又は周期を有する被測定信号を高精度で測定することができる。   According to the present invention, a signal under measurement having a minute pulse width time or period can be measured with high accuracy even if the measurement time is very short.

本発明の実施例1の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the time-voltage converter of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の時間電圧変換器の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of the time-voltage converter of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the time-voltage converter of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the time-voltage converter of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の時間電圧変換器の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of the time-voltage converter of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の変形例の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the time voltage converter of the modification of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の変形例の時間電圧変換器の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the time voltage converter of the modification of Example 3 of this invention.

以下、本発明の実施の形態の時間電圧変換器を図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a time-voltage converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。この時間電圧変換器は、第1充電回路11、第2充電回路12及びオペアンプOPを備える。オペアンプOPは、本発明の差電圧検出部に対応する。   1 is a circuit diagram showing a configuration of a time-voltage converter according to a first embodiment of the present invention. This time-voltage converter includes a first charging circuit 11, a second charging circuit 12, and an operational amplifier OP. The operational amplifier OP corresponds to the differential voltage detector of the present invention.

第1充電回路11は、第1基準電源E1、第1コンパレータCMP1、第1カウンタ21、第1電流源I1、第1スイッチング素子SW1及び第1コンデンサC1を備える。第1コンパレータCMP1は、本発明の第1電圧比較器に対応する。   The first charging circuit 11 includes a first reference power supply E1, a first comparator CMP1, a first counter 21, a first current source I1, a first switching element SW1, and a first capacitor C1. The first comparator CMP1 corresponds to the first voltage comparator of the present invention.

第1基準電源E1は、第1基準電圧Vref1を発生し、第1コンパレータCMP1の非反転入力端子に出力する。第1基準電圧Vref1は、例えば、外部から入力される被測定信号VINの高レベル時の電圧の10%の電圧とする。   The first reference power supply E1 generates a first reference voltage Vref1 and outputs it to the non-inverting input terminal of the first comparator CMP1. The first reference voltage Vref1 is, for example, a voltage that is 10% of the high-level voltage of the signal under measurement VIN input from the outside.

第1コンパレータCMP1は、外部から反転入力端子に入力される被測定信号VINと第1基準電源E1から非反転入力端子に入力される第1基準電圧Vref1とを比較し、被測定信号VINの電圧が第1基準電圧Vref1より大きくなったときに出力端子からLレベルを出力する。   The first comparator CMP1 compares the signal under measurement VIN input from the outside to the inverting input terminal and the first reference voltage Vref1 input from the first reference power source E1 to the non-inverting input terminal, and compares the voltage of the signal under measurement VIN. Outputs an L level from the output terminal when becomes higher than the first reference voltage Vref1.

第1カウンタ21は、例えばk分周器(kは正の整数)からなる。第1カウンタ21は、必要に応じて付加され、被測定信号VINの電圧が第1基準電圧Vref1より大きくなり第1コンパレータCMP1からLレベルが出力されたときに計数を開始する。
第1カウンタ21は、所定数を計数したときに、その旨の信号を第1スイッチング素子SW1に出力し、第1スイッチング素子SW1をオンさせる。第1カウンタ21の計数値を調整することにより、第1コンデンサC1に充電される電圧を調整することができる。
The first counter 21 is composed of, for example, a k divider (k is a positive integer). The first counter 21 is added as necessary, and starts counting when the voltage of the signal under measurement VIN becomes larger than the first reference voltage Vref1 and the L level is output from the first comparator CMP1.
When the first counter 21 counts a predetermined number, the first counter 21 outputs a signal to that effect to the first switching element SW1 to turn on the first switching element SW1. By adjusting the count value of the first counter 21, the voltage charged in the first capacitor C1 can be adjusted.

第1電流源I1は、直流電流を第1スイッチング素子SW1の一端に供給する。第1コンデンサC1は、第1電流源I1から第1スイッチング素子SW1を介して供給される直流電流により充電される。   The first current source I1 supplies a direct current to one end of the first switching element SW1. The first capacitor C1 is charged by a direct current supplied from the first current source I1 via the first switching element SW1.

第1スイッチング素子SW1は、例えばMOSFETからなる。第1スイッチング素子SW1の一端は第1電流源I1に接続され、他端は第1コンデンサC1の一端に接続され、制御端子は第1カウンタ21の出力端子に接続される。第1スイッチング素子SW1は、制御端子に供給される信号に応じてオン/オフする。   The first switching element SW1 is made of, for example, a MOSFET. One end of the first switching element SW1 is connected to the first current source I1, the other end is connected to one end of the first capacitor C1, and the control terminal is connected to the output terminal of the first counter 21. The first switching element SW1 is turned on / off according to a signal supplied to the control terminal.

第1コンデンサC1は、第1電流源I1から第1スイッチング素子SW1を介して供給される直流電流により充電される。第1コンデンサC1の電圧は、オペアンプOPの反転入力端子に供給される。   The first capacitor C1 is charged by a direct current supplied from the first current source I1 via the first switching element SW1. The voltage of the first capacitor C1 is supplied to the inverting input terminal of the operational amplifier OP.

第2充電回路12は、第2基準電源E2、第2コンパレータCMP2、第2カウンタ22、第2電流源I2、第2スイッチング素子SW2及び第2コンデンサC2を備える。第2コンパレータCMP2は、本発明の第2電圧比較器に対応する。   The second charging circuit 12 includes a second reference power supply E2, a second comparator CMP2, a second counter 22, a second current source I2, a second switching element SW2, and a second capacitor C2. The second comparator CMP2 corresponds to the second voltage comparator of the present invention.

第2基準電源E2は、第2基準電圧Vref2を発生し、第2コンパレータCMP2の非反転入力端子に供給する。第2基準電圧Vref2は、例えば、外部から入力される被測定信号VINの高レベル時の電圧の90%の電圧とする。   The second reference power supply E2 generates a second reference voltage Vref2 and supplies it to the non-inverting input terminal of the second comparator CMP2. The second reference voltage Vref2 is, for example, 90% of the voltage at the high level of the signal under measurement VIN input from the outside.

第2コンパレータCMP2は、外部から反転入力端子に供給される被測定信号VINと、第2基準電源E2から非反転に端子に供給される第2基準電圧Vref2とを比較し、被測定信号VINの電圧が第2基準電圧Vref2より大きくなったときに、出力端子からLレベルを出力する。   The second comparator CMP2 compares the signal under measurement VIN supplied from the outside to the inverting input terminal and the second reference voltage Vref2 supplied from the second reference power source E2 to the terminal non-invertedly, and compares the signal under measurement VIN When the voltage becomes higher than the second reference voltage Vref2, the L level is output from the output terminal.

第2カウンタ22は、例えばk分周器からなる。第2カウンタ22は、必要に応じて付加され、被測定信号VINの電圧が第2基準電圧Vref2より大きくなり第2コンパレータCMP2からLレベルが出力されたときに計数を開始する。第2カウンタ22は、所定数を計数したときに、その旨の信号を第2スイッチング素子SW2に出力し、第2スイッチング素子SW2をオンさせる。第2カウンタ22の計数値を調整することにより、第2コンデンサC2に充電される電圧を調整することができる。   The second counter 22 is composed of, for example, a k frequency divider. The second counter 22 is added as necessary, and starts counting when the voltage of the signal under measurement VIN becomes larger than the second reference voltage Vref2 and the L level is output from the second comparator CMP2. When the second counter 22 counts a predetermined number, the second counter 22 outputs a signal to that effect to the second switching element SW2 to turn on the second switching element SW2. By adjusting the count value of the second counter 22, the voltage charged in the second capacitor C2 can be adjusted.

第2電流源I2は、直流電流を第2スイッチング素子SW2の一端に供給する。第2コンデンサC2は、第2電流源I2から第2スイッチング素子SW2を介して供給される直流電流により充電される。   The second current source I2 supplies a direct current to one end of the second switching element SW2. The second capacitor C2 is charged with a direct current supplied from the second current source I2 via the second switching element SW2.

第2スイッチング素子SW2は、例えばMOSFETからなる。第2スイッチング素子SW2の一端は第2電流源I2に接続され、他端は第2コンデンサC2の一端に接続され、制御端子は第2カウンタ22の出力端子に接続される。第2スイッチング素子SW2は、制御端子に供給される信号に応じてオン/オフする。   The second switching element SW2 is made of, for example, a MOSFET. One end of the second switching element SW2 is connected to the second current source I2, the other end is connected to one end of the second capacitor C2, and the control terminal is connected to the output terminal of the second counter 22. The second switching element SW2 is turned on / off according to a signal supplied to the control terminal.

第2コンデンサC2は、第2電流源I2から第2スイッチング素子SW2を介して供給される直流電流により充電される。第2コンデンサC2の電圧は、オペアンプOPの非反転入力端子に供給される。   The second capacitor C2 is charged with a direct current supplied from the second current source I2 via the second switching element SW2. The voltage of the second capacitor C2 is supplied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP.

オペアンプOPは、第1コンデンサC1の電圧と第2コンデンサC2の電圧との差電圧ΔVを算出し、差電圧ΔVを、被測定信号VINが第1基準電圧Vref1から第2基準電圧Vref2まで変化する時間に対応する電圧として、出力端子OUTから出力する。このとき、オペアンプOPは、差電圧ΔVを増幅して出力する。これにより、電圧(差電圧ΔV)を時間に変換する際の精度のノイズマージンを向上させることができる。   The operational amplifier OP calculates a difference voltage ΔV between the voltage of the first capacitor C1 and the voltage of the second capacitor C2, and changes the difference voltage ΔV from the first reference voltage Vref1 to the second reference voltage Vref2. A voltage corresponding to time is output from the output terminal OUT. At this time, the operational amplifier OP amplifies and outputs the differential voltage ΔV. Thereby, the noise margin of the precision at the time of converting a voltage (difference voltage (DELTA) V) into time can be improved.

このような構成において、第1電流源I1からの電流値及び第1コンデンサC1の容量値を変化させることにより、第1コンデンサC1の充電特性、より詳しくは充電時の電圧の変化を示す直線の傾きを変化させることができる。同様に、第2電流源I2からの電流値及び第1コンデンサC1の容量値を変化させることにより、第2コンデンサC2の充電特性、より詳しくは充電時の電圧の変化を示す直線の傾きを変化させることができる。
従って、例えば、第1コンデンサC1の充電特性を示す直線の傾きより第2コンデンサC2の充電特性を示す直線の傾きを小さくすれば、大きな差電圧ΔVを得ることができる。この構成により、耐ノイズ性を向上させ、また、感度を向上させることができる。
In such a configuration, by changing the current value from the first current source I1 and the capacitance value of the first capacitor C1, a charging characteristic of the first capacitor C1, more specifically, a straight line indicating a change in voltage at the time of charging. The inclination can be changed. Similarly, by changing the current value from the second current source I2 and the capacitance value of the first capacitor C1, the charging characteristic of the second capacitor C2, more specifically, the slope of the straight line indicating the change in voltage during charging is changed. Can be made.
Therefore, for example, if the slope of the straight line indicating the charging characteristic of the second capacitor C2 is made smaller than the slope of the straight line indicating the charging characteristic of the first capacitor C1, a large difference voltage ΔV can be obtained. With this configuration, noise resistance can be improved and sensitivity can be improved.

また、第1充電回路11及び第2充電回路12は、1つの集積回路の中に作成することができる。この場合、両者の特性が非常に近くなるのでペアの特性が良好になり、特性の相違に起因する種々の誤差を除去することができる。   Moreover, the 1st charging circuit 11 and the 2nd charging circuit 12 can be produced in one integrated circuit. In this case, since the characteristics of both are very close, the characteristics of the pair are improved, and various errors resulting from the difference in characteristics can be eliminated.

例えば、第1充電回路11及び第2充電回路12を1つの集積回路の中に作成することにより、第1コンパレータCMP1及び第2コンパレータCMP2の各々の入力に対する出力の誤差分が略同じになり、この状態で差電圧ΔVが算出されるので、差電圧ΔVから誤差分が除去される。従って、2つのコンパレータを使用したことにより、正確に動作する時間電圧変換器を実現できる。   For example, by creating the first charging circuit 11 and the second charging circuit 12 in one integrated circuit, the output error for each input of the first comparator CMP1 and the second comparator CMP2 becomes substantially the same, Since the difference voltage ΔV is calculated in this state, the error is removed from the difference voltage ΔV. Therefore, a time voltage converter that operates accurately can be realized by using two comparators.

次に、このように構成される実施例1の時間電圧変換器の動作を図2に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。実施例1では、外部からスイッチング波形として入力される被測定信号VINを、2つのコンパレータに決められた2つの閾値(例えば10%、90%)を用いてそれぞれ検出し、検出された時間差(Δt)を電圧差(ΔV)に変換し、電圧差(ΔV)を参照することにより間接的にスイッチング時間を測定する。   Next, the operation of the time-voltage converter of Example 1 configured as described above will be described with reference to the timing chart shown in FIG. In the first embodiment, a signal under measurement VIN input as a switching waveform from the outside is detected using two threshold values (for example, 10% and 90%) determined by two comparators, and the detected time difference (Δt) ) Is converted into a voltage difference (ΔV), and the switching time is indirectly measured by referring to the voltage difference (ΔV).

時間差(Δt)から電圧差(ΔV)への変換は次のようにして行われる。図2に示すように被測定信号VINの電圧が上昇し第1基準電圧Vref1(10%)より大きくなると、第1コンパレータCMP1の出力が第1カウンタ21を介して第1スイッチング素子SW1の制御端子に出力される。これにより、第1電流源I1から第1スイッチング素子SW1を経由して第1コンデンサC1に電流が供給され、図2のC1に示すように充電が開始されて電圧が上昇する。
第1コンデンサC1の充電は、時間ta’が経過した後、例えば、10μsが経過した後に停止される。なお、図2において、時間td及びtd’は、被測定信号VINの立ち上がり及び立ち下がり時に第1コンパレータCMP1及び第2コンパレータCMP2の出力にそれぞれ発生するディレイタイムである。
Conversion from the time difference (Δt) to the voltage difference (ΔV) is performed as follows. As shown in FIG. 2, when the voltage of the signal under measurement VIN rises and becomes greater than the first reference voltage Vref1 (10%), the output of the first comparator CMP1 is connected to the control terminal of the first switching element SW1 via the first counter 21. Is output. As a result, a current is supplied from the first current source I1 to the first capacitor C1 via the first switching element SW1, and charging is started and the voltage rises as indicated by C1 in FIG.
The charging of the first capacitor C1 is stopped after the time ta ′ has elapsed, for example, after 10 μs has elapsed. In FIG. 2, times td and td ′ are delay times generated at the outputs of the first comparator CMP1 and the second comparator CMP2, respectively, when the signal under measurement VIN rises and falls.

これと同様に、被測定信号VINの電圧がさらに上昇して第2基準電圧Vref2(90%)より大きくなると、第2コンパレータCMP2の出力が第2カウンタ22を介して第2スイッチング素子SW2の制御端子に供給される。これにより、第2電流源I2から第2スイッチング素子SW2を経由して第2コンデンサC2に電流が供給され、図2のC2に示すように充電が開始されて電圧が上昇する。
第2コンデンサC2の充電は、時間tb’が経過した後に停止される。第2コンデンサC2の充電の停止は、例えば第1コンデンサC1の充電の停止と同じタイミングになるように構成してもよい。
Similarly, when the voltage of the signal under measurement VIN further rises and becomes larger than the second reference voltage Vref2 (90%), the output of the second comparator CMP2 is controlled by the second switching element SW2 via the second counter 22. Supplied to the terminal. As a result, a current is supplied from the second current source I2 to the second capacitor C2 via the second switching element SW2, and charging is started and the voltage rises as indicated by C2 in FIG.
The charging of the second capacitor C2 is stopped after the time tb ′ has elapsed. The stop of charging of the second capacitor C2 may be configured, for example, at the same timing as the stop of charging of the first capacitor C1.

第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2の充電が停止された時点において、オペアンプOPは、第1コンデンサC1の電圧と第2コンデンサC2の電圧との差電圧を演算し、被測定信号VINが第1基準電圧Vref1から第2基準電圧Vref2まで変化する時間に対応する電圧として、出力端子OUTから出力する。   When charging of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is stopped, the operational amplifier OP calculates a voltage difference between the voltage of the first capacitor C1 and the voltage of the second capacitor C2, and the signal under measurement VIN is the first signal to be measured. The voltage is output from the output terminal OUT as a voltage corresponding to the time changing from the reference voltage Vref1 to the second reference voltage Vref2.

なお、第1コンデンサC1の電圧と第2コンデンサC2の電圧との差電圧は、オペアンプOPにおいて増幅される。また、差電圧を大きくとるために、第1電流源I1からの第1定電流の値と第2電流源I2からの第2定電流の値との比を1:1/M(Mは1以上の整数)に設定することができる。また、第1コンデンサC1の容量と第2コンデンサC2の容量との比を1:Mに設定しても良い。
このように、第1定電流及び第2定電流の値、又は、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2の容量を設定することにより、第1コンデンサC1の充電特性を示す直線の傾きより第2コンデンサC2の充電特性を示す直線の傾きが小さくなるので、大きな差電圧ΔVを得ることができる。その結果、耐ノイズ性を向上させ、また、感度を向上させることができる。
The difference voltage between the voltage of the first capacitor C1 and the voltage of the second capacitor C2 is amplified by the operational amplifier OP. In order to increase the difference voltage, the ratio of the value of the first constant current from the first current source I1 to the value of the second constant current from the second current source I2 is 1: 1 / M (M is 1). It can be set to an integer of the above. Further, the ratio between the capacity of the first capacitor C1 and the capacity of the second capacitor C2 may be set to 1: M.
In this way, by setting the values of the first constant current and the second constant current, or the capacitances of the first capacitor C1 and the second capacitor C2, the second constant is obtained from the slope of the straight line indicating the charging characteristics of the first capacitor C1. Since the slope of the straight line indicating the charging characteristics of the capacitor C2 becomes small, a large difference voltage ΔV can be obtained. As a result, noise resistance can be improved and sensitivity can be improved.

今、第1電流源I1からの電流値をi1、第2電流源I2からの電流値をi2、第1コンデンサC1の容量値をc1、及び、第2コンデンサC2の容量値をc2とする。   Now, the current value from the first current source I1 is i1, the current value from the second current source I2 is i2, the capacitance value of the first capacitor C1 is c1, and the capacitance value of the second capacitor C2 is c2.

第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2の充電が開始されると、任意の時刻tにおける第1コンデンサC1の電圧V1’及び第2コンデンサC2の電圧V2’はそれぞれ以下の(1)式及び(2)式で表される。   When charging of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is started, the voltage V1 ′ of the first capacitor C1 and the voltage V2 ′ of the second capacitor C2 at an arbitrary time t are expressed by the following equations (1) and (2 ) Expression.

Figure 2015185856
Figure 2015185856

ここで、第1コンパレータCMP1が反転して第1電流源I1からの第1定電流i1により第1コンデンサC1への充電が開始し、時間Δt後に、第2コンパレータCMP2が反転して第2電流源I2からの第2定電流i2により第2コンデンサC2への充電が開始し、第1コンパレータCMP1が反転してから時間Tが経過した後の第1コンデンサC1の電圧と第2コンデンサC2の電圧との差を読み取る場合を考える。   Here, the first comparator CMP1 is inverted and charging of the first capacitor C1 is started by the first constant current i1 from the first current source I1, and after the time Δt, the second comparator CMP2 is inverted and the second current The voltage of the first capacitor C1 and the voltage of the second capacitor C2 after the time T has elapsed since the charging of the second capacitor C2 is started by the second constant current i2 from the source I2 and the first comparator CMP1 is inverted. Consider the case of reading the difference.

時間Tが経過した後の第1コンデンサC1の電圧V1’及び第2コンデンサC2の電圧V2’は、それぞれ以下の(3)式及び(4)式で表される。   The voltage V1 'of the first capacitor C1 and the voltage V2' of the second capacitor C2 after the time T has elapsed are expressed by the following equations (3) and (4), respectively.

Figure 2015185856
Figure 2015185856

ここで、i1=I、i2=I/m、c1=C、c2=nCとすると、電圧V1’と電圧V2’との電圧差ΔVは下記(5)式のようになる。なお、比率m及びnは任意の正数である。   Here, if i1 = I, i2 = I / m, c1 = C, and c2 = nC, the voltage difference ΔV between the voltage V1 ′ and the voltage V2 ′ is expressed by the following equation (5). The ratios m and n are arbitrary positive numbers.

Figure 2015185856
Figure 2015185856

この(5)式から分かるように、時間Tや比率m、nを大きくとることにより、電圧差ΔVを大きくすることができる。ここで、m=n=1とすれば、下記(6)式が得られる。   As can be seen from the equation (5), the voltage difference ΔV can be increased by increasing the time T and the ratios m and n. Here, if m = n = 1, the following equation (6) is obtained.

Figure 2015185856
Figure 2015185856

なお、特許文献1に示すように遅延回路を設けて非リニア領域を避け、リニア領域で測定を行うように構成すれば、さらに測定精度を向上させることが可能となる。   If a delay circuit is provided as shown in Patent Document 1 so as to avoid the non-linear region and perform measurement in the linear region, the measurement accuracy can be further improved.

また、時間Tを長くとるために、第1カウンタ21及び第2カウンタとして高次の分周回路を用いることもできる。上述した時間電圧変換器は、アナログ、ミックスドシグナル及びデジタルICの全てにおいて有効である。   Further, in order to increase the time T, higher-order frequency divider circuits can be used as the first counter 21 and the second counter. The time voltage converter described above is effective in all of analog, mixed signal, and digital ICs.

本発明の実施例2は、実施例1をさらに具体化したものである。図3は、本発明の実施例2の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。なお、実施例1と同一部分には、同一符号を付し説明を省略する。   The second embodiment of the present invention is a more specific embodiment of the first embodiment. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of the time-voltage converter according to the second embodiment of the present invention. Note that the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

実施例2の時間電圧変換器では、実施例1の時間電圧変換器と異なり、被測定信号VIN1と被測定信号VIN2との2個の被測定信号が外部から入力される。   In the time voltage converter according to the second embodiment, unlike the time voltage converter according to the first embodiment, two signals under measurement, that is, a signal under measurement VIN1 and a signal under measurement VIN2 are input from the outside.

第1充電回路11の第1カウンタ21は、抵抗、コンデンサ及びシュミットトリガ特性を有するインバータから構成されたフィルタと、このフィルタの出力をクロックCLKに同期して分周する分周回路とから構成されている。フィルタは、第1コンパレータCMP1からの信号に含まれるノイズを除去し、分周回路に供給する。分周回路は、フィルタからの信号を分周して第1スイッチング素子SW1の制御端子に供給する。第1カウンタ21による信号の遅延時間は、第1コンパレータCMP1の応答遅れ時間td及びtd’に含まれる。   The first counter 21 of the first charging circuit 11 includes a filter configured by an inverter having a resistor, a capacitor, and a Schmitt trigger characteristic, and a frequency dividing circuit that divides the output of the filter in synchronization with the clock CLK. ing. The filter removes noise included in the signal from the first comparator CMP1, and supplies the noise to the frequency dividing circuit. The frequency divider circuit divides the signal from the filter and supplies it to the control terminal of the first switching element SW1. The delay time of the signal by the first counter 21 is included in the response delay times td and td 'of the first comparator CMP1.

第2充電回路12の第2カウンタ22は、抵抗、コンデンサ及びシュミットトリガ特性を有するインバータから構成されたフィルタと、このフィルタの出力をクロックCLKに同期して分周する分周回路とから構成されている。フィルタは、第2コンパレータCMP2からの信号に含まれるノイズを除去し、分周回路に供給する。分周回路は、フィルタからの信号を分周して第2スイッチング素子SW2の制御端子に供給する。第2カウンタ22による信号の遅延時間は、第2コンパレータCMP2の応答遅れ時間td及びtd’に含まれる。   The second counter 22 of the second charging circuit 12 includes a filter configured by an inverter having a resistor, a capacitor, and a Schmitt trigger characteristic, and a frequency dividing circuit that divides the output of the filter in synchronization with the clock CLK. ing. The filter removes noise included in the signal from the second comparator CMP2, and supplies the noise to the frequency dividing circuit. The frequency divider circuit divides the signal from the filter and supplies it to the control terminal of the second switching element SW2. The delay time of the signal by the second counter 22 is included in the response delay times td and td 'of the second comparator CMP2.

差動増幅回路13は、第1充電回路11からの電圧と第2充電回路12からの電圧との電圧差ΔVを増幅する。差動増幅回路13は、実施例1のオペアンプOPに4個の抵抗を付加して構成されており、本発明の差電圧検出部に対応する。即ち、差動増幅回路13に有するオペアンプOPの反転入力端子は、抵抗R1を介して第1コンデンサC1の一端に接続されるとともに、抵抗R3を介してオペアンプOPの出力端子に接続されている。オペアンプOPの非反転入力端子は、抵抗R2を介して第2コンデンサC2の一端に接続されるとともに、抵抗R4を介して接地されている。   The differential amplifier circuit 13 amplifies the voltage difference ΔV between the voltage from the first charging circuit 11 and the voltage from the second charging circuit 12. The differential amplifier circuit 13 is configured by adding four resistors to the operational amplifier OP of the first embodiment, and corresponds to the differential voltage detector of the present invention. In other words, the inverting input terminal of the operational amplifier OP included in the differential amplifier circuit 13 is connected to one end of the first capacitor C1 through the resistor R1, and is connected to the output terminal of the operational amplifier OP through the resistor R3. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP is connected to one end of the second capacitor C2 through the resistor R2, and is grounded through the resistor R4.

ここで、R1=R3、R2=R4とし、差動増幅回路13の増幅率をR2/R1とすると、差電圧ΔVは下記(7)式で求めることができる。   Here, assuming that R1 = R3 and R2 = R4 and the amplification factor of the differential amplifier circuit 13 is R2 / R1, the difference voltage ΔV can be obtained by the following equation (7).

Figure 2015185856
Figure 2015185856

実施例2の時間電圧変換器の動作は、被測定信号VIN1と被測定信号VIN2との2個の被測定信号が外部から入力される点を除けば、実施例1の時間電圧変換器の動作と同じであるので、ここでは、その説明は省略する。   The operation of the time voltage converter according to the second embodiment is the same as the operation of the time voltage converter according to the first embodiment except that two signals to be measured, ie, a signal under measurement VIN1 and a signal under measurement VIN2, are input from the outside. Therefore, the description thereof is omitted here.

このように構成される実施例2の時間電圧変換器は、実施例1の時間電圧変換器と同様に動作し同様の効果が得られる。また、複数の被測定信号を外部から入力することができるので、実施例1に比べて汎用性に優れるという利点を有する。   The time voltage converter according to the second embodiment configured as described above operates in the same manner as the time voltage converter according to the first embodiment, and the same effect can be obtained. Further, since a plurality of signals under measurement can be input from the outside, there is an advantage that the versatility is superior to that of the first embodiment.

なお、実施例2の時間電圧変換器において、被測定信号VIN1と被測定信号VIN2の入力端子を接続し、実施例1のように1個の被測定信号を測定するように構成しても良い。   In the time-voltage converter of the second embodiment, the input terminals of the measured signal VIN1 and the measured signal VIN2 may be connected to measure one measured signal as in the first embodiment. .

本発明の実施例3の時間電圧変換器は、実施例1及び実施例2では2個の充電回路を備えるのに対して、N個(Nは3以上の整数)の充電回路を備えて構成されている。   The time-voltage converter according to the third embodiment of the present invention includes two charging circuits in the first and second embodiments, and includes N charging circuits (N is an integer of 3 or more). Has been.

図4は、本発明の実施例3の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。この時間電圧変換器は、N個の第1充電回路11〜第N充電回路1Nと差動増幅回路13を備えている。N個の第1充電回路11〜第N充電回路1Nの各々の構成は、実施例1又は実施例2の時間電圧変換器の第1充電回路11又は第2充電回路12の構成と同じである。第1充電回路11〜第N充電回路1Nからそれぞれ出力される電圧V1〜VNは、差動増幅回路13に出力される。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the time-voltage converter according to the third embodiment of the present invention. This time-voltage converter includes N first charging circuits 11 to N-th charging circuit 1 N and a differential amplifier circuit 13. The configuration of each of the N first charging circuits 11 to 1N charging circuits 1N is the same as the configuration of the first charging circuit 11 or the second charging circuit 12 of the time-voltage converter of the first or second embodiment. . The voltages V 1 to V N output from the first charging circuit 11 to the Nth charging circuit 1 N are output to the differential amplifier circuit 13.

なお、本発明においては、N個の第1充電回路11〜第N充電回路1Nの中の1個を表現する場合、第j充電回路1j(j=1、2、・・・、N)と表す。この場合、被測定信号との比較に使用される基準電圧は第j電圧、充電用の定電流は第j定電流、充電の対象であるコンデンサは第jコンデンサとそれぞれ表示する。また、第j充電回路1jの隣(サフィックスが増加する方向の隣)の充電回路は、第j+1充電回路と表し、基準電圧は第j+1電圧、定電流は第j+1定電流、コンデンサは第j+1コンデンサとそれぞれ表す。   In the present invention, when one of the N first charging circuits 11 to Nth charging circuit 1N is expressed, jth charging circuit 1j (j = 1, 2,..., N) and Represent. In this case, the reference voltage used for comparison with the signal under measurement is indicated as the jth voltage, the constant current for charging is indicated as the jth constant current, and the capacitor to be charged is indicated as the jth capacitor. The charging circuit adjacent to the jth charging circuit 1j (next to the direction in which the suffix increases) is expressed as the j + 1th charging circuit, the reference voltage is the j + 1th voltage, the constant current is the j + 1th constant current, and the capacitor is the j + 1th capacitor. Respectively.

差動増幅回路13は、本発明の差電圧検出部に対応し、第1充電回路11からの電圧V1と第2充電回路12からの電圧V2との差電圧ΔV12を検出し、出力端子OUT1から出力する。同様に、第2充電回路12からの電圧V2と第3充電回路13からの電圧V3との差電圧ΔV23を検出し、出力端子OUT2から出力する。以下同様にして差電圧を検出し、最後に、第N−1充電回路1N−1からの電圧VN-1と第N充電回路1Nからの電圧VNとの差電圧ΔVN-1Nを検出し、出力端子OUTN−1から出力する。 The differential amplifier circuit 13 corresponds to the differential voltage detection unit of the present invention, detects a differential voltage ΔV 12 between the voltage V 1 from the first charging circuit 11 and the voltage V 2 from the second charging circuit 12, and outputs it. Output from terminal OUT1. Similarly, a difference voltage ΔV 23 between the voltage V 2 from the second charging circuit 12 and the voltage V 3 from the third charging circuit 13 is detected and output from the output terminal OUT2. Detects a difference voltage in the same manner, finally, the (N-1) charging circuit the differential voltage [Delta] V N-1N detection of the voltage V N-1 and the voltage V N from the N charging circuit 1N from 1N-1 And output from the output terminal OUTN-1.

次に、本発明の実施例3の時間電圧変換器の動作を説明する。図5は、実施例3の時間電圧変換器の動作を説明するためのタイミングチャートである。図5では、5個の充電回路を有する場合の時間電圧変換器の動作の例を示している。被測定信号VINが図5に示すように変化すると、第1コンパレータCMP1〜第5コンパレータCMP5は、時刻t1〜t5においてそれぞれトリップし、電圧V1〜V5を差動増幅回路13に供給する。
これにより、差動増幅回路13の出力端子OUT1には、電圧V1と電圧V2との差電圧ΔV12が出力される。同様に、差動増幅回路13の出力端子OUT2には、電圧V2と電圧V3との差電圧ΔV23sが出力され、出力端子OUT3には、電圧V3と電圧V4との差電圧ΔV34が出力され、出力端子OUT4には、電圧V4と電圧V5との差電圧ΔV45が出力される。
Next, the operation of the time-voltage converter according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the time-voltage converter according to the third embodiment. FIG. 5 shows an example of the operation of the time-voltage converter in the case of having five charging circuits. When the signal under measurement VIN changes as shown in FIG. 5, the first comparator CMP <b> 1 to the fifth comparator CMP <b> 5 trip at time t 1 to t 5 , and supply the voltages V 1 to V 5 to the differential amplifier circuit 13. To do.
As a result, the differential voltage ΔV 12 between the voltage V 1 and the voltage V 2 is output to the output terminal OUT 1 of the differential amplifier circuit 13. Similarly, a differential voltage ΔV 23 s between the voltage V 2 and the voltage V 3 is output to the output terminal OUT2 of the differential amplifier circuit 13, and a differential voltage between the voltage V 3 and the voltage V 4 is output to the output terminal OUT3. ΔV 34 is output, and a difference voltage ΔV 45 between the voltage V 4 and the voltage V 5 is output to the output terminal OUT4.

このように実施例3の時間電圧変換器によれば、連続的に変化する被測定信号の隣り合った2つの時刻における差電圧を連続的に検出できるので、被測定信号の複数の区間の時間を同時に測定できる。
また、差動増幅器13は、任意の充電回路間の差電圧を検出する組み合わせを行うことも可能であり、必要に応じて差動増幅器を増設してもよい。即ち、差動増幅回路13は、被測定信号が第j電圧から第j+x電圧(x=2、3、・・・、N)に達してから所定時間が経過した後に第jコンデンサの電圧と第j+xコンデンサの電圧との差電圧を検出し、被測定信号の第jから第j+x区間の時間に対応する電圧として出力するように構成してもよい。
As described above, according to the time-voltage converter of the third embodiment, it is possible to continuously detect the difference voltage at two adjacent times of the signal under measurement that continuously changes, and thus the time of a plurality of sections of the signal under measurement is determined. Can be measured simultaneously.
Further, the differential amplifier 13 can be combined to detect a difference voltage between arbitrary charging circuits, and a differential amplifier may be added as necessary. That is, the differential amplifier circuit 13 determines the voltage of the jth capacitor after the predetermined time has elapsed after the signal under measurement reaches the j + x voltage (x = 2, 3,..., N) from the jth voltage. A difference voltage from the voltage of the j + x capacitor may be detected and output as a voltage corresponding to the time from the jth to j + x sections of the signal under measurement.

また、被測定信号は、2以上の複数の被測定信号jからなってもよい。この場合、複数の被測定信号jの各々が第j電圧(j=1、2、・・・、N)に達したときに、第j定電流により第jコンデンサを充電する第j充電回路を備える。差動増幅回路13は、複数の被測定信号jが第j電圧から第j+x電圧(x=2、3、・・・、N)に達してから所定時間が経過した後に、第jコンデンサの電圧と第j+xコンデンサの電圧との差電圧を検出し、被測定信号の第jから第j+x区間の時間に対応する電圧として出力するように構成してもよい。   Further, the signal under measurement may be composed of two or more signals under measurement j. In this case, a jth charging circuit that charges the jth capacitor with the jth constant current when each of the plurality of signals under measurement j reaches the jth voltage (j = 1, 2,..., N). Prepare. The differential amplifier circuit 13 determines the voltage of the jth capacitor after a predetermined time has elapsed since the plurality of signals under measurement j have reached the j + x voltage (x = 2, 3,..., N) from the jth voltage. And the voltage of the j + x capacitor may be detected and output as a voltage corresponding to the time from the jth to j + x intervals of the signal under measurement.

(実施例3の変形例)
次に、実施例3の変形例について説明する。図6は、本発明の実施例3の変形例の時間電圧変換器の構成を示す回路図である。実施例3と同一部分には、同一符号を付し説明を省略する。
(Modification of Example 3)
Next, a modification of the third embodiment will be described. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a time-voltage converter according to a modification of the third embodiment of the present invention. The same parts as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

なお、実施例3の変形例では、4個の充電回路を備えた例を示しているが、充電回路の数は4個に限定されず任意である。変形例の時間電圧変換器は、実施例3の構成にさらに制御回路14及び基準電圧源15が追加されて構成されている。   In addition, although the example provided with four charging circuits is shown in the modification of Example 3, the number of charging circuits is not limited to four and is arbitrary. The modified time voltage converter is configured by adding a control circuit 14 and a reference voltage source 15 to the configuration of the third embodiment.

制御回路14は、被測定信号VINが漸増する範囲では、第1コンパレータCMP1〜第4コンパレータCMP4に与える基準電圧を電圧Vref1〜Vref4に設定し、被測定信号VINが漸減する範囲では、第1コンパレータCMP1〜第4コンパレータCMP4に与える基準電圧を電圧Vref5〜Vref8に設定するような閾値切り換え信号を生成し、基準電圧源15に出力する。   The control circuit 14 sets the reference voltages to be supplied to the first comparator CMP1 to the fourth comparator CMP4 to the voltages Vref1 to Vref4 in a range where the signal under measurement VIN gradually increases, and the first comparator within a range where the signal under measurement VIN decreases gradually. A threshold switching signal is generated so as to set the reference voltage to be applied to the CMP1 to the fourth comparator CMP4 to the voltages Vref5 to Vref8, and is output to the reference voltage source 15.

基準電圧源15は、制御回路14からの閾値切り換え信号に応じて、第1コンパレータCMP1〜第4コンパレータCMP4の各々の非反転入力端子に基準電圧Vref1〜Vref4又は基準電圧Vref5〜Vref8を供給する。   The reference voltage source 15 supplies the reference voltages Vref1 to Vref4 or the reference voltages Vref5 to Vref8 to the non-inverting input terminals of the first comparator CMP1 to the fourth comparator CMP4 in response to a threshold switching signal from the control circuit 14.

また、図面の煩雑化を避けるために、第1充電回路11〜第4充電回路14の各々の範囲を図示していないが、各充電回路は、以下のように構成される。   Moreover, in order to avoid complication of drawing, although each range of the 1st charging circuit 11-the 4th charging circuit 14 is not illustrated, each charging circuit is comprised as follows.

即ち、第1充電回路11は、基準電圧源15の一部、第1コンパレータCMP1、第1カウンタ21、制御回路14の一部、第1電流源I1、第1スイッチング素子SW1及び第1コンデンサC1から構成されている。第2充電回路12は、基準電圧源15の一部、第2コンパレータCMP2、第2カウンタ22、制御回路14の一部、第2電流源I2、第2スイッチング素子SW2及び第2コンデンサC2から構成されている。   That is, the first charging circuit 11 includes a part of the reference voltage source 15, the first comparator CMP1, the first counter 21, a part of the control circuit 14, the first current source I1, the first switching element SW1, and the first capacitor C1. It is composed of The second charging circuit 12 includes a part of the reference voltage source 15, a second comparator CMP2, a second counter 22, a part of the control circuit 14, a second current source I2, a second switching element SW2, and a second capacitor C2. Has been.

同様に、第3充電回路13は、基準電圧源15の一部、第3コンパレータCMP3、第3カウンタ23、制御回路14の一部、第3電流源I3、第3スイッチング素子SW3及び第3コンデンサC3から構成されている。第4充電回路14は、基準電圧源15の一部、第4コンパレータCMP4、第4カウンタ24、制御回路14の一部、第4電流源I4、第4スイッチング素子SW4及び第4コンデンサC4から構成されている。   Similarly, the third charging circuit 13 includes a part of the reference voltage source 15, a third comparator CMP3, a third counter 23, a part of the control circuit 14, a third current source I3, a third switching element SW3, and a third capacitor. C3. The fourth charging circuit 14 includes a part of the reference voltage source 15, a fourth comparator CMP4, a fourth counter 24, a part of the control circuit 14, a fourth current source I4, a fourth switching element SW4, and a fourth capacitor C4. Has been.

次に、本発明の実施例3の変形例の時間電圧変換器の動作を説明する。図7は、実施例3の変形例の時間電圧変換器の動作を説明するためのタイミングチャートである。
被測定信号VINが図7に示すように変化すると、被測定信号VINが漸増する範囲では、第1コンパレータCMP1〜第4コンパレータCMP4が時刻t1〜t4においてそれぞれトリップし、電圧V1〜V4を差動増幅回路13に供給する。
これにより、差動増幅回路13の出力端子OUT1には、電圧V1と電圧V2との差電圧ΔV12が出力される。同様に、差動増幅回路13の出力端子OUT2には、電圧V2と電圧V3との差電圧ΔV23が出力され、出力端子OUT3には、電圧V3と電圧V4との差電圧ΔV34が出力される。
Next, the operation of the time voltage converter according to the modification of the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the time-voltage converter according to the modification of the third embodiment.
When the signal under measurement VIN changes as shown in FIG. 7, in the range where the signal under measurement VIN gradually increases, the first comparator CMP1 to the fourth comparator CMP4 trip at times t 1 to t 4 , respectively, and the voltages V 1 to V 4 is supplied to the differential amplifier circuit 13.
As a result, the differential voltage ΔV 12 between the voltage V 1 and the voltage V 2 is output to the output terminal OUT 1 of the differential amplifier circuit 13. Similarly, a differential voltage ΔV 23 between the voltage V 2 and the voltage V 3 is output to the output terminal OUT2 of the differential amplifier circuit 13, and a differential voltage ΔV between the voltage V 3 and the voltage V 4 is output to the output terminal OUT3. 34 is output.

一方、被測定信号VINが漸減する範囲では、第1コンパレータCMP1〜第4コンパレータCMP4が時刻t5〜t8においてそれぞれトリップし、電圧V5〜V8を差動増幅回路13に供給する。
これにより、差動増幅回路13の出力端子OUT1には、電圧V5と電圧V6との差電圧ΔV56が出力される。同様に、差動増幅回路13の出力端子OUT2には、電圧V6と電圧V7との差電圧ΔV67が出力され、出力端子OUT3には、電圧V7と電圧V8との差電圧ΔV78が出力される。
On the other hand, in a range where the measured signal VIN is gradually reduced, the first comparator CMP1~ fourth comparator CMP4 trips each at time t 5 ~t 8, supplies a voltage V 5 ~V 8 to the differential amplifier circuit 13.
As a result, the differential voltage ΔV 56 between the voltage V 5 and the voltage V 6 is output to the output terminal OUT 1 of the differential amplifier circuit 13. Similarly, a differential voltage ΔV 67 between the voltage V 6 and the voltage V 7 is output to the output terminal OUT 2 of the differential amplifier circuit 13, and a differential voltage ΔV between the voltage V 7 and the voltage V 8 is output to the output terminal OUT 3. 78 is output.

このように実施例3の変形例によれば、実施例3と同様に動作し同様の効果が得られる。また、4個の充電回路で8個分の充電回路の機能を実現できるので、コストパフォーマンスを向上させることができる。   As described above, according to the modification of the third embodiment, the same operation as that of the third embodiment is performed and the same effect can be obtained. Moreover, since the functions of eight charging circuits can be realized by four charging circuits, cost performance can be improved.

また、実施例3と同様に、任意の充電回路出力間電圧を測定することも可能である。   Further, as in the third embodiment, it is also possible to measure an arbitrary voltage between charging circuit outputs.

11 第1充電回路
12 第2充電回路
1N 第N充電回路
13 差動増幅回路
14 制御回路
15 基準電圧源
OP オペアンプ
CMP1〜CMP4 第1〜第4コンパレータ
E1〜EN 第1〜第N基準電源
21〜2n 第1〜第Nカウンタ
I1〜IN 第1〜第N電流源
SW1〜SWN 第1〜第Nスイッチング素子
C1〜CN 第1〜第Nコンデンサ
R1〜R4 抵抗
11 first charging circuit 12 second charging circuit 1N Nth charging circuit 13 differential amplifier circuit 14 control circuit 15 reference voltage source OP operational amplifiers CMP1 to CMP4 first to fourth comparators E1 to EN first to Nth reference power sources 21 to 2n 1st to Nth counters I1 to IN 1st to Nth current sources SW1 to SWN 1st to Nth switching elements C1 to CN 1st to Nth capacitors R1 to R4 Resistance

Claims (9)

被測定信号が第1電圧から第2電圧まで変化する時間を電圧に変換して出力する時間電圧変換器であって、
前記被測定信号が第1電圧に達したときに、第1定電流により第1コンデンサを充電する第1充電回路と、
前記被測定信号が第2電圧に達したときに、第2定電流により第2コンデンサを充電する第2充電回路と、
前記被測定信号が第2電圧に達してから所定時間が経過した後に前記第1コンデンサの電圧と前記第2コンデンサの電圧との差電圧を検出し、前記被測定信号が前記第1電圧から前記第2電圧に至るまでの時間に対応する電圧として出力する差電圧検出部と、
を備えることを特徴とする時間電圧変換器。
A time-voltage converter that converts a time during which a signal under measurement changes from a first voltage to a second voltage into a voltage and outputs the voltage;
A first charging circuit that charges the first capacitor with a first constant current when the signal under measurement reaches a first voltage;
A second charging circuit that charges the second capacitor with a second constant current when the signal under measurement reaches a second voltage;
A difference voltage between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is detected after a predetermined time has elapsed since the signal under measurement reaches the second voltage, and the signal under measurement is detected from the first voltage and A differential voltage detector that outputs a voltage corresponding to the time until the second voltage is reached;
A time-voltage converter comprising:
前記第1充電回路は、
前記第1電圧を第1基準電圧として前記被測定信号と比較し、被測定信号が第1基準電圧に達したときに、前記第1定電流による前記第1コンデンサへの充電を開始させる第1電圧比較器を備え、
前記第2充電回路は、
前記第2電圧を第2基準電圧として前記被測定信号と比較し、被測定信号が第2基準電圧に達したときに、前記第2定電流による前記第2コンデンサへの充電を開始させる第2電圧比較器を備えることを特徴とする請求項1記載の時間電圧変換器。
The first charging circuit includes:
The first voltage is compared with the signal under measurement as a first reference voltage, and when the signal under measurement reaches the first reference voltage, charging of the first capacitor with the first constant current is started. With a voltage comparator,
The second charging circuit includes:
The second voltage is compared with the signal under measurement as a second reference voltage, and when the signal under measurement reaches the second reference voltage, charging the second capacitor with the second constant current is started. The time-voltage converter according to claim 1, further comprising a voltage comparator.
前記第1定電流の値と前記第2定電流の値との比は1:1/N(Nは1以上の整数)であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の時間電圧変換器。   3. The time voltage according to claim 1, wherein a ratio between the value of the first constant current and the value of the second constant current is 1: 1 / N (N is an integer of 1 or more). converter. 前記第1コンデンサの容量と前記第2コンデンサの容量との比は1:N(Nは1以上の整数)であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の時間電圧変換器。   3. The time-voltage converter according to claim 1, wherein a ratio of the capacity of the first capacitor to the capacity of the second capacitor is 1: N (N is an integer of 1 or more). 前記第1充電回路は、前記被測定信号が第1電圧に達したときに計数を開始する第1カウンタを備え、該第1カウンタが所定数を計数したときに前記第1定電流により第1コンデンサを充電し、
前記第2充電回路は、前記被測定信号が第2電圧に達したときに計数を開始する第2カウンタを備え、該第2カウンタが所定数を計数したときに前記第2定電流により第2コンデンサを充電することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の時間電圧変換器。
The first charging circuit includes a first counter that starts counting when the signal under measurement reaches a first voltage, and the first charging circuit uses a first constant current to count first when the first counter counts a predetermined number. Charge the capacitor,
The second charging circuit includes a second counter that starts counting when the signal under measurement reaches a second voltage, and when the second counter counts a predetermined number, a second counter current generates a second counter current. The time-voltage converter according to claim 1, wherein the capacitor is charged.
第1電圧から第N電圧(Nは3以上の整数)まで変化する被測定信号を構成する複数の区間の時間を電圧に変換して出力する時間電圧変換器であって、
前記被測定信号が第j電圧(j=1、2、・・・、N)に達したときに、第j定電流により第jコンデンサを充電する第j充電回路と、
前記被測定信号が第j+1電圧に達したときに、第j+1定電流により第j+1コンデンサを充電する第j+1充電回路と、
前記被測定信号が第j+1電圧に至る毎に、第j+1電圧に達してから所定時間が経過した後に前記第jコンデンサの電圧と前記第j+1コンデンサの電圧との差電圧を検出し、前記第1電圧から前記第N電圧まで変化する前記被測定信号を構成する複数の区間の時間に対応する電圧として出力する差電圧検出部と、
を備えることを特徴とする時間電圧変換器。
A time-voltage converter for converting a time of a plurality of sections constituting a signal under measurement changing from a first voltage to an N-th voltage (N is an integer of 3 or more) into a voltage and outputting the voltage;
A jth charging circuit for charging the jth capacitor with the jth constant current when the signal under measurement reaches the jth voltage (j = 1, 2,..., N);
A j + 1th charging circuit for charging a j + 1th capacitor with a j + 1th constant current when the signal under measurement reaches the j + 1th voltage;
Each time the signal under measurement reaches the (j + 1) th voltage, a difference voltage between the voltage of the (j + 1) th capacitor and the voltage of the (j + 1) th capacitor is detected after a predetermined time has elapsed since reaching the (j + 1) th voltage. A differential voltage detector that outputs a voltage corresponding to the time of a plurality of sections constituting the signal under measurement that changes from a voltage to the Nth voltage;
A time-voltage converter comprising:
前記差電圧検出部は、前記被測定信号が第j電圧から第j+x電圧(x=2、3、・・・、N)に達してから所定時間が経過した後に前記第jコンデンサの電圧と前記第j+xコンデンサの電圧との差電圧を検出し、前記被測定信号の前記第jから第j+x区間の時間に対応する電圧として出力することを特徴とする請求項6記載の時間電圧変換器。   The difference voltage detector is configured to detect the voltage of the jth capacitor after the predetermined time has elapsed after the signal under measurement reaches the j + x voltage (x = 2, 3,..., N) from the jth voltage. 7. The time-voltage converter according to claim 6, wherein a difference voltage with respect to the voltage of the j + x capacitor is detected and output as a voltage corresponding to the time from the jth to the j + x section of the signal under measurement. 第1の被測定信号が第1電圧に達してから、第2の被測定信号が第2電圧に達するまでの時間差を電圧に変換して出力する時間電圧変換器であって、
前記第1の被測定信号が第1電圧に達したときに、第1定電流により第1コンデンサを充電する第1充電回路と、
前記第2の被測定信号が第2電圧に達したときに、第2定電流により第2コンデンサを充電する第2充電回路と、
前記第2の被測定信号が第2電圧に達してから所定時間が経過した後に前記第1コンデンサの電圧と前記第2コンデンサの電圧との差電圧を検出し、前記第1の被測定信号が前記第1電圧に達してから前記第2の被測定信号が前記第2電圧に至るまでの時間に対応する電圧として出力する差電圧検出部と、
を備えることを特徴とする時間電圧変換器。
A time voltage converter for converting a time difference from when the first signal under measurement reaches the first voltage to when the second signal under measurement reaches the second voltage, and outputting the voltage;
A first charging circuit that charges the first capacitor with a first constant current when the first signal under measurement reaches a first voltage;
A second charging circuit that charges the second capacitor with a second constant current when the second signal under measurement reaches a second voltage;
After a predetermined time elapses after the second measured signal reaches the second voltage, a differential voltage between the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor is detected, and the first measured signal is A differential voltage detector that outputs a voltage corresponding to a time from when the first voltage reaches the second voltage until the second signal under measurement reaches the second voltage;
A time-voltage converter comprising:
前記被測定信号は、2以上の複数の被測定信号jからなり、
前記複数の被測定信号jの各々が第j電圧(j=1、2、・・・、N)に達したときに、第j定電流により第jコンデンサを充電する第j充電回路を備え、
前記差電圧検出部は、前記複数の被測定信号が第j電圧から第j+x電圧(x=2、3、・・・、N)に達してから所定時間が経過した後に、前記第jコンデンサの電圧と前記第j+xコンデンサの電圧との差電圧を検出し、前記被測定信号の第jから第j+x区間の時間に対応する電圧として出力することを特徴とする請求項6記載の時間電圧変換器。
The measured signal comprises a plurality of measured signals j of two or more,
A jth charging circuit for charging the jth capacitor with a jth constant current when each of the plurality of signals under measurement j reaches the jth voltage (j = 1, 2,..., N);
The differential voltage detector is configured to detect a difference between the j-th capacitor and the j-th capacitor after a predetermined time has elapsed since the plurality of signals under measurement have reached the j + x voltage (x = 2, 3,..., N) from the jth voltage. 7. The time-voltage converter according to claim 6, wherein a difference voltage between the voltage and the voltage of the j + x capacitor is detected and output as a voltage corresponding to the time from the jth to the j + x section of the signal under measurement. .
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