JP2020080456A - 自己校正機能付きadコンバータ - Google Patents
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Abstract
Description
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
図1は、本発明の第1実施形態に係る自己校正機能付きADコンバータの機能構成例を示す機能ブロック図である。図1に示す自己校正機能付きADコンバータ100は、基準電圧部10、制御部20、及び積算変換部30を備え、アナログ信号である入力電圧をディジタル信号に変換するADコンバータである。そして、変換に用いる比較器等のオフセット電圧、及び既知の電圧を出力するDAコンバータの積算単位電圧の校正にADコンバータの外部に測定器を必要としない自己校正機能を備える。
オフセットキャンセル計測処理部210は、初期比較ステップα1、電荷蓄積ステップα2、及び電荷転送ステップα3の3つの処理ステップを実行する。
図1に示した自己校正機能付きADコンバータ100は、基準電圧が積算単位電圧になっていた。積算単位電圧を小さくするために中間電位を用いてもよい。図4に自己校正機能付きADコンバータ100の変形例を示す。
図5は、本発明の第2実施形態に係る自己校正機能付きADコンバータの機能構成例を示す機能ブロック図である。図5に示す自己校正機能付きADコンバータ200は、自己校正機能付きADコンバータ100(図1)に対して積算部の構成が異なる。
20,40:制御部
21,41:校正制御部
22,42:変換制御部
21:校正制御部
22:変換制御部
30:積算変換部
31:サンプルホールド部
32:切替部
33:クロス・バースイッチ
34:比較器
35:積算部
100,200:自己校正機能付きADコンバータ
210:オフセットキャンセル計測処理部
211:積算単位計測処理部
410:オフセット極性判定部
411:オフセット計測処理部
412:積算単位計測処理部
Claims (7)
- 校正のための測定器を必要としない自己校正機能付きADコンバータであって、
自らを校正する動作を制御する校正制御部と変換対象の入力電圧をディジタル信号に変換する動作を制御する変換制御部を含む制御部と、
基準電圧を出力する基準電圧部と、
所定の単位電圧を積算した積算電圧を生成する積算部と、入力を2個有し前記積算電圧と、前記入力電圧又は前記基準電圧とを比較する比較器と、前記比較器の一方の入力に前記積算電圧を入力し他方の入力に前記入力電圧又は前記基準電圧を入力する場合と、前記比較器の一方の入力に前記入力電圧又は前記基準電圧を入力し他方の入力に前記積算電圧を入力する場合とで接続を切替えるクロス・バースイッチとを含む積算変換部と
を備える
ことを特徴とする自己校正機能付きADコンバータ。 - 前記積算部は、演算増幅器を含み、
前記校正制御部は、
前記積算部に前記演算増幅器のオフセット電圧を除去した単位電圧を積算させた積算電圧を生成させ、該積算電圧と前記基準電圧の比較を前記クロス・バースイッチの接続を切替えて行わせ、第1のオフセットキャンセル積算回数と第2のオフセットキャンセル積算回数を取得するオフセットキャンセル計測処理部と、
前記積算部に前記演算増幅器のオフセット電圧を含む単位電圧を積算させたオフセット積算電圧を生成させ、前記比較器に、該オフセット積算電圧と前記基準電圧との比較を行わせて第1の積算回数を取得する積算単位計測処理部を有し、
前記変換部は、前記第1のオフセットキャンセル積算回数と前記第2のオフセットキャンセル積算回数と前記第1の積算回数とに基づいて得られる前記演算増幅器のオフセット電圧の校正値と、前記演算増幅器のオフセット電圧を除去した単位電圧の校正値とを用いて前記入力電圧をディジタル信号に変換する
ことを特徴とする請求項1に記載の自己校正機能付きADコンバータ。 - 前記積算部は、
前記単位電圧を保持する第1コンデンサと、
前記積算電圧を保持する第2コンデンサと、
前記第1コンデンサの一方の端子を、前記基準電圧又は接地電圧に接続された前記演算増幅器の正入力端子に接続させる第1スイッチと、
前記第1コンデンサの他方の端子を、接地電圧又は前記演算増幅器の負入力端子に接続させる第2スイッチと、
前記第2コンデンサの両端を接続させる第3スイッチと、
前記第2コンデンサの他方の端子又は前記演算増幅器の負入力端子を、前記演算増幅器の出力端子に接続させる第4スイッチと
を含み、
前記オフセットキャンセル計測処理部は、
前記演算増幅器の負入力端子と前記演算増幅器の出力端子を前記第4スイッチで接続させた後に、前記第1コンデンサの他方の端子と前記演算増幅器の負入力端子を前記第2スイッチで接続させる
ことを特徴とする請求項2に記載の自己校正機能付きADコンバータ。 - 前記校正制御部は、
前記比較器のオフセット電圧の極性を判定するオフセット極性判定部と、
前記積算部に前記基準電圧を初期値として単位電圧を積算させた積算電圧を生成させ、生成させた基準電圧を初期値として単位電圧を積算した積算電圧と前記基準電圧を前記比較器で比較してオフセット積算回数を得るオフセット計測処理部と、
前記オフセット極性判定部での判定の結果、前記比較器のオフセット電圧の極性が正である場合には、
前記積算部に所定の単位電圧を積算した積算電圧を生成させ、前記所定の単位電圧を積算した積算電圧と前記基準電圧の比較を前記クロス・バースイッチの接続を切替えて行わせて、第1の積算回数と第2の積算回数を得て、
前記オフセット極性判定部での判定の結果、前記比較器のオフセット電圧の極性が負である場合には、
前記積算部に所定の単位電圧を積算した積算電圧を生成させ、前記所定の単位電圧を積算した積算電圧と前記基準電圧の比較を行わせて、第1の積算回数を得る積算単位計測処理部とを備え、
前記変換部は、
前記比較器のオフセット電圧の極性が正である場合には、前記オフセット積算回数と前記第1の積算回数と第2の積算回数に基づいて得られた前記比較器のオフセット電圧の校正値と前記単位電圧の校正値とを用いて前記入力電圧をディタル信号に変換し、
前記比較器のオフセット電圧の極性が負である場合には、前記オフセット積算回数と前記第1の積算回数に基づいて得られた前記比較器のオフセット電圧の校正値と前記単位電圧の校正値とを用いて前記入力電圧をディジタル信号に変換する
ことを特徴とする請求項1に記載の自己校正機能付きADコンバータ。 - 前記積算部は、
電流源と、
前記電流源が繰り返し接続されることで充電される単位コンデンサと、
前記単位コンデンサの両端を接続させる第6スイッチと、
前記電流源と前記単位コンデンサを繰り返し接続する第5スイッチと、
前記第5スイッチと接続される前記単位コンデンサの一方の端子に、前記基準電圧を接続する第7スイッチと
を含み、
前記オフセット極性判定処理部は、
前記第7スイッチを接続させ、前記第5スイッチと前記第6スイッチを切断し、
前記オフセット計測処理部は、
前記第5スイッチを切断してから前記第7スイッチを接続させた後に切断する
ことを特徴とする請求項4に記載の自己校正機能付きADコンバータ。 - 前記単位電圧が、
前記第1のオフセットキャンセル積算回数と前記第2のオフセットキャンセル積算回数に対して単調減少であり且つ前記第1の積算回数に対しては単調増加である関係と、
前記オフセットキャンセル計測処理部が取得した前記第1のオフセットキャンセル積算回数及び前記第2のオフセットキャンセル積算回数と前記積算単位計測処理部で取得した前記第1の積算回数に所定の幅を設定したことで得られる前記単位電圧の範囲の中央値を前記単位電圧の校正値として決定し、
前記演算増幅器のオフセット電圧が、
前記第1のオフセットキャンセル積算回数に対しては単調増加であり且つ前記第1の積算回数に対しては単調減少である関係と、前記オフセットキャンセル計測処理部が取得した前記第1のオフセットキャンセル積算回数と前記積算単位計測処理部で取得した前記第1の積算回数に所定の幅を設定したことで得られる前記演算増幅器のオフセット電圧の範囲の中央値を前記演算増幅器のオフセット電圧の校正値に決定する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の自己校正機能付きADコンバータ。 - 前記比較器のオフセット電圧が正である場合は、
前記単位電圧が、
前記オフセットキャンセル計測処理部で計測したオフセット積算回数と前記第2の積算回数に対して単調減少であり且つ前記第1の積算回数に対しては単調増加である関係と、前記オフセット積算回数と前記積算単位計測処理部で取得した第1の積算回数および第2の積算回数に所定の幅を設定したことで得られる単位電圧の範囲の中央値を単位電圧の校正値として決定し、
前記比較器のオフセット電圧が前記オフセット積算回数に対して単調増加であり且つ前記第1の積算回数に対して単調減少である関係と、
前記オフセット積算回数と前記積算単位計測処理部で取得した第1の積算回数に所定の幅を設定したことで得られる前記比較器のオフセット電圧の範囲の中央値を前記比較器のオフセット電圧の校正値に決定し、
前記比較器のオフセット電圧が負である場合は、
前記単位電圧が、前記オフセット計測処理部で計測したオフセット積算回数に対しては単調増加であり且つ前記第1の積算回数に対しては単調減少である関係と、
前記オフセット積算回数と前記積算単位計測処理部で取得した第1の積算回数に所定の幅を設定したことで得られる単位電圧の範囲の中央値を単位電圧の校正値として決定し、
前記比較器のオフセット電圧が前記オフセット積算回数に対して単調減少であり且つ前記第1の積算回数に対して単調増加である関係と、
前記オフセット積算回数と前記積算単位計測処理部で取得した第1の積算回数に所定の幅を設定したことで得られる前記比較器のオフセット電圧の範囲の中央値を前記比較器のオフセット電圧の校正値に決定する
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の自己校正機能付きADコンバータ。
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