JP2020092341A - Ad変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るAD変換装置1の全体構成図である。AD変換装置1は、入力端子TM[1]〜TM[n]並びに通信用端子TMCOMを含む複数の端子に加えて、アナログ処理部10、デジタル処理部40及び制御部50を備え、更に、選択部及びAD変換部から成るAD変換ブロックを複数備える。nは2以上の任意の整数である。
図6は実測定状態における各部の電圧の様子を表している。実測定状態では、まず、測定対象電圧VIN[1]〜VIN[n]が夫々電圧VSEL[1]〜VSEL[n]として選択されるようスイッチ回路11[1]〜11[n]が制御される。その上で、実測定状態は実測定状態ST[1]〜ST[n]に細分化される。実測定状態ST[1]〜ST[n]は、夫々、第1〜第nチャネルについての実測定状態に相当する。実測定状態ST[i]は測定対象電圧VIN[i]をAD変換するための状態である。このため、実測定状態ST[i]では、アナログ電圧信号VA[1]〜VA[n]の内、アナログ電圧信号VA[i]が信号VSEL_M及びVSEL_Sとして選択されるよう選択部20M及び20Sが制御される。
図7は校正用状態における各部の電圧の様子を表している。校正用状態は(n×m)種類の校正用状態に細分化され、(n×m)種類の校正用状態の1つを符号“ST[i,j]”にて表す。符号“ST[i,j]”において、変数iは1以上且つn以下の整数をとり、変数jは1以上且つm以下の整数をとる。校正用状態ST[i,j]では、基準電圧VREF[j]が電圧VSEL[1]〜VSEL[n]として選択されるようスイッチ回路11[1]〜11[n]が制御される。故に例えば、校正用状態ST[i,1]では基準電圧VREF[1]が電圧VSEL[1]〜VSEL[n]として選択されるよう、校正用状態ST[i,2]では基準電圧VREF[2]が電圧VSEL[1]〜VSEL[n]として選択されるよう、スイッチ回路11[1]〜11[n]が制御される。
同様に例えば、第2チャネルに注目した場合、第2チャネルについての校正用状態の1つである校正用状態ST[2,1]では、スイッチ回路11[2]により基準電圧VREF[1]が選択され且つ基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[2]が信号VSEL_M及びVSEL_Sとして選択されるよう、スイッチ回路11[2]並びに選択部20M及び20Sが制御される。第2チャネルについての校正用状態の他の1つである校正用状態ST[2,2]では、スイッチ回路11[2]により基準電圧VREF[2]が選択され且つ基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[2]が信号VSEL_M及びVSEL_Sとして選択されるよう、スイッチ回路11[2]並びに選択部20M及び20Sが制御される。
他のチャネルについても同様であり、基準電圧VREF[1]及びVREF[2]以外の基準電圧が選択される場合も同様である。
校正用状態ST[1,1]での校正用AD変換動作によりスイッチ回路11[1]からの基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[1]がAD変換されて、スイッチ回路11[1]からの基準電圧VREF[1]に応じたデジタル信号VDO_M、VDF_M、VDO_S及びVDF_Sが得られる。
校正用状態ST[1,2]での校正用AD変換動作によりスイッチ回路11[1]からの基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[1]がAD変換されて、スイッチ回路11[1]からの基準電圧VREF[2]に応じたデジタル信号VDO_M、VDF_M、VDO_S及びVDF_Sが得られる。
校正用状態ST[2,1]での校正用AD変換動作によりスイッチ回路11[2]からの基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[2]がAD変換されて、スイッチ回路11[2]からの基準電圧VREF[1]に応じたデジタル信号VDO_M、VDF_M、VDO_S及びVDF_Sが得られる。
校正用状態ST[2,2]での校正用AD変換動作によりスイッチ回路11[2]からの基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[2]がAD変換されて、スイッチ回路11[2]からの基準電圧VREF[2]に応じたデジタル信号VDO_M、VDF_M、VDO_S及びVDF_Sが得られる。
他の校正用状態での校正用AD変換動作も同様である。
メインフィルタ用パラメータ及びサブフィルタ用パラメータは、校正用AD変換動作にて得られるデジタル信号に基づき設定される。説明の具体化のため、第1チャネルに注目し、選択部20M及び20Sにてアナログ電圧信号VA[1]が選択されることを想定して、上記の設定方法を説明する。
第1及び第2評価用信号は、スイッチ回路11[i]にて基準電圧VREF[1]が選択され且つ選択部20M及び20Sにて基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[i]が選択されているときに変換部30M及び30Sから得られる原デジタル信号VDO_M及びVDO_Sである。
第3及び第4評価用信号は、スイッチ回路11[i]にて基準電圧VREF[2]が選択され且つ選択部20M及び20Sにて基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[i]が選択されているときに変換部30M及び30Sから得られる原デジタル信号VDO_M及びVDO_Sである。
メインフィルタブロック41Mはチャネルごとにメインフィルタ用パラメータを設定しても良く、サブフィルタブロック41Sはチャネルごとにサブフィルタ用パラメータを設定しても良い。このような設定方法を個別設定方法MTD1と称する。個別設定方法MTD1では、デジタル処理部40によりチャネルごとに上記第1〜第4評価用信号が取得され、メインフィルタブロック41Mはチャネルごとに第1及び第3評価用信号に基づいてメインフィルタ用パラメータを設定し、且つ、サブフィルタブロック41Sはチャネルごとに第2及び第4評価用信号に基づいてサブフィルタ用パラメータを設定する。そして、この場合には、チャネルごとに設定されたメインフィルタ用パラメータを用いてチャネルごとに原デジタル信号VDO_Mから補正デジタル信号VDF_Mが生成され、チャネルごとに設定されたサブフィルタ用パラメータを用いてチャネルごとに原デジタル信号VDO_Sから補正デジタル信号VDF_Sが生成されることになる。これにより、電圧調整回路12[1]〜12[n]で混入し得るゲイン誤差及びオフセット誤差をも補正することが可能である。
電圧調整回路12[1]〜12[n]でゲイン誤差及びオフセット誤差が混入するおそれが無い場合などにあっては、メインフィルタブロック41Mは第1〜第nチャネルに対して共通のメインフィルタ用パラメータを設定しても良く、サブフィルタブロック41Sは第1〜第nチャネルに対して共通のサブフィルタ用パラメータを設定しても良い。このような設定方法を共通設定方法MTD2と称する。共通設定方法MTD2では、何れか1つのチャネルである代表チャネルに対してデジタル処理部40により上記第1〜第4評価用信号が取得され、メインフィルタブロック41Mは第1及び第3評価用信号に基づいて単一のメインフィルタ用パラメータを設定し、且つ、サブフィルタブロック41Sは第2及び第4評価用信号に基づいて単一のサブフィルタ用パラメータを設定する。これらの設定後において、原デジタル信号VDO_Mから補正デジタル信号VDF_Mが生成されるときには全チャネルに対して共通のメインフィルタ用パラメータが用いられ、原デジタル信号VDO_Sから補正デジタル信号VDF_Sが生成されるときには全チャネルに対して共通のサブフィルタ用パラメータが用いられる。
本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態並びに後述の第3及び第4実施形態は第1実施形態を基礎とする実施形態であり、第2〜第4実施形態において特に述べない事項に関しては、矛盾の無い限り、第1実施形態の記載が第2〜第4実施形態にも適用される。第2実施形態の記載を解釈するにあたり、第1及び第2実施形態間で矛盾する事項については第2実施形態の記載が優先されて良い(後述の第3及び第4実施形態についても同様)。矛盾の無い限り、第1〜第4実施形態の内、任意の複数の実施形態を組み合わせても良い。
校正用状態ST[1,1]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[1]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[4,1]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[4]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[2,1]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[2]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[5,1]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[5]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[3,1]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[3]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[6,1]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[1]に応じたアナログ電圧信号VA[6]に対するAD変換動作)である。
校正用状態ST[3,2]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[3]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[6,2]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[6]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[1,2]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[1]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[4,2]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[4]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[2,2]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[2]に対するAD変換動作)、
校正用状態ST[5,2]での校正用AD変換動作(即ち、基準電圧VREF[2]に応じたアナログ電圧信号VA[5]に対するAD変換動作)である。
実測定状態ST[2]での実測定AD変換動作(即ち、測定対象電圧VIN[2]に応じたアナログ電圧信号VA[2]に対するAD変換動作)、
実測定状態ST[5]での実測定AD変換動作(即ち、測定対象電圧VIN[5]に応じたアナログ電圧信号VA[5]に対するAD変換動作)、
実測定状態ST[3]での実測定AD変換動作(即ち、測定対象電圧VIN[3]に応じたアナログ電圧信号VA[3]に対するAD変換動作)、
実測定状態ST[6]での実測定AD変換動作(即ち、測定対象電圧VIN[6]に応じたアナログ電圧信号VA[6]に対するAD変換動作)、
実測定状態ST[1]での実測定AD変換動作(即ち、測定対象電圧VIN[1]に応じたアナログ電圧信号VA[1]に対するAD変換動作)、
実測定状態ST[4]での実測定AD変換動作(即ち、測定対象電圧VIN[4]に応じたアナログ電圧信号VA[4]に対するAD変換動作)である。
実施例EX2_1を説明する。単位測定動作において、AD変換動作が行われる度に、そのAD変換動作にて得られる補正デジタル信号VDF_M及びVDF_Sはメモリ45にデータとして記憶される。この際、原デジタル信号VDO_M及びVDO_Sもメモリ45にデータとして記憶されるようにしても良い。メモリ45に一定量以上のデータが記憶された後には、時系列上で古い方のデータに対して新たな取得されたデータを上書き記憶して良い。フィルタブロック41M及び41Sは、メモリ45の記憶内容に基づいてメインフィルタ用パラメータ及びサブフィルタ用パラメータを設定して良い。
実施例EX2_2を説明する。制御部50は、AD変換装置1が起動した後、単位測定動作が開始されるに先立って初期校正動作を行っても良い。初期校正動作は、図12の単位測定動作から実測定AD変換動作を除外したものであり、フィルタブロック41M及び41Sは、初期校正動作にてメインフィルタ用パラメータの初期値及びサブフィルタ用パラメータの初期値を設定する。但し、初期校正動作は図12の単位測定動作と同じものであって良い。但し、初期校正動作中の実測定AD変換動作で得られるAD変換結果はMPU2に提供されない。
実施例EX2_3を説明する。エラー判定部44は、校正用AD変換動作で得られた信号VDF_M及びVDF_Sが入力されたときにおいて、信号VDF_M及びVDF_S間の差の大きさ|VDIF|が所定の閾値VTHより大きいとき、信号VDF_M及びVDF_Sの値に基づいて、メインAD変換ブロックとサブAD変換ブロックの何れに異常があるのかをも判定し、その判定結果を含むエラー判定信号SEを出力するようにしても良い。
実施例EX2_4を説明する。各電圧調整回路(12[1]〜12[6])において測定レンジの選択機能は無くても構わない。
実施例EX2_5を説明する。上述したように、ADコンバータ31M及び31Sで用いられる基準電圧VREFAD(図5参照)は、基準電圧供給回路14にて生成される基準電圧とは異なる電圧であって、基準電圧供給回路14とは別に設けられた基準電圧生成回路(不図示)により生成される。これにより、その基準電圧生成回路と基準電圧供給回路14との内、何れか一方に異常(故障)が生じた際に、それを検出することが可能となる。これを、第2実施形態で具体的に示した回路及び動作との関係において説明する。尚、図示されない上記基準電圧生成回路を、説明の便宜上、基準電圧生成回路GADと称する。
本発明の第3実施形態を説明する。AD変換装置1は任意のシステムに組み込まれ、任意の種類の電圧を測定対象電圧として受けることができるが、以下に、自動車等の車両に搭載される負荷駆動システムAAへの適用例を説明する。図15は負荷駆動システムAAの全体構成図である。
本発明の第4実施形態を説明する。第4実施形態では、上述の第1〜第3実施形態に対して適用可能な応用技術、変形技術などを説明する。
2 MPU
10 アナログ処理部
11[1]〜11[n] スイッチ回路
12[1]〜12[n] 電圧調整回路
13[1]〜13[n] アナログ配線
20M/20S メイン/サブ選択部
30M/30S メイン/サブAD変換部
40 デジタル処理部
41M/41S メイン/サブフィルタブロック
42M/42S メイン/サブフィルタ
43 機能回路
44 エラー判定部
50 制御部
VIN[1]〜VIN[n] 測定対象電圧
VA[1]〜VA[n] アナログ電圧信号
VREF[1]〜VREF[m] 基準電圧
VDO_M、VDO_S 原デジタル信号
VDF_M、VDF_S 補正デジタル信号
Claims (10)
- 複数のチャネル分の測定対象電圧をアナログ−デジタル変換するAD変換装置において、
チャネルごとに前記測定対象電圧及び複数の基準電圧の中から何れかを選択して、選択電圧に応じたアナログ電圧信号を出力するアナログ処理部と、
前記アナログ処理部から出力される前記複数のチャネルについての複数のアナログ電圧信号の何れかを選択する第1選択部と、
前記第1選択部により選択されたアナログ電圧信号をアナログ−デジタル変換することで第1原デジタル信号を生成する第1AD変換部と、
前記複数のアナログ電圧信号の何れかを選択する第2選択部と、
前記第2選択部により選択されたアナログ電圧信号をアナログ−デジタル変換することで第2原デジタル信号を生成する第2AD変換部と、
前記第1原デジタル信号及び前記第2原デジタル信号を受けるデジタル処理部と、
前記アナログ処理部、前記第1選択部及び前記第2選択部における選択内容を制御する制御部と、を備え、
前記複数の基準電圧は互いに異なる第1基準電圧及び第2基準電圧を含み、
前記デジタル処理部は、
前記第1原デジタル信号から第1パラメータに基づいて第1補正デジタル信号を生成する第1フィルタを有し、前記アナログ処理部にて前記第1基準電圧が選択されているときに得られる前記第1原デジタル信号、及び、前記アナログ処理部にて前記第2基準電圧が選択されているときに得られる前記第1原デジタル信号に基づいて前記第1パラメータを設定する第1フィルタブロックと、
前記第2原デジタル信号から第2パラメータに基づいて第2補正デジタル信号を生成する第2フィルタを有し、前記アナログ処理部にて前記第1基準電圧が選択されているときに得られる前記第2原デジタル信号、及び、前記アナログ処理部にて前記第2基準電圧が選択されているときに得られる前記第2原デジタル信号に基づいて前記第2パラメータを設定する第2フィルタブロックと、
前記第1補正デジタル信号及び前記第2補正デジタル信号に基づいて所定のエラー判定信号を出力するエラー判定部と、を備えた
ことを特徴とするAD変換装置。 - 前記複数のチャネルは第1〜第nチャネルから成り(nは2以上の整数)、
前記複数のチャネル分の測定対象電圧は第1〜第n測定対象電圧から成り、
前記アナログ処理部は、第1〜第nスイッチ回路及び第1〜第nアナログ配線を備え、
前記第1選択部及び前記第2選択部の夫々は前記第1〜第nアナログ配線に接続されて、前記複数のアナログ電圧信号として第1〜第nアナログ電圧信号が前記第1選択部及び前記第2選択部の夫々に入力され、
第iチャネルにおいて、第iスイッチ回路により第i測定対象電圧及び前記複数の基準電圧の何れかが選択されて、選択電圧に応じた第iアナログ電圧信号が第iアナログ配線に加わる(iは1以上n以下の整数)
ことを特徴とする請求項1に記載のAD変換装置。 - 前記制御部により、当該AD変換装置の状態は、チャネルごとに、実測定状態、第1校正用状態及び第2校正用状態の何れかとなることが可能であり、
前記第iチャネルについての前記実測定状態では、前記第iスイッチ回路により前記第i測定対象電圧が選択され且つ前記第i測定対象電圧に応じた前記第iアナログ電圧信号が前記第1選択部及び前記第2選択部にて選択されるよう、前記第iスイッチ回路、前記第1選択部及び前記第2選択部が制御され、
前記第iチャネルについての前記第1校正用状態では、前記第iスイッチ回路により前記第1基準電圧が選択され且つ前記前記第1基準電圧に応じた前記第iアナログ電圧信号が前記第1選択部及び前記第2選択部にて選択されるよう、前記第iスイッチ回路、前記第1選択部及び前記第2選択部が制御され、
前記第iチャネルについての前記第2校正用状態では、前記第iスイッチ回路により前記第2基準電圧が選択され且つ前記前記第2基準電圧に応じた前記第iアナログ電圧信号が前記第1選択部及び前記第2選択部にて選択されるよう、前記第iスイッチ回路、前記第1選択部及び前記第2選択部が制御され、
前記実測定状態にて前記第1AD変換部及び前記第2AD変換部でのアナログ−デジタル変換を行う実測定AD変換動作、前記第1校正用状態にて前記第1AD変換部及び前記第2AD変換部でのアナログ−デジタル変換を行う第1校正用AD変換動作、及び、前記第2校正用状態にて前記第1AD変換部及び前記第2AD変換部でのアナログ−デジタル変換を行う第2校正用AD変換動作が、前記制御部の制御の下でチャネルごとに実行される
ことを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。 - 前記第1〜第nチャネルについての前記実測定AD変換動作、前記第1校正用AD変換動作及び前記第2校正用AD変換動作を実行する区間に対し、前記制御部は、何れかのチャネルについての前記第1校正用AD変換動作と、他のチャネルについての前記第2校正用AD変換動作と、が隣接して実行される区間を含める
ことを特徴とする請求項3に記載のAD変換装置。 - 前記第1〜第nチャネルについての前記実測定AD変換動作、前記第1校正用AD変換動作及び前記第2校正用AD変換動作を実行する区間に対し、前記制御部は、何れかのチャネルについての前記第1校正用AD変換動作と、他のチャネルについての前記第2校正用AD変換動作と、更に他のチャネルの前記実測定AD変換動作と、が隣接して実行される区間を含める
ことを特徴とする請求項3に記載のAD変換装置。 - 前記第1フィルタブロックはチャネルごとに前記第1パラメータを設定し、
前記第2フィルタブロックはチャネルごとに前記第2パラメータを設定し、
前記第1フィルタブロックは、前記第iスイッチ回路にて前記第1基準電圧が選択され且つ前記第1選択部にて前記第iアナログ電圧信号が選択されているときに前記第1AD変換部から得られる前記第1原デジタル信号、及び、前記第iスイッチ回路にて前記第2基準電圧が選択され且つ前記第1選択部にて前記第iアナログ電圧信号が選択されているときに前記第1AD変換部から得られる前記第1原デジタル信号に基づいて、第iチャネルに対する前記第1パラメータを設定し、
前記第2フィルタブロックは、前記第iスイッチ回路にて前記第1基準電圧が選択され且つ前記第2選択部にて前記第iアナログ電圧信号が選択されているときに前記第2AD変換部から得られる前記第2原デジタル信号、及び、前記第iスイッチ回路にて前記第2基準電圧が選択され且つ前記第2選択部にて前記第iアナログ電圧信号が選択されているときに前記第2AD変換部から得られる前記第2原デジタル信号に基づいて、第iチャネルに対する前記第2パラメータを設定する
ことを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載のAD変換装置。 - 前記第1フィルタブロックは前記第1〜第nチャネルに対して共通の前記第1パラメータを設定し、
前記第2フィルタブロックは前記第1〜第nチャネルに対して共通の前記第2パラメータを設定し、
前記第1フィルタブロックは、前記第1スイッチ回路にて前記第1基準電圧が選択され且つ前記第1選択部にて前記第1アナログ電圧信号が選択されているときに前記第1AD変換部から得られる前記第1原デジタル信号、及び、前記第1スイッチ回路にて前記第2基準電圧が選択され且つ前記第1選択部にて前記第1アナログ電圧信号が選択されているときに前記第1AD変換部から得られる前記第1原デジタル信号に基づいて、前記第1〜第nチャネルに対する前記第1パラメータを設定し、
前記第2フィルタブロックは、前記第1スイッチ回路にて前記第1基準電圧が選択され且つ前記第2選択部にて前記第1アナログ電圧信号が選択されているときに前記第2AD変換部から得られる前記第2原デジタル信号、及び、前記第1スイッチ回路にて前記第2基準電圧が選択され且つ前記第2選択部にて前記第iアナログ電圧信号が選択されているときに前記第2AD変換部から得られる前記第2原デジタル信号に基づいて、前記第1〜第nチャネルに対する前記第2パラメータを設定する
ことを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載のAD変換装置。 - 前記エラー判定部と、前記第1補正デジタル信号及び前記第2補正デジタル信号間の差の大きさと、所定の閾値との比較結果に基づいて、前記エラー判定信号を出力する
ことを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のAD変換装置。 - 測定対象電圧をアナログ−デジタル変換するAD変換装置において、
前記測定対象電圧及び複数の基準電圧の中から何れかを選択して、選択電圧に応じたアナログ電圧信号を出力するアナログ処理部と、
前記アナログ電圧信号をアナログ−デジタル変換することで第1原デジタル信号を生成する第1AD変換部と、
前記アナログ電圧信号をアナログ−デジタル変換することで第2原デジタル信号を生成する第2AD変換部と、
前記第1原デジタル信号及び前記第2原デジタル信号を受けるデジタル処理部と、
前記アナログ処理部における選択内容を制御する制御部と、を備え、
前記複数の基準電圧は互いに異なる第1基準電圧及び第2基準電圧を含み、
前記デジタル処理部は、
前記第1原デジタル信号から第1パラメータに基づいて第1補正デジタル信号を生成する第1フィルタを有し、前記アナログ処理部にて前記第1基準電圧が選択されているときに得られる前記第1原デジタル信号、及び、前記アナログ処理部にて前記第2基準電圧が選択されているときに得られる前記第1原デジタル信号に基づいて前記第1パラメータを設定する第1フィルタブロックと、
前記第2原デジタル信号から第2パラメータに基づいて第2補正デジタル信号を生成する第2フィルタを有し、前記アナログ処理部にて前記第1基準電圧が選択されているときに得られる前記第2原デジタル信号、及び、前記アナログ処理部にて前記第2基準電圧が選択されているときに得られる前記第2原デジタル信号に基づいて前記第2パラメータを設定する第2フィルタブロックと、
前記第1補正デジタル信号及び前記第2補正デジタル信号に基づいて所定のエラー判定信号を出力するエラー判定部と、を備えた
ことを特徴とするAD変換装置。 - 前記エラー判定部と、前記第1補正デジタル信号及び前記第2補正デジタル信号間の差の大きさと、所定の閾値との比較結果に基づいて、前記エラー判定信号を出力する
ことを特徴とする請求項9に記載のAD変換装置。
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