JP2512205B2 - A / D converter - Google Patents

A / D converter

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JP2512205B2
JP2512205B2 JP2134991A JP13499190A JP2512205B2 JP 2512205 B2 JP2512205 B2 JP 2512205B2 JP 2134991 A JP2134991 A JP 2134991A JP 13499190 A JP13499190 A JP 13499190A JP 2512205 B2 JP2512205 B2 JP 2512205B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はアナログ信号をディジタル信号に変換するア
ナログ/ディジタル(A/D)変換装置に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analog / digital (A / D) converter for converting an analog signal into a digital signal.

従来の技術 近年のディジタル技術の発展に伴い、アナログ信号と
ディジタル信号のインターフェースであるA/D変換装置
の性能が重要な影響を持つようになっている。従来より
用いられているA/D変換装置の一例を第4図に示し、そ
の説明を行う。第4図に示したA/D変換装置は逐次比較
型と呼ばれ、以下のように動作する。
2. Description of the Related Art With the development of digital technology in recent years, the performance of an A / D converter, which is an interface between analog and digital signals, has an important effect. An example of an A / D converter that has been conventionally used is shown in FIG. 4 and will be described. The A / D converter shown in FIG. 4 is called a successive approximation type and operates as follows.

(1)逐次比較レジスタ43のMSB(最上位ビット)を
“1"、他を“0"にセットし、これをD/A変換器(以下DAC
と称す)44に出力する。
(1) The MSB (most significant bit) of the successive approximation register 43 is set to “1” and the others are set to “0”, and this is set to a D / A converter (hereinafter DAC).
Output to 44).

(2)アナログ入力とDAC44の出力とを比較器41で比較
し、比較器41の出力に応じてレジスタ制御回路42は、
(アナログ入力)≧(DAC44の出力)ならば現在問題に
しているビットを“1"にし、1つ下位のビットに“1"を
セットし、(アナログ入力)<(DAC44の出力)ならば
現在問題にしているビットを“0"にし、1つ下位のビッ
トを“1"にセットする。
(2) The analog input and the output of the DAC 44 are compared by the comparator 41, and according to the output of the comparator 41, the register control circuit 42
If (analog input) ≥ (DAC44 output), set the bit in question to "1", set the lower bit to "1", and if (analog input) <(DAC44 output) The bit in question is set to “0” and the next lower bit is set to “1”.

(3)(1)〜(2)をMSBからLSB(最下位ビット)ま
で繰り返す。
(3) Repeat steps (1) and (2) from MSB to LSB (least significant bit).

(4)逐次比較レジスタ43からデータを取り出しディジ
タル出力とする。
(4) Data is taken out from the successive approximation register 43 and output as a digital output.

発明が解決しようとする課題 しかしながら前記従来の構成では、分解能をあげるた
めにビット数を増加させると、変換時間が増加するた
め、サンプリング周波数を維持するにために比較器41お
よびDAC44に非常な高速動作が要求される。しかもLSBに
近くなるほど周辺ノイズの影響を受け易くなるという問
題点があった。
However, in the above-described conventional configuration, if the number of bits is increased to increase the resolution, the conversion time increases, so that the comparator 41 and the DAC 44 have a very high speed to maintain the sampling frequency. Action is required. Moreover, there is a problem that the closer it is to the LSB, the more easily it is affected by ambient noise.

本発明は前記の問題点を解決するもので、周辺ノイズ
の影響を受けにくく、しかもビット増加による使用素子
の高速化が必要ないA/D変換装置を提供するものであ
る。
The present invention solves the above-mentioned problems, and provides an A / D conversion device which is not easily affected by ambient noise and which does not require the speedup of elements to be used by increasing the number of bits.

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明は、アナログ信号を
ディジタル信号に変換する複数個のA/D変換器と、アナ
ログ信号をレベルの異なる複数の信号に変換して前記複
数個のA/D変換器にそれぞれ入力するレベル変換手段
と、前記複数個のA/D変換器出力の一出力を基準出力と
して前記複数個のA/D変換器出力の内の他の出力との比
率を求める比率検出手段と、前記比率検出手段の出力に
応じて前記他の出力のレベル調整を行うレベル調整装置
と、前記レベル調整装置出力および前記基準出力よりい
ずれかを選択的に切り換えて出力するようにし、前記複
数個のA/D変換器出力のレベルに基づき、前記複数の出
力のレベルが所定の値を越えると直ちに切り換え動作を
行うとともに前記比率検出手段の動作を一時停止し、前
記複数の出力のレベルが所定のレベル以下になってから
一定の時間が経過した後に前記複数の出力のゼロクロス
および微小レベルを検出し、この後さらに所定の時間が
経過する以前にゼロクロスが検出された場合は前記ゼロ
クロス付近で、ゼロクロスが検出されなかった場合は前
記微小レベル付近で切り換え動作を行うようにしたこと
を特徴とするA/D変換装置で構成される。
Means for Solving the Problems In order to achieve this object, the present invention provides a plurality of A / D converters for converting an analog signal into a digital signal, and a plurality of A / D converters for converting the analog signal into a plurality of signals having different levels. Level converting means respectively input to the plurality of A / D converters, and one output of the plurality of A / D converter outputs as a reference output, the other output of the plurality of A / D converter outputs And a level detecting device that adjusts the level of the other output according to the output of the ratio detecting device, and selectively switches between the level adjusting device output and the reference output. Based on the output levels of the plurality of A / D converters, a switching operation is performed immediately when the output levels of the plurality of outputs exceed a predetermined value, and the operation of the ratio detecting means is temporarily stopped. , The plural When the zero-cross and minute levels of the plurality of outputs are detected after a certain time has elapsed since the output level of became less than or equal to a predetermined level, and then the zero-cross was detected before the predetermined time further passed. Is configured to perform the switching operation near the zero crossing and near the minute level when the zero crossing is not detected.

作用 前記した構成により本発明は、予め複数個設定した入
力レベルに応じてそれぞれ専用にA/D変換器を備え、そ
れぞれのディジタル出力の状態に応じディジタル的に切
り替えて用いるようにするこによって、周囲のノイズの
影響を受けにくく、またディジタル的に切り替えを行う
ために切り替えに伴うノイズの影響を受けることなく高
分解能のA/D変換装置を低分解能のA/D変換器を用いて実
現することができるものである。しかも使用する素子の
動作速度は従来通りでよい。
Operation With the above-described configuration, the present invention is provided with A / D converters exclusively for each of a plurality of input levels set in advance, and by digitally switching the digital output according to the state of each digital output. A high-resolution A / D converter is realized by using a low-resolution A / D converter that is not easily affected by ambient noise and is not affected by noise accompanying switching because it is digitally switched. Is something that can be done. Moreover, the operating speed of the element used may be the same as the conventional one.

さらに信号の切り替えを、波形のレベルが大きくなっ
たときには直ちに、波形のレベルが小さくなったときに
は一定の時間が経過した後にゼロクロス付近または微小
レベル付近で切り換え動作を行うようにしたため、切り
換え箇所が小振幅の箇所であるために切り換えに伴う波
形不連続もほとんど発生しない。
Furthermore, signal switching is performed immediately when the waveform level becomes high, and when the waveform level becomes low, after a certain period of time, near the zero cross or near the minute level. Since it is the location of the amplitude, there is almost no waveform discontinuity associated with switching.

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。
Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明によるA/D変換装置の一実施例を表す
ブロック図である。第1図を説明すると、1は低域通過
フィルタ(以下LPFと称す)であり、アナログ入力信号
の帯域制限を行う。2は増幅器であり、LPF1から出力さ
れるアナログ信号を増幅する。ここでは利得が2倍(約
6dB)のものを用いている。3,4は特性のそろったA/D変
換器(以下ADCと称す)であり、アナログ信号をディジ
タル信号に変換する。ここでは4ビット分解能のものを
用いている。5は比率検出器であり、レベル検出器7の
出力が“0"のときに限りADC3,4から出力されるデータの
比較を行い、両者が一致するように比率を計算し、4ビ
ットの係数データとして出力する。6は乗算器であり、
入力X,Yに与えられる各々4ビットのデータの乗算を行
い、乗算結果の7ビットの最下位を四捨五入し、上位6
ビットを振幅制限して下位5ビットをPから出力する。
なお、X,Pは符号つき2の補数、は符号なし絶対2進数
である。7はレベル検出器であり、ADC4の出力の絶対値
が一定の値以上になると“1"を、それ未満では“0"を出
力する。ここでは入力が±7以上のとき端子Aから“1"
を出力し、入力が±2以上のとき端子Bから“1"を出力
するようになっている。8はセレクタ制御回路であり、
レベル検出器7の出力とADC4の出力の符号ビット(以下
MSBと称す)に基づきセレクタ9の制御を行う。9はセ
レクタであり、端子Cに与えられる制御信号が“1"なら
ば端子Aに与えられる信号を出力し、“0"ならば端子B
に与えられる信号を出力する。端子Aは5ビット入力で
あるが、端子Bは4ビット入力であり、端子Bに与えら
れたデータを出力するときには、そのデータの符号ビッ
トを上位に1ビット付け加えることにより5ビット出力
としている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an A / D converter according to the present invention. Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes a low-pass filter (hereinafter, referred to as LPF), which limits a band of an analog input signal. An amplifier 2 amplifies the analog signal output from the LPF 1. Here, the gain is twice (about
6 dB) is used. 3 and 4 are A / D converters with uniform characteristics (hereinafter referred to as ADCs) that convert analog signals into digital signals. Here, one having a 4-bit resolution is used. Reference numeral 5 is a ratio detector, which compares the data output from the ADCs 3 and 4 only when the output of the level detector 7 is "0", calculates the ratio so that they match, and calculates the 4-bit coefficient. Output as data. 6 is a multiplier,
Multiplies the 4-bit data given to inputs X and Y, rounds the 7-bit least significant bit of the multiplication result, and rounds the upper 6 bits.
The amplitude of the bits is limited and the lower 5 bits are output from P.
Note that X and P are two's complement numbers with a sign, and is an unsigned absolute binary number. Reference numeral 7 is a level detector, which outputs "1" when the absolute value of the output of the ADC4 exceeds a certain value and outputs "0" when it is less than that value. Here, when the input is ± 7 or more, "1" from terminal A
Is output, and when the input is ± 2 or more, “1” is output from the terminal B. 8 is a selector control circuit,
Sign bit of the output of level detector 7 and the output of ADC4 (hereinafter
The selector 9 is controlled based on MSB). Reference numeral 9 denotes a selector which outputs a signal given to the terminal A if the control signal given to the terminal C is "1", and outputs a signal given to the terminal B if it is "0".
Outputs the signal given to. Although the terminal A has a 5-bit input, the terminal B has a 4-bit input, and when the data given to the terminal B is output, the sign bit of the data is added to the upper one bit to provide a 5-bit output.

次に第1図の動作を説明する。LPF1によって帯域制限
されたアナログ入力がADC3には直接、ADC4には増幅器2
によって2倍に増幅されて与えられる。ADC3,4の特性が
そろっているのでADC4がオーバーフローしないようなア
ナログ入力が与えられているときには、ADC4からはADC3
に比べて2倍の値が出力されていることになる。したが
って、ADC4の出力を1ビット(2倍に相当する)だけ下
位にシフトすれば、ADC3,4の出力は一致することにな
る。
Next, the operation of FIG. 1 will be described. The analog input band-limited by LPF1 is directly input to ADC3 and the amplifier 2 is input to ADC4.
It is given after being amplified by 2 times. Since the characteristics of ADC3 and 4 are the same, if an analog input that prevents ADC4 from overflowing is given, ADC4 will
This means that twice the value is output as compared with. Therefore, if the output of ADC4 is shifted by 1 bit (corresponding to double) to the lower order, the outputs of ADC3 and 4 will match.

ここで増幅器2はアナログ素子であるから、実際には
正確に2倍の利得にならず、誤差が存在する。このため
にADC3,4の出力は一致しないので、比率検出器5は両者
の大小関係に応じて比率を計算して乗算器6のY入力へ
係数データを出力し、両者が一致するようにする。この
ときの比率検出器5の係数データ計算方法としては、AD
C4の出力の値をADC3の出力の値で割った商を求めても良
いが、例えばADC3の出力値が“0100"になるような入力
に対して、このときのADC4の出力値を記憶するようにし
てもよい。
Here, since the amplifier 2 is an analog element, in reality, the gain does not exactly double and an error exists. For this reason, the outputs of the ADCs 3 and 4 do not match. Therefore, the ratio detector 5 calculates the ratio according to the magnitude relation between the two and outputs the coefficient data to the Y input of the multiplier 6 so that the two match. . At this time, the coefficient data calculation method of the ratio detector 5 is AD
The quotient obtained by dividing the output value of C4 by the output value of ADC3 may be obtained, but for example, for the input whose output value of ADC3 is “0100”, the output value of ADC4 at this time is stored. You may do it.

さて、大振幅のアナログ入力が与えられるとADC4はオ
ーバーフローし、ADC3のみが正常に動作する。このとき
レベル検出器7はADC4がオーバーフローしていることを
検出し、このとき比率検出器5は動作を一時停止し、セ
レクタ9はセレクタ制御回路8の制御信号に基づいて、
A/DC3から乗算器6を介して端子Aに入力される信号を
選択する。ADC4がオーバーフローしないようなアナログ
入力が与えられたとき、レベル検出器7はADC4がオーバ
ーフローしていないことを検出し、このとき比率検出器
5は前記したような動作を行い、乗算器6のP出力は演
算誤差の範囲内でADC4の出力と一致する。これらの出力
をセレクタ9を用いセレクタ制御回路8の制御信号に基
づいて切り替えるようにしている。
Now, when a large amplitude analog input is given, ADC4 overflows and only ADC3 operates normally. At this time, the level detector 7 detects that the ADC 4 has overflowed, at this time the ratio detector 5 suspends its operation, and the selector 9 operates based on the control signal from the selector control circuit 8.
A signal input from the A / DC 3 to the terminal A via the multiplier 6 is selected. When an analog input that does not cause the ADC 4 to overflow is given, the level detector 7 detects that the ADC 4 does not overflow, and at this time, the ratio detector 5 performs the operation as described above, and the multiplier 6 outputs the P The output matches the output of ADC4 within the calculation error range. These outputs are switched using the selector 9 based on the control signal of the selector control circuit 8.

ここでセレクタ制御回路8の動作について詳しく説明
する。
Here, the operation of the selector control circuit 8 will be described in detail.

第2図は第1図におけるセレクタ制御回路8の具体例
を示すブロック図である。第2図で、20はカウンタであ
り、リセット端子Rが“0"のとき端子Cより入力される
クロック信号CLKをカウントする。ここではクロックと
して4kHzのパルスを入力しており、128をカウントする
とQ1より“1"を出力し、192をカウントするとQ2より
“1"を出力する。また、リセット端子Rに“1"が与えら
れるとカウンタはリセットされ、Q1,Q2ともに“0"とな
る。21はDフリップフロップであり、カウンタ20同様ク
ロック信号CLKが与えられている。23,24はリセット付き
のDフリップフロップ、25はセット、リセット付きのD
フリップフロップである。22は排他的論理和ゲート(以
下EORゲートと称す)、26は一方入力が負論理の論理積
ゲート(以下ANDゲートと称す)である。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the selector control circuit 8 in FIG. In FIG. 2, 20 is a counter, which counts the clock signal CLK input from the terminal C when the reset terminal R is "0". Here, a 4 kHz pulse is input as the clock, and when 128 is counted, "1" is output from Q1, and when 192 is counted, "1" is output from Q2. When "1" is given to the reset terminal R, the counter is reset and both Q1 and Q2 become "0". Reference numeral 21 is a D flip-flop, which is supplied with the clock signal CLK like the counter 20. 23 and 24 are D flip-flops with reset, 25 is set and D with reset
It is a flip-flop. 22 is an exclusive OR gate (hereinafter referred to as an EOR gate), and 26 is a logical product gate (hereinafter referred to as an AND gate) whose one input is negative logic.

第3図は第1図のA/D変換装置の動作を説明するため
の波形図である。第3図で、(A)はADC3の出力信号、
(B)はレベル検出器7のA端子の出力信号(C)はセ
レクタ制御回路8のY出力をそれぞれ表している。
(A)の閾値Vt,−VtはADC4がオーバーフローするレベ
ルを、Vs,−Vsはレベル検出器7が検出する微小レベル
を、それぞれ表している。
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the A / D conversion device of FIG. In FIG. 3, (A) shows the output signal of ADC3,
(B) shows the output signal (C) of the A terminal of the level detector 7, and the Y output of the selector control circuit 8 respectively.
The threshold value Vt, -Vt in (A) represents the level at which the ADC 4 overflows, and Vs, -Vs represents the minute level detected by the level detector 7.

次に、第2図のセレクタ制御回路8の動作について第
1図,第3図とともに説明する。セレクタ制御回路8の
端子CにはADC4の出力の最上位ビット(MSB)が与えら
れている。この信号はFORゲート22の一方の入力に与え
られるとともに、Dフリップフロップ21によって遅延さ
れてEORゲート22の他方に入力に与えられる。このためE
ORゲート22の出力はADC4の出力のMSBが反転するごとに
パルス信号を出力する。ここで、ADC4の出力のMSBはADC
3の出力の符号と一致し、しかも符号の反転は、当然の
ことながらゼロの近傍で生じる。つまり、EORゲート22
はADC3出力がゼロクロスするごとにパルス信号を発生し
ている。
Next, the operation of the selector control circuit 8 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. The most significant bit (MSB) of the output of the ADC 4 is given to the terminal C of the selector control circuit 8. This signal is given to one input of the FOR gate 22, delayed by the D flip-flop 21 and given to the other input of the EOR gate 22. Therefore E
The output of the OR gate 22 outputs a pulse signal every time the MSB of the output of the ADC 4 is inverted. Where MSB of ADC4 output is ADC
It matches the sign of the output of 3, and the sign reversal naturally occurs near zero. That is, EOR gate 22
Generates a pulse signal every time the ADC3 output crosses zero.

さて、ADC3の出力がVtより小さくなると、レベル検出
器7のA端子出力が“1"から“0"に反転する(第3図の
時刻t1)。レベル検出器7のA端子出力はカウンタ20お
よびDフリップフロップ23,24,25のリセット端子Rに与
えられているため、これらのリセットが解除され、カウ
ンタ20はクロック信号CLKのカウントを開始する。この
時点でDフリップフロップ23はまだ1クロックも入力さ
れていないのでQ出力は“0"であり、またDフリップフ
ロップ24のQ出力も同様に“0"であるからANDゲート26
の出力も“0"のままであり、よってDフリップフロップ
25の端子は“1"、すなわちセレクタ制御回路8の出力Y
は“1"である。カウンタ20がクロック信号CLKを128回カ
ウントするとまず端子Q1が“1"になる。故に、Dフリッ
プフロップ23の出力端子Qが“0"から“1"に変化する
(第3図の時刻t2)。ここではクロック信号CLKは4kHz
であるので、ADC3の出力が閾値Vtより小さくなった後32
msでDフリップフロップ23の端子Qが“0"から“1"へ変
化する。このあと最初のゼロクロス点(第3図の時刻t
3)でEORゲート22からパルス信号が出力され、Dフリッ
プフロップ25の端子が“1"から“0"に反転する(第3図
の時刻t3)。すなわち、セレクタ制御回路8はADC3の出
力が閾値Vtより小さくなってから32ms後の最初のゼロク
ロス点で出力Yが“1"から“0"へ反転する。
Now, when the output of the ADC3 becomes smaller than Vt, the output of the A terminal of the level detector 7 is inverted from "1" to "0" (time t1 in FIG. 3). Since the A terminal output of the level detector 7 is given to the counter 20 and the reset terminals R of the D flip-flops 23, 24, 25, these resets are released and the counter 20 starts counting the clock signal CLK. At this point, the D flip-flop 23 has not yet received one clock, so the Q output is "0", and the Q output of the D flip-flop 24 is also "0", so the AND gate 26
The output of the D flip-flop is also "0".
The terminal of 25 is “1”, that is, the output Y of the selector control circuit 8.
Is "1". When the counter 20 counts the clock signal CLK 128 times, first the terminal Q1 becomes "1". Therefore, the output terminal Q of the D flip-flop 23 changes from "0" to "1" (time t2 in FIG. 3). Here, the clock signal CLK is 4 kHz
Therefore, after the output of ADC3 becomes smaller than the threshold Vt 32
In ms, the terminal Q of the D flip-flop 23 changes from "0" to "1". After this, the first zero-cross point (time t in Fig. 3)
In 3), a pulse signal is output from the EOR gate 22 and the terminal of the D flip-flop 25 is inverted from "1" to "0" (time t3 in FIG. 3). That is, the selector control circuit 8 inverts the output Y from "1" to "0" at the first zero-cross point 32 ms after the output of the ADC3 becomes smaller than the threshold value Vt.

次いで、閾値Vtより大きなレベルの信号がレベル検出
器7に入力されると、レベル検出器7の出力は直ちに
“1"になるため(第3図の時刻t4)、カウンタ20および
Dフリップフロップ23,24,25がリセットされ、出力Yは
直ちに“1"になる(第3図の時刻t4)。次いで、レベル
検出器7の入力が閾値Vt以下になると(第3図の時刻t
5)、この時点からカウンタ20がカウント動作を開始
し、32ms後にはDフリップフロップ23のQ出力が“1"に
なって、Dフリップフロップ25はEORゲート22からのパ
ルス信号を待機する状態になる(第3図の時刻t6)。こ
の後さらに16msが経過する間にカウンタ20はさらにクロ
ック信号CLKを64回(合計192回)カウントし、端子Q2が
“1"になる。故に、Dフリップフロップ24の出力端子Q
が“0"から“1"に変化する(第3図の時刻t7)。しか
し、このときADC3の出力はVsよりも大きいので、レベル
検出器7のB端子出力からANDゲート26の負論理入力端
子へ“1"が入力されており、したがって、ANDゲート26
の出力は“0"である。すなわち、Dフリップフロップ25
のセット端子には“0"が入力され、端子は“1"のままで
ある。このあと最初にADC3の出力がVs未満になるとき
(第3図の時刻t8)レベル検出器7のB端子出力からAN
Dゲート26の負論理入力端子へ“0"が入力され、ANDゲー
ト26からDフリップフロップ25のセット端子に“1"が入
力されて端子が“1"から“0"に反転する(第3図の時刻
t8)。すなわち、セレクタ制御回路8は、ADC3の出力が
閾値Vtより小さくなってから32ms以上48ms以内にゼロク
ロスしない場合は最初にADC3の出力がVsより小さくなっ
たときに出力Yが“1"から“0"へ反転する。
Next, when a signal having a level higher than the threshold value Vt is input to the level detector 7, the output of the level detector 7 immediately becomes "1" (time t4 in FIG. 3), and therefore the counter 20 and the D flip-flop 23 , 24, 25 are reset, and the output Y immediately becomes "1" (time t4 in FIG. 3). Next, when the input of the level detector 7 becomes equal to or lower than the threshold value Vt (time t in FIG.
5) From this point, the counter 20 starts counting operation, the Q output of the D flip-flop 23 becomes “1” 32 ms later, and the D flip-flop 25 waits for the pulse signal from the EOR gate 22. (Time t6 in FIG. 3). After that, the counter 20 further counts the clock signal CLK 64 times (192 times in total) during a further 16 ms, and the terminal Q2 becomes "1". Therefore, the output terminal Q of the D flip-flop 24
Changes from "0" to "1" (time t7 in FIG. 3). However, at this time, since the output of the ADC3 is larger than Vs, "1" is input from the output of the B terminal of the level detector 7 to the negative logic input terminal of the AND gate 26.
Output is "0". That is, the D flip-flop 25
"0" is input to the set terminal of, and the terminal remains "1". After that, when the output of ADC3 first becomes less than Vs (time t8 in FIG. 3), the output from the B terminal of level detector 7 is changed to AN.
"0" is input to the negative logic input terminal of the D gate 26, "1" is input from the AND gate 26 to the set terminal of the D flip-flop 25, and the terminal is inverted from "1" to "0" (third Figure time
t8). That is, the selector control circuit 8 outputs the output Y from "1" to "0" when the output of the ADC3 first becomes smaller than Vs when the output of the ADC3 does not reach the zero cross within 32 ms or more and 48 ms after the output becomes smaller than the threshold Vt. Flip to ".

以上説明したように、セレクタ9は入力されているア
ナログ入力の信号振幅が小さいときには増幅器2によっ
て増幅された信号をA/D変換してこれを出力し、アナロ
グ入力の信号振幅が大きいときには直接A/D変換を行っ
てこれを出力するようにし、この際の切り替え動作を前
記のように行うことにより、信号振幅が大きいときに1
周期の間で頻繁に切り替えが行われることなく、切り替
えによる波形の不連続発生頻度が大幅に軽減され、ま
た、切り替えによる波形の不連続等の問題が少ないゼロ
クロス付近または微小レベルで切り換えるようにしてい
るので、切り替えの際の歪の発生それ自体をも小さく抑
えることができる。この際、アナログ入力に直流オフセ
ットがあるような場合などには信号レベルが小さくなっ
ても長時間ゼロクロスしない場合があるが、このときも
微小信号レベルVsを適切に設定すれば前記したような動
作によって適切に切り替えがなされる。このように、ア
ナログ入力の信号振幅の大小に関わりなく高分解能でA/
D変換を行うことができ、また、通常アナログの増幅器
2としては高性能のものを容易に得ることができるた
め、前記のように構成することにより、増幅器2の利得
をあまり問題にすることなく高ビット高分解能のA/D変
換装置を得ることができる。ここでA/D変換器として必
ずしも高分解能のものを用いる必要はなく、動作速度も
従来通りのもので良い。また、増幅器2の利得をどれだ
けにするかでA/D変換装置の出力を何ビットにするかが
決まるため、必要に応じて増幅器2の利得を変化させる
ことにより出力のビット数を変化させることができる。
また、出力の切り替え等は全てディジタル的な操作で行
われるため、これに伴うノイズやクリック音の影響も無
い。
As described above, the selector 9 A / D-converts the signal amplified by the amplifier 2 when the signal amplitude of the input analog input is small and outputs it, and when the signal amplitude of the analog input is large, the selector 9 directly outputs the signal. By performing the / D conversion and outputting this, and performing the switching operation at this time as described above, 1
The frequency of discontinuity of waveform due to switching is greatly reduced without frequent switching between cycles, and there is less problem of discontinuity of waveform due to switching. Therefore, the occurrence of distortion at the time of switching can be suppressed to a small level. At this time, if there is a DC offset in the analog input, zero crossing may not occur for a long time even if the signal level becomes small.At this time, however, if the minute signal level Vs is set appropriately, the operation as described above will occur. Is appropriately switched by. In this way, regardless of the magnitude of the analog input signal amplitude, A /
Since D conversion can be performed and a high-performance analog amplifier 2 can be easily obtained, the gain of the amplifier 2 is not so much a problem by configuring as described above. It is possible to obtain an A / D converter with high bit and high resolution. Here, it is not always necessary to use a high-resolution A / D converter, and the operating speed may be the same as conventional one. In addition, since how many bits the output of the A / D converter is made depends on how much the gain of the amplifier 2 is set, the number of output bits is changed by changing the gain of the amplifier 2 as necessary. be able to.
Further, since the output switching and the like are all performed by digital operations, there is no influence of noise and click sound accompanying this.

なお、本実施例においてアナログ入力を増幅してADC4
に入力するようにしているが、ADC4に対しては直接入力
し、ADC3に対して減衰器を用いて減衰させた信号を入力
するようにしても良い。また、A/D変換器についても前
記の実施例では2個を用いているが3個以上のA/D変換
器を用い、各々に異なったレベルのアナログ入力を加え
るようにしても良い。また、セレクタ制御回路8の時定
数(第2図のカウンタ20のカウント時間)を32ms,48ms
としたが、用途によって変更しても差し支えない。ま
た、レベル検出器7の入力にはADC4の出力を用いている
が、ADC3の出力を用いても同様の動作を構成可能である
し、セレクタ制御回路8のC端子入力にADC4の出力のMS
Bを用いても同様の動作が可能である。
In this embodiment, the analog input is amplified to ADC4
However, it is also possible to directly input the signal to ADC4 and input the signal attenuated by the attenuator to ADC3. Also, two A / D converters are used in the above embodiment, but three or more A / D converters may be used and analog inputs of different levels may be added to each. In addition, the time constant of the selector control circuit 8 (counting time of the counter 20 in FIG. 2) is set to 32ms, 48ms.
However, it can be changed depending on the application. Further, although the output of the ADC4 is used for the input of the level detector 7, the same operation can be configured by using the output of the ADC3, and the MS of the output of the ADC4 is input to the C terminal input of the selector control circuit 8.
The same operation can be performed using B.

発明の効果 以上のべたように本発明は、アナログ信号をディジタ
ル信号に変換する複数個のA/D変換器(A/DC3,4)と、ア
ナログ信号をレベルの異なる複数の信号に変換して前記
複数個のA/D変換器にそれぞれ入力するレベル変換手段
(増幅器2)と、前記複数個のA/D変換器出力の内の一
出力を基準出力として前記複数個のA/D変換器出力の内
の他の出力との比率を求める比率検出手段(比率検出器
5)と、前記比率検出手段の出力に応じて前記他の出力
のレベル調整を行うレベル調整装置(乗算器6)と、前
記レベル調整装置出力および前記基準出力よりいずれか
を選択的に切り換えて出力するようにし、前記複数個の
A/D変換器出力のレベルに基づき、前記複数の出力のレ
ベルが所定の値を越えると直ちに切り換え動作を行うと
ともに前記比率検出手段の動作を一時停止し、前記複数
の出力のレベルが所定のレベル以下になってから一定の
時間が経過した後に前記複数の出力のゼロクロスおよび
微小レベルを検出し、この後さらに所定の時間が経過す
る以前にゼロクロスが検出された場合は前記ゼロクロス
付近で、ゼロクロスが検出されなかった場合は前記微小
レベル付近で切り換え動作を行うようにしたことによ
り、アナログ信号レベルが小さくなっても、常に大振幅
のアナログ信号をA/D変換することができるため、周囲
のノイズの影響を受けにくく、また、ディジタル的に切
り替えを行うため切り替えに伴うノイズの影響を受ける
ことなく高分解能のA/D変換装置を低分解能のA/D変換器
を用いて実現することができ、しかも使用する素子の動
作速度は従来通りでよいという優れたA/D変換装置を実
現しうるものである。しかも信号の切り替えを波形のレ
ベルが大きくなったときには直ちに波形のレベルが小さ
くなったときには一定の時間が経過した後ゼロクロス付
近または微小レベル付近で切り換えるようにしたため、
波形1周期内での切り替えが発生せず、切り換え箇所が
小振幅の箇所であるために切り換えに伴う波形不連続も
ほとんど発生しない。
As described above, according to the present invention, a plurality of A / D converters (A / DC3, 4) for converting an analog signal into a digital signal and a plurality of A / D converters for converting the analog signal into different signals are provided. Level converting means (amplifier 2) respectively input to the plurality of A / D converters, and the plurality of A / D converters using one output of the plurality of A / D converter outputs as a reference output. A ratio detecting means (ratio detector 5) for obtaining a ratio of the output to another output, and a level adjusting device (multiplier 6) for adjusting the level of the other output according to the output of the ratio detecting means. , The level adjusting device output or the reference output is selectively switched to output,
Based on the level of the A / D converter output, as soon as the levels of the plurality of outputs exceed a predetermined value, a switching operation is performed and the operation of the ratio detecting means is temporarily stopped, and the levels of the plurality of outputs are set to a predetermined level. Zero levels and minute levels of the plurality of outputs are detected after a lapse of a certain time after reaching the level or less, and if a zero cross is detected before the lapse of a predetermined time after that, the zero cross is near the zero cross. If is not detected, by performing the switching operation near the minute level, even if the analog signal level becomes small, it is possible to A / D-convert an analog signal with a large amplitude at all times. It is not easily affected by noise, and since it is digitally switched, it is not affected by noise due to switching and high resolution A / D conversion. The device can be implemented using an A / D converter of lower resolution, yet the operation speed of the device to be used are those that can achieve excellent A / D converter that may be conventional. Moreover, when switching the signal, when the waveform level becomes high, immediately when the waveform level becomes low, the switching is made near the zero cross or near the minute level after a certain time has passed.
Since switching does not occur within one cycle of the waveform and the switching location is a location of small amplitude, almost no waveform discontinuity associated with switching occurs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明によるA/D変換装置の一実施例を表すブ
ロック図、第2図は第1図のセレクタ制御回路8の一実
施例を表すブロック図、第3図は第1図のA/D変換装置
の動作を説明するための波形図、第4図は従来のA/D変
換装置の一例を表すブロック図である。 1……低域通過フィルタ、2……増幅器、3,4……A/D変
換器、5……比率検出器、6……乗算器、7……レベル
検出器、8……セレクタ制御回路、9……セレクタ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the A / D conversion device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the selector control circuit 8 of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the A / D converter, and FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional A / D converter. 1 ... Low-pass filter, 2 ... Amplifier, 3,4 ... A / D converter, 5 ... Ratio detector, 6 ... Multiplier, 7 ... Level detector, 8 ... Selector control circuit , 9 ... Selector.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アナログ信号をディジタル信号に変換する
複数個のA/D変換器と、 アナログ信号をレベルの異なる複数の信号に変換して前
記複数個のA/D変換器にそれぞれ入力するレベル変換手
段と、 前記複数個のA/D変換器出力の内の一出力を基準出力と
して前記複数個のA/D変換器出力の内の他の出力との比
率を求める比率検出手段と、 前記比率検出手段の出力に応じて前記他の出力のレベル
調整を行うレベル調整装置と、 前記レベル調整装置出力および前記基準出力よりいずれ
かを選択的に切り換えて出力するようにし、前記複数個
のA/D変換器出力のレベルに基づき、前記複数の出力の
レベルが所定の値を越えると直ちに切り換え動作を行う
とともに前記比率検出手段の動作を一時停止し、前記複
数の出力のレベルが所定のレベル以下になってから一定
の時間が経過した後に前記複数の出力のゼロクロスおよ
び微小レベルを検出し、この後さらに所定の時間が経過
する以前にゼロクロスが検出された場合は前記ゼロクロ
ス付近で、ゼロクロスが検出されなかった場合は前記微
小レベル付近で切り換え動作を行うようにしたA/D変換
装置。
1. A plurality of A / D converters for converting an analog signal into a digital signal, and levels for converting an analog signal into a plurality of signals having different levels and inputting to each of the plurality of A / D converters. A conversion means, and a ratio detection means for obtaining a ratio of one output of the plurality of A / D converter outputs to another output of the plurality of A / D converter outputs using one output as a reference output, A level adjusting device for adjusting the level of the other output according to the output of the ratio detecting means, and one of the level adjusting device output and the reference output is selectively switched to output, and the plurality of A Based on the output level of the / D converter, when the output levels of the plurality of outputs exceed a predetermined value, the switching operation is immediately performed and the operation of the ratio detecting means is temporarily stopped, and the output levels of the plurality of outputs are set to the predetermined level. Became below After a certain time has passed, the zero crosses and minute levels of the plurality of outputs are detected, and if a zero cross is detected before the predetermined time further passes, the zero cross is not detected near the zero cross. In this case, the A / D converter is designed to perform the switching operation near the minute level.
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