JP2555711B2 - 信号変換器 - Google Patents

信号変換器

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JP2555711B2 JP63247880A JP24788088A JP2555711B2 JP 2555711 B2 JP2555711 B2 JP 2555711B2 JP 63247880 A JP63247880 A JP 63247880A JP 24788088 A JP24788088 A JP 24788088A JP 2555711 B2 JP2555711 B2 JP 2555711B2
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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、積分方式を用いた時間幅・アナログ信号変
換器とアナログ・ディジタル変換器を共通の構成要素を
用いて構成した信号変換器に関するものである。
<従来の技術> 時間幅・アナログ信号変換器として、例えば基準電圧
を所定の時間,積分器により積分し、その積分電圧をサ
ンプル・ホールド回路によりホールドするようにして時
間幅に比例したアナログ電圧を取り出すようにした回路
が知られている。一方、アナログ・ディジタル変換器の
1つに積分型の変換器が知られている。この様なアナロ
グ・ディジタル変換器は基準電源,スイッチ,被測定入
力を積分する積分器、コンパレータ,カウンタ及び回路
全体の制御を司どるマイクロ・プロセッサ等で構成され
る。
この様な時間幅・アナログ電圧変換器とアナログ・デ
ィジタル変換器は共に積分器を用いて構成されるので、
共通部品が多い。ここで、例えば電圧発生器においては
1つの装置に時間幅・アナログ電圧変換器とアナログ・
ディジタル変換器を必要とするものがある。この様な装
置にあって、従来は時間幅・アナログ電圧変換器とアナ
ログ・ディジタル変換器を別々の構成部品を用いて構成
していた。しかし、上記したように積分器を用いた時間
幅・アナログ電圧変換器と積分型アナログ・ディジタル
変換器の構成要素は共通部品が多い。従って、この様な
時間幅・アナログ電圧変換器とアナログ・ディジタル変
換器を共通部品を用いて信号変換器として構成すれば回
路部品が節約され、安価な信号変換器を得ることができ
る。
この様な信号変換器においては、特に時間幅・アナロ
グ電圧変換器において零出力付近の動作も安定し、又負
側の出力も得られることが好ましい。
<発明が解決しようとする課題> 本発明はこの様な課題を解決する為になされたもの
で、時間幅・アナログ電圧変換器が用いられる例えば電
圧発生器等において、同時にアナログ・ディジタル変換
器が必要な場合に、両変換器の構成要素を共通に使用し
て一体化すると共に、高精度で時間幅をアナログ電圧に
変換することができると共に、負側の出力電圧も得られ
ることが出来る信号変換器を提供することを目的とした
ものである。
<課題を解決する為の手段> 本発明は上記の目的を達成する為に、アナログ入力又
は正,負の基準電圧をスイッチにより切替えていずれか
を入力とする積分器、零レベル及び基準電圧と前記積分
器の出力とを比較する一対の比較器、この比較器の出力
により入力の極性を判別して入力とは逆極性の基準電圧
を選択する極性判別回路、前記比較器の出力で制御され
るゲート、プリセット端子を備え前記ゲートを通過した
クロック・パルスを計数するカウンタ、このカウンタの
出力が取り込まれると共に回路全体のシーケンスを制御
するマイクロ・プロセッサ、及び前記積分器の出力をサ
ンプル・ホールドするサンプル・ホールド回路よりな
り、 時間幅・アナログ電圧変換時においては3回の積分/
逆積分サイクルを有し、夫々のサイクルとも前半は一定
時間基準電圧を積分し、その後逆極性の基準電圧を積分
し、第1のサイクルでは零レベルに達するまでの時間Tl
を求め、第2のサイクルでは基準電圧+Esに達するまで
の時間Tsを求め、これらの時間Tl,Tsを補正計数として
第3の積分サイクルで前記カウンタで設定したプリセッ
ト時間Toに前記時間Tlを加えて制御して前記プリセット
時間Toに比例した積分電圧を得、この積分電圧を前記サ
ンプル・ホールド回路を介して取り出すように構成した
ものである。以下、実施例について説明する。
<実施例> 第1図は本発明に係る変換器の一実施例のブロック図
である。図において、Exは被変換のアナログ入力電圧、
+Esは正の基準電圧源、SWは基準電圧切替え回路、S1〜
S4はスイッチ、JCは極性判別回路、IGは演算増幅器Aと
コンデンサC及び入力抵抗Rとよりなる積分器である。
アナログ入力ExはスイッチS1を介して積分器IGに加えら
れる。基準電圧源+EsはスイッチS2を介して積分器IGに
加えられると共に基準電圧切替え回路SWに加えられ、こ
の基準電圧切替え回路は負の基準電圧−Esを出力する。
基準電圧−EsはスイッチS3を介して積分器IGに加えられ
る。コンデンサCには並列にリセット用スイッチS4が接
続されている。CP1は0Vを参照電圧とする比較器、CP2は
+Esを参照電圧とする比較器で、夫々積分器IGの出力が
加えられる。極性判別回路JCは比較器CP1の出力を受け
て基準電圧切替え回路SWを駆動し、前記したように負の
基準電圧−Esを発生する。
Gはゲート、CPはクロック・パルス、GCは比較器CP1,
CP2の出力を受け、ゲートGを通過するクロック・パル
スCPを制御するゲート制御回路である。COUはゲートG
を通過したクロック・パルスCPを計数するカウンタ、μ
Pはマイクロ・プロセッサである。このマイクロ・プロ
セッサは、前記したゲート制御回路GCを制御すると共に
スイッチS1〜S4の開閉を制御し、かつカウンタCOUの出
力を受けて補正係数を演算してその補正係数をカウンタ
COUに与え、補正されたディジタル信号を取り出すもの
である。これら、基準電圧±Es,積分器IG,比較器CP1,ゲ
ート制御回路GC,ゲートG,カウンタCOU及びマイクロ・プ
ロセッサμPにより二重積分器のアナログディジタル変
換器が構成される。
SHはサンプル・ホールド回路で、サンプル用のスイッ
チSSと、ホールド用のコンデンサCS及びバッファー増幅
器ASとにより構成され、スイッチSSは前記積分器IGの出
力端子に接続されている。このサンプル・ホールド回路
SHと前記アナログ・ディジタル変換器を構成する回路と
で時間幅・アナログ電圧変換器が構成される。この様な
構成において、先ずアナログ・ディジタル変換の動作に
ついて第2図を用いて説明すると次の如くなる。この場
合、ゲート制御回路GCにより比較器CP2の出力は禁止さ
れ、CP1のみが動作するようになっている。
予め定められたプログラムに従って、マイクロ・プロ
セッサμPの制御の基にスイッチS1〜S3をオフにすると
共に、S4をオンにして積分器IGをリセットした後、時刻
t1でスイッチS1をオンにして被変換のアナログ入力Exを
積分器IGに加えて積分する。スイッチS1はt1より一定時
間Tlの間オンになり、この期間積分器IGの出力は増加す
る。Tl時間経過後、スイッチS1がオフ,S2がオンにな
り、積分器IGは入力Exとは逆極性の基準電圧+ESを積分
する。スイッチS2がオンになると同時にゲート制御回路
GCの出力によりゲートGが開となり、クロック・パルス
CPがこのゲートを通過してカウンタCOUに加えられて計
数される。積分器IGの出力が減少し、その値が零レベル
をよぎると比較器CP1はこれを検出し、ゲートGを閉じ
る。時刻t2から積分器出力が零レベルをよぎる時間t3ま
での期間T2は周知のように被変換のアナログ入力Exの値
に対応するもので、このT2期間ゲートGを通過するクロ
ック・パルスCPを計数したカウンタCOUの計数値はアナ
ログ入力Exの値に対応したものとなる。カウンタCOUの
計数値はマイクロ・プロセッサμPを介して種々の演算
が施された後,ディジタル信号としてこのマイクロ・プ
ロセッサを介して取り出される。
次に、時間幅・アナログ電圧変換の動作を第3図を用
いて説明すると次の如くなる。この場合、比較器CP2の
禁止が解かれ、CP1と共に動作する。時間幅アナログ電
圧変換は以下に示す3つの積分サイクル動作で行われ
る。
第1の積分サイクルについて。
スイッチS1〜S3をオフにすると共に、S4をオンにして
積分器IGをリセット状態にする。時刻t0においてスイッ
チS2をオンにし、t0より一定時間Taだけ正の基準電圧+
Esを積分器IGに加えて積分する。ここで、スイッチS2を
オフにすると共に切替え回路SWを動作させて基準電圧を
−Esとし、スイッチS3をオンにして積分器IGの出力が零
レベルに達するまでのTb時間逆積分する。零レベルに達
したかどうかは比較器CP1によって検出される。積分開
始(t0)からCP1によって検出されるt1までの時間Tlは
マイクロ・プロセッサμPによって検出される。
第2の積分サイクルについて。
時刻t1の後,スイッチS4をオンにして積分器IGをリセ
ットし、時刻t2において第1の積分サイクルと同様に先
ずTaの時間正の基準電圧+Esを積分し、ついで基準電圧
を+Esとは逆の極性にしてスイッチS3をオンにし、積分
器IGの出力が+Esに達するまで逆積分する。+Esに達し
たかどうかは比較器CP2によって検出される。ここで、
積分器出力が零レベルをよぎる点t3までの時間はサイク
ル1で検出した時間Tlに等しい。従って、零レベルから
+Esレベルまでの時間Tsはトータルの時間Ts′からTlの
時間を差し引いたものとなる。
比較器CP1とCP2の出力はゲート制御回路GCに加えら
れ、この期間ゲートGを開にし、クロック・パルスCPを
カウンタCOUで計数する。カウンタCOUの計数値はマイク
ロ・プロセッサμPに取り込まれる。マイクロ・プロセ
ッサμPは、積分器IGの出力が+Esに達してから所定時
間経過後にスイッチS4をオンにして積分器IGをリセット
させる。
第3の積分サイクルについて。
このサイクルは時間巾Toに比例した出力Eoを得るサイ
クルである。リセット後、時刻t5において第2の積分サ
イクルと同様に先ずTa時間+Esを積分し、ついで正の基
準電圧を+Esとは逆の極性−EsにしてスイッチS3をオン
にし、積分器IGでこの−Esを逆積分する。ここで、カウ
ンタCOUにはプリセット端子が備えられており、このプ
リセット端子を用いて時間Toをプリセットしておく。積
分器IGは上記のように、時刻t5からTa時間経過してから
再度基準電圧−Esを積分するが、その積分時間がt6から
数えてToに達したときスイッチS3をオフにすると共に、
マイクロ・プロセッサμPはサンプル・ホールド回路SH
のスイッチSSをオンにして積分器IGの出力をサンプリン
グし、その値をコンデンサCSでホールドする。このホー
ルドした電圧はバッファ・アンプASを介してアナログ電
圧Eoとして出力端子OUTから取り出される。この場合、
積分器IGの出力は積分時定数CRに比例して変化するの
で、その影響を除去するため、予め第2のサイクルで求
めたTsにより補正を行い、マイクロ・プロセッサμPは
To/Tsが所望の設定値に比例するように制御する。
ここで、実際のToの制御はt=t6以降の時間を制御す
るのではなく、t5からの時間To′(To′=Tl+To)とし
て制御する。従って、零設定(To=0,即ちTo′=Tl)付
近の動作も連続的で安定に行われる。例えば、第1のサ
イクルを省略して第3のサイクルで零検出比較器CP1に
よりt=t6を検出する方法も考えられるが、Toがほぼ0
の場合、比較器CP1の作動とほとんど同時にt7を設定し
なければならなくなり、マイクロ・プロセッサμP等の
処理が間に合わなくなる。本発明では予め、Tlを求めて
おき、t=t5から処理を行うので、t=t6付近の動作は
安定となる。即ち、零付近の動作は極めて安定となる。
一方、t7<t6として設定するようにすれば、アナログ
出力電圧Eoは負のレベルとなり、第3図のEo′で示すご
とく負の出力を得ることができる。尚、本発明の回路で
は時間幅・アナログ電圧変換器の出力レベル及びフルス
ケールレベルは全て比較器の検出レベルが基準となるも
のである。
<本発明の効果> 以上説明したように、本発明においては、時間幅・ア
ナログ電圧変換とアナログ・ディジタル変換機能を共通
の部品を用いて構成したので安価で、かつ時間幅・アナ
ログ電圧変換器の零出力付近の動作が安定し、しかも負
側の出力電圧を発生することのできる信号変換器が得ら
れ、電圧発生器等に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る信号変換器の一実施例のブロック
図、第2図及び第3図は第1図の変換器の動作を説明す
る為の図である。 IG……積分器、CP1,CP2……比較器、GC……ゲート制御
回路、G……ゲート、COU……カウンタ、μP……マイ
クロ・プロセッサ、SH……サンプル・ホールド回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ入力又は正,負の基準電圧をスイ
    ッチにより切替えていずれかを入力とする積分器、零レ
    ベル及び基準電圧と前記積分器の出力とを比較する一対
    の比較器、この比較器の出力により入力の極性を判別し
    て入力とは逆極性の基準電圧を選択する極性判別回路、
    前記比較器の出力で制御されるゲート、プリセット端子
    を備え前記ゲートを通過したクロック・パルスを計数す
    るカウンタ、このカウンタの出力が取り込まれると共に
    回路全体のシーケンスを制御するマイクロ・プロセッ
    サ、及び前記積分器の出力をサンプル・ホールドするサ
    ンプル・ホールド回路よりなり、 時間幅・アナログ電圧変換時においては3回の積分/逆
    積分サイクルを有し、夫々のサイクルとも前半は一定時
    間基準電圧を積分し、その後逆極性の基準電圧を積分
    し、第1のサイクルでは零レベルに達するまでの時間Tl
    を求め、第2のサイクルでは基準電圧+Esに達するまで
    の時間Tsを求め、これらの時間Tl,Tsを補正計数として
    第3の積分サイクルで前記カウンタで設定したプリセッ
    ト時間Toに前記時間Tlを加えて制御して前記プリセット
    時間Toに比例した積分電圧を得、この積分電圧を前記サ
    ンプル・ホールド回路を介して取り出すように構成した
    ことを特徴とする信号変換器。
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JPS5563127A (en) * 1978-11-04 1980-05-13 Minolta Camera Co Ltd Digital-analog converter
JPS57154937A (en) * 1981-03-20 1982-09-24 Toko Inc Quadruple integration type a/d converter
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