JP2638821B2 - 積分型a−d及びd−a変換器 - Google Patents

積分型a−d及びd−a変換器

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JP2638821B2 JP62191643A JP19164387A JP2638821B2 JP 2638821 B2 JP2638821 B2 JP 2638821B2 JP 62191643 A JP62191643 A JP 62191643A JP 19164387 A JP19164387 A JP 19164387A JP 2638821 B2 JP2638821 B2 JP 2638821B2
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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、A−D変換器とD−A変換器との何れとし
ても動作することのできる、積分型A−D及びD−A変
換器に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、積分型A−D及びD−A変換器において、
アナログ入力信号と所定の直流電圧とを切り換える切換
スイッチを設け、A−Dモードでアナログ入力信号を、
D−Aモードでは所定の直流電圧をそれぞれサンプリン
グすることにより、回路規模が小さく、信号の切換が簡
単であると共に、D−Aモードでの高速化とダイナミッ
クレンジの拡大とを可能としたものである。
〔従来の技術〕
まず、第3図〜第6図を参照しながら、従来の積分型
A−D変換器と積分型D−A変換器とについて説明す
る。
従来の積分型A−D変換器の構成を第3図に示す。
第3図において、入力端子(1A)からのアナログ信号
が演算増幅器(11)の非反転入力端子に、抵抗器(12)
を介して供給される。演算増幅器(11)の出力がその反
転入力端子に帰還されると共に、サンプリング・スイッ
チS1を介して、演算増幅器(21)の反転入力端子に供給
される。この反転入力端子には、コンデンサ(22)を介
して、演算増幅器(21)の出力が帰還されて、積分器
(20)が構成されると共に、電流スイッチS2を介して、
定電流源(23)が接続される。演算増幅器(21)の非反
転入力端子には、例えば2.5Vの基準直流電圧V3が供給さ
れる。また、演算増幅器(11)の非反転入力端子と演算
増幅器(21)の出力端子との間に抵抗器(13)が接続さ
れる。
積分器(20)の出力がレベル比較器(3)に供給さ
れ、その比較出力がタイミング回路(4)に供給され
る。タイミング回路(4)からのカウントイネイブル信
号がカウンタ(5)に供給され、カウンタ(5)のカウ
ントデータが、ラッチ(6)を介して、デジタル信号出
力端子(2D)に導出される。
第3図のA−D変換器の動作は次のとおりである。
タイミング回路(4)から、第4図A及びBに示すよ
うな正相及び逆相のサンプリングパルスがサンプリング
スイッチS1及び電流スイッチS2にそれぞれ供給されて、
サンプリング期間では、スイッチS1が閉成されると共
に、スイッチS2が開放され、積分期間では、スイッチS1
が開放されると共に、スイッチS2が閉成される。
これにより、サンプリング期間には、演算増幅器(1
1)により電流増幅されたアナログ信号がコンデンサ(2
2)に充電され、積分期間には、アナログ信号電流と逆
極性の定電流I0が積分される。従って、積分器(20)の
出力電圧は第4図Cに示すように変化する。
比較器(3)において、この積分器(20)の出力が所
定の直流電圧V3と比較されて、時点t3に比較出力が発生
する。タイミング回路(4)において、この比較出力と
サンプリングパルスからカウントイネブル信号が形成さ
れる。これにより、積分期間の始点t2から比較出力発生
時点t3までの時間、カウンタ(5)がクロックCKを計数
する。このt2〜t3の時間長はアナログ入力電圧に比例す
るものとなり、従って、カウンタ(5)のカウントデー
タはアナログ入力電圧をA−D変換したものとなる。
従来の積分型D−A変換器の構成を第5図に示す。こ
の第5図において、第3図に対応する部分には同一の符
号を付して一部説明を省略する。
第5図において、積分器(20)のコンデンサ(22)に
並列にスイッチS3が接続され、積分器(20)の出力が低
域フィルタ(24)を介して、アナログ信号出力端子(2
4)に導出される。
入力端子(1D)からのデジタル信号が、ラッチ(7)
を介して、カウンタ(8)にプリセットされ、カウンタ
(8)のキャリー出力が、制御信号として、スイッチS2
に供給される。また、入力データに同期した各種制御信
号を発生するために、タイミング回路(9)が設けられ
る。
第5図のD−A変換器の動作は次のとおりである。
タイミング回路(9)から、第6図Aに示すような放
電制御パルスが放電スイッチS3に供給されると共に、カ
ウンタ(8)から同図(B)に示すようなキャリー出力
が電流スイッチS2に供給されて、放電期間では、スイッ
チS3が閉成されると共に、スイッチS2が開放され、積分
期間では、スイッチS3が開放されると共に、スイッチS2
が閉成される。
これにより、放電期間には、先行入力データによるコ
ンデンサ(22)の積分電荷が放電され、同時に、ラッチ
(7)のデータがカウンタ(8)にプリセットされる。
積分期間にはいると、カウンタ(8)が動作を開始す
る。このカウント動作中、キャリー出力が発生し、定電
流I0が積分される。t3時点において、プリセットされた
入力データのカウントが終るとキャリー出力が消失し、
スイッチS2が開放されて、積分動作が停止する。このと
き、スイッチS3も開放されており、積分器(20)の出力
は、次の放電期間まで、入力データに対応した一定レベ
ルにホールドされる。
従って、積分器(20)の出力は第6図Cに示すような
PAM信号となり、低域フィルタ(24)によって、このPAM
信号が平滑化されて、出力端子(2A)に導出される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、近年、8mmの幅の磁気テープを使用するカ
セット式小型ビデオテープレコーダ(以下、8ミリVTR
と略称する)が市場に現れた。この8ミリVTRは回転2
ヘッドによるアジマス記録方式を採っており、各トラッ
クの始端から所定の範囲に音声信号がデジタル化されて
記録される。
従って、8ミリVTRにはA−D変換器及びD−A変換
器D−A変換器が使用されるが、小型化のために、A−
D及びD−Aの両変換器を単一のICチップ上に搭載する
場合、前述のような、従来の積分型のA−D変換器及び
D−A変換器をそのまま用いるときは、双方に積分器が
独立に設けられるため、回路規模の増大を招くという問
題があった。
この問題を解決するために、本出願人は、特願昭57−
176864号(特開昭59−66224号)において、積分器を共
用した。「積分型A−D及びD−Aコンバータ」を既に
提案している。
ところが、積分器への入力信号径路がA−Dモード及
びD−Aモードで異なるため、既提案の変換器では、各
モードでの複雑な信号切換が必要であるという問題があ
った。
また、既提案の変換器では、D−Aモードにおける放
電時間が放電スイッチS3のオン抵抗rに依存するため、
高速化する場合、大面積のスイッチ素子が必要となると
いう問題があった。
更に、放電時の積分器(20)の出力が、演算増幅器
(21)の非反転入力端子に供給される基準電圧V2までし
かリセットされないため、積分器(20)のダイナミック
レンジ狭くなる欠点があった。
かかる点に鑑み、本発明の目的は、回路規模が小さ
く、信号の切換が簡単であると共に、D−Aモードでの
高速化とダイナミックレンジの拡大とが可能な、積分型
A−D及びD−A変換器を提供するところにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、例えば第1図に示すように、コンデンサ
(22)を含む積分器(20)と、コンデンサ(22)にスイ
ッチS2を介して接続された定電流源(23)と、積分器
(20)に供給される信号をサンプリングするサンプリン
グスイッチS1とを具備する積分型A−D及びD−A変換
器において、積分器(20)の出力が帰還されるとともに
サンプリングスイッチS1を介して積分器(20)に出力を
供給する増幅器(11)と、増幅器(11)に供給する信号
をアナログ入力信号と所定の直流電圧VSとに切り換える
切換スイッチS4とを設け、A−D変換時にアナログ入力
信号を切換スイッチS4、増幅器(11)及びサンプリング
スイッチS1を介してコンデンサ(22)に入力し、D−A
変換時に直流電圧VSを切換スイッチS4、増幅器(11)及
びサンプリングスイッチS1を介してコンデンサ(22)に
入力し、積分器(20)のリセット電圧を設定するように
した積分型A−D及びD−A変換器である。
〔作用〕
かかる構成によれば、A−D変換時のサンプリング・
積分とD−A変換時の放電・積分とが同一の回路で可能
となると共に、D−A変換時の高速化とダイナミックレ
ンジの拡大とが可能となる。
〔実施例〕
以下、第1図及び第2図を参照しながら、本発明によ
る積分型A−D及びD−A変換器の一実施例について説
明する。
本発明の一実施例の構成を第1図に示す。この第1図
において、第3図及び第5図に対応する部分には同一の
符号を付して重複説明を省略する。
第1図において、演算増幅器(11)の非反転入力端子
に切換スイッチS4の可動接点が接続され、スイッチS4
一方の固定接点が、抵抗器(12)を介して、アナログ信
号の入力端子(1A)に接続されると共に、他方の固定接
点が抵抗器(14)を介して入力端子(1S)に接続され
る。この入力端子(1S)には所定の直流電圧VSが供給さ
れる。
演算増幅器(11)の出力端子とサンプリングスイッチ
S1との間にダンピング抵抗器(15)が接続される。積分
器(20)の出力が低域フィルタ(24)と比較器(3)と
に共通され、タイミング回路(4)からの逆相サンプリ
ングパルスと、カウンタ(8)からのキャリー出力が切
換スイッチS5の一方及び他方の固定接点にそれぞれ供給
され、スイッチS5の出力が、制御出力として、電流スイ
ッチS2に供給される。
第1図の実施例の動作は次のとおりである。
A−D変換時、両切換スイッチS4及びS5が図示とは逆
の状態に接続され、前出第3図の従来のA−D変換器と
全く同様に動作する。この場合、積分器(20)の出力ま
での電圧利得GADは、抵抗器(12)及び(13)の抵抗値
をR12及びR13として、次の(1)式のように表わされ
る。
GAD=−R13/R12 ……(1) D−A変換時、両切換スイッチS4及びS5は図示の接続
状態に切り換えられる。そして、放電期間では、サンプ
リンクスイッチS1が閉成されると共に、電流スイッチS2
が開放され、積分期間では、スイッチS1が開放されると
共に、スイッチS2が閉成される。
これにより、放電期間は、入力端子(1S)からの直流
電圧VSが入力端子(1A)からのアナログ信号と同一の経
路で積分器(20)に供給されるとともに、先行入力デー
タによるコンデンサ(22)の積分電荷が放電され、同時
にラッチ(7)のデータがカウンタ(8)にプリセット
される。
積分期間にはいると、前出第5図の従来のD−A変換
器と同様に、カウンタ(8)が動作を開始して、このカ
ウント期間中キャリー出力が発生して定電流I0が積分さ
れる。プリセットされた入力データのカウントが終わる
と、キャリー出力が消失し、電流スイッチS2が開放され
て積分動作が停止する。このときサンプリングスイッチ
S1を開放され、積分器(20)の出力は、次の放電期間ま
で、入力データに対応した一定レベルにホールドされ
る。
この場合、電圧利得GDAは、抵抗器(14)の抵抗値をR
14として、次の(2)式のように表わされる。
GDA=−R13/R14 ……(2) D−Aモードの放電期間においては、A−Dモードの
サンプリング期間と同様に、コンデンサ(22)から放電
される電流が演算増幅器(11)によって増幅されるた
め、高速化が可能である。
また、この場合、積分器(20)の放電リセットレベル
Vdisは次の(3)式で与えられる。
Vdis=V2−(VS−V2)R13/R14 ……(3) 例えば、積分器(20)の出力が、2.5Vの直流電位を中
心として、1Vppの振幅を必要とする場合、第2図に示す
ように、放電リセットレベルVdisは2.0Vとなる。直流電
圧VSを3.5Vとすれば、|GDA|=R13/R14が1/2となるよう
に、両抵抗値を選定すればよい。
このように、本実施例では、D−Aモードにおいて、
任意の直流電圧VSをサンプリングすることにより、所望
の放電リセットレベルを得ることができるので、積分器
(20)のダイナミックレンジを拡大することができる。
なお、ダンピング抵抗器(15)の最適値は、R12〜R14
及びC22に依存するが、本実施例において、A−D及び
D−Aの両モードの電圧利得GAD及びGDAを等しく設定さ
れば、即ち、R12=R14とすれば、ダンピング抵抗器(1
5)の最適値は、A−Dモード及びD−Aモードで等し
くなるため、積分回路系の安定度を各モードで独立に考
慮する必要がなくなる。
〔発明の効果〕
以上詳述のように、本発明によれば、アナログ入力信
号と所定の直流電圧とを切り換えるスイッチを設け、A
−Dモードでアナログ入力信号を、D−Aモードでは所
定の直流電圧をそれぞれサンプリングするようにしたの
で、回路規模が小さく、信号の切換が簡単であると共
に、D−Aモードでの高速化とダイナミックレンジの拡
大とを可能とした積分型A−D及びD−A変換器が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による積分型A−D及びD−A変換器の
一実施例の構成を示すブロック図、第2図は本発明の一
実施例の動作を説明するための波形図、第3図は従来の
積分型A−D変換器の構成例を示すブロック図、第4図
は第3図の従来例の動作を説明するためのタイムチャー
ト、第5図は従来の積分型D−A変換器の構成例を示す
ブロック図、第6図は第5図の従来例の動作を説明する
ためのタイムチャートである。 (20)は積分器、(22)はコンデンサ、(23)は定電流
源、S1はサンプリングスイッチ、S4は切換スイッチ、VS
は所定の直流電圧である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンデンサを含む積分器と、上記コンデン
    サにスイッチを介して接続された定電流源と、上記積分
    器に供給される信号をサンプリングするサンプリングス
    イッチとを具備する積分型A−D及びD−A変換器にお
    いて、 上記積分器の出力が帰還されるとともに上記サンプリン
    グスイッチを介して上記積分器に出力を供給する増幅器
    と、上記増幅器に供給する信号をアナログ入力信号と所
    定の直流電圧とに切り換えるスイッチとを設け、 A−D変換時に上記アナログ入力信号を上記切換スイッ
    チ、上記増幅器及び上記サンプリングスイッチを介して
    上記コンデンサに供給し、 D−A変換時に上記所定の直流電圧を上記切換スイッ
    チ、上記増幅器及び上記サンプリングスイッチを介して
    上記コンデンサに供給し、上記積分器のリセット電圧を
    設定するようにしたことを特徴とする積分型A−D及び
    D−A変換器。
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