JP3091313B2 - 積分型a/dコンバータのディジタル的オフセット補正装置 - Google Patents
積分型a/dコンバータのディジタル的オフセット補正装置Info
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Description
タのディジタル的オフセット補正装置に関する。
いる2重積分型A/Dコンバータの基本型を示す。図1
の2重積分回路の場合、S1がONしている時Ixは Ix=−IR1+IR2=−(VDD−V-)/R1+(V-−(−
VDD))/R2=1/R1R2*(VDD(R1−R2)+V-(R1+
R2)) で表される。
る。オペアンプのオフセット電圧をVofsとすると、V-
=V++Vofsとなる。オペアンプのバイアス電流は、+
端子と−端子のインピーダンスを等しく設計することで
実効値を小さくすることが出来る。これをオフセット電
流Iofsで表わす。
+Vofs)(R1+R2))+Iofs+V+…(2)式で表され
る。
の出力電圧V0=0Vの時、S2をOFF、S1をONに
し、一定時間(NT)維持する 。NT経過後の積分器
の出力電圧V01はV01=−VG/CR*NT…(3)式で
ある。 つぎ に、S1をOFF、S2をONにしてV0=
0Vになり、電圧比較器(A3)出力が反転するまで積
分する。 V0=0=V01−(−VR)/CR*nTであるからn=VG/
VR*N…(4)式となる。よって、アナログ電圧VGが
ディジタル値nに変換される。
たストレンゲージである場合、起歪体に及 ぼされた荷
重に対しR1、R2の抵抗値は直線的に変化し、そのため
にVGは直線的に変化する。無負荷の時のVGをVG0、負
荷がWの時のVGをVGWとすると、 VGW=KW+VG0(Kは定数)…(5)式の関係にあ
り、そのときのnをそれぞれn0、 nWとすれば、 n0=VG0/VR*N…(6)式 nW=VGW/VR*N=VG0/VR*N+KW/VR*N=n0+
KW/VR*Nとなり、nW−n0はnW−n0=KW/VR*N
と荷重に比例したディジタル値を得ることが出来る。
は取れない)、VG≧0でなければならず、また、ノイ
ズなどの誤差要因のため、荷重に対するV01の変化量は
なるべく大きくとる必要がある。オペアンプの電源電圧
によってV01は規制を受けるので、結果的に無負荷時の
V01の絶対値を小さくしなければならない。そのために
は、(3)式の関係より、無負荷時の増幅器の出力VG0
は、なるべく小さくする必要がある。
VG0=0であり、これを満たすV+の電圧をV+'とする
と、(2)式より VG0=RG/R1R2*(VDD(R1-R2)+(V+'+Vofs)(R1+R
2))+Iofs+V+'=0 これを解くと V+'=-(VDD(R1-R2)RG+Vofs(R1+R2)RG+Iofs/R
1R2)/(R1R2+(R1+R2)RG)と なる。このことは、無
負荷時にオペアンプの+端子を前式で与えられる電圧、
V+'になるように、R3、R4を調整すればn0=0が得ら
れることを示している。
(R3+R4)*R4=(R4−R3)/(R3+R4)*VDD これを
R3について解くと R3=(VDD−V+')/(VDD−V+')*R4 同様にして、無負荷時のn0の目標値n0TGTとすると
R3、R4を選ぶことでn0=n0TGT にする事が出来る。
示す如く、可変抵抗器を使用し、この可変抵抗器との合
成抵抗が前式になるよう調整している。この可変抵抗器
の調整が製品コストを押し上げている。
げる要因となる可変抵抗器の調整を無くすことにある。
ト調整可能な部位に抵抗を接続し、該抵抗の他端を制御
装置に接続し、VDD、VSS、OFF状態などから2種以
上の電位に設定する。
示す。図3は図1で代表される従来の2重積分型A/D
コンバータ回路の増幅回路の非反転入力端子(V+)に
後述する 値の抵抗(Rofs)の一端を接続し、該抵抗R
ofsの他端を後述する時間比で正の励起電圧(VDD)と
負の励起電圧(−VDD)に切り換えて接続するものであ
る。
説明する。RofsがVDDに接続されているときのV+と、
−VDDに接続されているときのV+は異なり 、従って、
増幅器の出力VGも異なっている。しかし、荷重に対す
るVGの変化量は同じであり、(5)式のVG0が異なる
(基準0が異なる)だけである。
VGP、Rofsが−VDDに接続されたときのVGをVGM、入
力積分時間NT内で、VDDに接続されている時間(カウ
ント数)をmP、−VDDに接続されている時間(カウン
ト数)をN−mPとすると、NT経過後の積分器の出力
電圧V01は V01=−VGP/CR*mPT−VGM/CR*(N−mP)T…
(11)式 となる。つぎに、S1をOFF、S2をON
して、V0=0Vになるまで積分する。即ち、V0=0=
V01−(−VR)/CR*nTであり、これをnに付いて
解くと、 n=(VGP*mP+VGM(N−mP))/VR…(12)式
を得る。
ぞれ、VGP0、VGM0、荷重W負荷の時のVGP、VGMの値
のそれぞれを、VGPW、VGMWとすると、(5)式と同じ
く、VGPW=KW+VGP0…(13)、VGMW=KW+V
GM0…(13’)の関係にある。無負荷時のカウント数
nをn0、負荷Wの時のカウント数をnWとすれば、 n0=(VGP0*mP+VGM0(N−mP))/VR…(14) nW=(VGPW*mP+VGMW(N−mP))/VR =((KW+VGP0)mP+(KW+VGM0)(N−mP))/VR =n0+KN/VR*W 従って、nW−n0=KN/VR*Wとなり、荷重に比例し
たディジタル値を得ることができ、nW−n0はRofsの
VDDに対する接続時間mP*Tに無関係となる。このこと
は、mPは自由に選べることを示し、無負荷時のカウン
ト数n0を自由に変えることができることを示してい
る。
り、 n0=(VGP0*mP+VGm0*(N−mP))/VR=0 故に、mP=−VGM0/(VGP0−VGM0)*N…(15)式 ここで、mP≧0、N>mP、VGP0>VGM0であることか
らVGP0>0、VGM0<0とすることが可能ならば、n0
=0とするmPが得られることがわかる。V+の電圧はR
ofsを選ぶことにより任意に設定することが可能であ
り、(2)式より、VGはRofsによって変えることがで
きる。つまり、VGP0、VGM0を、(15)式を満たす値
にすることができる。一般に、RofsをVDDに固定接続
したときのn0をn0P、−VDDに固定接続したときのn0
をn0Mとすると、R1〜R4の抵抗値のばらつき、
Vofs、Iofsのばらつきを考慮した場合の無負荷状態の
カウント数が常に、n0P>n0TGT>n0Mとなる様にR
ofsを充分小さい値(V+の変化が大きい値)に選ぶこと
により、mPを変化させること でn0はn0Pからn0Mへ
と変化するためn0=n0TGTとするmPが存在する。
性の記憶装置(EEPROMなど)を使用しない場合の
フローチャートを、図16に不揮発性の記憶装置を使用
した場合のフローチャートを示す。
る必要はなく、何本でも良い。それぞれの抵抗を
Rofs1、Rofs2、Rofs3・・・とし、各々は制御装置に
よって、入力積分期間NTの間のmP(1)T、mP(2)T、
mP(3)T・・・だけ+VDDに接続され、(N−mP(1))
T、(N−mP(2))T、(N−mP(3))T・・・は−V
DDに接続されるようにする。
その作用を詳細に説明する。図4に於いて、R1、R2、
R3、R4のばらつきが大きい場合が考えられ、このばら
つきによって、増幅器出力VGが大きくなりすぎる事が
あり、VGは増幅器の電源電圧を超えることが出来ない
ため、規制する必要がある。Rofs1=2*Rofs2=4*R
ofs3<8*Rofs4とし、mP(1)、mP(2)、mP(3)はそれ
ぞれ Nまたは0のみを取るようにする。
積分の期間中、それぞれVDDまたは−VDDの何れかに固
定して接続されていることであり、このために、この3
本の抵抗で、プラスまたはマイナスの4段階にVGを変
えることが出来る。従って、Rofs4がVDDに接続された
時のn0をn0P、−VDDに接続された時のn0をn0Mとす
ると、n0P>n0TGT>n0Mとなり、且つ、それぞれn
0TGTとの差が最小と なるようなRofs1、Rofs2、R
ofs3、の状態を選ぶことが出来、その上で、n0=n
0TGTとなるmPを得ることが出来る。
ンバータ回路中で荷重Wに対するカウント数 nがn=
K*W+n0(Kは比例定数)となっているとして、他端
をある電圧Vxに接続された抵抗Rofsを接続することで
比例定数Kに影響を与えずにn0を変えられる所であれ
ば、何処でもRofsを接続して目的を達成できる。
ナス端子に接続した場合、第4の実施例として、図6に
積分器のマイナス端子に接続した場合、第5の実施例と
して、図7にオペアンプのオフセット調整端子に接続し
た場合を示し、以下にそれぞれの作用を説明する。
5参照)、RofsがVDD端子に接続された場合の増幅器
の出力電圧VGの変化量△VGPは、 △VGP=−(VDD−V-)/Rofs*RG=−RG/Rofs*
(VDD−V+−Vofs) で表される。このことは、△VGPは、Rofsの値によっ
て、マイナス方向の任意の値が得られることであり、n
0Pは、マイナス方向の任意の値が得られる。同様に、R
ofsが−VDD端子に接続された場合の増幅器の出力電圧
VGの変化量△VGMは △VGM=−(−VDD−V-)/Rofs*RG=RG/Rofs*
(VDD+V++Vofs) となり、Rofsの値によってプラスの任意の値が得ら
れ、n0Mはプラスに任意の値が得ら れる。第1の実施
例で、Rofsを+VDDと−VDDに接続したときのVGの変
化方向とは逆になるが、部品のばらつきを含め、必ずn
0P<n0TGT<n0MとなるRofsの値を得ることができ
る。この時、mPを変化させることで、n0は、n0Pから
n0M迄変化するため、n0=n0TGT とするmPが存在
し、目的は達成される。
6参照)、入力積分期間NT終了後の積分器出力電圧V
01は、RofsがVDDに接続されている期間をmPT、R
ofsが−VDDに接続されている期間を(N−mP)Tとす
ると、(3)式は、 V01=−1/C*(VG/R+VDD/Rofs)mPT−1/C*
(VG/R+(-VDD)/Rofs)(N−mP)T…(25)
式となる。無負荷時でRofsがVDD固定(mGP=N)さ
れた時(4)式より、 V01=−1/C*(V0G/R+VDD/Rofs)NT=−VR/
CR*n0PT n0P=V0G/VR*N+VDD/VR*R/Rofs*N よって、Rofsの値によりn0Pはプラス方向に任意に変
えられる。同様にして、n0M=VG0/VR*N−VDD/VR*
R/Rofs*Nとなり、n0Mはマイナス方向 に変えること
が出来、n0M<n0TGT<n0Pとすることが出来、目的は
達成される。
合(図7参照)、オペアンプにオフセット電圧調整端子
を備えている場合は、一方のオフセット調整端子とVDD
との間に他方のオフセット調整端子が解放の状態で無負
荷の場合のVGが、必ずn0<n0TGTを満たす値の抵抗R
fixを接続し、他方のオフセット調整端子には、他端が
制御装置によりVDDに接続するか、解放端子に接続する
か、切り換えられる抵抗Rofsを接続する。Rofsの値
に、RfixがVDDに接続された状態で、RofsがVDDに接
続された時、無負荷の場合のVGが、n0>n0TGTとなる
値を選択すると、VGは第1の実施例と同一の条件とな
り、オフセット調整ができる。
とができればよく、多段階の電位にすることが出来る物
(D/Aコンバータ)を制御装置が含んだ第6の実施例
を図8に示す。図8で、無負荷状態でのVGがn0<n0T
GTを満たすD/Aコンバータの出力の最大値(マイナス
分の絶対値が一番小さくなる値)をVD-、VGがn0>n
0TGTになるD/Aコンバータの出力の最小値(プラス分
が一番小さくなる値)をVD+とすれば、VDDをVD+に、
−VDDをVD-に置き換えた第1の実施例と等しくなり、
オフセット調整ができる。
に示す。無負荷状態でRofsをVDDに接続した場合、n0
>n0TGT、Rofsを−VDDに接続した場合はn0<n0TGT
となるように、Rfix、Rofs1、Rofs2を選ぶと第1の
実施例と同一とな り、目的は達成される。
第8の実施例を図10に示す。増幅器の+端子に、VDD
と接続されているRofsを接続すると、第1の実施例と
同じくVGはプラスに変化する。増幅器のマイナス端子
に、VDDに接続されているRofsを接続すると、第2の
実施例と同じくVGはマイナスに変化する。従って、無
負荷状態で、Rofsを増幅器のプラス端子に固定したと
きのn0をn0Pとし、増幅器のマイナス端子に接続した
ときのn0をn0Mとすると、n0P>n0 TGT>n0Mと必ず
なるような Rofsを設定すれば目的は達成される。
/Dコンバータであれば適用可能である。電荷平衡式A
/Dコンバータに適用した第9の実施例を以下で説明す
る。図11は電荷平衡方式A/Dコンバータの従来例
で、VGの出力電圧は、他の実施例同様荷重に比例し、
荷重Wに対する出力電圧をVGWとすると(5)式が成り
立つ。
のうち(t0+tR)だけS1をONし、他の時はOFF
する。VO>0であれば、Tのうちt0だけS1をON
し、他の時はOFFする。の時VOが降下し、の時
VOが上昇するようにRREFを設定してある。この周期T
を繰り返すことにより、VO=0Vとなる平衡状態が生
じる。
ち、の状態の回数をn、の状態の回数をN−nとす
ると、VOがNTの間、平衡であったのだからコンデン
サCに充電される電荷と放電される電荷は等しいことに
なる。−VDD/RREF=IREFとすると、 IGNT+IREFn(t0+tR)+IREF(N−n)t0=
0 従って、(IGT+IREFt0)N+IREFtRn=0…
(30)式 IG=VG/R、IREF=−VDD/RREFを(30)式に代入
し、nを求めると、n=VG/VDD*RREF/R*T/TR*N
−t0/tR*N…(31)式を得る。
RREF/R*T/TR*Nとすると、(31)式 及び(5)
式より、 nW=KRVGW−t0/tR*N=KR(KW+VG0)−t0/
tR*N=KKRW+KRVG0−t0/tR*N…(32)式 無負荷の時のnをn0とすると、(32)式はn0=KR
VG0−t0/tR*N(33)式と なる。nW−n0はnW−
n0=KKRWとなり、荷重に比例したディジタル値を得
ることが 出来る。無負荷時のn0はボリュウムによって
VG0の電圧を変えることによって目的の値 に調整する
ことが出来ることは、2重積分型A/Dコンバータの場
合と同じである。
に見られるように、VG0によって無負荷時のカウント数
n0は変化する。従って、図12のRofsをVDDに接続し
たとき、n0>n0TGTに、 −VDDに接続したとき、n0
<n0TGTとなるようなRofsを選ぶことが出来、他の実
施例と同様、積分時間nTの間に、RofsをVDDに接続
する時間mPTと、Rofsを−VDDに接続する時間(N−
mP)Tを設け、mPを選ぶことによって調整が可能にな
る。
場合はそれと共通化することができる。即ち、(33)
式はt0Nを大きくするとn0がマイナス方向に変化する
ことを示している。従って、t0=t0'である状態と、
t0=t0'+t1である状態に切り換えられるようにす
る。無負荷状態で常にt0=t0'である時のn0をn0Pと
するとn0P=KRVG0−t0'/tR*N、常にt0=t0'+
t1である時のn0をn0Mとするとn0M=KRVG0−
(t0'+t0)/tR*N=n0P−t1/tR*N。ここで部品
のばらつきに関わらずn0P>n0TGTとなるようにVG0を
選び、n0M<n0TGTとなるようにt1を選ぶことで、n
0M<n0TGT<n0Pが得られる。積分時間NTの間、t0
=t0'の時の回数をmP、t0=t0'+t1の時の回数を
(N−mP)とすれば、n0=n0TGTとなるmPが存在す
る。
を押し上げる要因となる可変抵抗器の調整を無くすこと
が出来ると共に、調整の自動化が容易であるとゆう極め
て顕著な効果がある。
ンバータ回路図
例
ンバータの積分波形
バータの積分波形
置を使用しない場合のフローチャート
置を使用した場合のフローチャート
Claims (1)
- 【請求項1】 制御・演算・記憶装置を有し、積分型A
/Dコンバータ回路または、測定電圧発生回路中の、オ
フセット調整可能な部位に、一本以上の抵抗を接続し、
該抵抗の他端を制御装置によりVDD、VSS、OFF状態
などから2種以上の電位を設定できるよう制御可能に接
続し、その中の一本以上の抵抗が、A/D計測時間に同
期して変更可能な時間比で、前記2種以上の電位に接続
される積分型A/Dコンバータに於いて、制御・演算・
記憶装置により、計測開始前にオフセット補正状態にな
るようにし、A/D変換を行った結果が、0に近い一定
の範囲に入っていなければ、制御・演算装置は前記オフ
セット調整可能な部位に接続された抵抗を2種以上の電
位に接続する時間比を変更して、順次A/D変換を行う
ことにより、前記一定の範囲に入る時間比を求め、記憶
装置に記憶し、オフセット補正状態を終了し、その後、
計測可能として、前記の時間比に固定してA/D変換を
行い、結果を出力することを特徴とする積分型A/Dコ
ンバータのデジタル的オフセット補正装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04113260A JP3091313B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | 積分型a/dコンバータのディジタル的オフセット補正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04113260A JP3091313B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | 積分型a/dコンバータのディジタル的オフセット補正装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06169255A JPH06169255A (ja) | 1994-06-14 |
JP3091313B2 true JP3091313B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=14607651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04113260A Expired - Lifetime JP3091313B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | 積分型a/dコンバータのディジタル的オフセット補正装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3091313B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4053034B2 (ja) | 2004-10-12 | 2008-02-27 | Necエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
JP2006313096A (ja) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Tanita Corp | ディジタル重量計 |
-
1992
- 1992-04-07 JP JP04113260A patent/JP3091313B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06169255A (ja) | 1994-06-14 |
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