JP3178930B2 - Double integral type A / D converter - Google Patents

Double integral type A / D converter

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JP3178930B2
JP3178930B2 JP01037893A JP1037893A JP3178930B2 JP 3178930 B2 JP3178930 B2 JP 3178930B2 JP 01037893 A JP01037893 A JP 01037893A JP 1037893 A JP1037893 A JP 1037893A JP 3178930 B2 JP3178930 B2 JP 3178930B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アナログ信号をデジタ
ル信号に変換する二重積分型のA/D変換器(アナログ
/ディジタル変換器)、特に回路を構成するアンプのオ
フセット電圧を補償する技術と、回路を構成する積分回
路の初期化方式に関するものである
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a double integration type A / D converter (analog / digital converter) for converting an analog signal into a digital signal, and in particular, a technique for compensating an offset voltage of an amplifier constituting a circuit. And the method of initializing the integrating circuit constituting the circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】アナログ信号をデジタル信号に変換する
A/D変換器には、並列型、積分型、逐次比較型、追従
比較型といった種々の方式のものがある。この内、二重
積分型A/D変換器は、例えば特開昭59−62217
号公報等に記載されているように、被測定電圧である入
力電圧を積分した後、基準電圧を積分し、その両電圧の
積分時間の比に基づきアナログ信号をデジタル信号に変
換する回路である。このような二重積分型A/D変換器
は、比較的簡単に高精度、高分解能が得られ、入力電圧
を積分するので、入力の周期的ノイズに強いという特徴
を有している。この種の二重積分型A/D変換器におい
て、回路を構成するアンプのオフセット電圧を補償する
オフセット補償機能付きの二重積分型A/D変換器も提
案されている。
2. Description of the Related Art There are various types of A / D converters for converting an analog signal into a digital signal, such as a parallel type, an integral type, a successive approximation type, and a tracking comparison type. Among them, the double integral type A / D converter is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-62217.
As described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-163, a circuit that integrates a reference voltage after integrating an input voltage that is a voltage to be measured, and converts an analog signal into a digital signal based on a ratio of an integration time of the two voltages. . Such a double-integration type A / D converter has a feature that high accuracy and high resolution can be obtained relatively easily and the input voltage is integrated, so that it is resistant to input periodic noise. In this type of double integration type A / D converter, a double integration type A / D converter having an offset compensation function for compensating for an offset voltage of an amplifier constituting a circuit has been proposed.

【0003】図2は、従来のオフセット補償機能付き二
重積分型A/D変換器の一構成例を示すブロック図であ
る。この二重積分型A/D変換器は、ノードN3をグラ
ンドGND(0V)に設定するアナログスイッチ1、被
測定電圧である入力電圧VinをノードN3に入力する
アナログスイッチ2、及びGNDに対して入力電圧Vi
nとは逆極性の基準電圧Vrefを該ノードN3に入力
するアナログスイッチ3を有している。アナログスイッ
チ1,2,3に共通接続されたノードN3は、オフセッ
ト電圧Voff1を有する入力バッファアンプ4の正入力端
子に接続され、該入力バッファアンプ4の出力端子が負
入力端子に帰還接続されている。入力バッファアンプ4
の出力端子には、その出力を積分する積分回路10が接
続されている。積分回路10は、積分用抵抗(抵抗器)
11、積分用コンデンサ(第2の静電容量素子)12、
オフセット補償用の第1のコンデンサ(第1の静電容量
素子)13、及びオフセット電圧Voff2を有する積分用
アンプ14を有している。積分用抵抗11の一端(第1
のノード)は入力バッファアンプ4の出力端子に接続さ
れ、その他端がノード(第2のノード)N11に接続さ
れている。ノードN11は、積分用コンデンサ12を介
して積分用アンプ14の出力側ノード(第4のノード)
N14に接続されると共に、第1のコンデンサ13を介
してノード(第3のノード)N13に接続されている。
ノードN13は、積分用アンプ14の負入力端子に接続
され、その正入力端子がGNDに接続されている。ノー
ドN13は、オフセット電圧Voff3を有するコンパレー
タ20の負入力端子に接続され、さらに積分用アンプ1
4の出力側ノードN14が、該コンパレータ20の正入
力端子に接続されている。コンパレータ20の出力側ノ
ード(第6のノード)N20は、アナログスイッチ(第
2のスイッチ)21を介してコンパレータ20の負入力
端子に帰還接続されている。又、コンパレータ20の出
力側ノードN20は、制御回路30に接続されている。
制御回路30は、アナログスイッチ1,2,3,21を
オン,オフ制御する制御信号S30aを出力すると共
に、カウンタ40の動作を制御する制御信号S30bを
出力する機能を有している。カウンタ40は、制御信号
S30bに基づきクロックCLKをカウントする回路で
あり、該カウンタ40の値がレジスタ50に一時格納で
きるようになっている。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a conventional double integrating A / D converter with an offset compensation function. This double integration type A / D converter includes an analog switch 1 for setting a node N3 to a ground GND (0 V), an analog switch 2 for inputting an input voltage Vin as a measured voltage to a node N3, and GND. Input voltage Vi
It has an analog switch 3 for inputting a reference voltage Vref having a polarity opposite to that of n to the node N3. A node N3 commonly connected to the analog switches 1, 2, 3 is connected to a positive input terminal of an input buffer amplifier 4 having an offset voltage Voff1, and an output terminal of the input buffer amplifier 4 is connected to a negative input terminal by feedback. ing. Input buffer amplifier 4
Is connected to an integration circuit 10 for integrating the output. The integrating circuit 10 includes an integrating resistor (resistor)
11, integrating capacitor (second capacitance element) 12,
Offset compensation first capacitor (first capacitance
Element 13 and an integrating amplifier 14 having an offset voltage V off2 . One end of the integrating resistor 11 (first
Node) is connected to the output terminal of the input buffer amplifier 4, the other end is connected to the node (second node) N11. The node N11 is an output node (fourth node) of the integrating amplifier 14 via the integrating capacitor 12.
It is connected to a node (third node) N13 via a first capacitor 13 while being connected to N14.
The node N13 is connected to the negative input terminal of the integrating amplifier 14, and the positive input terminal is connected to GND. The node N13 is connected to the negative input terminal of the comparator 20 having the offset voltage Voff3.
4 is connected to the positive input terminal of the comparator 20. An output side node (sixth node) N20 of the comparator 20 is an analog switch (second node) .
The second switch 21 is connected to the negative input terminal of the comparator 20 in a feedback manner. The output node N20 of the comparator 20 is connected to the control circuit 30.
The control circuit 30 has a function of outputting a control signal S30a for controlling ON / OFF of the analog switches 1, 2, 3, and 21, and a function of outputting a control signal S30b for controlling the operation of the counter 40. The counter 40 is a circuit that counts the clock CLK based on the control signal S30b, and the value of the counter 40 can be temporarily stored in the register 50.

【0004】図3は、図2の動作を説明するための波形
図であり、この図を参照しつつ図2の二重積分型A/D
変換器の動作を説明する。A/D変換シーケンスは、リ
セット期間であるオートゼロステージTrと、Vin積
分期間である第1積分ステージTsと、Vref積分期
間である第2積分ステージTmとからなる。オートゼロ
ステージTrは、二重積分型A/D変換器のリセット期
間(即ち、初期化期間)であり、このとき、アナログス
イッチ1,21がオンする。入力バッファアンプ4、積
分用アンプ14、及びコンパレータ20のオフセット電
圧がそれぞれVoff1,Voff2,Voff3であるから、オー
トゼロステージTrでの各ノードN11,N13,N1
4の電圧は、ノードN11が−Voff1、ノードN13が
−Voff2、及びノードN14が−Voff2+Voff3とな
る。各ノードN11,N13,N14の電位が安定する
と、オートゼロステージTrを終了し、第1積分ステー
ジTsへ移行する。
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 2. Referring to FIG. 3, the double integration type A / D of FIG.
The operation of the converter will be described. The A / D conversion sequence includes an auto-zero stage Tr during a reset period, a first integration stage Ts during a Vin integration period, and a second integration stage Tm during a Vref integration period. The auto zero stage Tr is a reset period (that is, an initialization period) of the double integration type A / D converter, and at this time, the analog switches 1 and 21 are turned on. Input buffer amplifier 4, the integrating amplifier 14, and since the offset voltage of the comparator 20 is V off1, V off2, V off3 respectively, each node in the auto zero stage Tr N11, N13, N1
4 voltage, the node N11 is -V off1, node N13 is -V off2, and the node N14 becomes -V off2 + V off3. When the potentials of the nodes N11, N13, N14 are stabilized, the auto-zero stage Tr ends, and the process shifts to the first integration stage Ts.

【0005】第1積分ステージTsでは、アナログスイ
ッチ1,21がオフしてアナログスイッチ2がオンし、
入力電圧Vinが入力バッファアンプ4に取り込まれ、
その出力が積分回路10で一定時間積分される。カウン
タ40は、積分開始と同時に、制御回路30からの制御
信号S30bに基づき0からクロックCLKカウント
アップ始める。積分回路10による積分中のノードN
14の波形の傾きは、入力電圧Vinの値の絶対値に比
例して大きくなる。一定時間が過ぎると、第1積分ステ
ージTsを終了し、第2積分ステージTmへ移行すると
共に、このときのカウンタ40のカウント値n1がレジ
スタ50に一時格納される。第2積分ステージTmで
は、アナログスイッチ2がオフしてアナログスイッチ3
がオンし、基準電圧Vrefが入力バッファアンプ4に
取り込まれ、その出力が積分回路10で積分される。カ
ウンタ40は、再び0からクロックCLKのカウントア
ップを始める。入力電圧Vinと基準電圧Vrefは、
GNDに対して逆極性なので、ノードN14の電位は第
1積分ステージTsとは逆方向に変化する。コンパレー
タ20は、ノードN14の電圧(積分用アンプ14の出
力端子電圧)とノードN13の電圧(入力端子電圧)と
を比較しており、ノードN14の電圧がノードN13の
電圧を越えたところで、該コンパレータ20の出力が反
転する。制御回路30は、コンパレータ20の出力の反
転を検出すると、制御信号S30bによってカウンタ4
0の動作を停止し、第2積分ステージTmが終了する。
第2積分ステージTm中のノードN14の電圧の波形の
傾きは、基準電圧Vrefが一定であることより、常に
一定となる。そのため、第2積分ステージTm終了時の
カウンタ40のカウント値をn2とすると、Vin/V
ref=n2/n1となる。カウント値n1と基準電圧
Vrefの値は既知であるので、カウント値n1とn2
の比から、入力電圧Vinを求めることができ、A/D
変換が成立する。前記のようなA/D変換シーケンスに
おいて、オートゼロステージTrでは、ノードN11の
電位が−Voff1のレベルに充電され、この電位が第1積
分ステージTs及び第2積分ステージTmにおいても保
持される。入力バッファアンプ4の出力は、正入力に対
して電圧Voff1分だけずれた値になるので、結果的に積
分用抵抗11には入力電圧Vin又は基準電圧Vref
そのものが加わり、オフセット電圧Voff1による誤差は
キャンセルされる。このオートゼロステージTrで、ノ
ードN13の電位は、−Voff2に充電されるから、ノー
ドN14の電位が−Voff2+Voff3のレベルに充電さ
れ、この電位から積分回路10が積分を開始する。コン
パレータ20の出力は、ノードN14のレベルが−V
off2+Voff3になったところで反転し、積分を終了する
ので、ここでオフセット電圧Voff2とVoff3もキャンセ
ルされる。このようにして、オフセット電圧Voff1,V
off2,Voff3の全てが相殺され、オフセットによる誤差
のないA/D変換を行うことができる。
In the first integration stage Ts, the analog switches 1 and 21 are turned off and the analog switch 2 is turned on.
The input voltage Vin is taken into the input buffer amplifier 4,
The output is integrated by the integration circuit 10 for a certain period of time. Counter 40, the integration starts at the same time, starts counting up the clock CLK from 0 based on the control signal S30b from the control circuit 30. Node N during integration by integration circuit 10
The slope of the waveform 14 increases in proportion to the absolute value of the value of the input voltage Vin. After a lapse of a certain time, the first integration stage Ts ends, the process proceeds to the second integration stage Tm, and the count value n1 of the counter 40 at this time is temporarily stored in the register 50. In the second integration stage Tm, the analog switch 2 is turned off and the analog switch 3
Is turned on, the reference voltage Vref is taken into the input buffer amplifier 4, and the output is integrated by the integrating circuit 10. The counter 40 starts counting up the clock CLK again from 0. The input voltage Vin and the reference voltage Vref are
Since the polarity is opposite to GND, the potential of the node N14 changes in a direction opposite to that of the first integration stage Ts. The comparator 20 compares the voltage of the node N14 (the output terminal voltage of the integrating amplifier 14 ) with the voltage of the node N13 (the input terminal voltage). When the voltage of the node N14 exceeds the voltage of the node N13, The output of the comparator 20 is inverted. When detecting the inversion of the output of the comparator 20, the control circuit 30 uses the control signal S30b to output the counter 4
0 is stopped, and the second integration stage Tm ends.
The gradient of the voltage waveform at the node N14 in the second integration stage Tm is always constant because the reference voltage Vref is constant. Therefore, if the count value of the counter 40 at the end of the second integration stage Tm is n2, Vin / V
ref = n2 / n1. Since the count value n1 and the value of the reference voltage Vref are known, the count values n1 and n2
The input voltage Vin can be obtained from the ratio of A / D
Conversion is established. In the A / D conversion sequence as described above, in the auto-zero stage Tr, the potential of the node N11 is charged to the level of -Voff1 , and this potential is also held in the first integration stage Ts and the second integration stage Tm. Since the output of the input buffer amplifier 4 has a value shifted by the voltage V off1 from the positive input, the input voltage Vin or the reference voltage Vref is eventually applied to the integrating resistor 11.
The error itself is added, and the error due to the offset voltage V off1 is canceled. In this autozero stage Tr, the potential of the node N13, since is charged to -V off2, the potential of the node N14 is charged to the level of -V off2 + V off3, the integration circuit 10 starts integration from this potential. The output of the comparator 20 is such that the level of the node N14 is -V
reversed in the place it became off2 + V off3, since the end of the integration, where the offset voltage V off2 and V off3 also be canceled. Thus, the offset voltages V off1 , V
off2, all V off3 is canceled, it is possible to perform error-free A / D conversion by the offset.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のA/D変換器では、オートゼロステージTrにおい
て、積分用アンプ14とコンパレータ20が2段に結合
され、該コンパレータ20からアナログスイッチ21を
介して積分用アンプ14に負帰還がかかるという構成に
なっているため、該積分用アンプ14及びコンパレータ
20の移相遅れによる発振を起こす危険性が高く、位相
補償が難しい。即ち、トータルゲインを0dBにするの
に、位相遅れを180°以内におさえることが難しいと
いう問題があった。本発明は、前記従来技術が持ってい
た課題として、積分用アンプ14とコンパレータ20の
発振防止のための位相補償が難しいという点について解
決したオフセット補償機能付き二重積分型A/D変換器
を提供するものである。
However, in the A / D converter having the above configuration, the integrating amplifier 14 and the comparator 20 are coupled in two stages in the auto-zero stage Tr. Since the negative feedback is applied to the integrating amplifier 14, there is a high risk of causing oscillation due to the phase shift of the integrating amplifier 14 and the comparator 20, and phase compensation is difficult. That is, there is a problem that it is difficult to keep the phase delay within 180 ° to make the total gain 0 dB. The present invention provides a dual-integration type A / D converter with an offset compensation function which solves the problem of the prior art that the phase compensation for preventing oscillation of the integrating amplifier 14 and the comparator 20 is difficult. To provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】記課題を解決するため
に、本発明のうちの第1の発明では、二重積分型A/D
変換器において、積分回路を有している。前記積分回路
は、入力電圧と基準電圧とを入力する第1のノードと、
一端は前記第1のノードと接続され他端は第2のノード
と接続される抵抗器と、一端は前記第2のノードと接続
され他端は第3のノードと接続される第1の静電容量素
子と、前記第3のノードと接続される負入力端子と接地
電位が供給される正入力端子と第4のノードと接続され
る出力端子とを有する積分用アンプと、一端は前記第2
のノードと接続され他端は前記第4のノードと接続され
る第2の静電容量素子と、前記第3のノードと前記第4
のノードとを電気的に接続若しくは非接続する第1のス
イッチとにより構成されている。 さらに、第1の発明で
は、前記第4のノードと接続される正入力端子と第5の
ノードと接続される負入力端子と第6のノードと接続さ
れる出力端子とを有するコンパレータと、一端は前記第
5のノードと接続され他端は前記接地電位が供給される
第3の静電容量素子と、前記第5のノードと前記第6の
ノードとを電気的に接続若しくは非接続とする第2のス
イッチと、前記第6のノードと接続されるカウンタとを
有している。第2の発明では、第1の発明の二重積分型
A/D変換器において、前記第1のノードと前記第2の
ノードとを電気的に接続若しくは非接続とする第3のス
イッチを有している。
To solve the previous SL problems SUMMARY OF THE INVENTION In the first aspect of the present invention, the double integral type A / D
The converter has an integrating circuit. The integration circuit
Comprises: a first node for inputting an input voltage and a reference voltage;
One end is connected to the first node and the other end is a second node
One end is connected to the second node.
And the other end is a first capacitance element connected to the third node.
And a negative input terminal connected to the third node and ground.
A positive input terminal to which a potential is supplied and a fourth node
An integrating amplifier having an output terminal connected to the second terminal;
And the other end is connected to the fourth node.
A second capacitance element, the third node and the fourth
A first switch for electrically connecting or disconnecting the
And a switch. Further, in the first invention,
Are connected to a positive input terminal connected to the fourth node and a fifth input terminal.
Negative input terminal connected to the node and connected to the sixth node
A comparator having an output terminal connected to the
5 and the other end is supplied with the ground potential.
A third capacitance element, the fifth node and the sixth
A second switch for electrically connecting or disconnecting the node
Switch and a counter connected to the sixth node.
Have. In the second invention, the double integral type of the first invention
In the A / D converter, the first node and the second node
A third switch for electrically connecting or disconnecting a node
It has a switch.

【0008】[0008]

【作用】第1の発明によれば、以上のように二重積分型
A/D変換器を構成したので、例えば、積分開始前のリ
セット期間において、積分用アンプの入,出力端子間が
第1のスイッチによって短絡されると共に、コンパレー
タの入,出力端子間が第2のスイッチによって短絡さ
れ、該積分アンプ及びコンパレータ2段にまたがる
負帰還がなく、該積分用アンプとコンパレータ各々独自
の負帰還によってオフセット電圧がオフセット補償用の
第1,第静電容量素子にそれぞれ充電される。これ
により、負帰還による発振防止のための位相補償が容易
となる。第2の発明によれば、積分用抵抗に並列接続
された第3のスイッチは、例えば、積分回路の初期化時
オン状態になり、その初期化時間がかかる原因となっ
ている積分用抵抗、積分用の第2の静電容量素子、
びオフセット補償用の第1の静電容量素子からなる時定
数を小さくする働きがある。これにより、積分回路の初
期化を高速に行い、ひいてはA/D変換時間の短縮が図
れる。従って、前記課題を解決できるのである。
According to the first aspect of the present invention, since the double integrating A / D converter is configured as described above, for example, during the reset period before the start of the integration, the input and output terminals of the integrating amplifier are connected.
While being shorted by the first switch, the input of the comparator, the output terminals are short-circuited by the second switch, no negative feedback across the two stages of the integrating amplifier and the comparator, the integrating amplifier and a comparator, each unique , The offset voltage is charged in the first and third capacitance elements for offset compensation, respectively. This facilitates phase compensation for preventing oscillation due to negative feedback. According to the second invention, the third switch connected in parallel with the integrating resistor, for example, turned on when initializing the integrating circuit, the resistor for integrating its initialization time is causing according It has a function of reducing a time constant composed of a capacitor , a second capacitance element for integration, and a first capacitance element for offset compensation. As a result, the integration circuit can be initialized at high speed, and the A / D conversion time can be reduced. Therefore, the above problem can be solved.

【0009】[0009]

【実施例】第1の実施例 図1は、本発明の第1の実施例を示すオフセット補償機
能付き二重積分型A/D変換器の構成ブロック図であ
り、従来の図2中の要素と共通の要素には共通の符号が
付されている。この二重積分型A/D変換器では、従来
の積分回路10と異なる構成の積分回路10Aが設けら
れ、さらにコンパレータ20の負入力端子側ノード(第
5のノード)N22とGNDとの間にオフセット補償用
の第2のコンデンサ(第3の静電容量素子)22が追加
されている点が従来と異なっており、それ以外は従来と
同一の回路構成である。従来の積分回路10では、積分
用アンプ14の負入力端子が、コンパレータ20の負入
力端子に接続されている。これに対し、本実施例の積分
回路10Aでは、積分用アンプ14の負入力端子側ノー
ド(第3のノード)N13が、コンパレータ20の負入
力端子ではなく、制御回路30の出力制御信号S30a
でオン,オフ動作するアナログスイッチ(第1のスイッ
チ)15を介して該積分用アンプ14の出力端子側ノー
ド(第4のノード)N14に接続されており、それ以外
の構成は従来と同一である。
EXAMPLES First Embodiment FIG. 1, first a block diagram of an offset compensation function double integral type A / D converter of an embodiment, conventional elements in Figure 2 of the present invention Common elements are denoted by common reference numerals. In this double integration type A / D converter, an integration circuit 10A having a configuration different from that of the conventional integration circuit 10 is provided .
5) is different from the conventional circuit in that a second capacitor (third capacitance element) 22 for offset compensation is added between N22 and GND, and the other circuits are the same as the conventional circuit. Configuration. In the conventional integrating circuit 10, the negative input terminal of the integrating amplifier 14 is connected to the negative input terminal of the comparator 20. On the other hand, in the integrating circuit 10A of the present embodiment, the negative input terminal side
The node (third node) N13 is not the negative input terminal of the comparator 20, but the output control signal S30a of the control circuit 30.
Analog switch (on the first switch)
H) The output terminal side of the integrating amplifier 14
(A fourth node) N14 , and the other configuration is the same as the conventional one.

【0010】図1の二重積分型A/D変換器の動作は、
制御回路30の出力制御信号S30aによってアナログ
スイッチ15がオートゼロステージTrでオンし、第1
積分ステージTs及び第2積分ステージTmでオフする
こと以外は、従来の図3と同一である。ただ、第2のコ
ンデンサ22を追加したことにより、入力バッファアン
プ4、積分用アンプ14、及びコンパレータ20のオフ
セット電圧Voff1,Voff2,Voff3の保持の仕方が従来
と異なっている。図1の動作を説明するための波形図
を、図4に示す。A/D変換器シーケンスは、従来と同
様に、リセット期間であるオートゼロステージTr、V
in積分期間である第1積分ステージTs、及びVre
f積分期間である第2積分ステージTmからなる。オー
トゼロステージTrは、二重積分型A/D変換器の初期
化期間で、このとき制御信号S30aに基づきアナログ
スイッチ1,21がオンする。アナログスイッチ1がオ
ンすると、ノードN3がGNDレベルになり、ノードN
11の電位が−Voff1のレベルに充電され、この電位が
コンデンサ13によって第1積分ステージTs及び第2
積分ステージTmにおいても保持される。入力バッファ
アンプ4の出力は、その正入力に対してVoff1分だけず
れた値となるので、結果的に、積分用抵抗11に加わる
電圧は、オートゼロステージTrでは入力電圧Vin、
第2積分ステージTmではアナログスイッチ3のオンに
よって基準電圧Vrefそのものとなり、入力バッファ
アンプ4のセット電圧Voff1による誤差がキャンセルさ
れる。オートゼロステージTrで、ノードN13,N1
4の電位は−Voff2レベルに充電される。ノードN13
の電位は、コンデンサ13によって第1積分ステージT
s及び第2積分ステージTmにおいても保持される。第
1積分ステージTsでは、アナログスイッチ1,15,
21がオフしてアナログスイッチ2がオンし、入力電圧
Vinが入力バッファアンプ4に取り込まれて積分回路
10Aで積分が始まる。積分が始まると、積分用アンプ
14における出力側ノードN14上の積分出力は、−V
off2のレベルからスタートする。オートゼロステージT
rで、ノードN22の電位は−Voff2−Voff3レベルに
充電され、この電位はコンデンサ22によって第1積分
ステージTs及び第2積分ステージTmにおいても保持
される。第2積分ステージTmでは、アナログスイッチ
2がオフしてアナログスイッチ3がオンし、基準電圧V
refが入力バッファアンプ4に取り込まれ、その出力
が積分回路10Aで積分されていく。コンパレータ20
の出力は、ノードN14上の積分出力の電位(積分用ア
ンプ14の出力端子電圧)が−Voff2(入力端子電圧)
になったところで反転するため、ここで該コンパレータ
20のオフセット電圧Voff3がキャンセルされる。結果
的に、ノードN14上の積分出力の電位は、−Voff2
ら始まって−Voff2で終了するため、ここで積分用アン
プ14のオフセット電圧Voff2もキャンセルされる。こ
のようにして入力バッファアンプ4、積分用アンプ1
4、及びコンパレータ20のオフセット電圧Voff1,V
off2,Voff3の全てが相殺され、誤差の少ないA/D変
換を行うことができる。
The operation of the double integrating A / D converter shown in FIG.
The analog switch 15 is turned on in the auto zero stage Tr by the output control signal S30a of the control circuit 30, and the first
This is the same as the conventional FIG. 3 except that it is turned off in the integration stage Ts and the second integration stage Tm. However, by adding the second capacitor 22, the input buffer amplifier 4, the manner of holding the offset voltage V off1, V off2, V off3 of the integrating amplifier 14, and the comparator 20 is different from the conventional. FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. The A / D converter sequence is, as in the conventional case, the auto-zero stage Tr, V
the first integration stage Ts during the in integration period, and Vre
It consists of a second integration stage Tm during the f integration period. In the auto zero stage Tr, the analog switches 1 and 21 are turned on based on the control signal S30a during the initialization period of the double integration type A / D converter. When the analog switch 1 is turned on, the node N3 goes to the GND level and the node N3
11 is charged to the level of -V off1 , and this potential is charged by the capacitor 13 to the first integration stage Ts and the second integration stage Ts.
It is also held in the integration stage Tm. Since the output of the input buffer amplifier 4 has a value shifted by V off1 from its positive input, the voltage applied to the integrating resistor 11 is consequently the input voltage Vin,
In the second integration stage Tm, when the analog switch 3 is turned on, the reference voltage becomes the reference voltage Vref itself, and the error caused by the set voltage V off1 of the input buffer amplifier 4 is canceled. In the auto zero stage Tr, the nodes N13 and N1
4 is charged to the -V off2 level. Node N13
Of the first integration stage T by the capacitor 13.
s and the second integration stage Tm. In the first integration stage Ts, the analog switches 1, 15,
21 is turned off, the analog switch 2 is turned on, the input voltage Vin is taken into the input buffer amplifier 4, and integration is started by the integration circuit 10A. When the integration starts, the integration output on the output side node N14 of the integration amplifier 14 becomes -V
Start from off2 level. Auto Zero Stage T
In r, the potential of the node N22 is charged to -V off2 -V off3 level, this potential is also held at the first integrator stage Ts and second integration stage Tm by the capacitor 22. In the second integration stage Tm, the analog switch 2 is turned off, the analog switch 3 is turned on, and the reference voltage V
ref is taken into the input buffer amplifier 4, and its output is integrated by the integration circuit 10A. Comparator 20
Is that the potential of the integration output on the node N14 (the output terminal voltage of the integrating amplifier 14) is -V off2 (input terminal voltage).
, The offset voltage V off3 of the comparator 20 is canceled here. Consequently, the potential of the integrated output on the node N14, to end at -V off2 starting from -V off2, wherein the offset voltage V off2 of integrating amplifier 14 is also canceled. Thus, the input buffer amplifier 4 and the integrating amplifier 1
4, and the offset voltages V off1 , V of the comparator 20
off2, all V off3 is canceled, it is possible to perform fewer A / D conversion of an error.

【0011】本実施例では、次のような利点を有してい
る。本実施例では、従来の図2に示すような積分用アン
プ14及びコンパレータ20の2段にまたがる負帰還が
なく、アナログスイッチ15,21による積分用アンプ
14及びコンパレータ20各々独自の負帰還によってそ
れらのオフセット電圧Voff2,Voff3をオフセット補償
用の第1,第2のコンデンサ13,22にそれぞれ充電
するようにしている。そのため、負帰還による発振防止
のための位相補償が容易であり、オートゼロステージT
rでの回路を安定して動作させることができ、しかも、
回路を構成するアンプ(4,14,20)のオフセット
による誤差のないA/D変換を行うことができる。本実
施例の二重積分型A/D変換では、第1積分ステージT
s終了時のノードN14上の積分出力の電位が入力電圧
Vinに比例すことが基本となるため、積分開始前のオ
ートゼロステージTrにおいてノードN14上の積分出
力の値を初期化しておく必要がある。ところが、積分用
抵抗11、積分用コンデンサ12、及びオフセット補償
用の第1のコンデンサ13の値が大きくなるほど、オー
トゼロステージTr中にノードN14上の積分出力の電
位をVoff1のレベルに初期化するのに時間がかかり、A
/D変換時間を短くすることが難しい。そこで、この問
題を次の第2の実施例で解決している。
This embodiment has the following advantages. In this embodiment, there is no negative feedback over two stages of the integrating amplifier 14 and the comparator 20 as shown in FIG. the first offset voltage V off2, V off3 for offset compensation, and to charge each of the second capacitor 13 and 22. Therefore, phase compensation for preventing oscillation by negative feedback is easy, and the auto-zero stage T
The circuit at r can be operated stably, and
A / D conversion without errors due to the offset of the amplifiers (4, 14, 20) constituting the circuit can be performed. In the double integration type A / D conversion of this embodiment, the first integration stage T
Since the potential of the integrated output on the node N14 at the end of s is basically proportional to the input voltage Vin, it is necessary to initialize the value of the integrated output on the node N14 in the auto-zero stage Tr before the start of the integration. . However, as the values of the integrating resistor 11, the integrating capacitor 12, and the offset compensating first capacitor 13 increase, the potential of the integrated output on the node N14 is initialized to the level of V off1 during the auto-zero stage Tr. It takes time, A
It is difficult to shorten the / D conversion time. Therefore, this problem is solved in the following second embodiment.

【0012】第2の実施例 図5は、本発明の第2の実施例を示すオフセット補償機
能付き二重積分型A/D変換器の構成ブロック図であ
り、第1の実施例を示す図1中の要素と共通の要素には
共通の符号が付されている。この二重積分型A/D変換
器では、第1の実施例の積分回路10Aと異なる構成の
積分回路10Bを設けている。積分回路10Bは、第1
の実施例の積分回路10A内の積分用抵抗11と並列
に、制御回路30の出力制御信号S30aによりオン,
オフ動作するアナログスイッチ(第3のスイッチ)16
が接続されている以外は、第1の実施例と同一の構成で
ある。
Second Embodiment FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a double integration type A / D converter having an offset compensation function according to a second embodiment of the present invention, and shows the first embodiment. Elements common to the elements in 1 are denoted by common reference numerals. This double integration type A / D converter includes an integration circuit 10B having a configuration different from that of the integration circuit 10A of the first embodiment. The integrating circuit 10B
In parallel with the integrating resistor 11 in the integrating circuit 10A of the embodiment, the output signal is turned on by the output control signal S30a of the control circuit 30.
Analog switch (third switch) that turns off 16
The configuration is the same as that of the first embodiment except that is connected.

【0013】次に、動作を説明する。積分回路10Bに
追加されたアナログスイッチ16は、図4のオートゼロ
ステージTrでオンし、積分用抵抗11の両端がショー
トされる。すると、積分用抵抗11と積分用コンデンサ
12間のノードN11の電位は、入力バッファアンプ4
からアナログスイッチ16と積分用抵抗11を介して充
電され、最終的には、入力バッファアンプ4の出力電圧
(Voff1)とほぼ同じレベルになる。ノードN11の電
位が、A/D変換精度上充分にVoff1に近付くまで充電
されるのに要する時間は、次式の時定数kに比例する。
Next, the operation will be described. The analog switch 16 added to the integration circuit 10B is turned on by the auto-zero stage Tr in FIG. 4, and both ends of the integration resistor 11 are short-circuited. Then, the potential of the node N11 between the integrating resistor 11 and the integrating capacitor 12 is changed to the input buffer amplifier 4
Is charged through the analog switch 16 and the integrating resistor 11, and finally reaches the same level as the output voltage (V off1 ) of the input buffer amplifier 4. The time required for the potential of the node N11 to be charged until it sufficiently approaches V off1 in terms of A / D conversion accuracy is proportional to the time constant k in the following equation.

【0014】[0014]

【数1】 R11≫R16にすれば、アナログスイッチ16がない
従来の回路に比べて、極めて短時間でノードN11の電
位をVoff1レベルに充電することができる。以上のよう
に、本実施例では、オートゼロステージTr中におい
て、積分用抵抗11よりも極めて低いオン抵抗R16を
持つアナログスイッチ16を介して、ノードN11を充
電するようにしたので、オートゼロステージTr時間そ
のものを短く設定しても、充分にノードN11をVoff1
レベルに充電でき、それによってA/D変換時間を短縮
できる。なお、本発明は上記実施例に限定されず、例え
ば、図1あるいは図5のA/D変換器に、精度向上等の
ために他の素子を付加したり、あるいはアナログスイッ
チ1,2,3,15,16,21を他のスイッチで構成
する等、種々の変形が可能である。
(Equation 1) If R11≫R16, the potential of the node N11 can be charged to the V off1 level in a very short time as compared with the conventional circuit without the analog switch 16. As described above, in the present embodiment, the node N11 is charged through the analog switch 16 having an on-resistance R16 much lower than the integrating resistor 11 in the auto-zero stage Tr. Even if it is set to be short, the node N11 is sufficiently set to V off1.
A / D conversion time can be reduced. The present invention is not limited to the above embodiment. For example, another element may be added to the A / D converter shown in FIG. 1 or FIG. , 15, 16, and 21 can be variously modified, for example, by using other switches.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、例えば、積分開始前に、第1及び第2のスイ
ッチをオン状態にして、オフセット補償用の第1の静電
容量素子には積分用アンプのオフセット電圧を蓄え、オ
フセット補償用の第静電容量素子には、積分用アン
プの出力を基準としたコンパレータのオフセット電圧を
蓄えるようにしたので、積分用アンプ及びコンパレータ
2段にまたがる負帰還がなく、そのような負帰還によ
る発振防止のための位相補償が容易であり、積分開始前
のリセット期間での回路を安定して動作させることがで
き、しかも、回路を構成する積分用アンプ及びコンパレ
ータのオフセットによる誤差のないA/D変換を行うこ
とができる。第2の発明によれば、積分用抵抗第3
スイッチを並列接続したので、例えば、第3のスイ
ッチを積分回路の初期化時にオン状態にすれば、該積分
用抵抗と積分用の第2の静電容量素子との接続点の第
2のノードが、該第3のスイッチを介して急速に充電さ
れる。そのため、積分回路の初期化時間そのものを短く
設定しても、充分に積分用抵抗と積分用の第2の静電
容量素子との接続点の第2のノードを所定のレベルに充
電でき、A/D変換時間を短縮できる。
As described above in detail, according to the first aspect, for example, before the start of integration, the first and second switches are switched.
Switch is turned on, and the first electrostatic capacitor for offset compensation is turned on.
The capacitive element stored offset voltage of the integrating amplifier, so the third capacitance device for offset compensation, and to store the offset voltage of the comparator relative to the output of the integrating amplifier, the integrating amplifier And comparator
No negative feedback is provided over the two stages, phase compensation for preventing oscillation by such negative feedback is easy, and the circuit can be operated stably during the reset period before the start of integration. it is possible to perform error-free a / D conversion by the configuration to that integrals for amplifier及 beauty comparator offset. According to the second invention, the third resistor is provided in the integrating resistor .
Since the switch are connected in parallel, for example, if the on state of the third switch when initializing the integrating circuit, the connection point of the second capacitance element for integration and the integrating resistor No.
2 nodes, is rapidly charged via the third switch. Therefore, setting the initialization time itself of the integrator circuit short, a second electrostatic for sufficiently integrating the integrator resistor
The second node at the connection point with the capacitor can be charged to a predetermined level, and the A / D conversion time can be reduced.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す二重積分型A/D
変換器の構成ブロックである。
FIG. 1 shows a double integral type A / D showing a first embodiment of the present invention.
It is a structural block of a converter.

【図2】従来の二重積分型A/D変換器の構成ブロック
である。
FIG. 2 is a configuration block diagram of a conventional double integration type A / D converter.

【図3】図2の動作を説明するための波形図である。FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of FIG. 2;

【図4】図1の動作を説明するための波形図である。FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of FIG. 1;

【図5】本発明の第2の実施例を示す二重積分型A/D
変換器の構成ブロックである。
FIG. 5 shows a double integral type A / D showing a second embodiment of the present invention.
It is a structural block of a converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3,15,16,21 アナログスイッチ 4 入力バッファアンプ 10A,10B 積分回路 11 積分用抵抗 12 積分用容量 13 オフセット補償用の
第1のコンデンサ 14 積分用アンプ 20 コンパレータ 22 オフセット補償用の
第2のコンデンサ 30 制御回路 40 カウンタ 50 レジスタ Vin 入力電圧 Vref 基準電圧
1, 2, 3, 15, 16, 21 Analog switch 4 Input buffer amplifier 10A, 10B Integrator circuit 11 Integrating resistor 12 Integrating capacitor 13 First capacitor for offset compensation 14 Integrating amplifier 20 Comparator 22 For offset compensation Second capacitor 30 Control circuit 40 Counter 50 Register Vin Input voltage Vref Reference voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/00 - 1/88 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03M 1/00-1/88

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力電圧と基準電圧とを入力する第1の
ノードと、一端は前記第1のノードと接続され他端は第
2のノードと接続される抵抗器と、一端は前記第2のノ
ードと接続され他端は第3のノードと接続される第1の
静電容量素子と、前記第3のノードと接続される負入力
端子と接地電位が供給される正入力端子と第4のノード
と接続される出力端子とを有する積分用アンプと、一端
は前記第2のノードと接続され他端は前記第4のノード
と接続される第2の静電容量素子と、前記第3のノード
と前記第4のノードとを電気的に接続若しくは非接続す
る第1のスイッチとにより構成される積分回路と、 前記第4のノードと接続される正入力端子と第5のノー
ドと接続される負入力端子と第6のノードと接続される
出力端子とを有するコンパレータと、 一端は前記第5のノードと接続され他端は前記接地電位
が供給される第3の静電容量素子と、 前記第5のノードと前記第6のノードとを電気的に接続
若しくは非接続とする第2のスイッチと、 前記第6のノードと接続されるカウンタとにより構成さ
れることを特徴とする二重積分型A/D変換器。
A first input device for inputting an input voltage and a reference voltage;
One end is connected to the first node and the other end is connected to the first node.
A resistor connected to the second node and one end of the resistor connected to the second node.
And the other end is connected to a third node.
A capacitive element and a negative input connected to the third node
Terminal and the positive input terminal to which the ground potential is supplied and the fourth node
An integrating amplifier having an output terminal connected to
Is connected to the second node and the other end is the fourth node
A second capacitance element connected to the third node;
And the fourth node are electrically connected or disconnected.
An integration circuit including a first switch, a positive input terminal connected to the fourth node, and a fifth node.
Connected to the negative input terminal connected to the node and the sixth node
A comparator having an output terminal, one end connected to the fifth node, and the other end connected to the ground potential.
Is electrically connected to the third capacitance element to which the voltage is supplied and the fifth node and the sixth node.
Or a second switch to be disconnected and a counter connected to the sixth node.
A double integral type A / D converter.
【請求項2】 前記第1のノードと前記第2のノードと
を電気的に接続若しくは非接続とする第3のスイッチを
有することを特徴とする請求項1記載の二重積分型A/
D変換器。
2. The method according to claim 1, wherein said first node and said second node are connected to each other.
A third switch that electrically connects or disconnects
The double integral type A / according to claim 1, wherein
D converter.
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