JP3265783B2 - 電圧−周波数変換回路 - Google Patents

電圧−周波数変換回路

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JP3265783B2
JP3265783B2 JP34344793A JP34344793A JP3265783B2 JP 3265783 B2 JP3265783 B2 JP 3265783B2 JP 34344793 A JP34344793 A JP 34344793A JP 34344793 A JP34344793 A JP 34344793A JP 3265783 B2 JP3265783 B2 JP 3265783B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電圧−周波数変換回路に
関し、特にコンパレータを使用した電圧−周波数変換回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】車両エンジンの吸入空気量の検出に熱線
式空気流量計が使用されており、これは熱線を一定温度
に保つための加熱電流が、空気の質量流量に応じて増減
することを利用したもので、上記加熱電流を電圧信号と
して取り出している。ところで、近年のエンジン制御の
コンピュータ化に伴い、上記空気流量計の出力を、処理
が容易でノイズにも強いデジタル信号で得たいという要
請があり、例えば特開昭64−35218号公報には、
流量計の電圧信号をこれに応じた周波数信号に変換する
電圧−周波数変換回路を付設して、デジタル出力化を図
ったものが示されている。
【0003】この場合の電圧−周波数変換回路は図6に
示す如きもので、反転入力端子と出力端子間をコンデン
サC1で結んだ演算増幅器(オペアンプ)A1により構
成される積分回路1と、比較出力V3により上記コンデ
ンサC1への充放電を切り換えて積分出力V2の傾斜を
正逆転せしめる、オープンコレクタ出力のコンパレータ
B1により構成される第1の比較回路2と、上記積分出
力V2を所定のヒステリシスを有してスレッショールド
電圧Vthと比較する、オープンコレクタ出力のコンパ
レータB2により構成される第2の比較回路3とより構
成されている。電圧信号は抵抗R1を介して上記オペア
ンプの反転入力端子に入力するとともに、抵抗R2,R
3で分圧されてオペアンプの非反転入力端子に入力して
いる。ここでR2=R3とすると、抵抗R1を流れる電
流iは次式で表される。 i=V1(1−R3/(R2+R3))/R1 =V1/2R1……
【0004】コンパレータB1の比較出力V3はアース
電位ないしハイインピーダンスであり、抵抗R8を介し
てオペアンプの反転入力端子に入力している。R8=R
1/2に設定しておくと、比較出力V3がアース電位で
ある場合には、上記コンデンサC1を、電流iと同じ大
きさの電流がオペアンプの出力端子側から反転入力端子
側へ流れ、この結果、積分出力V2は一定の傾きで増大
する(図7の(2)、(4))。比較出力V3がハイイ
ンピーダンスである場合には、コンデンサC1を、電流
iが反転入力端子側より出力端子側へ流れて、積分出力
V2は一定の傾きで減少する。
【0005】上記積分出力V2はコンパレータB2の反
転入力端子に入力している。コンパレータB2の非反転
入力端子には電源との間に抵抗R4が接続されるととも
に、アースとの間に抵抗R5が接続されている。また、
電源と一方の出力端子の間には抵抗R7が、出力端子と
非反転入力端子の間には抵抗R6が接続されている。こ
れら抵抗R4〜R7はヒステリシスを付与する抵抗回路
網を構成しており、スレッショールド電圧Vthは、コ
ンパレータの比較出力Voがハイインピーダンスの時に
高くなり(図7の(1)、(3))、アース電位の時に
低くなる。そのヒステリシスはΔVである。
【0006】上記比較出力VoはコンパレータB1の反
転入力端子に入力する。そして、非反転入力端子に入力
している、電源電圧を抵抗R9,R10で分圧した定電
圧Vrefと比較されて、上記比較出力V3となる。
【0007】周波数信号は、プルアップ抵抗r1が接続
された上記コンパレータB2の他方の出力端子より出力
され、これは上記比較出力Voと同相である(図7の
(5)参照)。この周波数信号の周期は図7の(2)よ
り知られる如く、積分出力がヒステリシスΔVの間を上
下する時間であり、周波数信号Foの周波数fはその逆
数として次式で得られ、電圧信号の大きさに比例した
ものになる。 f=V1/(4・C1・R1・ΔV)……
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記電圧−
周波数変換回路を既述の如く車両搭載の熱線式空気流量
計に使用した場合、エンジンルーム内に置かれた上記変
換回路の雰囲気温度は大きく変化する。上記変換回路を
構成するコンパレータB1,B2は例えば温度が高くな
るとその出力に遅れを生じることが知られており、図8
に示す如く、比較出力Voが定電圧Vrefを切る時点
に対して、比較出力V3の立ち下がりおよび立ち上がり
は、高温時にはt1の時間遅れを生じる。また、図9に
示す如く、積分出力V2がスレッショールド電圧Vth
を切る時点に対して、比較出力Voの立ち下がりおよび
立ち上がりは、高温時にはt2の時間遅れを生じる。こ
れらの遅れは、常温(20℃)から高温(80℃)にな
った場合、数μsecである。かかる時間遅れを生じる
と、時間遅れに応じて電圧−周波数変換回路の出力たる
周波数信号Foの周波数が変動し、正確なエンジン吸気
量の測定ができない。例えば上記数μsecの時間遅れ
は流量誤差では数10%にもなるから、エンジン制御で
許容される流量誤差数%を実現するには、電圧−周波数
変換回路での時間遅れは1μsec以下に抑える必要が
ある。本発明はかかる課題を解決するもので、極めて簡
単な回路変更により、温度変化によるコンパレータの時
間遅れや進みを補償して、周波数出力変動を小さく抑え
ることが可能な電圧−周波数変換回路を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の構成を説明する
と、反転入力端子と出力端子間をコンデンサC1で結ん
だ演算増幅器A1により構成される積分回路1と、比較
出力V3により上記コンデンサC1への充放電を切り換
えて積分出力V2の傾斜を正逆転せしめる、オープンコ
レクタ出力のコンパレータB1により構成される第1の
比較回路2と、上記積分出力V2を所定のヒステリシス
を有してスレッショールド電圧Vthと比較する、オー
プンコレクタ出力のコンパレータB2により構成される
第2の比較回路3とを具備して、第2の比較回路3の比
較出力Voを上記第1の比較回路2の比較入力となし、
電圧信号V1を上記積分回路1の積分入力とするととも
に、上記第2の比較回路3の比較出力を周波数信号Fo
として得る電圧−周波数変換回路において、上記第2の
比較回路3にヒステリシスを付与する抵抗回路網R4〜
R7に、温度上昇に伴ってその容量が小さくなるコンデ
ンサC2を設けたものである。
【0010】
【作用】上記構成の電圧−周波数変換回路において、こ
のコンデンサC2の存在によって第2比較回路3の比較
出力Voはその波形の立ち上がりが緩やかになる。しか
して、かかる波形の比較出力Voが第1の比較回路2で
定電圧Vrefと比較されて比較出力V3となり、積分
回路1を作動せしめる。積分出力V2は、上記比較出力
Voと同形のスレッショールド電圧Vthと第2の比較
回路3で比較され、上記比較出力Vo、すなわち周波数
信号Foが電圧信号V1に応じた周波数で出力される。
例えば高温になると上記コンデンサC1の容量は常温に
比べ小さくなり、これにより第2比較回路3の比較出力
Voはその波形の立ち上がりが急峻になる。高温状態で
は既述の如く、各比較回路2,3を構成するコンパレー
タB1,B2の比較出力Vo,V3に時間遅れを生じる
が、これらの時間遅れは比較出力Voの立ち上がりが急
峻になることにより補償され、周波数の変動を生じるこ
とはない。
【0011】
【実施例1】図1に示す電圧−周波数変換回路の基本構
成は既に説明した従来例(図6)と同様であり、同一素
子には同一符号を付している。従来との相違点は、ヒス
テリシスを付与する抵抗R6,R7が接続されたコンパ
レータB2の一方の出力端子に、アースとの間にコンデ
ンサC2を接続したことである。このコンデンサC2は
温度が高くなると容量が小さくなる、容量変化率が負の
温度特性を有するもので、例えば半導体セラミックコン
デンサである。
【0012】上記構成の変換回路において、コンデンサ
C2の存在によってコンパレータB2の比較出力Voは
その立ち上がりが緩やかになる(図2(3))。この立
ち上がりの時定数はコンデンサC2の容量と抵抗の大き
さで決まる。上記比較出力VoはコンパレータB1で定
電圧Vrefと比較され、比較出力V3が発せられる
(図2(4))。この比較出力V3によりコンデンサC
1の充電方向が切り換えられて、三角波状の積分出力V
2が発せられ(図2(2))、これがコンパレータB2
にて、上記比較出力Voと同形のスレッショールド電圧
Vth(図2(1))と比較されて上記比較出力Voお
よび周波数信号Fo(図2(5))となる。
【0013】この状態で雰囲気温度が高温になると、上
記コンデンサC2の容量は小さくなり、これに伴ってコ
ンパレータB2の比較出力Voはその立ち上がりが急峻
になる(図3(2)の破線)。この高温状態では、コン
パレータB1に遅れ時間t1を生じ、上記比較出力Vo
が定電圧Vrefと比較されて出力される比較出力V3
は、比較出力Voが定電圧Vrefを切る時点よりも時
間t1だけ遅れる(図3(3))。また、コンパレータ
B2には遅れ時間t2を生じているから、積分出力V2
がスレッショールド電圧Vthと比較されて(図3
(1)破線)出力される上記比較出力Voは、積分出力
V2がスレッショールド電圧Vthを切る時点よりも時
間t2だけ遅れる。しかし、図より知られる如く、常温
時の比較出力Vo(すなわち周波数信号Fo)(図3
(2)の実線)と高温時の比較出力Vo(すなわち周波
数信号Fo)(図3(2)の破線)は波形が重なってお
り、同一周波数である。かくして、雰囲気温度が変化し
ても、周波数信号Foの周波数は変動しない。この効果
を図4に示す。これは20℃での流量に対する周波数を
基準にして80℃になった場合の周波数変化率を示した
グラフであり従来に比して変化率が十分小さくなってい
ることが分かる。例えば本実施例の電圧−周波数変換回
路を使用した空気流量計では、従来に比して流量誤差が
十分小さくなる。
【0014】
【実施例2】なお、コンデンサC2を接続する位置は図
5に示すように、R4,R5が接続されるコンパレータ
B2の非反転入力端子とアース間としても、上記実施例
と同様の効果が得られる。
【0015】上記各実施例において、周波数信号Foが
矩形波である必要がない場合には、比較出力Voを直接
周波数信号Foとして出力する構成としても良い。
【0016】
【発明の効果】以上の如く、本発明の電圧−周波数変換
回路は、従来回路にコンデンサを付加するだけの簡易な
回路変更により、雰囲気温度による周波数出力信号の変
動を抑制することができ、車両エンジンの吸気量を計測
するデジタル型熱線式空気流量計等に好適に使用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電圧−周波数変換回路
の回路図である。
【図2】各種信号のタイムチャートである。
【図3】各種信号のタイムチャートである。
【図4】電圧−周波数変換回路を流量計に組み込んだ場
合の流量誤差を示すグラフである。
【図5】本発明の他の実施例を示す電圧−周波数変換回
路の要部回路図である。
【図6】従来の電圧−周波数変換回路の回路図である。
【図7】各種信号のタイムチャートである。
【図8】各種信号のタイムチャートである。
【図9】各種信号のタイムチャートである。
【符号の説明】
1 積分回路 2 第1の比較回路 3 第2の比較回路 A1 演算増幅器(オペアンプ) B1,B2 コンパレータ C1,C2 コンデンサ R4,R5,R6,R7 抵抗 V1 電圧信号 Fo 周波数信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 19/165 G01R 19/252 H03K 7/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反転入力端子と出力端子間をコンデンサ
    で結んだ演算増幅器により構成される積分回路と、比較
    出力により上記コンデンサへの充放電を切り換えて積分
    出力の傾斜を正逆転せしめる、オープンコレクタ出力の
    コンパレータにより構成される第1の比較回路と、上記
    積分出力を所定のヒステリシスを有してスレッショール
    ド電圧と比較する、オープンコレクタ出力のコンパレー
    タにより構成される第2の比較回路とを具備して、第2
    の比較回路の比較出力を上記第1の比較回路の比較入力
    となし、電圧信号を上記積分回路の積分入力とするとと
    もに、上記第2の比較回路の比較出力を周波数信号とし
    て得る電圧−周波数変換回路において、上記第2の比較
    回路にヒステリシスを付与する抵抗回路網に、温度上昇
    に伴ってその容量が小さくなるコンデンサを設けたこと
    を特徴とする電圧−周波数変換回路。
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