JP3586314B2 - Double integration type AD converter - Google Patents

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JP3586314B2 JP14827095A JP14827095A JP3586314B2 JP 3586314 B2 JP3586314 B2 JP 3586314B2 JP 14827095 A JP14827095 A JP 14827095A JP 14827095 A JP14827095 A JP 14827095A JP 3586314 B2 JP3586314 B2 JP 3586314B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はAD変換の技術に関し、特に2重積分方式のAD変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にAD変換方式には、低速・高精度な計数方式,中速・中精度な逐次比較方式,高速・低精度な並列比較方式の3種類が知られているが、例えばカメラのオートフォーカスなどに用いられるアクティブ測距装置におけるAD変換には、高い精度が要求されることから、低速・高精度な計数方式が賞用されている。
【0003】
低速・高精度な計数方式の代表例は、2重積分方式と呼ばれるものである。従来の2重積分方式のAD変換では、コンデンサを入力アナログ信号の値に比例した電流で一定時間だけ充電した後、入力信号と逆極性の基準電流で逆充電し、コンデンサの電圧が再び元の電圧に戻るまでに要した逆充電時間をカウンタでカウントする。ここでコンデンサを入力アナログ信号の値に比例した電流で充電することを「第1積分」と呼び、逆極性の基準電流で逆充電することを「逆積分」あるいは「第2積分」と呼ぶことがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、カウント用のクロックを64KHzとすると、8ビット出力のAD変換の場合、第2積分の最大時間は4ms{(1/64KHz)×2}となる。従って、第1積分の時間を同じく4msとすると、最大の入力アナログ信号のAD変換には8msの時間がかかる。他方、微小な入力アナログ信号の場合、第2積分の時間はごく僅かで済むため、AD変換時間は第1積分時間にほぼ等しい4msとなる。即ち、従来の方式では、入力アナログ信号の大きさによってAD変換時間に大きなバラツキが生じ、使い勝手が良くないという問題点があった。なお、第2積分に用いる基準電流を大きくして第2積分時間の最大値を短縮する方法は、誤差の増大を招くと共に、大きな基準電流を流さなければならないので回路設計上困難を伴う。
【0005】
そこで本発明の目的は、入力アナログ信号の大きさによるAD変換時間のバラツキを抑えた2重積分方式AD変換装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、第1積分の終了を待たずに第2積分を開始する。これにより、第2積分の最大終了時刻が早められて最大入力アナログ信号時のAD変換時間を短縮でき、入力アナログ信号の大きさによるAD変換時間のバラツキを小さくすることができる。
【0007】
但し、第2積分を開始させるタイミングや入力アナログ信号の大きさによっては、第1積分の期間中に第2電流による逆充電によってコンデンサの電圧が元の電圧まで戻ってしまうことがある。そこで、そのような場合には逆充電を一時的に中断し、その後、コンデンサが再び充電され始めたことを条件に第2積分を再開する。従って、第2積分は間欠的に実施されることがあり、その場合の第2積分時間は各々の累積時間である。
【0008】
また、第2積分の中断後、コンデンサが再び充電され始めた直後に第2積分を再開すると、また直ぐに第2積分を中断しなければならない事態となり、入力アナログ信号が微小な場合、第2積分の中断,再開が頻繁に発生し、誤差の原因となる。そこで、第2積分の再開は、所定周期で発生する第2積分開始判定タイミング信号に同期して行う。
【0009】
以上のような2重積分方式AD変換方法を実施する2重積分方式AD装置は、AD変換起動信号とクロックとを入力とし、AD変換起動信号のオン時点から時間Tにわたって第1積分期間信号をオンにすると共に、AD変換起動信号のオン時点から時間T/N(Nは正の整数)経過する毎に第2積分開始判定タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路と、コンデンサと、前記第1積分期間信号のオン期間中、入力アナログ信号の値に比例した第1電流で前記コンデンサを充電する充電部と、前記コンデンサが基準電圧からみて充電状態にあるか、逆充電状態にあるかを監視し、充電状態にあることを条件に前記第2積分開始判定タイミング信号に同期して第2積分期間信号をオンにすると共に、前記コンデンサが逆充電状態になった時点で前記第2積分期間信号をオフにする第2積分期間信号発生部と、前記第2積分期間信号のオン期間中、前記第1電流と逆極性で一定値の第2電流によって前記コンデンサを逆充電する逆充電部と、前記第2積分期間信号のオン期間中、前記クロックをカウントするカウンタとを備えている。
【0010】
また、本発明の好ましい実施例においては、前記第2積分期間信号発生部は、前記コンデンサの電圧を基準電圧と比較することにより、基準電圧からみて前記コンデンサが充電状態にあるか、逆充電状態にあるかを判定する比較器と、該比較器の判定信号を前記第2積分開始判定タイミング信号に同期して保持し、且つ、該保持した判定信号を前記比較器の判定信号が充電状態から逆充電状態の判定に切り換わった時点でリセットするラッチと、該ラッチの出力信号と前記比較器の判定信号との論理積条件信号を前記クロックに同期して保持し、保持した信号を第2積分期間信号として出力するフリップフロップとから構成されている。
【0011】
【作用】
AD変換起動信号がオンになると、タイミング信号発生回路は時間T(例えば4ms)にわたって第1積分期間信号をオンにする。これにより、充電部は入力アナログ信号に比例した第1電流でコンデンサの充電を開始する。またAD変換起動信号がオンになると、そのオン後からT/N(例えばN=16の場合、250μs)の時間が経過する毎にタイミング信号発生回路は第2積分開始判定タイミング信号を発生する。
【0012】
第2積分期間信号発生部は、コンデンサが基準電圧からみて充電状態にあるか、逆充電状態にあるかを比較器により監視しており、充電状態にあることを条件に第2積分開始判定タイミング信号に同期して第2積分期間信号をオンにする。即ち、比較器の判定信号をラッチに保持し、このラッチの出力信号と比較器の判定信号との論理積条件信号をクロックに同期してフリップフロップにセットすることにより、第2積分期間信号をオンにする。これにより、第1積分と並行して、逆充電部が第2電流によってコンデンサの逆充電を開始すると共に、カウンタがクロックの計数を開始する。
【0013】
最大の入力アナログ信号時に充電部が発生する第1電流と逆充電部の第2電流とが等しいとすると、最大入力アナログ信号のAD変換時、第1電流と第2電流とが相殺されるので、第2積分開始時点のコンデンサの電圧は第1積分の終了時点まで保たれ、第1積分の終了後、T/Nを経過した時点でコンデンサの電圧が元の電圧に復帰する。この場合、第2積分はT時間連続して行われることになる。
【0014】
他方、入力アナログ信号が小さい場合、第1電流より第2電流の方が大きいため、第1積分の期間中にコンデンサが元の電圧に戻り、更に第2電流によって逆充電状態にされる。このような逆充電状態になると、その直後のクロックで第2積分期間信号発生部のフリップフロップがリセットされ、第2積分期間信号がオフになる。これにより、カウンタによるクロックの計数が中断されると共に逆充電部による第2積分が中断され、再び第1積分だけが実施される。そして、コンデンサが再び充電状態になると、第2積分開始判定タイミング信号に同期して第2積分期間信号発生部のフリップフロップがセットされ、第2積分期間信号がオンになり、再び逆充電部による第2積分が再開され、カウンタもクロックの計数を再開する。
【0015】
【実施例】
図1を参照すると、本発明の一実施例の2重積分方式AD変換装置は、タイミング信号発生回路1と、積分用のコンデンサ2と、充電部3と、逆充電部4と、第2積分期間信号発生部5と、アンドゲート6と、カウンタ7と、ノアゲート8とから構成されている。
【0016】
タイミング信号発生回路1は、AD変換起動信号RとクロックCLとを入力し、第1積分期間信号と第2積分開始判定タイミング信号とを発生する。本実施例では、クロックCLは64KHzであり、タイミング信号発生回路1は、AD変換起動信号Rがオンとなった時点より256クロック数相当の時間である4msの期間だけ第1積分期間信号をオンにする。また、AD変換起動信号Rがオンとなった後、16クロック数相当の時間である250μsが経過する毎に第2積分開始判定タイミング信号を発生する。
【0017】
積分用のコンデンサ2には二つの充電部3,4が接続されている。一方は第1積分を受け持つ充電部3であり、第1積分期間信号がオンになっている期間中、入力アナログ信号に比例した第1電流でコンデンサ2を充電する。他方は第2積分を受け持つ逆充電部4であり、第2積分期間信号発生部5から発生する第2積分期間信号がオンになっている期間中、前記第1電流と逆極性で一定値の第2電流でコンデンサ2を逆充電する。なお、コンデンサ2はAD変換起動信号がオンとなる前には、基準電圧に等しい電圧に初期設定されているものである。
【0018】
第2積分期間信号発生部5は、コンデンサ2が基準電圧Vrefからみて充電状態にあるか、逆充電状態にあるかを監視し、充電状態にあることを条件に第2積分開始判定タイミング信号に同期して第2積分期間信号をオンにする。また、その後、コンデンサCが逆充電状態になった場合には直ちに第2積分期間信号をオフにし、コンデンサCが再び充電状態になったら第2積分開始判定タイミング信号に同期して第2積分期間信号をオンにするといった動作を繰り返す。
【0019】
本実施例では、第2積分期間信号発生部5は、コンデンサ2の電圧を基準電圧Vrefと比較し、コンデンサ2の電圧が基準電圧Vrefより低ければ“1”を出力し、そうでなければ“0”を出力する比較器51と、比較器51の出力を第2積分開始判定タイミング信号に同期して保持するラッチ52と、ラッチ52の出力と比較器51の出力との論理積をとるアンドゲート53と、アンドゲート53の出力をクロックCLに同期して保持するD型フリップフロップ54とで構成され、D型フリップフロップ54の出力が第2積分期間信号となる。この第2積分期間信号は前述した逆充電部4に供給されると共に、アンドゲート6の一方の入力に供給される。なお、AD変換起動信号Rのオン時点で、ラッチ52およびD型フリップフロップ54がリセットされ、第2積分期間信号がオフ状態に初期設定される。またラッチ52は、比較器51の出力が“1”から“0”に変化した時点でも“0”にリセットされる。
【0020】
アンドゲート6の他方の入力にはクロックCLが供給されており、一方の入力に供給されている第2積分期間信号がオンになっている期間中、クロックCLを通過させて、カウンタ7に出力する。カウンタ7は、アンドゲート6から出力されたクロックCLをカウントする。なお、カウンタ7はAD変換起動信号Rのオン時に0にリセットされる。
【0021】
ノアゲート8は、AD変換の終了を判定するゲートであり、第1積分期間信号がオフとなった後、第2積分期間信号がオフとなったタイミングで、AD変換終了信号を出力する。このAD変換終了信号は図示しない後段の回路に供給され、後段の回路ではこのAD変換終了信号が入力された時点でカウンタ7のカウント値を読み出し、AD変換結果を得る。
【0022】
次に上述のように構成された本実施例の2重積分方式AD変換装置の動作を説明する。
【0023】
図2は、最大の入力アナログ信号のAD変換時における図1の実施例の動作タイミングチャートである。AD変換起動信号Rがオンになると、タイミング信号発生回路1からの第1積分期間信号がオンになり、充電部3によって、コンデンサ2は最大の第1電流によって充電されていく。AD変換起動信号Rのオン後、250μs経過すると、タイミング信号発生回路1から第2積分開始判定タイミング信号が出力される。このタイミングでは、図2に示すように、コンデンサCの電圧は基準電圧Vrefより十分に低いため、比較器51の出力が“1”となり、ラッチ52に“1”がラッチされる。このため、アンドゲート53の出力が“1”となり、D型フリップフロップ54に“1”がセットされ、第2積分期間信号がオンになる。これにより、逆充電部4は第2電流によってコンデンサ2の逆充電を開始し、またアンドゲート6が開かれるためにカウンタ7はクロックCLのカウントを開始する。
【0024】
本実施例では、逆充電部4の第2電流の値は、最大入力アナログ信号時の充電部3の第1電流に等しく設定してあるため、逆充電開始後は第1電流と第2電流とが相殺され、コンデンサCの電圧は図2に示すように一定値のまま推移する。そして、AD変換起動信号Rのオン後、4ms経過して、タイミング信号発生回路1からの第1積分期間信号がオフになると、逆充電部4による逆充電だけとなり、コンデンサCの電圧は基準電圧Vrefに向かって上昇していく。そして、コンデンサCの電圧が基準電圧Vrefを超えた直後のクロックCLで、比較器51の“0”の出力信号に起因して、D型フリップフロップ54が“0”にリセットされ、第2積分期間信号がオフとなる。これにより、逆充電が停止すると共に、アンドゲート6が閉じられてカウンタ7のカウント動作が停止し、また、ノゲート8からAD変換終了信号が出力される。
【0025】
図3は、入力アナログ信号が比較的小さい場合の図1の実施例の動作タイミングチャートである。AD変換起動信号Rがオンになると、前述と同様に充電部3によってコンデンサ2は入力アナログ信号に比例した第1電流によって充電されていく。AD変換起動信号Rのオン後、250μs経過した時点で、コンデンサCの電圧は基準電圧Vrefより低下しているが、図2の最大入力アナログ信号の場合に比べると、その低下の度合いは少ない。この時点で、タイミング信号発生回路1から第2積分開始判定タイミング信号が出力されると、コンデンサCの電圧は基準電圧Vrefより低いため、前述と同様に比較器51の出力が“1”となり、ラッチ52に“1”がラッチされてアンドゲート53の出力が“1”となり、D型フリップフロップ54に“1”がセットされて第2積分期間信号がオンになる。これにより、逆充電部4は第2電流によってコンデンサ2の逆充電を開始し、またカウンタ7はクロックCLのカウントを開始する。
【0026】
前述したように逆充電部4の第2電流の値は、最大入力アナログ信号時の充電部3の第1電流に等しく設定してあるため、入力アナログ信号が小さい場合、第2電流の方が第1電流を上回り、コンデンサCの電圧は図3に示すように元の電圧に向かって徐々に上昇していく。そして、コンデンサCの電圧が基準電圧Vrefを超えた直後のクロックCLで、比較器51の“0”の出力信号に起因して、D型フリップフロップ54が“0”にリセットされ、第2積分期間信号がオフとなる。これにより、逆充電が停止すると共にカウンタ7のカウント動作が停止する。なお、“1”を保持していたラッチ52は、比較器51の出力が“1”から“0”に変化するタイミングでリセットされ、“0”となる。
【0027】
逆充電が停止すると、コンデンサCは再び充電部3による充電だけになるため、図3に示すように、その電圧が再び下降していく。そして、タイミング信号発生回路1から第2積分開始判定タイミング信号が出力された時点で、コンデンサCの電圧が基準電圧Vrefより低ければ、比較器51の“1”の出力がラッチ52にラッチされ、アンドゲート53の出力が“1”となって、直後のクロックCLに同期してD型フリップフロップ54に“1”がセットされ、再び逆充電部4による逆充電が再開されると共に、カウンタ7のクロックCLのカウントが再開される。
【0028】
以上のような動作が繰り返され、AD変換起動信号Rのオン後、4ms経過して充電部3による充電が終了すると、逆充電部4による逆充電だけになり、図3には示されていないが、コンデンサCの電圧が基準電圧Vrefに向かって上昇していく。そして、コンデンサCの電圧が基準電圧Vrefを超えた直後のクロックCLで、比較器51の“0”の出力信号に起因して、D型フリップフロップ54が“0”にリセットされ、第2積分期間信号がオフとなる。これにより、逆充電が停止すると共に、アンドゲート6が閉じられてカウンタ7のカウント動作が停止し、また、ノアゲート8からAD変換終了信号が出力される。
【0029】
上述のように図1に示した実施例によれば、最大入力アナログ信号のAD変換に要する時間は4ms+250μsとなり、入力信号の大きさによるAD変換時間のバラツキ幅は250μsに抑えられる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、最大入力アナログ信号のAD変換に要する時間を短縮することができる共に、入力信号の大きさによるAD変換時間のバラツキの少ない2重積分方式のAD変換が実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の2重積分方式AD変換装置のブロック図である。
【図2】入力アナログ信号が最大値の場合の図1の実施例の動作タイミングチャートである。
【図3】入力アナログ信号が比較的小さい場合の図1の実施例の動作タイミングチャートである。
【符号の説明】
1…タイミング信号発生回路 6…アンドゲート
2…コンデンサ 7…カウンタ
3…充電部 8…ノアゲート
4…逆充電部
5…第2積分期間信号発生部
51…比較器
52…ラッチ
53…アンドゲート
54…D型フリップフロップ
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a technique of AD conversion, about AD varying retrofit location of particular double integration method.
[0002]
[Prior art]
Generally, three types of AD conversion methods are known: a low-speed and high-precision counting method, a medium-speed and medium-precision successive approximation method, and a high-speed and low-precision parallel comparison method. Since high accuracy is required for the AD conversion in the active distance measuring device used, a low-speed and high-accuracy counting method has been awarded.
[0003]
A typical example of a low-speed and high-accuracy counting method is a so-called double integration method. In the conventional double integration A / D conversion, a capacitor is charged for a certain period of time with a current proportional to the value of an input analog signal, and then reversely charged with a reference current having a polarity opposite to that of the input signal. The reverse charging time required to return to the voltage is counted by the counter. Here, charging the capacitor with a current proportional to the value of the input analog signal is referred to as “first integration”, and reverse charging with a reference current having a reverse polarity is referred to as “reverse integration” or “second integration”. There is.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
For example, assuming that the clock for counting is 64 KHz, in the case of AD conversion of 8-bit output, the maximum time of the second integration is 4 ms {(1/64 KHz) × 2 8 }. Therefore, assuming that the time of the first integration is also 4 ms, the AD conversion of the maximum input analog signal takes 8 ms. On the other hand, in the case of a minute input analog signal, the second integration time is very short, and the AD conversion time is 4 ms, which is almost equal to the first integration time. That is, in the conventional method, there is a problem that a large variation occurs in the AD conversion time depending on the magnitude of the input analog signal, and the usability is not good. Note that the method of increasing the reference current used for the second integration to shorten the maximum value of the second integration time causes an increase in error and involves a difficulty in circuit design because a large reference current must be passed.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a double integral type AD varying retrofit location with less variation in AD conversion time by the magnitude of the input analog signal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention starts the second integration without waiting for the end of the first integration. As a result, the maximum end time of the second integration is advanced, so that the AD conversion time at the time of the maximum input analog signal can be reduced, and the variation of the AD conversion time due to the size of the input analog signal can be reduced.
[0007]
However, depending on the timing at which the second integration is started and the magnitude of the input analog signal, the voltage of the capacitor may return to the original voltage due to reverse charging by the second current during the period of the first integration. Therefore, in such a case, the reverse charging is temporarily interrupted, and then the second integration is restarted on condition that the capacitor starts to be charged again. Therefore, the second integration may be performed intermittently, in which case the second integration time is the accumulated time of each.
[0008]
If the second integration is restarted immediately after the capacitor starts to be charged again after the interruption of the second integration, the second integration must be interrupted immediately. If the input analog signal is small, the second integration is stopped. Is frequently interrupted and restarted, causing an error. Therefore, the restart of the second integration is performed in synchronization with the second integration start determination timing signal generated in a predetermined cycle.
[0009]
The double integration type AD device that implements the above-described double integration type AD conversion method receives an AD conversion start signal and a clock, and outputs a first integration period signal over a time T from the time when the AD conversion start signal is turned on. A timing signal generating circuit for generating a second integration start determination timing signal every time T / N (N is a positive integer) from the time when the A / D conversion start signal is turned on; a capacitor; A charging unit for charging the capacitor with a first current proportional to the value of the input analog signal during an ON period of the integration period signal, and monitoring whether the capacitor is in a charged state or a reverse-charged state as viewed from a reference voltage The second integration period signal is turned on in synchronization with the second integration start determination timing signal on condition that the capacitor is in a charged state, and the capacitor is in a reverse charged state. A second integration period signal generating unit for turning off the second integration period signal at a point; and, during the ON period of the second integration period signal, setting the capacitor by a second current having a constant value and a reverse polarity to the first current. A reverse charging unit for performing reverse charging; and a counter that counts the clock during the ON period of the second integration period signal.
[0010]
In a preferred embodiment of the present invention, the second integration period signal generation section compares the voltage of the capacitor with a reference voltage to determine whether the capacitor is in a charged state or a reversely charged state in view of the reference voltage. A comparator for determining whether or not the comparator is in the second integration start determination timing signal, and holding the determination signal in response to the determination signal of the comparator from the state of charge. A latch that resets when switching to the reverse charge state determination, and a logical product condition signal of an output signal of the latch and a determination signal of the comparator are held in synchronization with the clock; And a flip-flop that outputs an integration period signal.
[0011]
[Action]
When the AD conversion start signal is turned on, the timing signal generation circuit turns on the first integration period signal for a time T (for example, 4 ms). Thus, the charging unit starts charging the capacitor with the first current proportional to the input analog signal. When the AD conversion start signal is turned on, the timing signal generation circuit generates a second integration start determination timing signal every time T / N (for example, 250 μs when N = 16) elapses after the ON.
[0012]
The second integration period signal generation section monitors, by a comparator, whether the capacitor is in a charged state or a reversely charged state as viewed from the reference voltage, and the second integration start determination timing is determined on the condition that the capacitor is in the charged state. The second integration period signal is turned on in synchronization with the signal. That is, by holding the determination signal of the comparator in the latch, and setting the logical product condition signal of the output signal of the latch and the determination signal of the comparator in the flip-flop in synchronization with the clock, the second integration period signal is obtained. turn on. Thus, in parallel with the first integration, the reverse charging unit starts reverse charging the capacitor with the second current, and the counter starts counting clocks.
[0013]
Assuming that the first current generated by the charging unit at the time of the maximum input analog signal is equal to the second current of the reverse charging unit, the first current and the second current are canceled at the time of AD conversion of the maximum input analog signal. The voltage of the capacitor at the start of the second integration is maintained until the end of the first integration, and after the end of the first integration, the voltage of the capacitor returns to the original voltage when T / N has elapsed. In this case, the second integration is performed continuously for T time.
[0014]
On the other hand, when the input analog signal is small, the capacitor returns to the original voltage during the period of the first integration because the second current is larger than the first current, and the capacitor is brought into the reverse charge state by the second current. In such a reverse charging state, the flip-flop of the second integration period signal generation unit is reset by the clock immediately after that, and the second integration period signal is turned off. Thus, the counting of the clock by the counter is interrupted, the second integration by the reverse charging unit is interrupted, and only the first integration is performed again. When the capacitor is charged again, the flip-flop of the second integration period signal generation unit is set in synchronization with the second integration start determination timing signal, the second integration period signal is turned on, and the reverse charging unit again operates. The second integration is resumed, and the counter also resumes counting clocks.
[0015]
【Example】
Referring to FIG. 1, a double integration type AD converter according to an embodiment of the present invention includes a timing signal generation circuit 1, an integration capacitor 2, a charging unit 3, a reverse charging unit 4, and a second integration unit. It includes a period signal generator 5, an AND gate 6, a counter 7, and a NOR gate 8.
[0016]
The timing signal generation circuit 1 receives the AD conversion start signal R and the clock CL, and generates a first integration period signal and a second integration start determination timing signal. In the present embodiment, the clock CL is 64 KHz, and the timing signal generation circuit 1 turns on the first integration period signal for a period of 4 ms, which is a time equivalent to 256 clocks from the time when the AD conversion start signal R is turned on. To After the A / D conversion start signal R is turned on, a second integration start determination timing signal is generated every time 250 μs, which is a time equivalent to 16 clocks, elapses.
[0017]
Two charging units 3 and 4 are connected to the integrating capacitor 2. One is a charging unit 3 that performs first integration, and charges the capacitor 2 with a first current proportional to the input analog signal during a period in which the first integration period signal is on. The other is a reverse charging unit 4 for performing the second integration. During the period in which the second integration period signal generated from the second integration period signal generation unit 5 is on, the reverse charging unit 4 has a constant value opposite to the first current. The capacitor 2 is reversely charged with the second current. Note that the capacitor 2 is initially set to a voltage equal to the reference voltage before the AD conversion start signal is turned on.
[0018]
The second integration period signal generation unit 5 monitors whether the capacitor 2 is in a charged state or a reverse charged state in view of the reference voltage Vref, and generates a second integration start determination timing signal on condition that the capacitor 2 is in the charged state. The second integration period signal is turned on in synchronization. When the capacitor C is reversely charged, the second integration period signal is immediately turned off. When the capacitor C is charged again, the second integration period signal is synchronized with the second integration start determination timing signal. The operation of turning on the signal is repeated.
[0019]
In the present embodiment, the second integration period signal generator 5 compares the voltage of the capacitor 2 with the reference voltage Vref, and outputs “1” if the voltage of the capacitor 2 is lower than the reference voltage Vref; A comparator 51 that outputs 0 ”; a latch 52 that holds the output of the comparator 51 in synchronization with the second integration start determination timing signal; and an AND gate that ANDs the output of the latch 52 and the output of the comparator 51 It is composed of a gate 53 and a D-type flip-flop 54 that holds the output of the AND gate 53 in synchronization with the clock CL, and the output of the D-type flip-flop 54 becomes a second integration period signal. The second integration period signal is supplied to the above-described reverse charging unit 4 and also to one input of the AND gate 6. When the AD conversion start signal R is turned on, the latch 52 and the D-type flip-flop 54 are reset, and the second integration period signal is initialized to an off state. The latch 52 is also reset to “0” when the output of the comparator 51 changes from “1” to “0”.
[0020]
The clock CL is supplied to the other input of the AND gate 6, and the clock CL is passed to the counter 7 while the second integration period signal supplied to the one input is on. I do. The counter 7 counts the clock CL output from the AND gate 6. The counter 7 is reset to 0 when the AD conversion start signal R is turned on.
[0021]
The NOR gate 8 is a gate that determines the end of the AD conversion, and outputs an AD conversion end signal at a timing when the second integration period signal is turned off after the first integration period signal is turned off. The A / D conversion end signal is supplied to a subsequent circuit (not shown), and the latter circuit reads the count value of the counter 7 when the A / D conversion end signal is input, and obtains an A / D conversion result.
[0022]
Next, the operation of the double-integration type AD converter according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0023]
FIG. 2 is an operation timing chart of the embodiment of FIG. 1 at the time of AD conversion of the maximum input analog signal. When the AD conversion start signal R is turned on, the first integration period signal from the timing signal generation circuit 1 is turned on, and the capacitor 2 is charged by the charging unit 3 with the maximum first current. When 250 μs elapses after the AD conversion start signal R is turned on, the timing signal generation circuit 1 outputs a second integration start determination timing signal. At this timing, as shown in FIG. 2, since the voltage of the capacitor C is sufficiently lower than the reference voltage Vref, the output of the comparator 51 becomes "1", and "1" is latched in the latch 52. Therefore, the output of the AND gate 53 becomes "1", "1" is set in the D-type flip-flop 54, and the second integration period signal is turned on. As a result, the reverse charging unit 4 starts reverse charging the capacitor 2 with the second current, and the counter 7 starts counting the clock CL because the AND gate 6 is opened.
[0024]
In the present embodiment, the value of the second current of the reverse charging unit 4 is set to be equal to the first current of the charging unit 3 at the time of the maximum input analog signal. Are offset, and the voltage of the capacitor C changes with a constant value as shown in FIG. When the first integration period signal from the timing signal generation circuit 1 is turned off 4 ms after the A / D conversion start signal R is turned on, only the reverse charging by the reverse charging unit 4 is performed, and the voltage of the capacitor C becomes the reference voltage. It rises toward Vref. Then, at the clock CL immediately after the voltage of the capacitor C exceeds the reference voltage Vref, the D-type flip-flop 54 is reset to “0” due to the output signal of “0” of the comparator 51, and the second integration is performed. The period signal is turned off. Thereby, the reverse charging is stopped, the AND gate 6 is closed, the counting operation of the counter 7 is stopped, and the AD conversion end signal is output from the NOR gate 8.
[0025]
FIG. 3 is an operation timing chart of the embodiment of FIG. 1 when the input analog signal is relatively small. When the AD conversion start signal R is turned on, the capacitor 2 is charged by the charging unit 3 with the first current proportional to the input analog signal, as described above. When 250 μs elapses after the A / D conversion start signal R is turned on, the voltage of the capacitor C is lower than the reference voltage Vref, but the degree of the decrease is smaller than in the case of the maximum input analog signal of FIG. At this time, when the second integration start determination timing signal is output from the timing signal generation circuit 1, the voltage of the capacitor C is lower than the reference voltage Vref, so that the output of the comparator 51 becomes "1" as described above, "1" is latched by the latch 52, the output of the AND gate 53 becomes "1", "1" is set in the D-type flip-flop 54, and the second integration period signal is turned on. Thereby, the reverse charging unit 4 starts reverse charging the capacitor 2 with the second current, and the counter 7 starts counting the clock CL.
[0026]
As described above, the value of the second current of the reverse charging unit 4 is set equal to the first current of the charging unit 3 at the time of the maximum input analog signal. Therefore, when the input analog signal is small, the second current is smaller. Above the first current, the voltage of the capacitor C gradually increases toward the original voltage as shown in FIG. Then, at the clock CL immediately after the voltage of the capacitor C exceeds the reference voltage Vref, the D-type flip-flop 54 is reset to “0” due to the output signal of “0” of the comparator 51, and the second integration is performed. The period signal is turned off. Thereby, the reverse charging stops and the counting operation of the counter 7 stops. The latch 52 holding “1” is reset at the timing when the output of the comparator 51 changes from “1” to “0”, and becomes “0”.
[0027]
When the reverse charging stops, the capacitor C is only charged by the charging unit 3 again, so that the voltage of the capacitor C decreases again as shown in FIG. When the voltage of the capacitor C is lower than the reference voltage Vref at the time when the second integration start determination timing signal is output from the timing signal generation circuit 1, the output of "1" of the comparator 51 is latched by the latch 52, The output of the AND gate 53 becomes "1", "1" is set in the D-type flip-flop 54 in synchronization with the clock CL immediately thereafter, the reverse charging by the reverse charging unit 4 is restarted, and the counter 7 Clock CL is restarted.
[0028]
The above operation is repeated, and when charging by the charging unit 3 ends 4 ms after the AD conversion start signal R is turned on, only reverse charging by the reverse charging unit 4 is performed, which is not shown in FIG. However, the voltage of the capacitor C increases toward the reference voltage Vref. Then, at the clock CL immediately after the voltage of the capacitor C exceeds the reference voltage Vref, the D-type flip-flop 54 is reset to “0” due to the output signal of “0” of the comparator 51, and the second integration is performed. The period signal is turned off. As a result, the reverse charging is stopped, the AND gate 6 is closed, the counting operation of the counter 7 is stopped, and the AD conversion end signal is output from the NOR gate 8.
[0029]
As described above, according to the embodiment shown in FIG. 1, the time required for AD conversion of the maximum input analog signal is 4 ms + 250 μs, and the variation width of the AD conversion time due to the magnitude of the input signal is suppressed to 250 μs.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the time required for AD conversion of the maximum input analog signal can be shortened, and the AD conversion of the double integration method in which the variation of the AD conversion time due to the magnitude of the input signal is small. There is an effect that it can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a double integration type AD converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation timing chart of the embodiment of FIG. 1 when an input analog signal has a maximum value.
FIG. 3 is an operation timing chart of the embodiment of FIG. 1 when an input analog signal is relatively small.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 timing signal generating circuit 6 AND gate 2 capacitor 7 counter 3 charging unit 8 NOR gate 4 reverse charging unit 5 second integration period signal generating unit 51 comparator 52 latch 53 AND gate 54 D-type flip-flop

Claims (2)

AD変換起動信号とクロックとを入力とし、AD変換起動信号のオン時点から時間Tにわたって第1積分期間信号をオンにすると共に、AD変換起動信号のオン時点から時間T/N(Nは正の整数)経過する毎に第2積分開始判定タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路と、
コンデンサと、
前記第1積分期間信号のオン期間中、入力アナログ信号の値に比例した第1電流で前記コンデンサを充電する充電部と、
前記コンデンサが基準電圧からみて充電状態にあるか、逆充電状態にあるかを監視し、充電状態にあることを条件に前記第2積分開始判定タイミング信号に同期して第2積分期間信号をオンにすると共に、前記コンデンサが逆充電状態になった時点で前記第2積分期間信号をオフにする第2積分期間信号発生部と、
前記第2積分期間信号のオン期間中、前記第1電流と逆極性で一定値の第2電流によって前記コンデンサを逆充電する逆充電部と、
前記第2積分期間信号のオン期間中、前記クロックをカウントするカウンタとを備えることを特徴とする2重積分方式AD変換装置。
An A / D conversion start signal and a clock are input, the first integration period signal is turned on for a time T from the on time of the A / D conversion start signal, and the time T / N (N is a positive A timing signal generating circuit for generating a second integration start determination timing signal every time an integer has passed;
A capacitor,
A charging unit that charges the capacitor with a first current proportional to a value of an input analog signal during an ON period of the first integration period signal;
It monitors whether the capacitor is in a charging state or a reverse charging state in view of a reference voltage, and turns on a second integration period signal in synchronization with the second integration start determination timing signal on condition that the capacitor is in a charging state. A second integration period signal generation unit that turns off the second integration period signal when the capacitor is in a reverse charge state;
A reverse charging unit that reverse charges the capacitor with a second current having a constant value and a reverse polarity to the first current during an ON period of the second integration period signal;
And a counter for counting the clock during the ON period of the second integration period signal.
前記第2積分期間信号発生部は、
前記コンデンサの電圧を基準電圧と比較することにより、基準電圧からみて前記コンデンサが充電状態にあるか、逆充電状態にあるかを判定する比較器と、
該比較器の判定信号を前記第2積分開始判定タイミング信号に同期して保持し、且つ、該保持した判定信号を前記比較器の判定信号が充電状態から逆充電状態の判定に切り換わった時点でリセットするラッチと、
該ラッチの出力信号と前記比較器の判定信号との論理積条件信号を前記クロックに同期して保持し、保持した信号を第2積分期間信号として出力するフリップフロップとから構成されることを特徴とする請求項記載の2重積分方式AD変換装置。
The second integration period signal generation unit includes:
By comparing the voltage of the capacitor with a reference voltage, a comparator that determines whether the capacitor is in a charged state or in a reverse charge state from the viewpoint of a reference voltage,
The determination signal of the comparator is held in synchronization with the second integration start determination timing signal, and the held determination signal is switched when the determination signal of the comparator switches from the charging state to the determination of the reverse charging state. A latch to reset with
A flip-flop for holding a logical product condition signal of an output signal of the latch and a determination signal of the comparator in synchronization with the clock, and outputting the held signal as a second integration period signal. 2. The double integration type AD converter according to claim 1, wherein:
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