JP3750330B2

JP3750330B2 - Ａ／ｄ変換装置

Info

Publication number: JP3750330B2
Application number: JP01364098A
Authority: JP
Inventors: 丈治武良
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH11214996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ａ／Ｄ変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ａ／Ｄ変換装置のアナログ側回路の精度を補正する方法としては、ゲインを有する演算増幅器のようなアンプを用い、該アンプの基準電源の電圧、オフセット値の精度を可変抵抗器によって調整する方法、出荷時に外部から高精度の基準電源を入力して実装されたアンプのオフセット及びゲインの各値の校正データをマイクロプロセッサのメモリに登録して、その校正データを用いてＡ／Ｄ変換値の変換誤差を補正する方法の二つが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の二つの方法の内、前者の方法では、人の作業に依存するため、品質特性のばらつきの要因となるという問題がある。また後者の方法では、校正データの登録手段に人の作業工数や設備投資を多く必要とするという問題がある。
【０００４】
また更に従来方法では、精度の補正は装置の出荷時の調整のみ行うものであるため、経時変化や温度変化による誤差変動には対応できないので、ドリフトの少ない高価な部品を選択せざるを得ないという問題がある。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは実装状態で内部において自動的にゲインやオフセットの値を検出でき、経時変化や温度変化にも、変換値の補正がができ、且つ人手による調整を必要とせず、信頼性が大幅に向上したＡ／Ｄ変換装置を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明では、外部入力を増幅する演算増幅器からなるプリアンプと、該プリアンプからの増幅出力を増幅するメインアンプと、少なくとも２チャンネルの入力を有し、プリアンプの出力及びメインアンプの出力を夫々Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力を取り込み演算処理を行うマイクロプロセッサとから構成されるＡ／Ｄ変換装置において、プリアンプの入力端子側に、該入力端子に外部入力と基準電源とアナロググランドとを選択切換え接続するスイッチを設け、プリアンプに設けられた出力補正端子側に、該出力補正端子に、前記アナロググランドと前記基準電源とを選択切換え接続する別のスイッチを設け、マイクロプセッサでは、プリアンプの入力端子及び出力補正端子をアナロググランドに接続した状態で、プリアンプの出力の第１のＡ／Ｄ変換値及びメインアンプの出力の第２のＡ／Ｄ変換値とを求め、プリアンプの入力端子をアナロググランドに接続し、出力補正端子を基準電源に接続した状態で、プリアンプの出力の第３のＡ／Ｄ変換値を求め、プリアンプの入力端子を基準電源に接続し、出力補正端子をアナロググランドに接続した状態でメインアンプの出力の第４のＡ／Ｄ変換値を求め、これらの第１乃至第４のＡ／Ｄ変換値からオフセット及びゲインの値を検出することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記基準電源は、シャントレギュレータの電圧を抵抗分圧して得て成ることを特徴とする。
請求項３の発明では、外部入力を増幅する演算増幅器からなるプリアンプと、該プリアンプからの増幅出力を増幅するメインアンプと、少なくとも２チャンネルの入力を有し、一方の入力にメインアンプの出力を接続し、他方の入力に第１の基準電源の電圧を接続してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力を取り込み演算処理を行うマイクロプロセッサとから構成されるＡ／Ｄ変換装置において、プリアンプの入力端子側に、該入力端子に外部入力と第２の基準電源とアナロググランドとを選択切換え接続するスイッチを設け、プリアンプに設けられた出力補正端子側に、該出力補正端子及び上記Ａ／Ｄ変換器の他の入力に、前記第１の基準電源と前記第２の基準電源とを選択切換え接続する別のスイッチを設け、マイクロプセッサでは、プリアンプの入力端子をアナロググランドに接続し、出力補正端子を第１の基準電源に接続した状態で、メインアンプの出力の第１のＡ／Ｄ変換値を求め、プリアンプの入力端子を第２の基準電源に接続し、出力補正端子を第１の基準電源に接続した状態で、メインアンプの出力の第２のＡ／Ｄ変換値を求め、プリアンプの入力端子及び出力補正端子及びＡ／Ｄ変換器の他の入力に第２の基準電源を接続してこの第２の基準電源の出力の第３のＡ／Ｄ変換値を求め、これら第１乃至第３のＡ／Ｄ変換値からオフセット及びゲインの値を検出することを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、第１、第２の基準電源は、一つのシャントレギュレータの電圧を抵抗分圧して夫々得て成ることを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１又は３の発明において、上記検出されたオフセット及びゲインの値を用いて外部入力の変換値をＡ／Ｄ変換値のフルスケールにマイクロプセッサで正規化することを特徴とする
。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
図１は本実施形態の構成を示しており、本実施形態は、図示するように、外部入力Ｘを入力端子（＋端子）に入力して増幅する演算増幅器からなるプリアンプ１と、該プリアンプ１からの増幅出力を増幅するメインアンプ２と、プリアンプ１の出力ＡＤ２及びメインアンプ２の出力ＡＤ１を夫々Ａ／Ｄ変換する２チャンネルのＡ／Ｄ変換器３と、該Ａ／Ｄ変換器３からの出力を取り込み演算処理を行うマイクロプロセッサ（以下ＭＰＵと略す）４と、プリアンプ２の入力端子（＋端子）側に設けられ、該入力端子に、外部入力Ｘと、基準電源Ｖ１と、アナロググランドＡＧとを選択切換え接続するアナログスイッチＳＷ１と、プリアンプ１の出力補正端子側に設けられ、該出力補正端子に、前記アナロググランドＡＧと、前記基準電源Ｖ１とを選択切換え接続する別のアナログスイッチＳＷ２とを備えている。
【０００９】
以下に本実施形態でのオフセット及びゲインの検出方法を説明する。
ここでプリアンプ１の入力換算オフセット値をＶＯＦ１、実装ゲインをＧ１、基準電源Ｖ１の実装電圧値をｖ１、メインアンプ２の入力換算オフセット値をＶＯＦ２、実装ゲインをＧ２とする。
まずオフセット値の検出は次の２経路で行われる。
【００１０】
つまりＭＰＵ４では、プリアンプ１の入力端子及び出力補正端子をアナロググランドＡＧに接続するように各アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切換制御した状態で、プリアンプ１の出力ＡＤ１のＡ／Ｄ変換値を求める。この変換値をＡ１とすると、
Ａ１＝ＶＯＦ１×Ｇ１となる。
【００１１】
またこの時のメインアンプの出力ＡＤ２のＡ／Ｄ変換値を求める。この変換値をＡ２とすると、
Ａ２＝（ＶＯＦ１×Ｇ１＋ＶＯＦ２）×Ｇ２となる。
変換値Ａ１がプリアンプ１のオフセット値、変換値Ａ２がメインアップ２のオフセット値となる。
【００１２】
次に両アンプ１，２のゲインＧ１，Ｇ２の積算ゲインＧ１×Ｇ２を次の手順で求める。
この場合プリアンプ１の入力端子をアナロググランドＡＧに接続した状態で、アナログスイッチＳＷ２を切り換えて出力補正端子に基準電源Ｖ１の電圧ｖ１を接続し、この状態でプリアンプ１の出力のＡ／Ｄ変換値を求める。この変換値をＡ３とすると、
Ａ３＝Ａ１＋ｖ１となる。
【００１３】
次にアナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換えてプリアンプ１の入力端子に基準電源Ｖ１の電圧ｖ１を接続し、出力補正端子をアナロググランドＡＧに接続した状態で、メインアンプ２の出力のＡ／Ｄ変換値を求める。この変換値をＡ４とすると、
Ａ４＝（ＶＯＦ１×Ｇ１＋ｖ１×Ｇ１＋ＶＯＦ２）×Ｇ２となる。
【００１４】
そして上記の変換値Ａ２を変換値Ａ４から差し引くことにより、
Ａ４−Ａ２＝ｖ１×Ｇ１×Ｇ２が求まる。一方Ａ３−Ａ１からｖ１が求まるので、（Ａ４−Ａ２）／（Ａ３−Ａ１）＝Ｇ１×Ｇ２が求まることになる。
そしてＡ２のオフセット値及び上記のＧ１×Ｇ２のゲインの積算値から実際の外部入力Ｘの変換誤差を以下の手順でＭＰＵ４は補正する。
【００１５】
つまり外部入力Ｘがプリアンプ１に入力している時には出力補正端子をアナロググランドＡＧに接続した状態で、外部入力Ｘをメインアンプ２の出力ＡＤ１ととしてＡ／Ｄ変換する。この時のＡ／Ｄ変換値をＡ（Ｘ）とすると、
Ａ（Ｘ）＝Ａ２＋Ｘ×Ｇ１×Ｇ２と表されるので、
外部出力Ｘの値は
Ｘ＝（Ａ（Ｘ）−Ａ２）／（Ｇ１×Ｇ２）
と求まることになる。
【００１６】
このようにして本実施形態ではＭＰＵ４によりアナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え接続して、オフセット値、及びゲインを実装のまま検出することができ、これらにより外部入力Ｘに対する変換誤差の補正を行うことができる。従ってＡ／Ｄ変換装置として出荷時の初期精度の補正は勿論のこと、経年変化や温度変化に対しても自動的に誤差補正することができ、しかも人手によらないため、高精度の誤差補正ができて信頼性が大幅に向上する。
【００１７】
ところで、実装ゲインの積算値Ｇ１×Ｇ２は、オフセット値を含めて読み出されるので、Ａ／Ｄ変換値のフレウスケールに対してゲインが圧縮されている。従って他の装置からＡ／Ｄ変換値を読み出すとき、整合がとれない。そのため圧縮されたゲインを正規化する必要がある。
そこで外部出力Ｘの変換値をフルスケールに正規化を以下の手順で行う。
【００１８】
まず外部出力Ｘの正規化した変換値をＤ（Ｘ）とし、フルスケールでの理想ゲインをＲＧとすると、Ｄ（Ｘ）は、
Ｄ（Ｘ）＝（Ａ（Ｘ）−Ａ２）×ＲＧ／（Ｇ１×Ｇ２）
となる。ここで積算ゲインＧ１×Ｇ２が入力の種類によって複数必要とする場合にはＭＰＵ４において、ＲＧ／（Ｇ１×Ｇ２）の値をテーブル化して登録し、正規化補正係数として利用するようにすれば良い。
【００１９】
本実施形態では、オフセットやゲインの実装値をＭＰＵ４で求めて変換値を補正するので、基準電源Ｖ１の精度は特に要求されず、誤差を含んでも安定化していれば問題がない。
そこで基準電源Ｖ１としては図２に示すようにツェナーダイオードＺＤからなるシャントレギュレータの電圧Ｖｒｅｆを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して所定の電圧ｖ１（＝Ｖｒｅｆ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））を得るもので構成することができる。
【００２０】
（実施形態２）
本実施形態は図３に示すようにプリアンプ１の出力補正端子に接続する基準電源を、アナログスイッチＳＷ２でＶ１と、Ｖ２とに切り換え接続できるようにし、またＡ／Ｄ変換器３は一方の入力にメインアンプ１の出力を接続し、他方の入力にアナログスイッチＳＷ２により出力補正端子に切り換え接続される基準電源Ｖ１又はＶ２の電圧ｖ１又はｖ２を接続するようになっている点で実施形態１と相違する。
【００２１】
ここで基準電源Ｖ２はゲインＧ１のオフセットの値によってＡ／Ｄ変換値が負になることを防止するために用意したもので、外部入力ＸをＡ／Ｄ変換する場合にはアナログスイッチＳＷ２によって出力補正端子に接続される。
以下に本実施形態でのオフセット及びゲインの検出方法を説明する。
尚プリアンプ１の入力換算オフセット値をＶＯＦ１、実装ゲインをＧ１、基準電源Ｖ１の実装電圧値をｖ１、メインアンプ２の入力換算オフセット値をＶＯＦ２、実装ゲインをＧ２とする。
【００２２】
まずオフセット値の検出は次ように行われる。
つまりＭＰＵ４では、プリアンプ１の入力端子をアナロググランドＡＧに接続し、出力補正端子を基準電源Ｖ２に接続するように各アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え制御した状態で、メインアンプ２の出力ＡＤ１のＡ／Ｄ変換値を求める。この変換値をＡ１とすると、
Ａ１＝（ＶＯＦ１×Ｇ１＋ｖ２＋ＶＯＦ２）×Ｇ２となる。
【００２３】
次に、プリアンプ１の入力端子に基準電源Ｖ１を接続し、プリアンプの出力補正端子に基準電源Ｖ２を接続するように各アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え制御した状態で、メインアンプ２の出力ＡＤ１のＡ／Ｄ変換値を求める。この変換値をＡ２とすると、
Ａ２＝（ＶＯＦ１×Ｇ１＋ｖ1 ×Ｇ１＋ｖ２＋ＶＯＦ２）×Ｇ２となる。
【００２４】
更に、プリアンプ１の入力端子及びプリアンプの出力補正端子に基準電源Ｖ１を接続するように各アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え制御した状態で、ＡＤ２のＡ／Ｄ変換値を求める。この変換値をＡ３とすると、
Ａ３＝ｖ１となる。
これらの変換値Ａ１〜Ａ３より
積算ゲインＧ１×Ｇ２は
Ｇ１×Ｇ２＝（Ａ２−Ａ１）／Ａ３で求まることになる。
【００２５】
このようにして本実施形態でも実装下でのオフセット値、積算ゲインの値をＭＰＵ４にて求め、これに基づいてＭＰＵ４において外部入力Ｘの変換値補正を実施形態１と同様に行うことができるのである。
また本実施形態では基準電源Ｖ２の出力補正によりオフセット出力が必ず＋方向となり、Ａ／Ｄ変換値が正のみで使えることで低コスト化を実現できる。
【００２６】
尚本実施形態でも実装ゲインの積算の値Ｇ１×Ｇ２は、オフセット値を含めて読み出されるので、正規化してＡ／Ｄ変換値のフルスケールに対応させるようにするのは勿論である。また本実施形態でも、オフセットやゲインの実装値をＭＰＵ４で求めて変換値を補正するので、基準電源Ｖ１，Ｖ２は互いに独立したものや、高精度のものが要求されず、また相対誤差を含んでも安定化していれば問題がない。
【００２７】
そこで基準電源Ｖ１，Ｖ２としては図４に示すようにツェナーダイオードＺＤからなるシャントレギュレータの電圧Ｖｒｅｆを抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で分圧して所定の電圧ｖ１（＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３））及び電圧ｖ２（＝Ｖｒｅｆ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３））を得るもので構成することができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明、請求項３の発明は上述のように構成したので、実装下でのゲインやオフセットの値をマイクロプロセッサで検出することができ、初期精度の補正だけでなく、経時変化や温度変換にもダイナミックに変換値誤差の補正ができ、しかもマイクロプロセッサによって自動補正ができるため、人間による調整を必要とせず、精度の誤差調整ができるため信頼性が大幅に向上するという効果があり、更に高精度の基準電源等も必要とせず、入手しやすい汎用品で製作することが可能で、低コスト化や納期管理等も容易であるという製造上の効果もある。
【００２９】
請求項２の発明、請求項４の発明は、基準電源の構成を簡単化したものであり、コスト的にも優れているという効果がある。
請求項５の発明は、Ａ／Ｄ変換値のフルスケースに対応して、他のの装置からＡ／Ｄ変換値を読み出す時に整合がとれるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の回路構成図である。
【図２】同上の基準電源の回路構成図である。
【図３】本発明の実施形態２の回路構成図である。
【図４】同上の基準電源の回路構成図である。
【符号の説明】
１プリアンプ
２メインアンプ
３Ａ／Ｄ変換器
４マイクロプロセッサ
ＳＷ１，ＳＷ２アナログスイッチ
Ｖ₁基準電源
ＡＧアナロググランド
Ｇ１，Ｇ２ゲイン
ＡＤ１，ＡＤ２アンプ出力
Ｘ外部入力

Claims

外部入力を増幅する演算増幅器からなるプリアンプと、該プリアンプからの増幅出力を増幅するメインアンプと、少なくとも２チャンネルの入力を有し、プリアンプの出力及びメインアンプの出力を夫々Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力を取り込み演算処理を行うマイクロプロセッサとから構成されるＡ／Ｄ変換装置において、プリアンプの入力端子側に、該入力端子に外部入力と基準電源とアナロググランドとを選択切換え接続するスイッチを設け、プリアンプに設けられた出力補正端子側に、該出力補正端子に、前記アナロググランドと前記基準電源とを選択切換え接続する別のスイッチを設け、マイクロプセッサでは、プリアンプの入力端子及び出力補正端子をアナロググランドに接続した状態で、プリアンプの出力の第１のＡ／Ｄ変換値及びメインアンプの出力の第２のＡ／Ｄ変換値とを求め、プリアンプの入力端子をアナロググランドに接続し、出力補正端子を基準電源に接続した状態で、プリアンプの出力の第３のＡ／Ｄ変換値を求め、プリアンプの入力端子を基準電源に接続し、出力補正端子をアナロググランドに接続した状態でメインアンプの出力の第４のＡ／Ｄ変換値を求め、これらの第１乃至第４のＡ／Ｄ変換値からオフセット及びゲインの値を検出することを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
上記基準電源は、シャントレギュレータの電圧を抵抗分圧して得て成ることを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。
外部入力を増幅する演算増幅器からなるプリアンプと、該プリアンプからの増幅出力を増幅するメインアンプと、少なくとも２チャンネルの入力を有し、一方の入力にメインアンプの出力を接続し、他方の入力に第１の基準電源の電圧を接続してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力を取り込み演算処理を行うマイクロプロセッサとから構成されるＡ／Ｄ変換装置において、プリアンプの入力端子側に、該入力端子に外部入力と第２の基準電源とアナロググランドとを選択切換え接続するスイッチを設け、プリアンプに設けられた出力補正端子側に、該出力補正端子及び上記Ａ／Ｄ変換器の他の入力に、前記第１の基準電源と前記第２の基準電源とを選択切換え接続する別のスイッチを設け、マイクロプセッサでは、プリアンプの入力端子をアナロググランドに接続し、出力補正端子を第１の基準電源に接続した状態で、メインアンプの出力の第１のＡ／Ｄ変換値を求め、プリアンプの入力端子を第２の基準電源に接続し、出力補正端子を第１の基準電源に接続した状態で、メインアンプの出力の第２のＡ／Ｄ変換値を求め、プリアンプの入力端子及び出力補正端子及びＡ／Ｄ変換器の他の入力に第２の基準電源を接続してこの第２の基準電源の出力の第３のＡ／Ｄ変換値を求め、これら第１乃至第３のＡ／Ｄ変換値からオフセット及びゲインの値を検出することを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
第１、第２の基準電源は、一つのシャントレギュレータの電圧を抵抗分圧して夫々得て成ることを特徴とする請求項３記載のＡ／Ｄ変換装置。
上記検出されたオフセット及びゲインの値を用いて外部入力の変換値をＡ／Ｄ変換値のフルスケールにマイクロプセッサで正規化することを特徴とする請求項１又は３記載のＡ／Ｄ変換装置。