JP4462709B2 - オフセット補正方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、オフセット成分が重畳されたアナログ信号のオフセット補正方法に関し、さらに詳しく言えば、簡単な構成でありながらオフセット成分を自動的にかつ確実に補正する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、本来ゼロレベルであるべき信号がそうでないレベルにシフトされているとき、その信号にはオフセットがかけられているという。オフセット成分は、特にゲインが大きい増幅回路や高周波信号を扱う増幅回路、全波整流回路などの信号変換回路、それに電流センサの信号検出回路などで発生しやすい。
【0003】
このオフセットを補正(除去)する方法としては、大凡のところ、図3の可変抵抗器からなる加算アンプによる方法と、図4のCPUによる自動補正方法とが知られている。すなわち、前者の方法は、例えば増幅回路などからの信号を加算アンプ1に入力し、その出力をモニタで見ながらゼロレベルになるように可変抵抗器を手動で調整する。
【0004】
後者の場合は、例えば差動型の加算アンプ1aに、A/D変換器2a,CPU2bおよびD/A変換器2cを含むフィードバック系2を接続し、加算アンプ1aの出力をA/D変換器2aを介してCPU2bに取り込み、データ加工(A/D変換誤差補正など)を行なう。そして、そのデータをD/A変換器2cでアナログ信号に戻して加算アンプ1aにフィードバックして、オフセット成分を補正する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前者の方法は、可変抵抗器を用いるだけでよくコスト的には安価であるが、手動調整であるため、その操作に時間がかかるばかりでなく、高精度の補正は期待できない。これに対して、後者の方法は、CPUによる自動補正であるため、精度的には問題がないが、その周辺回路が必要であるために、コストアップは避けられない。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、簡単な構成でありながら、オフセット成分を自動的にかつ確実に補正することができる。
【0007】
すなわち、本発明は、アナログ被補正信号が入力される減算器と、A/D変換器と、同A/D変換器の入力側を上記減算器の出力側とグランド(GND)側とのいずれか一方に選択的に接続するスイッチと、上記A/D変換器にて変換されたディジタル信号をアナログ信号に変換して上記減算器にフィードバックするD/A変換器と、上記スイッチの切り替え動作および上記A/D,D/Aの各変換器の変換動作を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、まず、上記スイッチを上記グランド側に切り替え、上記A/D変換器を無入力状態として、上記A/D変換器および上記D/A変換器を動作させ、そのときの第1D/A出力を上記減算器にフィードバックして、上記被補正信号から上記第1D/A出力を減算させ、次に、上記スイッチを上記減算器の出力側に切り替えて、上記減算された被補正信号について上記A/D変換器および上記D/A変換器を動作させ、そのときの第2D/A出力をホールドするとともに、上記各変換器の動作を停止させ、以後は上記第2D/A出力を上記減算器にフィードバックして、上記被補正信号から上記第2D/A出力を減算させることを特徴としている。
【0008】
ここで、アナログ被補正信号の電圧(オフセット電圧)をVofs,減算器の出力をVout,A/D変換器の変換誤差をVad,D/A変換器の変換誤差をVdaとする。
【0009】
まず、スイッチがグランド側に切り替えられ、A/D変換器が無入力状態とされた場合のD/A変換器の第1D/A出力は(Vad+Vda)であり、これが減算器にフィードバックされるため、減算器の出力Voutは、Vofs−(Vad+Vda)となる。
【0010】
次に、スイッチが減算器の出力側に切り替えられると、今度は減算器の出力Vout(=Vofs−(Vad+Vda))について、A/D変換およびD/A変換が行なわれる。この変換時にも、各変換誤差Vad,Vdaが生ずるため、このときのD/A変換器の第2D/A出力は、Vofs−(Vad+Vda)+(Vad+Vda)=Vofsとなる。
【0011】
この電圧VofsがD/A変換器より減算器にフィードバックされるため、減算器の出力Voutは、Vofs−Vofs=0となり、オフセット成分が補正される。D/A変換器から第2D/A出力(Vofs)が出力された時点で、各変換器の動作が停止されるとともに、以後はその第2D/A出力がホールドされ減算器に与えられる。なお、減算器は加算器であってもよい。すなわち、加算器の場合には第2D/A出力の極性を反転させて、その加算器にフィードバックすればよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
まず、図1により回路構成について説明すると、このオフセット補正回路は、オフセット成分が重畳されたアナログ被補正信号が入力される減算器10を備え、この減算器10には、A/D変換器11およびD/A変換器12を直列に含むフィードバック系が接続されている。減算器10は例えば差動型増幅器であってよい。
【0013】
A/D変換器11の入力側は、スイッチ13を介して減算器10の出力側もしくはグランド(GND;接地)側のいずれか一方に選択的に接続される。D/A変換器12はA/D変換器11の出力側に接続され、D/A変換器12の出力側は減算器10に接続されている。
【0014】
また、このオフセット補正回路には、A/D変換器11、D/A変換器12の変換動作およびスイッチ13の切り替え動作を制御する制御手段としての制御ロジック回路14が設けられている。
【0015】
次に、図2のタイミングチャートを併せて参照しながら、本発明によるオフセット補正方法について説明する。なお、減算器10に入力されるアナログ被補正信号の電圧(オフセット電圧)をVofs,減算器10の出力をVout,A/D変換器11の変換誤差をVad,そしてD/A変換器12の変換誤差をVdaとする。
【0016】
また、この補正回路はオフセット補正開始パルスを受けて動作状態に入るが、その前の非動作状態時、すなわちD/A変換器12の出力が「0」の状態においては、減算器10の出力Voutには、入力信号であるオフセット電圧Vofsがそのまま現れる。
【0017】
まず、図2(a)に示すように、t1時点でオフセット補正開始パルスが入力されると、制御ロジック回路14は図2(d)に示すように、その後のt2時点でA/D変換器11およびD/A変換器12を変換「可」とするとともに、図2(c)に示すように、スイッチ13をGND側に切り替える。
【0018】
なお、オフセット補正開始パルスは、図示しない例えば測定スタートスイッチや他の制御用CPUなどから与えられ、また、図2(b)に示すように、A/D変換器11は最初の立ち上がり時点で変換、次の立ち上がり時点でD/A変換器12にその変換データを送出する。これに対して、D/A変換器12は、A/D変換器11よりデータを受け取ると、すぐにD/A変換を実行し、減算器10に出力する。
【0019】
t2時点でスイッチ13がGND側に切り替えられることにより、A/D変換器11は無入力状態となり、t3の立ち上がり時点でA/D変換を行なう。このときの変換データは、変換誤差分のVadである。そして、次の立ち上がりのt4時点で変換データVadをD/A変換器12に送出する。
【0020】
D/A変換器12は、すぐにその変換データVadをアナログに変換して減算器10に出力する。これが第1D/A出力で、これにはA/D変換器11の変換誤差とD/A変換器12の変換誤差が含まれるため、減算器10には(Vad+Vda)なる信号が与えられる。
【0021】
減算器10において、オフセット電圧Vofsから(Vad+Vda)が減算されるため、減算器10の出力Voutは、
Vofs−(Vad+Vda)
となる。そして、t5時点でスイッチ13が減算器10の出力側に切り替えられる。
【0022】
これにより、A/D変換器11はt6時点で減算器10の出力VoutをA/D変換する。その変換データは、
Vofs−(Vad+Vda)+Vad=Vofs−Vda
であり、次のt7時点でこの変換データをD/A変換器12に送出する。
【0023】
D/A変換器12は、すぐにこの変換データ(Vofs−Vda)をアナログに変換して減算器10に出力する。これが第2D/A出力で、その出力値は、
Vofs−Vda+Vda=Vofs
である。したがって、減算器10の出力VoutはVofs−Vofs=0となる。
【0024】
このようにして、オフセット電圧Vofsが自動的に補正されるのであるが、第2D/A出力(Vofs)が出力されたt8時点で、スイッチ13が再びGND側に切り替えられるとともに、A/D変換器11およびD/A変換器12が変換「不可」とされる。また、以後第2D/A出力(Vofs)はホールドされ、減算器10に与えられる。なお、厳密に言えば、減算器10でもオフセットが発生するが、このオフセットも上記各変換器11,12の変換誤差と同様にしてキャンセルさせる。
【0025】
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、制御手段として制御ロジック回路14が用いられているが、要は各変換器11,12およびスイッチ13を制御できるものであればよい。また、スイッチ13は機械式、電子式の別を問わない。また、減算器10はシングルエンドのものに限られない。差動出力の回路でもよい。本発明において、減算器と加算器は均等物である。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、まず、A/D変換器とD/A変換器の変換誤差(Vad+Vda)を抽出して、これをオフセット電圧(Vofs)から減算し、次に、その減算された電圧(Vofs−(Vad+Vda))について、同一のA/D変換器とD/A変換器でそれぞれA/D変換とD/A変換を行なうようにしたことにより、A/D,D/Aの変換誤差が相殺されるため、複雑な回路構成によることなく、オフセット成分を自動的にかつ確実に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるオフセット補正方法を実施するための回路構成を示した回路図。
【図2】本発明の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図3】第1従来例の説明図。
【図4】第2従来例の説明図。
【符号の説明】
10 減算器
11 A/D変換器
12 D/A変換器
13 スイッチ
14 制御ロジック回路
Claims (2)
- アナログ被補正信号が入力される減算器と、A/D変換器と、同A/D変換器の入力側を上記減算器の出力側とグランド(GND)側とのいずれか一方に選択的に接続するスイッチと、上記A/D変換器にて変換されたディジタル信号をアナログ信号に変換して上記減算器にフィードバックするD/A変換器と、上記スイッチの切り替え動作および上記A/D,D/Aの各変換器の変換動作を制御する制御手段とを備え、
上記アナログ被補正信号の電圧をVofs,上記減算器の出力をVout,上記A/D変換器の変換誤差をVad,上記D/A変換器の変換誤差をVadとして、
上記制御手段は、まず、上記スイッチを上記グランド側に切り替え、上記A/D変換器を無入力状態として、上記A/D変換器および上記D/A変換器を動作させ、そのときの第1D/A出力(Vad+Vda)を上記減算器にフィードバックして、上記被補正信号から上記第1D/A出力を減算して、上記減算器から上記減算された被補正信号{Vofs−(Vad+Vda)}を出力させ、
次に、上記スイッチを上記減算器の出力側に切り替えて、上記減算された被補正信号{Vofs−(Vad+Vda)}について上記A/D変換器および上記D/A変換器を動作させ、そのときの第2D/A出力{Vofs−(Vad+Vda)+(Vad+Vda)=Vofs}をホールドするとともに、上記各変換器の動作を停止させ、以後は上記第2D/A出力(Vofs)を上記減算器に与えて、上記被補正信号から上記第2D/A出力を減算させることを特徴とするオフセット補正方法。 - 上記制御手段として、制御ロジック回路が用いられている請求項1に記載のオフセット補正方法。
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