JP4751343B2 - Ａ／ｄ変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ａ／Ｄ変換装置に係り、特に、Ａ／Ｄ変換部の前段にマルチプレクサ部を有し、Ａ／Ｄ変換する入力信号をマルチプレクサ部によって切り換えられるＡ／Ｄ変換装置に関する。

近年の内燃機関の制御システムに使用される、多数のセンサの出力であるアナログ信号（電圧信号）を用いて制御を行う制御装置では、コストアップを避けるため、一つのＡ／Ｄ変換部で複数のアナログ信号をＡ／Ｄ変換できるように構成されたＡ／Ｄ変換装置を用いることがある。この種のＡ／Ｄ変換装置として、内部にスイッチを持つマルチプレクサ部を使用して複数のアナログ信号の中から一つのアナログ信号を時分割で選択し、選択されたアナログ信号を順次Ａ／Ｄ変換部でデジタル値に変換するように構成されたものがある。

このようなＡ／Ｄ変換装置において、マルチプレクサ部内部のスイッチとＡ／Ｄ変換部のと間に配置されたコンデンサ、内在する寄生容量等による電荷容量（以降、切換部容量と云）があると、マルチプレクサ部により選択するアナログ信号（マルチプレクサ部がＡ／Ｄ変換部へ出力するアナログ信号）を切り換えた直後、マルチプレクサ部により切り換える前のアナログ信号によって切換部容量に蓄積された電荷が、マルチプレクサ部によって切り換えた後に入力するアナログ信号に影響を与えてしまう。

このため、マルチプレクサ部でアナログ信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換部によってＡ／Ｄ変換を行うまでの切換時間が短い場合、センサが出力するアナログ信号とＡ／Ｄ変換したデジタル値との間に誤差（残留容量誤差）が発生する。

このような残留容量誤差が発生しないように、切換時間を長くすることが考えられる。しかし、切換時間を長くすると、それに応じてセンサのサンプリング間隔を長くしなければならず、計測対象の物理量の変化が早いセンサのアナログ信号のＡ／Ｄ変換に対応できなくなるという課題が生じる。

このような課題に対する対策の一つのとして、マルチプレクサ部と複数のセンサのと間に入力回路部コンデンサを設置し、入力回路部コンデンサの容量を大きくする方策がある。この方策では、マルチプレクサ部により入力するアナログ信号を切換えた時に、切換部容量に蓄積された電荷を入力回路部コンデンサと再分配し、切換部容量に蓄積された電荷が、入力するアナログ信号に与える影響を低減することができる。

また、Ａ／Ｄ変換部で変換された前回のデジタル変換値と、今回のデジタル変換値と、Ａ／Ｄ変換部でのサンプリング時間間隔と、マルチプレクサ部からＡ／Ｄ変換部のアナログ入力部分の時定数とから、入力されたアナログ信号のデジタル値を算出するＡ／Ｄ変換装置がある（例えば、特許文献１）。

特開２０００−２２５４０号公報

内燃機関の制御システムのように、外部ノイズによる影響が大きい環境下では、信号のＳ／Ｎ比を良くするため、センサとマルチプレクサ部との間に電気抵抗素子を設置し、かつ入力回路部コンデンサを組み合わせフィルタ回路として使用することで、ノイズの影響を低減させている。

このようなシステムでは、入力回路部コンデンサを大きくすると、フィルタ回路の時定数が大きくなる。これにより、センサが測定している物理量の変化速度が早く、センサ出力電圧の変化が早い場合、フィルタ回路を通過した後の電圧の変化速度は、センサ出力電圧の変化よりも遅くなる。結果として、フィルタ回路を通過した後の電圧をＡ／Ｄ変換して得られるデジタル値は、センサ出力電圧との間に計測誤差を含むことになる。

また、特許文献１に記載のあるようなＡ／Ｄ変換装置は、センサからＡ／Ｄ変換部までの入力回路によるセンサ出力電圧の応答遅れを補正するもので、マルチプレクサ部内部のスイッチよりもセンサ側に設置された回路に関しては考慮されていない。

しかしながら、マルチプレクサ部内部のスイッチよりもセンサ側に入力回路部コンデンサが設置されると、入力電圧の応答遅れとは別に、切換部容量と入力回路部コンデンサとの間で、切換部容量に蓄積された電荷の再配分による電圧変化が発生し、Ａ／Ｄ変換結果に誤差が発生してしまう。

上記の誤差を軽減するためには、単純に前回のサンプリング値を初期値とした応答遅れを補正するのではなく、マルチプレクサ部に内蔵されるスイッチを切り換えた時の再配分による電圧変化を含めて補正する必要がある。

また、Ａ／Ｄ変換装置を量産する場合、一般に、回路素子の特性にばらつきが発生してしまう。このようなばらつきが発生した場合、制御演算部では、特性のばらつきを検出することができない。結果として、制御演算部で演算される補正量に誤差が発生する。回路素子の特性のばらつきは、生産設備の高精度化や、生産製品の選別により軽減することができるが、コストアップにつながってしまう。

本発明は前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、センサからＡ／Ｄ変換部までの入力回路によるセンサ出力電圧の応答遅れと、電荷の再配分による電圧変化に起因する計測誤差を排除し、マルチプレクサ部で信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換を実施するまでの間隔を短くしても、入力電圧のデジタル値を精度よく得ることができるＡ／Ｄ変換装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明によるＡ／Ｄ変換装置は、複数のアナログ信号の入力から順次一つのアナログ信号を切り換えて選択するマルチプレクサ部と、前記マルチプレクサ部で選択された前記アナログ信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部を備えたＡ／Ｄ変換装置であって、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換える前の第１のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第１のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えた後の第２のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第２のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換を行うまでの時間と、前記アナログ信号の信号源からＡ／Ｄ変換部までの入力部の回路によるアナログ信号の応答特性と、前記アナログ信号の信号源から前記マルチプレクサ部の入力部までの容量と前記マルチプレクサ部の入力部からＡ／Ｄ変換部までの容量比による電荷の分配特性から、前記第２のデジタル値を補正演算する補正演算手段を有する。

また、前記目的を達成するために、本発明によるＡ／Ｄ変換装置は、複数のアナログ信号の入力から順次一つのアナログ信号を切り換えて選択するマルチプレクサ部と、前記マルチプレクサ部で選択された前記アナログ信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、不揮発性記憶装置を備えたＡ／Ｄ変換装置であって、予め設定した所定条件下で、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換える前の第３のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第３のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えた後の第４のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第４のデジタル値より補正量を演算する補正量演算部と、前記第３のデジタル値と、前記第４のデジタル値と、前記補正量演算部で演算された前記補正量との関係を前記不揮発性記憶装置に保存する保存処理部と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換える前の第１のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第１のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えた後の第２のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第２のデジタル値の値から前記不揮発性記憶装置に記憶された前記補正量を読み出す読み出し処理部と、前記読み出し処理部によって読み出した前記補正量を用いて前記第２のデジタル値を補正演算する補正演算手段を有する。

本発明によれば、マルチプレクサ部内部のスイッチとＡ／Ｄ変換部の間に配置されたコンデンサ、内在する寄生容量等の切換部容量があり、マルチプレクサ部よりもセンサ側にコンデンサを設置するようなＡ／Ｄ変換装置において、マルチプレクサ部で信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換を実施するまでの間隔が短くしても、入力電圧のデジタル値を精度よく得ることができる。

以下、本発明のＡ／Ｄ変換装置の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるＡ／Ｄ変換装置の一つの実施形態を示している。
Ａ／Ｄ変換装置１は、ｎ個のセンサ１００（１）〜１００（ｎ）から出力されるアナログ電圧Ｖｉｎ（１）〜Ｖｉｎ（ｎ）を入力され、入力されたアナログ電圧Ｖｉｎ（１）〜Ｖｉｎ（ｎ）をデジタル値に変換する。

Ａ／Ｄ変換装置１は、入力回路部２と、マルチプレクサ部３と、Ａ／Ｄ変換部４と、演算部５とを有する。Ａ／Ｄ変換装置１は、ｎ個のセンサ１００（１）〜１００（ｎ）から出力されるアナログ電圧Ｖｉｎ（１）〜Ｖｉｎ（ｎ）を入力回路部２にパラレルに入力する。

入力回路部２は、各センサ信号の入力部ごとに入力回路部コンデンサＣｉｎ（１）〜Ｃｉｎ（ｎ）を有し、入力されたアナログ電圧Ｖｉｎ（１）〜Ｖｉｎ（ｎ）を出力電圧Ｖｍ（１）〜Ｖｍ（ｎ）としててマルチプレクサ部３に入力する。

マルチプレクサ部３は、スイッチング回路を内蔵しており、入力回路部２の出力電圧Ｖｍ（１）〜Ｖｍ（ｎ）の中のうち一つのを順次選択してＡ／Ｄ変換部４に入力する。マルチプレクサ部３は、切換部容量Ｃｍｐｘを持つ。この切換部容量Ｃｍｐｘの両端電圧をＶｍｐｘとする。

以下、マルチプレクサ部３が任意のｍ番目のセンサ１００ｍからのアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）による出力電圧Ｖｍ（ｍ）を選択した場合について説明する。

Ａ／Ｄ変換部４は、マルチプレクサ部３の両端電圧Ｖｍｐｘ（ｍ）をデジタル値ＡＤｉｎ（ｍ）に変換する。

演算部５は、デジタル値ＡＤｉｎ（ｍ）を用いて所要の演算を行う。演算部５で演算された結果は、例えば、別に演算部に取り付けられたＤ／Ａ変換器を用いてアナログ電圧として出力され、Ｄ／Ａ変換器に接続されたアクチュエータの駆動制御に使用される。また、演算部５では、マルチプレクサ部３のスイッチを切り換えるタイミングの制御と、スイッチを切り換える時間の測定も行う。

図２は、Ａ／Ｄ変換装置１における切換部容量Ｃｍｐｘの両端電圧Ｖｍｐｘの挙動の一例を示す。図２の実線Ａは、マルチプレクサ部３において、時点Ｔ（ｍ−１）で、ｍ−１番目のセンサ信号による出力電圧Ｖｍ（ｍ−１）から、ｍ番目のセンサ信号による出力電圧Ｖｍ（ｍ）へ選択する入力信号を切換えた時の両端電圧Ｖｍｐｘの挙動を示している。

時点Ｔ（ｍ−１）において、マルチプレクサ部３で、ｍ−１番目のセンサ信号による出力電圧Ｖｍ（ｍ−１）から、ｍ番目のセンサ信号による出力電圧Ｖｍ（ｍ）へ選択する入力信号を切換えた直後、切換部容量Ｃｍｐｘに蓄積された電荷と、入力回路部コンデンサＣｉｎ（ｍ）に蓄積された電荷が分配され、マルチプレクサ部３の両端電圧Ｖｍｐｘは、Ｖｄｉｓｔ（ｍ）となる。

その後、センサ１００（ｍ）からＡ／Ｄ変換部４の間に構成する回路の応答特性に応じ、両端電圧Ｖｍｐｘは徐々にセンサ出力のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に近づく。時点（ｍ−１）から、サンプリング間隔Ｔｉｎｔ（ｍ）が経過した時点Ｔ（ｍ）において、マルチプレクサ部３の両端電圧Ｖｍｐｘの値をＡ／Ｄ変換部４にてＡ／Ｄ変換してＡ／Ｄ変換値（デジタル値）ＡＤｉｎ（ｍ）を取得する。

その後、マルチプレクサ部３において、ｍ番目のセンサ信号による出力電圧Ｖｍ（ｍ）から、ｍ＋１番目のセンサ信号による出力電圧Ｖｍ（ｍ＋１）へ選択する入力信号を切換える。

ここで、サンプリング間隔Ｔｉｎｔ（ｍ）が長い場合には、両端電圧Ｖｍｐｘは、破線Ｂにより示されているように、センサ出力のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に収束し、Ａ／Ｄ変換部４は、アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）収束した両端電圧ＶｍｐｘをＡ／Ｄ変換するすることになり、Ａ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）はセンサ出力のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に対応する値となる。

これに対し、図２に示されているように、サンプリング間隔Ｔｉｎｔ（ｍ）が短い場合には、両端電圧Ｖｍｐｘがセンサ出力のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に収束する以前に、Ａ／Ｄ変換が行われ、その結果、本来、測定すべきセンサ出力のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に対し、Ａ／Ｄ変換結果のデジタル値であるＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）は、誤差ｅを持つことになる。このようなことから、早いサンプリング間隔で測定したい場合、Ａ／Ｄ変換結果に誤差が生じることになる。

図３は、センサ１００（ｍ−１）が出力するアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ−１）を０Ｖ、サンプリング間隔を一定とした場合の、センサ１００（ｍ）が出力するアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に対する誤差ｅ（アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）とＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）の差相当）の特性を示している。

図３に表されているように、誤差ｅは、センサ１００（ｍ−１）が出力するアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ−１）と、次のセンサ１００（ｍ）が出力するアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）Ｖｉｎ（ｍ）との差が大きくなる程、大きくなる。誤差ｅは、両端電圧Ｖｍｐｘの電圧の変化によって変わるため、Ａ／Ｄ変換装置１を大量に生産する場合等、回路素子の特性ばらつきがあると、誤差ｅが変わってしまう。

図４は、回路素子の特性が変わった場合の両端電圧Ｖｍｐｘの電圧挙動の一例を示している。回路素子の特性が設計値と同じである場合の両端電圧Ｖｍｐｘの挙動Ａに対し、回路素子の特性が設計値と異なる場合には、両端電圧Ｖｍｐｘの挙動Ｃは、挙動Ａとは異なったものになる。

これにより、回路素子の特性が設計値と同じである場合のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）のＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）に対し、回路素子の特性が設計値と異なる場合には、アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）のＡ／Ｄ変換値は、ＡＤｉｎ（ｍ）とは異なる値ＡＤｉｎＥ１（ｍ）となってしまう。

また、Ａ／Ｄ変換部４に使用される電源電圧が設計値と異なる場合、電源電圧のずれ量によってもＡ／Ｄ変換結果に誤差が発生する。

図５は、Ａ／Ｄ変換部４に使用される電源電圧が設計値と異なる場合の両端電圧Ｖｍｐｘの電圧挙動の一例を示している。Ａ／Ｄ変換部４に使用される電源電圧が設計値と同じ場合の両端電圧Ｖｍｐｘの挙動Ａに対し、Ａ／Ｄ変換部４に使用される電源電圧が設計値と異なる場合には、両端電圧Ｖｍｐｘの挙動Ｅは、挙動Ａとは異なったものになる。

これにより、Ａ／Ｄ変換部４に使用される電源電圧が設計値と同じである場合のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）のＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）に対し、Ａ／Ｄ変換部に使用される電源電圧が設計値と異なる場合には、アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）のＡ／Ｄ変換値は、ＡＤｉｎ（ｍ）とは異なる値ＡＤｉｎＥ２（ｍ）となってしまう。但し、この誤差は、切換部容量Ｃｍｐｘの存在に依存する誤差ではなく、たとえサンプリング時間を長くしても、Ａ／Ｄ変換値はＡＤｉｎ（ｍ）ではなく、別のＡＤｉｎＥ２（ｍ）になってしまう。

前記のような誤差がある場合にも、Ａ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）のデジタル値を精度よく出力することを可能にした本発明によるＡ／Ｄ変換装置の実施形態１を以下に説明する。

実施形態１は、図１に示されているＡ／Ｄ変換装置１の演算部５に、図６に示すような補正演算部４１を備えている。補正演算部４１は、センサ１００（ｍ）が出力するアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に相当するデジタル値ＡＤｉｎ＿ｃｏｍｐ（ｍ）を演算する。

本実施形態では、予め、時点Ｔ（ｍ−１）における切換部容量Ｃｍｐｘに蓄積された電荷と、入力回路部コンデンサＣｉｎ（ｍ）に蓄積された電荷の分配特性と、時点Ｔ（ｍ−１）から時点Ｔ（ｍ）の時間経過における回路時定数による応答遅れ特性の式を解くことで、マルチプレクサ部３で入力信号（アナログ信号）を切り換える前にＡ／Ｄ変換されたデジタル値ＡＤｉｎ（ｍ−１）と、マルチプレクサ部３で入力信号（アナログ信号）を切り換えた後にＡ／Ｄ変換されたデジタル値ＡＤｉｎ（ｍ）と、サンプリング間隔Ｔｉｎｔ（ｍ）から、アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に相当する電圧を算出する演算式を得ておく。

ここで、アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ−１）は第１のアナログ信号、アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）は第２のアナログ信号、デジタル値ＡＤｉｎ（ｍ−１）は第１のデジタル値、デジタル値ＡＤｉｎ（ｍ）は第２のデジタル値であり、サンプリング間隔Ｔｉｎｔ（ｍ）は、マルチプレクサ部３で選択するアナログ信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄ変換を行うまでの時間に相当する。

補正演算部４１は、予め取得した演算式に従い、マルチプレクサ部３で入力信号を切り換える前にＡ／Ｄ変換されたデジタル値ＡＤｉｎ（ｍ−１）と、マルチプレクサ部３で入力信号を切り換えた後にＡ／Ｄ変換されたデジタル値ＡＤｉｎ（ｍ）と、サンプリング間隔Ｔｉｎｔ（ｍ）から、切り換え後のセンサ１００（ｍ）のアナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に相当する電圧を演算し、これをＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ＿ｃｏｍｐ（ｍ）を出力する。アナログ電圧Ｖｉｎ（ｍ）に相当する電圧演算は、予め演算式の結果を記憶した変換テーブルを用いて行ってもよい。

これにより、マルチプレクサ部３よりもセンサ側に、コンデンサ（入力回路部コンデンサＣｉｎ（１）〜Ｃｉｎ（ｎ））を設置するようなＡ／Ｄ変換装置１において、マルチプレクサ部３で信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換を実施するまでの間隔が短くしても、マルチプレクサ部３で信号を切り換える前の入力電圧（センサ電圧）Ｖｉｎ（ｍ−１）により切換部容量Ｃｍｐｘに蓄積された電荷の影響のない、マルチプレクサ部３で切り換えられた後の入力電圧Ｖｉｎ（ｍ）の誤差がないデジタル値ＡＤｉｎ（ｍ）を得ることができる。

但し、実施形態１における演算式は、センサからＡ／Ｄ変換部４までの間に構成する回路の素子数が多くなる程、複雑な式となる。

従って、演算負荷を大きくできないようなシステムでは、演算式で演算することができない。また、前述のような大量生産時における回路素子特性のばらつきがある場合には、演算式で算出される入力電圧（センサ電圧）Ｖｉｎ（ｍ）とＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ＿ｃｏｍｐ（ｍ）との間の誤差が大きくなってしまう懸念がある。

そこで、前述のような大量生産時の回路素子特性のばらつきも考慮して、入力電圧Ｖｉｎ（ｍ）のＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ＿ｃｏｍｐ（ｍ）を得る実施形態２、３について、以下に説明する。

実施形態２は、図７に示されているように、図１に示されているＡ／Ｄ変換装置１の演算部５に、補正量学習部５１と、補正演算部５２、電源を供給しなくても記憶値を保持する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ５３とを備え、入力電圧Ｖｉｎ（ｍ）に相当するＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ＿ｃｏｍｐ（ｍ）を演算する。

実施形態２では、センサの値を計測する前に、外部から特定の電圧Ａｉｎ（ｍ−１）、Ａｉｎ（ｍ）を入力回路部２に入力し、図８に示されている補正量学習部５１を用いて補正量を学習する。

図８に示されている実施形態２の補正量学習部５１は、基準電圧演算部６１と、補正量演算部６２と、ＥＥＰＲＯＭ保存処理部６３とを有する。

図９は、実施形態２の補正量学習部５１にて補正量を学習する際の手順を示すフローチャートである。

補正量の学習を開始すると、所定条件として、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）、Ａｉｎ（ｍ）をともに所定電圧１にセットし（ステップＳ１０１）、基準電圧演算部６１により、このときのＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）をデジタル値ＡｄｉｎＲとする（ステップＳ１０２）。

次に、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）を所定電圧２、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）を所定電圧１にセットし（ステップＳ１０３）、このときのＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）をデジタル値ＡｄｉｎＣとし、補正量演算部６２により、デジタル値ＡｄｉｎＲからデジタル値ＡｄｉｎＣを引いた結果を、補正量とする。

そして、ＥＥＰＲＯＭ保存処理部６３によって、このときのＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ−１）とＡＤｉｎ（ｍ）の値に対応する補正量として演算した補正量をＥＥＰＲＯＭ５３に書き込む。

上記の処理を実行した所定電圧１と所定電圧２のセット数が、所定値３以下の場合には、所定電圧１・所定電圧２を変更して（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６を繰り返し実施する。前記セット数が所定値３以上になれば、学習処理を終了とする。

上記の処理により、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）と外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ）が任意の値の組み合わせとなったときに必要な補正量を、Ａ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ−１）とＡＤｉｎ（ｍ）とに関連させてＥＥＰＲＯＭ５３に記憶しておく。

この補正量学習処理においては、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）が第３のアナログ信号、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ）が第４のアナログ信号、ＡＤｉｎ（ｍ−１）が第３のデジタル値、Ａ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）が第４のデジタル値に相当する。

尚、図９に示す処理は、所定のサンプリング間隔Ｔｉｎｔで行う。

実際に、センサの値を計測する際に実施する補正演算部５２の詳細を図１０に示す。

補正演算部５２は、ＥＥＰＲＯＭ読み出し処理部８１と、サンプリング間隔補正演算部８２と、最終補正演算部８３とを有する。

装置実使用時において、ＥＥＰＲＯＭ読み出し処理部８１は、第１のデジタル値であるＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ−１）と、第２のデジタル値であるＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）の値に応じてＥＥＰＲＯＭ５３に保存されている補正量を読み出す。

サンプリング間隔補正演算部８２は、マルチプレクサ部３で選択するアナログ信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄ変換を行うまでの時間が補正量学習処理のサンプリング間隔Ｔｉｎｔと異なるときには、ＥＥＰＲＯＭ読み出し処理部８１により読み出された補正量を、サンプリング間隔Ｔｉｎｔ（ｍ）を用いてさらに補正し、その補正結果を最終補正演算部８３に渡す。

最終補正演算部８３は、その補正結果を用いてＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）を補正してＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ＿ｃｏｍｐ（ｍ）を算出する。

これにより、マルチプレクサ部３で信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換を実施するまでの間隔が短くしても、回路素子の特性ばらつきや、Ａ／Ｄ変換部４の電源電圧のばらつき、サンプリング間隔のばらつきがあっても、入力電圧のデジタル値を精度よく得ることができる。

つまり、実施形態２によれば、回路素子の特性ばらつきや、Ａ／Ｄ変換部４の電源電圧のばらつき、サンプリング間隔のばらつきがあっても、入力電圧のデジタル値を演算する為に必要な補正量を記憶可能であり、記憶した補正量を用いて補正することで、入力電圧のデジタル値を精度よく得ることができる。

実施形態３では、実施形態２と同様に、センサの値を計測する前に、外部から特定の電圧Ａｉｎ（ｍ−１）、Ａｉｎ（ｍ）を入力回路部２に入力し、図１１に示されている補正量学習部５１を用いて補正量を学習する。

図１１に示されている実施形態３の補正量学習部５１は、Ａｉｎ基準電圧読み出し部９１と、補正量演算部９２と、電源を供給しなくても記憶値を保持する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ５３とを有する。

図１２は、実施形態３の補正量学習部５１にて補正量を学習する際の手順を示すフローチャートである。

補正量の学習を開始すると、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）を所定電圧２、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ）を所定電圧１にセットする（ステップＳ２０１）。

次に、Ａｉｎ（ｍ）基準電圧読み出し部９１により、当該処理が開始されてからの時間に応じて外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ）にセットされる所定電圧の値を予め記憶しておき、時間ごとに外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ）にセットされている電圧を基準電圧として読み出す（ステップＳ２０２）。

次に、補正量演算部９２により、前記基準電圧とＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）との差を補正量とする（ステップＳ２０３）。

次に、ＥＥＰＲＯＭ保存処理として、このときのＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ−１）とＡＤｉｎ（ｍ）の値に対応する補正量として演算した補正量をＥＥＰＲＯＭ５３に書き込む（ステップＳ２０４）。

上記の処理を実行した所定電圧１と所定電圧２のセット数が、所定値３以下の場合には、所定電圧１・所定電圧２を変更して（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０５を繰り返し実施する。前記セット数が所定値３以上になれば、学習処理を終了とする。

上記の処理により、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）と外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ）が任意の値の組み合わせとなったときに必要な補正量を、Ａ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ−１）とＡＤｉｎ（ｍ）とに関連させてＥＥＰＲＯＭ５３に記憶しておく。

なお、この実施形態でも、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ−１）が第３のアナログ信号、外部特定電圧Ａｉｎ（ｍ）が第４のアナログ信号、ＡＤｉｎ（ｍ−１）が第３のデジタル値、Ａ／Ｄ変換値ＡＤｉｎ（ｍ）が第４のデジタル値に相当する。

尚、図１１に示す処理も、所定のサンプリング間隔Ｔｉｎｔで行う。

実施形態３において、実際にセンサの値を計測する際に実施する補正演算部５２は、実施形態２のものと同じであってよい。

実施形態３でも、回路素子の特性ばらつきや、Ａ／Ｄ変換部４の電源電圧のばらつき、サンプリング間隔のばらつきがあっても、入力電圧のデジタル値を演算する為に必要な補正量を記憶可能であり、記憶した補正量を用いて補正することで、入力電圧のデジタル値を精度よく得ることができる。

以上の本発明によるＡ／Ｄ変換装置の実施形態の要旨を整理すると、以下の通りになる。
（１）センサからＡ／Ｄ変換部までの入力回路による、センサ出力電圧の応答遅れと、電荷の再配分による電圧変化に起因する計測誤差の計算式を回路の関係式から求め、計算式に基づいて補正を行う。

（２）センサ出力電圧の応答遅れと、電荷の再配分による電圧変化に起因する計測誤差を排除したマルチプレクサ部２で信号を切り換えた後の入力電圧のデジタル値を演算する。
この場合、Ａ／Ｄ変換装置を生産した後、所定条件下で、マルチプレクサ部３で信号を切り換える前の入力電圧とマルチプレクサ部３で信号を切り換えた後の入力電圧と、必要な補正量との関係を記憶装置に記憶する。
次に、実際にＡ／Ｄ変換装置を使用する際は、マルチプレクサ部で信号を切り換える前の入力電圧とマルチプレクサ部で信号を切り換えた後の入力電圧の値から、必要な補正量を、演算装置に内蔵される記憶装置から読み出す。そして、読み出した補正量を用いてマルチプレクサ部３で信号を切り換えた後の入力電圧のＡ／Ｄ変換値を補正することで、入力回路コンデンサによる計測誤差を排除した入力電圧のデジタル値を演算する。

（３）ここで、必要な補正量を演算する為の、ひとつの方法として、マルチプレクサ部で信号を切り換える前の入力電圧と、マルチプレクサ部で信号を切り換えた後の入力電圧を同じ値にした場合と、マルチプレクサ部で信号を切り換える前の入力電圧と、マルチプレクサ部で信号を切り換えた後の入力電圧を別の値にした場合との組み合わせる方法がある。

この方法では、マルチプレクサ部３で信号を切り換える前の入力電圧と、マルチプレクサ部３で信号を切り換えた後の入力電圧を同じ所定値Ａとした場合の、マルチプレクサ部３で信号を切り換えた後の入力電圧のＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎＲと、マルチプレクサ部３で信号を切り換える前の入力電圧を所定値Ｂ、マルチプレクサ部で信号を切り換えた後の入力電圧を所定値Ａとした場合の、マルチプレクサ部３で信号を切り換えた後の入力電圧のＡ／Ｄ変換値ＡＤｉｎＣとの差分を、必要な補正量として演算する。

（４）また、別の方法としては、前記所定条件として、マルチプレクサ部３で信号を切り換える前の入力電圧と、マルチプレクサ部で信号を切り換えた後の入力電圧を、予め定めた異なる電圧値とする方法がある。この方法では、記憶装置に、予め入力する電圧を記憶しておき、記憶したデジタル値と、マルチプレクサ部３で信号を切り換えた後の入力電圧をＡ／Ｄ変換したデジタル値の差分を、必要な補正量として演算する方法がある。
必要な補正量を演算する方法は、所定値Ａと所定値Ｂの値を変えて繰り返し実施することで、マルチプレクサ部で信号を切り換える前の入力電圧とマルチプレクサ部３で信号を切り換えた後の入力電圧と、必要な補正量との関係を保存することが可能である。

（５）また、前記所定条件の一つとして、Ａ／Ｄ変換部４でサンプリングを行う間隔とする。Ａ／Ｄ変換部４でのサンプリング間隔は、補正量に影響を及ぼす。そこで、サンプリング間隔を一定として必要な補正量を演算することで、サンプリング間隔によるばらつきのない必要な補正量の演算が可能となる。また、実際にＡ／Ｄ変換装置を使用する際のサンプリング間隔が前記所定の条件と異なる場合には、サンプリング間隔に応じて前記補正量を調整する。

マルチプレクサ部を使用してＡ／Ｄ変換を行う入力信号を切り換え、高速なＡ／Ｄ変換を行う場合、本発明によるＡ／Ｄ変換装置は非常に有効であり、利用される可能性が高い。

本発明によるＡ／Ｄ変換装置の一つの実施形態の全体構成を示すブロック図。 Ａ／Ｄ変換装置のマルチプレクサ部の切換部容量部の電圧波形を示すグラフ。 Ａ／Ｄ変換誤差特性を示すグラフ。 回路素子特性がばらついた時のマルチプレクサ部切換部容量部の電圧波形を示すグラフ。 Ａ／Ｄ変換部の電源電圧がばらついた時のマルチプレクサ部切換部容量部の電圧波形を示すグラフ。 本発明によるＡ／Ｄ変換装置の実施形態１の演算部のブロック図。 本発明によるＡ／Ｄ変換装置の実施形態２の演算部のブロック図。 実施形態２の演算部の補正量学習部のブロック図。 実施形態２の補正量学習フローチャート。 実施形態２の補正演算部のブロック図。 実施形態３の補正量学習部のブロック図。 実施形態３の補正量学習フローチャート。

符号の説明

１ Ａ／Ｄ変換装置
２ 入力回路部
３ マルチプレクサ部
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 演算部
４１ 補正演算部
５１ 補正量学習部
５２ 補正演算部
５３ ＥＥＰＲＯＭ
６１ 基準電圧演算部
６２ 補正量演算部
６３ ＥＥＰＲＯＭ保存処理部
８１ ＥＥＰＲＯＭ読み出し処理部
８２ サンプリング間隔補正演算部
８３ 最終補正演算部
９１ Ａｉｎ（ｍ）基準電圧読み出し部
９２ 補正量演算部

Claims (7)

1. 複数のアナログ信号の入力から順次一つのアナログ信号を切り換えて選択するマルチプレクサ部と、前記マルチプレクサ部で選択された前記アナログ信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部を備えたＡ／Ｄ変換装置であって、
   前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換える前の第１のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第１のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えた後の第２のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第２のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換を行うまでの時間と、前記アナログ信号の信号源からＡ／Ｄ変換部までの入力部の回路によるアナログ信号の応答特性と、前記アナログ信号の信号源から前記マルチプレクサ部の入力部までの容量と前記マルチプレクサ部の入力部からＡ／Ｄ変換部までの容量比による電荷の分配特性から、前記第２のデジタル値を補正演算する補正演算手段を有することを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
2. 複数のアナログ信号の入力から順次一つのアナログ信号を切り換えて選択するマルチプレクサ部と、前記マルチプレクサ部で選択された前記アナログ信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、不揮発性記憶装置を備えたＡ／Ｄ変換装置であって、
   予め設定した所定条件下で、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換える前の第３のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第３のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えた後の第４のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第４のデジタル値より補正量を演算する補正量演算部と、
   前記第３のデジタル値と、前記第４のデジタル値と、前記補正量演算部で演算された前記補正量との関係を前記不揮発性記憶装置に保存する保存処理部と、
   前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換える前の第１のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第１のデジタル値と、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えた後の第２のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換部で変換した第２のデジタル値の値から前記不揮発性記憶装置に記憶された前記補正量を読み出す読み出し処理部と、
   前記読み出し処理部によって読み出した前記補正量を用いて前記第２のデジタル値を補正演算する補正演算手段を有することを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
3. 前記所定条件は、前記第３のアナログ信号と前記第４のアナログ信号の値が同じときと、異なるときの組み合わせであることを特徴とする請求項２に記載のＡ／Ｄ変換装置。
4. 前記所定条件は、前記第３のアナログ信号と前記第４のアナログ信号の値を予め設定した電圧値とすることを特徴とする請求項２に記載のＡ／Ｄ変換装置。
5. 前記所定条件は、前記第３のアナログ信号と前記第４のアナログ信号の値を、複数の組み合わせで行うことを特徴とする請求項２に記載のＡ／Ｄ変換装置。
6. 前記所定条件は、前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換を行うまでの時間であるサンプリング間隔を所定時間とすることを特徴とする請求項２に記載のＡ／Ｄ変換装置。
7. 装置実使用時において前記マルチプレクサ部で選択するアナログ信号を切り換えてからＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換を行うまでの時間が、前記所定時間と異なるときには、前記サンプリング間隔を用いて前記補正量を補正することを特徴とする請求項６に記載のＡ／Ｄ変換装置。

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