JP6212256B2 - AD conversion processor - Google Patents
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Description
本発明は、AD変換処理装置に関し、特に、近似関数を用いた離散化処理に関する。 The present invention relates to an AD conversion processing apparatus, and more particularly to a discretization process using an approximate function.
近年、AD変換器及びこれに類する装置は、ハードウェアの電気的信号を読み取る機能を担い、演算装置または制御装置にとって必須の要素回路と位置付けられている。また、AD変換によって定まる分解能は、各種ハードウェアの出力結果に影響を及ぼす為、これを高分解能にさせる様々な取組が行われている。 In recent years, AD converters and similar devices have a function of reading electrical signals of hardware, and are positioned as essential element circuits for arithmetic devices or control devices. In addition, since the resolution determined by AD conversion affects the output results of various hardware, various efforts have been made to increase this resolution.
しかしながら、高分解能が要求される場合、従来のAD変換器では、回路構成の複雑化や高コスト化を招いてしまう。例えば、逐次比較型AD変換回路(特許文献1)では、分解能の高さと変換速度とがトレードオフの関係を免れないので、分解能の低下または変換速度の低下といった許容事項の選択を迫られる。ここで、高分解能を選択し且つ変換速度を高速化させようとすると、DSP(Digital Signal Processor)といったデバイスが必要となり、回路構成の複雑化及び高コスト化を招いてしまう。 However, when high resolution is required, the conventional AD converter increases the complexity and cost of the circuit configuration. For example, in the successive approximation AD converter circuit (Patent Document 1), since the high resolution and the conversion speed cannot avoid the trade-off relationship, it is necessary to select an allowable item such as a reduction in resolution or a reduction in conversion speed. Here, if high resolution is selected and conversion speed is to be increased, a device such as a DSP (Digital Signal Processor) is required, resulting in a complicated circuit configuration and high cost.
また、このような不具合は、逐次比較型AD変換回路に限られるものでなく、例えば、フラッシュ型のコンバータでは、コンパレータを複数設けなければならず、回路規模の大型化を招いてしまう。 Further, such a problem is not limited to the successive approximation AD converter circuit. For example, in a flash converter, a plurality of comparators must be provided, which leads to an increase in circuit scale.
一方、ヒステリシスコンパレータの出力パルスによって入力電圧を検出する場合、時定数によって変化する基準電圧と入力電圧とが比較され、ヒステリシスコンパレータの出力パルスに基づいて入力電圧の離散値が求められる。しかし、基準電圧を積分回路で生成させている場合、出力パルスのエッジ間隔(時間)と入力電圧とは指数関数によって関係付けられる為、入力電圧(若しくは、入力電圧に相当する離散値)の算出処理が非常に煩雑となる。 On the other hand, when the input voltage is detected by the output pulse of the hysteresis comparator, the reference voltage that changes according to the time constant is compared with the input voltage, and a discrete value of the input voltage is obtained based on the output pulse of the hysteresis comparator. However, when the reference voltage is generated by the integration circuit, the edge interval (time) of the output pulse and the input voltage are related by an exponential function, so the input voltage (or a discrete value corresponding to the input voltage) is calculated. Processing becomes very complicated.
また、入力電圧をVinとし、ヒステリシスコンパレータのHigh値出力期間をtxとすると、
Vin=(α・tx)+β ,・・・(α及びβは、抵抗値等により定まる定数)
のように、直線回帰させた近似式を用いて入力電圧Vinを算出させることも考えられる。しかし、この方法によれば、時定数の設定如何によっては、大きな近似誤差を与えてしまい、検出精度を低下させてしまうとの問題が生じる。
Further, when the input voltage is Vin and the high value output period of the hysteresis comparator is tx,
Vin = (α · tx) + β,... (Α and β are constants determined by resistance values, etc.)
As described above, it is conceivable to calculate the input voltage Vin using an approximate expression obtained by linear regression. However, according to this method, depending on the setting of the time constant, a large approximation error is given and the detection accuracy is lowered.
加えて、市販品のAD変換ICを用いることで、部品コストを低下させることも考えられる。しかし、市販品のAD変換ICでは、内蔵される電気的素子を変更できないので、コンパレータの出力値におけるヒステリシス特性及び周波数を自由に設定することが困難となる。このため、ノイズ除去のための好ましい設定やエイリアスを回避させる周波数設定といった対策が執れなくなる。 In addition, it is conceivable to reduce component costs by using a commercially available AD conversion IC. However, in a commercially available AD conversion IC, it is difficult to freely set the hysteresis characteristics and the frequency in the output value of the comparator because the built-in electrical element cannot be changed. For this reason, countermeasures such as preferable settings for noise removal and frequency settings for avoiding aliasing cannot be performed.
本発明は上記課題に鑑み、簡素な回路構成を用いて高精度の離散処理を実現させ得るAD変換処理装置の提供を目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an AD conversion processing apparatus capable of realizing high-precision discrete processing using a simple circuit configuration.
上記課題を解決するため、本発明では次のようなAD変換処理装置の構成とする。即ち、入力電圧に比例する検出値入力電圧が積分回路型基準値入力電圧よりも大きい期間に相当する出力電圧の検出パルス期間を前記入力電圧の値に応じて変化させるヒステリシスコンパレータと、級数的関数へ展開した数式の近似結果である線形関数に基づいて前記検出パルス期間の逆数値と前記入力電圧を現す離散値との関係を特定する線形関数情報が記録された情報記録装置と、前記線形関数情報を用いて前記離散値を算出する演算装置と、を備えることとする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration of an AD conversion processing apparatus. That is, a hysteresis comparator that changes a detection pulse period of an output voltage corresponding to a period in which a detection value input voltage proportional to the input voltage is larger than an integration circuit type reference value input voltage according to the value of the input voltage, and a series function An information recording apparatus in which linear function information for specifying a relationship between an inverse value of the detection pulse period and a discrete value representing the input voltage is recorded based on a linear function that is an approximation result of a mathematical expression expanded to the linear function, and the linear function And an arithmetic unit that calculates the discrete value using information.
好ましくは、前記検出パルス期間の逆数値を「1/tc」とし、前記入力電圧を「Vin」とし、且つ、前記入力電圧「Vin」に関するマクローリン展開によって得られた近似関数のうち、定数項をbとし、前記入力電圧「Vin」の一次項の係数をaとすると、前記AD変換回路部に構成される電気的素子は、「1/tc=(a・Vin)+b」の関係を満足させていることとする。 Preferably, the reciprocal value of the detection pulse period is “1 / tc”, the input voltage is “Vin”, and a constant term is included in the approximate function obtained by Macrolin expansion regarding the input voltage “Vin”. Assuming that b is a coefficient of the primary term of the input voltage “Vin”, the electrical element configured in the AD conversion circuit unit satisfies the relationship “1 / tc = (a · Vin) + b”. Suppose that
好ましくは、前記演算装置は、前記検出パルス期間を測定する検出パルス期間算出処理と、前記検出パルス期間の逆数値を算出する逆数値算出処理と、前記検出パルス期間の逆数値及び前記線形関数情報を用いて前記離散値を算出するデジタル値設定処理と、を機能させることとする。 Preferably, the arithmetic device includes a detection pulse period calculation process for measuring the detection pulse period, an inverse value calculation process for calculating an inverse value of the detection pulse period, an inverse value of the detection pulse period, and the linear function information And a digital value setting process for calculating the discrete value using the function.
好ましくは、前記線形関数情報は、検査用の入力電圧を複数種類与えて当該検査用の入力電圧に対応する前記検出パルス期間の逆数値を各々算出する検査処理と、前記検査用の入力電圧とこれに対応する前記検出パルス期間の逆数値との関係を複数用いて前記線形関数を特定する線形関数特定処理と、前記線形関数に基づいて前記線形関数情報を作成する関数情報作成処理と、によって作成されることとする。 Preferably, the linear function information includes a plurality of types of input voltages for inspection, and an inspection process for calculating an inverse value of the detection pulse period corresponding to the input voltage for inspection, and the input voltage for inspection. A linear function specifying process for specifying the linear function using a plurality of relationships with the inverse value of the detection pulse period corresponding thereto, and a function information generating process for generating the linear function information based on the linear function, It will be created.
本発明に係るAD変換処理装置によると、ヒステリシスコンパレータによってAD変換回路部が構成されるので、当該回路部の構成が極めて簡素なものとされる。また、入力電圧と検出パルス期間の逆数値との線形的関係に基づいてアナログ値の量子化が実施されるので、検出された入力電圧は、近似誤差の少ない関数によって離散値が設定されることになり、高い精度でAD変換されることとなる。 According to the AD conversion processing device according to the present invention, the AD converter circuit unit is configured by the hysteresis comparator, so that the configuration of the circuit unit is extremely simple. In addition, since the analog value is quantized based on the linear relationship between the input voltage and the reciprocal value of the detection pulse period, the detected input voltage is set to a discrete value by a function with little approximation error. Therefore, AD conversion is performed with high accuracy.
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図1は、本実施の形態に係るAD変換処理装置の構成が説明されている。図示の如く、AD変換処理装置1は、AD変換回路部10と情報記録装置30と演算装置40とから構成され、各々がCPUバス20を介してデータ通信可能に接続されている。かかるCPUバス20は、コントロールバス,アドレスバス,データバスを束ねた信号ラインであり、このうち、データバスは、検出パルス期間を現す情報Dp等(例えば、カウント値情報)を伝送させる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 illustrates the configuration of an AD conversion processing apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the AD
AD変換処理装置10は、分圧抵抗11とコンパレータ12と抵抗R3とデータ生成回路13と積分回路14とから構成される。分圧抵抗11は、検出する入力電圧Vinが其の一端に印加され、内部電流がグランドGNDへ抜けるよう回路構成されている。従って、分圧抵抗11の接点t1(抵抗R1と抵抗R2の接点)は、入力電圧Vinに比例する電圧を出力させる。
The AD
コンパレータ12は、非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)と出力端子とを備え、非反転入力端子(+)は、信号ラインを介して接点t1に接続されている。このため、非反転入力端子(+)には、入力電圧Vinに比例する電圧Vin+が印加される。以下、この電圧Vin+を、検出値入力電圧Vin+と呼ぶこととする。
The
非反転入力端子(+)と出力端子との間には、接点t1及びt3を介して抵抗R3が接続されている。また、反転入力端子(−)と出力端子との間には、接点t4及び接点t3を介して抵抗R4が接続されている。当該抵抗R4は、直列接続させたコンデンサC1を伴って、積分回路14を構成している。以下、反転入力端子(−)に入力される電圧を、基準値入力電圧Vin−と呼ぶ。
A resistor R3 is connected between the non-inverting input terminal (+) and the output terminal via contacts t1 and t3. A resistor R4 is connected between the inverting input terminal (−) and the output terminal via a contact t4 and a contact t3. The resistor R4 forms an
本実施の形態に係るAD変換処理装置1によると、後述するようなヒステリシスコンパレータによってAD変換回路部10が構成されるので、当該回路部の構成が極めて簡素なものとされる。また、本実施の形態では、基準電圧発生回路として積分回路14が用いられるため、入力電圧Vinに重畳されるノイズ成分を吸収させるメリットも生じる。
According to the AD
ここで、図2を参照して、一般的なヒステリシスコンパレータについて説明する。尚、コンパレータ12の出力電圧Voutは、High状態のとき電源電圧Vccの電圧値となり、Low状態のとき零(V)となる。
Here, a general hysteresis comparator will be described with reference to FIG. The output voltage Vout of the
図2(a)に示す如く、ヒステリシスコンパレータでは、抵抗R1に流れる電流I1と、抵抗R2に流れる電流I2と、抵抗R3に流れる電流I3との関係が、「I1=I2+I3」の関係を満たすこととなる。従って、抵抗値及び電圧値を用いて各々の電流値I1〜I3を算出し、これを「I1=I2+I3」の関係式へ代入させると、検出値入力電圧Vin+は、次の式で表される。
先に説明したように、出力電圧VoutはHigh状態及びLow状態へ切換えられる。ここで、「Vout=Vcc(High)」のときの検出値入力電圧Vin+をVtlとし、「Vout=0(Low)」のときの検出値入力電圧Vin+をVthとすると、これら電圧Vtl及びVthは、次の式で表される。
図2(b)では、この電圧Vtl及びVthが示されている。即ち、検出値入力電圧Vtl及びVthは、電源電圧Vccと零(V)との間に設定され、「数2」からも明らかなように「Vtl>Vth」の関係を形成する。
In FIG. 2B, the voltages Vtl and Vth are shown. That is, the detection value input voltages Vtl and Vth are set between the power supply voltage Vcc and zero (V), and form a relationship of “Vtl> Vth” as apparent from “
図2(a)における基準電圧生成回路Xは、印加電圧V(t)を周期的に増加及び減少させるように機能する。ここでは、基準電圧生成回路Xは、図2(a)に示す如く、印加電圧V(t)が電圧Vthまで低下した時点(t=0,t2)で印加電圧V(t)の増加を開始させ、印加電圧V(t)が電圧Vtlまで上昇した時点(t=t1,t3)で印加電圧V(t)の減少を開始させる。 The reference voltage generation circuit X in FIG. 2A functions to periodically increase and decrease the applied voltage V (t). Here, as shown in FIG. 2A, the reference voltage generation circuit X starts to increase the applied voltage V (t) when the applied voltage V (t) drops to the voltage Vth (t = 0, t2). The applied voltage V (t) starts to decrease when the applied voltage V (t) rises to the voltage Vtl (t = t1, t3).
ここで、期間(0〜t1,t2〜t3)のとき、コンパレータ12は、「Vin+ > Vin−」となるので、出力電圧VoutをHigh状態とさせる。一方、期間(t1〜t2)のとき、コンパレータ12は、「Vin+ < Vin−」となるので、出力電圧VoutをLow状態とさせる(図2c参照)。このように、ヒステリシスコンパレータは、基準値入力電圧Vin−の変化動作に応じて、出力電圧Voutを周期的に切換える。
Here, in the period (0 to t1, t2 to t3), the
本実施の形態では、図1に示す如く、積分回路14によって基準電圧生成回路が構成されている。ここで、積分回路14におけるコンデンサC1の両端電圧をVc(t)とおき、「t=0」のときにVc(t)の増加が開始することとすると、Vc(t)は、次の式で表される。
図4(a)は、コンデンサC1における充電動作のタイムチャートが示されている。「数3」の式により、充電時の両端電圧Vc(t)は、Vc(0)=Vthから、時間経過に応じて増加していくことが解る。但し、Vc(t)がVtlに達する時刻taでは、コンパレータ12の出力電圧VoutがHigh状態(VoH)からLow状態(VoL)に切換る。即ち、期間(0〜ta)にあっては、両端電圧Vc(t)の充電期間とされ、以下、これを検出パルス期間tcと呼ぶこととする。
FIG. 4A shows a time chart of the charging operation in the capacitor C1. It can be seen from the expression of “Equation 3” that the voltage Vc (t) at the time of charging increases from Vc (0) = Vth as time elapses. However, at time ta when Vc (t) reaches Vtl, the output voltage Vout of the
上述の如く、t=0のとき、Vc(0)=Vth,となる。また、t=taのとき、Vc(ta)=Vtl,となる。これと、「数3」を用いることにより、以下の如く、期間tcの関係式を導き出すことができる。
また、「数4」へ「数2」のVtl及びVthを代入すると、以下の式が導き出される。
一方、コンデンサC1が放電するとき、其の放電開始時刻を零とすると、Vc(t)は以下の式で表される。
また、先と同様、期間tdについて解くと、非検出期間tdは以下のように表現される。
図4(b)は、コンデンサC1における放電動作のタイムチャートが示されている。「数6」の式により、放電時の両端電圧Vc(t)は、Vc(0)=Vtlとなり、時間経過に応じて減少していくことが解る。但し、Vc(t)がVthに達する時刻tbでは、先とは逆に、コンパレータ12の出力電圧VoutがLow状態(VoL)からHigh状態(VoH)に切換る。ここでの期間(0〜tb)にあっては、非検出期間tdと呼ぶこととする。
FIG. 4B shows a time chart of the discharging operation in the capacitor C1. It can be seen from the expression of “Equation 6” that the voltage Vc (t) at the time of discharge becomes Vc (0) = Vtl, and decreases with time. However, at time tb when Vc (t) reaches Vth, the output voltage Vout of the
図4(c)に示す如く、コンデンサC1の両端電圧Vc(t)は、出力電圧Voutの切換り動作に応じて充放電を繰り返すものであるから、反転入力電圧Vtl〜Vthの間を反復するよう変動する。また、この両端電圧Vc(t)は、周期T(T=tc+td)によって其の動作を繰り返すこととなる。ここで、入力電圧Vinが変動し、これに応じて、入力電圧Vinが図3のように変動したとする(実際は、緩慢に変動する)。この場合、基準値入力電圧Vin−の増加速度は入力電圧Vinに応じて変動する為、両端電圧Vc(t)の充放電周期Tは、入力電圧Vinが大きければ其の周期を増大させ、入力電圧Vinが小さくなれば其の周期を低下させる。 As shown in FIG. 4C, the voltage Vc (t) across the capacitor C1 is repeatedly charged and discharged according to the switching operation of the output voltage Vout, and therefore repeats between the inverted input voltages Vtl to Vth. It fluctuates as follows. Further, the voltage Vc (t) at both ends repeats its operation according to a cycle T (T = tc + td). Here, it is assumed that the input voltage Vin fluctuates, and accordingly, the input voltage Vin fluctuates as shown in FIG. 3 (actually fluctuates slowly). In this case, since the increasing speed of the reference value input voltage Vin− fluctuates according to the input voltage Vin, the charge / discharge cycle T of the both-end voltage Vc (t) is increased if the input voltage Vin is large. If the voltage Vin decreases, the period is lowered.
ここで、検出パルス期間tcのみについても、かかる傾向が現れるのは明らかである。即ち、上述したヒステリシスコンパレータは、検出パルス期間tcを入力電圧Vinの値に応じて変化させる。従って、本実施の形態では、検出パルス期間tcについてのみ観測を行い、この期間tcの長短に応じて入力電圧Vinをデジタル値として把握することとする。 Here, it is clear that such a tendency appears only in the detection pulse period tc. That is, the hysteresis comparator described above changes the detection pulse period tc according to the value of the input voltage Vin. Therefore, in this embodiment, only the detection pulse period tc is observed, and the input voltage Vin is grasped as a digital value according to the length of the period tc.
図1に戻り、AD変換回路部10の残りの構成について説明する。データ生成回路13は、制御ロジック131とゲート回路132とカウンタ133とを備えている。制御ロジック131では、パルス信号の周波数やカウンタ133のサンプルタイミング等を規定する。ゲート回路132は、パルス信号と出力電圧Voutが各々入力され、出力電圧VoutがHigh状態の場合に限り、パルス信号を通過させる。即ち、図3に示されるパルス信号PLSは、ゲート回路132の出力を示す波形である。カウンタ133は、検出パルス期間tcについてのカウント動作を行うよう、適宜のタイミングでリセット動作を行う。そして、カウンタ133では、パルス信号PLSが入力されると、パルス信号PLSのパルス数を計数し、そのカウント値(図3のCOUNTERを参照)のデジタルデータをデータレジスタへ作成させる。その後、カウンタ133は、後述する演算処理40からの指令に従い、パルス信号PLSのカウント情報を演算処理40へ出力する。このカウント情報は、パルス数の計数結果であるところ、検出パルス期間tcを現す情報であり、これは、入力電圧Vinの大きさを現す情報を意味する。
Returning to FIG. 1, the remaining configuration of the AD
本実施の形態に係るAD変換回路部10は、時間に関する情報を検出しているので、入力電圧の電圧値に係る量子化誤差は最小限に抑えられる。そして、入力電圧の量子化については、後述する近似誤差の小さい関数を用いるので、精度の高いAD変換の結果値が得られることとなる。
Since the AD
情報記録装置30は、本実施の形態では不揮発性メモリ31(Read Only Memory)とEEPROM32(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)と揮発性メモリ(Random Access Memory)とから構成される。このうち、不揮発性メモリ31には様々な制御プログラムが記録され、揮発性メモリでは演算中の情報が随時記録される。また、EEPROM32の記憶領域には、例えば、後述する線形関数情報等が記録されている。この線形関数情報は、必要に応じて書換えられる情報であるため、イレーサブルなメモリ回路へ格納されている。
In this embodiment, the information recording device 30 includes a nonvolatile memory 31 (Read Only Memory), an EEPROM 32 (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), and a volatile memory (Random Access Memory). Among these, various control programs are recorded in the
演算装置40は、CPU(Central Processing Unit)であって、データレジスタ41、コントロールレジスタ42、アドレスレジスタ43、其の他、クロック回路等が配備されている。データレジスタ41は、演算結果等を一時的に保持させたり、情報記録装置30から得た数値情報等を保持する。また、データレジスタ41は、四則演算といった平易な演算処理を実行する。コントロールレジスタ42は、制御プログラムから所定アドレスの指令情報をフェッチし、これに従い処理を実行させる。アドレスレジスタ43は、制御レジスタの現アドレス値をカウントアップさせ、次のフェッチ動作に備える。このように、演算装置40は、シーケンス順に従って、処理を順次実行させていく。即ち、演算装置40は、情報記録装置30に格納された制御プログラム・各種パラメータと協働して、適宜の処理装置を構築させる。かかる処理動作については、追って詳述することとする。
The
「発明が解決しようとする課題」で指摘したように、入力電圧Vinとパルス期間txとを「Vin=(α・tx)+β」のように近似させてしまうと、近似誤差が大きくなるとの不具合が生じる。このため、本実施の形態では、検出パルス期間tcを一次関数の変数としてそのまま用いるのではなく、検出パルス期間の逆数値「1/tc」を近似関数(一次関数)の変数として利用することを試みた。これを具体的に説明すると、「数5」の式について、対数関数をf(Vin)へ置換し、「1/tc」について解く。そうすると、検出パルス期間の逆数値「1/tc」は、以下のように表現される。
ここで、上式における対数関数f(Vin)は、「Vin=0」について、連続であり且つ微分係数を有するよう、パラメータp,qが設定されていることとする。この場合、対数関数f(Vin)についてマクローリン展開を行うと、「1/tc」は、以下のように表現される。
ここで、上式のVinの高次多項式について、二次項の係数は、分母と分子の次数を比較すれば、其れが十分に小さいことが解る。また、同様の理由で、更に高次項の係数についても、これに対応する係数は十分に小さくなる。従って、検出パルス期間の逆数値「1/tc」を現す右辺は、二次項以上の項を無視しても、近似誤差が殆ど生じないことが理解できる。以下の式は、マクローリン展開後の右辺高次項を消去したものであり、上述の理由から、入力電圧Vinがどのような値であっても、この式による誤差が十分に小さなものとされる。
尚、本実施の形態では、非検出期間tdの逆数に基づく近似関数をモデルとすることはない。何故なら、「数7」の右辺Vinについてマクローリン展開を行ったとしても、これによって得られる展開式は、高次項の係数を無視できない値となるからである。即ち、本実施の形態によると、近似式を設定するに相応しい「1/tc」なる変数を用いることにより、近似関数を一次関数という平易な関数とし、AD変換回路部の電気的素子の設定を容易化させている。 In the present embodiment, an approximation function based on the reciprocal of the non-detection period td is not used as a model. This is because even if the macrolin expansion is performed on the right side Vin of “Equation 7”, the expansion equation obtained by this is a value in which the coefficient of the high-order term cannot be ignored. That is, according to the present embodiment, by using a variable “1 / tc” suitable for setting an approximate expression, the approximate function is made a simple function called a linear function, and the setting of the electrical elements of the AD converter circuit unit is made. Making it easier.
ここで、「数10」の式における傾き及び定数項について、パラメータa及びbを設定すると、以下のように表現される。
このパラメータa及びbは、何れも、抵抗R1〜R4,電気容量C1,電源電圧Vccによって算出可能なパラメータである。このうち、電源電圧Vccは一定値に制御されるものであるから、パラメータa及びbは、AD変換回路部10の素子構成に応じて定まることを意味する。
The parameters a and b are parameters that can be calculated from the resistors R1 to R4, the electric capacity C1, and the power supply voltage Vcc. Among these, since the power supply voltage Vcc is controlled to a constant value, it means that the parameters a and b are determined according to the element configuration of the AD
図5(a)は、検出パルス期間の逆数値「1/tc」と入力電圧Vinとの関係が、上記の近似直線に基づいて作成されたものである。同図では、入力電圧Vinが0(v)のとき逆数値F(0)が検出され、入力電圧Vinが5(v)のとき逆数値F(5)が検出される、といったパラメータa,bが設定されている。即ち、このような特性が現れるように、AD変換回路部10の電気的素子(抵抗、電気容量)が選択されている。
In FIG. 5A, the relationship between the reciprocal value “1 / tc” of the detection pulse period and the input voltage Vin is created based on the above approximate line. In the figure, parameters a and b are such that the reciprocal value F (0) is detected when the input voltage Vin is 0 (v), and the reciprocal value F (5) is detected when the input voltage Vin is 5 (v). Is set. That is, the electrical elements (resistance, capacitance) of the AD
EEPROM32に記録されている線形関数情報は、図5(b)に示す如く、演算装置等で利用される離散値BITと、検出パルス期間の逆数値「1/tc」と、を所定の関数に基づいて関係付けたものである。尚、図5(b)では、検出パルス期間の逆数値「1/tc」が8ビットデータへ離散化処理されるものとする。即ち、LSB=0,MSB=255,とされている。
As shown in FIG. 5B, the linear function information recorded in the
図5(b)に示す如く、離散値BITは、逆数値F(0)のとき「BIT=BIT(0)=0」とされ、逆数値F(5)のとき「BIT=BIT(5)=255」とされる。そして、F(0)〜F(5)の間の検出値については1/256に等分割され、離散値BITの各値に対応付けられる。このように、同図にあっては、1BITに相当する検出値の分解能は、「Δ(1/tc)/256」となる。 As shown in FIG. 5B, the discrete value BIT is “BIT = BIT (0) = 0” when the reciprocal value is F (0), and “BIT = BIT (5) when the reciprocal value is F (5). = 255 ". The detected value between F (0) to F (5) is equally divided into 1/256 and associated with each value of the discrete value BIT. Thus, in the figure, the resolution of the detection value corresponding to 1 BIT is “Δ (1 / tc) / 256”.
下の式「数12」は、離散値BITと検出パルス期間の逆数値「1/tc」との関係を現す線形関数が示されている。
本実施の形態では、「数12」の線形関数に基づいて特定された線形関数情報が、EEPROM32の記憶領域に記録されている。例えば、この線形関数情報は、右辺第1項目の定数項と、右辺第2項目の係数と、から成る情報としても良い。また、線形関数情報は、この線形関数に基づいて予め作成されたマップ情報としても良い。
In the present embodiment, linear function information specified based on the linear function of “
先に説明したように、算出された離散値BITは検出パルス期間の逆数値「1/tc」に対応するものであり(図5b参照)、この逆数値「1/tc」は入力電圧Vinに対応するものである(図5a参照)。このことは、入力電圧Vinと離散値BITとの対応関係が形成されていることを意味し、離散値BITの算出結果によって入力電圧Vinが特定されたことになる。 As described above, the calculated discrete value BIT corresponds to the reciprocal value “1 / tc” of the detection pulse period (see FIG. 5 b), and this reciprocal value “1 / tc” corresponds to the input voltage Vin. Corresponding (see FIG. 5a). This means that a correspondence relationship between the input voltage Vin and the discrete value BIT is formed, and the input voltage Vin is specified by the calculation result of the discrete value BIT.
これについて具体的に説明すると、AD変換回路部10では、上述の如く、入力電圧Vinが与えられると、検出パルス期間tcに対応する情報(カウント値)を演算装置40へ出力させる。演算装置40では、これを受けて演算ルーチンを起動させ(図6a参照)、先ず、検出パルス期間算出処理S11を実行させる。この処理S11では、カウント値にパルス信号PLSのパルス周期を乗算する等して、検出パルス期間tcを算出測定する。
Specifically, as described above, when the input voltage Vin is given, the AD
其の後、逆数値算出処理S12では、逆数の演算処理を構築させ、これに処理S11での結果値「1/tc」を代入する。これにより、処理S12では、検出パルス期間の逆数値「1/tc」が算出される。 Thereafter, in the reciprocal value calculation process S12, a reciprocal calculation process is constructed, and the result value “1 / tc” in the process S11 is substituted for it. Thereby, in process S12, the reciprocal value “1 / tc” of the detection pulse period is calculated.
其の後、デジタル値設定処理S13では、検出パルス期間の逆数値「1/tc」及び線形関数情報を用いて離散値BITを算出する。例えば、関数演算によって離散値BITを算出させる場合、「数12」の線形関数の定数項及び係数を記憶装置からデータレジスタ41に読出し、これを用いて線形関数の演算処理機能を構築させ、これに「1/tc」の検出値を代入することで離散値BITを算出する。演算処理ルーチンは、処理S13の完了後これを終了させ、次回のカウント値が演算装置40で確認された後、起動再開されることとなる。
Thereafter, in the digital value setting process S13, the discrete value BIT is calculated using the reciprocal value “1 / tc” of the detection pulse period and the linear function information. For example, when the discrete value BIT is calculated by function calculation, the constant term and the coefficient of the linear function of “
本実施の形態に係るAD変換処理装置1によると、入力電圧Vinと逆数値「1/tc」との線形的関係に基づいてアナログ値の量子化が実施されるので、上述したマクローリン展開を用いた近似関数に非常に近い(若しくは、同等の)関数を用いることとなる。このため、検出された入力電圧は、近似誤差の少ない関数によって離散値が設定されることになり、高い精度でAD変換が行われることとなる。
According to the AD
そして、上述した近似関数に基づくAD変換を実現させるには、パラメータa及びbを満足するような電気的素子を選択すれば良いことになる。即ち、従来技術のように回路構成を複雑化せずとも、AD変換回路部の抵抗値等の変更によって、精度の高いAD変換を構成させることが可能となる。 In order to realize AD conversion based on the above approximate function, an electrical element that satisfies the parameters a and b may be selected. That is, even if the circuit configuration is not complicated as in the prior art, highly accurate AD conversion can be configured by changing the resistance value and the like of the AD conversion circuit unit.
また、検出パルス期間の逆数値「1/tc」は、パラメータa及びbに依存するところ、AD変換回路部10を構成する電気的素子の設定変更によって適宜な調整が可能である。従って、CPUといった演算回路40の読込速度が劣るようなシステムであっても、上述電気的素子を選択することで逆数値「1/tc」を低下させ、精度の低下を招くことなくAD変換を行うことが可能となる。
Further, the reciprocal value “1 / tc” of the detection pulse period depends on the parameters a and b, and can be appropriately adjusted by changing the setting of the electric elements constituting the AD
一方、本実施の形態によれば、演算回路側のスペックに余裕がある場合、AD変換回路部10の電気的素子を適宜に選択して、検出パルス期間の逆数値「1/tc」を高くし、変換動作の高速化を図ることも可能である。かかる設定についても、上述同様、AD変換回路部10の電気的素子の適宜な選択といった簡素な手段によって、これが実現される。
On the other hand, according to the present embodiment, when there is a margin in the specifications on the arithmetic circuit side, an electrical element of the AD
また、本実施の形態によれば、AD変換回路部10の素子設定が適宜に行われることにより、検出パルス期間tcを自由に規定できるので、エイリアス等といった回路上の不具合対策を平易に行うことが可能となる。
In addition, according to the present embodiment, the detection pulse period tc can be freely defined by appropriately setting the elements of the AD
以下の式(数13)は、上述した「数12」に「数11」を代入して得られたものである。
ここで、入力電圧Vinの変動範囲が想定されているとすると、計測結果を設定ビット数の範囲内に収めるには「η・a」を調整すれば良く、「ξ」によってオフセット量を調整すれば良い。これら「η・a」及び「ξ」はパラメータa,bの関数であるところ、入力電圧Vinを所望のビット範囲に収めるには、パラメータa及びbの適宜な設定が重要となる。本実施の形態では、このような問題解決にあっても、AD変換回路部10の電気的素子の適宜な選択によって容易に為され、このことは、設定ビット数の有効利用を実現させ、AD変換における精度向上に寄与することとなる。
If the fluctuation range of the input voltage Vin is assumed, “η · a” can be adjusted to keep the measurement result within the range of the set number of bits, and the offset amount can be adjusted by “ξ”. It ’s fine. Since “η · a” and “ξ” are functions of the parameters a and b, appropriate setting of the parameters a and b is important in order to keep the input voltage Vin in a desired bit range. In the present embodiment, even when such a problem is solved, it is easily achieved by appropriate selection of electrical elements of the AD
この他、本実施の形態では、図6(b)に示す「線形関数情報の作成ルーチン」によって、上述した線形関数情報を作成・修正することが可能である。当該ルーチンは、AD変換処理装置の製造工程や修理操作で与えられるイベント情報によって起動する。 In addition, in the present embodiment, the above-described linear function information can be created and corrected by the “linear function information creation routine” shown in FIG. This routine is activated by event information given in the manufacturing process or repair operation of the AD conversion processing apparatus.
そして、検査処理S21では、検査用の入力電圧が複数種類与えられて、当該検査用の入力電圧に対応する逆数値「1/tc」を各々算出する。即ち、この処理S21によって、逆数値「1/tc」に係る複数点の計測結果が取得される。 In the inspection process S21, a plurality of types of input voltages for inspection are given, and reciprocal values “1 / tc” corresponding to the input voltages for inspection are calculated. That is, the measurement result of a plurality of points related to the reciprocal value “1 / tc” is acquired by this process S21.
其の後、線形関数特定処理S22では、検査用の入力電圧とこれに対応する逆数値との関係を複数用いて、「数11」に係るパラメータa,bを算出し、線形関数を特定する。このように、「線形関数情報の作成ルーチン」では、検査結果を用いて、パラメータa,bを逆算させる処理を行う。
Thereafter, in the linear function specifying process S22, the parameters a and b related to “
其の後、関数情報作成処理S23では、処理S22で特定された線形関数に基づいて、線形関数情報を記憶装置へ記録させる。この線形関数情報は、「傾き」及び「定数項」に相当する情報であっても良く、入力電圧Vinを具体的に与えて得られるマップ情報であっても良い。 Thereafter, in the function information creation process S23, the linear function information is recorded in the storage device based on the linear function specified in the process S22. This linear function information may be information corresponding to “slope” and “constant term”, or may be map information obtained by specifically giving the input voltage Vin.
このように、情報記録装置30に線形関数情報が記録されていなくても、「線形関数情報の作成ルーチン」を起動させることにより、線形関数情報を作成することが可能である。また、抵抗素子又はコンデンサの電気的性質に変化が現れたような場合、「線形関数情報の作成ルーチン」を用いて、線形入力情報のチューニングを行うことも可能となる。 Thus, even if the linear function information is not recorded in the information recording device 30, it is possible to create the linear function information by starting the “linear function information creation routine”. In addition, when a change appears in the electrical properties of the resistance element or the capacitor, the linear input information can be tuned using the “linear function information creation routine”.
また、「線形関数情報の作成ルーチン」によって特定される線形情報についても、入力電圧Vinと逆数値「1/tc」との線形的関係に基づいてアナログ値の量子化が実施されるので、上述したマクローリン展開を用いた近似関数に非常に近い(若しくは、同等の)関数を用いることとなる。このため、検出された入力電圧は、近似誤差の少ない関数によって離散値が設定されることになり、高い精度でAD変換が行われることとなる。 In addition, for the linear information specified by the “linear function information creation routine”, the analog value is quantized based on the linear relationship between the input voltage Vin and the inverse value “1 / tc”. A function that is very close (or equivalent) to the approximate function using the Macrolin expansion is used. For this reason, a discrete value is set for the detected input voltage by a function with a small approximation error, and AD conversion is performed with high accuracy.
尚、本実施の形態では、AD変換回路部10の全ての電気的素子(抵抗,コンデンサ)を所望の素子とすることができるように、AD変換回路部がカスタム品であるとされている。しかし、AD変換ICによっては、上述した特性を決定する電気的素子の全部又は一部を外部から接続させるものもあり、このようなICについては其の変更が許される範囲で本発明を適用させることが可能である。
In the present embodiment, the AD conversion circuit unit is a custom product so that all the electrical elements (resistors, capacitors) of the AD
上述したハードウェアは、特許請求の範囲における技術思想の一形態に過ぎず、その形態を以下のように様々変更させることが可能である。 The hardware described above is merely one form of the technical idea in the claims, and the form can be variously changed as follows.
例えば、図7のAD変換回路部10では、コンパレータ12の出力側へ時定数回路25を接続させ、カウンタ値をD/A変換させる基準電圧生成回路24が設けられている。このような構成であっても、上述した実施の形態で説明されたソフトウェアが設けられていれば、精度良くAD変換を実施させることができる。
For example, in the AD
また、図8のAD変換処理装置3は、CPUバス20にFPGA(Field-Programmable Gate array)が接続されている。かかるFPGA50は、コンフィギュレートROM51と論理ブロック領域52とを備え、コンフィギュレートROM51に記録された情報によって論理ブロック領域52を適宜の処理装置に機能構築させる。即ち、同図において、コンフィギュレートROM51が情報記録装置とされ、論理ブロック領域52が演算装置に相当する。また、FPGA20を用いる替りに、PLD(Programmable Logic Device)といった書換可能なロジックデバイスを用いても良い。
In the AD conversion processing device 3 of FIG. 8, an FPGA (Field-Programmable Gate array) is connected to the CPU bus 20. The
この他、DMAC(Direct Memory Access Controller)を追加構成させて、逆数値「1/tc」若しくはこれに対応する離散値BITをDMACで算出してから、この結果値をCPU(若しくは、メモリ回路)へ転送させるようにしても良い。 In addition, a DMAC (Direct Memory Access Controller) is additionally configured to calculate the reciprocal value “1 / tc” or a discrete value BIT corresponding to the inverse value “1 / tc” using the DMAC, and then the result value is set to the CPU (or memory circuit). You may make it forward to.
1 AD変換処理装置, 10 AD変換回路部, 12 ヒステリシスコンパレータ, 20 CPUバス, 30 情報記録装置, 40 中央演算処理装置(演算装置), Vin 入力電圧, Vin+ 検出値入力電圧, Vin− 基準値入力電圧, Vout 出力電圧, tc 検出パルス期間, 1/tc 検出パルス期間の逆数値, S11 検出パルス期間算出処理, S12 逆数値算出処理, S13 デジタル値設定処理, S21 検査処理, S22 線形関数特定処理, S23 関数情報作成処理。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記AD変換回路部に構成される電気的素子は、「1/tc=(a・Vin)+b」の関係を満足させていることを特徴とする請求項1に記載のAD変換処理装置。 The reciprocal value of the detection pulse period is “1 / tc”, the input voltage is “Vin”, and the constant term of the approximate function obtained by the Macrolin expansion for the input voltage “Vin” is b, When the coefficient of the primary term of the input voltage “Vin” is a,
2. The AD conversion processing apparatus according to claim 1, wherein the electrical elements configured in the AD conversion circuit section satisfy a relationship of “1 / tc = (a · Vin) + b”.
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