JP6553164B2 - アナログディジタル変換回路及び電子装置 - Google Patents
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Description
V1:入力電圧Vinを積分時の積分器の出力電圧Vo、
V2:基準電圧Vrefを積分時の積分器の出力電圧Vo、
t1:指定した時間、
N:t1時のパルス数、
t2:基準電圧Vrefの積分時間、
n:t2時のパルス数(デジタル出力)。
先ず、本願において開示される実施の形態について概要を説明する。実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
半導体装置(1)は、基準抵抗(Rpu)を介して第1電圧(Vp)に接続される第1ノード(N1)と、測定抵抗(Rm)を介して第2電圧(Vn)に接続される複数個の第2ノード(N2A,N2B,N2C)と、前記第1ノードに接続する第2ノードを選択する複数個の切替えスイッチ(4A,4B,4C)と、前記切替えスイッチで選択される第2ノードと前記第1ノードとの間の電圧に前記第2電圧を加算した電圧を補正電圧(Vx)として生成する補正回路(7)と、前記第1ノードの電圧に対する前記補正電圧の差電圧を前記第1電圧まで積分したときの第1積分時間(t1)及び前記第1ノードの電圧に対する前記第1電圧の差電圧を前記補正電圧まで積分したときの第2積分時間(t2)を求める二重積分型アナログディジタル変換回路(6)と、を有する。
項1において、前記二重積分型アナログディジタル変換回路は、前記第1ノードの電圧対する前記補正電圧の差電圧を積分する第1積分動作と前記第1ノードの電圧に対する前記第1電圧の差電圧を積分する第2積分動作を行う積分回路(12)と、前記第1積分動作において前記積分回路の積分出力が前記第1電圧に達したとき第1検出信号(15A)を生成し、前記第2積分動作において前記積分回路の出力が前記補正電圧に達したとき第2検出信号(15B)を生成する検出回路(14A,14B,14)と、クロック信号(CK)を計数するカウンタ(20)と、前記積分回路によって前記第1積分動作を開始してから前記第1検出信号が生成されるまでの前記カウンタによる第1計数値(N)、及び前記第2積分動作を開始してから前記第2検出信号が生成されるまでの前記カウンタによる第2計数値(n)を取得する制御回路(16)と、を有する。
項2において、前記積分回路は、非反転入力端子に前記第1ノードの電圧を受け、反転入力端子に前記第1電圧又は前記補正電圧を選択的に受けるミラー積分回路(12)である。
項1において、前記補正回路は、前記第1ノードの電圧を受ける第1バッファアンプ(22)と、前記切替えスイッチで選択される第2ノードの電圧を受ける第2バッファアンプ(23)と、前記第1バッファアンプの出力に対する前記第2バッファアンプの出力の差電圧に前記第2電圧を加えた電圧を補正電圧として形成する差動アンプ(24)と、を有す。
項1において、前記補正回路は、非反転入力端子に前記第2電圧を受け、反転入力端子に入力容量の一方の容量電極が結合されたオペアンプ(41)と、前記オペアンプの出力端子を反転入力端子に帰還接続する第1スイッチ(42)と、前記第1スイッチに並列接続された帰還容量(43)と、前記第1スイッチと同相でスイッチ制御されオン状態で前記第1ノードの電圧を前記入力容量の他方の容量電極に印加する第2スイッチ(44)と、前記第1スイッチと逆相でスイッチ制御されオン状態で前記第2ノードの電圧を前記入力容量の他方の容量電極に印加する第3スイッチ(45)と、を含む。
項1において、前記第1ノード及び第2ノードは外部端子である。
半導体装置(1A)は、基準抵抗(Rpu)を介して第1電圧(Vp)に接続される第1ノード(N1)と、測定抵抗(Rm)を介して第2電圧(Vn)に接続される複数個の第2ノード(N2A,N2B,N2C)と、前記第1ノードに接続する第2ノードを選択する複数個の切替えスイッチ(4A,4B,4C)と、前記切替えスイッチで選択される第2ノードと前記第1ノードとの間の電圧を前記第1電圧から減算した電圧を補正電圧(Vx)として生成する補正回路(7A)と、前記第2ノードの電圧に対する前記補正電圧の差電圧を前記第2電圧まで積分したときの第1積分時間(t1)及び前記第2ノードの電圧に対する前記第2電圧の差電圧を前記補正電圧まで積分したときの第2積分時間(t2)を求める二重積分型アナログディジタル変換回路(6A)と、を有する。
項7において、前記二重積分型アナログディジタル変換回路は、前記第2ノードの電圧に対する前記補正電圧の差電圧を積分する第1積分動作と前記第2ノードの電圧に対する前記第2電圧の差電圧を積分する第2積分動作を行う積分回路(12)と、前記第1積分動作において前記積分回路の積分出力が前記第2電圧に達したとき第1検出信号(15A)を生成し、前記第2積分動作において前記積分回路の出力が前記補正電圧に達したとき第2検出信号(15B)を生成する検出回路(14A,14B)と、クロック信号(CK)を計数するカウンタ(20)と、前記積分回路によって前記第1積分動作を開始してから前記第1検出信号が生成されるまでの前記カウンタによる第1計数値(N)、及び前記積分回路によって前記第2積分動作を開始してから前記第2検出信号が生成されるまでの前記カウンタによる第2計数値(n)を取得する制御回路(16)と、を有する。
項8において、前記積分回路は、非反転入力端子に前記第2ノードの電圧を受け、反転入力端子に前記第2電圧又は前記補正電圧を選択的に受けるミラー積分回路(12)である。
項7において、前記補正回路は、前記第1ノードの電圧を受ける第1バッファアンプ(22)と、前記切替えスイッチで選択される第2ノードの電圧を受ける第2バッファアンプ(23)と、前記第1バッファアンプの出力に対する前記第2バッファアンプの出力の差電圧を前記第1電圧から減算した電圧を補正電圧として形成する差動アンプ(24)と、を有する。
項7において、前記補正回路は、非反転入力端子に前記第1電圧を受け、反転入力端子に入力容量の一方の容量電極が結合されたオペアンプ(41)と、前記オペアンプの出力端子を反転入力端子に帰還接続する第1スイッチ(42)と、前記第1スイッチに並列接続された帰還容量(43)と、前記第1スイッチと同相でスイッチ制御されオン状態で前記第1ノードの電圧を前記入力容量の他方の容量電極に印加する第2スイッチ(44)と、前記第1スイッチと逆相でスイッチ制御されオン状態で前記第2ノードの電圧を前記入力容量の他方の容量電極に印加する第3スイッチ(45)と、を含む。
項7において、前記第1ノード及び第2ノードは外部端子である。
電子制御装置(60)は、制御対象機器(63)に設けられる複数の測定抵抗と、基準抵抗と、前記基準抵抗を介して第1電圧に接続される第1ノードと、前記測定抵抗を介して第2電圧に接続される複数個の第2ノードと、前記第1ノードに接続する第2ノードを選択する複数個の切替えスイッチと、前記切替えスイッチで選択される第2ノードと前記第1ノードとの間の電圧に前記第2電圧を加算した電圧を補正電圧として生成する補正回路(7)と、前記第1ノードの電圧に対する前記補正電圧の差電圧を前記第1電圧まで積分したときの第1積分時間及び前記第1ノードの電圧に対する前記第1電圧の差電圧を前記補正電圧まで積分したときの第2積分時間を求める二重積分型アナログディジタル変換回路(6)と、前記第1積分時間及び第2積分時間を入力し、前記第2積分時間に対する第1積分時間の割合に前記基準抵抗の抵抗値を乗算した値を前記測定抵抗の抵抗値として演算し、演算結果に基づいて前記制御対象機器を制御するための制御部と、を有する。
項13において、前記測定抵抗は温度測定に用いるサーミスタである。
項14において、前記制御対象機器は自動車エンジンである。
項13において、前記測定抵抗は光検出に用いる光導電セルである。
項13において、前記測定抵抗はガス濃度測定に用いる抵抗素子である。
電子制御装置(60)は、制御対象機器(63)に設けられる複数の測定抵抗と、基準抵抗と、前記基準抵抗を介して第1電圧に接続される第1ノードと、前記測定抵抗を介して第2電圧に接続される複数個の第2ノードと、前記第1ノードに接続する第2ノードを選択する複数個の切替えスイッチと、前記切替えスイッチで選択される第2ノードと前記第1ノードとの間の電圧を前記第1電圧から減算した電圧を補正電圧として生成する補正回路(7A)と、前記第2ノードの電圧に対する前記補正電圧の差電圧を前記第2電圧まで積分したときの第1積分時間及び前記第2ノードの電圧に対する前記第2電圧の差電圧を前記補正電圧まで積分したときの第2積分時間を求める二重積分型アナログディジタル変換回路(6A)と、前記第1積分時間及び第2積分時間を入力し、前記第2積分時間に対する第1積分時間の割合に前記基準抵抗の抵抗値を乗算した値を前記測定抵抗の抵抗値として演算し、演算結果に基づいて前記制御対象機器を制御するための制御部と、を有する。
実施の形態について更に詳述する。
図1には二重積分型アナログディジタル変換回路を有する半導体装置の一例が示される。同図に示される半導体装置は特に制限されないが公知のCMOS集積回路製造技術によって単結晶シリコンのような1個の半導体基板に形成される。
n:デジタル出力(t2期間のカウント数)
N:t1期間のカウント数
Vin:第1ノードの電圧(入力電圧)
Vx:補正回路出力電圧
Vp:第1電圧。
図6には二重積分型アナログディジタル変換回路を有する半導体装置の第2の例が示される。同図に示される半導体装置1Aは特に制限されないが公知のCMOS集積回路製造技術によって単結晶シリコンのような1個の半導体基板に形成される。図1との相違点は第2ノードN2A,N2B,N2Cの第2電圧を入力電圧Vinとして入力する二重積分型ADC6Aを採用し、且つ、第1電圧Vpにオン抵抗Ronを加えて補正電圧Vxを生成する補正回路7Aを採用した点である。以下その相違点を中心に半導体装置1Aにつて説明する。
図8には電子制御装置の一例として自動車に搭載されるエンジンコントロールシステムが例示される。エンジンコントロールシステム60の制御対象はエンジン64であり、エンジンの排気温度、吸気温度、冷却剤温度などを計測して、ガソリンと空気の混合比、点火タイミングなどのエンジン制御を行う。エンジンコントロールシステム60は半導体装置1(1A)と入力回路2(2A)によって構成される温度センサ61を備える。温度センサ61の構成は図1及び図6などに基づいて説明した通りである。測定抵抗Rmは例えばエンジンの排気用サーミスタ、エンジンの吸気用サーミスタ、エンジンの冷却剤用サーミスタなどである。温度センサ61で計測された計数値N、nはセンサインタフェース62を介してマイクロコンピュータ63に渡される。マイクロコンピュータ63は式11及び式17などに基づいて測定抵抗Rmの抵抗値を演算し、その演算結果を用いて制御信号65を生成し、これによってエンジン制御を行う。
1A 半導体装置
Rpu 基準抵抗
Rm 測定抵抗
2 入力回路
3、3A 検出チャネル切替え回路
Vp 第1電圧
N1 第1ノード
Vn 第2電圧
N2A,N2B,N2C 第2ノード
4A,4B,4C 切替えスイッチ
Ron オン抵抗
5A、5B、5C 選択スイッチ
6、6A 二重積分型アナログディジタル変換回路(二重積分型ADC)
7、7A 補正回路
Vx 補正電圧
Vin 第1ノードN1の電圧
10A,10B スイッチ
11 積分抵抗
12 ミラー積分回路
13 積分容量
14A、14B、14 ヒステリシスコンパレータ
15A 検出パルス(第1検出信号)
15B 検出パルス(第2検出信号)
16 制御回路
17,18 レジスタ
19 クロック発生回路(CPG)
CK クロック信号
20 カウンタ
22 第1バッファアンプ
23 第2バッファアンプ
24 差動アンプ
30 制御信号
41 オペアンプ
42 帰還スイッチ
44,45 入力スイッチ
50A,50B 選択スイッチ
60 エンジンコントローシステム
61 温度センサ
62 センサインタフェース
63 マイクロコンピュータ
64 エンジン
65 制御信号
Claims (13)
- 入力電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧のデジタル値を出力する二重積分型のアナログディジタル変換回路であって、
基準抵抗の一端に接続され、前記入力電圧を出力する内部端子と、
測定抵抗の一端に接続される測定端子と、
一端が前記内部端子に接続され、他端が前記測定端子に接続されるスイッチと、
前記入力電圧と前記基準電圧との差電圧を積分する積分回路とを備え、
前記基準抵抗の他端には第1の電圧が供給され、
前記測定抵抗の他端には第2の電圧が供給され、
前記積分回路の動作は、前記入力電圧と前記基準電圧として選択された前記スイッチの両端の電位差に基づいた補正電圧との差電圧を前記第1の電圧まで積分する第1積分動作と、前記入力電圧と前記基準電圧として選択された前記第1の電圧との差電圧を前記スイッチの両端の電位差に基づいた補正電圧まで積分する第2積分動作とを含むアナログディジタル変換回路。 - 前記補正電圧を生成する補正回路を更に有する請求項1に記載のアナログディジタル変換回路。
- 前記測定抵抗を複数有し、前記スイッチは、前記複数の測定抵抗を選択する選択スイッチである請求項2に記載のアナログディジタル変換回路。
- 前記測定抵抗はサーミスタである請求項1に記載のアナログディジタル変換回路。
- 前記測定抵抗は光導電体である請求項1に記載のアナログディジタル変換回路。
- 測定抵抗の一端に接続され、測定電圧が入力される測定端子と、
基準抵抗の一端に接続され、入力電圧を出力する内部端子と、
一端が前記測定端子に接続され、他端が前記内部端子に接続されるスイッチであって、オン抵抗を有するスイッチと、
前記オン抵抗の両端の電位差に基づいて補正電圧を出力する補正回路と、
積分回路を含む二重積分型のアナログディジタル変換回路とを備え、
前記基準抵抗の他端には第1の電圧が供給され、
前記測定抵抗の他端には第2の電圧が供給され、
前記積分回路の動作は、前記入力電圧と前記補正電圧との差電圧を前記第1の電圧まで積分する第1積分動作と、前記入力電圧と前記第1の電圧との差電圧を前記補正電圧まで積分する第2積分動作とを含み、
前記アナログディジタル変換回路は、前記測定電圧に対応したデジタル値を出力する電子装置。 - 前記アナログディジタル変換回路は、前記積分回路が実施する積分の時間をカウントするカウンタ回路を更に含む請求項6に記載の電子装置。
- 前記測定抵抗はサーミスタである請求項6に記載の電子装置。
- 前記測定抵抗は光導電体である請求項6に記載の電子装置。
- 第1の測定抵抗の一端に接続され、第1の測定電圧が入力される第1の測定端子と、
第2の測定抵抗の一端に接続され、第2の測定電圧が入力される第2の測定端子と、
基準抵抗の一端に接続され、入力電圧を出力する内部端子と、
一端が前記第1の測定端子に接続され、他端が前記内部端子に接続された第1の選択スイッチと、
一端が前記第2の測定端子に接続され、他端が前記内部端子に接続された第2の選択スイッチと、
前記第1の選択スイッチ又は前記第2の選択スイッチを動作させる制御回路と、
前記第1の選択スイッチ又は前記第2の選択スイッチの間の差電圧に基づいて補正電圧を出力する補正回路と、
積分回路を含む二重積分型のアナログディジタル変換回路とを備え、
前記基準抵抗の他端には第1の電圧が供給され、
前記第1と第2の測定抵抗の他端には第2の電圧が供給され、
前記積分回路の動作は、前記入力電圧と前記補正電圧との差電圧を前記第1の電圧まで積分する第1積分動作と、前記入力電圧と前記第1の電圧との差電圧を前記補正電圧まで積分する第2積分動作とを含み、
前記アナログディジタル変換回路は、前記第1の測定電圧又は前記第2の測定電圧に対応したデジタル値を出力する電子装置。 - 前記アナログディジタル変換回路は、前記積分回路が実施する積分の時間をカウントするカウンタ回路を更に更に含む請求項10に記載の電子装置。
- 前記第1の測定抵抗及び前記第2の測定抵抗はサーミスタである請求項11に記載の電子装置。
- 前記第1の測定抵抗及び前記第2の測定抵抗は光導電体である請求項11に記載の電子装置。
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