JP6706305B2 - Analog signal generator - Google Patents
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Description
本発明は、アナログ信号発生装置に関し、詳しくは、グリッチノイズの軽減に関するものである。 The present invention relates to an analog signal generator, and more particularly to mitigation of glitch noise.
アナログ信号発生装置である直流信号発生装置の一種に、D/A変換器を介して所望の直流信号を出力するとともに、D/A変換器の非直線性や経年変化による誤差補正やDACの分解能以上の高精度の直流電圧制御のために、その出力信号の一部をA/D変換器を介してフィードバックするように構成されたものがある。 Outputs a desired DC signal through a D/A converter to a type of DC signal generator that is an analog signal generator, and also corrects errors due to the nonlinearity of the D/A converter and aging, and the resolution of the DAC. In order to control the DC voltage with high accuracy as described above, there is a configuration in which a part of the output signal is fed back through an A/D converter.
図3は、従来の直流信号発生装置の一例を示すブロック図である。なお、図3において、D/A変換器3は13ビットの分解能を有し、出力値を24ビットの分解能で設定できるものとする。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional DC signal generator. In FIG. 3, the D/
誤差演算回路1は設定値と帰還値との誤差を演算し、その演算結果をDACコード生成部2に出力する。DACコード生成部2は、演算回路1の演算結果に基づき、後段のD/A変換器(以下DACともいう)3のビット分解能に応じたビット数13ビットのDACコードを生成してD/A変換器3に出力する。
The
D/A変換器3は、入力されるDACコードに応じた所定のアナログ信号を変換出力する。D/A変換器3の変換出力信号は、ローパスフィルタ(以下LPFともいう)4を介して外部に出力されるとともに、A/D変換器(以下ADCともいう)5を介して誤差演算回路1に帰還される。
The D/
具体的には、誤差演算回路1は24ビットの補正値DinをDACコード生成部2に出力する。DACコード生成部2は、前段の誤差演算回路1から入力される24ビットの補正値Dinに基づき、DAC設定分解能に合わせた13ビットのDACコードを生成する。
Specifically, the
そして、24ビットの補正値Dinを上位13ビット(Din[23:11])と下位11ビット(Din[10:0])に分け、上位13ビット(Din[23:11])をDACコードとして次段に渡す。 Then, the 24-bit correction value Din is divided into upper 13 bits (Din[23:11]) and lower 11 bits (Din[10:0]), and the upper 13 bits (Din[23:11]) are used as a DAC code. Give it to the next stage.
このとき、Din[10:0]/211の頻度で、Din[23:11]に1を加算する。これにより、DACコードは、1デジットの振幅で増減する。 At this time, 1 is added to Din[23:11] at the frequency of Din[10:0]/2 11 . This causes the DAC code to increase or decrease with an amplitude of 1 digit.
1LSBの振幅で増減するDAC出力値を、DAC3の後段のLPF4により平均化することで、DAC出力の1LSB間に211ステップで中間レベルを生成し、DAC3の分解能以上の高精度の直流電圧を発生する。 The DAC output value increases or decreases in the amplitude of 1LSB, by averaging the LPF4 of the subsequent DAC3, generate an intermediate level in 2 11 steps between 1LSB of the DAC output, the precision of a DC voltage higher than the resolution of DAC3 Occur.
図4は図3の回路におけるDACコード例図であり、左列には10進数を示し、右列には2進数を示している。DACコードは、中間値レベルを生成するため、1デジットの振幅で遷移を繰り返す。 FIG. 4 is an example diagram of a DAC code in the circuit of FIG. 3, in which the left column shows decimal numbers and the right column shows binary numbers. The DAC code repeats the transition with an amplitude of one digit to produce an intermediate value level.
図5はDAC3の出力波形例図であり、DAC出力の1LSB間を2ステップ(1ビット)で区切って中間値を発生する例であって、(A)は正常状態の例を示し、(B)は異常状態の例を示している。図5(A)では5.5mV設定時のDAC出力波形とLPF出力波形を示し、図5(B)では7.5mV設定時のDAC出力波形とLPF出力波形を示している。なお、簡単のため、DAC出力は1LSB=1mVとする。
FIG. 5 is an example of an output waveform of the
図5(B)に示すように、DAC出力は、“00111”/“01000”の遷移を繰り返す。このように同時に多数のビットが変化することにより、DAC3の出力波形にはグリッチノイズが発生する。
As shown in FIG. 5B, the DAC output repeats the transition of "00111"/"01000". As described above, many bits change at the same time, so that glitch noise is generated in the output waveform of the
特許文献1には、A/D変換器を介したフィードバック制御を含まない形でのDACコード生成部とD/A変換器とローパスフィルタの組み合わせによる補間手法を用いた、高速、高精度の補間式デジタル/アナログ変換器に関する発明が開示されている。
A/D変換器を介したフィードバック制御を含むより高精度の直流電圧発生にあたっては、このようなグリッチノイズを含む波形が平均化されると設定値に対し誤差が生じてしまい、出力値の直線性劣化の原因となる。図5では7.5mVの例を示したが、図4のDACコード例図に示す太枠内における遷移でも同様の問題が起こり得る。 When generating a DC voltage with higher accuracy including feedback control via the A/D converter, an error occurs with respect to the set value when the waveform including such glitch noise is averaged, and the output value linear It may cause deterioration of sex. Although the example of 7.5 mV is shown in FIG. 5, the same problem may occur in the transition in the thick frame shown in the DAC code example diagram of FIG.
本発明は、このような課題を解決するもので、その目的は、デジタルコード変化に起因するアナログ出力のグリッチの影響による誤差を小さくでき、良好な直線性が得られる高精度のアナログ信号発生装置を提供することにある。 The present invention solves such a problem, and an object thereof is to achieve a high-precision analog signal generator capable of reducing an error due to the effect of a glitch on an analog output due to a digital code change and obtaining good linearity. To provide.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
設定値と帰還値との誤差を演算する誤差演算回路と、
この誤差演算回路の演算結果に基づき所定のビット分解能に応じたビット数を有するDACコードを発生し、このDACコードから上位のビットを抽出して系統AのDACコードとこの系統AのDACコードに下位1ビットを加算した系統BのDACコードと所定の定数aを生成出力するDACコード生成部と、
このDACコード生成部から生成出力される系統BのDACコードと所定の定数aを加算する加算器と、
この加算器の出力をアナログ信号に変換する第1のD/A変換器と、
前記DACコード生成部から生成出力される系統AのDACコードと所定の定数aを減算する減算器と、
この減算器の出力をアナログ信号に変換する第2のD/A変換器と、
これら第1のD/A変換器の出力と第2のD/A変換器の出力を加算する加算回路と、
この加算回路出力端子に接続されたローパスフィルタと、
このローパスフィルタを介して入力される前記加算器のアナログ出力をデジタル信号に変換して前記誤差演算回路に前記帰還値として入力するA/D変換器、
とを設け、
前記DACコード生成部は、前記DACコードの増加に従って、前記系統AのDACコード,前記系統BのDACコードを交互に増加させることを特徴とするアナログ信号発生装置である。
In order to achieve such a subject, the invention according to
An error calculation circuit that calculates the error between the set value and the feedback value,
A DAC code having a number of bits corresponding to a predetermined bit resolution is generated based on the calculation result of this error calculation circuit, and upper bits are extracted from this DAC code to obtain a DAC code of system A and a DAC code of system A. A DAC code of system B in which the lower 1 bit is added and a DAC code generation unit for generating and outputting a predetermined constant a;
An adder for adding the DAC code of the system B generated and output from the DAC code generator and a predetermined constant a;
A first D/A converter for converting the output of the adder into an analog signal;
A subtractor for subtracting a predetermined constant a from the DAC code of system A generated and output from the DAC code generator,
A second D/A converter for converting the output of the subtractor into an analog signal;
An adder circuit for adding the outputs of the first D/A converter and the second D/A converter,
A low-pass filter connected to this adder circuit output terminal,
An A/D converter that converts the analog output of the adder input through the low-pass filter into a digital signal and inputs the digital signal as the feedback value into the error calculation circuit;
And
The DAC code generator in accordance with an increase of the DAC code, the DAC code of the system A, which is an analog signal generator apparatus characterized by increasing alternately DAC code of the system B.
請求項2記載の発明は、
請求項1記載のアナログ信号発生装置において、
前記DACコード生成部は、複数ビットが同時変化する前記DACコードを検出することにより前記系統AのDACコード,前記系統BのDACコードに同一値を加減算し、複数ビットの変化の繰り返しを回避することを特徴とする。
The invention according to
The analog signal generator according to
The DAC code generation unit adds or subtracts the same value to and from the DAC code of the system A and the DAC code of the system B by detecting the DAC code in which a plurality of bits change simultaneously, and avoids repeated change of a plurality of bits. It is characterized by
請求項3記載の発明は、
請求項1記載のアナログ信号発生装置において、
前記アナログ信号は直流信号であることを特徴とする。
The invention according to
The analog signal generator according to
The analog signal is a DC signal.
請求項4記載の発明は、
請求項1記載のアナログ信号発生装置において、
前記D/A変換器は汎用のD/A変換器であることを特徴とする。
The invention according to
The analog signal generator according to
The D/A converter is a general-purpose D/A converter.
本発明によれば、比較的安価で容易な構成で、デジタルコード変化に起因するアナログ出力のグリッチの影響による誤差を小さくでき、良好な直線性が得られる高精度のアナログ信号発生装置を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a high-accuracy analog signal generator that can reduce the error due to the effect of a glitch on an analog output due to a change in a digital code and can obtain good linearity with a relatively inexpensive and easy configuration. ..
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図3と共通する部分には同一の符号を付けている。図1において、誤差演算回路1は、24ビット[23:0]の補正値DinをDACコード生成部2に出力する。DACコード生成部2には、DACコード発生部21と上位12ビット抽出部22と下位1ビット付加部23とコード検出部24が設けられている。DACコード発生部21は13ビット構成のDACコードを発生する。上位12ビット抽出部22は13ビット構成のDACコードから上位の12ビット[12:1]を抽出して12ビット[11:0]を出力する。下位1ビット付加部23は13ビット構成のDACコードから抽出された上位12ビット[12:1]に13ビット構成のDACコードの最下位の1ビットを加算して12ビット[11:0]を出力する。コード検出部24はDACコード発生部21から生成出力される13ビット構成のDACコードを監視し、グリッチが発生しやすいコードを検出するとそのコードに応じた所定の定数aとして「0」または「4」を出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. In FIG. 1, the
上位12ビット抽出部22の出力は減算器7のA端子に入力され、下位1ビット付加部23の出力は加算器6のA端子に入力され、コード検出部24の定数出力は加算器6のB端子に入力されるとともに減算器7のB端子にも入力されている。
The output of the high-order 12-
加算器6の出力データは第1のDAC3aに入力されてアナログ信号(たとえば直流信号)に変換された後、加算回路8の一方の入力端子に入力される。
The output data of the
減算器7の出力データは第2のDAC3bに入力されてアナログ信号(たとえば1デジットの振幅で増減する信号)に変換された後、加算回路8の他方の入力端子に入力される。DAC3a、3bとしては出力の分解能がたとえば12ビットのものを用い、加算回路8でこれらの出力を加算して13ビットとして使用する。
The output data of the
これらDAC3a、3bの分解能およびフルスケール値が等しいとき、以下の数式が成り立つ。なお、これらDAC3a、3bとしては、測定器用などの高精度の電子部品として特別に設計製造されたものではなく、汎用の電子部品として市販されているD/A変換器を用いることができる。 When the resolutions and full-scale values of the DACs 3a and 3b are the same, the following mathematical formulas hold. As the DACs 3a and 3b, D/A converters that are not designed and manufactured as high-precision electronic components for measuring instruments or the like but are commercially available as general-purpose electronic components can be used.
DAC1(m)+DAC2(n)=DAC1(m+a)+DAC2(n−a)
DAC1(m)・・・・・DAC3aの出力値
DAC2(n)・・・・・DAC3bの出力値
DAC 1 (m)+DAC 2 (n)=DAC 1 (m+a)+DAC 2 (n−a)
DAC 1 (m)... Output value of DAC 3a
DAC 2 (n)... Output value of DAC 3b
DAC3aとDAC3bの出力値に着目すると、DAC3aの入力値に定数aを加算し、DAC3bの入力値から定数aを減算しても変化がない。図1に示す実施例回路では、DAC3aの入力前段に定数aを加算する加算器6を設け、DAC3bの入力前段に定数aを減算する減算器7を設けることにより、上式を実現している。
Focusing on the output values of the DACs 3a and 3b, there is no change even if the constant a is added to the input value of the DAC 3a and the constant a is subtracted from the input value of the DAC 3b. In the embodiment circuit shown in FIG. 1, the above equation is realized by providing the
図2は図1の回路におけるDACの入力コード例図であり、12ビット入力の下位5ビット分を示している。図2において、「DACコード」はDACコード発生部21の13ビット構成の出力を十進数で表したもので、「Offset:0」はコード検出部24の出力aが“0”の場合を表し、「Offset:4」はコード検出部24の出力aが“4”の場合を表している。左側のリストは出力a=0におけるDAC3aと3bの入力を示し、右側のリストは出力a=4におけるDAC3aと3bの入力を示している。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the input code of the DAC in the circuit of FIG. 1, showing the lower 5 bits of 12-bit input. In FIG. 2, “DAC code” is a 13-bit output of the
DACコード生成部2において、下位1ビット付加部23でDACコード13ビットの上位12ビットに下位1ビットを加算した値を加算器6を介してDAC3aへ出力し、上位12ビット抽出部22で抽出した上位12ビットを減算器7を介してDAC3bへ出力する。これにより、DACコードが増加するに従い、DAC3aと3bの出力が交互に増加する。
In the DAC
図2の太枠で囲った部分は1デジットのDACコード遷移により多数のビットが同時に変化することから、グリッチが発生しやすいコードである。オフセットが4(a=4)に設定されている右欄において、DACコード7以下の領域はDAC3bの設定値の下限以下になる不可の領域であり、同様にDACコード8184以上の場合はDAC3aの設定値の上限以上のため不可の領域となる。
A portion surrounded by a thick frame in FIG. 2 is a code in which a glitch is likely to occur because a large number of bits change at the same time due to a 1-digit DAC code transition. In the right column where the offset is set to 4 (a=4), the area of
DACコード生成部2が4ビット以上が同時に変化するようなグリッチの発生しやすいDACコードを検出した場合、コード検出部24は定数a=4を出力し、DAC3aと3bの出力は図2の右欄のようになる。
When the DAC
定数a=4を出力している状態で使用していて、グリッチを発生しやすいコードや入力不可能なコードを検出した場合には、コード検出部24は定数a=0を出力し、DAC3aと3bの出力は図2の左欄のようになって元の状態に戻る。
When the code is used in the state where the constant a=4 is output and a code that easily causes a glitch or a code that cannot be input is detected, the
具体的には、13ビットのDACコードの値により、以下の動作を行う。
a)(下位3ビット=7)&(4ビット目=1)→定数a=4
b)(下位3ビット=7)&(4ビット目=0)
または(4ビット目以上が全部0)
または(4ビット目以上が全部1)→→→→→定数a=0
c)上記以外は定数を保持
Specifically, the following operation is performed according to the value of the 13-bit DAC code.
a) (lower 3 bits=7) & (4th bit=1)→constant a=4
b) (Lower 3 bits = 7) & (4th bit = 0)
Or (4th bit and above are all 0)
Or (4th bit or more are all 1) → → → → → Constant a=0
c) Hold constants other than the above
このように構成することにより、「00111」⇔「01000」のように4ビット以上が同時に遷移を繰り返すことを避けて、「00111」→「01100」⇔「01011」となるように、DACコードが1デジット遷移する場合の任意の値におけるグリッチの発生を防止でき、良好な直線性を有する出力を得ることができる。 With such a configuration, the DAC code is changed so that “00111”→“01100”⇔“01011” can be obtained by avoiding repeated transitions of 4 bits or more such as “00111”⇔“01000”. It is possible to prevent glitches from occurring at an arbitrary value in the case of a 1-digit transition, and it is possible to obtain an output having good linearity.
そして、高価な高分解能のD/A変換器を使用することなく、汎用のD/A変換器を用いて高精度出力を得ることができる。 Then, a high-precision output can be obtained using a general-purpose D/A converter without using an expensive high-resolution D/A converter.
さらに、アナログ部におけるグリッチノイズ対策が不要になることから、ローパスフィルタ4の構成も簡略化できる。
Further, since the countermeasure against glitch noise in the analog section is unnecessary, the configuration of the
以上説明したように、本発明によれば、デジタルコード変化に起因するアナログ出力のグリッチの影響による誤差を小さくでき、良好な直線性が得られる高分解能のアナログ信号発生装置を実現でき、直流測定器や直流信号発生器などに好適である。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the error due to the effect of the glitch on the analog output due to the change in the digital code, and it is possible to realize a high-resolution analog signal generator capable of obtaining good linearity, and to perform DC measurement. It is suitable as a power source and a DC signal generator.
1 誤差演算回路
2 DACコード生成部
21 DACコード発生部
22 上位12ビット抽出部
23 下位1ビット付加部
24 コード検出部
3a、3b D/A変換器(DAC)
4 ローパスフィルタ(LPF)
5 A/D変換器(ADC)
6 加算器
7 減算器
8 加算回路
1
4 Low pass filter (LPF)
5 A/D converter (ADC)
6
Claims (4)
この誤差演算回路の演算結果に基づき所定のビット分解能に応じたビット数を有するDACコードを発生し、このDACコードから上位のビットを抽出して系統AのDACコードとこの系統AのDACコードに下位1ビットを加算した系統BのDACコードと所定の定数aを生成出力するDACコード生成部と、
このDACコード生成部から生成出力される系統BのDACコードと所定の定数aを加算する加算器と、
この加算器の出力をアナログ信号に変換する第1のD/A変換器と、
前記DACコード生成部から生成出力される系統AのDACコードと所定の定数aを減算する減算器と、
この減算器の出力をアナログ信号に変換する第2のD/A変換器と、
これら第1のD/A変換器の出力と第2のD/A変換器の出力を加算する加算回路と、
この加算回路出力端子に接続されたローパスフィルタと、
このローパスフィルタを介して入力される前記加算器のアナログ出力をデジタル信号に変換して前記誤差演算回路に前記帰還値として入力するA/D変換器、
とを設け、
前記DACコード生成部は、前記DACコードの増加に従って、前記系統AのDACコード,前記系統BのDACコードを交互に増加させることを特徴とするアナログ信号発生装置。 An error calculation circuit that calculates the error between the set value and the feedback value,
A DAC code having a number of bits corresponding to a predetermined bit resolution is generated based on the calculation result of this error calculation circuit, and upper bits are extracted from this DAC code to obtain a DAC code of system A and a DAC code of system A. A DAC code of system B in which the lower 1 bit is added and a DAC code generation unit for generating and outputting a predetermined constant a;
An adder for adding the DAC code of the system B generated and output from the DAC code generator and a predetermined constant a;
A first D/A converter for converting the output of the adder into an analog signal;
A subtractor for subtracting a predetermined constant a from the DAC code of system A generated and output from the DAC code generator,
A second D/A converter for converting the output of the subtractor into an analog signal;
An adder circuit for adding the outputs of the first D/A converter and the second D/A converter,
A low-pass filter connected to this adder circuit output terminal,
An A/D converter that converts the analog output of the adder input through the low-pass filter into a digital signal and inputs the digital signal as the feedback value into the error calculation circuit;
And
The DAC code generator, the following increase of the DAC code, the DAC code of the system A, the analog signal generator apparatus characterized by increasing alternately DAC code of the system B.
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