JPH01309417A - Ａｄ変換器用前置回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ＡＤ変換器によってディジタル信号に変換
すべき測定電圧を、ＡＤ変換器の入力側において信号処
理するための、ＡＤ変換器用前置回路に関する。

従来技術 ＡＤ変換器ＡＤを介して測定電圧ＶをＡＤ変換し、表示
または制御のためのディジタル信号りを得ることが広く
行なわれている（第８図）。

この場合には、測定電圧Ｖと、ＡＤ変換器ＡＤの入力電
圧Ｖａとの間のレベル調整を行なうために、ＡＤ変換器
ＡＤの入口側には、増幅器Ａを含む前置回路Ｐを設ける
のが普通である。すなわち、測定電圧■の最大値Ｖｍが
、ＡＤ変換器ＡＤのフルスパンＦＳに対応する最大入力
電圧Ｖａｍに近くなるように、増幅器Ａのゲインを設定
することにより、測定電圧■の全域をディジタル信号り
に変換することができる（第９図）。このとき、増幅器
Ａの所要ゲインａとしては、ＶｍζＶａｍのときはａ＝
１でよいが（同図（Ａ））、Ｖｍ　＞Ｖａｍのときはａ
＜１としく同図（Ｂ））、また、Ｖｍ＜Ｖａｍのときは
ａ＞１としなければならないものである（同図（Ｃ））
。

発明が解決しようとする課題 而して、かかる従来技術によるときは、測定電圧Ｖの変
動範囲のうちの一部を形成する所定の測定範囲ΔＶにつ
いては、必らずしも十分な分解能を得ることができない
場合が生じる。すなわち、いま、ＡＤ変換器Ａ’Ｄの、
符号を除く全ビット数をｎとすると、その分解能には、
ｋ＝１／２ｎである。一方、増幅器Ａのゲインａを調節
して、測定電圧Ｖの最“大値Ｖｍと、ＡＤ変換器ＡＤの
最大入力電圧Ｖａｍとを対応させるものとすると、測定
電圧Ｖの一部の測定範囲ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１は、フルスパ
ンＦＳ内の一部ΔＤ＝Ｄ２−Ｄｉに対応することになる
。ただし、ここで、Ｖｌ、Ｖ２は、それぞれ、測定範囲
へＶの下限値と上限値とし、ＤＩ、Ｄ２は、これに対応
するＡＤ変換器ＡＤのディジタル出力値を表わすものと
する。

そこで、分解能には、広い測定電圧範囲０〜Ｖｍに対し
ては十分であるとしても、狭い測定範囲へＶに対しては
、不十分な場合がある。たとえば、ｎ　＝８とすると、
ｋ−１／２８＝］、／２５６であるから、Ｏ〜１００（
Ｖ））の測定電圧範囲に対しては、］　００／２５６＃
０．４　（Ｖ）単位で変換することができて十分である
としても、これを、ΔＶ＝１０（Ｖ）の範囲に適用する
ときは、同様に、その範囲内を０．４Ｖ単位にしか変換
することができず、その分解能は著るしく不足である。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の実情に鑑
み、測定電圧に対して、バイアス電圧による補正と、増
幅器のゲイン調節によるレベル調整とからなる信号処理
を加えることによって、狭い所定の測定範囲を、実質的
に高い分解能を以って、精１ｃｔよくディジタル信号に
変換することかできるようにした、ＡＤ変換器用前置回
路を提供することにある。

課題を解決するだめの手段 かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、測定電
圧からバイアス電圧を減算してから増幅し、測定電圧の
所定の測定範囲を拡大してＡＤ変換器に出力するように
したことをその要旨とする。

また、バイアス電圧の減算と増幅とは、その順序を逆に
してもよいものとする。

作用 而して、この構成によるときは、測定電圧からバイアス
電圧を減算することによって、所定の測定範囲は、バイ
アス電圧の大きさに相当するだけ、ゼロ方向にシフトす
る。すなわち、測定範囲へ■の下限値をＶｌ、上限値を
■２とするとき、バイアス電圧ＶＮを減算することによ
り、測定範囲へＶの下限値と上限値とは、それぞれ、（
Ｖｌ−ＶＮ　）、（Ｖ２−ＶＮ　）　ニジ７　トする。

そこで、シフト後の下限値（Ｖｌ　−ＶＮ　）がほぼゼ
ロとなるようにバイアス電圧ＶＮを定め、これを測定電
圧から減算し、シフト後の上限値（Ｖ２−ＶＮ　）が、
ＡＤ変換器の最大入力電圧にほぼ等しくなるようにゲイ
ンを定めて、測定電圧＝　４　＝ を増幅すれば、測定範囲へＶは、ＡＤ変換器のほぼフル
スパンに対応するように拡大することができ、したがっ
て、狭い測定範囲へＶに対して、ＡＤ変換器のほぼ全ビ
ット数を対応させることかでき、十分高精度にディジタ
ル変換を行なうことができるものである。

このことは、バイアス電圧による減算と増幅とを逆順序
にしても同様である。すなわち、まず、測定範囲へＶの
上限値■２がＡＤ変換器の最大入力電圧にほぼ等しくな
るようにゲインを定め、測定電圧を増幅する。つづいて
、増幅された測定電圧に対し、測定範囲の下限値がほぼ
ゼロとなるように定めたバイアス電圧を減算すれば、所
定の測定範囲へＶを、ＡＤ変換器のほぼフルスパンに対
応せしめることができる。

以上のように作用するものである。

実施例 以下、図面を以って実施例を説明する。

ＡＤ変換器用前置回路１０は、加え合ぜ点１１と、増幅
器１２と、設定型土３とを組み合わけてなる（第１図）
。

加え合せ点１１の加算端子には測定電圧Ｖが入力される
一方、減算端子には、設定器１３からのバイアス電圧Ｖ
Ｎが入力される。ただし、設定器１−３の両端には、図
示しない電源からの定電圧が印加されており、設定器１
３を調節設定することにより、任意のバイアス電圧ＶＮ
を得ることができるものとする。

加え合せ点１１の出力電圧ｖｂは、増幅器１２に入力さ
れ、その出力は、ＡＤ変換器ＡＤに対する入力電圧Ｖａ
として、外部に引き出されている。

いま、測定電圧Ｖの変動範囲の一部を形成し、下限値と
上限値とを、それぞれＶｌ、ｖ２とする所定の測定範囲
へＶのみを、高精度に変換することを考える（第２図）
。

まず、設定器１３を調節して、任意のバイアス′改圧Ｖ
Ｎを与えると、増幅器］−２の入力電圧ｖｂは、全体と
して、バイアス電圧ＶＮの大きさに相当するだけ、測定
電圧Ｖをゼロ方向にシフトしたものとなる。このとき、
シフト後の測定範囲Δｖｂは、下限値Ｖ１ｂ＝（Ｖｌ　
−ＶＮ　）と、上限値Ｖ２ｂ＝（Ｖ２−ＶＮ　）とを有
するものとなるが、ソノ幅は、依然としＣ，Ｖ２ｂ−Ｖ
］ｂ＝Ｖ２−Ｖｌ−Δ■であって不変である。なお、こ
のときのバイアス′尤圧ＶＮとしては、ＶＮζ■１で、
しかも、Ｖ１ｂ＝Ｖ１−ＶＮ　＞０となるように定める
のがよい。

つづいて、入力電圧ｖｂを増幅器１２によって増幅する
。ただし、このときの増幅器１２のゲインａは、シフト
後の測定範囲Δｖｂの」二限値Ｖ２ｂ−Ｖ２−ＶＮが、
ＡＤ変換器ＡＤの最大入力電圧Ｖａｍを越えることがな
く、しかも、その直近となるように選定するものとする
。すなわち、Ｖａ２−ａＶ２ｂ？Ｖａｍであり、しかも
、Ｖａ２＜Ｖａｍとなるように、ゲインａを定めるもの
とする。

これによって、測定範囲Δｖｂの下限値Ｖ１ｂ−（Ｖｌ
　−ＶＮ　）も３倍されて、Ｖａｌ＝ａＶｌｂとなるか
ら、増幅後の測定範囲ΔＶａは、ΔＶａ　＝Ｖａ２−Ｖ
ａ１．＝ａ　（Ｖ２−ＶＮ　）　＝ａ　（Ｖｌ　−ＶＮ
　）＝ａ八へとなって、本来の測定範囲へＶを３倍に拡
大したものとなっている。また、０＜Ｖａｌ＜Ｖａ２＜
Ｖａｍであり、しかも、Ｖａｌ″−ｉｏ、Ｖａ２？Ｖａ
ｍであるから、ＡＤ変換器ＡＤの入力電圧Ｖａ上の測定
範囲ΔＶａは、ＡＤ変換器ＡＤのフルスパンＦＳのほぼ
全域を占めるディジタル出力値ΔＤ−Ｄ２−Ｄ１に対応
するものとなっている。

したがって、測定範囲ΔＶは、ＡＤ変換器ＡＤのビット
数をｎとして、ΔＶ／ｋ　（ただし、ｋ＝１／２ｎ）に
近い値を単位としてディジタル変換することができ、測
定電圧■の変動範囲の全域をそのまま変換する場合に比
して、格段に高い変換精度を得ることができるものであ
る。

特別の場合として、バイアス電圧ＶＮを、ＶＮ−Ｖｌに
定めることができる（第３図）。このときは、シフトさ
れた測定範囲Δｖｂの下限値Ｖｌｂは、Ｖ１ｂ＝Ｖ１−
ＶＮ　＝０となるから、上限値ｖ２ｂは、Ｖ２ｂ＝Ｖ２
−ＶＮ　＝Ｖ２−Ｖｌとなる。

そこで、Ｖａｍ＝ａ　（Ｖ２〜Ｖｌ　）となるように、
増幅器１２のゲインａを定めれば、得られる測定範囲Δ
Ｖａは、ＡＤ変換器ＡＤのフルスパンＦＳ＝　８− の全域に対応するものとすることができる。

さらには、バイアス電圧ＶＮとして、ＶＮ−（Ｖｌ　＋
Ｖ２　）／２に定めることもできる（第４図）。このと
きは、シフトされた測定範囲Δｖｂの下限値Ｖｌｂと上
限値Ｖ２ｂとは、それぞれ、Ｖｌｂ−Ｖｌ　−ＶＮ　＝
（Ｖｌ−Ｖ２　）／２、Ｖ２ｂ＝Ｖ２−ＶＮ　−（Ｖ２
−Ｖｌ　　）／２−−Ｖｌｂとなる。ｔなわち、測定範
囲Δｖｂは、ゼロを中心として正負側域に等分される。

そこで、ａＶ２ｂ＝Ｖａｍとなるようにしてゲインａを
定めれば、得られる測定範囲ΔＶａは、ＡＤ変換器ＡＤ
のフルスパンＦＳの正負側域に対応するものとすること
ができ、ΔＶ／（２ｋ）を単位とする変換を行なうこと
ができる。

他の実施例 第１図における加え合り点１１と増幅器１２とは、その
接続順序を逆にしてもよい（第５図）。

このときは、まず、測定範囲へ■が、ＡＤ変換器ＡＤの
最大入力電圧範囲Ｖａｍを越えず、しかも、その直近と
なるようにして、増幅器１２のゲインａを定め、拡大さ
れた測定範囲ΔＶａを作る（第６図）。これを、バイア
ス電圧ＶＮによって、Ｖ２ｂ≦Ｖａｍとなるようにシフ
トすれば、前実施例と全く同様の結果を得ることができ
る。

第７図は、第５図の具体例である。

電源ラインＶｄ１、Ｖｄ２から、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介し
て給電される可変抵抗器ＶＲの出力を、電圧ホロワを形
成する演算増幅器ＯＰＩに入力し、その出力として、バ
イアス電圧ＶＮを得る。一方、電源ラインＶｄｌ、Ｖｄ
２間に、抵抗Ｒ３とサーミスタＴＨとからなる直列回路
を接続する。抵抗Ｒ３とサーミスタＴＨとの接続点には
、サーミスタＴＨが検知す゛る温度に対応する測定電圧
■を得ることができる。

測定電圧Ｖは、別の演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子
に入力する一方、バイアス電圧ＶＮは、抵抗Ｒ４を介し
て、演算増幅器ＯＰ２の反転端子に入力する。演算増幅
器ＯＰ２の反転端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ５を
接続するとともに、その出力端子からは、ＡＤ変換器Ａ
Ｄへの入力電圧Ｖａを得る。ただし、ＡＤ変換器ＡＤは
、マイクロコンピュータＣに内蔵されているものとし、
したがって、ＡＤ変換器ＡＤの入力側には、スキャニン
グ素子ＳＲが介装されている。また、測定電圧Ｖも、ス
キャニング素子ＳＲを介して、ＡＤ変換器ＡＤに分岐入
力されている。

いま、Ｒ５＝Ｒ４とすると、Ｖａ＝２Ｖ−ＶＮとなるか
ら、この回路は、第５図において、増幅器１２のゲイン
ａを、ａ＝２としたときに相当する。−・般に、Ｒ５＝
ｍＲ４とするときは、Ｖａ　−（１−１−ｍ）Ｖ−ｍＶ
Ｎが得られるので、可変抵抗器ＶＲによって、バイアス
電圧ＶＲ＝ＶＮ　／ｍを与えれば、この回路は、第５図
における任意のゲインａを実現することができる。

なお、第７図において、測定電圧Ｖを、直接、ＡＤ変換
器ＡＤに入力しているのは、サーミスタＴＨの断線検出
用である。すなわぢ、サーミスタＴＨが断線すれば、電
源ラインＶｄｌの電圧が、そのままＡＤ変換器ＡＤに入
ツＪされることになるが、一般に、Ｖｄ１）■であるの
で、電圧ラインＶｄｌの識別は、ＡＤ変換器ＡＤのビッ
ト数が少なくても、容易に行なうことができる。

この発明は、たとえば、マイクロコンピュータに内臓の
１台のＡＤ変換器を、広い測定範囲の測定電圧と狭い測
定範囲の測定電圧とに対して、切り換えて使用する場合
等に特に有用である。すなわち、一般に、広い測定範囲
に対する読取り単位は粗くてもよい反面、狭い測定範囲
に対しては、細かい読取り単位が要求されるものである
が、この発明によれば、測定範囲の広狭に応じて、任意
の読取り単位を実現することができるからである。

また、測定範囲が異なる複数の測定電圧を、そのまま、
１台のＡＤ変換器に入力するとすれば、最も狭い測定範
囲の測定電圧に要求される読取り単位によって、ＡＤ変
換器の所要ビット数が決定されてしまう場合が多い。し
かしながら、一般に、狭い測定範囲内を高精度に読み取
る必要がある測定電圧の点数は、システム内において極
めて少ないのが普通であるから、この場合は、他の多く
の測定電圧については、不必要に高い分解能による変換
が行なわれていることになる。この発明によれば、狭い
測定範囲の測定電圧に対する読取り単位を小さくし、実
質的に高い分解能を実現することができるから、少ない
ビット数のＡＤ変換器によるシステム構築が可能であり
、このような不都合を排除することができる。

発明の詳細 な説明したように、この発明によれば、測定電圧からバ
イアス電圧を減算して増幅し、または、測定電圧を増幅
してバイアス電圧を減算し、所定の測定範囲を拡大して
ＡＤ変換器に出力するようにすることによって、測定電
圧の変動範囲の全域でなく、所定の測定範囲のみを、Ａ
Ｄ変換器のフルスパンの全域、または、はぼ全域に対応
せしめることができるので、当該測定範囲の変換の単位
”　を小さくすることができ、したがって、実質的に高
い分解能を以って高精度の変換を行なうことができると
いう優れた効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は実施例を示し、第１図は全体構成
図、第２図ないし第４図は、それぞれ、異なる態様の動
作説明図である。 第５図ないし第７図は他の実施例を示し、第５図は第１
図相当図、第６図は第２図相当の要部図、第７図は具体
的な回路側図である。 第８図と第９図は従来例を示し、第８図は第１図相当図
、第９図（Ａ）ないしくＣ）は、それぞれ、異なる態様
の動作説明図である。 ＡＤ・・・ＡＤ変換器 ■・・・測定電圧 八■・・・測定範囲 ＶＮ・・・バイアス電圧 ］○・・・ＡＤ変換器用前置回路 特許出願人　　アール・ビー・コントロールズ株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）測定電圧からバイアス電圧を減算して増幅し、前記
   測定電圧の所定の測定範囲を拡大してＡＤ変換器に出力
   するようにしたＡＤ変換器用前置回路。 ２）測定電圧を増幅してバイアス電圧を減算し、前記測
   定電圧の所定の測定範囲を拡大してＡＤ変換器に出力す
   るようにしたＡＤ変換器用前置回路。