JPH02183324A - A/d converter - Google Patents

A/d converter

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JPH02183324A
JPH02183324A JP329389A JP329389A JPH02183324A JP H02183324 A JPH02183324 A JP H02183324A JP 329389 A JP329389 A JP 329389A JP 329389 A JP329389 A JP 329389A JP H02183324 A JPH02183324 A JP H02183324A
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JP
Japan
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integrator
diode
comparator
resistor
gain
Prior art date
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Pending
Application number
JP329389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Kobayashi
小林 良行
Kenji Yamaguchi
山口 賢治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPH02183324A publication Critical patent/JPH02183324A/en
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Abstract

PURPOSE:To suppress external noise and to stabilize comparison operation by adding a circuit, which is composed of a resistor and diode, to an integrator. CONSTITUTION:In an integrator 1, a diode D is inserted and connected between the output edge of an OP amplifier U1 and an integrated capacitor C1 so as to be reverse to a direction, in which an integration current flows, and a resistor R1 is parallelly connected to the diode D. Then, a resistor R2 is inserted and connected between the connecting point, which is between the diode D and integrated capacitor C1, and a common potential. The resistors R1 and R2 and diode D give a non-linear characteristic to the integrator 1 and near a comparison point, the output of a comparator 4 is widely switched from gain 1 to the gain which is determined by the resistors R1 and R2. Then, the inversion speed of the comparator 4 is improved. Thus, since the gain of the integrator 1 can be improved, the external noise can be suppressed without damaging stability.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は二重積分型のA/D変換器に関し、更に詳しく
は、入力アナログ電圧と基準信号とを切り替えて入力し
積分する積分器と、この積分器の出力とコモン電位とを
比較する比較器とを備えた二重積分型のA/D変換器に
関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a double integration type A/D converter, and more specifically, to an integrator that switches input analog voltage and reference signal for input and integration. , relates to a double integration type A/D converter equipped with a comparator that compares the output of the integrator and a common potential.

〈従来の技術〉 第7図は、従来公知の二重積分型A/D変換器の構成ブ
ロック図である。図においてSlは入力アナログ信号E
xと基準信号Esとを切り替えて取り出すスイッチ、I
NTはスイッチS1で取り出された信号を積分する積分
器で、抵抗R、コンデンサC5増幅器A及びコンデンサ
Cと並列に接続されたスイッチS2で構成されている。
<Prior Art> FIG. 7 is a block diagram of a conventionally known double integral type A/D converter. In the figure, Sl is the input analog signal E
A switch I that switches between x and the reference signal Es.
NT is an integrator that integrates the signal taken out by the switch S1, and is composed of a resistor R, a capacitor C5, an amplifier A, and a switch S2 connected in parallel with the capacitor C.

CPは積分器の出力と、コモン電位とを比較する比較器
、O8はクロック発信器でスイッチ5IS2のオンオフ
を制御している。CUはクロックを計数するカウンタで
、比較器CPからの信号でその計数動作が制御される。
CP is a comparator that compares the output of the integrator with a common potential, and O8 is a clock oscillator that controls on/off of the switch 5IS2. CU is a counter that counts clocks, and its counting operation is controlled by a signal from the comparator CP.

DSはカウンタの出力を表示する表示器である。DS is a display device that displays the output of the counter.

スイッチS1は、初めに、一定の時間Tsだけ入力信号
Exを第8図に示すように積分器INTに入力させる。
The switch S1 first inputs the input signal Ex to the integrator INT for a certain period of time Ts as shown in FIG.

これによって積分器IN′f’の出力は−第9図に示す
ように変化し、Ts後の積分器出力Eoは(1)式で表
される。
As a result, the output of the integrator IN'f' changes as shown in FIG. 9, and the integrator output Eo after Ts is expressed by equation (1).

Eo= (−Ex/ (C−R)) ・Ts・・・・・
・(1) 次にスイッチS1は基準電圧Esを第8図に示すように
積分器INTに入力させる。
Eo= (-Ex/ (C-R)) ・Ts...
(1) Next, the switch S1 inputs the reference voltage Es to the integrator INT as shown in FIG.

このときの積分器出力Eoは(2)式で表される。The integrator output Eo at this time is expressed by equation (2).

Eo=  (−Ex/ (C−R)!  ・Ts+  
(Es/ (C−R)l  ・ t・・・・・(2) ここで出力電圧EOが零になるまでの時間をTXとする
と、(3)式が得られる。
Eo= (-Ex/ (C-R)! ・Ts+
(Es/ (C-R)l · t...(2) Here, if the time until the output voltage EO becomes zero is TX, then equation (3) is obtained.

Ex−(Tx/Ts)−Es−(3) 従って積分時間T s 、基準電圧ESが一定であれば
、入力信号Exは、TX即ちスイッチS1が基準電圧E
s側に接続されてから、出力電圧EOが零になるまでの
時間をカウンタCUで計数することによって、カウンタ
内に入力アナログ信号EXに対応したデジタル信号を得
ることかできる。
Ex-(Tx/Ts)-Es-(3) Therefore, if the integration time Ts and the reference voltage ES are constant, the input signal Ex is TX, that is, the switch S1 is at the reference voltage E.
By counting the time from when the output voltage EO is connected to the s side until the output voltage EO becomes zero with the counter CU, a digital signal corresponding to the input analog signal EX can be obtained in the counter.

〈発明か解決しようとする課題〉 このような構成のA/D変換器は、積分定数CR及びク
ロック周波数のドリフトか誤差にならない等の特徴があ
る。しかしながら、高い分解能を得ようとして比較器の
ゲインを上げるとカウンタの動作が不安定となること、
スイッチ81.S2付近やコンデンサなどの回路インピ
ータンスが高いためにノイズが混入しやすく、ノイズ混
入の場合、比較器での比較動作に影皆を与えること等の
問題点かあった。
<Problem to be Solved by the Invention> The A/D converter having such a configuration has features such as no drift or error in the integral constant CR and clock frequency. However, if the gain of the comparator is increased to obtain high resolution, the operation of the counter becomes unstable.
Switch 81. Since the circuit impedance near S2 and the capacitor is high, noise is easily mixed in, and when noise is mixed in, there is a problem that it affects the comparison operation of the comparator.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は外来ノイズを圧縮すると共に、比較動作の安
定なA/D変換器を簡単な構成で実現することにある。
The present invention was made in view of these problems, and
The purpose is to compress external noise and realize an A/D converter with a simple configuration that provides stable comparison operations.

〈問題点を解決するための手段〉 第1図は本発明の基本的な構成ブロック図である。図に
おいて、■は積分器で、OPアンプU1、積分コンデン
サC1を含んで構成されている。2は基準電源、3はス
イッチ回路で、積分コンデンサC1を短絡するためのス
イッチSO1入力アナ0グ信号EX、基準電用土ESを
切り替えて積分器1に与えるためのスイッチSl、S2
を含んでいる。4は積分器1からの信号とコモン電位と
を比較する比較器、5は比較器4からの信号を入力とす
る計数・演算制御手段である。
<Means for Solving the Problems> FIG. 1 is a basic configuration block diagram of the present invention. In the figure, ■ is an integrator, which includes an OP amplifier U1 and an integrating capacitor C1. 2 is a reference power supply; 3 is a switch circuit; a switch SO1 input analog signal EX for short-circuiting the integrating capacitor C1; switches SL and S2 for switching the reference earth ES and supplying it to the integrator 1;
Contains. 4 is a comparator that compares the signal from the integrator 1 with a common potential, and 5 is a counting/arithmetic control means to which the signal from the comparator 4 is input.

積分器1において、DはOPアンプU1の出力端と積分
コンデンサC1との間に積分電流の流れる方向に対して
逆方向になるように挿入接続したタイオード、R1はダ
イオードDに対して並列に接続した抵抗、R2はダイオ
ードDと積分コンデンサC1との接続点とコモン電位間
に挿入接続した抵抗である。
In the integrator 1, D is a diode inserted and connected between the output terminal of the OP amplifier U1 and the integrating capacitor C1 so as to be opposite to the direction in which the integrated current flows, and R1 is connected in parallel to the diode D. The resistor R2 is inserted and connected between the connection point of the diode D and the integrating capacitor C1 and the common potential.

く作用〉 抵抗R1,R2及びダイオードDは、積分器1に非線形
ゲイン特性を与えている。比較器はこれらによって、そ
の出力が比較器の比較点近傍において、ゲインか1から
抵抗R1,R2で決まるゲインに大きく切り替わり、比
較器の反転速度を早めている。
Function> The resistors R1, R2 and the diode D provide the integrator 1 with nonlinear gain characteristics. Due to these, the output of the comparator largely switches from a gain of 1 to a gain determined by the resistors R1 and R2 near the comparison point of the comparator, increasing the inversion speed of the comparator.

〈実施例〉 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。<Example> Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第2図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。図において、第1図の各部分に対応するものには、同
一符号を付して示す。積分器1において、R3は積分器
のリセッI−期間に積分器出力を安定させるためのタミ
ー負荷抵抗である。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In integrator 1, R3 is a tummy load resistor for stabilizing the integrator output during the integrator reset I-period.

U2は比較器4を構成するOPアンプで、その入力段に
ノイズ成分を低減させるための抵抗R4゜コンデンサC
2からなるローパスフィルターが設けである。
U2 is an OP amplifier that constitutes the comparator 4, and its input stage is equipped with a resistor R4° and a capacitor C to reduce noise components.
A low pass filter consisting of 2 is provided.

計数・演算制御部5は内部に計数手段としてのカウンタ
51を含むマイクロプロセッサが用いられている。この
マイクロプロセッサ5は、カウンタ51のほかに、タロ
ツク源52、クロック源52からのタロツクに同期して
動作する出力ボート53、演算制御部(CPU)54、
メモリ55を含んでいる。
The counting/arithmetic control unit 5 uses a microprocessor that includes a counter 51 as a counting means therein. In addition to the counter 51, the microprocessor 5 includes a tally clock source 52, an output board 53 that operates in synchronization with the tally clock from the clock source 52, an arithmetic control unit (CPU) 54,
It includes a memory 55.

この様に構成した装置の動作を次に説明する。The operation of the apparatus configured in this way will be explained next.

第3図は、その動作の一例を示すタイムチャー1−であ
る。図において、TOは初期状態であり、スイッチ回路
3のスイッチSOが(a)に示すようにオンとなってお
り、積分器1のコンデンサCが短絡されている。この状
態では、積分器1はリセット状態でその出力電圧eAは
、抵抗R3を介して印加される電圧信号+Vによって、
負極性方向の1数少電圧■0が出力されている。
FIG. 3 is a time chart 1- showing an example of the operation. In the figure, TO is in an initial state, switch SO of switch circuit 3 is on as shown in (a), and capacitor C of integrator 1 is short-circuited. In this state, the integrator 1 is in a reset state and its output voltage eA is caused by the voltage signal +V applied via the resistor R3.
A few voltages 0 in the negative polarity direction are output.

次の期間T1は、入力積分期間で、この期間はスイッチ
S1か(b)に示すようにオンとなっており、抵抗Rを
通して入力アナログ信号EXに比例した電流ixを一定
時間積分する。
The next period T1 is an input integration period, during which the switch S1 is on as shown in (b), and the current ix proportional to the input analog signal EX is integrated for a certain period of time through the resistor R.

′l゛2は逆積分区間である。この区間では、スイッチ
S2が(c)に示すようにオンとなり、(4)式で示さ
れる一定電流値Isを逆積分する。
'l'2 is the inverse integration interval. In this section, the switch S2 is turned on as shown in (c), and the constant current value Is shown by equation (4) is inversely integrated.

I 5=−Es/R・+++++++ (4)入力積分
区間TI及び逆積分区間T2の動作は、一般的な二重積
分回路の動作そのものであり、第7図で示した従来装置
のものと同様である。
I5=-Es/R・+++++++++ (4) The operation of the input integral interval TI and the inverse integral interval T2 is the same as that of a general double integral circuit, and is the same as that of the conventional device shown in Fig. 7. It is.

比較器4は(d)に示すような積分器1の出力電圧eA
と、基準電位とを比較増幅し、(e)に示すようにH(
ハイレベル)/L(ローレベル)のデジタル信号eBを
マイクロプロセッサ5に入力する。
The comparator 4 receives the output voltage eA of the integrator 1 as shown in (d).
and the reference potential are compared and amplified, and as shown in (e), H(
A digital signal eB of high level)/L (low level) is input to the microprocessor 5.

マイクロプロセッサ5は比較器4からのデジタル信号を
受け、TO〜T2のタイミング信号を発生し、スイッチ
回路3を動作させると共に、1゛2区間の開始から比較
器4の出力eBのHからl−へ変化するまでの時間T 
Xをカウンタ51でカウントする。これによって入力ア
ナログ信号Exに対応したデジタル信号をカウンタ51
内に得ることができる。
The microprocessor 5 receives the digital signal from the comparator 4, generates timing signals TO to T2, operates the switch circuit 3, and changes the output eB of the comparator 4 from H to l- from the start of the 1゛2 interval. The time T until it changes to
Count X with a counter 51. As a result, the digital signal corresponding to the input analog signal Ex is transferred to the counter 51.
You can get it within.

以上は第2図の動作の概略であるが、次に本発明におい
て特徴としている抵抗R1,R2及びダイオードDで構
成される回路による積分器1の非線形ゲイン区間(第3
図(d)においてOで囲んだ部分)の動作について説明
する。
The above is an outline of the operation shown in FIG. 2.Next, the nonlinear gain section (third
The operation of the part surrounded by O in Figure (d) will be explained.

第4図に非線形ゲイン区間の電流−電圧特性を第5図に
非線形ゲイン区間の拡大図をそれぞれ示す。なお、これ
らの図において、抵抗R3を流れる電流i5は無視して
いる。また、同じマークはそれぞれ対応した時点を示し
ている。
FIG. 4 shows the current-voltage characteristics in the nonlinear gain section, and FIG. 5 shows an enlarged view of the nonlinear gain section. Note that in these figures, the current i5 flowing through the resistor R3 is ignored. Also, the same marks indicate corresponding points in time.

第3図において、T2の区間で積分器1は基準電圧−E
sを積分しており、抵抗R1と抵抗R2の接続点の電位
eA1は、負の電位から線形に増加していくが、積分器
1はこの電位eA1の値によって次のような動作を行う
In FIG. 3, in the interval T2, the integrator 1 is connected to the reference voltage -E
s is integrated, and the potential eA1 at the connection point between the resistors R1 and R2 increases linearly from a negative potential.The integrator 1 performs the following operation depending on the value of this potential eA1.

(a)eAl<eAl、cの場合、 ただしe A 1. cは、ゲイン切り替え時のeAl
の値(第5図参照) 接続点電位e A 1は、第5図からも明らかなように
負電位であり、抵抗R2を流れる電流12は、第2図に
示すような方向となる。この電流12は、ダイオードD
を流れる電流i3と、抵抗R1を流れる電流i4及びコ
ンデンサC1を流れる積分電流11として分流する。
(a) If eAl<eAl, c, where e A 1. c is eAl at the time of gain switching
(See FIG. 5) The connection point potential e A 1 is a negative potential as is clear from FIG. 5, and the current 12 flowing through the resistor R2 has a direction as shown in FIG. This current 12 is passed through the diode D
A current i3 flows through the resistor R1, a current i4 flows through the resistor R1, and an integrated current 11 flows through the capacitor C1.

このとき、電流i3はダイオードDを順バイアスさせる
ので、このダイオードの両端の電位差■Fは常に一定と
なる。
At this time, the current i3 forward biases the diode D, so the potential difference (F) across the diode is always constant.

この結果、この状態における積分器1の等価回路は、第
6図(a)に示す通りとなり、その出力ゲインは1とな
る。また、比較器4への出力電圧eAは、接続点電位e
A1に比べてタイオードDの単方向電圧VFだけ低くな
ってる。
As a result, the equivalent circuit of the integrator 1 in this state is as shown in FIG. 6(a), and its output gain is 1. Furthermore, the output voltage eA to the comparator 4 is the connection point potential e
Compared to A1, the unidirectional voltage VF of diode D is lower.

(b)eA1=eA1.cの場合、 接続点電位eA1の電位が徐々に」−昇すると、抵抗R
2を流れる電流12が減少し、 12=il+i4となる点e A 1− cに達する。
(b) eA1=eA1. In the case of c, when the potential of the connection point eA1 gradually increases, the resistance R
The current 12 flowing through 2 decreases and reaches a point e A 1-c where 12=il+i4.

このときは、ダイオードDを流れる電流j3は0となる
At this time, the current j3 flowing through the diode D becomes zero.

(c ) e A 1. > e A i cの場合、
(eAl−eA)<VFとなるなめ、ダイオードDはカ
ットオフとなり、電流13−0である。
(c)e A1. > e A i c case,
Since (eAl-eA)<VF, the diode D is cut off and the current is 13-0.

このとき積分器1は、第6図(b)に示すような等価回
路となって、その出力ゲインは、(R1+R2)/R2
となる。
At this time, the integrator 1 becomes an equivalent circuit as shown in FIG. 6(b), and its output gain is (R1+R2)/R2
becomes.

以上のように、積分器1は比較点付近(eA1=eA1
c)において、ゲインか大きくなるために、比較器4の
反転速度か早くなる。これにより、比較器1のゲイン不
足に起因するジッタやサクか解消される。また、第2図
に示すように、比較器4の入力段に抵抗R4、コンデン
サC2で構成されるローパスフィルタを入れると、外来
ノイズを低減することが可能であるが、積分器1のゲイ
ンが「1」のままでは、比較動作の不安定性を増加させ
るのにつながるが、本発明の適用により積分器のゲイン
を上げることができるので、安定性を何等損なうことな
く、外来ノイズを圧縮することが可能となる。
As mentioned above, the integrator 1 is near the comparison point (eA1=eA1
In c), since the gain increases, the inversion speed of the comparator 4 increases. This eliminates jitter and lag caused by insufficient gain of the comparator 1. Furthermore, as shown in FIG. 2, if a low-pass filter consisting of a resistor R4 and a capacitor C2 is inserted into the input stage of the comparator 4, it is possible to reduce external noise, but the gain of the integrator 1 is If it remains at "1", it will lead to increased instability in the comparison operation, but by applying the present invention, the gain of the integrator can be increased, so external noise can be compressed without any loss in stability. becomes possible.

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によれば、簡単な回
路を付加することによって、外来ノイズを圧縮できる共
に、比較動作の安定なA/D変換器を提供できる。
<Effects of the Invention> As described above in detail, according to the present invention, by adding a simple circuit, it is possible to compress external noise and provide an A/D converter with stable comparison operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の基本的な構成ブロック図、第2図は本
発明の一実施例を示す構成ブロック図、第3図その動作
の概略を説明するための波形図、第4図は第3図におけ
る非線形ゲイン区間の電流−電圧特性を示す図、第5図
は非線形ゲイン区間の拡大図、第6図は積分器の等価回
路、第7図は従来装置の構成ブロック図、第8図及び第
9図はその動作波形図である。 1・・・積分器、    2・・・基準電源、3・・・
スイッヂ回路、 4・・・比較器、5・・・計数・演算
制御手段、 R1,R2・・・抵抗、D・・・タイオード、C1・・
・積分コンデンサ、 6一 途 (α) Ct 第 乙 第 (b)
Figure 1 is a basic configuration block diagram of the present invention, Figure 2 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention, Figure 3 is a waveform diagram for explaining the outline of its operation, and Figure 4 is a waveform diagram for explaining the outline of its operation. Figure 3 shows the current-voltage characteristics of the nonlinear gain section, Figure 5 is an enlarged view of the nonlinear gain interval, Figure 6 is an equivalent circuit of the integrator, Figure 7 is a block diagram of the configuration of the conventional device, and Figure 8 and FIG. 9 is an operation waveform diagram thereof. 1... Integrator, 2... Reference power supply, 3...
Switch circuit, 4... Comparator, 5... Counting/arithmetic control means, R1, R2... Resistor, D... Diode, C1...
・Integrator capacitor, 6th one (α) Ct No. 2 (b)

Claims (1)

【特許請求の範囲】  入力アナログ電圧と基準信号とを切り替えて入力し積
分する積分器と、この積分器の出力とコモン電位とを比
較する比較器とを備えた二重積分型のA/D変換器にお
いて、 前記積分器を構成するOPアンプの出力端と積分コンデ
ンサとの間に積分電流の流れる方向に対して逆方向にな
るように挿入接続したダイオードと、 このダイオードに対して並列に接続した抵抗と、前記ダ
イオードと積分コンデンサとの接続点とコモン電位間に
挿入接続した抵抗と を設けたことを特徴とするA/D変換器。
[Claims of Claims] A double integration type A/D comprising an integrator that switches and integrates input analog voltage and reference signal, and a comparator that compares the output of this integrator with a common potential. In the converter, a diode is inserted and connected between the output terminal of the OP amplifier constituting the integrator and the integrating capacitor in a direction opposite to the direction in which the integrated current flows, and connected in parallel to this diode. and a resistor inserted and connected between a connection point between the diode and the integrating capacitor and a common potential.
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