JPH0334628A - Over-sampling a/d converter - Google Patents

Over-sampling a/d converter

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JPH0334628A
JPH0334628A JP16834489A JP16834489A JPH0334628A JP H0334628 A JPH0334628 A JP H0334628A JP 16834489 A JP16834489 A JP 16834489A JP 16834489 A JP16834489 A JP 16834489A JP H0334628 A JPH0334628 A JP H0334628A
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JP
Japan
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signal
converter
square wave
frequency
band
Prior art date
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Pending
Application number
JP16834489A
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Japanese (ja)
Inventor
Sadao Mori
定男 森
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the DC conversion characteristic without spoiling a high speed property by bringing a square wave signal from which an offset voltage is eliminated to sampling by a high frequency, and eliminating other component than a signal frequency band to be converted finally. CONSTITUTION:A square wave modulating circuit 6 containing a synchronous ground amplifier outputs a square signal which has a frequency of two folds or more of a band of an input signal and has amplitude being proportional to amplitude of the input signal and does not contain an offset error, to an A/D converter 3. The A/D converter 3 brings this square wave signal to sampling by a higher frequency than a frequency of this square wave signal and outputs it to a digital filter. Subsequently, the digital filter 4 eliminates other component than a signal frequency band to be converted finally from output data of this A/D converter 3. In such a way, the time required for the zero correction becomes unnecessary, and a DC conversion characteristic is improved without spoiling a high speed property.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、オーバーサンプリングA/D変換器に間する
ものであり、詳しくは、直流特性の改良に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to oversampling A/D converters, and specifically relates to improvement of DC characteristics.

〈従来の技術〉 オーバーサンプリングA/D変換器は、低分解能A/D
変換器のサンプルレートを信号帯域よりも十分高くする
ことによって量子化ノイズの分布を高周波領域に移行さ
せ、その出力データをデジタルフィルタに加えて信号帯
域外のノイズ成分を除去することにより全体のS/N比
、すなわち分解能を高めるようにしたものである4 第6図は、このようなオーバーサンプリングA/D変換
器の一例を示すブロック図である1図において、入力端
子1に加えられる入力信号V jrl、はアンチエリア
シングフィルタ機能を有するプリアンプ2を介して低分
解能のA/D変換器3に加えられる。そして、A/D変
換器3の出力データはデジタルフィルタ4を介して外部
に出力される。
<Prior art> An oversampling A/D converter is a low-resolution A/D converter.
By making the sample rate of the converter sufficiently higher than the signal band, the distribution of quantization noise is shifted to the high frequency region, and the output data is added to a digital filter to remove noise components outside the signal band, thereby reducing the overall S Figure 6 is a block diagram showing an example of such an oversampling A/D converter. V jrl is applied to a low resolution A/D converter 3 via a preamplifier 2 having an anti-aliasing filter function. The output data of the A/D converter 3 is then output to the outside via a digital filter 4.

ところで、このようなオーバーサンプリングA/D変換
器を直流信号の変換に用いる場合を考えると、プリアン
プ2やA/D変換器3のオフセット電圧の影響が無視で
きなくなる。
By the way, when considering the case where such an oversampling A/D converter is used for converting a DC signal, the influence of the offset voltage of the preamplifier 2 and A/D converter 3 cannot be ignored.

そこで、例えば第7図に示すように、プリアンプ2の前
段に、入力端子1圓の電圧V rlを取込む接点Mと接
地電位点側の電圧Vzを取込む接点Zとが交互にオン、
オフされる切換スイッチ5を設け、これら電圧VirL
、VZを交互に取込んで(VinVz)の演算を行うこ
とによりオフセット電圧の影響を除去することが考えら
れている。
Therefore, as shown in FIG. 7, for example, in the front stage of the preamplifier 2, a contact M that receives the voltage V rl of the input terminal 1 circle and a contact Z that receives the voltage Vz from the ground potential point are alternately turned on.
A changeover switch 5 that is turned off is provided, and these voltages VirL
, VZ are taken in alternately to calculate (VinVz), thereby removing the influence of the offset voltage.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、このような第6図の構成によれば、デジタルフ
ィルタ4の出力データは、スイッチ5の接点が切替わる
ことによって変動を始め、デジタルフィルタ4の時定数
特性に応じて定まった一定の整定時間経過後に安定する
。第8図(a)にこのようなスイッチ9の接点の切換動
作波形を示し、第8図(b)にデジタルフィルタ4の出
力データの変化の状態を示す。
<Problems to be Solved by the Invention> However, according to the configuration shown in FIG. It becomes stable after a certain settling time determined according to the characteristics. FIG. 8(a) shows the switching operation waveform of the contacts of the switch 9, and FIG. 8(b) shows the state of change in the output data of the digital filter 4.

この第8図から明らかなように、デジタルフィルタ4の
整定時間中の出力データをデータ処理に用いることはで
きないことからオフセット電圧の影響が除去されたデー
タの出力レートは大きく下がってしまい、オーバーサン
プリングA/D変換器の長所である高速性が生かされな
くなってしまつ。
As is clear from FIG. 8, since the output data during the settling time of the digital filter 4 cannot be used for data processing, the output rate of the data from which the influence of the offset voltage has been removed will drop significantly, resulting in oversampling. The advantage of the A/D converter, which is its high speed, is no longer utilized.

本発明は、このような点に着目したものであり、その目
的は、高速性を損うことなく直流変換特性が改善できる
オーバーサンプリングA/D変換器を提供することにあ
る。
The present invention has focused on such points, and an object thereof is to provide an oversampling A/D converter that can improve DC conversion characteristics without impairing high speed.

く課題を解決するための手段〉 このような課題を解決する本発明は、 入力信号の帯域の2倍以上の周波数および入力信号の振
幅に比例した振幅を有し、オフセット電圧が除去2され
た方形波信号を出力する方形波変調回路と、 この方形波信号の周波数よりも高い周波数でこの方形波
信号のサンプリングを行うA/D変換器と、 このA/D変換器の出力データから最終的に変換したい
信号周波数帯域以外の成分を除去するデジタルフィルタ
、 とで構成されたことを特徴とする。
Means for Solving the Problems> The present invention solves the problems described above, and has a frequency that is more than twice the band of the input signal, an amplitude that is proportional to the amplitude of the input signal, and an offset voltage is removed2. A square wave modulation circuit that outputs a square wave signal, an A/D converter that samples this square wave signal at a frequency higher than the frequency of this square wave signal, and a final output signal from the output data of this A/D converter. A digital filter that removes components other than the signal frequency band to be converted into.

〈作用〉 同期接地アンプを含む方形波変調回路は、入力信号の帯
域の2倍以上の周波数を有し入力信号の振幅に比例した
振幅を有するオフセットエラーを含まない方形波信号を
A/D変換器に出力する。
<Operation> A square wave modulation circuit including a synchronous grounded amplifier A/D converts a square wave signal that does not include an offset error and has a frequency that is twice or more the band of the input signal and an amplitude that is proportional to the amplitude of the input signal. output to the device.

A/D変換器は、この方形波信号をこの方形波信号の周
波数よりも高い周波数でサンプリングしてデジタルフィ
ルタに出力する。
The A/D converter samples this square wave signal at a frequency higher than the frequency of this square wave signal and outputs it to a digital filter.

デジタルフィルタは、このA/D変換器の出力データか
ら最終的に変換したい信号周波数帯域以外の成分を除去
する。
The digital filter removes components other than the signal frequency band to be finally converted from the output data of the A/D converter.

これにより、従来のような零校正のための時間が不要に
なる。
This eliminates the need for time required for zero calibration as in the prior art.

〈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1図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
6図と同一部分には同一符号を付けている1図において
、入力信号V(rLが加えられる入力端子1は、方形波
変調回路6に接続されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same parts as in FIG. It is connected to the modulation circuit 6.

この方形波変調回路6は、入力信号V irLの帯域の
2倍以上の周波数fMを有し入力信号V rlの6幅に
比例した振幅を有するオフセットエラーを含まない方形
波信号V(lltを、アンチエリアシングアナログフィ
ルタ7を介してA/D変換器3に出力する。
This square wave modulation circuit 6 generates a square wave signal V(llt) which does not include an offset error and has a frequency fM that is more than twice the band of the input signal V irL and an amplitude proportional to the width of the input signal V rl. It is output to the A/D converter 3 via the anti-aliasing analog filter 7.

第2図は第1図の具体例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of FIG. 1.

図において、方形波変調回路6として同期接地アンプを
用いる。この同期接地アンプは、入力端子1側の電圧V
、を取込む接点Mと接地電位点側の電圧Vzを取込む接
点2とが入力信号V jrLの帯域の2倍以上の周波数
fMで交互にオン、オフされる切換スイッチ8と、この
切換スイッチ8の出力信号を増幅するアンプ9と、アン
プ9の出力端子に直列接続されたコンデンサ10と抵抗
11の直列回路と、これらコンデンサ10と抵抗11の
直列回路の端部を切換スイッチ8の可動接点が接点Z測
に切換接続されるのに同期して選択的に接地電位点に接
続するスイッチ12とで構成されている。なお、第2図
ではアンプ9のゲインは2倍に設定されている。
In the figure, a synchronous grounded amplifier is used as the square wave modulation circuit 6. This synchronous grounded amplifier has a voltage V on the input terminal 1 side.
, a changeover switch 8 in which a contact M that takes in the voltage Vz on the ground potential point side and a contact 2 that takes in the voltage Vz on the ground potential point side are turned on and off alternately at a frequency fM that is twice or more the band of the input signal VjrL, and this changeover switch. 8, a series circuit of a capacitor 10 and a resistor 11 connected in series to the output terminal of the amplifier 9, and a movable contact of a switch 8 that switches the end of the series circuit of the capacitor 10 and resistor 11. The switch 12 selectively connects to the ground potential point in synchronization with the switching connection of the contact point Z to the ground potential point. Note that in FIG. 2, the gain of the amplifier 9 is set to double.

第3図は 第2図の動作を説明するタイミングチャート
である。
FIG. 3 is a timing chart explaining the operation of FIG. 2.

切換スイッチ8の可動接点は(a)に示すように周波数
fM、デユーティ50%で接点Z、Mに交互に切り換え
接続され、アンプ9に方形波信号を出力する。この切換
スイッチ8の出力信号はアンプ9に入力されて(b)に
示すように2倍に増幅される。ここで、アンプ9のオフ
セット電圧をVO6とすると、アンプ9から出力される
方形波信号のLレベルは2V(1Bになり、Hレベルは
2(■LrL十■OS)になる。このアンプ9の出力信
号はコンデンサ10と抵抗11の直列回路を介してスイ
ッチ12に加えられ、アンプ9のオフセ・ソト電圧VO
Sはカットされる。そして、スイッチ12は切換スイッ
チ8の可動接点が接点Z(llに切換接続されるのに同
期して選択的に接地電位点に接続するようにオン、オフ
駆動されるので、スイッチ12測の方形波出力信号vg
は(c)に示すようにアンプ9のオフセット電圧VO9
を含まない2 V ;nのみになる。
The movable contact of the changeover switch 8 is alternately connected to the contacts Z and M at a frequency fM and a duty of 50%, as shown in FIG. 9A, and outputs a square wave signal to the amplifier 9. The output signal of this changeover switch 8 is input to an amplifier 9 and is amplified twice as shown in FIG. Here, if the offset voltage of the amplifier 9 is VO6, the L level of the square wave signal output from the amplifier 9 will be 2V (1B), and the H level will be 2 (LrL + OS). The output signal is applied to a switch 12 via a series circuit of a capacitor 10 and a resistor 11, and is applied to the offset voltage VO of the amplifier 9.
S is cut. The switch 12 is turned on and off so as to selectively connect to the ground potential point in synchronization with the switching connection of the movable contact of the changeover switch 8 to the contact Z (ll), so that the switch 12 has a rectangular shape of 12 mm. wave output signal vg
is the offset voltage VO9 of the amplifier 9 as shown in (c).
does not include 2 V; only n.

このようにして方形波変調回路6がら出力される方形波
変調出力信号voutは、第4図に示すように、 で′表せる。これをフーリエ展開すると、になる、ここ
で、ω門=2πfMとする。
The square wave modulated output signal vout outputted from the square wave modulation circuit 6 in this manner can be expressed as follows, as shown in FIG. When this is Fourier expanded, it becomes, where ω gate = 2πfM.

そして−VirL = A Sfn (A) Bとすル
ト、τL’rM、rrヘレノ仁−、x、Cノー−レンダ
1乙S;へレノδtン”A:”X(”5Ok)H−(t
)、M−(J:(k<、−w、’):tコ  ・(3)
になる。
-VirL = A Sfn (A)
), M-(J:(k<,-w,'):tco ・(3)
become.

従って、ω閂〉2ωB naxとずれば、(2)式の2
項以降の周波数成分はずべてω(3nax(信畦帯域)
よりも大きくなる。
Therefore, if ωbar〉2ωB nax, then 2 of equation (2)
The frequency components after the term are all ω (3nax (trust band)
becomes larger than

これにより、周波数fMがω閂〉2ωB IIaxの条
件を満たすように設定して、方形波変調出力信号をA/
D変換した信号をオーバーサンプリングA/D変換器用
のデジタルフィルタを通すことにより、 Va+t (t ) =Vtn (t )      
    −(4)になり、結果としてオフセットエラー
が除去されることになる。
As a result, the frequency fM is set to satisfy the condition ωbar〉2ωB IIax, and the square wave modulation output signal is
By passing the D-converted signal through a digital filter for an oversampling A/D converter, Va+t (t) = Vtn (t)
-(4), and as a result, the offset error is removed.

第5図は、第2図の各部における周波数特性例図である
0図において、SP、は方形波変調出力信号の第1項の
成分を示し、SP2 、SP3 、・・・は方形波変調
出力信号の第2項以降の成分を示している。Aはデジタ
ルフィルタ4の周波数特性を示し、Bはアンチエリアシ
ングフィルタの周波数特性を示している。これにより、
量子化ノイズはハツチングを付した領域Cに軽減される
ことになる。
FIG. 5 is an example of the frequency characteristics of each part in FIG. 2. In FIG. It shows the components after the second term of the signal. A shows the frequency characteristics of the digital filter 4, and B shows the frequency characteristics of the anti-aliasing filter. This results in
The quantization noise is reduced to the hatched area C.

このように構成することにより、オフセット電圧の影響
を受けることなく、入力信号V irLの直流成分を高
精度でデジタル信号に変換できる。
With this configuration, the DC component of the input signal VirL can be converted into a digital signal with high precision without being affected by the offset voltage.

なお、上記実施例では、方形波変調回路を構成する同期
接地アンプのゲインを2倍にする例を説明したが、任意
のゲインでよい。
In the above embodiment, an example was explained in which the gain of the synchronous grounded amplifier constituting the square wave modulation circuit is doubled, but any gain may be used.

また、上記実施例では方形波変調回路とl−て同期接地
アンプを用いる例を示したが、入力信号の帯域の2倍以
上の周波数および入力信号の振幅に比例した振幅を有し
、オフセット電圧が除去された方形波信号を出力する機
能を有するものであれば同期接地アンプに限るものでは
ない。
In addition, in the above embodiment, an example is shown in which a synchronous grounded amplifier is used as a square wave modulation circuit, but it has a frequency that is more than twice the band of the input signal and an amplitude that is proportional to the amplitude of the input signal, and the offset voltage The amplifier is not limited to a synchronous grounded amplifier as long as it has the function of outputting a square wave signal from which the noise is removed.

また、A/D変換器は、ΔΣA/D変換器であってもよ
い。
Further, the A/D converter may be a ΔΣ A/D converter.

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、高速性を損うこ
となく直流変換特性が改善できるオーバーサンプリング
A/D変換器を提供することができ、特に直流測定装置
のA/D変換器として好適である。
<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, it is possible to provide an oversampling A/D converter that can improve DC conversion characteristics without impairing high speed, and in particular, it is possible to provide an oversampling A/D converter that can improve DC conversion characteristics without impairing high speed. /D converter.

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

第1図は第1の発明の一実施例を示すブロック図、第2
図は第1図の具体例を示す回路図、第3図は第2図の動
作の概略を示すタイミングチャト、第4図は第2図の動
作を説明する波形図、第5図は第2図の各部の周波数特
性例図、第6図は従来の装置の一例を示すブロック図、
第7図は従来の他の装置を示すブロック図、第8図は第
7図の動作を説明するタイミングチャートである。 1・・・入力端子、3・・・A/D変換器、4・・・デ
ジタルフィルタ、6・・・方形波変調回路、7・・・ア
ンチエリアシングフィルタ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the first invention;
The figure is a circuit diagram showing a specific example of Fig. 1, Fig. 3 is a timing chart showing an outline of the operation of Fig. 2, Fig. 4 is a waveform diagram explaining the operation of Fig. 2, and Fig. 5 is a FIG. 6 is a block diagram showing an example of a conventional device,
FIG. 7 is a block diagram showing another conventional device, and FIG. 8 is a timing chart explaining the operation of FIG. 7. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Input terminal, 3... A/D converter, 4... Digital filter, 6... Square wave modulation circuit, 7... Anti-aliasing filter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 入力信号の帯域の2倍以上の周波数および入力信号の振
幅に比例した振幅を有し、オフセット電圧が除去された
方形波信号を出力する方形波変調回路と、 この方形波信号の周波数よりも高い周波数でこの方形波
信号のサンプリングを行うA/D変換器と、 このA/D変換器の出力データから最終的に変換したい
信号周波数帯域以外の成分を除去するデジタルフィルタ
、 とで構成されたことを特徴とするオーバーサンプリング
A/D変換器。
[Scope of Claims] A square wave modulation circuit that outputs a square wave signal having a frequency twice or more the band of an input signal and an amplitude proportional to the amplitude of the input signal, and from which an offset voltage has been removed; An A/D converter that samples this square wave signal at a frequency higher than the signal frequency, and a digital filter that removes components outside the signal frequency band that is ultimately desired to be converted from the output data of this A/D converter. An oversampling A/D converter comprising:
JP16834489A 1989-06-30 1989-06-30 Over-sampling a/d converter Pending JPH0334628A (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5885998A (en) * 1981-10-30 1983-05-23 ヒューズ・エアクラフト・カンパニー Sampling and hold circuit and switch condenser integration circuit and automatic zero adjustment of sampling and hold circuit
JPS63316522A (en) * 1987-06-19 1988-12-23 Hitachi Ltd A/d converter

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