JPH034139B2 - - Google Patents

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JPH034139B2
JPH034139B2 JP8937984A JP8937984A JPH034139B2 JP H034139 B2 JPH034139 B2 JP H034139B2 JP 8937984 A JP8937984 A JP 8937984A JP 8937984 A JP8937984 A JP 8937984A JP H034139 B2 JPH034139 B2 JP H034139B2
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voltage
comparator
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integrator
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JP8937984A
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Yutaka Nakamura
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Azbil Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はA/D変換器に関し、特に高速のシン
グルスロープ形のA/D変換器に関する。
〔従来例の構成とその問題点〕
積分形A/D変換器は大きく分けて、シングル
スロープ形とデユアルスロープ形に分けられる。
シングルスロープ形は回路構成が簡単なため廉価
であるという長所があるが、積分コンデンサ等の
温度ドリフト、経年変化による誤差を補正する為
に、被測定電圧の他にゼロ電圧とリフアレンス電
圧を逐次読み込む必要があることから、変換時間
が長くかかるという欠点を有している。一方、デ
ユアルスロープ形は、原理的に積分コンデンサ等
の温度ドリフト、経年変化による誤差を受けない
という長所があるが、回路構成が複雑であるため
に価格が高くなるという欠点を有している。
〔発明の概要〕
本発明は、シングルスロープ形A/D変換器に
改良を施すことで、積分コンデンサ等の変化によ
る誤差を受けずに、しかも高速でA/D変換を実
行できるA/D変換器を提供することを目的とす
るものである。
以下に本発明の一実施例を図について説明す
る。
〔実施例の説明〕 第1図は、本発明の構成を明示するための全体
構成図である。積分器1の出力電圧は、演算手段
17の指示により駆動する充放電手段2により充
放電を行うことで、時間に対して比例して増減さ
せられることになる。この積分器1の出力電圧
は、第1の比較器4で第2の基準電圧と、第2の
比較器5でA/D変換が要求されている被測定電
圧と、第3の比較器6で第3の基準電圧と各々比
較され、パルス化されたこれら第1,第2,第3
の比較器のパルス巾から演算手段17は所定の数
式に従い被測定電圧を演算により求め、これをコ
ード化して出力するものである。
次に本発明の詳細を、第2図に基づいて説明す
る。なおこの実施例にあつては、第1の基準電圧
は第3の基準電圧と一致せられている。
第2図において、Vxはデジタル量に変換すべ
きアナログの被測定電圧である。VRは、A/D
変換のスケーリングのためのリフアレンス電圧で
あり、図示しない温度ドリフトの影響の小さい安
定した定電圧回路から供給されている。1は積分
器であつて、抵抗R、コンデンサCによつて決ま
る積分ゲインでVRを積分する。ここで積分器1
の出力をVpと表わす。2はスイツチ手段であり、
3は電流源手段である。スイツチ手段2が閉じる
と、積分器1のマイナス入力端は電流源手段3を
介して負の直流電圧−Vccに接続されるため、積
分器1の出力電圧Vpは急激に増加することにな
る。4はコンパレータ#1であつて、積分器1の
出力VpとゼロボルトであるVzを比較し、Vpがゼ
ロボルトよりも高いときHI信号を出力する。こ
こでコンパレータ#1(4)のマイナス入力端に接続
されるゼロボルトである。Vzは、A/D変換の
較正用のゼロ電圧の機能を有している。5はコン
パレータ#2であつて、被測定電圧Vxと積分器
1の出力Vpを比較し、VpがVxより大きくなつた
ときHI信号を出力する。同様に、6はコンパレ
ータ#3であつてリフアレンス電圧VRと積分器
1の出力Vpを比較し、VpがVRより大きくなつた
ときHI信号を出力する。7,8,9はフオトカ
プラ#1,#2,#3であつて、コンパレータ
#1,#2,#3の出力をアイソレーシヨンし、
次段に接続させるためのものである。以後説明の
ために、フオトカプラ#1(7)の出力をz、フオト
カプラ#2(8)の出力をx、フオトカプラ#3(9)の
出力をRと表わす。10,11,12はアンドゲ
ート#1,#2,#3であつて、別に設けられる
パルス発振器13により発生せられるパルスと、
z,x,R信号のアンドをとるものであり、z,
x,RがHI信号にあるときのみ入力するパルス
を次段に出力する機能を有している。14,1
5,16はカウンタ#1,#2,#3であつて、
アンドゲート#1,#2,#3から出力されるパ
ルスを計数する。ここで、これらのカウンタのカ
ウント数は、後述する演算装置17からI/Oポ
ートを介して送出されるリセツト信号によりリセ
ツトされるものである。
17は演算装置であつて、例えばマイクロコン
ピユータから構成されている。演算装置17は、
I/Oポートを介して、z,x,R信号のHI/
LO状態及びカウンタ1,2,3のカウント数を
読み込むとともに、カウンタ#1,#2,#3を
リセツトするためのリセツト信号、スイツチ手段
2を開閉するためのST信号、及び被測定電圧Vx
のデジタル変換値であるデジタル出力を出力す
る。マイクロコンピユータは、CPU18、ROM
19、RAM20からなり、これらはバスライン
を通して相互に接続されている。ROM19には
CPU18を制御するプログラムが書込まれてお
り、CPU18はこのプログラムに従つて後述す
る第4図に示されるフローチヤートを実行する。
RAM20はメモリであつて、CPU18の命令に
従つてカウンタ1,2,3のカウント数をメモリ
する。
次に、第2図の実施例の動作を第3図に示すタ
イムチヤートを用いて説明する。フオトカプラ
#1(7)の出力であるzがHIからLOに転じると、
演算装置17はこれを検出して、ST信号をHIに
し、スイツチ手段2を閉成する。これにより、前
述したように積分器1の出力Vpは、第3図の
に示すように急激に上昇することになる。なお第
3図において、ST信号がHIになつてもVpが下が
つているのは時間的遅れを示している。この上昇
において、VpがVz(=ゼロボルト)、Vx,VRを越
える時点で、コンパレータ#1(4)、コンパレータ
#2(5)、コンパレータ#3(6)を順次LOからHIに
転じていくことになるがRがLOからHIに転じた
ときに演算装置17はこれを検出して、リセツト
信号を送出し、カウンタ#1,#2,#3をリセ
ツトするとともに、ST信号をLOに切換え、スイ
ツチ手段2を開成し、A/D変換の準備に入る。
ST信号がLOに切換わりスイツチ手段2が開成す
ると、積分器1は電流源手段3と切離されるた
め、積分器1のチヤージされているコンデンサC
の電荷はリフアレンス電圧VRにより減少を開始
させられることから、出力電圧Vpは第3図の
に示すように時間に比例して減少することになる
これにより、VpがVR,Vx,Vz(=ゼロボルト)
より下がる時点で今度は逆に、コンパレータ#3
(6)、コンパレータ#2(5)、コンパレータ#1(4)は
順次HIからLOに転じていくことになる。演算装
置17は、RがHIからLOに転じたことを検出す
ると、カウンタ#3(16)のカウント数をI/O
ポートを介しRAM20内に格納し、xがHIから
LOに転じたことを検出するとカウンタ2(15)の
カウント数をI/Oポートを介してRAM20内
に格納し、zがHIからLOに転じたことを検出す
るとカウンタ1(14)のカウント数をI/Oポー
トを介してRAM20内に格納する。これによ
り、第3図に示すように、Vpのの上昇により
RがLOからHIに転じた時点から、Vpのの下降
によりRがHIからLOに転じるまでの時間tR,x
がHIからLOに転じるまでの時間tx,zがHIから
LOに転じるまでの時間tzがパルス数として計数
され検出されることになる。積分器1の出力電圧
Vpの変化ΔVpと、積分時間Δtには、 ΔVp=1/CR∫VR・dt=VR/CR・Δt ……(1) の関係があることから、tR,tx,tzとVR,Vx,Vz
には VR−Vx=VR/CR(tx−tR) ……(2) VR−Vz=VR/CR(tz−tR) ……(3) の関係がある。これから、 VR−Vx/VR−Vz=tx−tR/tz−tR ……(4) となり、Vxは、 Vx=tz−tx/tz−tR・VR+tx−tR/tz−tR・Vz……(5
) と表わされる。ここで、Vz=0であることから、
結局、被測定電圧Vxは、 Vx=tx−tx/tz−tR・VR ……(6) と、積分器1の抵抗R、コンデンサCの値に関係
なく、カウンタにより求められるtz,tx,tRの値
と、前もつて設定されているVRの値を使い演算
により求めることができることになる。
すなわち、演算装置17は、tz,tx,tRに対応
する値をカウンタ#1(14)、カウンタ#2(15)、
カウンタ#3(16)によつてデジタル量として求
めることで、被測定電圧Vxをデジタル演算によ
り求めることができるものである。Vxがデジタ
ル量で求められれば、公知のコード変換プログラ
ムを使い、Vxは容易にデジタルにコード化する
ことができる。すなわち、コード化されたVx
デジタル量はI/Oポートを介して出力され、
A/D変換が完了する。第4図に、第3図のタイ
ムチヤートを実行しA/D変換を行うための、演
算装置17が実行するフローチヤートの概略を示
す。
このように、本発明のA/D変換器もまた、従
来のA/D変換器と同様に、積分コンデンサ等の
温度ドリフト、経年変化による誤差を補正できる
ものであるとともに、本発明は更に、従来のシン
グルスロープ形のA/D変換器のようにVz,Vx
VRを時系列で入力する構成と異なり、すべて同
時にかつ並列で入力し処理するものであることか
ら、変換時間を極めて短かくできるという特長が
あるものである。
なお、第2図に示す実施例にあつては、アンド
ゲート、カウンタ、及びパルス発振器を演算装置
17と別に設けるものを開示したが、本発明はこ
れに限られることなく、マイクロコンピユータ等
から構成される演算装置17がこれらのものを内
蔵するようなものであつてもよいものである。更
に第2図に示す実施例にあつては、第1図に示す
第1の基準電圧は第3の基準電圧に一致せられて
いるが、本発明はこれに限られることなく、別々
に基準電圧を設けるものであつてもよい。
〔本発明の効果〕
以上のように本発明によれば、第1の基準電圧
を入力とする積分器と、この積分器の出力電圧と
第2の基準電圧を比較する第1の比較器と、上記
積分器の出力電圧と被変換電圧を比較する第2の
比較器と、上記積分器の出力電圧と第3の基準電
圧を比較する第3の比較器とを設け、各比較器の
出力から被変換電圧のデジタル値を演算により求
めるとともに、第1の基準電圧を時間に比例して
増減させるように構成したので、変換時間を極め
て短かくすることが可能であり、高い変換精度で
のA/D変換を簡単な構成で実現できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のA/D変換器の基本的構成を
示すブロツク図、第2図は本発明の一実施例によ
るA/D変換器のブロツク図、第3図は第2図の
各部における信号の波形図、第4図は第3図の
A/D変換器の動作フローチヤート図である。 1……積分器、2……充放電手段、4,5,6
……比較器(コンパレータ)、7,8,9……フ
オトカプラ、10,11,12……アンドゲー
ト、13……パルス発振器、14,15,16…
…カウンタ、17……演算手段、18……CPU、
19……ROM、20……RAM。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の基準電圧を入力する入力端子にスイツ
    チ手段を介して電流源手段を接続した積分器と、
    上記積分器の出力電圧と第2の基準電圧を比較す
    る第1の比較器と、上記積分器の出力電圧とA/
    D変換が要求されている被測定電圧を比較する第
    2の比較器と、上記積分器の出力電圧と第3の基
    準電圧を比較する第3の比較器と、上記第1、第
    2及び第3の比較器の出力に応じてパルス発振器
    からのパルス数を計数する第1、第2及び第3の
    カウンタと、上記スイツチ手段を閉成させて上記
    積分器の出力を上昇させ、上記第3の比較器に出
    力が生じたことを検知して上記第1、第2及び第
    3のカウンタにリセツト信号を出力し、かつ、上
    記スイツチ手段を開成させるとともに、上記第1
    のカウンタの出力値から第2のカウンタの出力値
    を減算した値を上記第1のカウンタの出力値から
    第3のカウンタの出力値を減算した値で割算し、
    この割算値に上記第1の基準電圧を乗算して上記
    被測定電圧をデジタル量として求め、このデジタ
    ル量をコード化してデジタル出力する演算手段と
    を備えたA/D変換器。 2 上記第1の基準電圧は上記第3の基準電圧を
    一致せられるとともに、上記第2の基準電圧はコ
    モン電位であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のA/D変換器。
JP8937984A 1984-05-07 1984-05-07 A/d変換器 Granted JPS60233937A (ja)

Priority Applications (1)

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JP8937984A JPS60233937A (ja) 1984-05-07 1984-05-07 A/d変換器

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JPS60233937A JPS60233937A (ja) 1985-11-20
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JP2807581B2 (ja) * 1991-05-13 1998-10-08 株式会社三協精機製作所 アナログ・デジタル変換回路
JP5475047B2 (ja) 2012-04-17 2014-04-16 株式会社半導体理工学研究センター Ad変換回路

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JPS60233937A (ja) 1985-11-20

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