JPH0360525A - Pwm system a/d converter - Google Patents

Pwm system a/d converter

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JPH0360525A
JPH0360525A JP20046489A JP20046489A JPH0360525A JP H0360525 A JPH0360525 A JP H0360525A JP 20046489 A JP20046489 A JP 20046489A JP 20046489 A JP20046489 A JP 20046489A JP H0360525 A JPH0360525 A JP H0360525A
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JP
Japan
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clock
frequency
photocoupler
integrator
reference clock
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Pending
Application number
JP20046489A
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Japanese (ja)
Inventor
Chiharu Aoki
千春 青木
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To remove off-set from the output of a PWM integrator and to improve accuracy for an A/D converter by dividing the frequency of a clock, which passes a photocoupler and generates the off-set, by a frequency dividing circuit in a simple configuration and executing waveform shaping. CONSTITUTION:The frequency of a reference clock E to be generated from a reference clock generating circuit 6 of a digital part 2 is made double to a frequency required as a clock for measurement. In an analog part 1, a two- frequency dividing circuit 12 is newly provided between a buffer amplifier 7 and a resistor R2. The frequency of the reference clock E to be inputted to a photocoupler 5 is made double to a conventional example (namely, a half period is T/2.) After transmission by the photocoupler, the waveform in a B point is rounded samely as the conventional example and the duty of the clock through the buffer amplifier 7 is deviated from 50%. However, since the frequency of this clock is divided into two by the two-frequency dividing circuit 12 composed of a T type flip-flop and the waveform is shaped, the clock for measurement (waveform in a D point) can be obtained with the deisred period (2T) and duty 50%.

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、PWM(パルス幅
変調)方式のA/D変換器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an A/D converter, and particularly to a PWM (Pulse Width Modulation) type A/D converter.

(従来の技術) PWM方式のA/D変換器は、デジタル出力を入力端の
アナログ部へ帰還する必要がなくアナログ部とデジタル
部との分離が容易であり、また、ノーマルモードにおけ
るノイズ除去特性が非常に優れている等の特徴を有し、
低速用A/D変換器として広く用いられている。
(Prior art) A PWM type A/D converter does not need to feed back the digital output to the analog section at the input end, making it easy to separate the analog section and digital section, and also has excellent noise removal characteristics in normal mode. It has characteristics such as very good
Widely used as a low-speed A/D converter.

第3図は従来のPWM方式A/D変換器の一例の構成を
示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of an example of a conventional PWM type A/D converter.

本従来例では、アナログ部1とデジタル部2とが分離さ
れており、入力信号(直流電圧)Vlは入力抵抗R1を
介してオペアンプ3とコンデンサC1とで構成される積
分器4に入力される。この積分器4の入力端(オペアン
プ3.コンデンサC1、入力抵抗R1の共通接続点)に
は測定用クロックが供給され、この測定用クロックはデ
ジタル部2内の基準クロック発生回路5から発生する基
準クロックAを、フォトカプラ6を介してアナログ部1
に伝達してバッファアンプ7で増幅することにより得ら
れ、この測定用クロックは抵抗R2゜コンデンサC2を
介して積分器4の入力端に供給される。
In this conventional example, an analog section 1 and a digital section 2 are separated, and an input signal (DC voltage) Vl is inputted to an integrator 4 composed of an operational amplifier 3 and a capacitor C1 via an input resistor R1. . A measurement clock is supplied to the input terminal of the integrator 4 (common connection point of the operational amplifier 3, capacitor C1, and input resistor R1), and this measurement clock is a reference signal generated from the reference clock generation circuit 5 in the digital section 2. The clock A is connected to the analog section 1 via the photocoupler 6.
This measurement clock is supplied to the input terminal of the integrator 4 via a resistor R2° and a capacitor C2.

積分器4の出力信号はコンパレータ8に入力され、この
コンパレータ8の相補出力Q1.Q2はそれぞれコトロ
ールロジック9およびアンプIOに入力される。アンプ
lOの出力によりスイッチsvlが切換えられ、これに
より極性の異なる2つの基準電流+1.、−1.が交互
に供給される。
The output signal of the integrator 4 is input to a comparator 8, whose complementary output Q1. Q2 is input to control logic 9 and amplifier IO, respectively. The switch svl is switched by the output of the amplifier IO, and thereby two reference currents +1. , -1. are supplied alternately.

コントロールロジック9の出力信号はカウンタおよびラ
ッチtiに入力され、所定のカウントが行われ、入力信
号■1がデジタル信号に変換される。
The output signal of the control logic 9 is input to the counter and latch ti, a predetermined count is performed, and the input signal 1 is converted into a digital signal.

なお、アナログ部1とデジタル部2とが分離されている
のは、デジタルノイズがアナログ部に重畳されるのを防
止するためや、使用される基準電圧等が異なることによ
る悪影響を防止するためである。
Note that the reason why the analog section 1 and the digital section 2 are separated is to prevent digital noise from being superimposed on the analog section and to prevent adverse effects caused by different reference voltages, etc. used. be.

本従来例におけるA/D変換動作を第4図を用いて説明
する。
The A/D conversion operation in this conventional example will be explained using FIG. 4.

積分器4の入力端に入力信号V1が印加されることによ
り、入力抵抗R1を介して入力信号電流11が流れる。
When the input signal V1 is applied to the input end of the integrator 4, the input signal current 11 flows through the input resistor R1.

これに加えてデユーティ−50%の測定用クロック信号
(すなわち±Icのクロック電流)が供給される。また
、コンパレータ8の出力の極性に合わせてスイッチSW
Iが切換えられ、基準電流+I□または−IRが供給さ
れる。
In addition to this, a measurement clock signal with a duty of -50% (that is, a clock current of ±Ic) is supplied. In addition, the switch SW is set according to the polarity of the output of the comparator 8.
I is switched and the reference current +I□ or -IR is supplied.

この動作によって1規定サイクル中に、tl。This operation results in tl during one prescribed cycle.

t2.t3.t4の各積分期間が発生する。入力信号v
1が正の場合、t1期間中は(−IC+IR+I+ )
で、t2期間中は(+IC+IR+1、)で、t3期間
中は(+ICIR+I+)で、t4期間中は(ICIR
+Iりでそれぞれ積分することになり、この積分動作は
、tl+t4− t 2+ t 3を満足するように行
われる。この結果、次の変換式が得られる。
t2. t3. Each integration period of t4 occurs. input signal v
If 1 is positive, during t1 period (-IC+IR+I+)
Then, during the t2 period, it is (+IC+IR+1,), during the t3 period, it is (+ICIR+I+), and during the t4 period, it is (ICIR
+I is respectively integrated, and this integration operation is performed so as to satisfy tl+t4-t2+t3. As a result, the following conversion formula is obtained.

Vl−R1・I3・ (T2−TI)/ (TI+T2
) したがって、コバレータ8の出力Q1の極性が反転する
までの期間をカウントすれば、そのカウント値を上記変
換式にあてはめることによりデジタル値は一意的に決ま
り、これにより入力信号V1をデジタル信号に変換する
ことができる。
Vl-R1・I3・(T2-TI)/(TI+T2
) Therefore, by counting the period until the polarity of the output Q1 of the coverlet 8 is reversed, the digital value is uniquely determined by applying the counted value to the above conversion formula, and thereby converts the input signal V1 to a digital signal. can do.

(発明が解決しようとする課題) 上述した従来のPWM方式のA/D変換器は、アナログ
部とデジタル部とをフォトカプラを用いて結合している
ため、このフォトカプラの応答特性に起因して、供給さ
れる測定用クロックのデユーティが50%からずれてし
まい、PWM積分器の出力にオフセットが生じてしまう
欠点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) Since the conventional PWM type A/D converter described above uses a photocoupler to couple the analog part and the digital part, problems arise due to the response characteristics of this photocoupler. Therefore, the duty of the supplied measurement clock deviates from 50%, resulting in an offset in the output of the PWM integrator.

すなわち、第5図に示すように、基準クロック発生回路
5から出力されるクロックA(周期2T)のデユーティ
−が50%であっても、フォトカプラの特性に起因して
第3図中のB点では波形がなまり、その結果、C点では
τ〕1 τ2の遅延が生じ、デユーティ−は(T−τ1
+τ2)/ (T+で1−τ2)となってしまう。ここ
で、TはクロックAの半周期であり、τ1はフォトカプ
ラの立ち上がり特性に起因するハイレベル検出までの遅
延時間であり、τ2はフォトカプラの立ち下がり特性に
起因するロウレベル検出までの遅延時間である。
That is, as shown in FIG. 5, even if the duty of clock A (period 2T) output from the reference clock generation circuit 5 is 50%, due to the characteristics of the photocoupler, B in FIG. The waveform becomes dull at point C, and as a result, a delay of τ]1 τ2 occurs at point C, and the duty becomes (T-τ1
+τ2)/(1-τ2 at T+). Here, T is the half cycle of clock A, τ1 is the delay time until high level detection due to the rising characteristics of the photocoupler, and τ2 is the delay time until low level detection due to the falling characteristics of the photocoupler. It is.

この遅延によるオフセットを小さくするためには高速な
フォトカプラを使用しなければならないが、この場合は
コスト高となってしまう。
In order to reduce the offset caused by this delay, it is necessary to use a high-speed photocoupler, but this increases the cost.

また、オフセット補正回路を設けて微調整を行うことに
よりオフセットを除去することも考えられるが、この場
合は装置が大型化するとともにコスト高となってしまう
It is also conceivable to remove the offset by providing an offset correction circuit and performing fine adjustment, but in this case, the device becomes larger and the cost increases.

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的はフォトカプラの特性に起因して発生するPW
M積分器のオフセットを、回路の複雑化やコスト高を招
くことなく除去し、A/D変換器の信頼性を向上させる
ことにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and
Its purpose is to reduce the PW generated due to the characteristics of photocouplers.
The purpose of the present invention is to improve the reliability of an A/D converter by removing the offset of an M integrator without complicating the circuit or increasing costs.

(課題を解決するための手段) 本発明のPWM方式のA/D変換器は、周波数が前記測
定用クロックのn倍(nは2以上の自然数)である基準
クロックを発生させる基準クロック発生手段と、該基準
クロックを、前記基準クロック発生手段とは電気的に分
離された部分に伝達するためのフォトカプラと、該フォ
トカプラを介して得られる前記基準クロックをn分周し
てデユーティ−50%の前記測定用クロックを出力する
n分周回路とを有することを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A PWM type A/D converter of the present invention includes a reference clock generating means for generating a reference clock having a frequency n times that of the measurement clock (n is a natural number of 2 or more). a photocoupler for transmitting the reference clock to a part electrically separated from the reference clock generation means, and a duty-50 divided by n frequency of the reference clock obtained through the photocoupler. % of the measurement clock.

(作用) 周波数逓倍したクロックをフォトカプラにより伝送し、
この結果得られるオフセットの生じたクロックを、例え
ば立ち上がりあるいは立ち下がりのいずれか一つをトリ
ガエツジとして用いて分周し、波形整形することにより
、デユーティ−50%の測定用クロックを得る。
(Function) Transmits the frequency-multiplied clock using a photocoupler,
The resulting offset clock is frequency-divided and waveform-shaped using, for example, either the rising edge or the falling edge as a trigger edge, thereby obtaining a measurement clock with a duty of -50%.

(実施例) 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
(Example) Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は本実施例
の動作を説明するための波形図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of this embodiment.

本実施例の基本的なA/D変換動作は第3図の従来例と
同様であるので説明を省略し、特徴的な部分とその動作
だけを説明する。なお、図中、従来例と同一あるいは相
当する部分には同一の符号を付しである。
Since the basic A/D conversion operation of this embodiment is the same as that of the conventional example shown in FIG. 3, the explanation will be omitted, and only the characteristic parts and their operations will be explained. In the drawings, parts that are the same as or correspond to those of the conventional example are given the same reference numerals.

本実施例の特徴は、デジタル部2の基準クロック発生回
路6から発生する基準クロックEの周波数を、測定用ク
ロックとして必要な周波数の2倍としたこと、および、
アナログ部1において、バッファアンプ7と抵抗R2と
の間に新たに2分周回路12を設けたことである。この
2分周回路12はポジティブエツジトリガーのT型フリ
ップフロップで構成されている。
The features of this embodiment are that the frequency of the reference clock E generated from the reference clock generation circuit 6 of the digital section 2 is twice the frequency required as a measurement clock, and
In the analog section 1, a divide-by-2 circuit 12 is newly provided between the buffer amplifier 7 and the resistor R2. This divide-by-2 circuit 12 is composed of a positive edge trigger T-type flip-flop.

第2図に示すようにフォトカプラ5に入力される基準ク
ロックEの周波数は、従来例の2倍となっている(すな
わち半周期がT/2である)。フォトカプラで伝送後の
B点の波形は従来例と同様になまってしまい、バッファ
アンプ7を通したクロックのデユーティ−は50%から
ずれてしまう。
As shown in FIG. 2, the frequency of the reference clock E input to the photocoupler 5 is twice that of the conventional example (that is, the half cycle is T/2). The waveform at point B after transmission by the photocoupler becomes dull as in the conventional example, and the duty of the clock passed through the buffer amplifier 7 deviates from 50%.

しかし、これをT型フリップフロップからなる2分周回
路I2で2分周し、波形整形することにより、所望の周
期(2T)でかつデユーティ−50%の測定用クロック
(D点の波形)を得ることができる。
However, by dividing this frequency by 2 using a divide-by-2 circuit I2 consisting of a T-type flip-flop and shaping the waveform, a measurement clock (waveform at point D) with a desired period (2T) and a duty of -50% can be obtained. Obtainable.

本実施例はフォトカプラ5は従来と同じ安価なものでよ
く、また、フリップフロップ等で構成された2分周回路
を一つ付加するだけでよく、装置が大型化したりコスト
高となることがない。
In this embodiment, the photocoupler 5 can be the same inexpensive one as the conventional one, and it is only necessary to add one divide-by-2 circuit composed of a flip-flop or the like, so that the device does not become larger or more expensive. do not have.

なお、本実施例では、もとのクロックを2逓倍しておき
、フォトカプラ通過後に2分周する構成としたが、これ
に限定されず逓倍比(分周比)は任意に選択できる。
In this embodiment, the original clock is multiplied by 2, and the frequency is divided by 2 after passing through the photocoupler. However, the multiplication ratio (frequency division ratio) can be arbitrarily selected without being limited to this.

(発明の効果) 以上説明したように本発明は、フォトカプラを通過して
オフセットが生じたクロックを簡単な構成の分周回路で
分周して波形整形する構成とすることにより、PWM積
分器の出力からオフセットを除去することができ、PW
M方式のA/D変換器の精度を向上させることができる
(Effects of the Invention) As explained above, the present invention has a configuration in which a clock that has passed through a photocoupler and has an offset is divided by a frequency divider circuit of a simple configuration and shaped into a waveform. The offset can be removed from the output of PW
The accuracy of the M-type A/D converter can be improved.

また、高価なフォトカプラを必要とせず、付加する回路
も簡単なものでよいため、装置が大型化したりコスト高
を招くこともなく、容易に実現可能である。
Furthermore, since an expensive photocoupler is not required and the added circuitry can be simple, it can be easily implemented without increasing the size of the device or increasing costs.

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

第1図は本発明の一実施例の構成を示す回路図、第2図
は第1図の実施例の特徴的な動作を説明するための波形
図、 第3図は従来例の回路図、 第4図は第3図の従来例の基本的動作を説明するための
タイミングチャート、 第5図は第3図の従来例の問題点を説明するための波形
図である。 1・・・アナログ部    2・・・デジタル部3・・
・オペアンプ    4・・・積分器5・・・フォトカ
プラ 6・・・基準クロック発生回路 7・・・バッファアンプ  8・・・コンパレータ9・
・・アンプ IO・・・コントロールロジック ll・・・カウンタおよびラッチ R1・・・入力抵抗    R2・・・抵抗C1,C2
・・・コンデンサ h・・・入力信号電流 ±IR・・・基準電流 E・・・周波数逓倍された基準クロック第2 図
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the characteristic operation of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional example. FIG. 4 is a timing chart for explaining the basic operation of the conventional example shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a waveform diagram for explaining problems in the conventional example shown in FIG. 1...Analog section 2...Digital section 3...
- Operational amplifier 4... Integrator 5... Photocoupler 6... Reference clock generation circuit 7... Buffer amplifier 8... Comparator 9.
...Amplifier IO...Control logic ll...Counter and latch R1...Input resistance R2...Resistance C1, C2
... Capacitor h ... Input signal current ±IR ... Reference current E ... Frequency multiplied reference clock Fig. 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】  積分器の入力端にA/D変換すべきアナログ信号を入
力し、該アナログ信号とは別に、前記入力端にデューテ
ィー50%の測定用クロックを供給し、前記積分器の出
力をコンパレータに入力し、該コンパレータの出力の極
性に合わせて、極性の異なる2つの基準電流を交互に切
換えながら前記積分器の入力端に供給し、前記積分器に
おける積分期間をカウンタでカウントし、そのカウント
を用いて前記アナログ信号をデジタル信号に変換するP
WM方式A/D変換器において、 周波数が前記測定用クロックのn倍(nは2以上の自然
数)である基準クロックを発生させる基準クロック発生
手段と、 該基準クロックを、前記基準クロック発生手段とは電気
的に分離された部分に伝達するためのフォトカプラと、 該フォトカプラを介して得られる前記基準クロックをn
分周してデューティー50%の前記測定用クロックを出
力するn分周回路とを有することを特徴とするPWM方
式A/D変換器。
[Scope of Claims] An analog signal to be A/D converted is input to the input end of an integrator, a measurement clock with a duty of 50% is supplied to the input end separately from the analog signal, and the integrator is The output is input to a comparator, and two reference currents with different polarities are alternately switched and supplied to the input terminal of the integrator according to the polarity of the output of the comparator, and the integration period in the integrator is counted by a counter. , P converts the analog signal into a digital signal using the count.
In the WM type A/D converter, a reference clock generating means for generating a reference clock having a frequency n times that of the measurement clock (n is a natural number of 2 or more); is a photocoupler for transmitting to an electrically isolated part, and the reference clock obtained through the photocoupler is n
A PWM type A/D converter comprising: an n frequency divider circuit that divides the frequency and outputs the measurement clock having a duty of 50%.
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