JPH0754911B2 - A / D converter - Google Patents

A / D converter

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JPH0754911B2
JPH0754911B2 JP63112096A JP11209688A JPH0754911B2 JP H0754911 B2 JPH0754911 B2 JP H0754911B2 JP 63112096 A JP63112096 A JP 63112096A JP 11209688 A JP11209688 A JP 11209688A JP H0754911 B2 JPH0754911 B2 JP H0754911B2
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signal
preliminary
integration
integrator
time
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陽太 古川
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は二重積分型のA/D変換器に関し、更に詳しく
は、応答速度を損なうことなく、高分解能化を図ること
の出来るA/D変換器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of use) The present invention relates to a double integration type A / D converter, and more specifically to an A / D converter capable of achieving high resolution without impairing the response speed. Regarding D converter.

(従来の技術) 第8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S1は入力アナログ信号Exと基
準信号Esとを切り替えて取り出すスイッチ、INT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C、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. 8 is a configuration block diagram of a conventionally known double integral A / D converter. In the figure, S1 is a switch that switches between the input analog signal Ex and the reference signal Es and extracts it, and INT is an integrator that integrates the signal extracted by the switch S1, and is connected in parallel with the resistor R, the capacitor C, the amplifier A, and the capacitor C. The switch S2 has been configured.

CPは積分器の出力と、コモン電位とを比較する比較器、
OSはクロック発信器でスイッチS1,S2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。DSはカウン
タの出力を表示する表示器である。
CP is a comparator that compares the output of the integrator with the common potential,
OS controls the on / off of switches S1 and S2 with a clock oscillator. CU is a counter that counts clocks and a comparator
The signal from CP controls the counting operation. DS is a display 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9図に示すように積分器INTに入力させる。これによ
って積分器INTの出力は、第10図に示すように変化し、T
s後の積分器出力Eoは(1)式で表される。
The switch S1 first inputs the input signal Ex to the integrator INT for a fixed time Ts as shown in FIG. This causes the output of the integrator INT to change as shown in Fig. 10, and T
The integrator output Eo after s 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9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.

第10図は積分器INTの出力電圧Eoの変化を示す線図であ
り、このときの積分器出力Eoは(2)式で表される。
FIG. 10 is a diagram showing changes in the output voltage Eo of the integrator INT, and the integrator output Eo at this time is expressed by the equation (2).

Eo={−Ex/(C・R)}・Ts +{Es/(C・R)}・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)} · t (2) Here, when the time until the output voltage Eo becomes zero is Tx,
Expression (3) is obtained.

Ex=(Tx/Ts)・Es ……(3) 従って積分時間Ts,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Es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ができる。
Ex = (Tx / Ts) · Es (3) Therefore, if the integration time Ts and the reference voltage Es are constant, the input signal Ex is the output voltage after Tx, that is, the switch S1 is connected to the reference voltage Es side. By counting the time until Eo becomes zero with the counter CU, the analog signal input to the counter is input.
It is possible to obtain a digital signal compatible with Ex.

(発明が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が誤差にならない等の特徴がある。
しかしながらA/D変換の精度を上げるためには、クロッ
ク周波数を高くするか、積分時間を長くする必要があ
る。
(Problems to be Solved by the Invention) The A / D converter having such a configuration is characterized in that the drift of the integration constant CR and the clock frequency does not cause an error.
However, in order to improve the accuracy of A / D conversion, it is necessary to increase the clock frequency or lengthen the integration time.

ここでクロック周波数を高くすると、高周波用の回路部
品を使用しなくてはならないと言う問題点があり、積分
時間を長くすると、応答特性が劣化すると言う問題点が
ある。
Here, there is a problem that a high-frequency circuit component must be used when the clock frequency is increased, and a response characteristic is deteriorated when the integration time is lengthened.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は応答特性を損なうことなく、高分解能のA/D
変換器を簡単な構成で実現することにある。
The present invention has been made in view of such problems,
The purpose is high resolution A / D without spoiling the response characteristics.
It is to realize the converter with a simple configuration.

(課題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、1は積分器、2は基準電源、3は所定の値を持
った予備積分電源、4はデジタル信号に変換する入力ア
ナログ信号Ex、基準電圧±Es、予備電源信号Ebを選択し
て積分器1に入力するスイッチ回路である。5は積分器
1の出力を入力とする比較器、6は比較器5からの信号
を入力する計数手段、7は計数手段6からの計数値を入
力し、平均演算処理を行う演算処理回路である。8は比
較器5からの信号を入力し、スイッチ回路4、積分器
1、計数手段6を制御する制御手段である。
(Means for Solving the Problems) FIG. 1 is a basic configuration block diagram of the present invention. In the figure, 1 is an integrator, 2 is a reference power supply, 3 is a preliminary integration power supply having a predetermined value, 4 is an input analog signal Ex to be converted into a digital signal, a reference voltage ± Es, and a preliminary power supply signal Eb are selected. This is a switch circuit that inputs to the integrator 1. Reference numeral 5 is a comparator having the output of the integrator 1 as input, 6 is counting means for inputting the signal from the comparator 5, and 7 is an arithmetic processing circuit for inputting the count value from the counting means 6 and performing average arithmetic processing. is there. Reference numeral 8 is a control means for inputting the signal from the comparator 5 and controlling the switch circuit 4, the integrator 1, and the counting means 6.

(作用) 制御手段8は、スイッチ回路4を制御し、はじめに、予
備信号(Eb)を選択し、この予備信号を積分器1に印加
して予備積分動作を行い、次に、入力アナログ信号(E
x)及び基準信号(±Es)を順次選択し積分器1に印加
して二重積分動作を行い、以後、予備積分動作と二重積
分動作とからなるAD変換動作を予備積分動作の時間(T
1)を計数パルスの1パルスからNパルス(1/Nは予備積
分動作の時の積分電流I1と、基準信号を積分する逆積分
動作の時の積分電流I4との比率)の時間内であって、 下記の要件,を満たす数列aiに従って変化させるこ
とを繰り返し、 演算処理手段は、繰り返して行われる前記AD変換動作に
より計数手段に得られた計数値の複数回の平均演算を行
い、前記入力アナログ信号に対応したディジタル信号を
得る。
(Operation) The control means 8 controls the switch circuit 4, first selects the preliminary signal (Eb), applies the preliminary signal to the integrator 1 to perform the preliminary integration operation, and then the input analog signal ( E
x) and the reference signal (± Es) are sequentially selected and applied to the integrator 1 to perform the double integration operation. Thereafter, the AD conversion operation including the preliminary integration operation and the double integration operation is performed. T
1) is within the time from 1 pulse of the counting pulse to N pulses (1 / N is the ratio of the integrated current I1 at the time of pre-integration operation and the integrated current I4 at the time of inverse integration operation for integrating the reference signal). Then, the arithmetic processing means repeatedly performs the averaging of the count values obtained by the counting means by the AD conversion operation that is repeatedly performed, A digital signal corresponding to an analog signal is obtained.

記 、数列aiは、1,2,3,…i…,nの数値からなる要素n個
からなり、a1,a2,…an,a1,a2,…an…と繰り返す。
Note that the sequence ai consists of n elements consisting of numerical values of 1,2,3, ... i ..., n, and is repeated as a1, a2, ... an, a1, a2 ,.

、数列aiは、その中心値(n+1)/2に対して、大,
小,大,小,大,小…となるように並べられている。
, The sequence ai is large with respect to its central value (n + 1) / 2,
They are arranged so that they are small, large, small, large, small ...

(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) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail 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は、演算増幅器OP1、
コンデンサC、抵抗R3〜R6で構成されている。基準電圧
源2は、基準電圧±Esを出力するものであり、予備積分
電源3は、基準電圧−Esを抵抗R1,R2で分圧するものを
用いている。9は内部に計数手段としてのカウンタ6を
含むマイクロプロセッサで、第1図に於ける演算処理手
段7、制御手段8としての動作を行うものである。マイ
クロプロセッサ9は、カウンタ6のほかに、クロック源
91、クロック源91からのクロックに同期して動作する出
力ポート92、演算制御部(CPU)93、メモリ94を含んで
いる。
FIG. 2 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, those corresponding to the respective parts in FIG.
The same reference numerals are given. The integrator 1 is an operational amplifier OP1,
It is composed of a capacitor C and resistors R3 to R6. The reference voltage source 2 outputs a reference voltage ± Es, and the preliminary integration power supply 3 uses a reference voltage −Es divided by resistors R1 and R2. Reference numeral 9 denotes a microprocessor which internally includes a counter 6 as a counting means, and operates as the arithmetic processing means 7 and the control means 8 in FIG. The microprocessor 9 has a clock source in addition to the counter 6.
91, an output port 92 that operates in synchronization with the clock from the clock source 91, an arithmetic control unit (CPU) 93, and a memory 94.

この様に構成した装置の動作を次に説明する。The operation of the device configured as described above will be described below.

第3図は、その動作の一例を示す動作波形図である。こ
こでは、基本分解能を4倍に向上させる場合を想定して
おり、予備積分電源を構成している抵抗R1,R2及び積分
抵抗R4,R5は(1)〜(3)式のような関係になってい
る。
FIG. 3 is an operation waveform diagram showing an example of the operation. Here, it is assumed that the basic resolution is increased four times, and the resistances R1 and R2 and the integration resistances R4 and R5 that compose the preliminary integration power supply have a relationship as shown in equations (1) to (3). Has become.

R1/(R1+R2)=1/4(R1:R2=3:1) ……(1) R1《R5,R2《R5 ……(2) R4=R5 ……(3) 第3図において、Toは初期状態であり、スイッチ回路4
のスイッチS0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、積分器の出力電圧eAはほぼ0V,比較器5の出力電圧e
Bは演算増幅器OP1及び比較器5のオフセット電圧次第
で、H/L両レベルのいずれも不確定である。
R1 / (R1 + R2) = 1/4 (R1: R2 = 3: 1) …… (1) R1 << R5, R2 << R5 …… (2) R4 = R5 …… (3) In Figure 3, To is Initial state, switch circuit 4
Switch S0 is turned on as shown in (a),
The capacitor C of the integrator 1 is short-circuited. In this state, the output voltage eA of the integrator is almost 0V, and the output voltage eA of the comparator 5 is
B depends on the offset voltage of the operational amplifier OP1 and the comparator 5, and both H and L levels are uncertain.

T1は本発明に於いて特徴としている、高分解能化のため
の予備積分期間である。この期間では、スイッチS3がオ
ンとなり、予備積分電源3からの信号I1を積分する。こ
こでの積分電流値I1は、(4)式で表される。
T1 is a preliminary integration period for increasing the resolution, which is a feature of the present invention. During this period, the switch S3 is turned on and the signal I1 from the preliminary integration power supply 3 is integrated. The integrated current value I1 here is expressed by equation (4).

I1={R2/(R1+R2)}×(−Es/R5) =(1/4)×(−Es/R5) =(1/4)×I4 ……(4) また、積分期間T1は、計数パルス(クロック源91のクロ
ック)の1〜4クロックのいずれかで、かつ時系列上均
等に分布するよう、所定の数列に従って、マイクロプロ
セッサ9によって制御される。この点についての詳細は
後で述べる。
I1 = {R2 / (R1 + R2)} x (-Es / R5) = (1/4) x (-Es / R5) = (1/4) x I4 (4) Also, the integration period T1 is a count. It is controlled by the microprocessor 9 according to a predetermined sequence so as to be evenly distributed in time series in any one of 1 to 4 clocks of the pulse (clock of the clock source 91). Details of this point will be described later.

T2は、別の予備積分時間で、本発明とは直接関係しない
が、この区間を設けることで、入力アナログ信号Exが負
の値をとる場合もAD変換を可能としている。この予備積
分期間では、スイッチS1が(b)に示すようにオンで、
積分器1はその期間に(5)式に示す電荷量を積分す
る。
T2 is another preliminary integration time, which is not directly related to the present invention, but by providing this section, AD conversion is possible even when the input analog signal Ex has a negative value. In this preliminary integration period, the switch S1 is on as shown in (b),
The integrator 1 integrates the charge amount shown in the equation (5) during that period.

I2×T2=(Es/R3)×T2 ……(5) 次の期間T3で、この電荷量を相殺する入力は、負入力で
あり、その負入力がAD変換の入力レンジ下端に相当す
る。
I2 × T2 = (Es / R3) × T2 (5) In the next period T3, the input that cancels this charge amount is a negative input, and the negative input corresponds to the lower end of the input range of AD conversion.

T3は、入力積分区間である。この区間では、スイッチS4
が(e)に示すようにオンとなり、抵抗R6を通して入力
アナログ信号に比例した電流I3を一定時間積分する。
T3 is the input integration interval. In this section, switch S4
Is turned on as shown in (e), and the current I3 proportional to the input analog signal is integrated for a certain time through the resistor R6.

T4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、(6)式で示される一
定電流値I4を逆積分する。
T4 is an inverse integration section. In this section, the switch S2 is turned on as shown in (c), and the constant current value I4 represented by the equation (6) is inversely integrated.

I4=−Es/R4 ………(6) 入力積分区間T3及び逆積分区間T4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8図で示した従来
装置のものと同様である。
I4 = -Es / R4 (6) The operations of the input integration section T3 and the inverse integration section T4 are the operations of a general double integration circuit, and are the same as those of the conventional device shown in FIG. Is.

比較器5は(f)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、(g)に示すようにH/L
のデジタル信号eBをマイクロプロセッサ9に入力する。
マイクロプロセッサ9は比較器5からの信号を受け、T0
〜T4のタイミング信号を発生し、スイッチ回路4を動作
させると共に、T4区間の開始から比較器5の出力eBのH
からLへ変化するまでの時間Txをカウンタ6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6内に得ることができる。
The comparator 5 outputs the output voltage eA of the integrator 1 as shown in (f).
And the reference potential are compared and amplified, and as shown in (g), H / L
The digital signal eB is input to the microprocessor 9.
The microprocessor 9 receives the signal from the comparator 5 and receives T0
The timing signal of ~ T4 is generated, the switch circuit 4 is operated, and the output eB of the comparator 5 becomes high from the start of the T4 section.
The counter 6 counts the time Tx from the change to L. As a result, a digital signal corresponding to the input analog signal Ex can be obtained in the counter 6.

以上は第2図装置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高分解能化の為の動作について説
明する。
The above is the outline of the operation of the apparatus shown in FIG. 2. Next, the operation for increasing the resolution, which is a feature of the present invention, will be described.

予備積分期間T1の積分電流I1と、逆積分期間T4の積分電
流I4は、(7)式で示される関係にある。
The integral current I1 in the preliminary integration period T1 and the integral current I4 in the inverse integration period T4 have the relationship shown by the equation (7).

I1=(1/4)×I4 ………(7) よって予備積分区間の1クロックは逆積分期間T4の1/4
クロックに相当する。
I1 = (1/4) × I4 (7) Therefore, one clock in the preliminary integration period is 1/4 of the inverse integration period T4.
Corresponds to the clock.

第3図において、実線で示すタイミングはT1=1クロッ
ク、破線で示したタイミングはT1=2クロックのもので
ある。同一の入力アナログ信号に対して比較器5の出力
eBの変化タイミングは、1/4クロックずれている。
In FIG. 3, the timing indicated by the solid line is T1 = 1 clock, and the timing indicated by the broken line is T1 = 2 clock. Output of comparator 5 for the same input analog signal
The eB change timing is shifted by 1/4 clock.

本発明においては、二重積分動作の前に設けられている
予備積分期間T1を、例えば1〜4クロックの範囲内で均
等にバラツクように、所定の数列に従って、毎A/D変換
毎に制御するもので、比較器5の出力eBは、第4図
(b)のバラツキ区間に示す範囲において、LからHに
なる時点が均等に分布することとなる。
In the present invention, the pre-integration period T1 provided before the double integration operation is controlled for each A / D conversion according to a predetermined sequence so that the pre-integration period T1 is evenly varied within a range of, for example, 1 to 4 clocks. Therefore, the output eB of the comparator 5 is evenly distributed at the time points from L to H in the range shown in the variation section of FIG. 4 (b).

従って、(c)に示すクロックをカウントするカウンタ
6のカウント値(AD変換値)は、Kとカウントされる場
合が1/4、(K−1)とカウントされる場合が3/4出現す
る。
Therefore, the count value (AD conversion value) of the counter 6 that counts the clock shown in (c) appears 1/4 when it is counted as K, and 3/4 when it is counted as (K-1). .

マイクロプロセッサ9内の演算処理手段7は、カウンタ
6のカウント値を平均処理することで高い精度のAD変換
値Dxを得るようにしている。
The arithmetic processing means 7 in the microprocessor 9 obtains a highly accurate AD conversion value Dx by averaging the count values of the counter 6.

即ち、この例によれば(8)式で表される平均演算を行
う。
That is, according to this example, the average calculation represented by the equation (8) is performed.

Dx=(1/4)×K+(3/4)×(K−1) =K−(3/4) ………(8) この様な平均演算処理を行うことによって、AD変換の分
解能を4倍向上させることができる。
Dx = (1/4) x K + (3/4) x (K-1) = K- (3/4) ... (8) By performing such average calculation processing, the resolution of AD conversion can be increased. It can be improved four times.

また、4倍の分解能を得るためには、少なくとも4回の
AD変換が必要であるが、1回のAD変換で、基本の分解能
までの情報量は得ることができる。よって、単純に積分
時間を長くすることで高分解化する従来のものに比べ、
AD変換時間を短縮することができる。
Also, in order to obtain 4 times the resolution, at least 4 times
Although AD conversion is necessary, the amount of information up to the basic resolution can be obtained with one AD conversion. Therefore, as compared with the conventional one that achieves high resolution simply by increasing the integration time,
AD conversion time can be shortened.

次に、本発明装置において、基本となるA/D変換動作の
全体の流れについて、第3図および第4図を参照しなが
ら再度説明する。
Next, the entire flow of the basic A / D conversion operation in the device of the present invention will be described again with reference to FIGS. 3 and 4.

第3図は、1回のA/D変換シーケンス(A/D変換動作)を
示しており、実際には、このA/D変換動作が、積分器1
をリセットする(コンデンサCをスイッチSoをオンとし
て短絡する)動作を区切り(初期状態)として繰り返し
て行われる。
FIG. 3 shows one A / D conversion sequence (A / D conversion operation). Actually, this A / D conversion operation is performed by the integrator 1.
Is reset (the capacitor C is short-circuited by turning on the switch So) and is repeated as an initial state.

この1回のA/D変換動作は、積分器1が予備信号(Eb)
を積分する予備積分動作と、積分器1が入力アナログ信
号(Ex)および基準信号(Es)を積分する二重積分動作
からなっている。
In this one A / D conversion operation, the integrator 1 uses the preliminary signal (Eb)
And a pre-integration operation of integrating the input analog signal (Ex) and the reference signal (Es).

すなわち、制御手段8は、はじめに、スイッチ回路4を
制御し、スイッチS3をオンとし、予備信号(Eb)を積分
器1に印加してこれを積分する。この予備信号(Eb)を
積分器1により積分する動作を予備積分動作といってい
る。
That is, the control means 8 first controls the switch circuit 4, turns on the switch S3, applies the preliminary signal (Eb) to the integrator 1, and integrates it. The operation of integrating the preliminary signal (Eb) by the integrator 1 is called a preliminary integration operation.

ここで、予備積分動作を行っている時間(予備積分動作
時間)T1は、計数手段(カウンタ)6に与えられる計数
パルスの1パルスからNパルス(1/Nは予備積分動作の
時の積分電流I1と二重積分動作の中で、基準信号を積分
している逆積分動作の時の積分電流I4との比率で、前述
した(7)式の例では、I1/I4=1/4となっている 従っ
て、この場合、N=4となる)の時間内で任意の時間が
選定される。
Here, the time during which the preliminary integration operation is performed (preliminary integration operation time) T1 is from 1 pulse of the counting pulse given to the counting means (counter) 6 to N pulses (1 / N is an integrated current during the preliminary integration operation). The ratio of I1 and the integrated current I4 at the time of the reverse integration operation in which the reference signal is integrated in the double integration operation is I1 / I4 = 1/4 in the example of the formula (7) described above. Therefore, in this case, an arbitrary time is selected within the time of N = 4).

第3図の(a),(d),(f),(g)において、実
線で示す特性は、この逆積分動作の時間T1を、1パルス
分とした場合である。
In FIGS. 3 (a), (d), (f), and (g), the characteristic indicated by the solid line is when the time T1 of this inverse integration operation is one pulse.

そして、この予備積分動作の時間T1は、次に繰り返され
るA/D変換動作の時には、計数パルスの1パルスからN
パルスの時間内で、別の時間(例えば、2パルスないし
4パルス分)が選定されることとなる。
Then, the time T1 of the pre-integration operation is from one pulse of the counting pulse to N when the A / D conversion operation is repeated next.
Another time (for example, 2 to 4 pulses) will be selected within the time of the pulse.

次に、制御手段8は、スイッチ回路4を制御し、スイッ
チS1をオンとして一定の時間T2の間基準信号(+Es)を
積分する。なお、この積分動作は、前述したように入力
アナログ信号(Ex)が負の値をとる場合を選定したもの
で、なくともよい。
Next, the control means 8 controls the switch circuit 4 to turn on the switch S1 and integrate the reference signal (+ Es) for a fixed time T2. It should be noted that this integration operation is selected when the input analog signal (Ex) takes a negative value as described above, and may be omitted.

次に、スイッチS4をオンとして、入力アナログ信号(E
x)を積分器1に一定の時間T3だけ印加して、入力積分
を行う。一定の時間T3だけ入力積分を行った後、引続
き、スイッチS2をオンとして、今度は基準信号(−Es)
を積分器1に印加して、逆積分動作(積分電流I4)を行
う。
Next, switch S4 is turned on, and the input analog signal (E
x) is applied to the integrator 1 for a fixed time T3 to perform input integration. After input integration is performed for a fixed time T3, switch S2 is turned on, and this time the reference signal (-Es)
Is applied to the integrator 1 to perform the inverse integration operation (integrated current I4).

ここで、前述した入力積分の動作と逆積分動作とを合わ
せて、二重積分動作と呼んでおり、この動作は従来のも
のと同様である。
Here, the above-described input integration operation and inverse integration operation are collectively referred to as a double integration operation, and this operation is similar to the conventional one.

逆積分動作が行われると、積分器1の出力信号eAは、第
3図(f)に示すように、T4の区間に入った時点(この
時点での信号eAのレベルは、入力アナログ信号の大きさ
に対応している)から次第にコモンレベルに向けて変化
し、やがてコモンレベルに達する。
When the inverse integration operation is performed, the output signal eA of the integrator 1 is, as shown in FIG. 3 (f), at the time of entering the section of T4 (the level of the signal eA at this time is the same as that of the input analog signal). Corresponding to the size) gradually changes toward the common level, and eventually reaches the common level.

比較器5は積分器1からの信号eAのレベルがコモンレベ
ルに達したのを検出し、カウンタ6の計数動作を停止す
る。この結果、カウンタ6には、逆積分動作が行われて
から信号eAのレベルがコモンレベルに達するまでの間
(Tx)、計数パルスをカウントすることとなる。
The comparator 5 detects that the level of the signal eA from the integrator 1 has reached the common level, and stops the counting operation of the counter 6. As a result, the counter 6 counts counting pulses from the time the inverse integration operation is performed until the level of the signal eA reaches the common level (Tx).

以上のように、予備積分動作と二重積分動作とにより、
1回のA/D変換動作(シーケンス)が終了し、この時に
カウンタ6に得られたカウント値が、例えばKとなる。
ここで、カウント値(A/D変換値)Kは、逆積分動作に
入る直前の積分器1の信号eAのレベルに対応しており、
それは、入力アナログ信号の大きさに対応したものとな
っている。
As described above, by the preliminary integration operation and the double integration operation,
One A / D conversion operation (sequence) is completed, and the count value obtained by the counter 6 at this time becomes K, for example.
Here, the count value (A / D conversion value) K corresponds to the level of the signal eA of the integrator 1 immediately before starting the inverse integration operation,
It corresponds to the magnitude of the input analog signal.

ただし、その分解能は、パルスを計数するのに割り当て
られた時間と、計数パルスの周波数で決まる基本分解能
である。
However, the resolution is the basic resolution determined by the time allotted to count the pulses and the frequency of the counting pulses.

続いて、次のA/D変換動作(シーケス)に移り、前述し
たと同様に、はじめに予備積分動作、次に二重積分動作
を行って、同様にカウンタ6から入力アナログ信号に対
応するカウント値を得る動作が繰り返される。この時の
A/D変換動作では、予備積分動作の時間T1は、計数パル
スの1パルスからNパルスの時間内で、異なった時間に
選定される。
Then, the operation proceeds to the next A / D conversion operation (sequence), and similarly to the above, first the preliminary integration operation and then the double integration operation are performed, and similarly the count value corresponding to the input analog signal from the counter 6 is obtained. Is repeated. At this time
In the A / D conversion operation, the time T1 of the pre-integration operation is selected at different times within the time from 1 pulse to N pulses of the counting pulse.

第3図の(a),(d),(f),(g)において、破
線で示す特性は、この予備積分動作の時間T1を、計数パ
ルスの2パルス分とした場合である。
In FIGS. 3 (a), (d), (f), and (g), the characteristic indicated by the broken line is when the time T1 of this preliminary integration operation is two counting pulses.

この場合は、予備信号Ebを積分している時間が実線で示
す場合に比べて長くなるので、T4の区間に入っる時点で
の積分器1からの信号eAのレベルは、実線に示すレベル
に比べて、破線に示すように、その絶対値はやや小さい
値となり、計数区間Txは実線の場合に比べてやや短くな
る。
In this case, since the time during which the preliminary signal Eb is integrated is longer than that shown by the solid line, the level of the signal eA from the integrator 1 at the time of entering the section of T4 becomes the level shown by the solid line. In comparison, as indicated by the broken line, the absolute value is a slightly smaller value, and the counting section Tx is slightly shorter than that in the case of the solid line.

この結果、計数区間が短くなる程度によっては、カウン
タ6のカウント値は、実線の場合のカウント値Kに対し
て、K−1となる場合が出現する。
As a result, the count value of the counter 6 may be K-1 with respect to the count value K in the case of the solid line, depending on the degree to which the counting section is shortened.

以下、同じようにして、次のA/D変換動作においても、
予備積分動作の時間T1を、計数パルスの1パルスからN
パルスの時間内で、異なった時間に選定し、A/D変換動
作が繰り返して行われる。
Similarly, in the next A / D conversion operation,
The time T1 of the pre-integration operation is changed from 1 pulse of the counting pulse to N
A / D conversion operation is repeated by selecting different times within the pulse time.

このように、入力アナログ信号Exの値がある時間範囲で
は一定であると仮定し、その時間範囲で行われる各A/D
変換動作(シーケンス)ごとに、予備積分動作の時間T1
を、計数パルスの1パルスからNパルスの範囲内で、異
なった時間になるように変化させることで、入力積分動
作の初期値(区間T3に入る時点での積分器出力)を僅か
づつ変えることができ、カウンタ6のカウント値を、入
力アナログ信号Exの値が一定であるにもかかわらず意図
的にバラツかせることが可能となる。
Thus, assuming that the value of the input analog signal Ex is constant in a certain time range, each A / D performed in that time range is
Pre-integration operation time T1 for each conversion operation (sequence)
To change the initial value of the input integration operation (the integrator output at the time of entering the section T3) little by little within the range of 1 pulse to N pulses of the counting pulse so as to have different times. Therefore, the count value of the counter 6 can be intentionally varied even though the value of the input analog signal Ex is constant.

演算処理手段7は、繰り返して行われる各A/D変換動作
によりカウンタ6に得られたカウント値(例えばK,K−
1)の複数回(例えば4回)の平均演算を行い、入力ア
ナログ信号に対応したディジタル信号を、(8)式で示
されるように得ることができる。
The arithmetic processing means 7 counts the counter value (for example, K, K−) obtained by the counter 6 by repeatedly performing each A / D conversion operation.
The averaging operation of 1) is performed a plurality of times (for example, 4 times), and a digital signal corresponding to the input analog signal can be obtained as shown in Expression (8).

このような、平均演算処理による結果は、計数パルスの
パルス間隔内を内挿しているのと同じ形となり、A/D変
換の分解能を前述した基本分解能よりも向上されること
ができるのである。
The result of such an average calculation process has the same form as that in which the pulse interval of the counting pulse is interpolated, and the resolution of the A / D conversion can be improved more than the basic resolution described above.

以上の説明は、二重積分動作の前に設けられている予備
積分期間T1を、例えば1〜4クロックの範囲で、均等に
バラツクことを前提にしたものであるが、実際にこの予
備積分期間を均等にバラツクようにさせることは容易で
はない。乱数信号を利用することも考えられるが、この
場合長い時間で見れば均等化されるものの、短い時間で
は片寄りが生ずる。
The above description is based on the assumption that the pre-integration period T1 provided before the double-integration operation is evenly distributed within the range of, for example, 1 to 4 clocks. It is not easy to make them evenly distributed. It may be possible to use a random number signal, but in this case, although it is equalized when viewed over a long period of time, deviation occurs during a short period of time.

本発明においては、この予備積分期間T1が均等にバラツ
クように、計数手段での計数パルスの1パルスからNパ
ルスまでの範囲であって、以下の要件、を満たす数
列aiに従って変化させるようにしている。
In the present invention, the pre-integration period T1 is changed in accordance with the sequence ai that satisfies the following requirements, within the range from 1 pulse to N pulses of the counting pulse in the counting means, so as to be uniformly varied. There is.

、数列aiは、1,2,3,…i…,nの数値からなる要素n個
からなり、a1,a2,…an,a1,a2,…an…と繰り返す。
, Ai consists of n elements consisting of numerical values of 1, 2, 3, ... I ..., N, and is repeated as a1, a2, ... An, a1, a2 ,.

、数列aiは、その中心値(n+1)/2に対して、大,
小,大,小,大,小…となるように並べられている。
, The sequence ai is large with respect to its central value (n + 1) / 2,
They are arranged so that they are small, large, small, large, small ...

第5図は、前記した要件、を満たす数列aiについ
て、n=16とした場合の一例を示す図である。ここでは
ai={15,2,11,6,13,4,10,7,16,1,12,5,14,3,9,8}とな
っている。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a sequence ai satisfying the above-mentioned requirements, where n = 16. here
ai = {15,2,11,6,13,4,10,7,16,1,12,5,14,3,9,8}.

この様な数列に従って、予備積分期間T1を計数手段での
計数パルスの1パルスからNパルスまでの範囲におい
て、各A/D変換毎に変化させることにより、予備積分期
間T1が均等にバラツクようになり、精度の高いA/D変換
値を得ることが出来る。
By changing the preliminary integration period T1 for each A / D conversion in the range from 1 pulse to N pulses of the counting pulse in the counting means in accordance with such a sequence of numbers, the preliminary integration period T1 is evenly varied. Therefore, a highly accurate A / D conversion value can be obtained.

第6図は本発明によるA/D変換結果を示す図であり、第
7図は、本発明に用いられている数列aiに代えて乱数信
号を用いた場合のA/D変換結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an A / D conversion result according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing an A / D conversion result when a random number signal is used in place of the sequence ai used in the present invention. Is.

ここでは、予備積分期間T1を計数手段での計数パルスの
1パルスから16パルスの範囲内で、変化させたものであ
り、平均演算として16データの移動平均結果をA/D変換
データDxとしている。
Here, the preliminary integration period T1 is changed within the range of 1 pulse to 16 pulses of the counting pulse in the counting means, and the moving average result of 16 data is used as the A / D conversion data Dx as the average calculation. .

数列aiを用いた本発明のものは、開始後16データをとる
までは多少のずれが生じているが、それ以後のA/D変換
データは、真値Dsに近い値で安定しており、満足すべき
結果が得られている。
The present invention using the sequence ai, some deviation occurs until 16 data after the start, but the A / D conversion data after that is stable at a value close to the true value Ds, Satisfactory results have been obtained.

これに対して、乱数信号を用いたものは、真値Dsを中心
にうねりが生じており、良い結果は得られていない。
On the other hand, in the case of using the random number signal, the swell occurs around the true value Ds, and a good result is not obtained.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、従来より
公知の二重積分方式のA/D変換動作において、二重積分
動作の前の段階に予備信号を積分する予備積分動作期間
T1を設けるとともに、この予備積分動作の時間を、各A/
D変換動作(シーケンス)毎に、所定の要件を持つ数列
信号により変化させるようにしたもので、これにより、
意図的にしかも均等にA/D変換値がバラツキ、複数回のA
/D変換動作の中で得られた複数のA/D変換値の平均演算
処理を行うことで、A/D変換の分解能を、基本分解能よ
り向上させることができる。
(Effect of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, in the A / D conversion operation of the conventionally well-known double integration method, the auxiliary signal for integrating the auxiliary signal in the stage before the double integration operation is used. Integration operation period
T1 is provided and the time of this preliminary integration operation is
Every D conversion operation (sequence) is changed by a sequence signal having a predetermined requirement.
Intentionally and evenly, the A / D conversion value varies, and A
By performing an average calculation process of a plurality of A / D conversion values obtained in the / D conversion operation, the resolution of A / D conversion can be improved more than the basic resolution.

また、本発明は、計数パルスの周波数を高くしたり、A/
D変換時間を長くするなどの特別な構成や処置を行わな
いで、簡単に、A/D変換の分解能を向上できるという点
で効果がある。
Further, the present invention is to increase the frequency of the counting pulse, A /
This is effective in that the resolution of A / D conversion can be easily improved without performing any special configuration or treatment such as lengthening the D conversion time.

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

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図及び第4
図はその動作を説明するための波形図、第5図は本発明
において用いられる数列信号の一例を示す図、第6図は
本発明によるA/D変換結果を示す図、第7図は本発明に
よる数列信号に代えて乱数信号を用いた場合のA/D変換
結果を示す図、第8図は従来装置の構成ブロック図、第
9図及び第10図はその動作波形図である。 1……積分器 2……基準電源 3……予備積分電源 4……スイッチ回路 5……比較器 6……計数手段 7……演算処理手段 8……制御手段 9……マイクロプロセッサ
FIG. 1 is a basic block diagram of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4.
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation, FIG. 5 is a diagram showing an example of a sequence signal used in the present invention, FIG. 6 is a diagram showing an A / D conversion result according to the present invention, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing an A / D conversion result when a random number signal is used instead of a sequence signal according to the invention, FIG. 8 is a block diagram of a configuration of a conventional device, and FIGS. 9 and 10 are operation waveform diagrams thereof. 1 ... Integrator 2 ... Reference power supply 3 ... Preliminary integration power supply 4 ... Switch circuit 5 ... Comparator 6 ... Counting means 7 ... Arithmetic processing means 8 ... Control means 9 ... Microprocessor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】積分器と、基準電源と、この基準電源から
出力される基準信号の値に対して所定比率の値を有する
予備信号を出力する予備積分電源と、 入力アナログ信号(Ex),基準電源から得られる基準信
号(±Es),予備積分電源から得られる予備信号(Eb)
を選択して積分器に入力するスイッチ回路と、 積分器の出力とコモン電位とを比較する比較器と、 比較器からの信号に基づいてパルスを計数する計数手段
と、 計数手段で計数された計数値を入力し、所定の平均演算
処理を行う演算処理手段と、 比較器からの信号を入力し、前記スイッチ回路,積分
器,計数手段をそれぞれ制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 スイッチ回路を制御し、はじめに、予備信号(Eb)を選
択し、この予備信号を前記計数手段に与えられる計数パ
ルスの1パルスからNパルス(1/Nは予備信号を積分し
ている予備積分動作時の積分電流I1と、基準信号を積分
している逆積分動作時の積分電流I4との比率)の時間内
で任意の時間(T1)だけ積分器に印加して予備積分動作
を行い、 次に、入力アナログ信号(Ex)及び基準信号(±Es)を
順次選択し積分器に印加して二重積分動作を行い、 以後、前記予備積分動作と二重積分動作とからなるAD変
換動作を前記予備積分動作の時間(T1)を計数パルスの
1パルスからNパルスの時間内であって、下記の要件
,を満たす数列aiに従って変化させることを繰り返
し、 演算処理手段は、繰り返して行われる前記AD変換動作に
より計数手段に得られた計数値の複数回の平均演算を行
い、前記入力アナログ信号に対応したディジタル信号を
得ることを特徴とするD/A変換器。 記 、数列aiは、1,2,3,…i…,nの数値からなる要素n個
からなり、a1,a2,…an,a1,a2,…an…と繰り返す。 、数列aiは、その中心値(n+1)/2に対して、大,
小,大,小,大,小…となるように並べられている。
1. An integrator, a reference power supply, a preliminary integration power supply for outputting a preliminary signal having a value of a predetermined ratio to the value of a reference signal output from the reference power supply, an input analog signal (Ex), Reference signal (± Es) obtained from the reference power supply, backup signal (Eb) obtained from the backup integration power supply
A switch circuit for selecting and inputting to the integrator, a comparator for comparing the output of the integrator with the common potential, a counting means for counting the pulses based on the signal from the comparator, and a counting means An arithmetic processing means for inputting a count value and performing a predetermined average arithmetic processing, and a control means for inputting a signal from a comparator and controlling the switch circuit, the integrator, and the counting means, respectively, the control means are provided. , The switch circuit is controlled, first, the preliminary signal (Eb) is selected, and the preliminary signal is applied to the counting means from 1 pulse to N pulses (1 / N is a preliminary integration in which the preliminary signal is integrated. The ratio of the integrated current I1 during operation and the integrated current I4 during the inverse integration operation that integrates the reference signal) is applied to the integrator for an arbitrary time (T1) to perform preliminary integration operation, Next, input analog signal (Ex) And the reference signal (± Es) are sequentially selected and applied to the integrator to perform the double integration operation. Thereafter, the AD conversion operation including the preliminary integration operation and the double integration operation is performed at the time (T1 ) Is repeated according to the number sequence ai that satisfies the following requirements within the time from 1 pulse to N pulses of the counting pulse, and the arithmetic processing means obtains the counting means by the AD conversion operation performed repeatedly. A D / A converter characterized in that a digital signal corresponding to the input analog signal is obtained by averaging a plurality of calculated count values a plurality of times. Note that the sequence ai consists of n elements consisting of numerical values of 1,2,3, ... i ..., n, and is repeated as a1, a2, ... an, a1, a2 ,. , The sequence ai is large with respect to its central value (n + 1) / 2,
They are arranged so that they are small, large, small, large, small ...
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