JPH08335832A - 演算増幅器のオフセット補償用のシステム - Google Patents

演算増幅器のオフセット補償用のシステム

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JPH08335832A
JPH08335832A JP8157434A JP15743496A JPH08335832A JP H08335832 A JPH08335832 A JP H08335832A JP 8157434 A JP8157434 A JP 8157434A JP 15743496 A JP15743496 A JP 15743496A JP H08335832 A JPH08335832 A JP H08335832A
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JP
Japan
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voltage
operational amplifier
offset
microcontroller
resistor
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Withdrawn
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JP8157434A
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English (en)
Inventor
Jean Nicolai
ニコライ ジャン
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SGS THOMSON MICROELECTRONICS
STMicroelectronics SA
Original Assignee
SGS THOMSON MICROELECTRONICS
SGS Thomson Microelectronics SA
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Filing date
Publication date
Application filed by SGS THOMSON MICROELECTRONICS, SGS Thomson Microelectronics SA filed Critical SGS THOMSON MICROELECTRONICS
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/303Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device
    • H03F1/304Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device and using digital means
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217Class D power amplifiers; Switching amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積分器及びマイクロコントローラを用いて、
簡単で低コストのA/D変換システムを実現することを
目的とする。 【解決手段】 この発明は、測定すべき電圧が得られる
端子と増幅器の非反転入力端子との間に、第1及び第2
の抵抗の直列接続と、第3の抵抗を介して高い電圧に接
続されている非反転入力端子と、制御されたスイッチを
介して接地されている第1及び第2の抵抗の接続点とを
有する演算増幅器のオフセット補償用のシステムに関す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、演算増幅器のオフ
セット補償用のシステム、及びより明確には、シュミッ
トトリガアナログ/デジタル(A/D)コンバータに発
生するエラーを補償することに関する。
【0002】本発明は、より明確には、高い電圧レンジ
及び非常に低い電圧レンジの両方において、例えば数V
の電圧及び数mVの電圧の精度を同じ命令で測定するた
めの、高精度の低コストA/Dコンバータの構造を目的
とする。
【0003】
【従来の技術】本発明は、特に、蓄電池から供給される
電力を加えることによって、蓄電池の変化状態を連続的
に測定しようとする携帯装置に適用する。いくつかの携
帯装置において、蓄電池から供給される電流は、それら
電流が全く異なる2つの動作状態の一方か又は他方に対
応する。しかしながら、スタンバイ電流が動作電流より
も、持続時間が非常に長いならば、動作電流と同じ精度
でこのスタンバイ電流を測定することが望ましい。この
ようなことは、動作段階の電流がおよそ2Aであり、ス
タンバイ電流が10mAよりも低いが、もちろん従来の
使用法において、スタンバイ期間が動作期間よりも非常
に長い携帯電話において発生する。
【0004】推測的には、このような計算を実行するた
めに、A/Dコンバータと係合したマイクロコントロー
ラが用いられる。1/1000程度の精度が所望される
なら、10ビットよりも高いか又は等しい精度のA/D
コンバータが提供されなければならない。現在、SGS
−トムソン マイクロエレクトロニクスで製造されたマ
イクロコントローラST6のような低コストの従来のマ
イクロコントローラは、一般にわずか8ビットの精度
(1/250)を有するA/Dコンバータに係合する。
【0005】本発明の目的は、電圧測定について1/1
000程度の精度を維持すると共に、このような低コス
トのマイクロコントーラを用いることにある。
【0006】このアプローチの骨組において、回路が電
圧値を周期的な信号のデューティサイクルに変えること
は公知である。従ってクロック及び高周波数カウンタを
有する低コストの従来のマイクロコントローラを用い
て、高精度時間カウントに基づくこれらデューティサイ
クルを計算することは可能である。
【0007】周期的な信号のデューティサイクル内に測
定すべき入力電圧値を変換する回路の例は、図1に説明
され、例えばヨーロッパ版EDNの1994年6月9日
に出版されたMike Walen氏の論文”Simp
le ADC is surprisingly ac
curate”のp.154に記述されている回路に対
応している。
【0008】図1の回路は、その出力がシュミットトリ
ガSTに送られる演算増幅器INTを含む。測定された
電圧Vinは、演算増幅器INTの非反転入力に適用され
る。演算増幅器INTの反転入力は、キャパシタCを介
してこの演算増幅器の出力A、及び抵抗Rを介してシュ
ミットトリガSTの出力Bを受け入れる。従って演算増
幅器は積分器として機能し、かつ端子A及びBの電圧は
図2A及び図2Bにそれぞれ説明されている。
【0009】シュミットトリガは、値を増加することに
よりその入力が高スレッショルドVHに達したとき高レ
ベル電圧を、及び値を減少することによりその入力が低
スレッショルドVLに達したとき低レベル電圧を供給す
る回路である。従って端子Aの電圧は、図2Aに表され
た輪郭を有する。第1の周期t1について電圧がVin
RCで傾斜して等しく増加し、及び第2の周期t2につ
いて傾斜(Vref −Vin)/RCで減少する。Vref
は、シュミットトリガの及び全回路の供給電圧である。
従って出力Bの高レベル信号は周期t2の間に、及び低
レベル信号は周期t1の間に検出されることになる。周
期t1及びt2を合わせてTと呼ぶなら、比率t2/T
はVin/Vref に等しくなる。それにより端子Bに接続
されたマイクロコントローラは、これらの値が10bi
tよりも高い精度を有するマイクロプロセッサの内部ク
ロックに基づいて測定され、かつ計算が10bitより
も高い精度で実行される比率t2/Tを簡単に計算でき
る。
【0010】従ってマイクロコントローラは、高い十分
な精度の計算を実行することができるが、システムの全
体の精度は、演算増幅器INTの特徴に依存する。実際
に、目的が低コストのシステムを得ることにあるなら、
低コストの演算増幅器が、これらの入力の間でオフセッ
ト電圧が現れる欠点を有することは公知である。このオ
フセット電圧は、与えられた一群において、記載の積分
器、及び記載の積分器についてその温度及びそのエージ
ングに依存する。前者の例において、V及びmVの電圧
を精度よく計算することが所望される、従来数mV(±
2〜±5mV)のオフセット電圧は、測定された最低電
圧に関して少しも無視できない。測定された電圧Vin
オフセット電圧の絶対電圧よりも低く、及びこのオフセ
ット電圧が負であるならば、システムが図2Bに関して
記述されたインターバルt1の間の正の傾斜を実行する
ことがもはや可能でないために、システムはもはや機能
できない。従って図1の型のシステムは、使用された積
分器のオフセット電圧よりも明らかに高く、電圧の測定
にだけ応用できる。又は、非常に高い品質の積分器即ち
非常に低いオフセット電圧を有する積分器の使用を要求
される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、積分
器及びマイクロコントローラの両方とも簡単で低コスト
のシステムである、図1に記述された型のA/D変換シ
ステムの実現を可能とすることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するする
ために、他方と同様に、本発明は、演算増幅器のオフセ
ット電圧の負の最高値よりも高い正の補償電圧を演算増
幅器の測定入力に連続的に調整するための手段と、補償
電圧の及びオフセット電圧の合計の値を決定するための
手段とを含む演算増幅器(INT)のオフセット補償用
のシステムを備える。
【0013】本発明の1つの実施形態によれば、測定す
べき電圧が得られる端子と増幅器の非反転入力端子との
間に、第1の及び第2の抵抗の直列接続が設けられてお
り、第3の抵抗を介して高い電圧に接続されている非反
転入力端子と、制御されたスイッチを介して接地されて
いる第1及び第2の抵抗の接続点とを有する。
【0014】本発明の1つの実施形態にれば、演算増幅
器は、演算増幅器の出力と反転入力との間に接続された
キャパシタと、演算増幅器の出力に接続されたシュミッ
トトリガと、シュミットトリガの出力と演算増幅器の反
転入力との間に接続された抵抗と、シュミットトリガの
出力に接続されたマイクロコントローラとを含む、更な
るA/Dコンバータに含まれる。
【0015】本発明の1つの実施形態によれば、マイク
ロコントローラは、スイッチが閉じられたときに、演算
増幅器のオフセット電圧を計算するようにプログラムさ
れている。
【0016】本発明の1つの実施形態によれば、マイク
ロコントローラは、スイッチが開かれたときに、オフセ
ット補正を実行することによって、時間をカウントして
測定されるべき電圧を計算するようにプログラムされて
いる。
【0017】本発明の目的、特徴及び効果は、他と同様
に、以下に記載した実施形態がより詳細に議論され、以
下の図と共に得られるが、それらによって限定されな
い。
【0018】
【発明の実施の形態】図3の回路は、図1に表されてい
るものと同じ方法で接続された積分器INT、シュミッ
トトリガST、マイクロコントローラ、抵抗R及びキャ
パシタCを含む。
【0019】加えて、図3の回路は、測定される電圧の
入力端子Vinと積分器の入力端子V+ との間に、負のオ
フセット電圧が存在する場合でさえ、常に正になるよう
に入力のレベルV+ の連続的な立ち上がりと、選択され
た期間でその補正を可能とする演算増幅器のオフセット
の電圧の周期的な測定との両方を想定する更なる回路を
備えている。
【0020】本発明の1つの実施形態において、この更
なる回路は、演算増幅器の端子Vinと端子V+ との間
に、直列抵抗R1及びR2を含む。抵抗R3は、入力端
子V+と、例えばシュミットトリガSTの供給電圧であ
るリファレンス電圧Vref との間に接続される。好まし
くは、静的に制御されるスイッチのスイッチSWは、抵
抗R1及びR2の接続点とグランドとの間に接続されて
いる。
【0021】通常の回路動作は、スイッチSWの開いた
状態に対応する。それにより、端子V+ の電圧は、 V+ = [R3/(R1+R2+R3)]Vin + [(R1+R2)/(R1+R2+R3)]Vref + Vofs に等しくなる。Vofs は、演算増幅器のオフセット電圧
(公知でない)である。
【0022】R3がR1及びR2よりも非常に大きいな
らば、第1の近似は、 V+ = Vin + [(R1+R2)/R3]Vref + Vofs を導くことができる。比率(R1+R2)/R3は、こ
の比率及びVref の積が、例えば5mVのオフセット電
圧Vofs の最高値よりも大きくなるように選択される。
従ってVref =5Vなら、(R1+R2)/R3≧1/
1000が選ばれる。従ってR3に関してR1及びR3
を無視する提案された近似は、正当化するべく現れる。
【0023】この測定によって、電圧Vinが非常に低く
ても供給されるとすぐに、端子V+の電圧は、端子V-
の電圧よりも常に高くなる。従ってシステムの動作は、
保証される。
【0024】その上、システムの開始において、及び周
期的な、例えば回路が蓄電池の充電をチェックすること
を意味するなら蓄電池の各々の再充電において、オフセ
ット電圧の測定段階は、好ましくはマイクロコントロー
ラの制御の下でスイッチSWを閉じることによって簡単
に実行される。これによって、端子の電圧V+ は、 V+ = [R2/(R2+R3)]Vref + Vofs すなわち、第1の近似として、 V+ = [R2+R3]Vref + Vofs となる。図2A及び図2Bによって表されるという点で
は、A/D変換ステップが、スイッチSWを閉じると共
に実行され、かつV+ を測定できる。公知の項[R2/
(R2+R3)]Vref において、Vofs はそれらから
推測でき、この値を、実行されるVinの測定を正確にす
るために利用するべきマイクロ計算機に記憶できる。更
にV+ が非負であることを保証するために、積Vref
[R2/R3]は、Vofs の最高予測絶対値よりも大き
いか又は等しくするべきである。Vre f =5VならばV
+ が常に正であることを保証するために、(R1+R
2)/R3≧1/1000である前述の例におりあっ
て、R1≪R2ならばVref (R1+R2)/R3≒V
ref [R2/R3]≧|Vofsmax|になる。
【0025】その上、R1及びR2の値がR3の値に関
して無視された近似が、以前は指摘されていた。もちろ
んマイクロコントローラは、供給される計算内の正しい
要素を得ることによって、よい精度の計算を実行でき
る。
【0026】従って本発明によって、高精度A/D変換
は、限定された精度の内部A/Dコンバータを有するマ
イクロコントローラと、わからないが無視できないオフ
セット電圧を有する適当な低コストの演算増幅器を有し
て実行できる。
【0027】本発明は、A/Dコンバータに応用する場
合を議論したけれども、演算増幅器の非反転入力を正に
バイアスし、かつそのオフセット電圧を決定するための
システムは、本課題の解決によって、従来の技術に表さ
れる他の応用を見つけ出すことができる。
【0028】このような変更、修正及び改良は、本発明
の技術思想及び見地の範囲においてしようとするもので
ある。従って前述したところは、例としてのみであり、
限定しようとするものではない。本発明は、特許請求の
範囲及びその均等物において限定するものにのみ制約さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術のA/Dコンバータ回路を表してい
る。
【図2A】図1の回路の動作を説明している時間カーブ
に対する電圧である。
【図2B】図1の回路の動作を説明している時間カーブ
に対する電圧である。
【図3】本発明によるA/Dコンバータ回路を表してい
る。
【符号の説明】
INT 演算増幅器 ST シュミットトリガ μC マイクロコントローラ Vin 測定すべき電圧が得られる端子電圧 Vref 供給電圧 V+ 非反転入力端子電圧 R、R1、R2、R3 抵抗 SW スイッチ C キャパシタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 演算増幅器(INT)のオフセット補償
    用のシステムであって、 該演算増幅器のオフセット電圧の負の最高値よりも高い
    正の補償電圧を、該演算増幅器の測定入力に連続的に加
    えるための手段と、 該補償電圧と該オフセット電圧との合計の値を決定する
    ための手段とを含むことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項2】 測定すべき電圧が得られる端子(Vin
    と前記増幅器の非反転入力端子(V+ )との間に、第1
    (R1)の及び第2(R2)の抵抗の直列接続を含んで
    おり、第3の抵抗(R3)を介して高い電圧(Vref
    に接続されている該非反転入力端子(V+ )と、制御さ
    れたスイッチ(SW)を介して接地されている該第1及
    び該第2の抵抗の接続点とを有することを特徴とする請
    求項1に記載のシステム。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載のオフセット補償
    用のシステムに係合する演算増幅器と、 該演算増幅器の出力と反転入力との間に接続されたキャ
    パシタ(C)と、 該演算増幅器の出力に接続されたシュミットトリガ(S
    T)と、 該シュミットトリガの出力と該演算増幅器の反転入力と
    の間に接続された抵抗(R)と、 該シュミットトリガの出力に接続されたマイクロコント
    ローラとを含むことを特徴とするA/Dコンバータ。
  4. 【請求項4】 前記マイクロコントローラは、前記スイ
    ッチが閉じられたときに、前記演算増幅器の前記オフセ
    ット電圧を計算するようにプログラムされていることを
    特徴とする請求項3に記載のコンバータ。
  5. 【請求項5】 前記マイクロコントローラは、前記スイ
    ッチが開かれたときに、オフセット補正を実行すること
    によって、時間をカウントして測定すべき電圧(Vin
    を計算するようにプログラムされていることを特徴とす
    る請求項4に記載のコンバータ。
JP8157434A 1995-05-31 1996-05-30 演算増幅器のオフセット補償用のシステム Withdrawn JPH08335832A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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FR9506668A FR2734965B1 (fr) 1995-05-31 1995-05-31 Systeme de compensation de l'erreur de decalage d'un amplificateur operationnel, et application a un convertisseur analogique-numerique
FR9506668 1995-05-31

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JP (1) JPH08335832A (ja)
DE (1) DE69616654D1 (ja)
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FR2734965B1 (fr) 1997-08-14
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FR2734965A1 (fr) 1996-12-06
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Effective date: 20030805