JPH09205367A - Integration a/d conversion method - Google Patents

Integration a/d conversion method

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Publication number
JPH09205367A
JPH09205367A JP8034406A JP3440696A JPH09205367A JP H09205367 A JPH09205367 A JP H09205367A JP 8034406 A JP8034406 A JP 8034406A JP 3440696 A JP3440696 A JP 3440696A JP H09205367 A JPH09205367 A JP H09205367A
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JP
Japan
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integration
voltage
period
reference voltage
integration period
Prior art date
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Application number
JP8034406A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoyuki Kono
智行 河野
Tetsuo Iri
哲郎 伊理
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09205367A publication Critical patent/JPH09205367A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To convert an analog signal into a digital signal with high accuracy in a short conversion time by obtaining each count for a 3rd integration period so as to obtain the digital signal corresponding to a converted voltage. SOLUTION: A 1st reference voltage Vr (with opposite polarity to a converted voltage) inputted by an input terminal 2 is integrated by an integration device 4 via a buffer 3 for a 2nd integration period. A 2nd reference voltage -Vr of the same level as and different from the polarity to a 1st reference voltage Vr used for a 2nd integration period is applied to the input terminal 2 to conduct integration toward an integration start point from a trigger point of time of a counter 9 after zero crossing point for a 3rd integration period. The count for the 3rd integration period obtained in this way is proportional to a conversion error generated for the 2nd integration period, then A/D conversion with high accuracy is conducted by calculating the count for the 2nd integration period and the count for the 3rd integration period.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、入力した被変換電
圧を一定時間だけ積分し、その積分した電圧を基準電圧
で逆積分してその逆積分期間のカウント数に基づいてA
/D変換を行なう積分型A/D変換方法に係わり、特に
変換時間が短くしかも変換誤差を少なくしたA/D変換
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention integrates an input voltage to be converted for a fixed time, inversely integrates the integrated voltage with a reference voltage, and based on the count number of the inverse integration period,
The present invention relates to an integral type A / D conversion method for performing / D conversion, and particularly to an A / D conversion method in which the conversion time is short and the conversion error is reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】積分型A/Dコンバータは、デジタル電
圧計、デジタルパネルメータ、デジタルマルチメータ等
のように、高精度が要求される分野に多く利用されてい
る。従来の二重積分型のA/Dコンバータの回路構成を
図5に示す。
2. Description of the Related Art Integral A / D converters are widely used in fields requiring high accuracy such as digital voltmeters, digital panel meters, and digital multimeters. A circuit configuration of a conventional double integration type A / D converter is shown in FIG.

【0003】1は被変換電圧Vinが入力する入力端
子、2は基準電圧Vrが入力する入力端子、3はオペア
ンプにより構成した電圧ホロアからなるバッファ、20
は抵抗R3、コンデンサC1、C2、オぺアンプ5から
なる積分器、6はオぺアンプを使用したコンパレータ、
8は制御回路、9はカウンタである。S1〜S4、S6
はアナログスイッチであり、制御回路8により制御され
る。また、この制御回路8にはコンパレータ6の出力の
他に、クロックCLKも入力している。
Reference numeral 1 is an input terminal for inputting a converted voltage Vin, 2 is an input terminal for inputting a reference voltage Vr, 3 is a buffer consisting of a voltage follower composed of an operational amplifier, 20
Is an integrator composed of a resistor R3, capacitors C1 and C2, and an operational amplifier 5, 6 is a comparator using an operational amplifier,
Reference numeral 8 is a control circuit, and 9 is a counter. S1-S4, S6
Is an analog switch, which is controlled by the control circuit 8. In addition to the output of the comparator 6, the clock CLK is also input to the control circuit 8.

【0004】このA/Dコンバータでは、図6に示すよ
うにオートゼロ期間、第1の積分期間、第2の積分期間
により1変換サイクルが構成される。
In this A / D converter, as shown in FIG. 6, one conversion cycle is constituted by the auto-zero period, the first integration period, and the second integration period.

【0005】最初のオートゼロ期間では、スイッチS1
〜S4、S6のうちスイッチS3、S6のみ(又はスイ
ッチS4が一時的にオンしてオフし、その後スイッチS
3、S6のみ)がオンとなり、オフセットの除去および
初期化が行なわれる。すなわち、ゼロ電圧を入力して全
体が初期化され、またそのとき現れるバッファ3のオペ
アンプ、積分器20のオペアンプ5、コンパレータ6等
のオフセット電圧がオートゼロコンデンサC2でキャン
セルされる。
During the first auto-zero period, switch S1
~ Only switches S3 and S6 of S4 and S6 (or switch S4 is temporarily turned on and off, then switch S3
(3, S6 only) is turned on, and the offset is removed and initialized. That is, the zero voltage is input to initialize the whole, and the offset voltage of the operational amplifier of the buffer 3, the operational amplifier 5 of the integrator 20, the comparator 6, etc. appearing at that time is canceled by the auto-zero capacitor C2.

【0006】第1の積分期間では、スイッチS1のみが
オンとなり、入力端子1に印加した被変換電圧Vinが
バッファ3を経由して積分器20により、予め設定した
一定時間だけしきい値電圧(0V)から被変換電圧Vi
nの逆極性の電圧で積分される。これにより、第1の積
分期間の終了時には、入力した被変換電圧Vinのレベ
ルに応じた積分電圧Voが積分器20の出力側に現れ
る。
In the first integration period, only the switch S1 is turned on, and the converted voltage Vin applied to the input terminal 1 passes through the buffer 3 and is integrator 20 for a predetermined period of time to set the threshold voltage ( 0V) to the converted voltage Vi
It is integrated with the voltage of the opposite polarity of n. As a result, at the end of the first integration period, the integrated voltage Vo corresponding to the level of the input converted voltage Vin appears on the output side of the integrator 20.

【0007】第2の積分期間では、スイッチS2のみが
オンとなり、入力端子2に印加した第1の基準電圧Vr
(被変換電圧Vinと逆極性)がバッファ3を経由して
積分器20で0Vに到達するまで積分(逆積分)され
る。このとき、積分器20の積分電圧Voは第1の基準
電圧Vrのレベルに応じた一定の減衰率で減衰し0Vに
達するようになる。
In the second integration period, only the switch S2 is turned on, and the first reference voltage Vr applied to the input terminal 2 is applied.
The (inverted polarity of the converted voltage Vin) is integrated (inverse integration) by the integrator 20 via the buffer 3 until it reaches 0V. At this time, the integrated voltage Vo of the integrator 20 is attenuated at a constant attenuation rate according to the level of the first reference voltage Vr and reaches 0V.

【0008】そこで、この逆積分期間である第2の積分
期間中に制御回路8を経由してカウンタ9に入力するク
ロックCLKの個数をカウントすることにより、入力す
る被変換電圧Vinがデジタル信号に変換される。被変
換電圧Vinのレベルが大きいほどカウント値は大きく
なる。
Therefore, by counting the number of clocks CLK input to the counter 9 via the control circuit 8 during the second integration period which is the inverse integration period, the input converted voltage Vin becomes a digital signal. To be converted. The larger the level of the converted voltage Vin, the larger the count value.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、図5に示し
たA/Dコンバータでは、オートゼロ期間においてオー
トゼロコンデンサC2にオフセット補償電圧を充電した
見かけ上のゼロ点(しきい値)に、ノイズが載ってしま
うため、低分解能のA/Dコンバータでは影響を受けな
いが、数十μVの分解能を要求される分野には利用でき
なかった。
However, in the A / D converter shown in FIG. 5, noise appears at the apparent zero point (threshold value) when the offset compensation voltage is charged in the auto-zero capacitor C2 during the auto-zero period. Therefore, it is not affected by the low resolution A / D converter, but could not be used in the field requiring a resolution of several tens of μV.

【0010】また、第2の積分期間の正確な期間は、逆
積分開始時点から積分器20の出力電圧Voが積分を開
始した時点の電圧(0V)を横切るゼロクロス時点まで
の期間であるが、実際には、そのゼロクロス後に最初に
発生するクロックCLKのトリガによりカウンタ9のカ
ウント値が決まり、その第2の積分期間が測定されるた
め、変換誤差(カウント誤差)が発生する。
Further, the accurate period of the second integration period is a period from the time point when the reverse integration is started to the time point when the output voltage Vo of the integrator 20 crosses the voltage (0V) at the time point when the integration is started. Actually, since the count value of the counter 9 is determined by the trigger of the clock CLK that first occurs after the zero crossing and the second integration period is measured, a conversion error (count error) occurs.

【0011】そこで、変換精度を向上させるため、第
1、第2の積分時間を長くしたり、あるいはクロックC
LKの周波数を高くする等の改善が行なわれているが、
前者では変換に要する時間が長くなり、後者ではアナロ
グ回路の応答速度でクロック周波数が制限されるという
問題がある。
Therefore, in order to improve the conversion accuracy, the first and second integration times are lengthened or the clock C is used.
Although improvements such as increasing the frequency of LK have been made,
The former requires a longer conversion time, and the latter has a problem that the clock frequency is limited by the response speed of the analog circuit.

【0012】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、短い変換時間で高精度にアナログ
信号をデジタル信号に変換できる積分型A/D変換方法
を提供することである。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an integration type A / D conversion method capable of converting an analog signal into a digital signal with high accuracy in a short conversion time. .

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、被変換電
圧を入力してゼロレベルから予め設定した期間だけ所定
の積分定数で第1の積分を行ない、該第1の積分で得た
積分電圧に対して第1の基準電圧を入力して前記積分定
数によりゼロレベルをクロスするまで逆方向に第2の積
分を行ない、前記第2の積分の期間のクロックをカウン
ト手段によりカウントして前記被変換電圧に対応したデ
ジタル信号を得る積分型A/D変換方法において、前記
第2の積分を、積分の進行中に積分電圧のゼロレベルが
検出されるとそれ以前よりも急峻な積分に変化させてそ
の後は前記カウント手段が最初にトリガされる時点まで
進行させ、前記カウント手段が前記第2の積分の前記最
初にトリガされた時点から、前記第1の基準電圧と逆極
性の第2の基準電圧を入力してゼロレベルに向けて第3
の積分を行ない、前記カウント手段により前記第2の積
分の期間と前記第3の積分の期間の各カウント数を得
て、両カウント数を演算して前記被変換電圧に対応した
デジタル信号を得る、ことを特徴とする積分型A/D変
換方法として構成した。
According to a first aspect of the present invention, a voltage to be converted is input, first integration is performed with a predetermined integration constant for a preset period from a zero level, and the first integration is obtained. The first reference voltage is input to the integrated voltage, the second integration is performed in the opposite direction until the zero level is crossed by the integration constant, and the clock in the second integration period is counted by the counting means. In the integration type A / D conversion method for obtaining a digital signal corresponding to the converted voltage, the second integration is made steeper than before when a zero level of the integration voltage is detected while the integration is in progress. And then progresses to the point at which the counting means is first triggered, and from the point at which the counting means is first triggered of the second integration, to a second polarity opposite to the first reference voltage. Standard electricity Third toward zero level by entering
Of the second integration period and the third integration period are obtained by the counting means, and both count numbers are calculated to obtain a digital signal corresponding to the converted voltage. , And is configured as an integral type A / D conversion method.

【0014】第2の発明は、第1の発明において、前記
演算を、前記第2の積分の期間のカウント数を所定数倍
した値から前記第3の積分の期間のカウント数を減算し
て行なうたことを特徴とする積分型A/D変換方法とし
て構成した。
In a second aspect based on the first aspect, the calculation is performed by subtracting the count number in the third integration period from a value obtained by multiplying the count number in the second integration period by a predetermined number. It is configured as an integral type A / D conversion method characterized by being performed.

【0015】第3の発明は、被変換電圧を入力してゼロ
レベルから予め設定した期間だけ所定の積分定数で第1
の積分を行ない、該第1の積分で得た積分電圧に対して
第1の基準電圧を入力して前記積分定数によりゼロレベ
ルをクロスするまで逆方向に第2の積分を行ない、前記
第2の積分の期間のクロックをカウント手段によりカウ
ントして前記被変換電圧に対応したデジタル信号を得る
積分型A/D変換方法において、前記第2の積分を、積
分の進行中に積分電圧のゼロレベルが検出されるとそれ
以前よりも急峻な積分に変化させその後は前記カウント
手段が最初にトリガされる時点まで進行させ、前記カウ
ント手段が前記第2の積分の前記最初にトリガされた時
点から、前記第1の基準電圧と逆極性の第2の基準電圧
を入力してゼロレベルに向けて第3の積分を行ない、ゼ
ロレベルが検出されるとそれ以前よりも急峻な積分に変
化させてその後は前記カウント手段が最初にトリガされ
る時点まで進行させ、前記カウント手段が前記第3の積
分の前記最初にトリガされた時点から、前記第1の基準
電圧を入力してゼロレベルに向けた第4の積分を行な
い、前記カウント手段により前記第2の積分の期間、前
記第3の積分の期間、および前記第4の積分の期間の各
カウント数を得て、それらのカウント数を演算して前記
被変換電圧に対応したデジタル値を得ることを特徴とす
る積分型A/D変換方法として構成した。
According to a third aspect of the present invention, the first voltage is input from the zero level with a predetermined integration constant for a preset period from the zero level.
Is performed, the first reference voltage is input to the integrated voltage obtained by the first integration, the second integration is performed in the opposite direction until the zero level is crossed by the integration constant, and the second integration is performed. In the integration type A / D conversion method for obtaining a digital signal corresponding to the voltage to be converted by counting the clock of the integration period by the counting means, the second integration is performed while the integration is in progress. Is detected, the integration is made steeper than before, and then the counting means is advanced to a time point at which the counting means is first triggered, and from the time point when the counting means is first triggered in the second integration, A second reference voltage having a polarity opposite to that of the first reference voltage is input to perform a third integration toward a zero level, and when a zero level is detected, the integration is changed to a steeper integration than before and then Is A fourth step of advancing the counting means to the first trigger point and inputting the first reference voltage toward the zero level from the first trigger point of the third integration. Of the second integration period, the third integration period, and the fourth integration period are obtained by the counting means, and the count numbers are calculated to calculate the count numbers. It is configured as an integral type A / D conversion method characterized by obtaining a digital value corresponding to the voltage to be converted.

【0016】第4の発明は第3の発明において、前記第
3の積分を続けて複数回交互に前記第1の基準電圧と前
記第2の基準電圧を切り替えて行なうとともに、前記第
4の積分をその直前の前記第3の積分で使用した前記第
1又は第2の基準電圧と反対の基準電圧で行ない、且つ
前記第2の積分の期間、前記複数回の第3の積分の期
間、および前記第4の積分の期間の各カウント数を前記
カウント手段により得て前記演算を行なうことを特徴と
する積分型A/D変換方法として構成した。
In a fourth aspect based on the third aspect, the third integration is continuously performed a plurality of times by alternately switching between the first reference voltage and the second reference voltage, and the fourth integration is performed. At a reference voltage opposite to the first or second reference voltage used in the third integration immediately before, and a period of the second integration, a period of the plurality of third integrations, and The present invention is configured as an integral type A / D conversion method characterized in that each counting number in the fourth integration period is obtained by the counting means and the calculation is performed.

【0017】第5の発明は、前記第1乃至第4の発明に
おいて、前記急峻な積分に変化させるために、前記積分
定数を小さな値に変更し、又は前記第1又は第2の基準
電圧を同一極性でよりレベルの大きな別の基準電圧に変
更することを特徴とする積分型A/D変換方法として構
成した。
In a fifth aspect based on the first to fourth aspects, in order to change the steep integration, the integration constant is changed to a small value, or the first or second reference voltage is changed. It is configured as an integral type A / D conversion method characterized by changing to another reference voltage having the same polarity and a higher level.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

[第1の実施の形態]以下、本発明の第1の実施の形態
について説明する。図1は本発明の積分型A/D変換方
法を適用したA/Dコンバータの回路構成を示す図であ
る。図5で説明したものと同一のものには同一の符号を
付してその詳しい説明は省略する。4は積分器であっ
て、抵抗R1、R2、コンデンサC1、オペアンプ5お
よびアナログスイッチS5から構成されている。このア
ナログスイッチS5は制御回路8により制御される。1
0はカウンタ9の出力値を演算する演算部である。この
回路では、ゲインが小さいのでコンパレータ6の出力側
にコンパレータ7を追加している。
[First Embodiment] The first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an A / D converter to which the integral type A / D conversion method of the present invention is applied. The same components as those described with reference to FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Reference numeral 4 denotes an integrator, which includes resistors R1 and R2, a capacitor C1, an operational amplifier 5, and an analog switch S5. The analog switch S5 is controlled by the control circuit 8. 1
Reference numeral 0 is a calculator for calculating the output value of the counter 9. Since the gain is small in this circuit, the comparator 7 is added to the output side of the comparator 6.

【0019】このA/Dコンバータでは、図2に示すよ
うに、ゼロ積分期間、第1の積分期間、第2の積分期
間、第3の積分期間で1変換サイクルを構成する。ま
ず、ゼロ積分期間では、スイッチS4のみがオンとな
り、入力端子1、2が回路から切り離され、回路内部の
初期設定が行なわれる。
In this A / D converter, as shown in FIG. 2, one conversion cycle is constituted by the zero integration period, the first integration period, the second integration period, and the third integration period. First, in the zero integration period, only the switch S4 is turned on, the input terminals 1 and 2 are disconnected from the circuit, and the internal setting of the circuit is performed.

【0020】第1の積分期間では、スイッチS1のみが
オンとなり、入力端子1に被変換電圧Vinが入力され
る。この被変換電圧Vinはバッファ3を経由して積分
器4においてその被変換電圧Vinの逆の極性で予め設
定された一定時間だけ積分され、その被変換電圧Vin
に応じたレベルの積分電圧Voが得られる。
In the first integration period, only the switch S1 is turned on and the converted voltage Vin is input to the input terminal 1. The converted voltage Vin is integrated by the integrator 4 via the buffer 3 with a polarity opposite to that of the converted voltage Vin for a predetermined period of time, and the converted voltage Vin is converted.
The integrated voltage Vo having a level corresponding to is obtained.

【0021】第2の積分期間では、スイッチS2のみが
オンとなり、入力端子2に入力している第1の基準電圧
Vr(被変換電圧と逆極性)がバッファ3を経由して積
分器4で積分(逆積分)される。この結果、積分器4の
積分電圧Voは第1の基準電圧Vrのレベルに応じた一
定の減衰率で減衰する。この逆積分は、積分開始点(し
きい値電圧:0V)を横切るゼロクロス時点まで行なわ
れるが、前述したように、実際にはゼロクロス後に最初
に発生するクロックのトリガによりカウンタ9のカウン
ト値が決まり第2の積分期間が決まるため、変換誤差
(カウント誤差)が発生する。
In the second integration period, only the switch S2 is turned on, and the first reference voltage Vr (reverse polarity to the converted voltage) input to the input terminal 2 is passed through the buffer 3 to the integrator 4. It is integrated (inverse integration). As a result, the integrated voltage Vo of the integrator 4 is attenuated at a constant attenuation rate according to the level of the first reference voltage Vr. This inverse integration is performed until the zero crossing point where the integration start point (threshold voltage: 0 V) is crossed, but as described above, the count value of the counter 9 is actually determined by the trigger of the clock first generated after the zero crossing. Since the second integration period is determined, a conversion error (count error) occurs.

【0022】そこで、本発明では、第2の積分期間にお
いて、積分器4の出力がゼロクロス点を超えるタイミン
グt1(コンパレータ6が反転するタイミング)を制御
回路8により検出し、そのタイミングt1でスイッチS
5をオンして抵抗R2を短絡し、積分器4の積分定数を
小さい値に変更(例えば元の約1/10に変更)して積
分電圧Voの変化率を大きくし、この積分定数をゼロク
ロス後に最初に発生するクロックCLKのトリガによる
カウンタ9のトラジションのタイミングt2まで継続さ
せて逆積分を続ける。この動作により、変換誤差となる
誤差電圧が増幅され、再度カウンタ9でカウント可能な
第3の積分期間をその後に得ることができる。
Therefore, in the present invention, the control circuit 8 detects the timing t1 (the timing at which the comparator 6 is inverted) at which the output of the integrator 4 exceeds the zero cross point in the second integration period, and the switch S is detected at the timing t1.
5 is turned on to short-circuit the resistor R2, and the integration constant of the integrator 4 is changed to a small value (for example, changed to about 1/10 of the original value) to increase the rate of change of the integration voltage Vo, and this integration constant is zero-crossed. The counter integration is continued until the timing t2 of the transition of the counter 9 triggered by the clock CLK first generated later, and the inverse integration is continued. By this operation, the error voltage that is the conversion error is amplified, and the third integration period that can be counted by the counter 9 again can be obtained thereafter.

【0023】第3の積分期間では、ゼロクロス後のカウ
ンタ9のトリガ時点(タイミングt2)から、第2の積
分期間で使用した第1の基準電圧Vrと同一のレベルで
極性の異なる第2の基準電圧−Vrを入力端子2に印加
して、積分開始点に向かって積分を行なう。これによっ
て得られた第3の積分期間のカウント値は、第2の積分
期間で発生した変換誤差に比例するため、第2の積分期
間のカウント値と第3の積分期間のカウント値とを演算
することより、精度の高いA/D変換を行なうことが可
能となる。以上については後に詳述する。
In the third integration period, from the trigger time (timing t2) of the counter 9 after the zero crossing, the second reference having the same level as the first reference voltage Vr used in the second integration period but having the different polarity is used. A voltage -Vr is applied to the input terminal 2 to perform integration toward the integration start point. Since the count value of the third integration period obtained by this is proportional to the conversion error generated in the second integration period, the count value of the second integration period and the count value of the third integration period are calculated. By doing so, it becomes possible to perform highly accurate A / D conversion. The above will be described in detail later.

【0024】なお第2の積分期間は、カウント値が更新
される前(タイミングt2まで)であるため、図5、図
6で説明した従来の方式と比較して延長されることはな
い。したがって、変換時間は第3の積分期間のみ延長さ
れるだけなので、精度を上げることによる変換時間の増
加はほとんどない。
Since the second integration period is before the count value is updated (until the timing t2), the second integration period is not extended as compared with the conventional method described with reference to FIGS. Therefore, since the conversion time is extended only for the third integration period, there is almost no increase in the conversion time due to the increase in accuracy.

【0025】また、オートゼロコンデンサC2を使用し
ないため、オートゼロ期間に発生するノイズの影響を受
けることもない。しかし、オートゼロコンデンサを使用
しないのでオフセットが発生するが、これについては、
予めスイッチS3をオンしてゼロ入力とし、そのときの
カウント値をオフセットのA/D変換値として演算部1
0内にメモリしておき、それをその後に測定した被変換
電圧のA/D変換値から差し引くことでキャンセルする
ことができる。
Since the auto-zero capacitor C2 is not used, it is not affected by noise generated during the auto-zero period. However, since an auto zero capacitor is not used, an offset occurs, but regarding this,
The switch S3 is turned on in advance to make a zero input, and the count value at that time is used as an offset A / D conversion value to obtain the operation unit
It can be canceled by storing it in 0 and subtracting it from the A / D conversion value of the converted voltage measured thereafter.

【0026】図3は、本願発明の要点を詳しく説明する
ためのゼロクロス付近のタイミングを示す波形図であ
る。A/D変換値として扱われる第2の積分期間のカウ
ント値は、コンパレータ6の出力が反転したタイミング
t1の後のクロックCLKの最初の立ち上がりタイミン
グt2で決まる。
FIG. 3 is a waveform diagram showing the timing in the vicinity of the zero cross for explaining the essential points of the present invention in detail. The count value of the second integration period treated as the A / D converted value is determined by the first rising timing t2 of the clock CLK after the timing t1 at which the output of the comparator 6 is inverted.

【0027】図5、図6に示した従来のA/Dコンバー
タでは、積分電圧Voがしきい値よりも低下した後も従
前の逆積分の減衰率で減衰していくため、図3の破線で
示すようにタイミングt2においてVaの誤差電圧が生
じる。コンパレータ6が反転するのは、タイミングt2
以前のカウント値「A−1」であるが、カウンタ9の更
新はタイミングt2で行なわれるため、実際のカウント
値は「A」となり、タイミングのt1〜t2の期間が誤
差となる。
In the conventional A / D converters shown in FIGS. 5 and 6, even after the integrated voltage Vo has dropped below the threshold value, it is attenuated at the previous inverse integration attenuation rate. Therefore, the broken line in FIG. 3 is used. As shown by, an error voltage of Va occurs at the timing t2. The comparator 6 is inverted at the timing t2.
Although the previous count value is "A-1", since the counter 9 is updated at the timing t2, the actual count value becomes "A", and an error occurs during the period from t1 to t2 of the timing.

【0028】これに対し、本発明では、コンパレータ6
が反転したタイミングt1で積分定数が切り替って小さ
な時定数で急峻な積分が行なわれ、タイミングt2にお
いては「Va+Vb」の誤差電圧が得られる。すなわ
ち、Vaの誤差電圧が「Va+Vb」に増幅される(約
10倍に増幅される)。
On the other hand, in the present invention, the comparator 6
The integration constant is switched at a timing t1 at which is inverted, and a steep integration is performed with a small time constant, and an error voltage of "Va + Vb" is obtained at a timing t2. That is, the error voltage of Va is amplified to "Va + Vb" (amplified about 10 times).

【0029】そこで、この誤差電圧「Va+Vb」に対
して、第1の基準電圧Vrと逆極性で且つ同一レベルの
第2の基準電圧−Vrでしきい値をクロスするまで第3
の積分を行なうと、この第3の積分期間のカウント値
(ゼロクロス点を超えた後の最初のクロックCLKの立
ち上がりでのカウント値)は誤差電圧「Va+Vb」に
対応したカウント値となる。
Therefore, with respect to this error voltage "Va + Vb", a third reference voltage -Vr having a polarity opposite to that of the first reference voltage Vr and having the same level as that of the second reference voltage -Vr
Is performed, the count value in the third integration period (the count value at the first rising edge of the clock CLK after exceeding the zero-cross point) becomes the count value corresponding to the error voltage “Va + Vb”.

【0030】したがって、第2の積分期間のカウント値
をAとし、第3の積分期間のカウント値をX(=B−
A)とし、Aを10倍して、 N=10A−X ・・・・(1) のように演算部10で演算すると、誤差電圧「Va+V
b」分をキャンセルしたカウント値Nが得られ、精度を
1桁高くすることができる。このとき、第3の積分時間
だけ変換時間が長くなるが、この第3の積分時間は第2
の積分時間でカウントする最小桁のカウント時間(例え
ば10進数では10カウントする時間)以下で済むので
変換時間の増加は僅かである。一例を挙げると、第2の
積分期間はフルスケールで4000カウント程度であ
る。
Therefore, the count value of the second integration period is A, and the count value of the third integration period is X (= B-
A), multiplying A by 10, and calculating by the calculation unit 10 as N = 10A−X (1), the error voltage “Va + V
The count value N obtained by canceling "b" is obtained, and the accuracy can be increased by one digit. At this time, the conversion time becomes longer by the third integration time, but the third integration time becomes the second integration time.
The conversion time is slightly increased, since the time is equal to or less than the minimum digit counting time (for example, the time for counting 10 in decimal) of the integration time. As an example, the second integration period is about 4000 counts in full scale.

【0031】[第2の実施の形態]上記した図1〜図3
で説明した第1の実施の形態の内容では、第2の積分期
間の変換誤差(カウント誤差)を第3の積分期間のカウ
ント値でキャンセルしているが、この第3の積分期間で
も同様に最終部分でカウント誤差が発生する。
[Second Embodiment] FIGS. 1 to 3 described above.
Although the conversion error (count error) of the second integration period is canceled by the count value of the third integration period in the contents of the first embodiment described in Section 3, the same applies to this third integration period. A count error occurs at the final part.

【0032】そこで、図4に示すように、第3の積分期
間から第M+2の積分期間まで(第3の積分期間を誤差
修正用の1回目とするとM回目まで)、同様に変換誤差
分を増幅してその内容を次に積分する操作を繰り返す
と、より変換誤差を少なくし精度を高めることができ
る。なお、このとき使用する基準電圧は、第3の積分期
間で−Vr、第4の積分期間でVr、第5の積分期間で
−Vrのように、交互に切り替わる。したがって、奇数
回目の積分は偶数回目の積分とは得られる積分電圧の極
性が異なるため、演算部10において、奇数回目の積分
では積分期間のカウント値を減算し、偶数回目の積分で
はカウント値を加算する。さらに、各積分のカウント値
に桁数毎の重み付けを行なうことで、M桁分の精度を改
善することができる。この場合でも、10進数では10
×Mのカウント数が増加するだけであり、変換時間の増
加は僅かである。なお、最後の第M+2の積分期間では
誤差修正を行なわないが、その誤差はMの値を大きくす
ることより無視できる。
Therefore, as shown in FIG. 4, from the third integration period to the (M + 2) th integration period (when the third integration period is the first time for error correction, up to the Mth time), the conversion error component is similarly calculated. By repeating the operation of amplifying and integrating the contents next, the conversion error can be further reduced and the accuracy can be improved. The reference voltage used at this time is alternately switched to −Vr in the third integration period, Vr in the fourth integration period, and −Vr in the fifth integration period. Therefore, since the odd-numbered integration has a different polarity of the obtained integrated voltage from the even-numbered integration, the arithmetic unit 10 subtracts the count value of the integration period in the odd-numbered integration and the count value in the even-numbered integration. to add. Furthermore, by weighting the count value of each integration for each digit number, the precision for M digits can be improved. Even in this case, the decimal number is 10
The count of xM only increases, and the conversion time increases only slightly. Although the error is not corrected in the final (M + 2) th integration period, the error can be ignored by increasing the value of M.

【0033】上記した積分動作を3回繰返し(M=
3)、第5の積分期間まで行なった場合の演算について
説明する。第2の積分期間のカウント値をA、第3の積
分期間のカウント値をX、第4の積分期間のカウント値
をY、第5の積分期間のカウント値Zとすると、 N=1000A−100X+10Y−Z ・・・・(2) なる変換値Nを得ることができる。
The above integration operation is repeated three times (M =
3), the calculation in the case of performing up to the fifth integration period will be described. N = 1000A-100X + 10Y where A is the count value of the second integration period, X is the count value of the third integration period, Y is the count value of the fourth integration period, and Z is the count value of the fifth integration period. It is possible to obtain a conversion value N such that -Z ... (2).

【0034】[その他の実施の形態]なお、以上におい
て、図1の入力端子2に印加する第2の基準電圧−Vr
は、第1の基準電圧Vrと極性のみが異なる電圧がある
が、レベルも異なる電圧であっても良い。また、以上で
は、誤差電圧を増幅するために積分器4内の抵抗R2を
スイッチS5で短絡して積分定数を約1/10だけ小さ
くする積分特性の切替え方法を採用しているが、コンデ
ンサC1の値を切替える方法によっても良く、また、端
子2に印加する基準電圧Vr、−Vrのレベルを途中で
切り替えても良い。また、ここでは誤差電圧のカウント
のために積分定数を約1/10に切り替えるので隣桁間
の重み付けの差を10倍にしているが、これに限られる
ものではなく、積分特性の傾斜の切替えに応じて4倍、
6倍、16倍等のように任意に設定できることはもちろ
んである。
[Other Embodiments] In the above, the second reference voltage −Vr applied to the input terminal 2 of FIG. 1 is used.
Has a voltage that differs from the first reference voltage Vr only in polarity, but may have a different level. Further, in the above, the switching method of the integration characteristic is adopted in which the resistor R2 in the integrator 4 is short-circuited by the switch S5 to amplify the error voltage and the integration constant is reduced by about 1/10, but the capacitor C1 is used. The value of the reference voltage Vr or −Vr applied to the terminal 2 may be switched midway. Further, here, since the integration constant is switched to about 1/10 for counting the error voltage, the weighting difference between adjacent digits is made 10 times, but the invention is not limited to this, and the slope of the integration characteristic is switched. 4 times depending on
Of course, it can be set arbitrarily such as 6 times and 16 times.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上から本発明の積分型A/D変換方法
によれば、変換時間をあまり大きくすることなく変換精
度を高めることができるようになり、デジタル電圧計、
デジタルパネルメータ、デジタルマルチメータ等のよう
に、高精度が要求される分野に好適となる。
As described above, according to the integral type A / D conversion method of the present invention, it becomes possible to improve the conversion accuracy without making the conversion time too long.
It is suitable for fields requiring high precision such as digital panel meters and digital multimeters.

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

【図1】 本発明の第1の実施の形態を示す積分型A/
Dコンバータの構成を示す回路図である。
FIG. 1 shows an integral type A / which shows a first embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram which shows the structure of a D converter.

【図2】 第1の実施の形態のA/Dコンバータの動作
波形図である。
FIG. 2 is an operation waveform diagram of the A / D converter according to the first embodiment.

【図3】 図2の波形図の一部を拡大した波形図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged waveform diagram of a part of the waveform diagram of FIG.

【図4】 第2の実施の形態を示す動作波形図である。FIG. 4 is an operation waveform diagram showing a second embodiment.

【図5】 従来の積分型A/Dコンバータの構成を示す
回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional integral A / D converter.

【図6】 従来のA/Dコンバータの動作波形図であ
る。
FIG. 6 is an operation waveform diagram of a conventional A / D converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:被変換電圧の入力端子、2:基準電圧の入力端子、
3:バッファ、4:積分器、5:オペアンプ、6、7:
コンパレータ、8:制御回路、9:カウンタ、10:演
算部、20:積分器、S1〜S6:アナログスイッチ。
1: Input terminal for converted voltage, 2: Input terminal for reference voltage,
3: buffer, 4: integrator, 5: operational amplifier, 6, 7:
Comparator, 8: control circuit, 9: counter, 10: arithmetic unit, 20: integrator, S1 to S6: analog switches.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被変換電圧を入力してゼロレベルから予め
設定した期間だけ所定の積分定数で第1の積分を行な
い、該第1の積分で得た積分電圧に対して第1の基準電
圧を入力して前記積分定数によりゼロレベルをクロスす
るまで逆方向に第2の積分を行ない、前記第2の積分の
期間のクロックをカウント手段によりカウントして前記
被変換電圧に対応したデジタル信号を得る積分型A/D
変換方法において、 前記第2の積分を、積分の進行中に積分電圧のゼロレベ
ルが検出されるとそれ以前よりも急峻な積分に変化させ
てその後は前記カウント手段が最初にトリガされる時点
まで進行させ、 前記カウント手段が前記第2の積分の前記最初にトリガ
された時点から、前記第1の基準電圧と逆極性の第2の
基準電圧を入力してゼロレベルに向けて第3の積分を行
ない、 前記カウント手段により前記第2の積分の期間と前記第
3の積分の期間の各カウント数を得て、両カウント数を
演算して前記被変換電圧に対応したデジタル信号を得
る、 ことを特徴とする積分型A/D変換方法。
1. A first reference voltage is applied to an integrated voltage obtained by the first integration by inputting a voltage to be converted and performing a first integration with a predetermined integration constant for a preset period from a zero level. Is input and second integration is performed in the reverse direction until the zero level is crossed by the integration constant, and the clock in the second integration period is counted by the counting means to obtain a digital signal corresponding to the converted voltage. Integral type A / D
In the conversion method, the second integration is changed to a steeper integration than before when a zero level of the integration voltage is detected during the progress of integration, and thereafter until the time when the counting means is first triggered. From the time when the counting means is first triggered of the second integration, the second reference voltage having a polarity opposite to that of the first reference voltage is input and the third integration is performed toward a zero level. And obtaining each count number of the second integration period and the third integration period by the counting means, and calculating both count numbers to obtain a digital signal corresponding to the converted voltage. An integral type A / D conversion method characterized by:
【請求項2】前記演算を、前記第2の積分の期間のカウ
ント数を所定数倍した値から前記第3の積分の期間のカ
ウント数を減算して行なうたことを特徴とする請求項1
に記載の積分型A/D変換方法。
2. The calculation is performed by subtracting the count number of the third integration period from a value obtained by multiplying the count number of the second integration period by a predetermined number.
The integral type A / D conversion method described in 1.
【請求項3】被変換電圧を入力してゼロレベルから予め
設定した期間だけ所定の積分定数で第1の積分を行な
い、該第1の積分で得た積分電圧に対して第1の基準電
圧を入力して前記積分定数によりゼロレベルをクロスす
るまで逆方向に第2の積分を行ない、前記第2の積分の
期間のクロックをカウント手段によりカウントして前記
被変換電圧に対応したデジタル信号を得る積分型A/D
変換方法において、 前記第2の積分を、積分の進行中に積分電圧のゼロレベ
ルが検出されるとそれ以前よりも急峻な積分に変化させ
てその後は前記カウント手段が最初にトリガされる時点
まで進行させ、 前記カウント手段が前記第2の積分の前記最初にトリガ
された時点から、前記第1の基準電圧と逆極性の第2の
基準電圧を入力してゼロレベルに向けて第3の積分を行
ない、ゼロレベルが検出されるとそれ以前よりも急峻な
積分に変化させてその後は前記カウント手段が最初にト
リガされる時点まで進行させ、 前記カウント手段が前記第3の積分の前記最初にトリガ
された時点から、前記第1の基準電圧を入力してゼロレ
ベルに向けた第4の積分を行ない、 前記カウント手段により前記第2の積分の期間、前記第
3の積分の期間、および前記第4の積分の期間の各カウ
ント数を得て、それらのカウント数を演算して前記被変
換電圧に対応したデジタル値を得ることを特徴とする積
分型A/D変換方法。
3. A converted voltage is input, a first integration is performed with a predetermined integration constant for a preset period from a zero level, and a first reference voltage is obtained with respect to the integrated voltage obtained by the first integration. Is input and second integration is performed in the reverse direction until the zero level is crossed by the integration constant, and the clock in the second integration period is counted by the counting means to obtain a digital signal corresponding to the converted voltage. Integral type A / D
In the conversion method, the second integration is changed to a steeper integration than before when a zero level of the integration voltage is detected during the progress of integration, and thereafter until the time when the counting means is first triggered. From the time when the counting means is first triggered of the second integration, the second reference voltage having a polarity opposite to that of the first reference voltage is input and the third integration is performed toward a zero level. When the zero level is detected, the integration is made steeper than before, and then the counting means is advanced to the point of time when the counting is first triggered. From the time of being triggered, the first reference voltage is input to perform a fourth integration toward the zero level, the counting means performs the second integration period, the third integration period, and An integral type A / D conversion method, wherein each count number in the fourth integration period is obtained, and the count numbers are calculated to obtain a digital value corresponding to the converted voltage.
【請求項4】前記第3の積分を続けて複数回交互に前記
第1の基準電圧と前記第2の基準電圧を切り替えて行な
うとともに、前記第4の積分をその直前の前記第3の積
分で使用した前記第1又は第2の基準電圧と反対の基準
電圧で行ない、 且つ、前記第2の積分の期間、前記複数回の第3の積分
の期間、および前記第4の積分の期間の各カウント数を
前記カウント手段により得て、前記演算を行なうことを
特徴とする請求項3に記載の積分型A/D変換方法。
4. The third integration is continuously performed a plurality of times by alternately switching the first reference voltage and the second reference voltage, and the fourth integration is performed immediately before the third integration. Of the first or second reference voltage used in the above, and the second integration period, the plurality of third integration periods, and the fourth integration period. 4. The integral type A / D conversion method according to claim 3, wherein each count number is obtained by the counting means and the calculation is performed.
【請求項5】前記急峻な積分に変化させるために、前記
積分定数を小さな値に変更し、又は前記第1又は第2の
基準電圧を同一極性でよりレベルの大きな別の基準電圧
に変更することを特徴とする請求項1乃至4に記載の積
分型A/D変換方法。
5. In order to change to the steep integration, the integration constant is changed to a small value, or the first or second reference voltage is changed to another reference voltage having the same polarity and a larger level. The integral type A / D conversion method according to any one of claims 1 to 4, wherein
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