JPS5815980B2 - アナログ・ディジタル変換器 - Google Patents

アナログ・ディジタル変換器

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JPS5815980B2
JPS5815980B2 JP7471378A JP7471378A JPS5815980B2 JP S5815980 B2 JPS5815980 B2 JP S5815980B2 JP 7471378 A JP7471378 A JP 7471378A JP 7471378 A JP7471378 A JP 7471378A JP S5815980 B2 JPS5815980 B2 JP S5815980B2
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JP
Japan
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comparator
voltage
integrating capacitor
analog
circuit
Prior art date
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JP7471378A
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English (en)
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JPS551760A (en
Inventor
酒井芳克
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Works Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アナログの信号電圧をランプ電圧と比較して
得た時間幅をクロックパルスで計数してディジタル信号
に変換する方式のアナログ・ディジタル変換器に関する
この方式のアナログ・ディジタル変換器は、他の方式の
ものに比して全体構成が簡単であるが、分解能を上げる
につれて変換時間が遅くなるため、低速用として多く使
用されている。
すなわら、計数時にクロックパルスの周期τ以内の分解
能を持てないため、アナログ電圧F2sをεの分解能で
変換するにはτ・勾の変換時間が必要となり、例 E
i えばτ−17μSのとき−を0.01%の分解能ε で得ようとすると変換時間が170m5もかかつてしま
う。
本発明は、演算増幅器の帰還回路に積分コンデンサと抵
抗の直列回路を接続し、演算増幅器の入力に加える定電
流の大きさを、演算増幅器の出力とアナログ信号電圧と
の比較結果に応じて切換可能に構成することによって、
高速かつ高分解能なアナログ・ディジタル変換器を簡単
な構成で実現したものである。
第1図は本発明変換器の一実施例を示す接続図である。
図において、1はアナログ信号電圧Eiが加わる端子、
2はランプ電圧発生回路で、演算増幅器のOPlと、そ
の帰還回路に接続される積分コンデンサCと抵抗R1の
直列回路と、定電流源■1.■2と、スイッチSo、S
l、S2とからなっている。
3は比較器で、演算増幅器OP2からなり、入力信号電
圧Eiとランプ電圧Esとを比較し、EsがEiに達す
ると出力Eoが反転するものである。
4はマイクロコンピュータ等のディジクル制御回路で、
比較器3の出力を監視し、スイッチSo、Sl、S2の
オンオフを内部のクロックパルスCPに同期して制御す
る機能と、Slがオンとなっている時間およびS2がオ
ンとなっている時間をクロックパルスCPで計数し、か
つ演算しディジタル信号に変換する機能を有している。
なおスイッチSo〜S2としては高速、高精度な電子ス
イッチが用いられる。
このように構成した本発明変換器の動作を第2図のタイ
ムチャートを参照して以下に説明する。
まず、制御回路4からの指令でスイッチSoがオンとな
り、積分コンデンサCの電荷がリセットされ、ランプ電
圧発生回路2の出力Esは零となる。
次に制御回路4の指令で81がオンになると、定電流源
11からの一定電流11が演算増幅器OP1の入力に加
わり、積分コンデンサCを充電する。
これによってランプ電圧発生回路2の出力端には、抵抗
R1に生ずる電圧降下11R1と、一定電流11の大き
さに対応した傾刺角で増大する電圧とが加算され、第2
図に示すようなランプ電圧Esが生ずる。
比較器3はランプ電圧Esとアナログ信号電圧Eiを比
較しながら、その結果を制御回路4に伝達している。
そしてEsがEiに達し比較器3の出力が反転すると、
制御回路4はスイッチs1をオフにする。
このときスイッチs1のオンオフは制御回路4のクロッ
クパルスCPに同期して行うので、第3図の拡大図に示
すように、Ei=Esになる点がPoのように2つのク
ロックの間にある場合には、スイッチS1をオフにする
タイミングは22点までずれる。
そのため入力信号電圧Eiには関係なく、22点におい
て積分コンデンサCの充電は止まり、EsはEs1の点
まで変化する。
したがって、Slがオンとなっている期間すなわら一定
電流11が流れている時間をtlとすると、Es1は次
式で与えられる。
” ’ (1) Es1=てt。
比較器出力はP1点で反転し、22点で再び反転する。
次に制御回路4の指令でスイッチS2がオンになると、
定電流源■2からの一定電流12が演算増幅器OP1の
入力に加わり、積分コンデンサCを再び充電する。
これによってランプ電圧Esは第2図に示ように一定電
流12の大きさに対応した傾斜角で増大する。
その結果Es二Eiになると比較器3の出力が反転し、
制御回路4はスイッチS2をオフにする。
よって、S2がオンとなっている期間すなわら一定電流
12が流れている時間をt2とすると、次式の関係が得
られる。
2 Ei −Es −t + i R(2)1−02
21 (1)式と(2)式から Ei=K(nt1+t2)+△E(3) 1ま ただし K−− 1 n=−7− 12 △E””12R1 (3)式において、tl、t2は制御回路4で計数され
ており、K、n、△Eは常に一定であるので、制御回路
4で(3)式の演算を行えば、アナログ信号電圧Esに
比例したディジタル信号Doが得られる。
このように本発明によれば、ランプ電圧Esをアナログ
信号電圧Eiの近くまではその傾斜角を大きくして短時
間で接近させ、その後、傾斜角を小さくすることによっ
てアナログ信号電圧Eiとの比較を高精度で行っている
ので、高速かつ高分解能のアナログ・ディジタル変換を
行うことができる。
例えば、(3)式において、τ−17μSのとき、11
が流れている区間のの分解能をC〜255(28−1)
とし、11/1□二256とすれば、最大8.7msで
、0.0015%の分解能でディジタル信号に変換でき
る。
なお、第1図の実施例において、ランプ電圧Esの傾斜
角を変えるのに、はじめに積分コンデンサCに一定電流
i1+i2を与えておき、次にi、または12を与える
ようにしてもよい。
また上述では、ランプ電圧Bsを2段階に切換える場合
を例示したが、ランプ電圧を3段階、4段階と切換える
回数を多くすれば、さらに変換時間を短縮できる。
例えば3段階に切換える場合の関係は次式で与えられる
第4図は本発明変換器の他の実施例を示す接続図で、第
1図の実施例と異るところは、一般にランプ電圧発生回
路2や比較器3を構成する演算増幅器にオフセット電圧
があり、その影響を受は第5図の点線に示すように変換
誤差を生ずるので、その影響を受けないように構成した
点である。
すなわら、演算増幅器OP1の入力に演算増幅器OP2
の出力を抵抗R2とスイッチSoを介して接続し、かつ
比較器3の一方の入力端子にスイッチS3を介してアナ
ログ信号電圧Biを加えるとともに、スイッチS4と介
して基準電圧(0■)を加えるようにした点である。
このように構成した本発明の動作を第5図を参照して以
下に説明する。
まず、制御回路4はSo 、 S4をオンにし、Sl、
S2.S3をオフにする。
その結果比較器3の一方の入力端子Hには基準電圧(0
■)が加えられ、OPlの入力には比較器3の出力Eo
が加えられる。
そして、OPl、OF2のゲインが充分に大きいので、
安定状態ではランプ電圧Esは、比較器2のオフセット
電圧を■2とすれば、Es−■2
(4) となる。
したがって、積分コンデンサCにホールドされる電圧E
cは、OPlのオフセット電圧をVlとすれば、次式に
示すように■2とVlの差になる。
EC=Es−■1−■2−■1 (5)次に
スイッチSo 、 S4をオフにし、Sl、s3をオン
にし、かつS2をオフのままとすると、積分コンデンサ
Cは一定電流11により第5図の実線に示すようにEs
=Ei +V2になるまで充電される。
次いで、Slをオフに、S2をオンにすると、積分コン
デンサCは一定電流12によりE s ”’ E h
+ V 2になるまで再び充電される。
11+12が流れている時間をtl + t2とすれば
、次式の関係が成立する。
l。
Ei +V2−−+ 、t 1←12t2+12R1+
■1+EC(6)C よって、(5) 、 (6)式より Ei=K(nt1+12)+△E(7) が成立し、オフセラ+4電圧■1.■2の影響を受けず
、変換誤差のない高精度なアナログ・ディジタル変換が
できる。
なお第4図の実施例では、積分コンデンサCをリセット
するとき基準電圧をO■として、演算増幅器OP1.O
P2のオフセット電圧を積分コンデンサにホールドさせ
る場合を示したが、第6図に示すように基準電圧を一△
Eとすれば、(8)式の如く積分コンデン、すCが、O
Pl、OF2のオフセットを圧V1.■2と一定電圧△
Eをホールドし、EC−■2−■1−△E(8) アナログ信号電圧Eiとtl、t2の関係は、El −
K(n t t + t2) (9)
となり、制御回路4の液算が簡単になる。
以上説明したように本発明においては、ランプ電圧発生
回路として、演算増幅器の帰還回路に積分コンデンサと
抵抗の直列回路を接続し、積分コンデンサに加える一定
電流の大きさを切換えるようにしているので、簡単な構
成で高速かつ高分解能のアナログ・ディジタル変換器が
実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明変換器の一実施例を示す接続図、第2図
および第3図はその動作説明のためのタイムチャート、
第4図は本発明変換器の他の実施例を示す接続図、第5
図はその動作説明のためのタイムチャート、第6図は本
発明変換器の他の実施例の接続図である。 1・・・・・・入力端子、2・・・・・・ランプ電圧発
生回路、3・・・・・・比較器、4・・・・・・ディジ
タル制御回路、OPl。 OF2・・・・・・演算増幅器、C・・・・・・積分コ
ンデンサ、R1t R2・・・・・・抵抗、So〜S5
・・・・・・スイッチ、11゜■2・・・・・・定電流
源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 定電流が入力に与えられる演算増幅器の帰還回路に
    積分コンデンサと抵抗の直列回路を接続するとともに、
    定電流の大きさを切換可能にしたランプ電圧発生回路と
    、このランプ電圧発生回路の出力電圧とアナログ信号電
    圧とを比較する比較器と、この比較器の出力を監視しク
    ロックパルスと同期して前記ランプ電圧発生回路の電流
    の大きさの切換えを制御すると吉もに、異なった大きさ
    の電流が流れている期間毎にそれぞれの時間幅をクロッ
    クパルスに基づき計数し、かつこれら計数値にそれぞれ
    対応する前記電流の大きさに応じた値を乗じた後加算し
    、さらに前記抵抗の値に関連した一定値を加算してディ
    ジクル信号を得るディジクル制御回路とを具備したアナ
    ログ・ディジタル変換器。 2 積分コンデンサをリセットするとき比較器出力から
    演算増幅器の入力へ帰還をかけて、リセット動作を行う
    とともにランプ電圧発生回路や比較器のオフセット電圧
    を積分コンデンサにホールドさせて、前記オフセラl−
    に圧の影響を除去するようにしたことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のアナログ・ディジタル変換器。 3 積分コンデンサをリセットするきき比較器出力から
    演算増幅器の入力へ帰還をかけ、かつ比較器の入力に積
    分コンデンサと直列に接続された抵抗の値に関連した負
    の一定電圧を加えて、リセット動作を行うとともにラン
    プ電圧発生回路や比較器のオフセラ)!圧と前記質の一
    定電圧との和を積分コンデンサにホールドさせて、前記
    オフセットを圧の影響を除去し、かつディジタル制御回
    路で計数値にそれぞれ対応する電流の大きさに応じた値
    を乗じた後加最してディジタル信号を得るようにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアナログ・
    ディジクル変換器。
JP7471378A 1978-06-20 1978-06-20 アナログ・ディジタル変換器 Expired JPS5815980B2 (ja)

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JPS551760A JPS551760A (en) 1980-01-08
JPS5815980B2 true JPS5815980B2 (ja) 1983-03-29

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251665U (ja) * 1985-09-19 1987-03-31
JPH0142939Y2 (ja) * 1983-02-25 1989-12-14

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0142939Y2 (ja) * 1983-02-25 1989-12-14
JPS6251665U (ja) * 1985-09-19 1987-03-31

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