JPS5829219A - Analog-to-digital converter - Google Patents

Analog-to-digital converter

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Publication number
JPS5829219A
JPS5829219A JP12590281A JP12590281A JPS5829219A JP S5829219 A JPS5829219 A JP S5829219A JP 12590281 A JP12590281 A JP 12590281A JP 12590281 A JP12590281 A JP 12590281A JP S5829219 A JPS5829219 A JP S5829219A
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JP
Japan
Prior art keywords
analog
digital
output
amplifier
digital converter
Prior art date
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Pending
Application number
JP12590281A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Shimada
島田 安雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP12590281A priority Critical patent/JPS5829219A/en
Publication of JPS5829219A publication Critical patent/JPS5829219A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/18Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To obtain a high-precision efficient converter by increasing an amplifier gain, preset in an analog-to-digital converter (ADC), until the MSB of the ADC reaches ''1''. CONSTITUTION:An analog input is held by a sample holding circuit 34 with the output of a controller 32. The output of the holding circuit 34 is applied to an ADC13 through a programmable gain amplifier 11 and a sample holding circuit 12. At this time, the gain of the amplifier 11 is increased through the controller 32 by the power of ''2'' until the MSB of the ADC13 reaches ''1''. when the MSB reaches ''1'', the output of the amplifier 11 at that time is held by the holding circuit 12 and applied to the ADC13. A digital value obtained by controlling the amplifier 11 is added to the output digital signal of the ADC13 and the resulting signal is outputted to a data bus 1e.

Description

【発明の詳細な説明】 木見嘴はアナログ量をディジタル量に変換する、改良1
れたアナログ・ディジタル変換装置Kllす為。
[Detailed description of the invention] Kimizuka converts analog quantities into digital quantities, improvement 1
In order to install the analog-to-digital converter Kll.

従来、アナログ量をディジタル量に変換する場合には、
アナログ・ディジタル変換器によル、アナログ量の最大
値がディジタル量の最大となるように、ゲイン定数を決
定することが昔通であった。
Conventionally, when converting an analog quantity to a digital quantity,
It has long been customary to determine the gain constant of an analog-to-digital converter so that the maximum value of the analog quantity becomes the maximum value of the digital quantity.

この場合、ディジタル量がIK対するアナログ量(これ
を以下分解能と称する)は、1配変換器によ〕決定され
る。このため、複数のアナログ入力を選択的に切換えて
、アナログ・ディジタル変換するシステムに於^ては、
各入力点の最大値はまち壕ちであ如、変換器の入力ゲイ
ンを固定する事は、微少入力点く対する分解能が下がる
事になり精度が悪くなる。また各入力点毎にゲインアン
プを持ち、ゲインを調整する事は高価となり、調整も困
−である。
In this case, the analog quantity (hereinafter referred to as resolution) to which the digital quantity corresponds to IK is determined by a one-way converter. For this reason, in systems that selectively switch multiple analog inputs and convert analog to digital,
The maximum value of each input point varies widely, so fixing the input gain of the converter will reduce the resolution for small input points, resulting in poor accuracy. Further, it is expensive and difficult to adjust the gain by having a gain amplifier for each input point.

そこで従来は、第1図に示すような回路構成で上記問題
点の解決がはかられて込た。すなわち、第1図に1にい
て、複数のアナログ入力から選択的に切換えられたアナ
ログ入力1aが、プログラマブル・ゲイン・アンプ11
の入力に入)、図示しない計算機よ抄ゲイン定数をレジ
スタxsK書込むと、デッーダ174Cてプログラマブ
ル・ゲイン・アンプ11の内部のアナログ・スイッチを
ドライブし、アナログ入力1mが指定されたゲイン定数
倍されて出力される。
Conventionally, attempts have been made to solve the above problems with a circuit configuration as shown in FIG. That is, the analog input 1a shown at 1 in FIG.
When a computer (not shown) writes a gain constant into the register xsK, the analog switch inside the programmable gain amplifier 11 is driven by the deder 174C, and the analog input 1m is multiplied by the specified gain constant. is output.

サンプル・ホールド回路12はアナログ・ディジタル変
換中、アナログ入力信号1Gが変化しなhように保持す
るもので、計算機よ〉変換スタート信号1gが発生中る
と、テンプル・ホールド回路12へのホールド信号、及
びアナログ・ディジタル変換器13への変換スタート信
号1hi発生させる・この信号にて変換中一定なアナロ
グ信号ICをアナログ・ディジタル変換器13にてディ
ジタル量に変換し、変換完了信号Ifが発生するト、計
算機よりバッファ14を介してディジタル量を読み、こ
のデータを指定したゲイン定数で割算することKよ)、
実際の六方値を知る事ができるO この様に、計算機により各入力点に対するゲイン定数を
指定し、プログラマブル・ゲイン・アンプにて、増幅し
てアナログ・ディジタル変換する事によ抄、よ)分解能
を向上させ、ダイナミックレンジの広いシステムを構成
する事ができる。しかしゲイン定数の決定は、計算機で
処理するもので、必ずしも最大のダイナミックレンジで
変換するものでは1kvh0 本発明は上記事由に―みて表され、上記ゲイン定数の決
定を自動的に、アナログ人力信号が最大レンジでアナロ
グ・ディジタル変換できるようにゲイン定数を決定し、
このゲイン定数と変換ディジタル量を計算機で読みと9
、処理する事によりより高精度で効率的な、前記欠点の
なしへアナログ・ディジタル変換装置を提供することを
目的とする。
The sample and hold circuit 12 holds the analog input signal 1G so that it does not change during analog-to-digital conversion. , and generates a conversion start signal 1hi to the analog-to-digital converter 13. Using this signal, the analog signal IC, which is constant during conversion, is converted into a digital quantity by the analog-to-digital converter 13, and a conversion completion signal If is generated. Then, read the digital quantity from the computer via the buffer 14 and divide this data by the specified gain constant).
The actual hexagonal value can be determined by specifying the gain constant for each input point using a computer, amplifying it with a programmable gain amplifier, and converting it from analog to digital. It is possible to configure a system with a wide dynamic range. However, the determination of the gain constant is processed by a computer, and the conversion with the maximum dynamic range is not necessarily 1 kvh. Determine the gain constant so that analog to digital conversion can be performed at the maximum range,
Read this gain constant and converted digital quantity using a computer.9
, it is an object of the present invention to provide an analog-to-digital converter that is more accurate and efficient through processing and that does not have the above-mentioned drawbacks.

以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して説明する
。第2図はプロゲラiプル・ゲイン・アンプの構成図で
ある。同図に於いて、23は演算増幅器で反転増幅回路
を形成している。この回路にて帰還抵抗R,2B、4t
L−nRをアナログスーイッチ群22でONさせる事に
よ抄、増幅率を1倍、2倍、4倍・・nfllとデコー
ダ17の出方信号により切換えるものである。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment shown in the drawings. FIG. 2 is a block diagram of the Progera i pull gain amplifier. In the figure, numeral 23 is an operational amplifier forming an inverting amplifier circuit. In this circuit, feedback resistors R, 2B, 4t
By turning on the L-nR with the analog switch group 22, the amplification factor is changed to 1x, 2x, 4x, etc. by the output signal of nfl and the decoder 17.

第3図は遂次比較型のアナログ・ディジタル変換器の原
理図を示す。同図においては、変換スタート信号により
、クロック信号に同期して制御回路29が最上位ピッ)
fONすることにより、ディジタル・アナログ変換器2
3は基準電圧VのV/2なる電圧を出力する。ご仁で比
較器28により、入力電圧とディジタル・アナログ変換
器26の出力を比較する。入力電圧が最初の人力比較値
V2を越えて^れば、制#回路29は次のクロックで次
のビットfONする。このことは、入力電圧t−3V/
4の電圧と比較することKなる。もし入■ 力電圧が最初の入力比較値■より小さければ、制御回路
29は最初のビットをリセットし、次のクロックにて次
のビットをONする。このことは、■ 入力電圧を−の電圧と比較することになる。
FIG. 3 shows a principle diagram of a sequential comparison type analog-to-digital converter. In the figure, the control circuit 29 is activated by the conversion start signal in synchronization with the clock signal.
By fON, digital-to-analog converter 2
3 outputs a voltage of V/2 of the reference voltage V. The comparator 28 then compares the input voltage with the output of the digital-to-analog converter 26. If the input voltage exceeds the first manual comparison value V2, the # control circuit 29 turns on the next bit fON at the next clock. This means that the input voltage t-3V/
Comparing with the voltage of 4, it becomes K. If the input voltage (2) is smaller than the first input comparison value (2), the control circuit 29 resets the first bit and turns on the next bit at the next clock. This means that ■ the input voltage is compared with the negative voltage.

このようにクロック毎に順次下位ビットiONし、ディ
ジタル・アナログ変換し、入力電圧と比較し、その結果
によって前回のビットをリセットしながら最後の最下位
ビットが決定するまで比較する。シリアル出力は、セッ
ト/リセットの状態會クロック信号と同期して外部へシ
リアル出力されるもので、パラレル出力は最下位ビット
が決定するとパラレル出力されるものである。ステータ
スは変換中である事を示す出力信号である◎第4図は本
発明の構成を示すブロック図である。
In this way, the lower bits are sequentially turned on every clock, digital-to-analog converted, compared with the input voltage, and the previous bits are reset according to the result, and the comparison is continued until the last least significant bit is determined. The serial output is serially output to the outside in synchronization with the set/reset state clock signal, and the parallel output is output in parallel when the least significant bit is determined. The status is an output signal indicating that conversion is in progress. ◎Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the present invention.

同図において、プログラマブル・ゲイン−アンプ11は
前記42図で説明し念ものである。サンプル・ホールド
回路12及び34はアナログ・ディジタル変換中、アナ
ログ信号ICt一定に保持させるものである。アナログ
・ディジタル変44513は第3図で説明した遂次比較
型のアナログ・ディジタル変換器である。バッファ14
は計算機よりディジタル量t−mむとき、データldを
データバスleK出力するものである。コントローラ3
2は、本発明を実現する為の制御回路である。31は、
コントローラ32よりシフトパルスを受けてシフトする
シフトレジスタである。バッファ33は、シフトレジス
タ31のデータ、つマリゲイン定数を計算機で読んだ場
合、シフトレジスタ31出力をデータバス1eへ出力す
るものである。
In the figure, the programmable gain amplifier 11 is the same as that explained in FIG. 42 above. The sample and hold circuits 12 and 34 hold the analog signal ICt constant during analog-to-digital conversion. The analog/digital converter 44513 is the sequential comparison type analog/digital converter described in FIG. Buffer 14
is for outputting data ld to data bus leK when a digital amount t-m is received from the computer. controller 3
2 is a control circuit for realizing the present invention. 31 is
This is a shift register that receives shift pulses from the controller 32 for shifting. The buffer 33 outputs the output of the shift register 31 to the data bus 1e when the data of the shift register 31 and the marigain constant are read by a computer.

次(この444図の動作を第5図を参照しながら説明す
る。すなわち第5図において、計算機からデータバスt
e6c変換スタート信号COV・8T (Ig)が出力
されると、コントローラ32からサンプル・ホールド回
路34に対し、サンプルからホ・−ルドに切換える信号
8/)(−A(3g) を出力し、アナログ人力1a 
tPホールドする。またコントローラ32よりサンプル
・ホールド回路12に対し、サンプルからホールドに切
換える信号8/H−B(3a) を出力し、プログラマ
ブル・ゲイン・アンプ11の出力1blホールドする。
Next (the operation of FIG. 444 will be explained with reference to FIG. 5. In other words, in FIG. 5, from the computer to the data bus t
When the e6c conversion start signal COV・8T (Ig) is output, the controller 32 outputs a signal 8/)(-A (3g) for switching from sample to hold to the sample/hold circuit 34, and Human power 1a
Hold tP. Further, the controller 32 outputs a signal 8/HB (3a) for switching from sample to hold to the sample/hold circuit 12, and holds the output 1bl of the programmable gain amplifier 11.

また、アナログ・ディジタル変換スタートパルスム/D
・8 T 0It−発生すると、繭紀第3図で説明した
ように、内蔵されたクロック信号により、順次最上位ピ
ットよ)比較され、その結果がクロック信号CLOCK
(ac )と同期してシリアル出力8・D・0UT(3
d)となって、コントローラ32に入力する。
In addition, the analog/digital conversion start pulse/D
・When 8 T 0It- occurs, as explained in Figure 3 of Mayuki, the built-in clock signal compares the most significant pit in order, and the result is sent to the clock signal CLOCK.
Serial output 8・D・0UT (3
d) and is input to the controller 32.

コントローラ32 FiCLOC’に、AND 8DO
UTでシフトパルス8PPL8(3sり t−発生させ
ると、シフトレジスタ31は8・RIG 1 、2 、
4・・・のようKlデータをシフトしてゆき、プログラ
マブル・ゲイン・アンプ11に対して1倍、2倍、4倍
と、サンプル・ホールド回路34でホールドし是アナロ
グ人力1a f増幅して、アンプ出力1bi得る。?!
A5図では、アナログ人力2V K対して、4v、Bv
と増幅される様子を示している。
AND 8DO to controller 32 FiCLOC'
When the shift pulse 8PPL8 (3s) is generated in the UT, the shift register 31 becomes 8・RIG 1, 2,
Shift the Kl data as shown in 4..., hold it in the sample/hold circuit 34 by 1, 2, and 4 times with respect to the programmable gain amplifier 11, and amplify it by analog human power 1a f. Obtains 1bi amplifier output. ? !
In diagram A5, analog human power is 2V K, 4v, Bv
This shows how it is amplified.

ここでアナログ・ディジタル変換器1jの7リアル出力
8・DOUi’ (3d )がIKなると、これ以上ゲ
インを上げると入力レンジがオーバーするコトトなシ、
プログラマブル・ゲイン・アンプ11は、ここで固定す
る。ここまでがアナログ入力に対するレンジチェックサ
イクルである。次に8・DOUT(3d)が1になると
、サンプル・ホールド回路12に対してコントローラ3
2はサンプル[号8/II(3a) t−出力し、プロ
グラマブル・ゲイン・アン7’llで4倍されたアナロ
グ信号1bをサンプルし、充分なサンプル時間をとった
後ホールドし、アナログ信号8 /H−0UT (I 
C)を一定に保持する。
Here, if the 7 real output 8・DOUi' (3d) of the analog-to-digital converter 1j reaches IK, increasing the gain any further will cause the input range to be exceeded.
The programmable gain amplifier 11 is fixed here. This is the range check cycle for analog input. Next, when 8・DOUT (3d) becomes 1, the controller 3
2 is a sample [No. 8/II (3a) t-output, samples the analog signal 1b multiplied by 4 with the programmable gain amplifier 7'll, holds it after a sufficient sampling time, and outputs the analog signal 8 /H-0UT (I
C) is held constant.

この時前段のサンプル・ホールド回路34に対し、ホー
ルドを解除し、サンプル状態にする。
At this time, the sample/hold circuit 34 at the previous stage is released from hold and placed in a sample state.

次にこのアナログ入力信号に対し、アナログ・ディジタ
ル変換をする変換スタート信号A7’o−s’r(3b
) t−コントローラ32より出力し、内部クロック信
号によプ最上位ビットから最下位ビットが決定されるま
で比較され、アナログ・ディジタル変換を完了すると、
完了信号8TATU8 (3f)がアナo/・ディジタ
ル変換器13から出力されるので、計算機はこの信号に
てディジタル量1d iバッファ14を介して読みとり
、かつ、ゲイン定数シフトレジスタ31の内容をバッフ
ァ33を介して読みとる事によシ、実際の入力値を読み
とる事ができる。
Next, for this analog input signal, a conversion start signal A7'o-s'r (3b
) Output from the t-controller 32 and compared with the internal clock signal until the most significant bit to the least significant bit is determined, and when analog-to-digital conversion is completed,
Since the completion signal 8TATU8 (3f) is output from the analog/digital converter 13, the computer uses this signal to read the digital quantity 1di via the buffer 14, and also transfers the contents of the gain constant shift register 31 to the buffer 33. By reading through the , the actual input value can be read.

第5図の例で、実際の入力電圧が2vだったとすると、
入力レンジチェックサイクルで4倍され、プログラマブ
ル・ゲイン・アンプllKて8vに増幅され、アナログ
・ディジタル変換器13にてディジタル量に変換すると
(アナログ・ディジタル変換器の分解能ll18ビツト
でユニポーラとする入ディジfi k 量u 256 
X A!g−= 204.8 = 11001100 
トする。ま九、ゲイン定数は4倍として読み出せるので
、実際の人力は、11001100−)−4−t’ 0
OI100IB: する。すなわちアナログ量の2V 
K相歯する。
In the example of Figure 5, if the actual input voltage is 2V,
It is multiplied by 4 in the input range check cycle, amplified to 8V by the programmable gain amplifier 11K, and converted into a digital quantity by the analog-to-digital converter 13 (the input digital signal is unipolar with the resolution of the analog-to-digital converter 18 bits). fi k quantity u 256
XA! g-=204.8=11001100
to Nine, the gain constant can be read as 4 times, so the actual human power is 11001100-)-4-t' 0
OI100IB: Yes. In other words, the analog quantity is 2V.
K-phase teeth.

このようにして本発明によれば、微少大刀に対して高精
度で変換することのできる、効果的なアナログ・ディジ
タル装置が提供できる。
In this way, according to the present invention, an effective analog-digital device can be provided that is capable of converting a small scale with high precision.

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

第1図は従来のアナログ・ディジタル変換装置の構成図
、第2図はプログラマブル・ゲイン・アンプの構成図、
第3図は基本的な逆火比較型アナログ・ディジタル変換
器の原層図、第4図は本発明の一実施例鷺示すアナログ
・ディジタル変換装置のブロック図、第5図は本発明の
動作を示す構成要部の夕゛イムチャートである。
Figure 1 is a block diagram of a conventional analog-to-digital converter, Figure 2 is a block diagram of a programmable gain amplifier,
Fig. 3 is a basic diagram of a basic flashback comparison type analog-to-digital converter, Fig. 4 is a block diagram of an analog-to-digital converter showing an embodiment of the present invention, and Fig. 5 is an operation of the present invention. 2 is a time chart of the main components.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] s1段にプログラマブル・ゲイン・アンプを備えたアナ
ログ・ディジタル変換器にお−て、アナログ入力レペル
に応じて自動的にプログラマブル・ゲイン・アンプのゲ
イン定数を決定し最大レンジでアナログ・ディジタル変
換を行なうコントローラを論け、アナログ入力信号を高
精度で変換することを轡黴としたアナログ・ディジタル
変換装置。
An analog-to-digital converter equipped with a programmable gain amplifier in the first stage automatically determines the gain constant of the programmable gain amplifier according to the analog input level and performs analog-to-digital conversion at the maximum range. The controller is an analog-to-digital converter whose purpose is to convert analog input signals with high accuracy.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS609279A (en) * 1983-06-28 1985-01-18 Canon Inc Control device of picture formation condition
JPS63198417A (en) * 1985-12-19 1988-08-17 アンステイテイ フランセ−ズ ド ペトロ−ル Apparatus for amplifying and sampling high dynamic signals
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