JPS5840923A - Analog-to-digital converter - Google Patents

Analog-to-digital converter

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Publication number
JPS5840923A
JPS5840923A JP13847181A JP13847181A JPS5840923A JP S5840923 A JPS5840923 A JP S5840923A JP 13847181 A JP13847181 A JP 13847181A JP 13847181 A JP13847181 A JP 13847181A JP S5840923 A JPS5840923 A JP S5840923A
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JP
Japan
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offset
circuit
output
voltage
conversion
Prior art date
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Pending
Application number
JP13847181A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Ueno
雅弘 上野
Kanman Hamada
浜田 亘曼
Takashi Sase
隆志 佐瀬
Shoichi Furutoku
古徳 正一
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5840923A publication Critical patent/JPS5840923A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters

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

Abstract

PURPOSE:To obtain an output of high accuracy, by compensating an error caused by the offset voltage of an amplifier, etc. and peculiar to a voltage balance type A/D converter. CONSTITUTION:An operational amplifier 2, a capacitor Cf, a comparator 3, a reference voltage generating circuit 12, a clock controlling circuit 13 which generates an output pulse P0, etc. form a V/f converting circuit which converts an analog input signal Vi into a pulse signal. This pulse signal is counted by a counter 16 and then delivered through an output circuit 17 containing a latching circuit. Thus an A/D converter is obtained. In this case, a switch S13 is previously closed to give zero voltage to an input. Then the offset pulse at that moment is measured to obtain an offset error, and the digital offset compensation coefficient corresponding to the offset error is stored in an offset counter 14. At the same time, a coefficient circuit 15 stores the full-scale compensation coefficient, and a preamplifier 11 compensates an offset through a voltage generating circuit 18. An output of high accuracy is obtained by compensation given through the circuits 14 and 15.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷平衡型のA/D変換器に係り、特に外付部
品の不要な、かつLSI化に適した構成のA/D変換器
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a charge-balanced A/D converter, and particularly to an A/D converter that does not require external components and has a structure suitable for LSI integration.

第1図は従来の電荷平衡型A/D変換器の1例を示す構
成図である。第1図において1はバッファアンプ、2は
オペアンプ、3はコンパレータ、4はクロックパルスを
発生するクロック発生回路、5はアナログスイッチの動
作を制御するコントロール回路、6はカウンタ、7はラ
ッチ回路である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional charge-balanced A/D converter. In Figure 1, 1 is a buffer amplifier, 2 is an operational amplifier, 3 is a comparator, 4 is a clock generation circuit that generates clock pulses, 5 is a control circuit that controls the operation of analog switches, 6 is a counter, and 7 is a latch circuit. .

R,、R,2は抵抗、Ctはコンデンサ、Sl、 S2
はアナログスイッチ、Vil、 VB2は基準電源であ
る。
R,, R,2 is a resistor, Ct is a capacitor, Sl, S2
is an analog switch, Vil and VB2 are reference power supplies.

以上の構成における動作を、第2図に示すタイムチャー
トを用いて説明する。第1図において、抵抗at 、 
R,、コンデンサCtとオペアンプ2で積分回路を構成
し、入力電圧vIを積分してオペアンプ2の出力電圧と
して次の電圧V。を発生する。
The operation of the above configuration will be explained using the time chart shown in FIG. In FIG. 1, the resistance at,
R,, an integrating circuit is formed by the capacitor Ct and the operational amplifier 2, and the input voltage vI is integrated to obtain the next voltage V as the output voltage of the operational amplifier 2. occurs.

第2図(イ)はクロック発生回路4の出力であるクロッ
クパルスCP、(ロ)は積分器の出力電圧■o1←→は
コンパレータ3の出方電圧を示す。コントロール回路5
は一般的に、クロックパルスCPの立上シ時刻であるt
=i、におaて、コンパレータ3の出力電圧が負であれ
ば、負の基準電圧源VRIのアナログス・rフチS1を
クロックパルスノ巾Tonの間ONにするようアナログ
スイッチを制御する。コンパレータ3の出力電圧が正で
あれば、同様に正の基準電源VR2のアナログスイッチ
s2をONさせる。時刻1=1.−、.1=1.+、の
間の積分器の出力電圧V。は次のように表わされる。
FIG. 2(a) shows the clock pulse CP which is the output of the clock generating circuit 4, and (b) shows the output voltage of the integrator ■o1←→ shows the output voltage of the comparator 3. Control circuit 5
is generally the rising time of the clock pulse CP, t
If the output voltage of the comparator 3 is negative at =i, the analog switch is controlled so that the analog edge S1 of the negative reference voltage source VRI is turned ON for the clock pulse width Ton. If the output voltage of the comparator 3 is positive, the analog switch s2 of the positive reference power supply VR2 is similarly turned on. Time 1=1. -,. 1=1. +, the integrator output voltage V. is expressed as follows.

第2図に)(ホ)は、それぞれアナログスイッチ81 
+82をONするための制御パルスを示す。この制御パ
ルスは、コントロール回路5からカウンタ6への出力パ
ルスP 01 p P 01! になる。N個のクロッ
クパルスを含むA/D変換時間T0の間に出力パルスP
。IePO2はそれぞれN。1+NO2含まれていると
すると、変換時間T、の間に積分回路に注入された電荷
の収支は、 となる。即ち変換時間T6の間の入力電圧V+から注入
された電荷は、No1回の負の基準電荷とNo2回の正
の基準電荷の注入により平衡状態に保たれたことになる
。(3)式からN=NOI  NO2は入力電圧V+に
比例するため、出力パルスP。1゜PO2をカウンタ6
でカウントし、この出力Nをラッチ回路7でラッチし、
A/D変換出力りとする。
In Fig. 2) and (e) are analog switches 81 and 81 respectively.
The control pulse for turning on +82 is shown. This control pulse is an output pulse P 01 p P 01! from the control circuit 5 to the counter 6. become. During the A/D conversion time T0, which includes N clock pulses, the output pulse P
. IePO2 is N respectively. 1+NO2 is included, the balance of charges injected into the integrating circuit during the conversion time T is as follows. That is, the charges injected from the input voltage V+ during the conversion time T6 are kept in a balanced state by the No. 1 negative reference charge injection and the No. 2 positive reference charge injection. From equation (3), N=NOI Since NO2 is proportional to the input voltage V+, the output pulse P. 1゜PO2 to counter 6
This output N is latched by the latch circuit 7,
A/D conversion output.

第3図は抵抗R2を通して注入される基準電荷を与える
電流波形を示したものである。時刻j−1、から1=j
j+1の間に注入される基準電荷qrjは となる。
FIG. 3 shows the current waveform that provides the reference charge injected through resistor R2. From time j-1, 1=j
The reference charge qrj injected during j+1 is as follows.

以上の従来例における出力値りに含まれる誤差の要因は
次のようなものがある。第1はバッファアンプ1、オペ
アンプ2のオフセット電圧、第2は、基準電圧q、の誤
差である。後者の要因は更に次のように細分される。第
1は抵抗R1とR2の比R2/R,の誤差。両抵抗を通
して注入される電荷の平衡条件によりA/D変換を行な
うため、この比の誤差が出力誤差になる。この誤差には
初期設定誤差と温度変動等によるトリ)トが含まれる。
The causes of errors included in the output values in the conventional example described above are as follows. The first is an error in the offset voltage of the buffer amplifier 1 and the operational amplifier 2, and the second is an error in the reference voltage q. The latter factor can be further subdivided into: The first is the error in the ratio R2/R of resistors R1 and R2. Since A/D conversion is performed under the condition of balance between the charges injected through both resistors, an error in this ratio becomes an output error. This error includes initial setting errors and errors due to temperature fluctuations, etc.

第2はアナログスイッチS1.S2のオン抵抗r、aで
、これは基準電荷q1の大きさに誤差を与える。このオ
ン抵抗は電圧及び温度によって変動するから、結局r1
111 <R2の条件を満足させなければならない。第
3はアナログスイッチSl、S。
The second is analog switch S1. The on-resistances r and a of S2 give an error to the magnitude of the reference charge q1. Since this on-resistance varies depending on voltage and temperature, eventually r1
The condition 111<R2 must be satisfied. The third is analog switch Sl, S.

のオン、オフ時の過渡現象、即ち基準電荷q1は、(4
)式に示すように第3図に示す電流の積分値であるから
、この電流の立上り、立下シ特性が誤差の要因になる。
The transient phenomenon during on and off, that is, the reference charge q1, is (4
) is the integral value of the current shown in FIG. 3, so the rise and fall characteristics of this current become a cause of error.

同様の理由からアナログスイッチS1.Stのオン時間
To mのバラツキが誤差になる。これが第4の要因で
ある。第5は、アナログスイッチS+ 、8*の制御回
路からゲートを通して注入される電荷がある。これをア
ナログスイッチのスパイクノイズと呼ぶ。これらの誤差
を小さくするため、通常抵抗及びコンデンサはIC(集
積回路)の外付は部品とし、抵抗には可変抵抗を付加し
て、微調整を行なっている。
For the same reason, analog switch S1. The variation in the on-time Tom of St becomes an error. This is the fourth factor. Fifth, there is charge injected through the gate from the control circuit of analog switch S+, 8*. This is called analog switch spike noise. In order to reduce these errors, a resistor and a capacitor are usually attached externally to an IC (integrated circuit) as components, and a variable resistor is added to the resistor for fine adjustment.

以上のどと(IC内に多くの誤差要因を含み、12ビッ
ト以上の精度を出すのは非常に困難であり、更に外付は
部品を雰にすることは不可能であった。
As mentioned above, there are many error factors within the IC, and it is extremely difficult to achieve an accuracy of 12 bits or more, and furthermore, it is impossible to attach external components to the outside.

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、電
荷平衡型A/D変換器特有のアンプ類のオフセット電圧
による誤差を補償して高精度の出力が得られるA/D変
換器を提供するにある。
An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and to provide an A/D converter that can obtain highly accurate output by compensating for errors caused by offset voltages of amplifiers specific to charge-balanced A/D converters. It is on offer.

このため本発明は、アナログ入力信号をパルス信号に変
換する積分回路を用いたV/f変換回路、とのV/f変
換回路のパルス信号を計数するカウンタ、このカウンタ
の計数値を前記アナログ入力信号に対応するディジタル
値を出力する出力回路、前記V/f変換回路のオフセッ
ト量を検出するための基準電圧を与える手段、前記V/
f変換回路のオフセット量、に対応したパルス信号を計
数しディジタル信号として記憶するオフセット補償手段
とより構成したものである。
For this reason, the present invention provides a V/f conversion circuit using an integrating circuit that converts an analog input signal into a pulse signal, a counter that counts the pulse signals of the V/f conversion circuit, and a count value of this counter that is input to the analog input signal. an output circuit that outputs a digital value corresponding to the signal; a means for providing a reference voltage for detecting the offset amount of the V/f conversion circuit;
The offset compensating means counts pulse signals corresponding to the offset amount of the f conversion circuit and stores them as digital signals.

次に本発明を、実施例を示す図により詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in detail with reference to figures showing examples.

第4図は本発明の一実施例を示す構成図である。第4図
において第1図と同一符号は同一構成要素を示す。第4
図において11は入力電圧VIを増巾するプリアンプ、
S11〜StSはアナログスイッチ、CI、e CI2
. Cア@ Cbl、 Cb2はコンデンサ、20〜2
2はバッファアンプ、13はコンパレータ3の出力電圧
とクロックパルスCPからアナログスイッチ816の駆
動信号P8R%出力パルスP。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same components. Fourth
In the figure, 11 is a preamplifier that amplifies the input voltage VI;
S11~StS are analog switches, CI, e CI2
.. C@Cbl, Cb2 is a capacitor, 20~2
2 is a buffer amplifier; 13 is a drive signal P8R% output pulse P of the analog switch 816 from the output voltage of the comparator 3 and the clock pulse CP;

を発生するクロック制御回路、14はオフセットパルス
を計数するオフセットカウンタ、15はオフセットカウ
ンタ14の出力パルスP、に係数を乗じる係数回路、1
6は係数回路16の出力パルスP、を計数するカウンタ
、18はプリアンプ11のオフセット補償電圧を発生す
る補償電圧発生回路、12は基準電圧発生回路である。
14 is an offset counter that counts offset pulses; 15 is a coefficient circuit that multiplies the output pulse P of the offset counter 14 by a coefficient; 1;
6 is a counter that counts the output pulses P of the coefficient circuit 16; 18 is a compensation voltage generation circuit that generates an offset compensation voltage for the preamplifier 11; and 12 is a reference voltage generation circuit.

第5図はオフセットカウンタ14の一実施例を示す構成
図である。30はラッチ回路、31はラッチ回路30の
出力をプリセットできるプリセッタブルカウンタ、32
はフリップフロップ、33はANDゲートである。
FIG. 5 is a configuration diagram showing one embodiment of the offset counter 14. 30 is a latch circuit, 31 is a presettable counter that can preset the output of the latch circuit 30, 32
is a flip-flop, and 33 is an AND gate.

第6図は第4図の係数回路15の一実施例を示す構成図
である。32.34は加算回路、33゜35は加算結果
を記憶するレジスタである。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the coefficient circuit 15 shown in FIG. 4. 32, 34 are adder circuits, and 33.degree. and 35 are registers for storing the addition results.

第7図は第4図の係数設定回路17の一実施例を示す構
成図である。40はその補数を発生する補数発生回路、
42は加算回路、43はレジスタ、41はラッチ回路、
44は記憶回路である。
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of the coefficient setting circuit 17 shown in FIG. 4. 40 is a complement generation circuit that generates its complement;
42 is an adder circuit, 43 is a register, 41 is a latch circuit,
44 is a memory circuit.

第8図は第4図の補償電圧発生回路18に含まれるD/
A変換回路の一実施例を示す構成図であ・る。61,5
2はバッファアンプ、53.54はオペアンプ、851
−866はアナログスイッチ、Cat〜C54はコンデ
ンサである。
FIG. 8 shows the D/D included in the compensation voltage generation circuit 18 of FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of an A conversion circuit. 61,5
2 is a buffer amplifier, 53.54 is an operational amplifier, 851
-866 is an analog switch, and Cat~C54 is a capacitor.

第9図は第4図のプリアンプ11の一実施例を示す構成
図で、61.62はオペアンプ、R6,は抵抗、C61
はコンデンサ、S、1はアナログスイッチである。
FIG. 9 is a configuration diagram showing one embodiment of the preamplifier 11 in FIG. 4, where 61 and 62 are operational amplifiers, R6 is a resistor, and C61
is a capacitor, and S and 1 are analog switches.

以上の構成における動作を次に説明する。本発明では、
次の3種の変換サイクルを有す。第4図において、まず
第1の変換は、スイッチStSをオン状態にして零電圧
をA/D変換するオフセット補正サイクルであシ、第2
はスイッチS、1をオンし、入力電圧v1をA/D変換
する測定サイクル、第3は、スイッチ8111をオンし
てフルスケール基準電圧VFをA/D変換するフルスケ
ール補正サイクルである。まず測定サイクルを例にとり
、A/D変換動作を詳細に説明する。変換時間T。
The operation in the above configuration will be explained next. In the present invention,
It has three types of conversion cycles: In FIG. 4, the first conversion is an offset correction cycle in which the switch StS is turned on and the zero voltage is A/D converted.
The third is a measurement cycle in which the switch S,1 is turned on and the input voltage v1 is A/D converted, and the third is a full scale correction cycle in which the switch 8111 is turned on and the full scale reference voltage VF is A/D converted. First, the A/D conversion operation will be explained in detail by taking a measurement cycle as an example. Conversion time T.

は、耐ノイズ性を高めるため商用電源の1サイクル、即
ち1150秒あるいは1/60秒に選ぶ。入力電圧vI
はプリアンプ11で増巾されvIIになる。
is selected to be one cycle of the commercial power supply, that is, 1150 seconds or 1/60 seconds, in order to improve noise resistance. Input voltage vI
is amplified by the preamplifier 11 and becomes vII.

スイッチ814はまずa側にオンしてコンデンサCIl
をv目に充電する。この時コンデンサに蓄積される電荷
はqI−〇11v目である(コンデンサの容量を、その
符号で表わす)。次にスイッチ814はb側にオンし、
この電荷を放電する。オペアンプ2のゲインが十分大で
あればA点の電位は零でアリ、従ッテコンデンサCI、
は完全に放電する。
The switch 814 is first turned on to the a side and the capacitor CIl is turned on.
Charge it to the vth point. At this time, the charge accumulated in the capacitor is qI-011v (the capacitance of the capacitor is expressed by its sign). Next, the switch 814 is turned on to the b side,
This charge is discharged. If the gain of operational amplifier 2 is large enough, the potential at point A will be zero, and the following capacitor CI,
is completely discharged.

オペアンプ2とコレデンサCfは積分回路を構成してお
り、コンデンサC11から放電された電荷q1は、コン
デンサCtに蓄積される。同様にスイッチS11、コン
デンサCb1により基準電圧VBから、バイアス電荷q
b :Cb、 Vilが、積分回路に注入される。これ
らのスイッチS□4*81? はクロックパルスCPに
同期して一定周期Tapでこの動作を繰返す。従って、
積分回路の出力電圧V+tはTap時間ごとに ΔV+t=    (q量子qb)    ・・・・・
・・・・(5)t だけ変化する。第10図は、積分回路の動作を示すタイ
ムチャートで、(イ)はクロックパルス、(ロ)。
The operational amplifier 2 and the correductor Cf constitute an integrating circuit, and the charge q1 discharged from the capacitor C11 is accumulated in the capacitor Ct. Similarly, the bias charge q is converted from the reference voltage VB by the switch S11 and the capacitor Cb1.
b: Cb, Vil are injected into the integrating circuit. These switches S□4*81? repeats this operation at a constant period Tap in synchronization with the clock pulse CP. Therefore,
The output voltage V+t of the integrating circuit is ΔV+t= (q quantum qb) for each Tap time.
...(5) Change by t. FIG. 10 is a time chart showing the operation of the integrating circuit, where (a) is a clock pulse and (b) is a clock pulse.

(→はそれぞれスイッチS14+ st7をb側にオン
させる信号電圧、(ロ)は積分回路の出力電圧Vatを
示す。に)はコンパレータ3の出力電圧Vaで、積分回
路出力電圧Vatが負になった時、正の電圧を出力する
。クロック制御回路13はクロックパルスCPの立上り
時に、コンパレータ出力電圧Vaが正であれば、スイッ
チ816に対しオンパルスPsiを出力すると共にオフ
セットカウンター4に対し出力パルスP0を出力する。
(→ indicates the signal voltage that turns on the switch S14+st7 to the b side, and (b) indicates the output voltage Vat of the integrating circuit.) indicates the output voltage Va of the comparator 3, and when the integrating circuit output voltage Vat becomes negative outputs a positive voltage. At the rise of the clock pulse CP, the clock control circuit 13 outputs an on-pulse Psi to the switch 816 and outputs an output pulse P0 to the offset counter 4 if the comparator output voltage Va is positive.

スイッチStaは、通常a側にオンしており、コンデン
サC1は基準電圧−Vmに充電されている。オンパルス
PsBが到来するとこれをb側に放電する。この時放電
される電荷量q、は q、 =  vIl、 c 、    −−−−・−・
(6)で、これが上記入力電荷Qt及びノ(イアスミ荷
qbと平衡されるために入力する基準電荷である。
The switch Sta is normally turned on to the a side, and the capacitor C1 is charged to the reference voltage -Vm. When the on-pulse PsB arrives, it is discharged to the b side. The amount of charge q discharged at this time is q, = vIl, c, -----・-・
(6), this is the reference charge that is input to be balanced with the input charges Qt and the IA charge qb.

オンパルスPIIRを第10図(へ)に示す。On-pulse PIIR is shown in FIG.

変換時間T、内のクロックツくルスCPの数をNo、オ
ンパルスPIIBの数をNuとすると、変換時間T、内
にコンデンサCtに蓄積される電荷の総量は、 No (Q I+ qb ) +NRqr = 0  
・・・・・・・・・(7)即ち、出力パルスP、の数N
gは ・・・・・・・・・(8) のようになり、入力電圧V+ t = A V Iに比
例する。
If the number of clock pulses CP within the conversion time T is No, and the number of on-pulses PIIB is Nu, then the total amount of charge accumulated in the capacitor Ct within the conversion time T is: No (Q I + qb ) + NRqr = 0
(7) That is, the number N of output pulses P
g is as follows (8) and is proportional to the input voltage V+t=AVI.

第11図は3種の入力電圧に対する積分回路出力電圧波
形を示したものである。同図(イ)はり、ロックパルス
CP1(ロ)はVt=Oの時の積分電圧V+tの波形で
、主としてバイアス電荷QrによりVieは変化する。
FIG. 11 shows the integrating circuit output voltage waveforms for three types of input voltages. The lock pulse CP1 (b) in the figure (a) is the waveform of the integrated voltage V+t when Vt=O, and Vie changes mainly due to the bias charge Qr.

同図(→は1/2フルスケール電圧、即ちV+ =1/
2VF(0時の波形で、qt = 1 /2 Q r 
 となりクロックパルスCPのほぼ2回に1回の割合で
基準電荷qrが注入されることを示している。
In the same figure (→ is 1/2 full scale voltage, that is, V+ = 1/
2VF (waveform at 0, qt = 1 /2 Q r
This indicates that the reference charge qr is injected approximately once every two clock pulses CP.

同図に)はフルスケール電圧V I= V rが入力さ
れた時の波形で、q(=q、となり、クロックツ(ルス
CPに対し、はぼ毎回基準電荷が注入されることを示し
ている。
In the same figure) is the waveform when the full-scale voltage V I = V r is input, and q (= q), indicating that the reference charge is injected into the clock pulse CP almost every time. .

第12図は、本実施例が目標とする理想変換特性を示す
。横軸は入力電圧vI、縦軸は出力ノクルスPoの数n
である。入力電圧v1=0の時、出力パルス数n = 
N bに設定し、これを〕(イアス・(ルス数と呼ぶ。
FIG. 12 shows ideal conversion characteristics targeted by this embodiment. The horizontal axis is the input voltage vI, and the vertical axis is the number n of output Noculus Po.
It is. When input voltage v1 = 0, output pulse number n =
Nb, and this is called the](Ias・(Russ number).

Nb=2b     ・・・・・・・・・(9)を満足
させる。入力電圧V+ =VFO時、出カッくルス数n
 = N rに設定し Ny =Nc +Nb ・・・・・・・・・QI N c = 2 を満足させる。
Nb=2b......(9) is satisfied. When input voltage V+ = VFO, output coupling number n
= N r to satisfy Ny = Nc + Nb . . . QI N c = 2.

以上が第4図実施例の主としてアナログ部の動作f6る
。コンデンサC+12は電源周波数50/60H2切換
用コ/デンサで、60H1時にスイッチ81Bをオンし
、コンデンサC+1.Ct2を並列にして使用する。コ
ンデンサCb2は、両極性入力電圧を扱かう際に用いる
バイアス電荷用コンデンサで、両極性電圧の場合、単極
性入力のV I= 1 /2 V F時の入力電荷Qz
に等しいバイポーラバイアス電荷QbbをコンデンサC
b2から供給する。スイッチseaは、このバイポーラ
バイアス電荷qbbを供給するためのものである。
The above is mainly the operation f6 of the analog section in the embodiment of FIG. Capacitor C+12 is a co/capacitor for switching power supply frequency 50/60H2, and when switch 81B is turned on at 60H1, capacitor C+1. Use Ct2 in parallel. Capacitor Cb2 is a bias charge capacitor used when handling bipolar input voltage, and in the case of bipolar voltage, the input charge Qz when V I = 1 / 2 V F of unipolar input is
A bipolar bias charge Qbb equal to capacitor C
Supplied from b2. Switch sea is for supplying this bipolar bias charge qbb.

次に単極性入力の場合を例にとり、各変換サイクルの動
作を説明する。
Next, the operation of each conversion cycle will be explained using the case of unipolar input as an example.

まず最初にスイッチS13をオンし、零電圧を入力して
オフセット補正サイクルを実施する。上記説明の通シ、
の変換動作により、T1時間零電圧をA/D変換する。
First, switch S13 is turned on, zero voltage is input, and an offset correction cycle is performed. The above explanation,
By the conversion operation, the zero voltage for time T1 is A/D converted.

クロック制御回路13の出力パルスP0は、本来バイア
ス電荷qbKよるバイアスパルスのみのはずであるが、
プリアンプ1−1のオフセット電圧、積分回路を構成す
るオペアンプ2のオフセット電圧、アナログスイッチS
I4.8□のスパイクノズル等の影響、すなわちオフセ
ット誤差に帰着するすべての誤差要因の一影響が現われ
る。この時の出カッ(ルス即ちオフセットノ々ルスを、
オフセットカウンタ14、係数回路15を)(イノ(ス
し、直接出力カウンタ16で計数する。計数値はバイア
スパルス数Nbからオフセット誤差分Nogだけ異なっ
た数Nhaが得られる。オフセット誤差N。8が十分小
さい場合、例えばNog<1/2Nbの場合、ディジタ
ルオフセット補正係数Th、 a =Nb−とじてオフ
セットカウンタ14内のラッチ回路30にラッチさせる
。オフセット誤差NosがNo s > 1/ 2 N
bの場合については後述する。これでオフセット補正サ
イクルは完了する。
The output pulse P0 of the clock control circuit 13 should originally be only a bias pulse due to the bias charge qbK, but
Offset voltage of preamplifier 1-1, offset voltage of operational amplifier 2 that constitutes the integrating circuit, analog switch S
The influence of the spike nozzle etc. of I4.8□, ie, the influence of all error factors resulting in offset error appears. The output at this time is
The offset counter 14 and the coefficient circuit 15 are directly counted by the output counter 16.The counted value is a number Nha that differs from the bias pulse number Nb by the offset error Nog.The offset error N.8 is If it is sufficiently small, for example Nog<1/2Nb, the digital offset correction coefficient Th, a = Nb- is latched by the latch circuit 30 in the offset counter 14. If the offset error Nos is Nos>1/2N
Case b will be described later. This completes the offset correction cycle.

次にフルスケール補正サイクルの動作を説明する。変換
動作を開始するに先立ち、オフセットカウンタ14内の
プリセッタブルカウンタ31にラ ・ツチ回路30内の
ディジタルオフセット補正量Nedをロードすると共に
、フリップフロップ32をリセットする。スイッチS1
□をオンにし、フルスケール基準電圧VFを入力として
変換動作を開始させる。クロック制御回路13の出力〕
くルスPoは、オフセットカウンタ内のANDゲート3
3でストップされ、プリセッタブルカウンタ31にのみ
入力される。グリーセツタブルカウンタ31は、出力パ
ルスP、が到来する毎にその内容を1ずつ減じる。出力
パルスP、をNaa個計数計数と、プリセッタブルカウ
ンタ31はアンダーフローパルスPdを出力し、フリッ
プフロップ32をセットする。この結果、ANDゲート
33は出力パルスP、を、有効パルスP、とじて係数回
路15に出力する。係数回路15は第6図に示す如゛く
2組の加算器で構成されており、加算回路32、レジス
タ33で第1の加算器を、また加算回路34、レジスタ
35で第2の加算器を構成する。
Next, the operation of the full scale correction cycle will be explained. Prior to starting the conversion operation, the digital offset correction amount Ned in the latch circuit 30 is loaded into the presettable counter 31 in the offset counter 14, and the flip-flop 32 is reset. switch S1
Turn on □ and input the full-scale reference voltage VF to start the conversion operation. Output of clock control circuit 13]
Kurus Po is AND gate 3 in the offset counter
3, and is input only to the presettable counter 31. The greasy counter 31 decrements its contents by 1 each time an output pulse P arrives. After counting Naa output pulses P, the presettable counter 31 outputs an underflow pulse Pd, and the flip-flop 32 is set. As a result, the AND gate 33 outputs the output pulse P to the coefficient circuit 15 as an effective pulse P. The coefficient circuit 15 is composed of two sets of adders as shown in FIG. Configure.

第1の加算器はゲイン補正を行なう。ゲイン補正の方法
を実際の変換特性を示す第13図により説明する。第1
3図の縦軸は有効パルスP、の数を示す。ゲイン誤差を
発生する要因は種々ある。(8)式右辺の第1項はこれ
を示しており例えばプリアンプ11のゲイン誤差、基準
電圧VRの誤差、コンデンサの容量比C+1/Cr、こ
の他、スイッチ816は出力パルスP、に比例して駆動
されるため、ここから侵入するスパイクノイズもゲイン
誤差の要因となる。このようにゲイン誤差に帰着する全
ての要因の影響で、第13図に一点鎖線で示す理想変換
特性に対し、実際の変換特性は実線のようになる。即ち
、フルスケール基準電圧Vrを入力した時、有効パルス
P、の数は、真値Ncに対し実際にはN、となる。従っ
て真値Ncは有効パルスP、に次のゲイン補正係数に1
を、乗じたものを計数することによシ求める。N−=N
c+ΔN、とじて、 しかしこのゲイン補正係数を求めるためには除算が必要
となり回路が複雑になる。そこで次の近似式によシゲイ
ン補正係数に1を求め、適応制御を行なう。
The first adder performs gain correction. The gain correction method will be explained with reference to FIG. 13, which shows actual conversion characteristics. 1st
The vertical axis in FIG. 3 indicates the number of effective pulses P. There are various factors that cause gain errors. The first term on the right side of equation (8) shows this, and for example, the gain error of the preamplifier 11, the error of the reference voltage VR, the capacitance ratio C+1/Cr, and the switch 816 are proportional to the output pulse P. Since it is driven, spike noise that enters from here also causes gain errors. In this way, due to the influence of all the factors that result in gain errors, the actual conversion characteristic becomes as shown by the solid line, as opposed to the ideal conversion characteristic shown by the dashed line in FIG. That is, when the full-scale reference voltage Vr is input, the number of effective pulses P is actually N with respect to the true value Nc. Therefore, the true value Nc is equal to the effective pulse P, and the next gain correction coefficient is 1.
Find it by counting the products multiplied by . N-=N
c+ΔN.However, in order to obtain this gain correction coefficient, division is required, which complicates the circuit. Therefore, the gain correction coefficient is set to 1 using the following approximate equation, and adaptive control is performed.

ΔN。ΔN.

K、ユ1−□      ・・・・・・・・・0ノc Ncは01式で示した如< 2 Cを満足しており、ゲ
イン補正係数に1は、Nsに対し小数点移動と補数をと
ることで簡単に求めることができる。そこで、現フルス
、ケール補正サイクルにおいて設定されている係数をK
tiとすると、第6図の係数回路において有効パルスP
、が到来するごとに加算回路32を起動しレジスタ33
の内容とゲイン補正係数に1を加算し、この結果をレジ
スタ33に格納する。この時、小数点上へのキャリーを
出力パルスとして取出すと、このパルスは有効パルスP
、の数にKtlを乗じたものになる。第2の加算器は非
直線補正を行なうためのものであり、今簡単のため非直
線補正係数K j=1とすると、前記キャリーは係数回
路15の出力である変換パルスP0となる。変換周期T
、の間この変換パルスP。
K, Yu1-□ ......0 noc Nc satisfies < 2 C as shown in formula 01, and the gain correction coefficient of 1 means that the decimal point shift and complement are applied to Ns. You can easily find it by taking Therefore, the coefficient set in the current full scale and scale correction cycle is
ti, the effective pulse P in the coefficient circuit of FIG.
, starts the adder circuit 32 and registers the register 33 every time .
1 is added to the contents of and the gain correction coefficient, and this result is stored in the register 33. At this time, if the carry above the decimal point is extracted as an output pulse, this pulse becomes the effective pulse P
, multiplied by Ktl. The second adder is for performing non-linear correction, and for the sake of simplicity, if we assume that the non-linear correction coefficient Kj=1, the carry becomes the conversion pulse P0 which is the output of the coefficient circuit 15. Conversion period T
, this conversion pulse P.

を計数した時、計数値N、j〜NC751得られたとす
る。これはこの時用いたゲイン補正係数KgJがKtl
〜にヨであったことを意味する。そこでこの時の補正係
数の誤差分Δに0から次の補正係数KK、や、を KtJ、、=Kt、−Δにヨ、      ・・・・・
・・・・a→として求める。この演算は第4図の係数設
定回路17で行なう。詳細構成は第7図に示すとおりで
ある。フルスケール補正サイクルの変換ノ<ルスP、の
計数値N、Sが定まると、(1鴎式の演算は、まず小数
点移動のみで完了する。この結果を第7図の補数発生回
路40へ入力し、−Kg、を発生させ、これとレジスタ
43内にある現用補正係数KgJとを加算回路42にて
加算し、その結果をレジスタ43内へ格納する。この時
のレジスタ43の内容は更新されたゲイン補正係数Kt
J□である。
Suppose that when counting, a count value N,j~NC751 is obtained. This means that the gain correction coefficient KgJ used at this time is Ktl
It means that it was niyo. Therefore, from 0 to the error Δ of the correction coefficient at this time, the next correction coefficient KK, etc., is set to KtJ,, =Kt, -Δ, etc.
... Find it as a→. This calculation is performed by the coefficient setting circuit 17 shown in FIG. The detailed configuration is as shown in FIG. Once the count values N and S of the conversion nodal P of the full-scale correction cycle are determined, (1-Koh formula calculation is completed by only moving the decimal point. This result is input to the complement generation circuit 40 in FIG. 7. -Kg, is added to the current correction coefficient KgJ in the register 43 in the adder circuit 42, and the result is stored in the register 43.The contents of the register 43 at this time are updated. gain correction coefficient Kt
It is J□.

以上の如くして求まるディジタルオフセット補正係数D
1111% ゲイン補正係数に1を用いて第3のサイク
ル、測定サイクルを実行する。このサイクルではスイッ
チSttをオンして入力電圧vIを取り込み、A/D変
換を行なう。この時の動作は上記の説明通りである。こ
こでゲイン補正の他に熱電対人力等に必要な非直線補正
の方法について説明する。第14図は非直線変換特性を
示す°図で、入力電圧v1が入力された時、一点鎖線で
示す直線変換特性であればNI′が求まるが、実際に欲
しい変換値はNlである。そこでこの非直線補正を第6
図に示す係数回路の第2の加算器と、第7図に示す係数
設定回路によシ行なう。元来電荷平衡型A/D変換器は
、変化のゆるやかな入力電圧を対象にしている。従って
前回の測定サイクルの出力値Nr1.1と今回の出力値
N13とは大差ないことを前提とする。非直線補正係数
Kjは、出力係数値N1に対し、 K x + = N t / N t ’      
・・・・・・・・・C51として全スパンを等分割して
折線近似で記憶回路44内に記憶さ゛せる。そこで前回
測定サイクル時の計数値NB−1を、ラッチ回路41に
ラッチさせ、このラッチ回路の出力を記憶回路44に対
するアドレス入力として記憶回路から、非直線補正係数
Kztとして読み出し、加算回路34に入力する。
Digital offset correction coefficient D determined as above
1111% A third cycle, a measurement cycle, is executed using 1 as the gain correction coefficient. In this cycle, the switch Stt is turned on to take in the input voltage vI and perform A/D conversion. The operation at this time is as explained above. In addition to gain correction, a non-linear correction method required for thermocouples and the like will be explained here. FIG. 14 is a diagram showing the non-linear conversion characteristic. When the input voltage v1 is input, if the linear conversion characteristic is shown by the dashed line, NI' can be found, but the actual desired conversion value is Nl. Therefore, this non-linear correction is
This is performed using the second adder of the coefficient circuit shown in the figure and the coefficient setting circuit shown in FIG. Charge-balanced A/D converters are originally intended for input voltages that change slowly. Therefore, it is assumed that there is not much difference between the output value Nr1.1 of the previous measurement cycle and the current output value N13. The nonlinear correction coefficient Kj is calculated as follows for the output coefficient value N1: K x + = N t / N t '
. . . As C51, the entire span is equally divided and stored in the storage circuit 44 using broken line approximation. Therefore, the count value NB-1 from the previous measurement cycle is latched in the latch circuit 41, and the output of this latch circuit is read out from the memory circuit as an address input to the memory circuit 44 as a non-linear correction coefficient Kzt, and inputted to the adder circuit 34. do.

加算回路34では、第1の加算回路32からのキャリー
が到来するごとにレジスタ35の内容と非直線補正係数
KjIとを加算し、レジスタ35に格納する。加算回路
34からのキャリーが出カッ(ルスP、になる。なお本
計数回路で扱かい得る係数は1以下の数値である。そこ
で第15図に示す如く上に凸の変換曲線の場合は、その
ままでは直線化す名ことができない。そこでこのような
場合、この変換曲線の全範囲を下に見る二点鎖線で示す
変換特性を仮定し、第1の加算器で行なうゲイン補正を
第15図のN、′に対して行ない、非直線補正はこの仮
の変換直線から実変換特性へ、第15図のN+、N+’
により非直線補正係数Kz+=Nt/Nt’を用いて行
なう。
The adder circuit 34 adds the contents of the register 35 and the nonlinear correction coefficient KjI each time a carry from the first adder circuit 32 arrives, and stores the result in the register 35. The carry from the adder circuit 34 becomes the output (P).The coefficients that can be handled by this counting circuit are numbers less than 1.Therefore, in the case of an upwardly convex conversion curve as shown in FIG. It cannot be straightened as it is. Therefore, in such a case, assume the conversion characteristic shown by the two-dot chain line below the entire range of this conversion curve, and adjust the gain correction performed by the first adder as shown in Figure 15. N,', and non-linear correction is performed from this temporary conversion straight line to the actual conversion characteristic, N+, N+' in Figure 15.
This is performed using the non-linear correction coefficient Kz+=Nt/Nt'.

以上の3種の変換サイクル、即ちオフセット補正サイフ
ルOC1測定サイクルM1 フルスケ−を補正サイクル
FCを、実際には第16図に示す如き配分で実行する。
The three types of conversion cycles mentioned above, namely the offset correction full scale OC1 measurement cycle M1 and the full scale correction cycle FC, are actually executed in the distribution shown in FIG.

次に微小入力信号レベルを扱かう場合、入力電圧Vtと
プリアンプ11のオフセット電圧とが同程度の大きさと
なり、上記したディジタルオフセット補正のみでは、著
るしくダイナミックレンジを狭める恐れがある。このよ
うな場合には、オフセット補正サイクル時のカウンタ1
6による計数値Nb、に含まれるオフセット誤差N。8
が大きくなることで、その徴候を知ることができる。こ
のような場合には、補償電圧発生回路18によりオフセ
ット補償電圧を発生させ、これをプリアンプ11に入力
することにより、アナログ的にオフセット補償を行なう
二この方法を次に説明する。
Next, when dealing with a very small input signal level, the input voltage Vt and the offset voltage of the preamplifier 11 will be of similar magnitude, and there is a risk that the dynamic range will be significantly narrowed if only the digital offset correction described above is used. In such a case, counter 1 during the offset correction cycle
The offset error N included in the count value Nb due to 6. 8
You can tell the symptoms by seeing it get bigger. In such a case, two methods will be described below in which offset compensation is performed in an analog manner by generating an offset compensation voltage by the compensation voltage generation circuit 18 and inputting it to the preamplifier 11.

補償電圧発生回路18のD/A変換部の一実施例を第8
図に示している。今アナログオフセット補償量としてD
*aj が設定されているものとする。
An example of the D/A converter of the compensation voltage generating circuit 18 is shown in the eighth example.
Shown in the figure. Now, as the analog offset compensation amount, D
*aj is assumed to be set.

D o @ Jはにビットの2進数で Doaj=ak−1’2  +ak−2’2  +”・
・+a2・2”−1−a、・2+aO・・・・・・・・
・(161と表わせる。第8図においてこの2進数に相
当するアナログ補償電圧V、。を発生する。まず最初に
D o a Jの極性に応じ正の場合は851を一定時
間オンし、コンデンサC61をvRK充電する。コンデ
7 サCas t C52(D容量cst=cstとす
る。次にスイッチSSSを一時オンすると、コンデンサ
C51の電荷の1/2はコンデンサC62に移り、■・
川=1/2VB=V−st=V−52となる。そこで(
le式のMSBであるak−、=lのときスイッチss
sを一時オンすると、コンデンサCWtに蓄積された電
荷は全てC63に移る。この時、オペアンプ53の出の
時はスイッチ8114を一時オンしてコンデンサC62
の蓄積電荷を全て棄てる。次に再びスイッチ85Bをオ
ンするとコンデ/すC6,の蓄積電荷の1/2は再びコ
ンデンサCS2に移る。前回と同様、今度は(16)式
の係数ak、、の値に応じてスイッチSSSか8B4の
いずれかをオンする。このようにコンデンサC51の蓄
積電荷を遂次再配分し、これをに回繰返すことによりオ
ペアンプ53の出力電圧V・6′は +a、・Z+aO)       −曲°aηが得られ
る。この変換が終了後、スイッチss6を一時オンして
この電圧をコンデンサC54Kホールドさせ、オペアン
プ54の出力電圧■。。をオフセット補償電圧とする。
Do @ J is a bit binary number Doaj=ak-1'2 +ak-2'2 +"・
・+a2・2”-1-a, ・2+aO・・・・・・・・・
・(This can be expressed as 161. In Fig. 8, an analog compensation voltage V, which corresponds to this binary number, is generated. First, depending on the polarity of D o a J, if it is positive, 851 is turned on for a certain period of time, and the capacitor Charge C61 with vRK. Capacitor 7 Cas t C52 (D capacitance cst = cst. Next, when switch SSS is temporarily turned on, 1/2 of the charge of capacitor C51 is transferred to capacitor C62, and ■.
River=1/2VB=V-st=V-52. Therefore(
When ak-, which is the MSB of the le formula, = l, switch ss
When s is temporarily turned on, all the charges accumulated in capacitor CWt are transferred to C63. At this time, when the operational amplifier 53 is output, switch 8114 is temporarily turned on and capacitor C62 is output.
discards all accumulated charge. Next, when the switch 85B is turned on again, 1/2 of the charge accumulated in the capacitor C6 is transferred to the capacitor CS2 again. As in the previous case, this time either the switch SSS or 8B4 is turned on depending on the value of the coefficient ak, , in equation (16). By successively redistributing the charge accumulated in the capacitor C51 in this manner and repeating this process several times, the output voltage V.6' of the operational amplifier 53 can be obtained as +a,.Z+aO) -°aη. After this conversion is completed, the switch ss6 is temporarily turned on to hold this voltage on the capacitor C54K, and the output voltage of the operational amplifier 54 becomes ■. . Let be the offset compensation voltage.

プリアンプ11の実施例を第9図に示す。第9図は時比
率アンプと呼ばれ、ゲインがスイッチ861のa側への
オン時間に対するb側へのオン時間の比α= Tb、−
/ T−0のみによって決まる特徴を持つ。このアンプ
のオペアンプ62の正相入力にオフセット補償電圧V 
oeを入力するとする。
An embodiment of the preamplifier 11 is shown in FIG. FIG. 9 is called a duty ratio amplifier, and the gain is the ratio of the on time of the switch 861 to the a side to the b side on time α = Tb, -
/ Has characteristics determined only by T-0. Offset compensation voltage V is applied to the positive phase input of the operational amplifier 62 of this amplifier.
Suppose you input oe.

Vo。の1 digitはα9式より ΔV、−=  (VB/2  ) ・(C1+2/C5
+1)・・・・・・・・・(I団 である。このΔ■。8の変化による出力計数値の変化を
N −” 、i N bとする。再現性が確保できれば
、この関係は正確である必要はない。
Vo. 1 digit is ΔV, -= (VB/2) ・(C1+2/C5
+1)・・・・・・・・・(I group. Let the change in the output count value due to the change in this Δ■.8 be N −”, i N b. If reproducibility is ensured, this relationship is It doesn't have to be accurate.

今、ある測定サイクルにおいてアナログオフセット補正
係数り。aj−いディジタルオフセット補正係数Deu
−xで実行したと仮定する。次にオフセット補正サイク
ルを実行した結果、オフセットパルスNb、jが計数さ
れ、Nom5 =Nb*I  Nb > 1/4 Nb
になったと仮定する。次の測定サイクル及びフルスケー
ル補正サイクルは、ディジタルオフセット補正係数Do
ajのみをり、d1=Nb、jに変更して変換する。次
のオフセット補正サイクルでは、ディジタルオフセット
補正係数Do a 1に含まれる1/ J N b分を
、アナログオフセット補正係数D oaに移し、D o
 a 1ゆs ” D o a Hや、としてオフセッ
ト補正サイクルを実行する。この結果、アナログオフセ
ット補正係数D oaj+1の時のオフセットパルスN
b5j++が計数され、従って次の測定サイクル及びフ
ルスケール補正サイクルにおいては、更新されたアナロ
グオフセット補正係数ILaJ+hディジタルオフセッ
ト補正係数Da a j+ + =Nb a j□を用
いて変換を行なう。
Now, in a certain measurement cycle, the analog offset correction coefficient is calculated. aj- digital offset correction coefficient Deu
-x. Next, as a result of executing the offset correction cycle, offset pulses Nb,j are counted, and Nom5 = Nb*I Nb > 1/4 Nb
Assume that it has become. The next measurement cycle and full-scale correction cycle uses the digital offset correction coefficient Do
Conversion is performed by changing only aj to d1=Nb, j. In the next offset correction cycle, 1/J N b included in the digital offset correction coefficient Do a 1 is transferred to the analog offset correction coefficient Do oa, and
The offset correction cycle is executed as ``a1yus''D o a H.As a result, the offset pulse N when the analog offset correction coefficient D oaj+1 is
b5j++ is counted, so that in the next measurement cycle and full-scale correction cycle, the updated analog offset correction coefficient ILaJ+h digital offset correction coefficient Da a j+ + =Nb a j□ is used to perform the conversion.

第17図は以上の説明を整理して示したオフセ  ・ッ
ト補償方法を示すフローチャートである。まず設計時あ
るいは試験時に定めたオフセット補正のためのディジタ
ル及びアナログ補正係数の初期値Ded、HDo、。を
設定(too)した後、フラグFをクリアする(105
)。以上が初期化処理で、以後゛は毎変換サイクル毎に
繰返す通常処理である。まずフラグFの状態によシアナ
ログ補正係数を±1の範囲で調整した後、フラグFをリ
セットする(110〜130)。この後、オフセットカ
ウンタ14(及び係数回路15)の・(イパス回路を形
成(135) L、零電圧を入力(140) j、た後
、オフセット補正のためのA/D変換を行なう(145
)。
FIG. 17 is a flowchart showing an offset compensation method that summarizes the above explanation. First, initial values Ded, HDo, of digital and analog correction coefficients for offset correction determined at the time of design or testing. After setting (too), clear flag F (105
). The above is the initialization process, and thereafter, '' is the normal process that is repeated every conversion cycle. First, the analog correction coefficient is adjusted within the range of ±1 depending on the state of flag F, and then flag F is reset (110 to 130). After that, the offset counter 14 (and coefficient circuit 15) is formed with a path circuit (135), zero voltage is input (140), and A/D conversion is performed for offset correction (145).
).

このA/D変換の出力であるNbaはノ(イアスノ<ル
スNbとオフセット誤差Nagが含まれており、これら
を分離する(150)、(バイアスノ(ルスNbで発生
するためのスイッチS、□コンデンサCb1を中心とす
る回路にも誤差を発生する要因がある。
Nba, which is the output of this A/D conversion, includes オ(Iasウョョョョョョョ) and offset error Nag. There are also factors that cause errors in the circuit centered around Cb1.

但しこれらによる誤差は全てオフセット誤差Nosに帰
着する。)オフセット誤差Nosと、オフセットアナロ
グ補正の1 digit出力換算値N、1(本例ではN
、、=1/4Nb )とを比較し、オフセット誤差No
sが−N oa以下であればフラグF=1、N oa以
上であればF=2、l Nos l (No−であれば
F’=Oをセットする(155〜170)。これは次回
の変換サイクルのアナログオフセットの調整量をプリセ
ットしたことを意味する。今回のオフセットディジタル
補正係数D a aは、上 オフセット計数値N b 
aをそのまま設定しく175) 、オフセットカウンタ
(第Q+図14)、係数回路(同15)を生かし、入力
信号電圧VIを印加した(175,180)後入力信号
電圧vIをA/D変換する。以上がオフセット補正及び
測定サイクルで構成するA/D変換の1サイクルである
。次回の変換サイクルでは、今回プリセットしたフラグ
Fの状態に応じアナログオフセット補正を調整した後、
このアナログオフセット補正量に対応したディジタルオ
フセット補正係数を設定し測定サイクルに入る。このよ
うに毎変換サイクル毎にアナログオフセット補償量に対
応してディジタルオフセット補償量を決定するため、こ
れら両者の相、対関係は正確である必要はなく、例えば
アナログオフセット補正のための補償電圧発生回路(第
4図18)のオフセット、入出力特性の非直線性、′長
時間ドリフト等は、本補正方式に全く支障をきたさない
However, all of these errors result in an offset error Nos. ) Offset error Nos and offset analog correction 1 digit output conversion value N, 1 (in this example, N
, , = 1/4Nb), and the offset error No.
If s is -Noa or less, flag F=1, if it is Noa or more, F=2, l Nos l (If No-, set F'=O (155 to 170). This will be used for the next This means that the analog offset adjustment amount for the conversion cycle has been preset.The current offset digital correction coefficient D a a is the upper offset count value N b
After applying the input signal voltage VI (175, 180), the input signal voltage vI is A/D converted using the offset counter (175), the offset counter (14), and the coefficient circuit (15). The above is one cycle of A/D conversion consisting of offset correction and measurement cycles. In the next conversion cycle, after adjusting the analog offset correction according to the state of flag F that was preset this time,
A digital offset correction coefficient corresponding to this analog offset correction amount is set and a measurement cycle begins. In this way, the amount of digital offset compensation is determined in correspondence with the amount of analog offset compensation for each conversion cycle, so the relative relationship between the two does not need to be accurate; for example, when generating a compensation voltage for analog offset compensation. Offsets of the circuit (FIG. 4, 18), nonlinearity of input/output characteristics, long-term drifts, etc. do not impede the present correction method at all.

第18図は、フルスケール補正方法を示すフローチャー
トである。初期化処理として設計時あるいは試験時に決
定したフルスケール補正係数K。
FIG. 18 is a flowchart showing a full scale correction method. Full-scale correction coefficient K determined at the time of design or testing as initialization processing.

の初期値に、。を設定する(200)。以下通常処理と
して上に述べたオフセット補正(205)を行なった後
、測定サイクルのA/D変換(210)を行なう。その
後フルスケール補正サイクルに入り、’if第4図スイ
ッチ812をオンしてフルスケール基準電圧VFを印加
(215)した後このフルスケール基準電圧VFをA/
D変換する(220)。この時の出力値N、から補正係
数に1の修正量Δに1を求め(225) 、次回の変換
サイクルのためのフルスケール補正係数を決定(230
)Nしてフルスケール補正サイクルを終る。
to the initial value of . (200). After the offset correction (205) described above is performed as normal processing, A/D conversion (210) of the measurement cycle is performed. After that, the full scale correction cycle starts, and if the switch 812 in FIG. 4 is turned on and the full scale reference voltage VF is applied (215), this full scale reference voltage VF is
D conversion is performed (220). From the output value N at this time, the correction amount Δ of 1 is calculated as 1 (225), and the full scale correction coefficient for the next conversion cycle is determined (230).
)N to end the full scale correction cycle.

以上はユニポー2入力(片極性信号)の場合についての
説明であるが、バイボー長入力(両極性入力)の場合も
同様に補正することが可能である。
Although the above description is for the case of Unipolar 2 inputs (unipolar signals), it is possible to similarly correct the case of Bibo length inputs (bipolar inputs).

但し、ユニポーラ入力の場合には、オフセット補正はゲ
イン補正係数に1と無関係に行なうことができたが、バ
イポーラ入力の場合には相互に干渉がある。第19図は
バイポーラ入力の場合の補正方法の1例を示すA/D変
換特性図で、′先に述べた第12図に対応する。横軸は
大刀電圧で士VF(フルスケール電圧)の範囲で変化し
、オフセット補正は中央の零電圧で、またフルスケール
補正は+’VF電圧で行なう。同図(イ)は理想変換特
性を示し、−VF大入力時、出力パルスP、の数はバイ
アスパルス数Nbに一致し、零電圧大刀の時、フルスケ
ール補正係数にヨの基に係数器出力の変換パルスP、は
バイポーラバイアスパルスN b b aとな’)、+
Vp入カの時出力値はN8になる。ここで実際の変換特
性が同図(ロ)である場合についてオフセット補正及び
フルスケール補正の方法について説明する。変換特性(
→の場合、零人カによるオフセラ)M正の結果、真のバ
イホーラハイアスハ” ス数N b b a との誤差
ΔNbbs1が得られる。係数回路の係数が1であれば
、このΔNbb・1を前述のオフセット補償すれば、変
換特性神同図(ハ)に平行移動するはずであるが、係数
回路において係数に91が乗じられた結果のオフセット
であるから、オフセット補償の結果はΔN bbal 
/ Kヨだけ平行移動して同図に)の特性になシ、完全
には補償されない。この状態で上述のフルスケール補正
ヲ行すうと、フルスケール出力誤差ΔN。1が補償され
て同図に)の特性に変る。これでオフセット補正及びフ
ルスケール補正の1サイクルを終るが、この結果、最初
のバイポーラオフセット誤差ΔNb用は、ΔNbba2
縮小されている。従って以上の補正サイクルを繰返し実
行すれば、両誤差は無限°に小さくなり、両補償の目的
を達成する。
However, in the case of unipolar input, offset correction could be performed regardless of the gain correction coefficient of 1, but in the case of bipolar input, there is mutual interference. FIG. 19 is an A/D conversion characteristic diagram showing an example of a correction method in the case of bipolar input, and corresponds to FIG. 12 described earlier. The horizontal axis is the long voltage, which varies within a range of VF (full-scale voltage), and offset correction is performed using the zero voltage in the center, and full-scale correction is performed using the +'VF voltage. The same figure (a) shows the ideal conversion characteristic, when the -VF large input, the number of output pulses P, matches the number of bias pulses Nb, and when the voltage is zero, the full scale correction coefficient is The output conversion pulse P is the bipolar bias pulse N b b a'), +
When Vp is input, the output value becomes N8. Here, the method of offset correction and full-scale correction will be explained for the case where the actual conversion characteristic is as shown in FIG. Conversion characteristics (
In the case of →, as a result of M positive due to the zero force, an error ΔNbbs1 with respect to the true biholer high frequency number N b b a is obtained. If the coefficient of the coefficient circuit is 1, this ΔNbb・1 If the above-mentioned offset compensation is performed, the conversion characteristic should be translated in parallel to the same figure (c), but since the offset is the result of multiplying the coefficient by 91 in the coefficient circuit, the result of offset compensation is ΔN bbal
/Kyo (translated in parallel to the same figure), it is not completely compensated for. If the above-mentioned full scale correction is performed in this state, the full scale output error ΔN will occur. 1 is compensated and changes to the characteristic shown in the same figure). This completes one cycle of offset correction and full-scale correction, but as a result, the initial bipolar offset error ΔNb is ΔNbba2
It has been reduced. Therefore, by repeating the above correction cycle, both errors become infinitely small and the objectives of both compensations are achieved.

以上詳細に説明したように、本発明においては変換時に
発生するオフセット誤差及びゲイン誤差は、ディジタル
的あるいはアナログ的手段により正確に補償されている
。従ってMOS (MetalQxide Sem1c
onducton ) −L S I ノ如キアナロ夛
性能の悪い半導体上に集積しても高精度が得られると共
に、コンデンサの容量値を小さくしても精度を確保する
ことを可能ならしめる。この結果外付部品をなくL′f
cA/D変換器を実現することが可能となり極めて大き
い効果が得られる。
As explained in detail above, in the present invention, offset errors and gain errors occurring during conversion are accurately compensated for by digital or analog means. Therefore, MOS (MetalQxide Sem1c
High precision can be obtained even when integrated on a semiconductor with poor analog performance, and precision can be ensured even when the capacitance value of a capacitor is reduced. As a result, no external parts are required and L'f
It becomes possible to realize a cA/D converter, and an extremely large effect can be obtained.

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

第1図は従来の変換器の1例を示す構成図、第2図、第
3図は第1図の動作を説明するためのタイムチャート、
第4図は本発明の一実施例を示す構成図、第5図、第6
図、第7図、第8図、第9図は第4図の部分構成図、第
10図、第11図は第4図回路の動作を説明するタイム
チャート、第12図、第13図、第14図、第15図、
第19図は本発明の詳細な説明するためのA/D変換特
性を示す図、第16図は変換サイクルを示す図、第17
図はオフセット補償方法を示すフローチャート、第18
図はフルスケール補償方法を示すフローチャートである
。 2・・・オペアンプ、3・・・コンパレータ、4・・・
クロック発生回路、7・・・ラッチ回路、11・・・プ
リアンプ、12・・・基準電圧発生回路、13・・・ク
ロック制御回路、14・・・オフセットカウンタ、15
・・・係数回路、16・・・出力カウンタ、17・・・
係数設定回路、18・−・補償電圧発生回路、20〜2
3・・・バッファアンプ。 第 10 4 鵠 2[:l 躬 3 口 第50 33 第60 <=1      k’L 第 70 第8目 第9凪 第10口 … (へ 篤11圀 (イ 躬120 憤 第130 CI            VF 第15目 躬160 第17囚 第180 茗19囚 −VF     OtVF
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional converter, FIGS. 2 and 3 are time charts for explaining the operation of FIG. 1,
Figure 4 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, Figures 5 and 6.
7, 8, and 9 are partial configuration diagrams of FIG. 4, FIGS. 10 and 11 are time charts explaining the operation of the circuit in FIG. 4, and FIGS. 12, 13, Figure 14, Figure 15,
FIG. 19 is a diagram showing A/D conversion characteristics for detailed explanation of the present invention, FIG. 16 is a diagram showing a conversion cycle, and FIG.
FIG. 18 is a flowchart showing an offset compensation method.
The figure is a flowchart showing a full-scale compensation method. 2... operational amplifier, 3... comparator, 4...
Clock generation circuit, 7... Latch circuit, 11... Preamplifier, 12... Reference voltage generation circuit, 13... Clock control circuit, 14... Offset counter, 15
...Coefficient circuit, 16...Output counter, 17...
Coefficient setting circuit, 18 - Compensation voltage generation circuit, 20-2
3...Buffer amplifier. 10th 4th Ego 2[:l 謬 3 口 50th 33rd 60th <=1 k'L th 70th 8th 9th calm 10th... Moku 160 17th Prisoner 180 Mei 19th Prisoner-VF OtVF

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、アナログ入力信号をパルス信号に変換する積分回路
を用いたV/f変換回路、このV/f変換回路のパルス
信号を計数するカウンタ、このカラ/りの計数値を前記
アナログ入力信号に対応するディジタル値を出力する出
力回路、前記V/f変換回路のオフセット量を検出する
ためめ基準電圧を与える手段、前記V/f変換回路のオ
フセット量に対応したパルス信号を計数しディジタル信
号として記憶するオフセット補償手段とよシ構成したこ
とを特徴とするA/D変換器。
1. A V/f conversion circuit using an integrating circuit that converts an analog input signal into a pulse signal, a counter that counts the pulse signal of this V/f conversion circuit, and this color/recount value corresponds to the analog input signal. an output circuit that outputs a digital value, a means for applying a reference voltage to detect the offset amount of the V/f conversion circuit, and a pulse signal corresponding to the offset amount of the V/f conversion circuit that is counted and stored as a digital signal. An A/D converter characterized in that it is also configured with offset compensation means.
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