JPS5847327A - Analog-to-digital converter - Google Patents

Analog-to-digital converter

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JPS5847327A
JPS5847327A JP14593981A JP14593981A JPS5847327A JP S5847327 A JPS5847327 A JP S5847327A JP 14593981 A JP14593981 A JP 14593981A JP 14593981 A JP14593981 A JP 14593981A JP S5847327 A JPS5847327 A JP S5847327A
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JP
Japan
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analog
digital
signal
level
digital converter
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Pending
Application number
JP14593981A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Tajima
淳 田島
Sadayuki Nishiki
西木 貞之
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS5847327A publication Critical patent/JPS5847327A/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
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/18Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging

Abstract

PURPOSE:To improve the reliability of converted data as well as the S/N and at the same time to realize a reduction of cost, by performng an automatic gain control in response to the voltage level of an analog input signal. CONSTITUTION:A level detecting/controlling circuit 18, a variable resistance circuit network 20 and an operational amplifier 21 are added to various types of A/D converters. Thus automatic gain control is performed in accordance with the level of an analog input signal, and an A/D conversion is possible with high accuracy. As a result, the high reliability is maintained for a converted data. AT the same time, the S/N is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアナログ入力信号レベルに対応して自動利得制
御を行い、精度良くアナログ−ディジタル変換を行うこ
とができるアナログ−ディジタル変換器に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an analog-to-digital converter that performs automatic gain control in response to an analog input signal level and can perform analog-to-digital conversion with high accuracy.

以下、代表的な逐次比較型アナログ−ディジタル変換器
と並列処理型アナログ−ディジタル変換器を例にして従
来の問題点を説明するが、積分型アナログ−ディジタル
変換器や。直並列型アナログ−ディジタル変換器につい
ても同様である。
Hereinafter, conventional problems will be explained using typical successive approximation type analog-to-digital converters and parallel processing type analog-to-digital converters as examples. The same applies to serial-parallel type analog-to-digital converters.

第1図は従来の逐次比較型アナログ−ディジタル変換器
の構成図を示したもので、1はアナログ信号入力端子、
2は比較器、3はアナログ−ディジタル変換開始パルス
入力端子“、4は逐次比較レジスタ、5はディジタル°
信号出力端子、6はディジタル−アナログ変換器、7は
ディジタル−アナログ変換器6の基準電圧入力端子であ
る。アナログ−ディジタル変換器の変換ビット数をnと
したとき、逐次比較レジスタ4はnピット構成をとる。
Figure 1 shows a configuration diagram of a conventional successive approximation type analog-to-digital converter, where 1 is an analog signal input terminal;
2 is a comparator, 3 is an analog-to-digital conversion start pulse input terminal, 4 is a successive approximation register, and 5 is a digital
A signal output terminal, 6 is a digital-to-analog converter, and 7 is a reference voltage input terminal for the digital-to-analog converter 6. When the number of converted bits of the analog-to-digital converter is n, the successive approximation register 4 has an n-pit configuration.

第1図の動作は次の通りである。端子3に変換開始パル
スが印加されると、まず暫定的に逐次比較レジスタ4の
最上位ビットが1”状態となる。
The operation of FIG. 1 is as follows. When a conversion start pulse is applied to the terminal 3, the most significant bit of the successive approximation register 4 temporarily becomes 1'' state.

ディジタル−アナログ変換器6は、基準電圧入力端子7
から入力された電圧Vrefを基準として、逐次比較レ
ジスタ4のディジタル値に対応したアナログ電圧を作成
し、比較器2の一方の入力とする回路であり、逐次比較
レジスタ4の最上位ビットが°′1”のとき、1/2F
SR(F S Rはフルスケールで、最大入力電圧許容
範囲を示す)の電圧が比較器2に与えられる。比較器2
は端子1からのアナログ入力電圧Vinとディジタル−
アナログ変換器6からの1/2 F S Rの出力電圧
を比較し、Vin >1/2FSRのときは逐次比較レ
ジスタ4の最上位ビットを“1nにしたまま、次の(最
上位−1)ビット目を′1”にし、Vin<1/2FS
Rのときは、逐次比較レジスタ4の最上位ビットを0”
にし、次の(最上位−1)ビット目のみを”1”状態に
する。この結果、ディジタル−アナログ変換器6からは
、Vin>1/2FSRのときは(1/2+174)F
SR、Vin(172FSRのときは174FSRの出
力電圧が得られる。比較器2は、この(1/2+1/4
)FSRあるいは1/4FSRとVinを再び比較し、
Vin > (1/ 2+174 ) F S R,の
ときは、逐次比較レジスタ4の最上、位、(最上位−1
)ビットを”1”にしたまま、次の(最上位−2)ビッ
ト目を′1”(二し、Vin < (1/2+1/4 
) F S Rのときは、最上位ビットを“′1”、(
最上位−1)ビットを0#にして、次の(最上位−2)
ビット目を“1′にする。また、Vin > 174 
F SRのときは、最上位ビットを0″、(最上位−1
)ビットを1″にして、次の(最上位−2)ビット目を
1″にし、Vin<1/4FSRのときは、最上位、(
最上位−1)ビットをいずれも0”にし、次の(最上位
−2)ビット目のみ1”にする。以下、端子1からのア
ナログ信号入力とディジタル−アナログ変換器6の出力
電圧が一致するまで、逐次比較レジスタ4の各ビットを
最上位ビットから1ビツトずつ次々に′1#あるいは@
0#を設定していき、一致したときの逐次比較レジスタ
4のディジタル値を出力端子5から送出する。
The digital-to-analog converter 6 has a reference voltage input terminal 7
This circuit creates an analog voltage corresponding to the digital value of the successive approximation register 4 based on the voltage Vref input from 1”, 1/2F
The voltage of SR (FSR is full scale and indicates the maximum input voltage allowable range) is applied to comparator 2. Comparator 2
is the analog input voltage Vin from terminal 1 and the digital -
The output voltage of 1/2 FSR from the analog converter 6 is compared, and when Vin > 1/2 FSR, the most significant bit of the successive approximation register 4 is set to "1n" and the next (most significant - 1) Set the bit to '1' and Vin<1/2FS
When R, the most significant bit of successive approximation register 4 is set to 0''
and set only the next (most significant -1) bit to the "1" state. As a result, the digital-to-analog converter 6 outputs (1/2+174)F when Vin>1/2FSR.
SR, Vin (When 172FSR is used, an output voltage of 174FSR is obtained. Comparator 2
) Compare FSR or 1/4FSR and Vin again,
When Vin > (1/2 + 174) FSR, the highest position of successive approximation register 4,
) bit remains ``1'', and the next (most significant - 2nd) bit is set to ``1'' (2, Vin < (1/2 + 1/4
) For FSR, set the most significant bit to "'1", (
Set the most significant - 1) bit to 0# and then the next (most significant - 2)
Set the bit to “1”. Also, Vin > 174
For F SR, the most significant bit is 0'', (most significant - 1
) bit to 1'', then the next (most significant - 2) bit to 1'', and when Vin<1/4FSR, the most significant, (
The most significant -1) bits are all set to 0'', and only the next (most significant -2) bit is set to 1''. Thereafter, each bit of the successive approximation register 4 is sequentially changed from the most significant bit to '1# or @ until the analog signal input from terminal 1 and the output voltage of the digital-to-analog converter 6 match.
0# is set, and when a match occurs, the digital value of the successive approximation register 4 is sent out from the output terminal 5.

第2図は、従来の並列処理型アナログ−ディジタル変換
器の構成図を示したもので、1はアナログ信号入力端子
、5はディジタル信号出力端子、7は基準電圧入力端子
、8はアナログ−ディジタル変換パルス入力端子、9は
抵抗回路、10は比較R< 群、11はエンコーダ、1
2はラッチ回路である。
Figure 2 shows a configuration diagram of a conventional parallel processing analog-to-digital converter, in which 1 is an analog signal input terminal, 5 is a digital signal output terminal, 7 is a reference voltage input terminal, and 8 is an analog-to-digital converter. Conversion pulse input terminal, 9 is a resistance circuit, 10 is a comparison R< group, 11 is an encoder, 1
2 is a latch circuit.

第1歯の場合と同様に、第2図でもnビットのアナログ
−ディジタル変換を行うとした場合、抵抗回路9は鎮子
7に与えられる基準電圧Vre fを2n等分に分割し
、それぞれ重みの異なった2n−1個の比較電圧を作成
する。比較器群10は2’−1個の比較器からなり、抵
抗回路9で作成された2n−1個の比較電圧を各比較器
の一方の入力とし、入力端子1のアナログ信号Vinを
各比較器の他方の入力として並列(=印加し、端子8に
与えられるパルスの印加タイミングで同時に比較を行う
。この結果、比較器群10より20−1個のハイレベル
、ローレベルの信号が出力される。エンコーダ11は、
この比較器群10から出力される2n−1個の信号のハ
イレベル、ローレベルに対応してnビットのバイナリコ
ードなどへ変換する回路で、変換されたnビットのディ
ジタル信号はう:子回路12にラッチされ、出力端子5
から送出さオ、る。
As in the case of the first tooth, when n-bit analog-to-digital conversion is performed in FIG. Create 2n-1 different comparison voltages. The comparator group 10 consists of 2'-1 comparators, the 2n-1 comparison voltages created by the resistance circuit 9 are used as one input of each comparator, and the analog signal Vin of the input terminal 1 is used as the input for each comparison. Parallel (= is applied to the other input of the device, and comparison is performed simultaneously at the application timing of the pulse given to terminal 8. As a result, 20-1 high level and low level signals are output from the comparator group 10. The encoder 11 is
This is a circuit that converts the 2n-1 signals outputted from the comparator group 10 into n-bit binary codes in response to the high level and low level, and the converted n-bit digital signal is a child circuit. 12, output terminal 5
Sent from O, Ru.

ところで、これらのアナログ−ディジタル変換器は、ア
ナログ入力信号の振幅に対し、出力を直、線的に増加す
るようなディジタル量に量子化しているため、低いレベ
ルの入力信+′fに対しては、十分良い精度を得ること
が困難である。即ち、たとえばθ〜5■の入力雪号を1
0ピツトのアナログ−ディジタル変換器を用いて変換す
るとすれば、5■では0.1%の精度を保ち得るが、2
,5■に対しては0.2%、IVに対してはQ、 5係
、そして0.5Vに対しては1%の精度しか作ち得ない
。従って、広いダイナミックレンジをもっているような
信号を計測するための計測器では、従来のアナログ−デ
ィジタル変換°器をそのまま使用しても、変換されたデ
ィジタルデータはそれぞれ異なった精度をもっており、
データの信頼性が失われる欠点がある。また、変調器や
復調器では、信号のもっているS/N (信号電力対雑
音電力比)が劣化するという欠点も有している。
By the way, these analog-to-digital converters quantize the output into a digital amount that increases directly or linearly with respect to the amplitude of the analog input signal, so for a low level input signal +'f It is difficult to obtain sufficiently good accuracy. That is, for example, if the input snow number of θ~5■ is 1
If conversion is performed using a 0-pit analog-to-digital converter, an accuracy of 0.1% can be maintained for 5■, but 2
, 5■, 0.2%, IV, Q, 5, and 0.5V, only 1% accuracy can be achieved. Therefore, even if a conventional analog-to-digital converter is used as is in a measuring instrument for measuring signals with a wide dynamic range, the converted digital data will have different accuracies.
The drawback is that the reliability of the data is lost. Additionally, modulators and demodulators have the disadvantage that the S/N (signal power to noise power ratio) of the signal deteriorates.

そのため、アナログ入力信号のレベルに対応して自動利
得制御を行うようにしたアナログ−ディジタル変換器が
提案されている。第3図および第4図に、この種のアナ
ログ−ディジタル変換器の従来例を示す。こ\で、第3
図は可変利得増幅回路13で増幅されたアナログは号を
バイナリコードのディジタル信号に変換出力する第1ア
ナログ−ディジタール変換器14と、入力のアナログ信
号をバイナリコードのディジタル信号に変換して、前記
可変利得増幅回路13の利得を設定する第2アナログ−
ディジタル変換器15とで構成して、第1アナログ−デ
ィジタル変換器14に常にフルスケールのアナログ入力
信号が印加されるようにしたものである。また、第4図
はアナログ−ディジタル変換器16で変換したディジタ
ル信号を電子計算機17が読み取って、そのレベルに応
じて可変利得増幅回路13の利得を調整する構成にして
、アナログ−ディジタル変換器16に常にフルスケール
のアナログ入力信号が印加されるようにしたものである
Therefore, an analog-to-digital converter has been proposed that performs automatic gain control in response to the level of an analog input signal. 3 and 4 show conventional examples of this type of analog-to-digital converter. Here, the third
The figure shows a first analog-to-digital converter 14 that converts and outputs the analog signal amplified by the variable gain amplifier circuit 13 into a binary code digital signal, and a first analog-to-digital converter 14 that converts the input analog signal into a binary code digital signal and outputs the analog signal amplified by the variable gain amplifier circuit 13. a second analog for setting the gain of the variable gain amplifier circuit 13;
A digital converter 15 is configured so that a full-scale analog input signal is always applied to the first analog-to-digital converter 14. Further, FIG. 4 shows a configuration in which an electronic computer 17 reads the digital signal converted by the analog-to-digital converter 16 and adjusts the gain of the variable gain amplifier circuit 13 according to the level of the digital signal converted by the analog-to-digital converter 16. A full-scale analog input signal is always applied to the

しかしながら、第3図の構成?は、2個のアナログ−デ
ィジタル変換器を使用、ているためにコストが上昇し、
また、第4図の構成は、演算速度が速くできないとと\
ソフトシLアに負担がか\る点で最適な構成とは言い難
い 本発明はこれらの欠点を険去するために、アナログ−デ
ィジタル変換器に、ディジタル信号出力の1秒間の平均
信号レベルを検出し、検出されたレベルに応じて複数の
出力端子のうちの一つの端子を選択し、その選択された
出力端子に制御信号を送出するレベル検出・制御回路、
該レベル検出・制御回路の出力信号によりディジタル的
に制御される可変抵抗回路網、該抵抗回路網の抵抗値に
比例した電圧値を得るための演算増幅器を付加し、アナ
ログ入力信号電圧レベルに対応して自動利得制御を行い
ながら精度良くアナログ−ディジタル変換する新規かつ
安価なアナログ−ディジタル変換器を提供するもので、
以下図面により詳細を説明する。
However, the configuration in Figure 3? uses two analog-to-digital converters, which increases cost and
Also, the configuration shown in Figure 4 requires faster calculation speed.
In order to eliminate these drawbacks, the present invention is difficult to say that it is an optimal configuration in that it places a burden on the soft signal. a level detection/control circuit that selects one of the plurality of output terminals according to the detected level and sends a control signal to the selected output terminal;
A variable resistance network is digitally controlled by the output signal of the level detection/control circuit, and an operational amplifier is added to obtain a voltage value proportional to the resistance value of the resistance network, corresponding to the analog input signal voltage level. The objective is to provide a new and inexpensive analog-to-digital converter that performs accurate analog-to-digital conversion while performing automatic gain control.
Details will be explained below with reference to the drawings.

第5図は逐次比較型アナログ−ディジタル変換器(変換
ビット数n)に本発明を適用した場合の実施例で、1は
アナログ信号入力端子、2は比較器、3はアナログ−デ
ィジタル変換開始パルス入力端子、4は逐次比較レジス
タ、5はディジタル信号出力端子、6はディジタル−ア
ナログ変換器、7はディジタル−アナログ変換基準電圧
入力端子、18は信号レベル検出・制御回路、19は可
変抵抗回路制御潴号出力端子、20は可変抵抗回路網、
21は演算増幅器、22は定電流源である。
FIG. 5 shows an embodiment in which the present invention is applied to a successive approximation type analog-to-digital converter (number of conversion bits is n), where 1 is an analog signal input terminal, 2 is a comparator, and 3 is an analog-to-digital conversion start pulse. Input terminal, 4 is successive approximation register, 5 is digital signal output terminal, 6 is digital-to-analog converter, 7 is digital-to-analog conversion reference voltage input terminal, 18 is signal level detection/control circuit, 19 is variable resistance circuit control No. output terminal, 20 is a variable resistance circuit network,
21 is an operational amplifier, and 22 is a constant current source.

第5図において、比較器2、逐次比較レジスタ4、ディ
ジタル−アナログ変換器6の動作は第1図と同じであり
、アナログ入力信号レベルに比例して決定されたディジ
タルデータが端子5に出力される。このディジタルデー
タ出力は、該アナログ−ディジタル変換器後段のディジ
タル回路(図示せず)に向かうと共に、最上位ビットか
らmビット(m≦n)は自動利得制御を行うためにレベ
ル検出・制御回路18に入力される。レベル検出・制御
回路18では、まず、アナログ−ディジタル変換時間(
信号の標本化周期に等しい) Tsの整数倍の時間Tの
間のディジタル信号出力の平均レベルを求める。平均レ
ベルはディジタルデータ出力の最上位ビットからmビッ
トの各°ットそれぞれ(二ついてT/Ts回のディジタ
ル的・夕の和をつくり、この和がT/2Ts以上であれ
げ巧“のビットを′°1″とし、T、/2Ts未満であ
れば七〇)ビットをO”とする。この操作はm個のビッ
トニれぞれについて行う。次にこの平均レベルの大きさ
により、後で述べるよりな゛、アナログ入力信号電圧が
小さいときには小さな抵抗値を選択し、アナログ入力信
号電圧が大きいときには大きな抵抗値を選択するという
アルゴリズムに従って、レベル検出・制御回路18の出
力端子である可変抵抗回路制御信号出力端子19のうち
1つを選択して電圧を送り、可変抵抗回路網加のスイッ
チ群のうち1つを閉じる。
In FIG. 5, the operations of comparator 2, successive approximation register 4, and digital-to-analog converter 6 are the same as in FIG. 1, and digital data determined in proportion to the analog input signal level is output to terminal 5. Ru. This digital data output is directed to a digital circuit (not shown) after the analog-to-digital converter, and m bits from the most significant bit (m≦n) are sent to a level detection/control circuit 18 for automatic gain control. is input. In the level detection/control circuit 18, first, the analog-digital conversion time (
The average level of the digital signal output during a time T that is an integral multiple of Ts (equal to the sampling period of the signal) is determined. The average level is calculated for each of the m bits from the most significant bit of the digital data output (two bits make a digital sum of T/Ts times, and if this sum is T/2Ts or more, it is the bit that is the best bit). If it is less than T, /2Ts, set the Needless to say, the variable resistance circuit that is the output terminal of the level detection/control circuit 18 follows an algorithm that selects a small resistance value when the analog input signal voltage is small, and selects a large resistance value when the analog input signal voltage is large. One of the control signal output terminals 19 is selected to send a voltage, and one of the switches in the variable resistance network is closed.

可変抵抗回路網20(選択された抵抗値をRxとする)
と演算増幅器21及び定電流源22は抵抗電圧変換回路
を形成し、ディジタル−アナログ変換器基準電圧入力端
子7における基準電圧vrerはV ref = Is
 −Rx         (1)で与えられる( I
sは定電流源の電流値)。従って、アナログ入力信号電
圧が小さいときは基準電圧源電圧Vre fは小さくな
り、アナログ入力信号電圧が大きいときは基準電圧源電
圧Vrefは大きくなる。
Variable resistance network 20 (selected resistance value is Rx)
The operational amplifier 21 and the constant current source 22 form a resistance voltage conversion circuit, and the reference voltage vrer at the digital-to-analog converter reference voltage input terminal 7 is V ref = Is
−Rx (1) given by (I
s is the current value of the constant current source). Therefore, when the analog input signal voltage is small, the reference voltage source voltage Vref becomes small, and when the analog input signal voltage is large, the reference voltage source voltage Vref becomes large.

一方、アナログ−ディ・・ジタル変換器の最大入力電圧
許容範囲FSRも基準電圧源電圧Vrefに比例し、 FSll=に−Vref  (Kは定数)(2)の関係
があるから、結局、最大入力電圧許容範囲FSRは FSR=KIs、几x(3) なる式で決定される。こ\で、アナログ入力信号電圧が
小さいときには、Rxは小さく設定され、逆に入力信号
電圧が大きいときにはRXは大きく設定される故、PA
ILの値もアナログ入力信号の電圧変動に追従して決定
され、常にF’SR,またはFSRに近い状態でアナロ
グ入力信号をアナログ−ディジタル変換することが可能
になる。
On the other hand, the maximum allowable input voltage range FSR of the analog-to-digital converter is also proportional to the reference voltage source voltage Vref, and since there is a relationship between FSll= and -Vref (K is a constant) (2), the maximum input voltage is The voltage tolerance range FSR is determined by the following formula: FSR=KIs, x (3). Here, when the analog input signal voltage is small, Rx is set small, and conversely, when the input signal voltage is large, RX is set large, so PA
The value of IL is also determined following the voltage fluctuation of the analog input signal, and it becomes possible to perform analog-to-digital conversion of the analog input signal in a state always at F'SR or close to FSR.

次に、上で述べた可変抵抗回路網の抵抗値の設定手順を
中心に、以上述べた過程を3ピット逐次比較型アナログ
ーデ、イジタル変換器を例にとって説明する。本例口=
おいては、ディジタル出力コードはバイナリコードで、
レベル検出のためには上位2ピイトを使用し、また、可
変抵抗回路網は3段階の電圧設定が可能であると−る。
Next, the above-mentioned process will be explained using a 3-pit successive approximation analogue device and a digital converter as examples, focusing on the procedure for setting the resistance value of the variable resistance network described above. This example mouth =
In this case, the digital output code is a binary code,
The upper two pins are used for level detection, and the variable resistance network can be set to three levels of voltage.

この場合のレベル検出・制御回路、可変抵」C回路網の
構成を第6図(二示す。第6図で18は信シ)レベル検
出・制御回路、21は演算増幅器、22は定電流源(I
s =lQ−3Nとする)、23〜25は可変抵抗回路
制御信号出力端子、加は可変抵抗回路制御信号出力端子
器に接続されるスイッチ、ガは可変抵抗回路制御信号出
力端子別に接続されるスイッチ、あは可変抵抗回路制御
信号出力端子器に接続されるスイッチ、29は抵抗値2
にΩの抵抗、加は抵抗値2にΩの抵抗、31は抵抗値4
にΩの抵抗、32はディジタル出力信号入力端子である
The configuration of the level detection/control circuit and the variable resistor C circuit network in this case is shown in Fig. 6 (2 shown. In Fig. 6, 18 is a signal line).The level detection/control circuit, 21 is an operational amplifier, and 22 is a constant current source. (I
s = lQ-3N), 23 to 25 are variable resistance circuit control signal output terminals, + is a switch connected to the variable resistance circuit control signal output terminal, and G is connected to each variable resistance circuit control signal output terminal. Switch, A is the switch connected to the variable resistance circuit control signal output terminal, 29 is the resistance value 2
, the resistance of Ω is added to the resistance value of 2, the resistance of Ω is added to the resistance value of 2, and 31 is the resistance of 4
32 is a digital output signal input terminal.

いま、第(3)式のKを1とし、Is = 1O−3A
であることを考慮すると、第(3)式は FS几=10−3・R(4) となる。また、上で述べたようにスイッチの選択には最
ト位ビットと(最上位−1)ビットを使用すること\す
る。第8図は第6図の回路におけるスイッチ選択の方法
を示したもので、それに従えシ、すべて自動的に電圧利
得制御がなされる。たとえばアナログ入力信号の1秒間
平均値が1.6Vの場−合には、自動利得制御が行われ
る前のディジタルデータ出力の平均値は′001”であ
るが、この”001”の場合C二は、端子5からスイッ
チ選択制御信号が送出され、スイッチ四が閉じられてR
x=2にΩとなる。RXが2にΩに設定されると、第(
4)式より入力電圧のI” SRは2vとなるから、今
度は第9図に示すFSRが2vの場合のアナログ入力信
号とディジタルデータ出力の対応関係が成立するので、
ディジタルデータ出力は’110”となり、より精度の
良いアナログ−ディジタル変換が可能になる。
Now, let K in equation (3) be 1, and Is = 1O-3A
Considering that, equation (3) becomes FS = 10-3·R(4). Also, as mentioned above, the most significant bit and (most significant -1) bit are used to select the switch. FIG. 8 shows a method of selecting switches in the circuit of FIG. 6, and according to this method, voltage gain control is automatically performed. For example, if the average value of the analog input signal per second is 1.6V, the average value of the digital data output before automatic gain control is '001', but in the case of '001', the C2 , a switch selection control signal is sent from terminal 5, switch 4 is closed, and R
When x=2, it becomes Ω. When RX is set to 2Ω, the (
From formula 4), the input voltage I''SR is 2v, so the correspondence between the analog input signal and digital data output when the FSR is 2v as shown in Fig. 9 is established.
The digital data output becomes '110', allowing more accurate analog-to-digital conversion.

以りは逐次比較型アナログ−ディジタル変換器゛に本発
明を適用した実施例であるが、並列処理型アナログ−デ
ィジタル変換器に応用する場合も#1とんど同様である
The following is an example in which the present invention is applied to a successive approximation type analog-to-digital converter, but #1 is almost the same when applied to a parallel processing type analog-to-digital converter.

第7図は並列処理型アナログ−ディジタル変換器に本発
明を適用した場合の実施例を示す。第7図で1はアナロ
グ信号入力端子、5はディジタル信号出力端子、7゛は
基準電圧入力端子、8はアナログ−ディジタル変換パル
ス入力端子、9は抵抗回路、10は比較器群、11はエ
ンコーダ、12はラツヂ回路、18は信号レベル検出・
制御回路、19は可変抵抗回路制御信号出力端子、加は
可変抵抗回路網、21は演算増幅器、nは定電流源であ
る。
FIG. 7 shows an embodiment in which the present invention is applied to a parallel processing type analog-to-digital converter. In Fig. 7, 1 is an analog signal input terminal, 5 is a digital signal output terminal, 7 is a reference voltage input terminal, 8 is an analog-digital conversion pulse input terminal, 9 is a resistance circuit, 10 is a comparator group, and 11 is an encoder. , 12 is a Radzi circuit, 18 is a signal level detection/
The control circuit includes a variable resistance circuit control signal output terminal 19, a variable resistance circuit network, an operational amplifier 21, and a constant current source n.

第5図の逐次比較型アナログ−ディジタル変換器の場合
と同様に、アナログ入力信号レベルに比例して決定され
たディジタルデータ出力のうち最上位ピットからmピッ
トは、自動利得制御を行うためにレベル検出・制御回路
18に入力される。レベル検出・制御回路18では時間
Tの間の各ビットの平均レベルを求め、その平均レベル
の大きさに抵抗値決定の方法は第8図の場合と同様で、
小さなアナログ入力信号に対してす抵抗値を小さく設定
し、大きなアナログ入力信号に対しては抵抗値を大きく
設定する。アナログ−ディジタル変換器の最大入力電圧
許容範囲FSRは、並列処理形アナログーディジタル変
換器の場合;=も式(3)で決定されるから、最終的に
小さな電圧のアナログ入力信号に対しては電圧許容範囲
FSRt!小さく設定され、大きな電圧のアナログ入力
信号に対してはFSRは大きく設定される。
As in the case of the successive approximation type analog-to-digital converter shown in Fig. 5, among the digital data outputs determined in proportion to the analog input signal level, the m pits from the highest pit are set at the level in order to perform automatic gain control. The signal is input to the detection/control circuit 18. The level detection/control circuit 18 calculates the average level of each bit during time T, and the method of determining the resistance value based on the average level is the same as in the case of FIG.
The resistance value is set small for small analog input signals, and the resistance value is set large for large analog input signals. The maximum allowable input voltage range FSR of an analog-to-digital converter is determined by equation (3) in the case of a parallel processing type analog-to-digital converter; Voltage tolerance range FSRt! The FSR is set to a small value, and the FSR is set to a large value for an analog input signal of a large voltage.

以E・逐次比較型アナログ−ディジタル変換器と並列処
理型アナログ−ディジタル変換器について説明したが、
本発明は積分型アナログ−゛ディジタル変換器や直並列
型アナログ−ディジタル変換器に−ヒで述べたレベル検
出・制御回路、可変抵抗回路網、演算増幅器を付加した
場合にも、全く同じ効果を見い出すことができる。
I have explained successive approximation type analog-to-digital converters and parallel processing type analog-to-digital converters, but
The present invention can achieve exactly the same effect even when the level detection/control circuit, variable resistance network, and operational amplifier described in section (H) are added to an integral type analog-to-digital converter or a series-parallel type analog-to-digital converter. can be found.

以上説明したように、本発明によれば、種々のアナログ
−ディジタル変換器にレベル検出・制御回路、可変抵抗
回路網、演算増幅器を付加することにより、アナログ入
力信号レベルに対応して自動利得制御を行い、精度良く
アナログ−ディジタル変換を行うことができるので、ア
ナログ−ディジタル変換されたデータの信頼性が保たれ
、あるいはS/Nが良好に保たれるという利点がある。
As explained above, according to the present invention, by adding a level detection/control circuit, a variable resistance network, and an operational amplifier to various analog-to-digital converters, automatic gain control can be performed in response to the analog input signal level. Since analog-to-digital conversion can be performed with high accuracy, the reliability of the analog-to-digital converted data is maintained, or the S/N ratio is maintained at a good level.

また、自動利得制御を行うために付加する回路網はすべ
て低価格であるため、コストの面でも優れているという
長所を有する。
Furthermore, since all of the circuit networks added to perform automatic gain control are inexpensive, the present invention has the advantage of being superior in terms of cost.

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

第1図は従来の逐次比較型アナログ−ディジタル変換器
のブロック図、第2図は従来の並列処理型アナログ−r
イジータル変換器のブロック図、第3図及び第4図は自
動利得制御を行う従来のアナログ−ディジタル変換器の
ブロック図、第5図は本発明を逐次比較壓アナログーデ
ィジタル変換器に適用した場合のブロック図、第6図は
3ビット逐次比較型アナログーディジタル変換器におけ
る本発明要部の一実施例を示す図、第7図は本発明を並
列処理型アナログ−ディジタル変換器に適用した場合の
ブロン4/り図、第8図及び第9図は第6図の回路にお
けるスイッチ返択の方法及びアナログ入力とディジタル
出力の対応関係の一例を示す図である。 1・・・アナログ信号入力端子、 2・・・比較器、 
3・・・アナログ−ディジタル変換開始パルス入力端子
、4・・・逐次比較レジスタ、  5・・・ディジタル
信号出力端子、  6・・・ディジタル−アナログ変換
器、7・・・ディジタル−アナログ変換器基準電圧入力
端子、8・・・アナログ−ディジタル変換パルス入力端
子、9、・・抵抗回路、 1o・・・比較器群、 11
・・・エンコーダ、 12・・・ラッチ回路、 18・
・・信号レベル検出・制御回路、 +9・・・可変抵抗
回路制御信号出力端子、I・・・可変抵抗回路網、 2
1・・・演算増幅器、 η・・・定電流源。 第1図 篤2図 第3図 15 第4図 第5図 第6図 第7図
Figure 1 is a block diagram of a conventional successive approximation type analog-to-digital converter, and Figure 2 is a block diagram of a conventional parallel processing type analog-r.
A block diagram of a digital converter; Figures 3 and 4 are block diagrams of a conventional analog-to-digital converter that performs automatic gain control; Figure 5 shows a case in which the present invention is applied to a successive approximation analog-to-digital converter. FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the main part of the present invention in a 3-bit successive approximation type analog-to-digital converter, and FIG. 7 is a diagram showing the case where the present invention is applied to a parallel processing type analog-to-digital converter. 8 and 9 are diagrams showing an example of the switching method and the correspondence between analog input and digital output in the circuit of FIG. 6. 1...Analog signal input terminal, 2...Comparator,
3... Analog-digital conversion start pulse input terminal, 4... Successive approximation register, 5... Digital signal output terminal, 6... Digital-analog converter, 7... Digital-analog converter reference Voltage input terminal, 8... Analog-digital conversion pulse input terminal, 9... Resistance circuit, 1o... Comparator group, 11
...Encoder, 12...Latch circuit, 18.
...Signal level detection/control circuit, +9...Variable resistance circuit control signal output terminal, I...Variable resistance circuit network, 2
1...Operation amplifier, η...Constant current source. Figure 1 Atsushi Figure 2 Figure 3 Figure 15 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、 基準電圧入力を基準として比較アナログ信号を作
成し、アナログ人“力信号を前記比較アナログ信号と比
較することによりアナログ入力信号に対応したディジタ
ル信号出力を得る形式のアナログ−ディジタル変換器に
おいて、前記ディジタル信号出力の所定期間の平均信号
レベルを検出し、該検出されたレベルに応じて複数の出
力端子のうち一つの端子を選択して、その選択された出
力端子に制御信号を送出するレベル検出・制御回路と、
前記レベル検出・制御回路の出力信号によりディジタル
的に制御される可変抵抗回路網と、前記可変抵抗回路網
の抵抗値に比例した電圧値を得るための演算増幅器とを
付加し、前記演算増幅器の出力電圧値を基準電圧入力と
することを特徴とするアナログ−ディジタル変換器。
1. In an analog-to-digital converter of the type that generates a comparison analog signal using a reference voltage input as a reference and obtains a digital signal output corresponding to the analog input signal by comparing an analog force signal with the comparison analog signal, A level that detects the average signal level of the digital signal output for a predetermined period, selects one terminal from a plurality of output terminals according to the detected level, and sends a control signal to the selected output terminal. detection/control circuit,
A variable resistance network digitally controlled by the output signal of the level detection/control circuit and an operational amplifier for obtaining a voltage value proportional to the resistance value of the variable resistance network are added, and the operational amplifier An analog-to-digital converter characterized in that an output voltage value is used as a reference voltage input.
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