JPS59160317A - アナログ・デイジタル変換器 - Google Patents

アナログ・デイジタル変換器

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JPS59160317A
JPS59160317A JP3411883A JP3411883A JPS59160317A JP S59160317 A JPS59160317 A JP S59160317A JP 3411883 A JP3411883 A JP 3411883A JP 3411883 A JP3411883 A JP 3411883A JP S59160317 A JPS59160317 A JP S59160317A
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JP
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differential amplifier
output
switches
conversion
converter
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JP3411883A
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Naoki Sano
直樹 佐野
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing
    • H03M1/1009Calibration
    • H03M1/1028Calibration at two points of the transfer characteristic, i.e. by adjusting two reference values, e.g. offset and gain error
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/40Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type recirculation type

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アナログ・ディジタル変換器(以下A/p変
換器と略す)に関する。
従来より、A/D変換の方式の1つに逐次比較型がある
。この方式は、第1図に示すように、クロック発生器C
Gからのクロックを逐次比較レジスタLで計数し、その
結果をディジタル・アナログ変換器(以下D/A変換器
と略す) DA如与えてアナログ信号に変換し、比較器
CMPにてD/A変換器の出力とアナログ入力電圧e1
とを比較し両者が一致したときレジスタLでのクロック
計数動作を停止させるようにして、アナログ入力eiに
対応するディジタル値をレジスタLより得るようにした
ものである。
しかしながら、この逐次比較型A/D変換器においては
、下記の問題点がある。
■ A/D変換器の分解能を高くするにつれて、ビット
数の大きなり/A変換器を使う必要があるため、それだ
け高価になる。
■ A/D変換時間は、分解能ビット数に比例するが、
分解能ビット数が固定であるため、分解能ビット数が少
な(てよい時に、A/D変換時間を短縮することができ
ない。
■ 扱い得るアナログ入力電圧が本来圧または負の単極
性であり、両極性の入力電圧を扱えるようにするには、
それ相応の付加回路が必要である。
本発明は、このような点に鑑み、その目的とするところ
は、逐次比較型A/D変換器と類似のタイプであるが、
D/A変換器を必要とすることなく、簡単な構成で、分
解能ビット数が任意に設定できると共に、両極性のアナ
ログ入力電圧を扱い得るよりなA/D変換器を実現する
ことにある。
以下図面を用いて本発明を詳説する。第2図は本発明に
係るA/D変換器の一実施例を示す要部構成図である。
同図において、Vrefは基準電圧で、アナログ入力電
圧の絶対値let lを最上位ビット(以下MSBとい
う)より逐次比較するために使用されるものであり、2
 Vref≧lei 1maxの関係に定められている
。Aは差動増幅器で、スイッチ81〜S8の選択により
与えられる2つの入力01〜e2の差をとって増幅する
ものであり、スイッチ89〜S12の適宜の選択によっ
て次のような出力eoが得られる。
eo = 112 6+ (89,811がON 、 
810.812が0FF)eo= 2(ey  111
)(S9.SiiがOFF 、 ’810.812がO
N )SHl、2は差動増幅器Aの出力coをサンプル
・ホールドするための第1及び第2のサンプル・ホール
ド回路、CMPiは比較器で、差動増幅器Aの出力eQ
とスイッチ815. S16を介して与えられるVre
f又はGND電圧(Ov)とを比較し、その出力e。は
ここでは5v系のロジックと結合できるように015v
でnOu、″1″信号として出力されるようになって℃
・る。
すなわち、 e+≧e−のとき ec=“1″′ e+< e−のとき ec−”°0″ となり、ecよりアナログ入力電圧の符号ビット(ei
≧0のときec= +J”、 e+ < 0のときec
=″0″)とその絶対値ビットがシリアル出力として得
られる( A/D変換が行われる)ことになる。
C0NTは比較器CMPの出力状態(eo)を加味して
各スイッチを制御するに必要な信号を発生するための制
御回路で、上記A/D変換の起動は外部からのスタート
信号5TRTにより行われ、A/D変換の終了は変換ビ
ットレジスタCBLより与えられる分解能ビット数分だ
け変換動作が行われると終了信号gNDを発生するよう
になっている。この分解能ビット数はアナログ入力電圧
の所望の分解能ビット数(例えば8ビツトとか10ピツ
ト)であり、A/D変換を行う前に変換ピットレジスタ
CBLに設定される。
このような構成における動作を次に説明する。
(1)  まず、本方式の基本的な動作原理を第3図の
ツー−チャートを参照しつつ以下に示す。
■ まず、アナログ入力電圧の極性を判別する。
くステップ1〉 ■ アナログ入力電圧の絶対値をサンプル・ホールドし
、その値が’72F8(FSはA/D変換器のフル・ス
ケールでFS = 2 Vref  とする)より大き
いか、小さいかを比較する。 くステップ2〉■ もし
、その値が172FSより大きければその値より1/2
FSを減算し、2倍したものをす/プル−ホールドし、
逆にその値が’/2 FSより小さければ、その値をそ
のまま2倍したものをサンプlし・ホールドする。  
      くステップ3〉■ ■においてサンプル・
ホールドした値が172FS  より大きいか、小さい
かを比較する。
くステップ4〉 ■ 以下くステップ3〉〈ステップ4〉を必要な分解能
ビ、)数が得られるまで繰返して行なう。
くステップ5以降〉 分解能ビット数をnビットに設定した時には、アナログ
入力電圧を符号/、絶対値ビットにA/D変換するのに
は合計(n+1)ステップ必要である。変換データは各
ステップ毎にコンパレータの出力よりビットシリアル出
力として得られる。
また変換時間tcは te = (n−4−1)×1クロック時間で与えられ
る。
(2)次に、スイッチ81〜Si6  の分類分けと各
ステップにおけるスイッチの制御方法を示す。
■ グループ1(81〜8B)・・・差動増幅器への2
つの入力el+62を切換えるためのスイッチで各ステ
ップにおいてONとなるスイッチは81〜S8の内2つ
である。
■ グループ2(89〜812)・・・差動増幅器の出
力e(、を制御するためのスイッチである。
■ グループ5 (815,814)  ・・・差動増
幅器の出力e、)を交互にサンプル・ホールドするため
のスイッチである。
■ グループ4 (815,5L6) 用ロンバレーク
への入力e−をVre fとGNDに切換えるためのス
イッチである。
グループ1°〜4の各スイッチは制御回路により次のよ
うに制御される。
Sl・・・ステップ1ではイニシャル状態としてOFF
し、ステップ2では、ステップ1におけるecの極性に
応じてONI OFFする(ec−00時はON L 
、 ec= 1の時はQFF )。またステップ3以降
はOFFである。
S2・・・ステップ1ではイニシャル状態としてOFF
し、ステップ2でもそのままOFFする。ステップ3以
降では1つ前のステップにおけるe(の極性に応じてO
N、 OFFする( ec=Qの時はOFF L 、 
 e(”” 10時はONする)。
S3・・・ステップ1ではイニシャル状態としてONL
、ステップ2ではステップ1におけるe。の極性に応じ
てON、 OFFする(ec=Qの時、OFF。
ec=1の時ON)。またステップ3以降でも1つ前の
ステップにおけるecの極性に応じてON、 OFFす
るが、eC−0の時ON Hec = 1の時OFFで
ある。
S4・・・ステップ1ではイニシャル状態としてONL
ステップ2ではステップ1におけるeCの極性に応じて
QN、、 OFF jる( 6.=Qの時OFF 。
e、=1の時ON )。ステップ3以降はOFFである
S5・・・ここでは丁べてのステップにおいてOFFで
ある。A/D変換時に校正用の入力を印加する時(後述
)にONjる。
S6・・・ステップ1ではイニシャル状態としてOFF
し、ステ灸プ2ではステップ1におけるe(の極性に応
じてQN、 OFFする(eo=00時QN 、 eQ
 = 1の時OFF )。ステップ3以降はOFFであ
る。
87.88・・・ステップ1,2ではOFF L、ステ
ップ3ではS7がQN、3BがOF’F 、ステップ4
では87がOFF、88がON  という具合に交互に
ON。
OFFを繰り返す。
89〜Si2・・・ステップ1,2では89. S11
がON。
S10.S12がOFF L、ステップ5以降ではS9
+ 811がOFF、 810,812がON jる。
SIR〜814・・・ステップ1ではイニシャル状態と
してS13がOFF、  814が鉗、ステップ2雪は
813がON、 814がOFF、ステ、ブ3では81
3がOFF、 Si4がONという具合にステップ2以
降では交互にON、 OFFを繰り返す。
S’15,816・・・ステップ1ではイニシャル状態
としてsisがON、816がOFF L、ステップ2
以降では815がOFF、 816がQNする。
ここで、具体例で回路動作を説明子れば次のとおりであ
る。今、説明を簡明にするために、lei 1max 
= 10 V  (アナpグ入力電圧の絶対値の最大値
)Vref  = sv (正の基準電圧)=10(分
解能ビット数) とする。
eiO値として+8■の値をA/D変換した場合におけ
るA/D変換の動作ステップおよび変換結果を、第1表
に示す。
第  1  表 3y   b   り   b   5  5  5 
 5  5  514  テテテ襲テテ更7更チー>F
++ 7998mV(3)  次に、校正時の動作につ
いて述べる。
本A/D変換器は内部において校正用の入力を発生でき
る。校正用の入力としては、5種類、丁なわち、  F
Sの0%、25%、  so%、75%、100%入力
が用意されている。
したがって周期的にこれらの校正用入力を読込み、その
A/D変換値に基づき、実際の読込みデータ(A/D変
換値)に対して適当な補正を行なうことにより、A/D
変換器のオフセット・エラーおよびゲイン・エラーを軽
減することが可能である。
校正入力の発生手順の一例を第2表に示す。
なお、比較器OMP1  は電圧比較型に限らず電流比
較型のものとしてもよい。また、変換出方は付加回路を
設備してパラレル出方とすることも可能である。
以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
ある。
■ アナログ入力電圧と基準電圧との比較な差動増幅器
を中心にサンプルホールド回路を用いて行っているため
、D/A変換器が不要である。
■ 分解能ビット数を任意に設定できるため、分解能ビ
ット数が少ない場合にはそれだげA/D変換時間を短縮
することができる。すなわち、ステップ1,2がA/D
変換のための前処理でステップ3以降は単なる繰り返し
であり、必要な分解能nが得られるまで実行丁ればよく
、A/D変換に要する時間は(n+1)×1クロック時
間となる。
■ 差動増幅器への2つの入力を選択するためのスイッ
チがあるため、正の入力電圧の場合はそのままその値を
サンプルホールド丁ればよく、負の入力電圧の場合は、
その値を反転したものをサンプル・ホールド丁ればよい
から、両極性のアナログ入力電圧を扱うことができる。
■ 内部において基準電圧と差動増幅器(ゲイン可変)
を用いて校正用の基準入力を発生できるため、A/D変
換器のオフセットエラーおよびゲインエラーを軽減する
ことかできる。
■ 回路構成が比較的簡単でありながらも1両極性のア
ナログ入力電圧を扱うことができると共に1分解能ビッ
トを任意に設定でき、また校正用入力も発生できる。
■ アナログ入力を符号と絶対値バイナリ−フードに容
易に変換することかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の逐次比較型A/D変換方式を示す構成図
、第2図は本発明に係るA/D変換器の一実施例を示す
要部構成図、第3図は第2図における動作を説明するた
めのフローチャートである。 A・・・差動増幅器、SHl、8H2・・・サンプルホ
ールド回路、OMP I 用比較器、0ONT  ・・
・制御回路、OBL・・・変換ピットレジスタ、 CG
・・・クロック発生器、 S+〜8+6 ・・・スイッ
チ、Vref・・・基準電圧、R,2R・・・抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1組の差動増幅器と2組のサンプル・ホールド回路を中
    心に、それらをサイクリックに′制御することにより両
    極性のアナログ入力電圧を符号および絶対値バイナリ−
    ・コードに変換する手段と、オフセットエラーとゲイン
    エラーを軽減するための校正用入力を内部で発生する手
    段を具備したことを特徴とするアナログ・ディジタル変
    換器。
JP3411883A 1983-03-02 1983-03-02 アナログ・デイジタル変換器 Granted JPS59160317A (ja)

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JP3411883A JPS59160317A (ja) 1983-03-02 1983-03-02 アナログ・デイジタル変換器

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JPS649773B2 JPS649773B2 (ja) 1989-02-20

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1619515A3 (de) * 2000-02-04 2006-02-15 Infineon Technologies AG Vorrichtung und Verfahren zur Kompensation von Fehlern in einer Referenzspannung
JP2008515359A (ja) * 2004-10-01 2008-05-08 ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー 統一アナログ入力フロントエンド装置および方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5624825A (en) * 1979-08-08 1981-03-10 Sanyo Electric Co Ltd Analog-digital converting circuit
JPS56150133U (ja) * 1980-04-11 1981-11-11

Patent Citations (2)

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