JPS59198361A - 信号入力装置 - Google Patents

信号入力装置

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JPS59198361A
JPS59198361A JP7464083A JP7464083A JPS59198361A JP S59198361 A JPS59198361 A JP S59198361A JP 7464083 A JP7464083 A JP 7464083A JP 7464083 A JP7464083 A JP 7464083A JP S59198361 A JPS59198361 A JP S59198361A
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JP
Japan
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capacitors
capacitor
input
signal
common
Prior art date
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Pending
Application number
JP7464083A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadashi Azegami
畔上 忠
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.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Yokogawa Hokushin Electric Corp
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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】 この発明は同相電圧除去比が高くかつ高速動作が可能な
、フライングキャパシタを用いた信号入力装置−関する
〈発明の背景〉 近年マイクロプロセッサ等の多機能を有する素子が安価
に供給されるようになシ、制御装置にも多用されるよう
になった。それに伴い制御装置の機能が飛躍的に向上し
、多くのアナログ信号を入力して制御動作を実行できる
ようになった。このようなアナログ信号には多くの種類
があり、また信号レベルもまちまちである。たとえばプ
ロセス制御においては熱電対、測温抵抗体、圧力伝送器
流量言1等のいわゆるセンサからの信号があり、その信
号レベルは10mV/フルスケールからIOV/フルス
ケールの間の幅広い信号レベルに散在している。またこ
れらの信号には同相電圧が重畳しているのが普通である
。従ってこのような信号を入力する信号入力装置には大
きな同相電圧除去比が要求される。たとえば1.OVの
同相電圧が重畳している1omv/フルスケールの信号
を0.1%/フルスケールの精度で入力するためには、
信号入力装置の同相電圧除去比は120 dBが必要で
ある。また増幅器のゼロ点を周囲温度の変動に対して安
定に維持することが困難になる。
〈従来技術〉 このように高い同相電圧除去比を実現する手段として、
フライングキャパシタ方式と呼ばれる信号入力装置が従
来から用いられてきた。第1図にこの装置の原理図を示
す。1−1は入力アナログ信号が印加される入力端子、
  2A、 2B、 2C,2Dはスイッチ素子、3は
コンデンサ、4は増幅器、5は出力端子である。
次にこの信号入力装置の動作を説明する。まずスイッチ
素子2A、 2Bが導通にされ、スイッチ素子2C,2
Dは不導通にされる。そのため入力端子1−1間の電位
差に相当する電圧でコンデンサ3は充電される。しかる
後にスイッチ素子2A、 2Bが不導通。
同2C,2Dが導通にされ、コンデンサ3に充電された
電圧は増幅器4を通して出力端子5から出力される。コ
ンデンサ3は入力端子1−1間の電位差に相当する電圧
で充電されるので、この動作を繰シ返すことKよって同
相電圧除去比の高い信号入力〈従来技術の欠点〉 しかしながらこのようなフライングキャパシタ方式の信
号入力装置には以下のような欠点がある。
第2図は、第1図のコンデンサ3の周辺の浮遊容量を考
慮した場合を示す。6A、 6Bは浮遊容量を示し、コ
ンデンサ3の両端と共通電位点の間に存在する。このよ
うな状態においてスイッチ素子2Dを導通にすると、コ
ンデンサ乙の一端は共通電位点に接続されるので、浮遊
容量6Aに充電された電荷がコンデンサ5に移動し、誤
差の原因になる。この誤差はコンデンサ3と浮遊容量6
Aの容量比に比例する。たとえばコンデンサ3の容量を
10pF 、浮遊容量6Aの容量を100 pFとし、
入力信号電圧10mV 。
同相電圧10Vとすると、浮遊容量6Aによる誤差vE
は となり、入力信号電圧に対して1%の誤差になる。
この誤差を小さくするためKはコンデ/す6の容量を大
きくすればよいが、そうするとコンデンサ3に充電する
ために時間がかかシ、高速動作が阻害される。
〈発明の概要〉 この発明の目的はフライングキャパシタ方式の信号入力
装置において、入力信号によって2個のコンデンサに充
電し、各々のコンデンサに充電された信号入力電圧の差
をとることによって、浮遊容量に影響されない、従って
高速動作が可能な信号入力装置を提供することにある。
〈第1の実施例〉 第6図に本発明の第1の実施例を示す。この図において
1−1は入力信号が印加される入力端子。
7八〜7Eはスイッチ素子、8,9はコンデンサ、 1
0は減算器、5は出力端子である。またIIA、 uB
、 IICはコンデンサ8,9の両端と共通電位点の間
に存在する浮遊容量である。入力端子1−1はスイッチ
素子7A、 7Bを通してコンデンサ8,9の一端に接
続され、またスイッチ素子7C,7Eを通して差動増幅
器10の入力端子に接続される。コンデンサ8,9の他
端は共通接続され、スイッチ素子7Dを通して共通電位
点に接続される。
次にこの入力装置の動作を説明する。まずスイッチ素子
7A、 7Bが導通、同7C,7D、 7Eが不導通に
される。コンデンサ8,9は入力端子1−1に印加され
る電圧によって充電される。次妬スイッチ素子7A、 
7Bが不導通、同7C,7D、 7Eが導通にされる。
コンデンサ8,9の両端電圧は減算器10に入力され、
その差が演算されて出力端子−5から出力される。
この動作を繰シ返すことによυ、入力端子1−1間の差
電圧すなわち入力信号が演算される。この入力装置の基
本動作は第1図従来例と同じくフライングキャパシタ方
式であるので、同相電圧除去比が大きくとれる。まだI
IA、 IICに示すようにコンデンサ8,9の一端と
共通電位点の間に浮遊容量が存在し、それが同相電圧に
よって充電され、スイッチ素子7Dの導通によってこれ
ら浮遊容量に蓄積された電荷がコンデンサ8,9に移動
し、その両端電圧を変化させたとしても、その変化量は
コンデンサ8と9ではほぼ同じであり、従って減算器1
0によって除去される。そのため浮遊容量の影響はなく
なシ、コンデンサ8,9の容量を小さくすることができ
るため高速動作が可能になる。尚減算器10に入力され
る同相電圧は、入力端子1−1に印加される同相電圧に
浮遊容量とコンデンサ8,9の容量の比を乗じたものに
なるので−、コンデンサ8,9の容量を浮遊容量にくら
べて大きくすると同相電圧を小さくすることができ、従
って減算器1oの同相電圧除去比はそれほど大きくなく
てもよい。
〈第2の実施例〉 第4図にこの発明の他の実施例を示す。この図において
12A〜12Lはスイッチ素子、 1.3.14.15
゜16は増幅器、17は減算器、 18.19はコンデ
ンサ。
LA、 IBは入力端子である。入力端子IAはスイッ
チ素子12A、 12Bを通して増幅器13.14の入
力端子に接続されている。入力端子IBも同様にスイッ
チ素子12c、 12Dを通して増幅器13.14の入
力端子に接続されている。増幅器13の出力はスイッチ
素子12E、 :12Fを通してコンデンサ18.19
の一端に接続され、またスイッチ素子121. :L2
Jに接続されている。スイッチ素子12Iの他端は増幅
器15の入力端子に、同12Jは共通電位点に接続され
ている。増幅器14の出力はスイッチ素子12G、 1
2Hを通してコンデンサ18.19の他端に接続され、
またスイッチ素子12に、 12Lの一端に接続されて
いる。スイッチ素子12に、 12Lの他端はそれぞれ
増幅器16の入力端子詔および共通電位点に接続されて
いる。増幅器15、 :L6の出力は減算器17に入力
される。減算器17の出力は出力端子5に接続される。
次にこの実施例の動作を説明する。最初にスイッチ素子
12A、 12D、 12E、 12Gが導通にされ、
他のスイッチ素子12B、 12C,12F、 12H
,12I〜12Lが不導通にされる。そのため入力端子
LA、 IB上の信号はそれぞれ増幅器13.14に入
力され、これらの増幅器の出力の差電圧でコンデンサ1
8が充電される。
次にスイッチ素子12B、 12C,12F、 12H
が導通にされ、他のスイッチ素子12A、 12D、 
12E、 12G、  1.2I〜12Lが不導通にさ
れる。そのため入力端子LA上の信号は増幅器14に、
同IB上の信号は増幅器13に入力され、これら増幅器
の出力の差電圧でコンデンサ19が充電される。すなわ
ちコンデンサ18.19は互いに逆極性で充電される。
次にスイッチ素子12A〜12Hが不導通、同12I〜
12Lが導通にされる。コンデンサ18.19の両端電
圧はそれぞれ増幅器15.16に入力され、それらの出
力は減算器17で差がとられ出力端子5から出力される
。これらの動作がたとえば20psの周期で繰り返され
る。コンデンサ18゜19は信号電圧で互いに逆極性で
充電されているので、減算器17で差をとることにより
信号電圧の2倍の出力を取シ出すことができる。また第
3図のように、コンデンサ18.19の両端と共通電位
点の間に浮遊容量が存在し、それが同相電圧で充電され
たとしても、第3図実施例で説明したように減算器17
で除去され、出力端子には表われない。そのためコンデ
ンサ18.19の容量を小さくすることができる。
具体的な例でこの発明の効果を記述すると次のようKな
る。第1図従来例でコンデンサ3の容量を10pF 、
浮遊容量を100 pFとすると、その同相電圧除去比
CMMR1は となる。一方第4図実施例においてコンデンサ18゜1
9の容量をそれぞれ0.1pF+5%、  0.ILI
F−5%、浮遊容量を100pF、増幅器13.14の
利得を40倍とすると、その同相電圧除去比CMMR2
は冒124dB となる。すなわち本発明によると、コンデンサの容量を
1にすることができ、しかも精度10%のコンデンサを
用いたとしても従来例よシ同相電圧除去比を大きくする
ことができる。尚第3図実施例では、上式の対数内の2
X40の部分が1になるが、同相電圧除去比は88dB
確保でき、従来例と同程度になる。
同第4図実施例において、増幅器13.14Ii必ずし
も必要ではないが、これを入れると同相電圧除去比を大
きくすることができ、またコンデンサ18゜19に充電
される増幅器の入力オフセット電圧が互いに相殺される
という効果を有する◇またスイッチ素子12Aと12B
、同12Cと12Dは互いに相補的に動作するので、入
力端子IA、 IBには常に不導通にされているスイッ
チ素子が接続され、平衡している。従ってスイッチ素子
としてFETのような不導通時の抵抗が有限の素子を用
いても誤差が生じることはない。
〈効果〉 このようKこの発明では2つのコンデンサを互いに逆極
性になるように入力信号電圧で充電し、これらのコンデ
ンサの両端電圧の差をとるようにしている。そのため浮
遊容量の影響が相殺されてなくなるためにコンデンサの
容量を小さくすることができる。その結果高速動作が可
能に々る。また小容量のコンデンサを用いることができ
るため、小型かつ安価に構成することができる。さらに
対になるコンデンサの相対精度は必要でないため、さら
に安価にすることができる。また第4図実施例のように
、増幅器13. :L4を置くことによって同る。従っ
て高速でアナログ信号を入力する必要があるプロセス制
御装置に用いて特に好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の信号入力装置の構成を示す図、第2図は
従来の信号入力装置の欠点を説明するだめの図、第3図
はこの発明の第1の実施例の構成を示す図、第4図はこ
の発明の第2の実施例を示す図である。 ’l、 IA、 iB・・・入力端子、5・・・出力端
子、7八〜7E。 12A〜12L・・・スイッチ素子、8.9.18.1
9・・・コンデンサ、1.0.17・・・減算器、13
.14.15.16・・・増幅器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一対の入力端子とキャパシタ間に入力側スイッチ回路を
    設けるとともに、該キャパシタの電位を受ける演算増幅
    器回路と該キャパシタ間に出力側スイッチ回路を設け、
    これら両スイッチ回路を相補的に開閉せしめて入力信号
    を受信するフライングキャパシタ回路において、該フラ
    イングキャパシタを一対のキャパシタで構成し、この一
    対の各キャパシタの一端と共通電位点間に上記出力側ス
    イッチ回路と同相的に開閉する短絡用スイッチ回路を設
    け、上記一対のキャパシタの各他端と共通電位点間に生
    ずる電位を上記演算増幅器回路によ如減算して入力電位
    を受信することを特徴とする信号入力装u0
JP7464083A 1983-04-27 1983-04-27 信号入力装置 Pending JPS59198361A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0333378U (ja) * 1989-08-07 1991-04-02
WO1999045402A1 (fr) * 1998-03-06 1999-09-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Instrument de mesure de tension a condensateur volant
JP2008531297A (ja) * 2004-12-06 2008-08-14 アナログ ディヴァイスィズ インク 直流的に絶縁された信号条件付けシステム
US7550945B2 (en) 2004-10-06 2009-06-23 Sanken Electric Co., Ltd. Voltage measurement device
JP2018164307A (ja) * 2018-06-26 2018-10-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 マルチパスネステッドミラー増幅回路

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