JPS59226877A - 微小電圧変化分の測定回路 - Google Patents

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】 ［発明の属する分野］ 本発明は、微小電圧変化分の測定回路に関するものであ
る。更に詳述すると、直流分に対して微小に変化する電
圧信号が重畳しているような信号Ｓにおいて、この微小
の変化分を高精度で測定することができる微小電圧変化
分の測定回路に関ずるものである。

［従来技術の説明］ 上記のような信＠Ｓにおける微小な変化分を測定するた
めに、単に信号Ｓを増幅するとすれば、比較的大きい直
流分によって、通常は増幅器が飽和してしまう。従って
、以上のようなことに対処するために、従来では第１図
に示すような手段がとられていた。

第１図において、測定対象の信号Ｓは、次の２つの成分
を有している。第１の成分は、△Ｖであり、これは信号
Ｓにおける変化分の電圧であり、第１図の装置では、こ
の△Ｖを精密に測定しようとしているのである。次に、
第２の成分はＶであり、これは信号Ｓの直流分である。

Ｖｂは基準電圧であり、直流分Ｖを相殺するために設け
たものである。１は減算器、２はＡ／Ｄコンバータであ
る。

第１図において、基準電圧Ｖｂを調整し、Ｖｂ＝■とな
るようにする。その結果、減算器１の出力信号ΔＶ−は
（１）式で表わされる。

ΔＶ−＝（ΔＶ＋Ｖ）−Ｖｂ＝ΔＶ　　　（１）即ち、
減算器１の出力信号△■−には、直流分Ｖが含まれてい
ないので、これを増幅しても増幅器は飽和することがな
く精度良（微小電圧変化ΔＶを測定することが可能とな
る。

しかし、以上のような手段は次の問題点を有している。

（イ）　今、測定しようとしている電圧の変化分Δ■は
非常に微小なものであるので、直流分Ｖを補正するため
の基準電圧Ｖｂには高安定度が要求される。

（ロ）　通常、測定対象の信号Ｓにより、その直流分Ｖ
は異なるので、基準電圧Ｖｂもそれに合せて大きさを可
変できるものでなければならない。

（ハ）　このような特性を満す基準電圧Ｖｂを発生させ
ようとすると、その回路は高価な電子部品で構成せざる
を得ない。

［本発明の目的］ 本発明は、このような問題点を解決したものであり、そ
の目的は上記したような高安定な基準電圧を必要とする
ことなく入力信号Ｓの微小変化分゛を正確に測定できる
微小電圧変化分の測定回路を提供することにある。

［本発明の概要］ 本発明は、入力信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄコ
ンバータと、このＡ／Ｄコンバータからの信号をアナロ
グ信号へ変換する高精度Ｄ／Ａコンバータと、演幹器と
を備え、この高精度Ｄ／Ａコンバータから基準電圧に相
当する信号を得るようにして、微小電圧変化分を測定で
きるようにした回路である。

［実施例による説明］ 以下図面を用いて、本発明の詳細な説明する。

第２図は、本発明に係る微小電圧変化分の測定回路の構
成例を示す図である。同図において、３は入力増幅器で
あり、入力信号Ｓを導入して、これを適切な大きさに増
幅するとともに、後段の回路において信号のマツチング
がとれるようにインピーダンス変換を兼ねるものである
。５はＡ／Ｄコンバータであり入力増幅器３から導入し
たアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。

７は高精度Ｄ／ＡコンバータでありＡ／Ｄコンバータ５
から導入したデジタル信号を再びアナログ信号に変換す
るものである。９はコンピュータでありＡ／Ｄコンバー
タ５から導入したデジタル信号に基づいて、または、コ
ンピュータ９自身により適切な信号を発生させて、高精
度Ｄ／Ａコ、ンバータ７へ、その信号を加えることによ
り高精度Ｄ／Ａコンバータ７から基準電圧に相当する電
圧を発生させようとするものである。１１は演算増幅器
であり入力増幅器３と高精度Ｄ／Ａコンバータ７からの
信号を導入して、この２つの信号の差を出力するもので
ある。この演算増幅器１１の出力信号は今、測定しよう
としている微小電圧変化分△■に相当するものである。

１３は積分形Δ／Ｄコンバータであり演算増幅器１１の
出力信号をデジタル信号に変換するものである。１５〜
１８は抵抗であり図に示すように演算増幅器１１に接続
されている。

以上のように構成された第２図の回路の動作を次に説明
する。

（ａ　）　　基準値に相当する信号の発生本発明では、
従来例のように特に電圧発生器を設番ノることなく、入
力信号から基準値に相当する信号を得ている。まず入力
増幅器３の入力端子に信号Ｓが印加される。この信号Ｓ
は第１図で説明したものと同様な信号であり、直流分と
、測定対象である微小電圧変動分の２つの要素を持って
いる。そして、この信号Ｓは入力増幅器３で適切な大き
さに増幅されてＡ／Ｄコンバータ５へ加えられる。この
Ａ／Ｄコンバータ５では導入している信号Ｓを或周期で
サンプリングし、デジタル信号に変換して次段へ出力し
ている。この動作を第３図および第４図を用いて説明す
る。この２つの図において、Ａ／Ｄコンバータ５がサン
プリングしている区間をＴ１で示す。ここでＡ／Ｄコン
バータ５は次のような特性を有するものである。

Ａ／Ｄコンバータ５はアナログ信号をデジタル信号に変
換するものであるが、ここではそのデジタル出力信号の
桁数に一定の制限があるものを使用する。それを第５図
を用いて説明する。

例えば、Ａ／Ｄコンバータ５のデジタル出力信号は、最
小の桁が小数点２桁以下の信号（９，９の如し）は出力
されないものとする。即ち、このＡ／Ｄコンバータ５は
高精度のＡ／Ｄコンバータである必要はないのである。

もちろん、高精度のものであってもよい。このＡ／Ｄコ
ンバータ５としては、例えば、逐次比較のＡ／Ｄコンバ
ータを用いることができる。そして、今、測定しようと
する微小電圧変化分ΔＶは、第５図における小数点下２
桁以下のレベルであるとする。

以上のようなＡ／Ｄコンバータ５を用いてナンプル期間
Ｔ１にて入力信号Ｓを測定すると、それは第３図のよう
になる。即ち、小数点下１桁までの出力信号の値は、Ａ
であるとする。一方、入力信号Ｓには小数点下２桁以下
の微小に変化する信号αも含まれているが、この信号弁
に対しては、Ａ／Ｄコンバータ５では測定値として出力
されない。このような結果、Ａ／Ｄコンバータ５からは
小数点下１桁までを表わすデジタル信号Ａ（例えば、９
．９の如し）が次段の高精度Ｄ／Ａコンバータ７へ加え
られる。

この高精度Ｄ／Ａコンバータ７は高精度であり、加えら
れたデジタル信号Ａを例えば、９．９０００と解釈して
、この９．９０００に対応するアナログ信号を出力する
。このようにして得られた信号（例えば、９．９０００
）は第３図のＡ部分であり、これは第１図のところで説
明した基準値に相当するものである。そして、次に説明
するアナログ信号Ａ＋αと減算をするために、この高精
度Ｄ／Ａコンバータ７の出力信号はホールドされる。

（ｂ）　　微小電圧変化分の測定 一方、演算増幅器１１は、サンプル期間Ｔ２にてＡ＋α
の信号（例えば、９．９３５１・・・）を読み込むと同
時に、高精度Ｄ／Ａコンバータ７がら基準値に相当する
信号Δも読み込む。そしてこの２つの信号の減ｎ（Ａ＋
α−Ａ）を行ない微小の変化分αのみを取り出し、この
αのみを増幅する。

従って、演算増幅器１１は微小変化分のみを増幅するこ
とになるので、過大入力により出力が飽和するようなこ
とは生じない。

そして、信＠Ｓのｉ流分Ａのレベルが変化じず微小変化
分のみ変動するような場合は、改めてＡ／Ｄコンバータ
５と高精度Ｄ／Ａコンバータ７を動作させて新しい基準
値をえずとも、演算増幅器と積分形Ａ／Ｄコンバータ１
３は飽和しないので、前の動作で得た基準値をそのまま
使用することができる。

（Ｃ）　　偏差の測定 以上のように演算増幅器１１からは、測定対象の微小変
化分のみの信号が積分形Ａ／Ｄコンバータ１３に加えら
れ、そこでデジタル信号に変換される。このデジタル信
号はコンピュータ９へ送られ、データとして格納される
（この部分の信号の流れを示ず回路は図示せず）。そし
て、このようにして格納されたデータは前のデータと減
算をすることにより、信号Ｓの偏差を得ることができる
。

即ち、第３図に示すような値βを求めることができる。

なお、以上の説明では、基準値を得るにあたり。

信号ＳをＡ／Ｄ−コンバータ５でデジタル信号に変換し
たものを利用する例で説明したが、信号Ｓの直流分の大
きさが予め予想される場合には、コンピュータ９からこ
れに相当するデジタル信号を高精度Ｄ／Ａコンバータ７
へ直接加えることにしてもよい。

また、上記の説明ではＡ／Ｄコンバータ５の出力を上位
桁のビット信号のみ次段へ出力するようにしく下位の桁
の信号は測定しない）、次段の高精度Ｄ／Ａコンバータ
７は、この導入したビット信号に加えて下位の桁のビッ
トを自動的に零に設定して、その合成信号に対応したア
ナログ信号を出力するとして説明したが、次のようにし
てもよい。

即ち、Ａ／Ｄコンバータ５において、導入した信号をデ
ジタル信号へ変換した時、上位桁のビットのみ測定モー
ドとし、下位桁のビットを零とする信号を出力するよう
にし、一方、高精度Ｄ／Ａコンバータ７では、このＡ／
Ｄコンバータ５からの信号を単にＤ／Ａ変換するように
しても本発明は成立する。

また、以上では、信号Ｓをデジタルに変換した場合、測
定していないビットを零にするとして説明したが本明細
書では、この零は単にＩＩ　ＯＩＩのみ示すものでなく
他の任意の数値、例えば、“５°′であっもよいことと
する。

［本発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば微小電圧変化を直線
性よく測定することができ、実験のデータとしては、数
ＰＰＭの精度で測定することができた。また従来の手段
では、基準値用の電圧発生器、及びＡ／Ｄコンバータ２
の負担を軽減するために増幅器が必要であり、全体とし
て高価なものについていたが、本発明では、この２つの
機能をΔ／Ｄコンバータ５でかねており回路全体でみる
と安価なものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の測定回路の構成例を示す図、第２図は本
発明に係る微小電圧変化分の測定回路の構成例を示す図
、第３図と第５図はＡ／Ｄコン、１−タの動作を説明す
るための図、第４図は入力信号のサンプリング周期の状
態を説明するタイムチャート。 ３・・・入力増幅器、５・・・Ａ／Ｄコンバータ、７・
・・高精度Ｄ／Ａコンバータ、９・・・コンピュータ、
１１・・・演算増幅器、１３・・・積分形Δ／Ｄコンｌ
＼−タ。 足　ｌ　聞 ’Ｉｒ　　ｚｒ目 第　、−７１目 Ｍ　４　日 第Ｓ　利

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　直流分と微小電圧変化分とが重畳しているアナ
   ログの信号（Ｓ）を導入して、この微小電圧変化分を測
   定できる回路において、 前記信号（Ｓ）を導入し次段へ出力する入力増幅器と、 この入力増幅器の出力信号を導入しこの信号をデジタル
   信号へ変換した時の上位桁のビット信号のみを次段へ出
   力するＡ／Ｄコンバータと、このＡ／Ｄコンバータの出
   力信号を導入し、その信号に加えて下位の桁のビットを
   零として、その合成信号に対応したアナログ信号を出力
   する高精度Ｄ／Ａコンバータと、 前記入力増幅器と高精度Ｄ／Ａコンバータの出力信号を
   導入し、２つの信号の減算を行なう演棹増幅器と、を備
   えたことを特徴とする微小電圧変化分の測定回路。
2. （２）　前記Ａ／Ｄコンバータにおいて、導入した信号
   をデジタル信号へ変換した時、上位桁のビットのみ測定
   モードとし、下位桁のビットを零とした信号を出ノＪす
   るようにし、 前記高精度Ｄ／Ａコンバータでは、このＡ／Ｄコンバー
   タからの信号を単にＤ／Ａ変換するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の微小電圧変化分の
   測定回路。
3. （３）　前記Ａ／Ｄコンバータからの信号の代りにコン
   ピュータから設定された信のを高精度Ｄ／Ａコンバータ
   へ導入するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の微小型圧変イヒ分の測定回路。