JPS5985128A - Analog-digital converter - Google Patents

Analog-digital converter

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JPS5985128A
JPS5985128A JP19467482A JP19467482A JPS5985128A JP S5985128 A JPS5985128 A JP S5985128A JP 19467482 A JP19467482 A JP 19467482A JP 19467482 A JP19467482 A JP 19467482A JP S5985128 A JPS5985128 A JP S5985128A
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voltage
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comparator
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和男 加藤
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/50Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
    • H03M1/56Input signal compared with linear ramp
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing

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

Abstract

PURPOSE:To attain the conversion with high accuracy and speed by applying negative feedback control to the maximum power of an integrating circuit in parallel with A/D conversion so as to make the count value coincident with a full scale of the counter. CONSTITUTION:The converter is in the waiting mode at a period T1. A switch 150 is closed to the position (a) at a period T2, and when a current is applied from a capacitor 70 from a variable constant current source 10, a counter 40 starts counting at the same time. When a voltage of the capacitor 70 reaches Vi, an output of a comparator 20 changes from 1 to 0, and the count value in this case is held at a latch circuit 50. A switch 250 is changed over to the position (b) at the same time, and when the voltage of the capacitor 70 reaches a voltage Vref, the output of the comparator 20 changes from 1 to 0, and this change is transmitted to a T-V converting circuit 30. When the value of the counter 40 reaches 2n, this timing is given to the converting circuit 30 and the shift between said timing and the integrating time is compensated. Since the converting operation and calibrating operation are performed at the same time, the conversion is attained with high accuracy and at high speed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はアナログ・ディジタル変換器にlX=、す、特
に計測制御に使用するに好適な高M度で高速化し、得る
計数形の一アナログ・犬イジタル夏換器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention provides an analog-to-digital converter with a high speed and a high M degree suitable for use in measurement control. Regarding Inu Igital Summer Exchange.

〔従来技術〕[Prior art]

アナログ信号葡計算機処J浬するに(I2)ってcJ:
、アナログ・ディジタル変換器(以F A −L)変換
器という)を必要とし、特に高検1(、商号)昨[jヒ
を要するものにりっでは、S士数形A−D変換ン?;が
長月Jσれている。
Analog signal computer processing unit (I2) cJ:
, an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as a F A-L converter) is required, and in particular, it is necessary to use an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as a F A-L converter), and especially for those that require an S-digital A-D converter. ; is Nagatsuki Jσ.

従来の計数形A−D変換器としては、//グルスロープ
方式とマルチスロープ方式とがあるが、前者はコノデノ
サの充電圧が入力?ii IjEこ′U;= L < 
lrるまでの時間をカウンタで計測する溝底であること
から、コンデンサや充酸1亘流、カウンタのクロック周
波数が一定でないと誤差を生ずる欠点がある。またDU
ALスロープ方式のものはコンデンサやクロックの変a
υばらつきの影響を除去し得る改良さtl−た万代であ
るが、計数時間を2倍必要とし、変換速度が遅いという
欠点がある。フルスケール調整やオノセソト調整まで抽
圧することのでさるT I(、I P IヨEスロープ
やQUADスロープ方式は更に低速化するものである。
Conventional counting type A-D converters include //Glu slope method and multi-slope method, but the former inputs the charge voltage of the conode nosa? ii IjEko'U;= L <
Since the bottom of the groove is a counter that measures the time until the Ir is reached, there is a drawback that errors may occur if the capacitor, charging acid flow, and clock frequency of the counter are not constant. Also DU
The AL slope type has capacitors and clock changes a.
Although the improved tl-bandai can eliminate the influence of υ variation, it has the disadvantage that it requires twice the counting time and the conversion speed is slow. The T I (, I P I YOE slope and QUAD slope methods), which are capable of extracting pressure up to full scale adjustment and ono-seso adjustment, further slow down the speed.

さらに、マルチスロープ形は積分波形が入力札圧に応じ
て変化するためコンデンサの誘電体吸収現象の影響を受
は易く、まだ比較器が一方向の比較にならないため比較
器の動作時間の影#を受は易いという欠点があった。
Furthermore, since the integral waveform of the multi-slope type changes depending on the input pressure, it is easily affected by the dielectric absorption phenomenon of the capacitor, and since the comparator does not yet perform one-way comparison, it is affected by the operating time of the comparator. The disadvantage was that it was easy to receive.

〔発明の目的〕 本発明の目的eよ、このような事情に基づいてなされた
ものであシ、高精度でかつ高速な計数形のアナログ・デ
ィジタル変換器を提供するものである。
[Object of the Invention] The object e of the present invention, which has been made based on the above circumstances, is to provide a highly accurate and high-speed counting type analog-to-digital converter.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

このような目的を達成するだめに、本発明は、計数形の
A、 −D変換器を常に周期的に;象り返して動作せし
め、A−D、5戻と\IL行しで(゛置分回路の最大イ
カをカウンタのフルスケールと一致J−るように負帰還
制御するようにした・ものである。
In order to achieve such an object, the present invention operates the counting type A and -D converters periodically; Negative feedback control is performed so that the maximum value of the position dividing circuit matches the full scale of the counter.

〔発明の実施例」 以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。[Embodiments of the invention] Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

第1図は本発明によるA、−D変換器の一実施例を示す
回路ブロック図、第2図は前記A−1)変換器の動作要
部を示す動作図を示1−でいる。第1図において、積分
或圧を発生するノこめのキャパシタ70は一端が接地さ
れ、他端は比較器20の(へ)入力端子に接続されてい
るとともに、スイッチ150を介して可変定心流源10
に接続されている。比較器20の(ト)入力端子にはス
イッチ250を介して入力信号電圧V+および基糸電圧
源■ア、fに接続されている。比較器30の出力は制御
回路40および時間電圧変換回路(以下、T−V変換回
路と称する。)30の一方の入力信号端子30Cに接続
されている。制御卸回路40はクロックCLKが供給さ
れて動作する複数段のカウンタ段と各カウンタ段の信号
から所足の周期制御信号を作る論理回路で(R成されて
いる。この制御回路40からはT−V変換回路30の他
方の入力端子30bの信号が供給されている。A−1〕
変換出力データを保持する出力ランチ回路50には制仰
回路40から2進のカウンタ信号とラッチ信号が供給さ
れ、出力データNを出力保持する。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing an embodiment of the A, -D converter according to the present invention, and FIG. 2 is an operational diagram showing the main operating parts of the A-1) converter. In FIG. 1, a capacitor 70 that generates an integral pressure has one end grounded and the other end connected to the input terminal of the comparator 20, and also connects a variable constant current through a switch 150. source 10
It is connected to the. The (g) input terminal of the comparator 20 is connected via a switch 250 to an input signal voltage V+ and base thread voltage sources (a) and (f). The output of the comparator 30 is connected to a control circuit 40 and one input signal terminal 30C of a time-voltage conversion circuit (hereinafter referred to as a TV conversion circuit) 30. The control output circuit 40 is a logic circuit (R) that generates a required periodic control signal from a plurality of counter stages operated by the clock CLK and the signals of each counter stage. The signal from the other input terminal 30b of the -V conversion circuit 30 is supplied.A-1]
A binary counter signal and a latch signal are supplied from the suppression circuit 40 to the output launch circuit 50 which holds the converted output data, and outputs and holds the output data N.

T−V変換回路30は一種のサンプルホールド回路であ
り、2つの制御入力信号端子30bと30cと1つの出
力信号端子30hとを有している。制御入力信号30b
にはA−D変換のフルスケールに対応したタイミング、
すなわち2進nビツトのA−Di換では2″の周期のタ
イミングが与えられるようになっている。他方の制御入
力信号3Qcには比較器20のアナログ電圧のフルスケ
ールV r e fに対応した周期のタイミング信号が
与えらhるようになっている。すなわち、比較器20に
入力さにするキャパシタ70の積分電圧v0が基準電圧
V r e fに達したタイミングが与えられる。そし
て、開側j出力30hは側脚入力30bと30 cの2
つのタイミングの一1d対的な遅・速に応じた電圧’I
H号である。T −V変4婆回路30の出力30hに対
する2つの入力30b、30cの極性は、可変定′屯流
源10→キャノくンタ70→比較器20を介してなる閉
ループが負帰還制御にな、るような極性になっている。
The TV conversion circuit 30 is a type of sample and hold circuit, and has two control input signal terminals 30b and 30c and one output signal terminal 30h. Control input signal 30b
The timing corresponds to the full scale of A-D conversion,
In other words, in binary n-bit A-Di conversion, a timing of 2'' period is given. A periodic timing signal is given. That is, the timing when the integrated voltage v0 of the capacitor 70 input to the comparator 20 reaches the reference voltage V r e f is given. j output 30h is 2 of side leg inputs 30b and 30c
Voltage 'I according to the slowness and speed of the two timings
This is H. The polarity of the two inputs 30b and 30c with respect to the output 30h of the T-V converter circuit 30 is determined by negative feedback control of the closed loop formed by the variable constant current source 10→canceller 70→comparator 20. The polarity is such that

このよりな゛構成のA −1)変換器の動作を第2図に
基づいて説明するっ周Jl、IF的に媒シ返して動作す
ル、A−D K 換器において、その動作周期は第2図
の動作波形図に示すように略T+ 、T2 、T3の3
つに分けられる。、すなわち、基本信号となる積分キャ
パシタ70の重圧に対応しCいえば、T1は放電時間、
T2は積分時間 T3は保持時間であるっT1 * ’
12 + T3は制御回路40の繰り返し動作するカウ
ンタによっで発生ずる。、1ψも簡単なタイミング発生
法では、最大カウント数2パlのカウント数のカウント
段を用いて、 T2  =2 ”  tcLK =T+ −+−T3 
        −−−(1)すなわち、T、、1.+
3はそれぞれTlの1/2の周期になる。
The operation of A-1) converter with this different configuration will be explained based on Fig. 2. As shown in the operating waveform diagram in Figure 2, approximately 3 of T+, T2, and T3
It can be divided into , that is, if C corresponds to the heavy pressure of the integrating capacitor 70 which is the basic signal, then T1 is the discharge time,
T2 is integration time T3 is retention time T1 *'
12 + T3 is generated by a counter in the control circuit 40 that operates repeatedly. , 1ψ is also a simple timing generation method, using a count stage with a maximum count of 2 pals, T2 = 2 '' tcLK = T+ - + - T3
---(1) That is, T, 1. +
3 each has a period of 1/2 of Tl.

Tlの期間においては、第1図の切換スイッチ150は
b 1illに閉じており、キャノくシタ70の端子1
扛圧V、は放電されて零である。また、切換えスイッチ
250はa側に閉じているっしたがって、比戎器20の
住)入力端子に、シよ入力信号電圧V’+が印加され、
(→入力端子にはOvになシ、さらに、比較器20の出
力は”I、 TIレベルになって、この状態で時期する
During the period Tl, the selector switch 150 in FIG.
The pressure V is discharged and is zero. In addition, since the changeover switch 250 is closed to the a side, the input signal voltage V'+ is applied to the input terminal of the monitor 20.
(→There is no Ov at the input terminal, and furthermore, the output of the comparator 20 becomes the "I, TI" level, and the period continues in this state.

次に、Tlの期間に入ると、切換スイッチ150はa側
に閉じられ、可変定電流源20から一定の定電流がキャ
パシタ70に流れ込み、その端子電圧VoはOVから直
線的に増加する。また、スイッチ150のa側への切換
えと同時に制御回路40のカウンタはOよりカウントを
開始する。キャパシタ70の充1区電圧■。が次第に増
加して入力信号′電圧V+に達すると、比較器20の出
力はn 、 u→n O++に変化して、出力ラッチ回
路50には制御回路40から2進の計数出力とともにラ
ッチ信号が送られ、その時のカウント数が保持される。
Next, in the period Tl, the selector switch 150 is closed to the a side, a constant current flows from the variable constant current source 20 into the capacitor 70, and the terminal voltage Vo increases linearly from OV. Further, at the same time as the switch 150 is switched to the a side, the counter of the control circuit 40 starts counting from O. Charging voltage of capacitor 70 ■. gradually increases and reaches the input signal 'voltage V+, the output of the comparator 20 changes from n, u to n O++, and the output latch circuit 50 receives a latch signal together with the binary counting output from the control circuit 40. The count number at that time is held.

同時に比較器20の出力がn 1++→II OI+に
変ったことを検出した後制師回路40は切換スイッチ2
50全b I’ll、lに切換え、比)岐器20の(ト
)入力端子にけV r * Iが印加さ/”L −C、
比較器20の出力は再び°゛1”の状態に戻る、一方、
キャパシタ70はり!に充屈し続けられてその1・、間
予電圧ν′6が基準電圧v1゜、に達した時点で比・、
ダ器20の出力は再びl”→″0”に変化し、その変化
信号は制御回路40およびT−V変換回路30の一方の
人力信号端子30Cへ伝えられる。この状態が第2図の
T2/の終期点である。次いで制御卸回路49のカウン
タのカウント数が2”(第2図のTl  )に達すると
、このタイミングはT −V変換回路30の制御入力端
子30b全;!In して伝えられる。
At the same time, the output circuit 40 detects that the output of the comparator 20 changes from n1++ to II OI+, and the changeover switch 2
50 all b I'll, switched to l, V r * I is applied to the (g) input terminal of the divider 20/"L - C,
The output of the comparator 20 returns to the state of °゛1'', while
Capacitor 70 beams! 1. When the pre-voltage ν'6 reaches the reference voltage v1°, the ratio...
The output of the data converter 20 changes from l" to "0" again, and the change signal is transmitted to the control circuit 40 and one of the human input signal terminals 30C of the TV conversion circuit 30. This state is T2 in FIG. /.Next, when the count number of the counter of the control output circuit 49 reaches 2'' (Tl in FIG. 2), this timing occurs when all the control input terminals 30b of the TV conversion circuit 30;! In can be conveyed.

T−V変換回路30の2つの入力端子30b。Two input terminals 30b of the TV conversion circuit 30.

30cの夕・イミング入力が第2図のTl、 +P2/
の関係、すなわち’l’2’ < T 2で積分直圧■
。がV r * tに達する時点がカウンタの2″の時
点よシも短い場合にはTl  T2’−ΔTに比例した
電圧分が減少分として出力端子30hに変換・保持され
、T3の期間で可変定直流10の出力電流の設定値をΔ
’J、” / T 2に応じた値に下げる。次いでTl
の期間に移る。この修正動作はサンプリング制御の負帰
還動作である。したがって、電源起動後、動作周期を経
るにしだがってTlとT2′の差は減少し、定常時には
T2’=T2になる。このような状態で入力′電圧V+
に対応した計数出力Nが得られたとすると、キャパシタ
容量をC1定電流値を■、クロック周期をtcLKとし
て次の関係が成立する。
The evening/timing input of 30c is Tl in Figure 2, +P2/
With the relationship, that is, 'l'2'< T 2, the integral direct pressure ■
. If the time when V r * t is reached is shorter than the time of 2'' on the counter, the voltage proportional to Tl T2'-ΔT is converted and held as a decrease at the output terminal 30h, and is variable during the period of T3. Set value of output current of constant DC 10 as Δ
'J,'' / T Lower to the value according to 2. Then Tl
period. This correction operation is a negative feedback operation of sampling control. Therefore, after the power is turned on, the difference between Tl and T2' decreases as the operating cycle passes, and T2'=T2 in steady state. In this state, the input voltage V+
Assuming that a count output N corresponding to is obtained, the following relationship holds true, where the capacitor capacitance is C1's constant current value and the clock period is tcLK.

C−V、、t−=I・T2″′VI T(Nl = N t cLx   )’I’2 、 
’rNlの計測は同一の積分回路を用いてほとんど同時
に計測することから、Tl、T(間の雨期間におけるキ
ャパシタ容量C1定電流値■、クロック周期t CLK
等は変動がなく一定とみなせる。
C-V,,t-=I・T2'''VIT(Nl=NtcLx)'I'2,
'rNl is measured almost simultaneously using the same integration circuit;
etc. can be considered constant with no fluctuation.

したがって、式(2)からA−D変換の入出力関係は次
のようになる。
Therefore, from equation (2), the input/output relationship of AD conversion is as follows.

n N−□・V+       ・・・・・・・・・(3)
V r e f すなわち、上述のA−D変換器の出力Nは、入力畦圧V
+と正確な利得で比クリし、キャパシタ容量C1定電流
値、クロック周M LcLK等の変動の彩脣を受けない
。芽だ、較正動作(前述のT2/→T2 )と変換1助
作が美質同時に行なわれるため、所要動作時間が短縮で
き、動作が高速化できる。
n N-□・V+ ・・・・・・・・・(3)
V r e f In other words, the output N of the above-mentioned A-D converter is equal to the input ridge pressure V
+ with an accurate gain, and is not affected by fluctuations in the constant current value of the capacitor C1, the clock frequency MLCLK, etc. Moreover, since the calibration operation (T2/→T2 mentioned above) and the conversion 1st operation are performed simultaneously, the required operation time can be shortened and the operation can be made faster.

さらに、積分電圧の傾斜は常に一定で、比較器の比較動
作条件は一方向の比較で単純な動作になるため、簡単な
比較器でも正確な比較がし易い。さらに、キャパ・シタ
の動作波形は一定の燥)返し波形になるためキャパシタ
の印加1を圧の前歴の影響によって異なる誘電体吸収現
象による誤差が生じにくい等の利点を享受できるっ 次に他の実施例をさらに詳1刊に説明する。
Furthermore, since the slope of the integrated voltage is always constant and the comparison operating conditions of the comparator are simple and unidirectional comparison, even a simple comparator can easily perform accurate comparison. Furthermore, since the operating waveform of the capacitor is a constant drying waveform, it is possible to enjoy other advantages such as less error caused by the dielectric absorption phenomenon that varies depending on the influence of the previous pressure history when applying the voltage to the capacitor. Examples will be explained in more detail in the first issue.

第3図は本発明によるA−1)変換器の他の実施例を示
す回路図、第4図は第3図の回路の動作波形図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the A-1) converter according to the present invention, and FIG. 4 is an operating waveform diagram of the circuit of FIG. 3.

第3図において、第1図と同一物まだは等効力には同符
号を付しであるっ本装置は1町変定市:流ri ] O
’1比較器20a、20t)、およびその出力保持回路
4:31,432,433、制御回路40、出力ラッチ
回路50、およびT−V変換回路30から溝底されてい
る。ます、司変定准源10ば、電流切換えスイッチとし
て動作するP−一チヤンネルのτv10S形電界効果ト
ランジスタ(以TMO8FETと称す)102,103
とそれぞれのケート上圧切換用1〜10Sトランジスタ
対104.105と106,107、定ヒ流沃出用の抵
抗101、定ld流負帰還制御用のオペアンプ108、
八−■OSスイッチ切換用のインバータゲート109か
らfilを成されてめる。各MO8F’JうTスイッチ
の相互接続は、切換用のゲート1090入力信号がI 
Itの場合にはMO8FETI 05 、106がオン
し、104,107がオフしてMOSFET102に電
流を流し、′0”の場合にはMOSFET104.1.
07がオン、105,106がオフしてMO8FETI
 O3に電流を切換える接続・極性になっている。MO
SFET102のドレインは積分用キャパ/り70寂よ
びその放電スイッチ150の並タリ回路に接続されてい
る。壕/こ、ギャノ(シタ70の非接地側1’]Af子
V、&p:基r、% ffj 諒V r s f カ加
えられる比較器20b1および人力箱7圧V+が卯えら
れる比IKIS器20aの各入力端子に鴫絖されている
。比較器201〕の出力端子はT =−V変換回路30
の人力の一つに;及就さItてい63 また、比較器2
0aの出力はゲート431,432で構成したR、 S
 7 リップノロラグを介して出力ラッチ回路50のラ
ッチ入力端子に接続さノじている。出力ランチ回i烙5
0を構成するフリップフロップアレーは、nビットのA
−D Jl”換出力に対応して51〜5n−1,4での
n個のラッチ形フリツノ゛フロッグ回路の集合回路であ
る。
In Figure 3, items that are the same as those in Figure 1 and have the same effect are given the same symbols.
'1 comparators 20a, 20t), their output holding circuits 4:31, 432, 433, control circuit 40, output latch circuit 50, and TV conversion circuit 30. First, the variable constant source 10 includes P-channel τv10S type field effect transistors (hereinafter referred to as TMO8FET) 102 and 103 that operate as current changeover switches.
1 to 10S transistor pairs 104, 105, 106, 107 for switching the gate upper voltage, a resistor 101 for constant current output, an operational amplifier 108 for constant LD current negative feedback control,
8-■ The fil is generated from the inverter gate 109 for switching the OS switch. The interconnection of each MO8F'J T switch is such that the switching gate 1090 input signal is
When it is '0', MO8FETI 05 and 106 are turned on and MO8FETI 104 and 107 are turned off, allowing current to flow through MOSFET 102, and when it is '0', MOSFETs 104.1.
07 is on, 105 and 106 are off and MO8FETI
The connection and polarity are such that the current is switched to O3. M.O.
The drain of SFET 102 is connected to a parallel circuit of an integrating capacitor 70 and its discharge switch 150. Comparator 20b1 and human power box 7 pressure V+ are added to it The output terminal of the comparator 201 is connected to each input terminal of the comparator 20a.
One of the human powers;
The output of 0a is R and S composed of gates 431 and 432.
7 is connected to the latch input terminal of the output latch circuit 50 via a lip latch. Output lunch time i-5
The flip-flop array constituting 0 has n bits of A
This is a collective circuit of n latch type flip-flop circuits of 51 to 5n-1, 4 corresponding to the conversion output of -D Jl''.

制御回路40は周期的l側脚信号を作るためのカウンタ
フリップフロップ41〜4n−0とゲート401〜40
5から構成されているっ本実施例では制御回路40のカ
ウンタ段はA  I)変換のフ)vスケールよシも1ビ
ット多くなっているっそして上位3ビツトの信号からケ
ート405を介しでA−D変換の実質的なスタート信号
が作成されるようになっている。ま/こ、−上位2ビツ
トの信号からゲー)403,404を介して2fiの計
数タイミング信号が作成されるようになっている。さら
に、上位3ビットの信号からゲー ト401,402を
介して、1d分キャパシタ70のリセット(放は)信号
を1乍成するようになっている。
The control circuit 40 includes counter flip-flops 41 to 4n-0 and gates 401 to 40 for generating periodic l-side leg signals.
In this embodiment, the counter stage of the control circuit 40 has one bit more than the A (I) conversion f) v scale. - A substantial start signal for D conversion is created. A 2fi counting timing signal is created from the signals of the upper two bits via the signals 403 and 404. Furthermore, a reset (discharge) signal for the 1d capacitor 70 is generated from the upper 3 bits of the signal via the gates 401 and 402.

T −V変換回路30はゲート301〜304で構成r
る2つの1(S7リソプ70ツブとその出力のは号の一
致をとる2個のゲート305,306からなる時間差検
出部と、MO8FETスイッチ307.308とインバ
−タゲート310、キャバ/り311からなる積分回路
部とから11牟成されている。とのT−V変換回路30
の動作は、入力信号端子すの2″カウントのタイミング
と入力信号端子CのV e ”’ vr a fの検出
タイミングとの時間差に応じた信号金成圧に変換して出
力りよシ出力させるものである。全体の修正ループは負
帰遠で、そのループ利得はほぼ1に設定されている。
The T-V conversion circuit 30 consists of gates 301 to 304.
A time difference detection section consisting of two gates 305 and 306 that match the numbers of the S7 rethop 70 and its output, and an MO8FET switch 307 and 308, an inverter gate 310, and a cabaret gate 311. The TV conversion circuit 30 is composed of an integral circuit section and an integrated circuit section.
The operation is to convert it into a signal metal pressure according to the time difference between the timing of the 2'' count of the input signal terminal C and the detection timing of V e "' vr a f of the input signal terminal C, and output it as an output. be. The entire correction loop is negative returning and its loop gain is set to approximately unity.

すなわち、O〜2″カウントした時間の時間差が1%生
じたら、可変定電流源10の電流値をほぼ1%変えるよ
うにT −V変換回+j!、’230の、積分回路のC
B値(キャパシタ311の容は、MO8F’ET307
.308のオン抵抗)を選定しである。この積分抵抗は
MOSFETのオン抵抗を用い、高速化のだめ′電流ス
イッチ動作になっている。
That is, if a time difference of 1% occurs in the time counted by O~2'', the C of the integrating circuit of
B value (capacity of capacitor 311 is MO8F'ET307
.. 308 on-resistance) was selected. This integral resistor uses the on-resistance of a MOSFET, and operates as a current switch in order to increase speed.

以上のように構成した本実施例の動作を第4図に示す動
作波形図を用いて説明するーまず、第3図の回路の動作
は、第4図に示すように、TI〜T4の期間に分けて考
えられる2、すなわち、積分電圧波形V6に対応してス
タートタイミングを含む初期化期間TI%It期間T2
、ホールド期間T3、および放電ルJ間T4であるつま
ず、TloJUiJ間はクロックを分周した開側1回路
40のカウンタの上位3ビツトのNAND条件によって
作成され、この期間では可変定電流源10の電流スイッ
チはMOSFET103がオン、104がオフ状態で、
キャパシタ70の積分’+tC圧V。はOである。
The operation of this embodiment configured as above will be explained using the operation waveform diagram shown in FIG. 4. First, the operation of the circuit shown in FIG. 2, that is, the initialization period TI%It period T2 including the start timing corresponding to the integrated voltage waveform V6
, hold period T3, and TloJUiJ, which is T4 between discharge loops J, are created by the NAND condition of the upper 3 bits of the counter of the open side 1 circuit 40, which is obtained by dividing the clock, and in this period, the variable constant current source 10 In the current switch, MOSFET 103 is on and MOSFET 104 is off,
Integral '+tC pressure V of capacitor 70. is O.

次にT1の終シすなわちゲート4.05の出力の立ち上
シに同期してカウンタは0より計数を開始し、同時にグ
ー1−421の出力Jが切換シ、MOSFETは103
がオフ、J02がオンとなってキャパシタ70に定電流
を流し積分を開始する。キャパシタ70の電圧vcが入
力電圧V+に達すると、比較器20aが反転し、ゲート
431.432を介してラッチ信号lを発生し、出力ラ
ッチ回路50をラッチして出力データを保持する。この
場合、積分電圧V。の2″時点の値がV r # fに
対応していれば、出力データNは先の(3)式の関係の
値となる。
Next, in synchronization with the end of T1, that is, the rise of the output of gate 4.05, the counter starts counting from 0, and at the same time, the output J of Goo 1-421 switches, and MOSFET 103
is turned off, J02 is turned on, a constant current is applied to the capacitor 70, and integration is started. When the voltage vc of the capacitor 70 reaches the input voltage V+, the comparator 20a is inverted and generates the latch signal l through the gates 431 and 432, which latches the output latch circuit 50 to hold the output data. In this case, the integrated voltage V. If the value at time 2'' corresponds to V r # f, the output data N will be the value of the relationship expressed by equation (3) above.

次いでカウンタのカウント数は2°に達し、グー)40
4の出力信号すがOIlとなる。捷たv6がV r @
 fに達して比較器20bの出力Cが反転して°0”と
なり、ゲート421の出力jも”0”K;l)可変定電
流源10のMO8FETrrJ。
Then the count number of the counter reaches 2°, goo) 40
The output signal of No. 4 becomes OIl. The cut v6 is V r @
f reaches, the output C of the comparator 20b is inverted and becomes 0", and the output j of the gate 421 is also "0"K; l) MO8FETrrJ of the variable constant current source 10.

103がオン、102がオフとなってキャパシタ70の
積分電圧V。はホールドに移る。次いでT4はゲート4
02の出力1n号にでキャパシタ70は放電される。
103 is on, 102 is off, and the integrated voltage V of the capacitor 70. moves to hold. Then T4 is gate 4
The capacitor 70 is discharged at the output No. 1n of 02.

第4図における積分電圧ν′。の傾斜は可変定電流源1
0の大小によって、図中、1,2.3のように変化する
。ずなわち、波形1.は2″時点で■。がV’−6rK
停しいように定電流制御却をれた状態、波形2はそれよ
り定rd流が大きい場合、波形3は定電流値が小さい場
合を示している。可変定置流源10の五流が所定値より
大きいI場合、すなわちv6が2の状態の場合の動作に
ついて述べると、比較器のV r e fの・検出時i
jj ?′i短くな逆波形Cの2のようになる。したが
つ゛〔波形fの2に示すよう外パルスが発生し、これが
積分1.ホールドされてhの2のように低圧が」ユバ、
する。可変定電流源10における定電流値は抵抗101
の端子電圧を炙出して制御されることから信号りの電圧
が上れば、抵抗101の端子電圧は小さくなシ定電流値
は小さくなる。Voが波形3の場合にはこの逆になる。
Integral voltage ν′ in FIG. The slope of variable constant current source 1
Depending on the size of 0, it changes as 1, 2.3 in the figure. That is, waveform 1. is ■ at 2''. is V'-6rK
Waveform 2 shows a state in which constant current control is neglected, and waveform 3 shows a case where the constant rd current is larger than that, and waveform 3 shows a case where the constant current value is small. Describing the operation when the five flows of the variable stationary flow source 10 are larger than a predetermined value, that is, when v6 is 2, the comparator's V r e f at the time of detection i
jj? 'i becomes a short inverse waveform C as shown in 2. Therefore, an external pulse is generated as shown in waveform f 2, and this is the integral 1. Holds low pressure like h2' Yuba,
do. The constant current value in the variable constant current source 10 is determined by the resistor 101.
Since the terminal voltage of the resistor 101 is controlled by increasing the terminal voltage of the resistor 101, as the voltage of the signal increases, the terminal voltage of the resistor 101 becomes small and the constant current value becomes small. When Vo is waveform 3, the opposite is true.

前ポしたように、定電流の過渡制御オリ得はほぼ1、す
なわち、1%の偏差に対してほぼ1%の修正を加えるよ
うにしているので、数周期の修正動作で偏差はほぼ0に
なシ、A−D変換動作と実質並行して修正されることと
相俟って修正動作は高速になる。寸だ、T−Vj&換回
路10の荘圧変換回路部は債分回、塔で111¥成して
いるため偏差)くルスが生じている限りにおいて修正積
分が続く。換言すれば定常的なループ利得は実質雄常に
大きくなっておシ、偏差の時間幅による検出法と相俟っ
て高精度の制御が可能になる。この場合、修正閉ループ
内のオペアンプのオフセット電圧等1diA差’&因に
ならない。
As mentioned earlier, the constant current transient control basic gain is approximately 1, that is, approximately 1% correction is applied to a 1% deviation, so the deviation becomes approximately 0 after several cycles of corrective action. Moreover, since the correction is performed substantially in parallel with the A/D conversion operation, the correction operation becomes faster. In fact, since the pressure conversion circuit part of the TVJ & conversion circuit 10 is made up of 111 yen in the voltage division and tower, the correction integration continues as long as the deviation) curve occurs. In other words, the steady loop gain is substantially always large, and in combination with the detection method based on the time width of the deviation, highly accurate control becomes possible. In this case, the 1diA difference such as the offset voltage of the operational amplifier in the modified closed loop is not a cause.

本実、ン也例におけるA−!〕変換器は、キャパシタ7
0を除き、すべてMO8LSI技術によって構成でき、
+5■単一のVcc電源によって動作できる。
Honji, A- in Nya example! ]The converter is a capacitor 7
All except 0 can be constructed using MO8LSI technology.
+5■ Can be operated with a single Vcc power supply.

その場合の基本性能は入力0〜371分解能14ビツト
、変換時間1 m s 、精度1/2LSBが可能でり
シ、比較的ノンプルな構成なので小形にできる。
In this case, the basic performance is 0 to 371 input resolution of 14 bits, conversion time of 1 ms, and accuracy of 1/2 LSB, and since it is a relatively non-pulling configuration, it can be made small.

本発明のA、−D変換器においては、いくつかの変形・
改良が施し得る。
In the A, -D converter of the present invention, several modifications and
Improvements can be made.

第5図はキャパシタの積分電圧V、を入力電圧V+と基
準電圧V r * fの2点比較を1個のチョッパアン
プで比較でさる比較器の構成を示す。また、第6図は第
5図における動作タイミング波形を示している。比較器
は、帰還スイッチと段間結合キャパシタを有するインバ
ータ増幅器20と入力切換スイッチ81〜S3によって
構成される。
FIG. 5 shows the configuration of a comparator that compares the integrated voltage V of the capacitor at two points, the input voltage V+ and the reference voltage V r *f, using one chopper amplifier. Further, FIG. 6 shows the operation timing waveform in FIG. 5. The comparator includes an inverter amplifier 20 having a feedback switch and an interstage coupling capacitor, and input changeover switches 81 to S3.

このようなAC増幅器とスイッチを、Il:Iいたチョ
ッパ形の比較器は、通常比較タイミングが固定の同期比
較器として周知であるが、第5図では比較タイミングを
固定しない非同期式で動作させている(この種の比較器
はその詳細が本願出願人による特開昭55−11626
に明らかにされている)。
A chopper-type comparator with an AC amplifier and a switch of Il:I is normally known as a synchronous comparator with a fixed comparison timing, but in Fig. 5, it is operated in an asynchronous manner with no fixed comparison timing. (Details of this type of comparator are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-11626 by the applicant.
).

比較器の動作は、第6図に示すように、まず、スイッチ
80181 をオンして入力V+iキャパシタに充電し
た後、So + Slの順序でスイッチをオフし、次い
で直ちにS2をオンし、Veの比較時期状態にする。V
 e、−’ V +の比較信号が出力されたら直ちに比
較出力勿ランチして(v2o)。
As shown in FIG. 6, the comparator operates as shown in FIG. Set to comparison period state. V
Immediately after the comparison signal of e, -'V+ is output, the comparison output is launched (v2o).

821オフ、Sl、オン+So+オンでV r * t
を充電し、a≧V1゜tf比較できる状態になるっ次い
で比較が済めば、直ちに初期状態に各スイソチが戻るっ
第5図の比較法による利点は、実質的に比較器が1個と
なるので、入力電圧V1と基準電圧V r s tの2
点の相対比較精度がよくなる。
821 off, Sl, on + So + on V r * t
When the comparison is completed, each switch immediately returns to its initial state.The advantage of the comparison method shown in Fig. 5 is that only one comparator is required. Therefore, 2 of input voltage V1 and reference voltage V r s t
The relative comparison accuracy of points is improved.

丑だ、比較器がインバータゲートとスイッチとMO8容
姪で114成できるため、回路が簡単で、精度の素子感
度依存性金小さくすることができる。
Since the comparator can be made up of 114 inverter gates, switches, and MO8 connectors, the circuit is simple and the dependence of accuracy on element sensitivity can be reduced.

さらに、入力の並列スイッチは本質的にマルチプレクサ
であることから、入力の多チャンネル化が容易となる。
Furthermore, since the input parallel switch is essentially a multiplexer, it is easy to provide multiple input channels.

この場合、−変換周期毎に入力チャンネルをデコードし
VIを切戻えることによってなきれる。
In this case, the problem can be solved by decoding the input channel and switching back the VI every -conversion period.

閉ループ制御のT−V変換回路相当部も種々の変形が町
を走である。第1は、時間の偏差を可逆カウンタ、若し
くはディジタルコンパレータを伺加してパルス数として
検出、制御することである。
Various modifications of the closed-loop control TV conversion circuit are also common. The first method is to detect and control the time deviation as a pulse number by adding a reversible counter or a digital comparator.

しかしこの方法はよ)高速な論理動作が必要でおる。第
2は、偏差を電圧で比較する方法でおる。
However, this method requires high-speed logic operations. The second method is to compare the deviation using voltage.

すなわちキャパシタの充電電圧を2″の時点でホールド
し、このホールドしたvcと基準電圧V r @ fと
の差で定電流を1+11睡する方法である。これによシ
タイミング回路のiii’i単化が図れる。
In other words, the charging voltage of the capacitor is held at the point of 2'', and the constant current is set to 1+11 by the difference between this held vc and the reference voltage V r @ f.This allows the iii'i unit of the timing circuit to can be achieved.

可変定電源についても′S施例で示した方法のほかに、
トランジスタの定電流回路で・性成できる。
Regarding variable constant power supply, in addition to the method shown in 'S example,
This can be achieved using a constant current circuit using transistors.

この方法は定電流源の高内部インピーダンスを素子自体
の内部インピーダンスで実現できるので、オペアンプ等
は不要になるが、良好な定電流特性を得るには2〜3段
のカスコード構成にlシ、動作電源の点では第3図の実
施例よシも幾分大きくなる。
In this method, the high internal impedance of the constant current source can be achieved using the internal impedance of the element itself, so no operational amplifier is required. In terms of power supply, the embodiment of FIG. 3 is also somewhat larger.

また、タイミング作成の抽1卸回路も、カウンタの各段
の論理条件によシ1クロック周期の分解11Hで、必要
に応じて任意の周期的な制01(]タイミングに変更で
きることはいうまでもない。
In addition, it goes without saying that the sampling circuit for timing creation can be changed to any periodic control 01() timing as needed by decomposing 11H of 1 clock period according to the logic conditions of each stage of the counter. do not have.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたことから明らかなように、本発明によるA−
D変換器によれば、高精度でかつ高速のものが得られる
As is clear from the above description, A-
According to the D converter, high precision and high speed can be obtained.

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

第1図は本発明によるA−D変換器の一実施例を示す回
路ブロック図、第2図は第1図の動作を示すだめの波形
図、第3図は本艶明によるA−D変挾器の他の実施例を
示す回路図、第4図は第3図の回路の動作を示すタイム
チャート、第5図は本発明によるA−D’J、:換器の
眼圧比較器の他の実施例を示す回路図、第6図は第5図
の回路の動作波形を示す図であるう 10・・・可変定電流源、20.20a、20b・・・
比較器、30・・・T−V変換回路、40・・匍J +
IIx+回路、50・・・出力ラッチ回路、70・・・
キャパシタ、150゜250・・・切換スイッチ。 第20 ≠4 口 詐 1 めろ口
Fig. 1 is a circuit block diagram showing one embodiment of the A-D converter according to the present invention, Fig. 2 is a waveform diagram showing the operation of Fig. 1, and Fig. 3 is an A-D converter according to the present invention. FIG. 4 is a time chart showing the operation of the circuit of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing the operation of the circuit of FIG. 3. A circuit diagram showing another embodiment, FIG. 6 is a diagram showing operating waveforms of the circuit of FIG. 5.
Comparator, 30...TV conversion circuit, 40...Hou J +
IIx+ circuit, 50...output latch circuit, 70...
Capacitor, 150°250... changeover switch. 20th ≠ 4 Mouth fraud 1 Mero mouth

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、コンブ″ンサと定電流回路とセント、リセットスイ
ッチからなる積分回路と、漬分回I!!i4 iu圧と
入力1住圧の大小を比峻する比較器と、積分開始と前記
比較器の反転までの時間を計数するカウンタとを有し、
入力′電圧の大小に応じた計数出力を得る計数形のアナ
ログ・ディジタル変換器において、変換動作を一定周期
で繰シ返し動作させるクイミ/グを発生する手段と、前
記カウンタのフルスケール値に対応した時点の積分回路
出力を所定の基準、j3.川と比較してその差分値を定
常的に零にするように前記定電流回路の電流を調整する
電流調整手段を備えたことを特徴とするアナログ・ディ
ジタル変換器。 2、カウンタの2″のフルスケールとアナログのV r
 41  のフルスケールとの対応を時間差で検出制御
するようにした特許請求の範囲第1項記載のアナログ・
ディジタル変換器。 3、カウンタの2nのフルスクールとアナログの〜’r
efのフルスクールの対応を、積分電圧V、と\ノr@
jの振幅差で検出制御)1]するようにした特、7−1
:請求の11!囲第1項記載のアナログ・ディジタル変
換器。
[Scope of Claims] 1. An integrating circuit consisting of a condenser, a constant current circuit, a centrifuge, and a reset switch, and a comparator that compares the magnitude of the dipping voltage I!!i4 iu pressure and the input 1 living pressure; a counter that counts the time from the start of integration to the reversal of the comparator;
In a counting type analog-to-digital converter that obtains a counting output according to the magnitude of the input voltage, there is provided a means for generating a signal that repeatedly performs a conversion operation at a constant cycle, and a means that corresponds to the full scale value of the counter. The output of the integrating circuit at the time of j3. 1. An analog-to-digital converter comprising current adjusting means for adjusting the current of the constant current circuit so that the difference value compared to the current is constantly zero. 2. 2″ full scale of counter and analog V r
The analog system according to claim 1, wherein the correspondence with the full scale of 41 is detected and controlled by a time difference.
Digital converter. 3. Counter 2n full school and analog ~'r
The full school correspondence of ef is expressed as the integral voltage V, and \nor@
Detection control based on the amplitude difference of j) 1], 7-1
:Claim 11! The analog-to-digital converter according to item 1 below.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5164362A (en) * 1974-12-02 1976-06-03 Tokyo Shibaura Electric Co aad henkanki
JPS52156541A (en) * 1976-06-23 1977-12-27 Hitachi Ltd A-d converter

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