JPS60113536A - A/d converter - Google Patents

A/d converter

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Publication number
JPS60113536A
JPS60113536A JP22051983A JP22051983A JPS60113536A JP S60113536 A JPS60113536 A JP S60113536A JP 22051983 A JP22051983 A JP 22051983A JP 22051983 A JP22051983 A JP 22051983A JP S60113536 A JPS60113536 A JP S60113536A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
potential
terminal
circuit
vin
Prior art date
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Pending
Application number
JP22051983A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kumagai
熊谷 博司
Katsumi Suzuki
克美 鈴木
Koji Tanagawa
棚川 幸次
Satoru Oura
大浦 悟
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.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP22051983A priority Critical patent/JPS60113536A/en
Publication of JPS60113536A publication Critical patent/JPS60113536A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H03M1/54Input signal sampled and held with linear return to datum

Abstract

PURPOSE:To remove a conversion error by an offset voltage and to execute an A/D conversion with high speed and high accuracy by counting the time that an integration circuit output reaches to the first and an intermediate reference voltages, and an input voltage respectively, and operating them. CONSTITUTION:A fractional-pressure potential terminal 3 is selected by a switching circuit 4, an input terminal 18 is selected by a switching circuit 12, and magnitudes between a measured voltage VIN and a fractional-pressure voltage VR/2 are compared. A constant current from a constant current source 6 is supplied to a capacitor 7 through a terminal 2, the output is increased from zero V, and times T3-T1 whose potentials become equal to the first potential VR, an intermediate potential VR/2, and an input measured potential VIN are counted by the switching circuit 12 and a comparator 8. The following equation: VIN=[2(T3-T2)-(T3-T1)]VR/2(T3-T2) is operated by a CPU20, and an accu rate digital value which does not generate an offset error is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) この発明は、簡単な回路構成によって1回の積分を行な
うことにより比較回路のオフセット電圧による誤差を生
じない積分方式による高速、高精度のA/D変換器に関
する。
Detailed Description of the Invention (Technical Field) The present invention provides high-speed, high-precision A/D conversion using an integration method that eliminates errors due to offset voltage of a comparator circuit by performing one integration with a simple circuit configuration. Concerning vessels.

(従来技術) 従来の積分方式による〜を変換器ではコンパV−タ、オ
ペ(オペレーション)アンプなどのオフセット電圧がA
/p変換誤差になるという欠点があり、また、これを補
正するためには四重積分方式や自動ゼロ補償回路を使用
するなど、回路が複雑になりまた、変換時間が長くなる
などの欠点がおった。
(Prior art) In the converter using the conventional integration method, the offset voltage of the comparator, operational amplifier, etc.
/p conversion error, and in order to correct this, a quadruple integration method or an automatic zero compensation circuit must be used, making the circuit complex and the conversion time longer. Oh.

(発明の目的) この発明の目的は、オフセット電圧による変換誤差を除
去するとともに高速、高精度のA/a変換が可能な)−
70変換器を得るにある。
(Object of the invention) The object of the invention is to eliminate conversion errors caused by offset voltage and to enable high-speed, high-precision A/A conversion.
There are 70 converters to obtain.

(発明の概要) この発明の要点は、入力電圧′f、積分した値が第1お
よび中間の基準電圧に達する時間および入力電圧に達す
る時間を計数し、これらの時間を差分より入力端子に対
応する計数値を算定するにある。
(Summary of the Invention) The main point of this invention is to count the time for the input voltage 'f and the integrated value to reach the first and intermediate reference voltages and the time to reach the input voltage, and to correspond to the input terminal based on the difference between these times. It is in calculating the count value to be calculated.

(実施例) 以下、この発明のA/p変換器の実施例について図面に
基づき説明する。第1図はその一実施例の回路図である
。この第1図において、接地電位端子1、定電流端子2
、分圧電位端子3がそれぞれスイッチ回路4で選択され
て積分回路5に入力されるようになっている。
(Example) Hereinafter, an example of the A/p converter of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment. In this Figure 1, ground potential terminal 1, constant current terminal 2
, divided potential terminal 3 are selected by a switch circuit 4 and input to an integrating circuit 5.

この積分回路5は定電流源6.0.1〜0.01μF程
度のコンデンサ7から成っておシ、その出力は比較器8
の(−)入力端に接続されている。
This integrating circuit 5 consists of a constant current source 6 and a capacitor 7 of about 0.1 to 0.01 μF, whose output is fed to a comparator 8.
is connected to the (-) input terminal of the

また、この比較器8の(ト)入力端には基準電圧VRE
F端子9を持つ分圧回路10により作られる二つの電位
■R2VR/2または入力電圧ホールド回路11の出力
がスイッチ回路12により選択され、印加されるように
なっている。基準電圧VRgFを5vとすると、VR=
 4 V 、 VR/2 = 2 V程度トシテイル。
Further, the (g) input terminal of this comparator 8 has a reference voltage VRE.
Two potentials R2VR/2 generated by a voltage dividing circuit 10 having an F terminal 9 or the output of an input voltage hold circuit 11 are selected by a switch circuit 12 and applied. If the reference voltage VRgF is 5v, VR=
4 V, VR/2 = about 2 V.

上記分圧回路10には、三つの抵抗13,14゜15が
基準電圧端子9と接地間に直列に接続されており、抵抗
13と14問および抵抗14と15間の電位がそれぞれ
VR、VR/2としてスイッチ回路12の入力端子16
.17へ接続されている。ここで抵抗14.15は電位
Vn l ”R/2を与えるように等しい抵抗値を持っ
ていなければならない。
In the voltage dividing circuit 10, three resistors 13, 14 and 15 are connected in series between the reference voltage terminal 9 and the ground, and the potentials between the resistors 13 and 14 and between the resistors 14 and 15 are VR and VR, respectively. /2 as the input terminal 16 of the switch circuit 12
.. It is connected to 17. Here, the resistors 14 and 15 must have equal resistance values so as to provide the potential Vn l ''R/2.

また、入力電圧ホールド回路11の出力はスイッチ回路
12の入力端子18に接続されている。
Further, the output of the input voltage hold circuit 11 is connected to the input terminal 18 of the switch circuit 12.

この入力電圧ホールド回路11の人力には、被測定電圧
Vinが加わる入力端子19が接続されている。
An input terminal 19 to which a voltage to be measured Vin is applied is connected to the input voltage hold circuit 11 .

スイッチ回路4,12や入力端子ホールド回路11の制
御や計時などはマイクロプロセッサ(以後CPU)20
によシ行なうようになっている。
A microprocessor (hereinafter referred to as CPU) 20 controls the switch circuits 4 and 12 and the input terminal hold circuit 11 and measures time.
I'm starting to do better.

次に、以上のように構成されたこの発明のA/D変換器
の動作について適時、’A/DA/D変換器過程で比較
器8の(−)入力端に加わる電位を示す第2図を参照し
て説明する。
Next, regarding the operation of the A/D converter of the present invention configured as described above, we will explain the operation of the A/D converter according to the present invention as follows. Explain with reference to.

この発明によるA/1)変換器の動作は三つのモード、
つまシ被測定電圧Vinと分圧電位VR/2の大小比較
(モード1)、積分過程(モード2)、演算過程(モー
ド3)から成っている。
The A/1) converter according to the invention operates in three modes:
It consists of a magnitude comparison between the voltage to be measured Vin and the divided potential VR/2 (mode 1), an integration process (mode 2), and a calculation process (mode 3).

まずモード1の動作の説明を行なう。スイッチ回路4に
より、分圧電位端子3を選択し、比較器8の(−)入力
端にVR/2の電圧を印加すると同時に、被測定電圧V
inを被測定電圧入力端子19に加え、入力端子ホール
ド回路11に保持する。
First, the operation in mode 1 will be explained. The switch circuit 4 selects the divided potential terminal 3 and applies the voltage of VR/2 to the (-) input terminal of the comparator 8. At the same time, the voltage to be measured V
in is applied to the voltage to be measured input terminal 19 and held in the input terminal hold circuit 11.

その後、スイッチ回路12によ多入力端子18を選択し
、比較器8の(+)入力端に被測定電圧Vinを印加す
る。この状態で被測定電圧Minと分圧電位VR/2の
大小比較全行ない、その比較の結果をCPU20により
記憶する。そして、次のモード2に移行する。
Thereafter, the multiple input terminal 18 is selected in the switch circuit 12, and the voltage to be measured Vin is applied to the (+) input terminal of the comparator 8. In this state, the voltage to be measured Min and the divided potential VR/2 are compared in magnitude, and the results of the comparisons are stored by the CPU 20. Then, the process moves to the next mode 2.

モード2では、モード1の結果Vin≦VR/2の場合
、次のように動作する(第2図(a)参照)。まず、比
較器8の(ト)入力端をスイッチ回路12により入力端
子18に接続し、スイッチ回路4により接地電位端子1
を選択して、コンデンサ7の全電荷を放電した後に定電
流端子2を選択し、積分回路5に定電流を印加するとと
もに、CPU20により計時を開始する。
In mode 2, when the result of mode 1 is Vin≦VR/2, the operation is as follows (see FIG. 2(a)). First, the (g) input terminal of the comparator 8 is connected to the input terminal 18 by the switch circuit 12, and the ground potential terminal 1 is connected by the switch circuit 4.
is selected to discharge all charges in the capacitor 7, the constant current terminal 2 is selected, a constant current is applied to the integrating circuit 5, and the CPU 20 starts time measurement.

この状態で、比較器8より一致信号が出力された時点で
のパルスカウント数をT、としてCPU20に記録する
とともに、スイッチ回路12により入力端子17を選択
し、比較器8の(+)入力端を被測定電位Vinから電
位VR/2に変える。
In this state, the pulse count number at the time when the matching signal is output from the comparator 8 is recorded as T in the CPU 20, and the input terminal 17 is selected by the switch circuit 12, and the (+) input terminal of the comparator 8 is is changed from the potential to be measured Vin to the potential VR/2.

この状態で、比較器8よシ一致信号が出力された時点で
のパルスカウント数をT2としてCPU20に記録する
とともに、スイッチ回路12により入力端子16を選択
し、比較器8の(+)入力端を電位VR/2から電位り
に変える。
In this state, the pulse count number at the time when the comparator 8 outputs the coincidence signal is recorded in the CPU 20 as T2, and the input terminal 16 is selected by the switch circuit 12, and the (+) input terminal of the comparator 8 is is changed from the potential VR/2 to the potential 2.

この状態で、比較器8よシ一致信号が出力された時点の
カウント数をT、とし、CPU20に記録するとともに
スイッチ回路4により分圧電位端子3を選択して、前記
モード1にもどるとともに次の動作モード3に移る。パ
ルスカウント数は8 bitの場合、256〜512を
行ない、所要時間は1mS程度である。
In this state, the count number at the time when the match signal is output from the comparator 8 is set as T, and is recorded in the CPU 20, and the switch circuit 4 selects the divided voltage terminal 3, and returns to the mode 1 and returns to the next mode. Move to operation mode 3. When the pulse count is 8 bits, 256 to 512 pulses are counted, and the required time is about 1 mS.

ま光、Vin≧VR/2の場合も前述とほとんど同一で
あるが比較器8の(+)入力端への接続順査等が次のよ
うになる(第2図(b)参照)。まず最初にスイッチ回
路12によ多入力端子17を選択し、このときのカウン
ト数をT2、次に入力端子18を選択し、このときのカ
ウント数t−T、、最後に入力端子16を選択し、この
ときのカウントe f Tsとする。
Also, in the case of Vin≧VR/2, it is almost the same as described above, but the order of connection to the (+) input terminal of the comparator 8 is as follows (see FIG. 2(b)). First, select the multiple input terminal 17 to the switch circuit 12, select the count number at this time T2, then select the input terminal 18, select the count number t-T at this time, and finally select the input terminal 16. Then, let the count at this time be e f Ts.

次に、モード3では次のようにして演算を行なう。モー
ド2において得られた計数値T、 、 T、 、 T。
Next, in mode 3, calculations are performed as follows. Count values T, , T, , T obtained in mode 2.

には比較器8のオフセット電圧dによる誤差が含まれて
いる。
includes an error due to the offset voltage d of the comparator 8.

いま、オフセット電圧が無い場合のそれぞれの計数値を
TI’ r T2’ + T!’とすると、被測定電圧
Vinは電位vRにより と表わせる。
Now, each count value when there is no offset voltage is TI' r T2' + T! ', the voltage to be measured Vin can be expressed by the potential vR.

ここで、オフセット電圧dによる計数誤差をTOFSと
すると、T’−T+−TOFS 、 T2’−T2−T
OFS I Ts’−Ta −TOFSであシ、また、
積分回路5の直線性よシTs’−2(Ts ’L )、
そしてTX ’r、’ −Ta 、 T+であるので、
(1)式は vi、 −” (Ta T2 ) (Ta 11. )
 yR,9,(2)2 (’1:s T2) となシ、被測定電圧Vinは前記モード2で得られたT
+ 、 T2 、 Tsによりオフセット電圧による誤
差を生じない正確なデジタル値に変換される。また、こ
のモード3はモード1と並列処理されるため、高速化が
実現できる。
Here, if the counting error due to the offset voltage d is TOFS, then T'-T+-TOFS, T2'-T2-T
OFS I Ts'-Ta-TOFS, and
The linearity of the integrating circuit 5 is Ts'-2 (Ts'L),
And since TX 'r,' -Ta, T+,
Equation (1) is vi, -” (Ta T2 ) (Ta 11.)
yR,9,(2)2 ('1:s T2) The measured voltage Vin is T obtained in mode 2.
+, T2, and Ts, it is converted into an accurate digital value that does not cause errors due to offset voltage. Furthermore, since mode 3 is processed in parallel with mode 1, speeding up can be achieved.

以上説明したように、第1の実施例では、回路構成、制
御が比較的簡単であり、CPU20fJ:、どで処理で
きるので、マイクロプロセッサとのインターフェイスが
容易であル、また同一チップ上に集積することが容易で
ある。
As explained above, in the first embodiment, the circuit configuration and control are relatively simple, and processing can be performed by the CPU 20fJ, making it easy to interface with a microprocessor, and it can be integrated on the same chip. It is easy to do.

さらに、比較器のオフセット電圧通常数十mVが誤差に
ならずその上に一重積分で変換が出来るため、積分方式
としては高速で高精度の変換が可能である。
Furthermore, since the offset voltage of the comparator, which is usually several tens of mV, does not cause an error and conversion can be performed by single integration, the integration method allows high-speed and highly accurate conversion.

なお、1回のAD変換に要する時間は、8bitの場合
でT、のパルスカウント時間で定ま、9.256〜51
2のパルスカウントに1 ms程度を要する。これに演
算時間f:100ステップ各1μsとすると0.1mS
程度を要する。これに被測定電圧Vinのホールド回路
に要する充電時間をO〜1mSとすると最大2ms程度
となる。
In addition, the time required for one AD conversion is determined by the pulse count time of T in the case of 8 bits, and is 9.256 to 51.
It takes about 1 ms to count 2 pulses. In addition, calculation time f: 1 μs for each 100 steps, 0.1 mS
It takes a certain degree. If the charging time required for the hold circuit for the voltage to be measured Vin is set to 0 to 1 mS, the maximum charging time is about 2 ms.

また、ホールド回路の充電時間は被測定電圧の時間変動
が少ない場合は、これを無視することができる。この場
合、1〜1.5tylSで1回のAD変換が可能となる
。このように1回の積分のみでオフセット誤差のない変
換ができる点がこの発明の大きな利点である。
Further, the charging time of the hold circuit can be ignored if the voltage to be measured varies little over time. In this case, one AD conversion is possible in 1 to 1.5 tylS. A great advantage of the present invention is that conversion without offset errors can be performed with only one integration.

(発l:lIJの効果) この発明は以上説明したように、入力電圧の積分値が第
1および中間の基準電圧に達する時間および入力端子に
達する時間を計数して、これらの時間の差分よ逆入力電
圧に対応する計数値を算定するようにしたので、積分方
式によるA/D変換であるが、コンパレークなどのオフ
セット電圧が誤差にならないため、高精度の変換が可能
である。
(Effect of IJ: IJ) As explained above, the present invention counts the time for the integral value of the input voltage to reach the first and intermediate reference voltages and the time for it to reach the input terminal, and calculates the difference between these times. Since the count value corresponding to the reverse input voltage is calculated, the A/D conversion is performed using an integral method, but since offset voltages such as comparators do not cause errors, highly accurate conversion is possible.

また、−重積弁方式をとっているので、変換時間も短か
いという利点があるとともに、回路構成も簡単なため、
マイクロプロセッサと同一チップ上に集積可能であシ、
これにより、さらにその真価が発揮できる効果を奏する
In addition, since it uses a stacked valve system, it has the advantage of short conversion time, and the circuit configuration is simple.
Can be integrated on the same chip as a microprocessor,
This brings about an effect that can further demonstrate its true value.

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

第1図はこの発明のA/D変換器の一実施例の回路図、
第2図は同上A/D変換の原理を示すグラフである。 1・・・接地電位端子、2・・・定電流端子、3・・・
分圧電位端子%4.12・・・スイッチ回路、5内積分
回路、6中足泊流源、7・・・コンデンサ、8・・・比
較器、9・・・基準電圧端子、1o・・・分圧回路、1
1・・・入力端子ホールド回路、13,14.15・・
・抵抗、19・・・破測定電圧入方端子、20・・・c
PU0手続補正書 昭和59年6月−7日 特許庁長官若杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和58年特 許 願第 220519 号2、発明の
名称 A/D変換器 3、補正をする者 事件との関係 特 許 出願人 (02F)沖電、気工朶株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付 昭和 年 月 日(自発)6、補
正の対象 明MJi沓の発明の詳細な説明のシ]■7、 補正の内
容 1)明細書7頁11行「T’ = T+ −TOFSJ
をr T+’= T+ ToFSjと訂正する。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the A/D converter of the present invention,
FIG. 2 is a graph showing the principle of A/D conversion. 1... Ground potential terminal, 2... Constant current terminal, 3...
Divided potential terminal %4.12...Switch circuit, 5 internal integration circuit, 6 middle foot current source, 7...Capacitor, 8...Comparator, 9...Reference voltage terminal, 1o...・Voltage dividing circuit, 1
1... Input terminal hold circuit, 13, 14.15...
・Resistance, 19...Failure measurement voltage input terminal, 20...c
PU0 Procedural Amendment June-7, 1980 Kazuo Wakasugi, Commissioner of the Japan Patent Office 1, Indication of Case, 1982 Patent Application No. 220519 2, Title of Invention A/D Converter 3, Person Making Amendment Case and Relationship between patent applicant (02F) Oki Electric Co., Ltd., Kikoho Co., Ltd. 4, agent 5, date of amendment order Showa year, month, day (spontaneous) 6, subject of amendment detailed description of the invention of Meiji Kutsu ]■7. Contents of amendment 1) Page 7, line 11 of the specification "T' = T+ -TOFSJ
is corrected as r T+'= T+ ToFSj.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 定電流源とコンデンサからなる積分回路と、第1および
第2の基準電圧を作成する手段と、入力電圧を保持する
手段と、上記積分回路の出力と上記各基準′電圧または
上記入力電圧とをそれぞれ比較して一致すると一致信号
を出力する比較回路と、上記積分回路の出力が零電圧か
ら第1の基準電圧に達する第1の時間および中間の基準
電圧に達する第2の時間ならひに入力電圧に達する第3
の時間をそれぞれ計測するとともにこれらの時間の差分
をめてその差分よシ上記入力電圧に対応する) 61数1値を算定する手段とよりなるAん変換器。
[Scope of Claims] An integrating circuit comprising a constant current source and a capacitor, means for creating first and second reference voltages, means for holding an input voltage, an output of the integrating circuit and each of the reference voltages. or a comparison circuit that compares the input voltages and outputs a match signal when they match, and a first time when the output of the integration circuit reaches a first reference voltage from zero voltage, and a second time when the output of the integration circuit reaches an intermediate reference voltage. If the input voltage reaches the third
61 (corresponding to the above-mentioned input voltage).
JP22051983A 1983-11-25 1983-11-25 A/d converter Pending JPS60113536A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010001535A1 (en) * 2008-07-02 2010-01-07 テルモ株式会社 Electronic thermometer and operation control method

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