JPS60148228A - アナログ・デイジタル変換装置 - Google Patents

アナログ・デイジタル変換装置

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JPS60148228A
JPS60148228A JP270384A JP270384A JPS60148228A JP S60148228 A JPS60148228 A JP S60148228A JP 270384 A JP270384 A JP 270384A JP 270384 A JP270384 A JP 270384A JP S60148228 A JPS60148228 A JP S60148228A
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JP
Japan
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converter
analog
digital
amplifier
processor
Prior art date
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JP270384A
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English (en)
Inventor
Hajime Kaneda
金田 一
Mitsuhito Kamei
光仁 亀井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS60148228A publication Critical patent/JPS60148228A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/14Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit

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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、アナログ量をディジタル量に変換するアナ
ログ・ディジタル装置に関するものである。
〔従来技術〕
一般に多くの計測信号はアナログ信号である場合が多く
、その計測信号をマイクロコンピュータなどを利用して
データ処理する場合には一旦デイジタル量に変換して処
理をする。従来から上記の如くアナログ量をディジタル
量に変換する装置としてアナログ・ディジタル変換器(
以後、i / 。
変換器と呼ぶ)が使用されている。しかし上記A/D変
換器の高精度化と処理速度向上の手段には回路上からく
る限界があった。例えば、IOビットのA/D変換器と
8ピツトのそれとでは、一般的ニ、10ビツトのA/D
変換器の方が回路規模が約4倍大となる。このため、信
号処理回路をLSI化する場合、ディジタル演算回路と
同一のチップ上に搭載できるA/D変換器は、多くの場
合8ビツトが限界とされてきた。すなわち10ビット以
上のA/D変換器になると回路規模が太になり、同時に
チップ上において高精度の回路の実現が難しくなること
に起因している。すなわち、A/D変換器の主要な誤差
要因として、量子化誤差、オフセット誤差、非直線性の
誤差、利得誤差等がある。量子化誤差はアナログ量を不
連続のディジタル量に変換するため忙発生する本質的な
誤差である。オフセット誤差は増幅器でも発生する誤差
で、温度変化や経年変化などによって零点の位置が変動
することにより発生する。この誤差の除去方法について
は後述するが、プロセッサのソフトウェア等で除去する
こともできる。また変換特性が理想的な直線にならない
ために発生する非直線性誤差は、増幅器でも発生する誤
差である。
特にこの誤差が問題となる場合は、プロセッサのソフト
ウェアで補正を行うことができる。最後の利得誤差は増
幅器でも発生する誤差で、計測器の校正によって除去す
ることができる。
上記の如き理由により、A/D変換時に発生する諸誤差
のうち量子化誤差が最大の問題となる。
従来この種の装置として第1図に示すものがあった。図
において、1は入力端子、2は電子スイッチ、2aは前
記電子スイッチ2の第1接続端子、2bは第2接続端子
、3は可変利得増幅器、4は第1A/D変換器、5はプ
ロセッサ、6は利得制御信号、Tは電子スイッチの制御
信号である。
次に第1図の回路動作と、この回路で発生する誤差につ
いて以下に説明する。今、可変利得増幅器3の利得をa
、この増幅器で発生する誤差なδ8、第1 A/D変換
器4で発生する誤差をδlとする。
入力端子1に入力電圧Vが印加されると、通常電子スイ
ッチ2は第1接続端子2a側に接続されていて、まず、
利得a = 1で可変利得増幅器3を経由し第1A/D
変換器4に導かれ、ディジタル量に変換されてプロセッ
サ5に読込まれる。プロセッサ5では利得aの最適値を
め、利得制御信号6により、可変利得増幅器3の利得a
を最適値に自動設定し、入力電圧を再度増幅する。従っ
て前記の誤差を考慮したアナログ電気信号の値はaV+
δaになる。更にA/D変換後のディジタル量V、は、 V 1 ”= aV+δ8+δl ・・・・・・・・・
・・・(1)で表わされる。上記のVtの値が入力電圧
Vの代りにプロセッサ5、に読込まれることになる。一
方、電子スイッチの制御信号1によって、電子スイッチ
2を2bの接続端子に接輯すると、入力電圧Vは V=
Q となる。そこで、その時の可変利得増幅器3と第1
 A / D変換器4とで発生する誤差出力δa、δl
について、オフセット誤差に起因する成分をプロセッサ
5に読込ませることが可能となる。一般にオフセット誤
差は、比6較的ゆっくりとしか変化しないので、時々上
記の方法によってオフセット値をめ、(1)式の右辺か
ら、その誤差成分をプロセッサ5で除去処理することK
よりオフセットを取除くようにしていた。
また利得aを可変圧することによって、低入力値におけ
る精度を向上させるようにしていたが、A/D変換器で
発生する量子化誤差は、変換ビット数が決まれば本質的
に定まるもので、上記の方法で改善することは困難であ
る。
従来のアナログ・ディジタル変換装置は以上のように構
成されていたので、高精度のアナログ・ディジタル変換
を行う罠はビット数の大きなA/D変換器を用いること
が必要で、また、ビット数の大きなA/D変換器を用い
れば、変換に時間がかかるなどの欠点があった。
〔発明の概要〕
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
め罠なされたもので、A/D変換器に、更にディジタル
・アナログ変換器及び差動増幅器とを組合せることKよ
り、高精度のアナログ・ディジタル変換ができる安価な
アナログ・ディジタル変換装置を提供することを目的と
している。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。図中
、第1図と同一の部分は同一の符号をもって図示した第
2図において、10はレジスタ、11はディジタル・ア
ナログ変換器(以後、D/A変換器と呼ぶ)、12は差
動増幅器、13は増幅器、14は第2A/D変換器であ
る。
次に、本発明の動作原理を第2図について説明する。す
なわち、通常電子スイッチ2は第1接続端子2a側に接
続される。入力端子1に印加された入力電圧V□は増幅
器13でb倍された後、第1 A/D変換器4でディジ
タル量罠変換され、レジスタ10を経由してプロセスサ
5に読込まれる。
一方レジスタ10の出力は他のD/A変換器11に対し
ても与えられる。ここで前記D/A変換器111Cよっ
てアナログ量に変換され九第2アナログ信号は差動増幅
器120反転側入力端子に与えられる。他方、差動増幅
器12の非反転側入力端子には、入力電圧v1を増幅器
13でb倍に増幅した第2アナログ信号が接続される。
このときの入力電圧(第2アナログ信号)をv2とする
。従って、差動増幅器12の利得をδdとすれば、差動
増幅器の出力△Vとして、 △v =d(bv2− bVl ) が得られる。前記の△Vは第2A/D変換器14により
ディジタル量に変換された後、プロセッサ5に入力され
る。そしてプロセッサ5では、土 bvl+、△V の演算が実行される。
Vt=bVl +7△v = bVl +(bv2−b
vl)= bv2・・・・・・・・・・・・(2) すなわち、(2)式によりv2をb倍した値が計測値v
t として得られる。
次K、この回路で発生する誤差について以下に説明する
。今、第1及び第2A/D変換器4及び14で発生する
誤差を各々δ□、δ2、D/A変換器11で発生する誤
差なδ3、差動増幅器12で発生する誤差なδd、増幅
器13で発生する誤差をδbとすると、まず、レジスタ
10の出力値としてbVl+δb+δ1が得られる。ま
た、第2A/D変換器14の出力値としては ΔV+δd+δ2=d((bV2+δb) ((bVl
+δb+δ□)+δ))〕+δd+δ2 が得られる。従って、 −bv1+δb+J 1 +(bv2+δ1)) (b
vl+δb+δ1)−δ5+了δd+δ2)が得られる
。(3)式において、第1A/D変換器4の誤差δ1は
右辺に含まれていない。また差動増幅器12の誤差δd
及び第2A/D変換器14の誤差δ2は、b>>1.d
>>I K設定すルコとによりその影響を小さくするこ
とができる。(3)式から理解されるようにV、の精度
は誤差δbとδ。
の影響を最も強く受けることになる。しかし、一般的に
、D/A変換器の方がA/D変換器よりも回路構成が簡
単であり、また、量子化誤差の問題が少ない。すなわち
、高精度のA/D変換器を作るよりも、同一精度のD/
A変換器及び増幅器をチップ上に回路構成する方が技術
的に容易である。
この構成においても、電子スイッチ2を第2接続端子2
aに接続するととKより回路上で発生するオフセット誤
差をめ、プロセッサ5で除去することは可能である。
また、第1図における従来の回路構成では、(1)式に
示す利得aは数段階に設定するのが普通であり、利得a
の切換え段数が少いほどA / D変換器のダイナミッ
クレンジを広くとる必要があり、それだけ精度が悪くな
る。この利得aの段数を十分多くとった場合が、この発
明に相当している。すなわち、第1A/D変換器4の階
調数が上述した利得aの切換え段数に相当している。
なお、上記実施例では増幅器13を必要とする場合を示
したが、その利得すをb=1として増幅器13を省略し
てもよい。
また、上記実施例ではA/D変換器を2個用いた場合に
ついて説明したが、電子スイッチによって切換えること
によりA / n変換器を1つに減らすことができる。
この場合の1実施例を図3&C示した。第3図において
、15は電子スイッチ、15aは第1接続端子、15b
は第2接続端子である。
まず電子スイッチ15を第1接続端子1Sa<接続して
、入力電圧v0の値をA/D変換してプロセッサ5に読
込む。次に電子スイッチ15を第2接続端子15bに接
続して、△Vの値をA/D変換しプロセッサ5に読込む
。この構成により、(2)及び(3)式が同様に適用で
きる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によればA/D変換装置で生じ
る回路誤差なり/A変換器と差動増幅器とを追加するこ
と罠より自動補正するように回路構成したので、A/D
変換装置が安価となり、かつ高精度のものが得られLS
I化も可能となる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアナログ・ディジタル変換装置の回路構
成図、第2図はこの発明の一実施例によるアナログ・デ
ィジタル変換装置の回路構成図、第3図はこの発明の他
の実施例忙おけるアナログ・ディジタル変換装置の回路
構成図である。 4・・・第1アナログ・ディジタル変換器、5・・・プ
ロセッサ、11・・・ディジタル拳アナログ変換器、1
2・・・差動増幅器、13・・・増幅器、14・・・第
2アナログ・ディジタル変換器、15・・・電子スイッ
チ特許出願人 三菱電機株式会社 手続補正書(自発) 特許庁長官殿 1、事件の表示 特願昭 59−2703号2、発明の
名称 アナログ・ディジタル変換装置 3、補正をする者 代表者片山仁へ部 5、補正の対象 6、補正の内容 (1)明細書をつぎのとおり訂正する。 (2)別紙の通り第2図を補正する。 (3)別紙の通り第3図を補正する。 7、添付書類の目録 (1)補正後の第2図を記載した書面 1通(2)補正
後の第3図を記載した書面 1通以上 第2図 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アナログ入力信号をディジタル量に変換する第1
    アナログ・ディジタル変換器と、前記第1アナログ・デ
    ィジタル変換器の出力信号をディジタル・アナログ変換
    器で第1アナログ信号にもどし反転入力側端子に入力す
    る一方、第2アナログ信号を非反転入力側端子の入力と
    する差動増幅器と、へ 前記差動増幅器の出力信号をデ
    ィジタル量に変換する第2アナログ・ディジタル変換器
    と、前記第1アナログ・ディジタル変換器の出力信号及
    び前記第2アナログ・ディジタル変換器の出力信号とを
    それぞれ入力信号とし、前記差動増幅器の出力信号をそ
    の差動増幅器の利得で除した値に前記第1アナログ信号
    の値を加算する演算処理を実行するプロセッサとを備え
    たアナログ−ディジタル変換装置
  2. (2)前記第1アナログ・ディジタル変換器の前段に電
    子スイッチを設け、その電子スイッチにより最初に前記
    アナログ入力信号を直接第1アナログ・ディジタル変換
    器によってディジタル量に変換し前記プロセッサに入力
    すると共に、引続いて前記差動増幅器の出力信号を前記
    第1アナログ・ディジタル変換器を介してディジタル量
    に変換し前記プロセッサに入力し、前記差動増幅器の出
    力信号をその差動増幅器の利得で除した値に前記第1ア
    ナ・グ信号の値を加算する演算処理慕実行するプロセッ
    サとを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のアナログ・ディジタ□゛ル変換装置0
JP270384A 1984-01-12 1984-01-12 アナログ・デイジタル変換装置 Pending JPS60148228A (ja)

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