JPS60153640A - 積分型ａｄ変換器 - 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】 発明の分野 本発明は高精度でアナログ電圧をデジタルデータに変換
するための積分型ＡＤ変換器に関するものである。

従来技術とその問題点 比較的低速で高精度にＡＤ変換を行うＡＤ変換器として
は二重積分型のＡＤ変換器が広く用いられている。二重
積分型ＡＤ変換器は入力電圧を積分器によって所定時間
積分した後、入力電圧とは逆極性の基準電源によって積
分を開始してから積分器出力が所定レベルに達するまで
の時間だけゲート回路を開放し、その間の積分時間だけ
クロック信号のパルス数を計数することによってＡＤｉ
換を行うものである。この二重積分型ＡＤ変換器では入
力信号と基準電圧が同じコンデンサを用いた積分器によ
って積分されるので、積分コンデンサや入力抵抗の値が
安定であれば変換精度に影響を及ぼさず、又入力電圧の
積分時間をクロック信号を分周して得るようにすればク
ロック信号の周波数自体は測定精度に影響を及ぼさない
という特徴がある。更に入力電圧の積分時間を電源周期
の整数倍に選ぶことによりノーマルモードノイズをよく
除去できるという優れた特性があって広く用いられてい
る。しかしながらこのような二重積分型ＡＤ変換器の場
合には積分器のオフセントに基づく測定誤差を除くこと
ができないという問題点があったふそこでこの誤差を除
くためにいくつかの方法が提案されており、それらはア
ナログ方式とデジタル方式に分類することができる。

第１図はアナログ方式によってオフセットエラーを軽減
するようにしたオートゼロ回路を設けた二重積分型ＡＤ
変換器の基本構成を示す回路図である。本図においてア
ナログスイッチＳＬ、Ｓ２及びＳ３は積分器４に与えら
れる反転入力を入カ電圧Ｖｉ、基準電圧Ｖ　ｒｅｆを有
する基準電圧源５及び接地側に夫々切換えるものであっ
て、このうちいずれかが入力抵抗Ｒ６を介して積分器４
の反転入力端に接続される。積分器４は入出力端間に積
分コンデンサＣ７が接続され、その非反転入力端はコン
デンサＣ８を介して接地されている。積分器４の出力は
コンパレータ９に与えられ、コンパレータ９の出力はア
ナログスイッチＳＩＯを介して積分器４の非反転入力端
に与えられると共に、コントロールロジック回路１１に
与えられる。コントロールロジック回路１１はこれらの
スイッチＳｌ、３２．３３及びＳ１０を制御すると共に
、コンパレータ９の出力に基づいてゲート信号を形成し
てカウンタ１２に与える。カウンタ１２はクロック信号
を計数するものであって、その出力をランチ回路１３に
与えてＡＤ変換信号とする。このＡＤ変換器は第２図に
各部の波形図を示すように初期状態の時刻１０にスイッ
チＳ３及びＳ１０をオンとする。そうすればコンパレー
タ９の出力が積分器４の非反転入力端に接続されるので
、全体として増幅率１のバンファアンプとなり積分器４
の入力インピーダンスは極めて高く入力抵抗Ｒ６には演
算増幅器の入力バイアス電流程度の微少な電流しか流れ
ず、その一端がスイッチＳ３によって接地されているた
め入力端も零ボルトとなる。

一方積分器４の演算増幅器のオフセント電圧をＶｏｓと
すると、非反転入力端の電圧はコンパレータ９の出力に
よりて補正用コンデンサＣ８に充電されて一定時間後に
は−Ｖｏｓとなる。次に時刻ｔ１において通常の二重積
分ＡＤ変換器と同様にスイッチＳ１を閉成して積分器４
によって入力電圧Ｖｉを一定時間積分する。そうすれば
第２図（ａｌに実線で示すように積分器４の出力が入力
電圧Ｖｉに対応した傾斜で低下し、所定時間の経過後の
時刻ｔ２にコントロールロジック１１はスイッチＳ１を
閉成しスイッチＳ２を開放する。そうすれば積分器４の
反転入力端に入力電圧Ｖｉ　とは逆極）蛋の基準電圧Ｖ
　ｒｅｆの基準電圧源５が接続されるので、積分器４の
出力は基準電圧Ｖｒｅｆに対応した逆方向の傾斜によっ
て上昇し、所定のレベルに達する時刻ｔ３にコンパレー
タ９が出力を出してコントロールロジック回路１１に信
号を与える。この時刻ｔ２〜ｔ３の時間がカウンタ１２
によって測定されており、その終了時の計数値がランチ
回路１３によってＡＤ変換値として保持される。このよ
うなオートゼロ方式の二重積分回路では入力電圧の積分
時に非反転入力端子に与えられる電圧は、補正用コンデ
ンサＣ８の電圧よりもＶｏｓだけ高いので積分器のオフ
セットが打消されたこととなる。このようにＩＡＤ変換
サイクル中にオフセント電圧は補正用コンデンサＣ８に
一時保持されており、入力電圧の積分時にはそのオフセ
ット電圧が打消された状態で積分が行われるので、入力
オフセントを除くことが可能となる。しかしながらアナ
ログ的にコンデンサによってオフセント電圧をボールド
しているのでホールド回路特有のドループが存在し、コ
ンデンサＣ８のオフセット電圧が徐々に放電してしまい
反転入力端子の電圧を完全に零ポル１−に保つことはむ
ずかしいという欠点があった。

又第２図（ａ）に示すように入力電圧積分時にスイッチ
の切換え時等のスパイクノイズがあれば、破線で示すよ
うにその積分値が異なることとなりスパイクノイズは直
接積分器の出力に誤差となって表れる。このようなスパ
イクノイズによる誤差はアナログ方式の二重積分ＡＤ変
換器では除くことができないという問題点があった。

一方積分器のオフセントによる誤差を除くためにデジタ
ル方式によってオフセットエラーを軽減したＡＤ変換器
も提案されている。第３図はこのようなＡＩ）変換器の
一例を示す回路図である。本図において第１図と同一部
分には間−符号を付している。このＡＤ変換器では基準
電圧源は夫々２Ｖ　ｒｅｆの電圧を有し直列に接続され
た二つの基準電圧源５ａ、５ｂとして構成されており、
その中点は積分器４の非反転入力端子に接続される。又
積分器４のコンデンサＣ７を短絡するためのスイッチＳ
１５が設けられており、これはコントロールロジック回
路１６によって制御される。又コンパレーク９の出力は
コントロールロジック回路１６にのみ与えられている。

このような構成を有する積分型ＡＤ変換器において、動
作時にはまず最初に積分器４のコンデンサＣ７を短絡す
るスイッチＳ１５をオンとする。そうすればコンデンサ
Ｃ７に充電されている電荷が放電されると同時に積分器
４はバンファアンプとなり、その出力電圧は非反転入力
端子に接続されている基準電圧源５ｂの電圧′ＡＶｒｅ
ｆにほぼ等しくなる。そしてその後時刻ｔ４にスイッチ
Ｓ２をオンとすれば積分器４の反転入力端には基準電圧
源５ａ、５ｂの合計電圧Ｖ　ｒｅｆが与えられることと
なり、積分器４の出力はコンパレータ９のコンパレート
レベルにまで低下し、第４図（ｂｌに示すようにコンパ
レータ９が出力を出した時刻ｔ５にコントロールロジッ
ク回路１６はスイッチＳ３をオンとして積分器４の反転
入力端子を接地する。そうすれば積分器４にはオフ゛セ
ットを含む非反転入力端子の基準電圧％Ｖｒｅｆとオフ
セント電圧ＶｏｓＯ値が与えられその電圧によらて積分
される。そしてこの積分時間は一定時間ＫＴ秒と定めら
れており、ＫＴ秒後の時刻ｔ６には放電サイクルに移る
。この放電サイクルではスイッチＳ２をオンとし、積分
器４の反転入力端子に基準電圧Ｖ　ｒｅｆを接続しコン
パレータ９のコンパレートレベルに到る時刻ｔ７まで逆
方向に積分する。そうすればオフセント電圧Ｖｏｓがな
ければ時刻ｔ５〜ｔ６までの位相ＰＨＩとｔ６〜ｔ７ま
での位相ＰＨ２とは同一であるが、第４図（ａ）に破線
で示すようにオフセットがある場合には時刻ｔ７はｎＴ
だけずれた長い積分時間となる。こ−こで位相Ｐ１１１
での積分器出力はΔ■、は でありＰＨ２での積分器出力は 一−Δ■、−・−−−−−（２） となる。そしてこれらの式より Ｖｏｓ が得られる。さて時刻ｔ７においてコンパレータ９の出
力が反転するとスイッチ３１をオンとして入力電圧Ｖｉ
を積分する。この積分の終了時間は時刻ｔ６から３ＫＴ
に定められており、位相Ｐ１１３における入力電圧Ｖｉ
の積分時間は位相Ｐ）１２の時間、即ちオフセット電圧
によって変化して（２に−ｎ）Ｔとなる。そして時刻ｔ
８にスイッチＳ２をオンとして積分器４を逆方向に積分
し、コンデンサＣ７を放電する。そうすれば第４図（ａ
ｌに示すようにコンパレータ７のコンパレートレベルに
達するまで積分が行われ、このときの積分時間をＰＨ４
とする。

ここで位相ＰＨ３での積分値Δ■２は積分時間が（２に
−ｎ）Ｔであるので −Ｖｏｓ）　−−−−−−−（５１ であり、ＰＨ４での積分時間はオフセットによる計数差
をｎとすると（２に十ｎ十Ｎ）となり、積分器４の出力
は −−−−〜−−（６） となる。従って式（３）、　（５）、　（６）よりＶｏ
ｓを消去してＮについて表すと、 従って第４図（ｇｌに示すように、位相Ｐ１（４の時間
を入力クロック出力をトークライジングカウンタＩ７に
よって計数し、計数値をラッチ回路１Ｂに保持してＡＤ
変換値をめる。

このような四重積分方式はオフセットエラーをデジタル
的に計数差ｎとして処理しており、積分器のゲインに基
づくスケーリングエラー（ｎ／２Ｋ）２は大幅に減少し
ている。しかしながら入力電圧Ｖｉを零にして残留する
オフセットエラーｎ″４／には依然として存在し誤差を
完全に減少させることはできていない。又この四重積分
型ＡＤ変換器では正確な二つの基準電圧源Ｖ　ｒｅｆと
’ＡＶｒｅｆが必要であり、誤差が生じ易←調整が困難
になるという実際上の問題点がある。更に入力電圧Ｖｉ
の積分時間は入力オフセント電圧によって変動するため
、積分時間を正確に電源周波数の周期の整数倍に固定す
ることができず電源による誤差が生じるという欠点があ
る。又第４図に示す位相ｐＨｌの間の積分時間と位相Ｐ
１１３の間の積分時間が異なるために位相ＰＨ１でのオ
フセットによる計数差ｎは正確に位相Ｐ１１３に反映し
ていないという問題点があった。

更にこれらの従来のＡＤ変換器はいずれもＡＤ変換器の
前段に配置した前置増幅器のオフセットエラーやスケー
リングエラーを補正することが全くできないという問題
点があった。

発明の目的 本発明はこのような従来の積分型ＡＤ変換器の問題点を
解消するものであって、前置増幅器を含めてオフセット
エラーやスケーリングエラーを補正し、高精度で安定し
てＡＤ変換を行うことができるＡＤ変換器を提供するも
のである。

発明の構成と効果 本願第１の発明は、入力信号を積分する積分器と、積分
器への入力を所定時間だけ被測定電圧信号とした後、一
定の電圧Ｖｒｅｆを有する基準電圧源に夫々切換える第
１．第２のスイッチと、該積分器の出力電圧を所定レベ
ルと比較し出力を出して基準電圧Ｖ　ｒｅｆの基準電源
による積分を停止するコンパレークと、基準電圧源の積
分時間を計数するカウンタと、を有する積分型ＡＤ変換
器であって、制御入力により積分器の入力を接地側に切
換える第３のスイッチと、一定のクロック周期Ｔを有す
るクロック信号発生器と、クロック信号発生器のクロッ
ク周期Ｔの整数倍の時間ＫＴだけ第３のスイ°ツチによ
り積分器の入力端を接地させ入力オフセント電圧を積分
すると共にその放電時間を第１のゲート信号とし、オフ
セント電圧積分時間（ＫＴ）と同一の時間だけ被測定電
圧を積分器に接続すべく第２のスイッチを制御しその放
電時間を第２のゲート信号とする制御手段と、制御手段
より得られる第１．第２のゲート信号によりクロック信
号発生器のクロックパルス数を計数して夫々計数値ｎ（
１，Ｎとする計数手段と、計数手段の計数値により次式 の演算を行い、ＶｉｎをＡＤ変換値とする演算手段と、
を具備するものである。又本願の第２の発明は入力電圧
を増幅率Ａで増幅する前置増幅器を有するＡＤ変換器で
あって、第１の発明に加えて制御入力により積分器の入
力を接地側に切換える第４のスイッチを有し、クロック
信号発生器のクロック周期Ｔの整数倍の時間ＫＴだけ第
３のスイッチにより積分器の入力端を接地させ入力オフ
セット電圧を積分すると共にその放電時間を第１のゲー
ト信号とし、オフセント電圧積分時間（ＫＴ）と同一の
時間だけ第４のスイッチにより前置増幅器の入力端を接
地させ、入力オフセット電圧を積分すると共にその放電
時間を第２のゲート信号とし、オフセフ）電圧積分時間
（Ｋ　Ｔ）と同一の時間だけ被測定電圧を積分器に接続
すべく第２のスイッチを制御しその放電時間を第３のゲ
ート信号とする制御手段と、制御手段より得られる第１
゜第２．第３のゲート信号によりクロック信号発生器の
クロックパルス数を計数して夫々計数値ｎ。。

ｎＩ、Ｎとする計数手段と、計数手段の計数値により次
式 の演算を行い、Ｖ、ｉｎをＡＤ変換値とする演算手段と
、を具備することを特徴とするものである。

このような特徴を有する本願の第１の発明によれば、前
述した式に基づいてオフセント電圧の影響のない正しい
ＡＤ変換値を得ることが可能となる。又積分器オフセッ
トＡＤ変換サイクルと入力電圧ＡＤ変換サイクルの積分
時間が同一であるので積分中に生じるスパイクノイズに
よる影響や積分器４の漏れ電流による影響が同一となる
。又これら２回のＡＤ変換を行う間に回路定数やスパイ
クノイズ、ドループ等が安定していれば、これらに伴う
誤差は相殺されるためその影響を完全に除去することが
可能となる。更に積分時間を電源周波数の周期の整数倍
に選択することによって電源による周期的なノイズを小
さくすることも可能となる。更に本願の第２の発明によ
れば、積分器の前段に前置増幅器を設けた場合にもその
増幅器のオフセント電圧骨を含めて全体の誤差を補正す
ることができるため、正確なＡＤ変換値を得ることが可
能となる。

実施例の説明 第５図は本願の第１の発明によるＡＤ変換器の一実施例
を示す回路図である。本実施例は積分器の前段に前置増
幅器を付加しない場合のＡＤ変換器を示しており、第１
図及び第３図の従来例と同一部分は同一符号を用いてい
る。このＡＤ変換器も第１図に示す従来例と同様に積分
器４に加える反転入力を入力電圧Ｖｉ、基準電圧Ｖ　ｒ
ｅｆを有する基準電源５及び接地側に夫々切換えるスイ
ッチＳｌ、Ｓ２．Ｓ３を有している。スイッチ８１〜Ｓ
３は制御入力によって開閉するアナログスイッチを用い
るものとする。積分器４の入力信号はこれらのスイッチ
によって選択されて入力抵抗Ｒ６を介して積分器４の反
転入力端子に与えられ、積分器４の非反転入力端子には
一定の電圧Ｖｐを有する基準電源２０が接続される。又
このＡＤ変換器には積分コンデンサＣ７の両端を短絡し
て積分器を初期化するスイッチＳ１５が設けられており
、積分器４の出力はコンパレータ９に与えられる。

コンパレータ９は積分器４の出力を所定のスレッシュホ
ールドレベルと比較して一致するときに出力を出すもの
であって、その出力はコントロールロジック回路２１に
与えられている。コントロールロジック回路２１は後述
するように所定の処理ステップで各スイッチ３１，３２
．Ｓ３及びＳ１５を制御するものであって、コンパレー
タ９の出力に基づいてゲート信号を形成してカウンタ２
２に与える。コントロールリシック回路２１とカウンタ
２２には一定の周期Ｔ（秒）のクロック信号を発生する
クロック発生器２３が接続される。カウンタ２２はクロ
ック、発生器２３のクロック信号に基ツいてゲートが開
放されている間のクロック数を計数するものであって、
その計数値は一旦ランチ回路２４に保持された後、演算
処理ユニット２５に与えられる。演算処理ユニット２５
はカウンタ２２の計数値に基づいて後述する所定の処理
によって正しいＡＤ変換値を出力するものであって、Ｃ
ＰＵと処理プログラムを記憶する記憶手段から構成され
る。

次にこのＡＤ変換器の動作について第６図の波形図を参
照しつつ説明する。まず時刻ｔｌｌにおいてスイッチ３
１５をオンとし、積分器４の積分コンデンサＣ６の両端
を短絡する。そうすれば積分コンデンサＣ６が放電し積
分器４の出力は非反転入力端子に与えられる電圧Ｖｐに
よって定められる値となる。続いて時刻ｔ１２において
コントロールロジック回路２１からの制御によりスイッ
チＳ２を閉成する。そうすれば積分器４に入力抵抗Ｒ°
　６を介して基準電圧Ｖ　ｒｅｆが加わり、積分器４の
出力電圧は第６図（ａ）に示すようにその基準電圧に対
応する傾斜で降下し、コンパレータ９のコンパレートレ
ベルに達する。こうして積分器４の初期化サイクルを終
了するとコンパレータ９は出力をコントロールロジック
回路２１に与える。そうすれば続いてスイッチＳ３がオ
ンとなり入力抵抗Ｒ６の一端は接地される。従って時刻
ｔ１３以後第６図（ａ）に示すように積分器４のオフセ
ント電圧Ｖｏｓに積分器４の非反転入力端子に接続され
ているバイアス電源の電圧Ｖｐを加えた電圧Ｖｓによっ
て積分が開始されることとなり、その積分時間をＫＴと
しておくものとする（但しＫは一定の正整数）。そして
この位相ＰＨ１ｌの積分時間ＫＴ（秒）が経過する時刻
ｔ１４に第６図（ｄｌに示すように再びスイッチＳ２を
オンとして、積分器４の反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅ
ｆを接続する。そうすれば積分器　４の出力は第６図＋
ａｌに示すように所定の傾斜で降下する。この間にコン
トロールロジック回路２１はゲート信号をカウンタ２２
に与え、カウンタ２２は第６図（ｇｌに示ずようにクロ
ック発生器２３のクロンクパルス数を計数する。そして
積分器４の出力がコンパレータ９のコンパレートレベル
に達する時刻ｔ１５にコンパレータ９の出力に基づいて
この計数を停止すると共に、スイッチＳ２をオフとしス
イッチＳ１５をオンとして積分コンデンサＣＧの両端を
短絡する。このときここで時刻ｔ１４〜ｔ１５までの位
相Ｐ旧２の間に得られたカウンタ２２の計数値をｎＱと
すると、その値をランチ回路２４に一時保持しておく。

そして所定時間の経過後の時刻ｔ１６にスイッチｓ２を
オンとして積分器４を初期化する積分器初期化サイクル
に入る。面この時刻ｔ１５〜ｔ１７の間の積分器初期化
サイクルは前述した時刻ｔｌｌ〜ｔ１３までの積分器初
期化サイクルと同一のものであって、ＡＤ変換を厳密に
行う必要がなければ挿入する必要はなく時刻ｔ１５から
次のサイクルに移ることもできる。この実施例の場合は
初期化サイクルを終える時刻ｔ１７にスイッチＳ１をオ
ンとして入力電圧Ｖｉを積分器４の反転入力端に与えて
積分する。そうすれば第６図（ａｌに示すように積分器
４の出力は入力電圧Ｖｉに対応する（ｉ５斜で上昇する
。この位相Ｐ旧３の積分時間は時刻１１３〜ｔ１４の位
相ＰＨＩＩの積分時間と同じく第６図（ａ）に秀すよう
にＫＴ（秒）とすると、この時間が経過する時刻ｔｌＢ
にスイッチｓ２をオンとして放電サイクルに入る。そし
てこの放電サイクルが開始する時刻ｔ１８がら再びカウ
ンタ２２にゲート信号を与えてクロック発生器２３のク
ロックパルス数を計数させる。そして積分器４の出方が
所定のコンパレートレベルに達する時Ｊｌｌｔ１９にコ
ンパレータ９の出力によってこの計数を停止して計数値
をランチ回路２４に保持する。こごで時刻ｔ　１８〜ｔ
１９までの位相Ｐ　ＩＩ　１４の間に得られた計数デー
タをＮとする。そうして演算処理ユニット２５は次の演
算によって積分器４のオフセットの影響を除いて正しい
ＡＤ変換値をめる。即ち時刻ｔ１３〜ｔ１４までの位相
Ｐ旧１が終了する時刻ｔ１４の積分器４の電圧をΔ■０
１とし、時刻１１４の時点の積分器４の出力電圧を基準
とし時刻ｔ１５の時点の積分器４の電圧を−ΔＶＯ２と
すると、これらの電圧は夫々次式（ｉｌ）、（１２）で
表される。

そしてその電位差は第６図（ａｌに示すように同一であ
るのでΔ■０１は一ΔＶＯ２と等しく、式（１１）　。

（１２）より次式（１３）が導かれる。

一方時刻１１７〜ｔ１８の入力電圧を積分する位相ＰＨ
１３が終了する時刻ｔｌＢの積分器４の電圧をΔＶｏｆ
とし、時刻ｔ１８を基準として時刻ｔ１９の基準電圧Ｖ
ｒｅｆによる積分終了後の積分器４の出方電圧を一ΔＶ
ｏｒとすると、これらの電圧は夫々次式（１４ン、（１
５ンで表される。

この場合も夫々の電位差は同一であるので式（１４）、
（１５）よりＮは次式（１６）で示される。

そして式（１３）のオフセット電圧ＶＳＯ値を式（１６
）に／を人することによって次式（１７）が導かれる。

このように式（１７）はカウンタ２２による計数値ｎＱ
とＮ及び基準電圧Ｖｒｅｆと積分時間を定める正整数Ｋ
によって表されるので、これらを所定値に保っておくこ
とによってオフセント電圧ＶＳの影響を受けない正しい
ＡＤ変換値Ｖｉｎが与えられることとなる。又位相ｐＨ
ｌｌと円］１３の積分時間はＫ　Ｔ秒であって同一であ
るので、積分器オフセン１−ＡＤ変換サイクル（円＋１
１）と入カ電圧Ａ’Ｄ変換サイクル（ＰＨ１３）の積分
中に積分によって生じるスパイクノイズによる影響や積
分器４の漏れ電流による影響等が同一となり、誤差の大
小にかかわらずこれらを消去することが可能となる。又
これらの二面のＡＤ変換を行う間に回路定数、即ち抵抗
値やコンデンサの値、クロック周波数の周期Ｔ、更には
スパイクノイズ、ドループ等が安定していればこれらの
誤差は相殺されるので完全に除去することが可能となる
。更に積分時間ＫＴ（秒）を電源周波数の周期の整数倍
に選ぶことによって電源による周期的なノイズを非常に
小さく押さえることも可能となる。

第７図は本願の第２発明の一実施例を示す回路図である
。本発明ではＡＤ変換器の積分器４の前段に前置増幅器
を設けた場合に、その前置増幅器のオフセント分をも含
めて補正を行い正しいＡ、Ｄ変換値を得るようにしてい
る。本実施例において第５図の実施例と同一部分には同
一符号を用いて説明する。本図においてＡＤ変換器３０
は増幅率Ａの増幅器であって、その入力端には入力を入
力電圧Ｖ１と接地側に切換えるスイッチＳ３１．Ｓ３２
が接続されている。そして前置増幅器３０の増幅出力端
はスイッチＳ３３に接続される。積分器４の入力抵抗Ｒ
６には、前述した実施例と同様に積分入力を前置増幅器
３０の出力電圧、基準電圧Ｖ　ｒｅｆを有する基準電源
５、及び接地側に夫々切換えるスイッチＳ３３．Ｓ３４
．Ｓ３５が設けられる。積分器４以下の構成は第５図に
示した実施例とほぼ同様であって、スイッチ３３１〜Ｓ
３５及びＳ１５はコントロールロジック回路３６によっ
て後述するように制御され、得られたデータは演算処理
ユニット３７によって演算され正しいＡＤ変換値に変換
される。

第８図はコントロールロジック回路３６と演算処理ユニ
ットの詳細を示すブロック図である。コントロールロジ
ック回路３６は本図に示すようＡＤ変換の各位相を記憶
するカウンタ４０を有しており、そのカウンタ４０の計
数出力がデコーダ４１に与えられる。デコーダ４１は計
数出力をデコードして出力をゲート回路４２に与える。

ゲート回路４２は各スイッチ３３１〜３５及び５１５を
駆動する信号を生成するものであり、更にカウンタ４３
にリセット信号を与える。カウンタ４３は一定時間（Ｋ
Ｔ）の積分を行うためのに進カウンタであって、クロッ
ク発生器２３よりクロック信号が与えられており、その
オーバフロー出力がオア回路４４を介してカウンタ４０
に与えられる。

カウンタ４０は位相の歩進に伴って計数値がインクリメ
ントされるカウンタであって、演算処理ユニット３７よ
りシステムリセットパルスが与えられると共に、入力端
にＡＤ変換開始パルスとコンパレータ９の立ち上がりエ
ツジを検出するエツジ検出回路４５の出力、及びに進カ
ウンタ４３のオーバフロー出力が計数入力信号としてオ
ア回路４４を通ってカウンタ４０に与えられる。又デコ
ーダ４１の出力はゲート回路４２を介して前述したカウ
ンタ２２及びラッチ回路２４にリセット信号及びクロッ
ク信号として与えられる。ラッチ回路２４の出力は演算
処理ユニット３７の入力ポート５０に与えられる。演算
処理ユニット３７はパスライン５１を介して中央演算装
置（以下ＣＰＵという）５２にシステムプログラムを記
憶するリードオンリメモリ　（以下ＲＯＭという）５３
及びカウンタ２２の計数データや演算の一時的なデータ
を保持するランダムアクセスメモリ　（以下ＲＡＭとい
う）Ａｓ２からなる記憶手段が接続され、更にこの演算
処理ユニット３７から出力を外部の回路に伝える出力ポ
ート５５が設けられる。出力ポート５５はコントロール
ロジック回路３６のカウンタ４０にシステムリセットパ
ルスを与えると共に、オア回路４４にＡＤ変換開始パル
スを与えるものである。

次に本実施例の動作について第９図の波形図を参照しつ
つ説明する。まず時刻ｔ２０においてＣＰＵ５２は出力
ポート５５よりシステムリセットパルスを出し、ゲート
回路４２を介してスイッチＳ１５をオンとして積分コン
デンサＣ６の両端を短絡する。そしてスイッチＳ３４を
閉成して積分器４に基準電源Ｖ　ｒｅｆを与えて、前述
した実施例と同様にコンパレータ９のコンパレートレベ
ルまで積分して積分器初期化サイクルを終える。次いで
ＣＰＵ５２は時刻ｔ２１において位相Ｐ旧５に進んでＡ
Ｄ変換開始パルスを出力し、スイッチＳ３５を閉じ積分
器４の反転入力端を接地する。同時にに進カウンタ４３
はクロックの計数を開始し、前述した実施例と同じく時
間ＫＴ’Ｃ秒）だけ積分を行わせた後、Ｑｎ出力によっ
てカウンタ４ｏを歩進させる。そうすれば位相Ｐ　１１
１６に進み、デコーダ４１の出力によりスイッチＳ３４
が閉じ積分器４に基準電源５が接続される。そしてカウ
ンタ２２はコンパレートレベルに達するまでクロック発
生器２３のクロフク数を計数してそのときの計数値ｎｆ
。

をめる。この計数値は第９図（（２）に示すようにうソ
チ回路２４に一時保持され、ＣＰＵ５２の読み込みタイ
ミングでＲＡＭ５４に記憶される。そして時刻ｔ２２以
後の積分器初期化サイクルの後、時刻ｔ２３に位相ＰＨ
１７に進んでスイッチＳ３１，３３を同時にオンとして
入力電圧Ｖｉを前置増幅器３０によって増幅すると共に
、積分器４によってＫＴ（秒）だけ積分する。そして時
刻ｔ２４においてスイッチＳ３４をオンとして積分器４
に基準電源Ｖ　ｒｅｆを接続して放電サイクルに入る。

この時第９図ｆｋｌ、　Ｔ（６）に示すように積分器４
の出力が所定のコンパレートレベルに達するまでの時間
をカウンタ２２によって計数して計数値をランチ回路２
４に保持する。ここで時刻ｔ２４〜ｔ２５の位相ＰＨ１
８の間に得られた計数データをＮとする。そして時刻１
２５から再び積分器初期化サイクルを行い、第９図＋ｄ
＋、　＋ｅ）に示すように時刻ｔ２６よりスイッチＳ３
２．３３をオンとして前置増幅器３０の入力を接地する
と共に、その出力であるオフセット電圧をカウンタ４３
を用いてＫＴ（秒）だけ積分する。

そして時刻ｔ２７にカウンタ４３をリセットすると共に
スイッチＳ３４をオンとして積分器４に基準電源Ｖ　ｒ
ｅｆを接続して放電させる。このときに第９図（ｋ）に
示すようにカウンタ２２へのりセント信号が停止するた
め、カウンタ２２によってクロックパルス数が計数され
コン・パレートレヘルに達するまでのクロック数が同様
にランチ回路２４に保持される。この位相ＰＨ２Ｑの間
に得られた計数データを０１とする。これらのデータＮ
、ｎ１　も同様にして所定のタイミングでＲＡＭ５４に
記憶される。

そして時刻ｔａから再び積分器初期化サイクルを行い、
時刻Ｌ２９より時刻ｔ２３〜ｔ２５と同様の入力電圧Ａ
Ｄ変換サイクルを行う。このように積分器オフセットＡ
Ｄ変換サイクルと前置増幅器オフセソＩ−ＡＤ変換サイ
クルとの間に入力電圧のＡＤ変換サイクルを組み合わせ
ることによって入力電圧のＡＤ変換を実行し、ＡＤ変換
値のデータＮと補正用のデータｎＱ、　ｎｌをめ以下に
未す演算によって積分器４及び前置増幅器３０のオフセ
ント電圧Ｖｏｆの影響を除いて正しいＡＤ変換値をめる
。

即ち積分器４のオフセット電圧Ｖｓは前述した実施例と
同様に式（１３）によってめることが可能であり、一方
時刻ｔ２３〜２４の入力電圧を積分する位相ＰＨ１７が
終了する時刻ｔ２４の積分器４の電圧をΔＶｏｉとし、
時刻ｔ２４を基準として時刻ｔ、　２５の積分終了後の
積分器４の出力電圧を一ΔＶｏｒとすると、これらの電
圧は夫々次式（１８）、（１９）によって表される。

−−−−−・−（１８） 但しＶｏｆは前置増幅器３０のオフセント電圧である。

この場合も夫々の電位差は同一であるので、式（１８）
　、（１９）よりＮは次式（２０）で示される。

更に時刻ｔ２６〜ｔ２７の前置増幅器３０のオフセット
電圧を積分する位相ＰＨ１９が終了する時刻ｔ２７の積
分器４の電圧をΔＶＯ３とし、時刻ｔ２７を基準として
時刻ｔ２９の基準電圧Ｖｒｅｆによる積分終了後の積分
器４の出力電圧を−ΔＶＯ４とすると、これらの電圧は
夫々次式（２１）、（２２）で表される。

そしてその電位差は第９図（ａ）に示すように同一であ
るので、ΔＶＯ３は一ΔＶＯ４と等しく式（２１）　。

（２２）より次式（２３）が導かれる。

そして式（１３）より得られるＶｓの値を式（２０）　
。

（２３）に代入すると共に、式（２０）　＋’　（２３
）より前置増幅器３０のオフセント電圧Ｖｏｆを消去す
ると、次式（２４）が得られる。

このようにすれば積分器４に前置増幅器３０が付加され
ている場合にも、そのオフセットを含めてＡＤ変換器全
体のオフセント分の補正を行い正しいＡＤ変換値を得る
ことが可能となる。

尚本実施例では各ＡＤ変換サイクル毎に積分器初期化サ
イクルを挿入しいるが、厳密なＡＤ変換が不要な場合に
はこの積分器初期化サイクルを省略することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の積分型ＡＤ変換器の一例を示す回路図、
第２図はその各部の波形を示す波形図、第３図は他の従
来のＡＤ変換器の一例を示す回路図、第４図はその各部
の波形を示す波形図、第５図は本願の第１の発明による
積分型ＡＤ変換器の一実施例を示す回路図、第６図はそ
の各部の波形を示す波形図、第７図は本願の第２発明の
一実施例を示す回路図、第８図はコントロールロジック
回路３６と演算処理ユニット３７の詳細を示すブロック
図、第９図はその各部の波形を示す波形図である。 Ｓｌ、Ｓ２，３３．Ｓ１５，３３１〜Ｓ　３５−−−−
−−−スイフチ　４−−一一一一・−積分器　５．５ａ
、５ｂ−−・−基準電源　Ｒ６−−−−−−−−人力抵
抗　Ｃ７−−−−−−コンデンサ　９−−−−−−−コ
ンパレータ　１１，１６゜２１　、　３６−−−−−−
−コントロールロジソク回路　１２．２２．．４０．４
３−−−−−−一カウンタ　１３．１８．２４・−・・
・・ラッチ回路　２３−−−−−−−クロック発生器　
２５　、　３７−−−−−−−演算処理ユニット　３０
・−−−−一−・前置増幅器　４２−−−−−−−ゲー
ト回路　５２−・・−ＣＰＵ　５４・−−−−−−ＲＡ
　Ｍ特許出願人　サンチック株式会社 代理人　弁理士　岡本宜喜（化１名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を積分する積分器と、前記積分器への入
   力を所定時間だけ被測定電圧信号とした後、一定の電圧
   を有する基準電圧源に夫々切換える第１．第２のスイッ
   チと、該積分器の出力電圧を所定レベルと比較し出力を
   出して基準電圧Ｖｒｅｆの基準電源による積分を停止す
   るコンパレータと、前記基準電圧源の積分時間を計数す
   るカウンタと、を有する積分型ＡＤ変換器において、制
   御入力により前記積分器の入力を接地側に切換える第３
   のスイッチと、 一定のクロック周期Ｔを有するクロック信号発生器と、 前記クロック信号発生器のクロック周期Ｔの整数倍の時
   間ＫＴだけ前記第３のスイッチにより前記積分器の入力
   端を接地させ入力オフセント電圧を積分すると共にその
   放電時間を第１のゲート信号とし、前記オフセント電圧
   積分時間（ＫＴ）と同一の時間だけ被測定電圧を前記積
   分器に接続すべく前記第２のスイッチを制御しその放電
   時間を第２のゲート信号とする制御手段と、 前記制御手段より得られる第１．第２のゲート信号によ
   り前記クロック信号発生器のクロックパルス数を計数し
   て夫々計数値ｎ０．　Ｎとする計数手段と、 前記計数手段の計数値により次式 の演算を行い、ＶｉｎをＡＤ変換値とする演算手段と、
   を具備することを特徴とする積分型ＡＤ変換器。
2. （２）前記積分器は、積分コンデンサを短絡して積分器
   を初期化する初期化手段を有するものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の積分型ＡＤ変換器。
3. （３）入力電圧を増幅率Ａで増幅する前置増幅器と、前
   記前置増幅器による増幅信号を積分する積分器と、前記
   積分器への入力を所定時間だけ被測定電圧信号とした後
   、一定の電圧を有する基準電圧源に夫々切換える第１．
   第２のスイッチと、該積分器の出力電圧を所定レベルと
   比較し出力を出して基準電圧Ｖｒｅ（の基準電源による
   積分を停止するコンパレータと、前記基準電圧源の積分
   時間を計数するカウンタと、を有する積分型ＡＤ変換器
   において、 制御入力により前記積分器の入力を接地側に切換える第
   ３のスイッチと、 制御入力により前記前置増幅器の入力を接地側に切換え
   る第４のスイッチと、 一定のクロック周期Ｔを有するクロック信号発生器と、 前記クロック信号発生器のクロック周期Ｔの整数倍の時
   間ＫＴだけ前記第３のスイッチにより前記積分器の入力
   端を接地させ入力オフセット電圧を積分すると共にその
   放電時間を第１のゲート信号とし、前記オフセット電圧
   積分時間（ＫＴ）と同一の時間だけ前記第４のスイッチ
   により前記前置増幅器の入力端を接地させ、入力オフセ
   ント電圧を積分すると共にその放電時間を第２のゲート
   信号とし、前記オフセフ）電圧積分時間（ＫＴ）と同一
   の時間だけ被測定電圧を前記積分器に接続すべく前記第
   ２のスイッチを制御しその放電時間を第３のゲート信号
   とする制御手段と、前記制御手段より得られる第１．第
   ２．第３のゲート信号により前記クロック信号発生器の
   クロックパルス数を計数して夫々計数値ｎ。＋ｎｎ＋Ｎ
   とする計数手段と、 前記計数手段の計数値により次式 の演算を行い、ＶｉｎをＡＤ変換値とする演算手段と、
   を具備することを特徴とする積分型ＡＤ変換器。
4. （４）前記積分器は、積分コンデンサを短絡して積分器
   を初期化する初期化手段を有するものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の積分型ＡＤ変換器。