JPS61102821A - デイジタルボルトメ−タ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディジタルボルトメータの構成に関する。特
に、測定信号への対応範囲を広げ、測定速度や精度など
の要求する測定条件を、自由に選択することができるデ
ィジタルボルトメータに関する。

〔従来の技術〕

従来のディジタルボルトメータは、その測定用途により
、高速測定、高精度測定または積分効果を必要とする測
定のいずれかに対応する装置構成をとっている。

高精度測定を必要とするディジタルボルトメータでは、
一般的に積分型のアナログ・ディジタル変換回路が使用
されている。このアナログ・ディジタル変換回路では、
入力信号を積分するので、測定時間がやや長いが、入力
信号にＡＣ雑音が重畳していても、あらかじめアナログ
積分期間の時間幅を交流周期の整数倍に定めておくこと
により、完全にその影響を取り除くことができ、ランダ
ム雑音も同時に軽減されるので、高精度の測定を行うこ
とができる。

高速測定を必要とするディジタルボルトメータでは、重
み付け型のアナログ・ディジタル変換回路（例えば抵抗
ラダーによる重み付け等）が使用されている。このアナ
ログ・ディジタル変換回路では、構成要素にディジタル
・アナログ変換回路を含み、全体は一つの閉ループを構
成し、制御回路で試みに発生したディジタル信号を、デ
ィジタル・アナログ変換回路でアナログ電圧に変換し、
比較器で標本化保持された入力信号電圧と比較し、両者
の差が最小になるようにディジタル出力を帰還制御する
。すなわち、まず最高位のディジット（ＭＳＤ）をスイ
ッチオンしてみて、入力信号とディジタル・アナログ変
換回路の出力とを比較し、前者が大なるときはそのまま
次のディジットへ進む。入力信号が小さい場合には、最
高位のディジッ！−（ＭＳＤ）をスイッチオフした後に
、次のディジットをオンする。以下、最低位のディジッ
ト（Ｌ　Ｓ　Ｄ）まで同様に試み、最後に制御回路が各
ディジットのオンオフの状態を読み出せば、ディジタル
化された出力が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このような従来のディジタルボルトメータで
は、精度が極めて高く、ＡＣ電源のリプルなどの雑音に
対して耐性がある積分型アナログ・ディジタル変換回路
を使用する場合には、その積分値が安定点に達するまで
の時間が長く、測定時間を長くとらなければならない。

一方、高速測定が可能な重み付け型のアナログ・ディジ
タル変換回路を使用した場合には、積分型アナログ・デ
ィジタル変換回路を使用した場合に比べて、高速なディ
ジタルボルトメータを構成することはできるが、積分効
果がないためにその精度を上げることが困難であるなど
の問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、一台のディジタルボルトメータで、高速測定、
高精度測定または積分効果を必要とする測定のそれぞれ
に対応することができる、ディジタルボルトメータを提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明ディジタルボルトメータは、積分型アナログ・デ
ィジタル変換回路と重み付け型アナログ・ディジタル変
換回路とを備え、これらを切り替えて使用する手段を備
えたことを特徴とする。

すなわち、入力アナログ信号を増幅する増幅器と、この
増幅器の出力を入力とする重み付け型アナログ・ディジ
タル変換回路と、このアナログ・ディジタル変換回路の
出力に接続されたディジタル・アナログ変換回路と、こ
のディジタル・アナログ変換回路の出力および上記増幅
器の出力を入力とする差動増幅器と、この差動増幅器の
出力を上記重み付け型アナログ・ディジタル変換回路に
再入力する帰還ループを形成する手段とを含む第一の上
記入力アナログ信号の電圧測定手段と、上記増幅器の出
力を入力とする積分型アナログ・ディジタル変換回路を
含む第二の上記入力アナログ信号の電圧測定手段と、上
記第一および第二の電圧測定手段の出力に接続され、そ
れぞれの出力により上記入力アナログ信号の電圧を演算
し、表示器にその値を出力する制御および演算回路とを
備えたディジタルボルトメータにおいて、上記第一の手
段のみで上記入力アナログ信号の電圧を計測する第一の
モードと、上記第二の手段のみで上記入力アナログ信号
の電圧を計測する第二のモードと、上記第一の手段によ
り計測された出力と上記入力アナログ信号との差分を上
記第二の手段に入力して上記入力アナログ信号の電圧を
計測する第三のモードとに切り替える手段を備えたこと
を特徴とする。

〔作　用〕

本発明のディジタルボルトメータには、スイ。

チ操作により切り替えられる３つの動作モードがある。

第一のモードは、高速測定が必要な場合であって、低速
な積分型アナログ・ディジタル変換回路を切り離し、高
速な重み付け型アナログ・ディジタル変換回路のみの構
成とする。第二のモードは、高精度測定が必要な場合で
あって、積分型アナログ・ディジタル変換回路のみの構
成とし、積分時間を長くして精度を上げることができる
。

また、積分時間を除去すべき信号の整数倍に選択するこ
とにより積分効果を持たせることができる。

さらに、第三のモードは、重み付け型アナログ・ディジ
タル変換回路と積分型アナログ・ディジタル変Ｉ＃回路
との組み合わせにより、積分効果の適用を測定信号に必
要な部分だけとし、全て積分型アナログ・ディジタル変
換回路で測定した場合より高速であり、かつ精度の高い
測定を行うことができる。すなわち、重み付け型アナロ
グ・ディジタル変換回路で測定電圧の概算値を計測し、
その概算値と測定電圧の差分を積分型アナログ・ディジ
タル変換回路で計測することにより、高速および高精度
の測定を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例方式を図面に基づいて説明する。

図は、本発明の一実施例を説明するブロック構成図であ
る。図において、測定電圧に比例する電流の入力端子１
が、増幅器２の入力に接続され、増幅器２の出力が切替
えスイッチ３を介して重み付け型アナログ・ディジタル
変換回路４０入力に接続される。重み付け型アナログ・
ディジタル変換回路４の出力は、ディジタル・アナログ
変換回路５に接続され、ディジタル・アナログ変換回路
５の出力は、差動増幅器６の一方の入力に接続される。

差動増幅器６の他方の入力には、増幅器２の出力が接続
され、差動増幅器６の出力は切替えスイッチ３、および
積分型アナログ・ディジタル変換回路８に接続される。

差動増幅器６の出力と負極性入力とに並列に開閉スイッ
チ７が接続される。重み付け型アナログ・ディジタル変
換回路４および積分型アナログ・ディジタル変換回路８
の出力には、制御および演算回路９が接続され、その出
力には測定電圧値をディジタル表示する表示器ＩＯが接
続される。

切替えスイッチ３は、３通りの切り替えがあり、増幅器
２と重み付け型アナログ・ディジタル変換回路４とを接
続するＡ、差動増幅器６の出力と重み付け型アナログ・
ディジタル変換回路４とを接続する８１重み付け型アナ
ログ・ディジタル変換回路４に入力を与えないＣである
。

制御および演算回路９にはモード切り替え回路１１が接
続され、切替スイッチ３および開閉スイッチ７を制御す
る。

次に、本発明のディジタルボルトメータの動作について
、下表を参照して３つの動作モードに別けて説明する。

第一のモードは最も高速性を必要とする測定であり、第
二のモードは最も高精度を必要とする測定であり、第三
のモードはこれらの中間特性をとって最適測定を行う場
合である。

表 第−のモードの場合には、積分型アナログ・ディジタル
変換回路８を使用しないで行う。測定電圧に比例する電
流のアナログ信号は増幅器２を介し、切替えスイッチ３
をＡにして重み付け型アナログ・ディジタル変換回路４
に入力し、粗くアナログ・ディジタル変換される。さら
にその結果は、ディジタル・アナログ変換回路５により
アナログ信号に戻され、差動増幅器６に入力し、元のア
ナログ信号と比較されて、増幅器２の出力と重み付け型
アナログ・ディジタル変換回路４の出力との差が増幅さ
れて出力する。このとき、開閉スイッチ７は開成されて
いる。切替えスイッチ３をＡからＢへ切り替えることに
より、この出力が再度重み付け型アナログ・ディジタル
変換回路４へ入力し同様の動作を行う。これをｎ回繰り
返した結果を制御および演算回路９で演算することによ
り、入力アナログ信号の電圧が測定される。

また、切替スイッチ３をＢの位置にし、開閉スイッチ７
を閉成して差動増幅器６を利得「１」のバッファ増幅器
として動作させることにより、増幅器２の出力をそのま
ま重み付け型アナログ・ディジタル変換回路４に入力さ
せることができる。

その後、開閉スイッチ７を開成することにより、上記と
同様の動作を行わせることができる。

この方法は、重み付け型アナログ・ディジタル変換回路
４の変換時間が短いために、非常に高速に測定できるが
、ディジタル・アナログ変換回路５または差動増幅器６
で決まる精度以上には精度を上げることができない。

第二のモードの場合には、切替スイッチ３をＣにし、デ
ィジタル・アナログ変換回路５の出力を「０」にする。

開閉スイッチ７を閉成し差動増幅器の利得を「１」とし
て、増幅器２の出力を直接に積分型アナログ・ディジタ
ル変換回路８に入力し、積分型アナログ・ディジタル変
換回路８のみで変換する。積分型アナログ・ディジタル
変換回路８は、積分時間を長くとれば、それだけ精度を
上げることが容易になるので、高精度の測定を可能にす
ることができる。

またこの場合は、積分時間を除去したい信号の整数倍に
選ぶことにより、アナログ・ディジタル変換回路の全帯
域にわたる除去信号に対して積分効果が期待できる。

第三のモードは、上記量も高速性を必要とする場合と、
最も高精度を必要とする場合との中間特性をとることに
より最適測定を行う場合である。

すなわち、必要とする分解能で最高の速度を要求する場
合、あるいは積分効果が全帯域より小さなレベルの信号
に対する積分効果でも良い場合には、切替スイッチ３を
Ａ、開閉スイッチ７を開成する。

したがって、増幅器２の信号を最初は重み付け型アナロ
グ・ディジタル変換回路４に入力し、粗くアナログ・デ
ィジタル変換して、その結果をもとのアナログ信号入力
との差をとり、その差分出力をさらに積分型アナログ・
ディジタル変換回路８に入力してアナログ・ディジタル
変換を行う。

この場合には、積分型アナログ・ディジタル変換回路８
の受は持つ分解能範囲は、最初に重み付け型アナログ・
ディジタル変換回路４により粗くアナログ・ディジタル
変換されているので低減される。したがって、全分解能
を受は持つ場合に比べて高速になる。また、重み付け型
アナログ・ディジタル変換回路４は、積分型アナログ・
ディジタル変換回路８に比べて非常に変換が速いために
、全体として高速になる。しかし、このときの精度はや
はりディジタル・アナログ変換回路５または差動増幅器
６により制限される。

また、積分効果は後段が積分型アナログ・ディジタル変
換回路であるので、それが受は持つ電圧範囲骨のレベル
の信号に対する信号に対しては、積分時間を選択するこ
とにより効果が上がる。

さらに、いろいろな周波数の信号に対し、積分効果を持
たせるために、積分型アナログ・ディジタル変換回路の
積分時間を可変とすることもでき、また同期用信号を外
部から入力できるようにするごとにより、その周波数範
囲を拡げることができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、重み付け型アナログ・
ディジタル変換回路と、積分型アナログ・ディジタル変
換回路とを組み合わせて一つのアナログ・ディジタル変
換回路を形成し、ディジタルボルトメータを構成するこ
とにより、高速測定、高精度測定、あるいはそれらを組
み合わせて測定信号に必要な部分にだけ積分効果を用い
、全て積分型アナログ・ディジタル変換回路で測定した
場合より、高速な測定を可能にするなどの測定に即した
最適な条件を利用者が自由に選択することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すブロック構成図。 １・・・入力端子、２・・・増幅器、３・・・切替えス
イッチ、４・・・重み付け型アナログ・ディジタル変換
回路、５・・・ディジタル・アナログ変換回路、６・・
・差動増幅器、７・・・開閉スイッチ、８・・・積分型
アナログ・ディジタル変換回路、９・・・制御および演
算回路、１０・・・表示器、１１・・・動作モード切り
替え回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力アナログ信号を増幅する増幅器と、この増幅
   器の出力を入力とする重み付け型アナログ・ディジタル
   変換回路と、 このアナログ・ディジタル変換回路の出力に接続された
   ディジタル・アナログ変換回路と、このディジタル・ア
   ナログ変換回路の出力および上記増幅器の出力を入力と
   する差動増幅器と、この差動増幅器の出力を上記重み付
   け型アナログ・ディジタル変換回路に再入力する帰還ル
   ープを形成する手段と を含む第一の上記入力アナログ信号の電圧測定手段と、 上記増幅器の出力を入力とする積分型アナログ・ディジ
   タル変換回路 を含む第二の上記入力アナログ信号の電圧測定手段と、 上記第一および第二の電圧測定手段の出力に接続され、
   それぞれの出力により上記入力アナログ信号の電圧を演
   算し、表示器にその値を出力する制御および演算回路と を備えたディジタルボルトメータにおいて、上記第一の
   手段のみで上記入力アナログ信号の電圧を計測する第一
   のモードと、 上記第二の手段のみで上記入力アナログ信号の電圧を計
   測する第二のモードと、 上記第一の手段により計測された出力と上記入力アナロ
   グ信号との差分を上記第二の手段に入力して上記入力ア
   ナログ信号の電圧を計測する第三のモードと に切り替える手段を備えたことを特徴とするディジタル
   ボルトメータ。