JPS6161728B2 - - Google Patents

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JPS6161728B2
JPS6161728B2 JP12129581A JP12129581A JPS6161728B2 JP S6161728 B2 JPS6161728 B2 JP S6161728B2 JP 12129581 A JP12129581 A JP 12129581A JP 12129581 A JP12129581 A JP 12129581A JP S6161728 B2 JPS6161728 B2 JP S6161728B2
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JP
Japan
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digital
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analog
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conversion
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JP12129581A
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JPS5821922A (ja
Inventor
Akira Kawamoto
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Publication of JPS5821922A publication Critical patent/JPS5821922A/ja
Publication of JPS6161728B2 publication Critical patent/JPS6161728B2/ja
Granted 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
    • H03M1/18Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はA−D変換器に関する。
従来、高分解能のA−D変換器は応答速度が遅
い欠点があり、測定対象にノイズを含むため多数
の測定値を平均する必要があるような場合、測定
に長時間を要する欠点があつた。例えば、電子天
びんにおいて、第1図に例示するように1回のA
−D変換信号を得るのに例えば2.6秒を要し、そ
の20個のデータの平均値を算出する場合、被秤量
物を天びん皿に載せてから表示が現れるまで52秒
間を要する。
また従来、2n(n=0、1、2、3………
…)の比を有するn個の抵抗器を用いた重み抵抗
型D−A変換器を利用したA−D変換器が知られ
ているが、高範囲の抵抗値を正確に調製すること
が困難であり、実現できたとしても非常に高価な
ものとなる欠点があつた。
翻つて、本発明者は、応答速度が速く且つリツ
プル含有率が小さい改良されたD−A変換器を発
明した。このD−A変換器は、従来のパルス幅変
調型又は周波数変調型D−A変換器が有していた
ローパスフイルタに替えて、第1の積分回路、サ
ンプル・ホールド回路及び第2の積分回路から成
るループ回路を設け、第2の積分回路の出力を第
1の積分回路の入力に負帰還させ、第2の積分回
路の出力から最終的アナログ出力を導出するもの
である。
本発明の目的は、上述した改良型のD−A変換
器を応用することにより、最小ビツト精度が高
く、短時間に多数の平均化を行うことができ、製
作が容易で構成が簡単なA−D変換器を提供する
ことにある。
本発明のA−D変換器は、要約すれば、アナロ
グ入力信号レベルが、この変換範囲の上限を越え
ているときにその変換サイクルごとにオーバー信
号を発するとともに、上記の変換範囲の下限に満
たないときにはその変換サイクルごとにアンダー
信号を発し、且つA−D変換器よりも変換容量が
小さい、すなわちビツト数が少なく応答速度の速
いA−D変換部と、上記オーバー信号とアンダー
信号とをカウント入力とし、オーバー信号の入力
によりその内容がカウントアツプされ、且つ、ア
ンダー信号の入力によりその内容がカウントダウ
ンされるデジタルメモリーと、そのデジタルメモ
リーの内容をアナログ出力に変換する上記改良さ
れたD−A変換部と、当該A−D変換器の入力端
子に印加されたアナログ信号から上記D−A変換
部のアナログ出力を減算して上記A−D変換部の
入力に導入するアナログ減算器と、上記A−D変
換部のデジタル出力と上記デジタルメモリーの内
容を加算するデジタル加算器とを有してなり、上
記入力端子に印加されたアナログ入力に対応する
デジタル出力が上記デジタル加算器から取り出さ
れるよう構成したことを特徴としている。
本発明のA−D変換部は、積分方式のV−T
(電圧−時間幅)変換型A−D変換回路、積分方
式のV−F(電圧−周波数)変換型A−D変換回
路、逐次比較型A−D変換回路等により実施する
ことができる。
本発明のデジタルメモリーは、例えばアツプ
ダウンカウンタのように1ビツトづつ増加又は減
少させる型式のもの複数ビツト例えば4ビツト
(1桁)づつ増加又は減少させ、オーバ信号が出
ると反対に1ビツトづつ減少させ、アンダー信号
が出ると1ビツトづつ増加させる型式のもの、或
いはまず逐次比較用レジスタのMSB(最小ビ
ツト)をオンにし、D−A変換器の出力を1/2FS
(フルスケース)にして、入力電圧と比較し、も
し入力電圧が1/2FSより大きければMSBをオンに
したまま、また、もし1/2FSより小さければMSB
をオフにして、次の1/4FSビツトをオンにして比
較する。このようにして順次上位ビツトがLSB
(最小ビツト)にいたるまでの各ビツトのオン、
オフを比較決定してゆく、いわゆる逐次比較型に
よつて実施することができる。
第2図に本発明実施例のブロツク図を示す。
この実施例のA−D変換器は、デジタル化すべ
きアナログ信号が印加される入力端子2、アナロ
グ減算器6、そのアナログ減算器6の出力をデジ
タル化する、ビツト数の小さいA−D変換部1、
そのA−D変換部1からの後述するオーバーまた
はアンダー信号をカウントアツプまたはカウント
ダウンするデジタルメモリー3、そのデジタルメ
モリー3の内容とA−D変換部1の出力を加算す
るデジタル加算器4、デジダルメモリー3の内容
をアナログ化してアナログ減算器6に供給するD
−A変換部5とによつて構成されており、デジタ
ル加算器4の出力がこのA−D変換器のデジタル
出力となる。
A−D変換部1は、当該A−D変換器全体の変
換容量に比べて格段に変換容量が小さく、それだ
けに安価に且つ変換応答速度が早い。アナログ入
力信号レベルが所定の変換範囲の上限を超えたと
きにオーバ信号を発し、入力アナログ信号が負に
なつたときにアンダー信号を発する。
デジタルメモリー3は例えばカウンタであつ
て、上述したA−D変換部1のオーバーおよびア
ンダー信号をカウント入力として、オーバー信号
の入力によりその内容がカウントアツプされ、ア
ンダー信号の入力によりその内容がカウントダウ
ンされる。また、オーバー信号アンダー信号とも
に入力のないときその内容を記憶する。デジタル
加算器4は、A−D変換部1のデジタル出力とデ
ジタルメモリー3の内容を加算してその結果を当
該A−D変換器のデジタル変換出力として出力す
る。D−A変換部5は、デジタルメモリー3の内
容をアナログ信号に変換するもので、これについ
ては後述する。アナログ減算器6は入力端子2の
アナログ入力からD−A変換部5のアナログ出力
を減算してA−D変換部1の入力端子に導入して
いる。
D−A変換部5は、複数ビツトのデジタル入力
が所定波高値をもつ方形パルスの直列信号に変換
されるデジタル−デユーテイ変換回路51、その
デジタル−デユーテイ変換回路51の出力から当
該D−A変換部5のアナログ出力を減ずるアナロ
グ減算器52、そのアナログ減算器52の出力を
積分する第1の積分回路53、その第1の積分回
路の出力を所定の周期でサンプリングしてその値
をホールドするサンプル・ホールド回路54、そ
のサンプル・ホールド回路54の出力を積分する
第2の積分回路55、及び上記した第1の積分回
路53、サンプル・ホールド回路54、第2の積
分回路55を縦続接続した上で第2の積分回路5
5の出力を上述した減算器52のマイナス入力に
導入して負帰還回路を形成し、第2の積分回路5
5の出力を当該D−A変換部5の出力端子56に
導出する回路手段により構成されている。
このD−A変換部5の変換回路51は、デジタ
ル入力値に比例してパルス幅が変化するプログラ
マブル・パルス幅可変回路と、デジタル入力値に
比例して周波数が変化するプログラマブル・パル
ス周波数可変回路により実施することができる。
いずれにおいても、基準電圧Vrefを与える基準
電源57と、クロツク発生器58を備えている。
また、上述した第2の積分回路55はPI制御、又
はPID制御回路により実施される。
第3図に、このD−A変換部5の平衡状態にお
ける各部の波形図を示す。
デジタル−デユーテイ比変換回路5がプログラ
マブル・パルス幅可変回路である場合、第1の積
分回路53の1サイクルの積分値が0になる条件
は、基準電圧をVref、パルス幅をT1、周期を
T、アナログ出力をVoutとすれば、図から明ら
かなように、 Vref×T1=Vout×T …………(1) となり、これから Vout=T/T×Vref …………(2) となる。周期T及び基準電圧Vrefはともに一定
値であるから、アナログ出力Voutはパルス幅
T1、すなわちデジタル入力値に比例したものと
なる。
変換回路5がプログラマブル・パルス周波数可
変回路である場合は、周期Tが変化してTvにな
り、パルス幅T1は一定であるから、 Vout=T/Tv×Vref …………(3) =T1・fv×Vref …………(4) となる。
次に、第2図に示す実施例の全体の作用を説明
する。入力端子2にアナログ信号が入力される
と、小容量のA−D変換部1がデジタル信号に変
換するが、入力が大きい場合オーバースケールに
なり、オーバー信号を出力する。このオーバー信
号によりデジタルメモリー3の内容がカウントア
ツプされ、このデジタルメモリー3の内容がD−
A変換されて減算器6のマイナス側入力にフイー
ドバツクされるから、A−D変換部1の入力電圧
が減少する。減少した結果がまだA−D変換部1
の測定範囲を超えておれば、デジタルメモリー3
の内容は順次増加し、測定範囲内になつたところ
でカウントアツプが停止する。このときのメモリ
ー3のデジタル値とA−D変換部1の出力が加算
器4により加算されて当該A−D変換器のデジタ
ル出力が得られる。
ここで注目すべきことは、デジタルメモリー3
の内容が定まるまでには多少の時間を必要とする
が、定まつたのちは、アナログ入力の変動幅が小
幅の場合、A−D変換部1の測定周期で比較的短
時間に、例えば1秒間数10回という多数のデータ
を得ることができることである。これを第4図に
示す。従つて、電子天びん、電子はかりのよう
に、はかり皿に被秤量物が載つてから機構が安定
状態に達するまで多少の時間を要するが、安定点
に達したのちは外乱による誤差を補正するため、
いくつかの測定データを平均演算して測定値とす
る場合に都合がよい。特に、精密測定を行うため
数10個ものデータの平均値を求める場合に効果が
大きい。
また、本発明によれば、D−A変換部5にルー
プされた二重積分回路と減算器を設けて、平衡状
態においてリツプルのない完全平滑化されたアナ
ログ信号が出力されるので、ローパスフイルタが
不要となつて応答が速く、しかも、A−D変換部
1がいかなるタイミングで変換を行つてもリツプ
ル誤差が生じない。従つて、本発明を電子天びん
等のA−D変換器に適用した場合、例えば30g±
2gの物体を繰り返し連続測定するような場合、
デジタルメモリー3の内容を例えば28gに対応す
る値に設定しておけばD−A変換部5の入力値は
変動しないのできわめて高精度のものになり、秤
量値のばらつきはすべてA−D変換部1で処理で
きるので、短時間に高精度の測定を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の作用を説明する特性図であ
る。第2図は本発明の実施例を示すブロツク図、
第3図は第2図のD−A変換部5の作用を説明す
る波形図である。第4図は本発明の作用を説明す
る特性図である。 1……A−D変換部、2……入力端子、3……
デジタルメモリー、4……デジタル加算器、5…
…D−A変換部、6……アナログ減算器、51…
…デジタル−デユーテイ比変換回路、52……ア
ナログ減算器、53……第1の積分回路、54…
…サンプル・ホールド回路、55……第2の積分
回路、56……アナログ出力端子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 当該A−D変換器よりも変換容量が小さく、
    且つ、アナログ入力信号レベルが、その変換範囲
    の上限を越えているときにその変換サイクルごと
    にオーバー信号を発するとともに、上記変換範囲
    の下限に満たないときにはその変換サイクルごと
    にアンダー信号を発するA−D変換部と;上記オ
    ーバー信号およびアンダー信号をカウント入力と
    し、上記オーバー信号の入力によりその内容がカ
    ウントアツプされ、且つ、上記アンダー信号の入
    力によりその内容がカウントダウンされるデジタ
    ルメモリーと;そのデジタルメモリーの内容をア
    ナログ出力に変換する装置であつて、複数ビツト
    のデジタル入力を、所定の波高値をもち、且つ上
    記デジタル入力の値に対応してデユーテイが変化
    する方形パルス信号に変換するデジタル−デユー
    テイ比変換回路、そのデジタル−デユーテイ比変
    換回路の出力から当該装置のアナログ出力を減ず
    るアナログ減算器、そのアナログ減算器の出力を
    積分する第1の積分回路、その第1の積分回路の
    出力を所定の周期でサンプリングしてその値をホ
    ールドするサンプル・ホールド回路、そのサンプ
    ル・ホールド回路の出力を積分する第2の積分回
    路、その第2の積分回路の出力を上記減算器の入
    力及び当該装置のアナログ出力端子に導く回路手
    段とを備えたD−A変換部と;当該A−D変換器
    の入力端子に印加されたアナログ信号から上記D
    −A変換部のアナログ出力を減算して上記A−D
    変換部の入力に導入するアナログ減算器と、上記
    A−D変換部のデジタル出力と上記デジタルメモ
    リーの内容を加算するデジタル加算器と;を有し
    てなり、上記入力端子に印加されたアナログ入力
    に対応するデジタル出力が上記デジタル加算器か
    ら取り出されるように構成されたA−D変換器。
JP12129581A 1981-07-31 1981-07-31 A−d変換器 Granted JPS5821922A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62231524A (ja) * 1986-03-31 1987-10-12 Shimadzu Corp A/d変換器
JPH02216916A (ja) * 1988-11-24 1990-08-29 Anarogu Debaisezu Kk A/d変換回路

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