JPS6318769B2 - - Google Patents

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JPS6318769B2
JPS6318769B2 JP54091567A JP9156779A JPS6318769B2 JP S6318769 B2 JPS6318769 B2 JP S6318769B2 JP 54091567 A JP54091567 A JP 54091567A JP 9156779 A JP9156779 A JP 9156779A JP S6318769 B2 JPS6318769 B2 JP S6318769B2
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JP
Japan
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capacitor
voltage
output
circuit
switches
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JP54091567A
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JPS5616320A (en
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Kazuo Yamakido
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/42Sequential comparisons in series-connected stages with no change in value of analogue signal

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は電圧極性切換回路に関するものであ
る。 正負両極性のアナログ電気信号をデイジタル符
号に変換、あるいはその逆の変換をする所謂A/
D変換、D/A変換装置においては、絶対値の等
しい正負2つの基準電圧あるいは基準電流が必要
となる。しかしながら、これらのA/D、D/A
変換装置を半導体ICあるいはモノリシツクICで
小型かつ高精度に実現しようとした場合、正負2
つの基準電源を共に内蔵させることは技術的、経
済的両面からみて不利である。従つて、通常は正
負どちらか一方の電源のみを内蔵させ、これと入
力電圧の極性を選択的に切り換えて出力する電圧
極性切換回路とを組み合せることにより、正負両
極性の基準電圧を得るようにしている。 第1図は、このような電圧極性切換回路を適用
した装置の1例として、電話音声信号をデイジタ
ル符号に変換するPCM符号器の概略的構成を示
したものである。 図において、デイジタル符号化すべきアナログ
入力信号(この場合は音声信号)VINは端子1を
介して電圧比較器2に入力され、局部D/A変換
回路3からの出力電圧と比較され、比較結果は論
理回路4に入力される。6は例えばダイオード等
のPN接合部における電流密度の温度特性を利用
したバンドギヤツプ電圧源からなる安定化電源で
あり、7は上記安定化電源6の出力電圧Eの極性
を切り換えると共にこれを適当に増幅し、アナロ
グ入力信号VINの最大値に一致した値の正負の基
準電圧VREFを上記局部D/A変換回路4に供給す
る電圧極性切換回路を示す。 論理回路4は端子5から与えられるクロツクパ
ルスに同期して電圧比較器2の出力信号を逐次取
り込むと共に、信号T1,T2を出力して電圧極性
切換回路7および局部D/A変換回路3を制御す
る。例えば、最初に局部D/A変換回路3の出力
電圧を零にした状態で電圧比較器2の出力信号を
取り込み、アナログ入力信号VINの極性を判定
し、この判定結果に応じた制御信号T1を出力す
ることにより、電圧極性切換回路7からの出力電
圧VREFの極性をアナログ入力信号VINの極性に一
致させる。論理回路4は、以後、電圧比較器2の
出力を参照しつつ制御信号T2を出力し、これに
よつて局部D/A変換回路を形成するキヤパシタ
あるいは抵抗素子からなる回路網組織を順次変更
し、電圧比較器2の2つの入力電圧がバランスし
たときの上記回路網の状態に対応したデイジタル
値を上記アナログ入力信号VINのA/D変換値
Vputとして端子8に出力する。 従来、上記した電圧極性切換回路7を含む基準
電圧供給回路として、例えば、Electronics誌、
March、1、1979、p.108に記載された、第2図
に示す回路構成のものが知られている。この回路
は、電源6と、1つの充電用コンデンサC0と、
例えばMOSトランジスタからなる6つのスイツ
チ素子S1〜S6と、高入力インピータンスの増幅回
路(電圧利得G)10とからなり、上記各スイツ
チ素子を外部から与えられる制御信号(例えば第
1図の論理回路出力T1)で開閉制御することに
より、コンデンサC0の充電モード、正転電圧
出力モード、および反転電圧出力モードの3
つのモードで動作する。各動作モードとスイツチ
S1〜S6の開閉状態との関係は表−1に示す通りで
ある。
【表】 然るに、上記従来回路はIC化されたとき、第
2図にC1,C2,C3で示すように、コンデンサC0
の両端および増幅器入力端子11の各ノードとア
ース間に浮遊容量が寄生するため、これが原因と
なつて、以下に述べるように正転電圧出力モード
と反転電圧出力モードとでは出力電圧の絶対
値に差を生じ、この回路をPCM符号器等のA/
D変換回路あるいはD/A変換回路に適用した場
合に信号変換特性に2次歪を生ずるという欠点が
あつた。 すなわち、最初にスイツチS1,S2,S5をオン、
他をオフにして回路を充電モードで動作させた
とき、電源6の出力電圧EによりコンデンサC0
だけでなく浮遊容量C1も充電されてしまう。な
お、このとき浮遊容量C2,C3はスイツチS2を介
してアースに接続されるため、端子11は接地電
位となり、増幅器10からの出力電圧VREFは零V
となる。 次いで、正転電圧出力モードが選択されてス
イツチS3,S6がオン、他がオフになつたとき、
C0,C1の電荷の一部が浮遊容量C3に移動するた
め、増幅器10の出力電圧VREF(+)は次式(1)の値と
なる。 VREF(+)=G・C0+C1/C0+C1+C3・E ……(1) 一方、上記充電モードから反転電圧出力モー
ドに移行した場合には、スイツチS4,S5がオ
ン、他がオフになり、コンデンサC0の電荷が浮
遊容量C2,C3に移動し、浮遊容量C1の電荷がア
ースに放電されるため、出力電圧VREF(-)は次式(2)
に示す如く、正転出力電圧VREF(+)と絶対値が異な
つたものとなる。 VREF(-)=−G・C0/C0+C2+C3・E ……(2) 従つて、上記回路出力をA/D変換(あるいは
D/A変換)回路の基準電圧にそのまゝ適用する
と、変換特性に2次歪を生ずることになり、その
歪率xは、文献(IEEE Trans on Circuit and
Systems、Vol.CAS−25、No.7July1978、p.427)
によれば次式で与えられる。 今、入力アナログ信号Xを利想的な特性をもつ
A/D変換器でデイジタル化した後、基準電圧が VREF(+)/|VREF(-)|=1+α すなわち、 α=VREF(+)−|VREF(-)|/|VREF(-)| ……(3) の特性をもつD/A変換器で再びアナログ信号
(出力信号Y)に戻した場合を想定すると、D/
A変換器は第4図Aに示す如く、プラス側がマイ
ナス側に対して(1+α)倍のゲインを持つてい
るため、出力波形Yが第4図Bの如く歪む。 上記出力波形Yをフーリエ級数展開すると、 Y=α/π+(1+α/2)〓 wt−2α/πn=1 〓2nwt/4n2−1 となる。ここで、第1項目は直流成分、第2項目
は基本波(信号)成分S、第3項目は高調波歪成
分Dであり、第1高調波(n=1)成分はD1
2α/3π、第2高調波(n=2)成分はD2=2α/15π
であ る。 第2以上の高調波成分は、第1高調波成分に比
較して小さいため、これらを省略して歪率S/D
を求めると、α≪2と仮定して、 S/D=(1+α/2)2/(2α/3π)2=(3π2+
α/4α)≒(3π/2α)2 となり、これをdB表示すると、歪率x(dB)は、 x=10log(3π/2α)2=−20log2/3πα ……(4) で表わされる。 上記第(4)式から、歪率xを−55dB以下にしよ
うとすると、α≦0.008とする必要があり、上記
従来回路の場合、式(1)、(2)、(3)から、C0≫C1
C3と仮定して、 α≒C2/C0+C1/C0 2(C2+C3) であるから、1例としてC1=C2=0.5PF、C3
1.5PFとすると、上記歪率を実現するためには充
電用コンデンサC0としてC0≧64.5PFのものが必
要となる。このような値のコンデンサは、電圧反
転増幅回路を判導体IC、あるいはモノリシツク
IC化しようとしたとき、非常に大きなチツプ面
積を必要とし、回路装置の経済性を損うことにな
る。 本発明は上記従来回路の欠点をなくし、正負両
方向の出力電圧の絶対値を等しくでき、且つ必要
とされる充電用コンデンサの容量が小さくて済む
IC化に適した電圧極性切換回路の提供を目的と
する。 上記目的を達成する本発明の電圧極性切換回路
は、第3図に示す如く、充電用コンデンサC0と、
6個のスイツチ素子S1〜S6と、浮遊容量を補償す
るためのコンデンサC4とを有し、特に上記コン
デンサC4の1端が出力端子11(増幅回路10
の入力端子)に接続され、他端がスイツチS6を介
してアースに接続されて、充電モード、正転電
圧出力モード、反転電圧出力モードが表−2
に示すスイツチ開閉動作により行われるようにし
たことを特徴とする。
【表】 第3図回路において、C1〜C3は第2図回路の
場合と同様に各ノードに付加される浮遊容量を示
している。 上記本発明回路の動作について説明すると、先
ず充電モードでは、スイツチS1,S2,S5および
S6をオン、他をオフにすることにより、電源6の
出力電圧EでコンデンサC0と浮遊容量C1を充電
する。このとき、C2,C3,C4の電荷は全て放電
され、端子11および12の出力電圧は零Vであ
る。 正転電圧出力モードでは、スイツチS2,S3
S6がオン、他がオフとなる。このとき、C1,C0
の電荷がC3,C4に移動するため、端子12から
の出力VREF(+)は次式(5)で表わされる値となる。 VREF(+)=G・C0+C1/C0+C1+C3+C4・E ……(5) 一方、反転電圧出力モードでは、スイツチ
S4,S5がオン、他がオフとなり、コンデンサC0
の電荷がC2,C3に移動するため、端子12から
の出力VREF(-)は VREF(-)=−G・C0/C0+C2+C3・E ……(6) となる。 従つて、上記式(5)、(6)を式(3)に代入すると、本
発明の回路におけるαの値は、次式(7)で表わされ
る。 α=1/C0+C1+C3+C4{C2+C1/C0(C2+C3)−C4} ……(7) 従つて、補償コンデンサC4の値を、 C4=C2+C1/C0(C2+C3) ……(8) の関係が満足されるように設定すれば、α=0と
することが可能である。 例えば、浮遊容量の値がC1=C2=0.5PF、C3
1.5PFであつた場合、コンデンサC0=5PFとすれ
ば、C4=0.7PFに設計すればα=0を実現でき
る。 上記数値例からも判るように、本発明の回路で
は適用するコンデンサC0,C4の値が極めて小さ
いため、これらの素子を小さなチツプサイズの
ICに組み込むことができる。また、本発明によ
れば、原理的に正負両方向に等しい絶対値をもつ
電圧を出力することができ、たとえIC製作上の
誤差により上記C0とC4の値が設計値から多少ず
れたとしても、従来回路に比較して遥かに高精度
の正転、反転電圧を発生できる。 従つて、本発明の電圧極性切換回路は、それ自
体IC化に適しており、アナログ入力信号を歪な
く反転して出力することができ、これと基準電圧
源と増幅器と組み合せれば正負両方向に任意の値
の基準電圧を出力できるため、特にPCM通信分
野で必要とされるような高精度のA/D変換装
置、D/A変換装置を経済的に且つ超小型化して
提供するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
第1図は電圧極性切換回路の応用例であるA/
D変換装置の1例を示す図、第2図は従来公知の
電圧極性切換回路を示す図、第3図は本発明によ
る電圧極性切換回路の1実施例を示す図、第4図
A,Bは正負の基礎電圧の誤差がもたらす信号歪
についての説明図である。 図において、6は安定化電源、7は増幅器10
を備えた電圧極性切換回路、3は局部D/A変換
回路、4は論理回路、C0とC4はコンデンサ、C1
〜C3は浮遊容量、S1〜S6はスイツチ素子を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1のコンデンサと、入力電圧を印加する入
    力端子と、出力電圧を取り出すための出力端子
    と、上記第1のコンデンサの1端と上記入力端子
    との間に挿入された第1スイツチと、上記第1の
    コンデンサの他端とアース間に挿入された第2ス
    イツチと、上記第1のコンデンサの1端と上記出
    力端子間に挿入された第3スイツチと、上記第1
    のコンデンサの1端とアース間に挿入された第4
    スイツチと、上記第1のコンデンサの他端と上記
    出力端子間に挿入された第5スイツチと、1端が
    上記出力端子に接続された第2のコンデンサと、
    上記第2のコンデンサの他端とアース間に挿入さ
    れた第6スイツチとからなり、上記第1、第2、
    第5、第6の各スイツチをオン、他のスイツチを
    オフにすることにより上記第1のコンデンサを入
    力電圧で充電した後、上記第2、第3、第6の各
    スイツチをオン、他のスイツチをオフにすること
    により出力端子に第1極性の出力電圧を出力し、
    上記第4、第5の各スイツチをオン、他のスイツ
    チをオフにすることにより上記出力端子に第2極
    性の出力電圧を出力するようにしたことを特徴と
    する電圧極性切換回路。 2 前記第1のコンデンサの1端とアース間、他
    端とアース間および前記出力端子とアース間に寄
    生する浮遊容量をそれぞれC1,C2,C3としたと
    き、前記第1のコンデンサの容量C0と前記第2
    のコンデンサの容量C4とが略、 C4=C2+C1/C0(C2+C3) の関係にあることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の電圧極性切換回路。
JP9156779A 1979-07-20 1979-07-20 Reference voltage supplying circuit Granted JPS5616320A (en)

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JP9156779A JPS5616320A (en) 1979-07-20 1979-07-20 Reference voltage supplying circuit
US06/165,334 US4338656A (en) 1979-07-20 1980-07-02 Voltage polarity switching circuit
DE3027331A DE3027331C2 (de) 1979-07-20 1980-07-18 Spannungspolaritätsumschaltschaltung

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JP9156779A JPS5616320A (en) 1979-07-20 1979-07-20 Reference voltage supplying circuit

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JPS5616320A JPS5616320A (en) 1981-02-17
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JPS5616320A (en) 1981-02-17
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