JPS6333377Y2 - - Google Patents

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JPS6333377Y2
JPS6333377Y2 JP13170886U JP13170886U JPS6333377Y2 JP S6333377 Y2 JPS6333377 Y2 JP S6333377Y2 JP 13170886 U JP13170886 U JP 13170886U JP 13170886 U JP13170886 U JP 13170886U JP S6333377 Y2 JPS6333377 Y2 JP S6333377Y2
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

本考案は、レンジ設定用の定電流源を備えた逐
次比較型アナログ・デジタル変換器に関する。高
分解能なアナログ・デジタル変換器(以下A/D
変換器という)として積分極A/D変換器が知ら
れている。積分型A/D変帰器は安価であるとい
う長所を有する反面、高速なA/D変換を行うこ
とは不得意である。そのために逐次比較型のA/
D変換器が用いられている。しかしかかるA/D
変換器は、内部に用いられる抵抗回路網の精度に
起因するため、積分型A/D変換器と同等の正確
さ及び分解能を達成するためには高価なものとな
る。 よつて本考案の目的は、安価な構成でありなが
ら高分解能な逐次比較型A/D変換器を提供せん
とするものである。 本考案に係るA/D変換器は、変換レンジを拡
張するため、定電流源をデジタル・アナログ変換
器(以下DACという)と並列に接続して成る。 以下、図面を用いて本考案を詳述する。 第1図は、本考案の一実施例によるA/D変換
器全体を示したブロツク図である。本考案に係わ
るA/D変換器が変換する入力アナログ信号VX
はスイツチSWを介してサンプル/ホールド回路
2に印加される。サンプル/ホールド回路2は入
力抵抗器Rinを介して比較回路4の第1入力端に
接続される。比較回路4の第2入力端は接地され
ている。比較回路4の出力端は周知の逐次比較レ
ジスタ(以下SARという)6に接続される。
SAR6としては、例えば米国AMD社製モデル
AM2503を2個カスケード接続して用いられる。
即ち初期設定(各出力ビツトが全て「0」)の後、
クロツク信号16に同期して最上位ビツトのみを
「1」に変更し、その後は比較回路4の出力レベ
ルに応答して出力デジタル値を上昇又は下降さ
せ、もつて所望のデジタル出力を得るという周知
の逐次比較レジスタである。SAR6のデジタル
出力端子のうち上位2ビツトはサブDAC8に、
下位14ビツトはメインDAC10の入力端にそれ
ぞれ接続される。ここでDAC8及びメインDAC
10は、入力デジタル信号に応じたアナログ電流
を吸収する機能を果たす。サブDAC8としては、
例えば米国AMD社製モデルDAC08を2ビツト
として用い、またメインDAC10としては米国
バーブラウン社製モデルDAC71(入力16ビツ
トのうち上位14ビツト)が用いられる。サブ
DAC8及びメインDAC10の出力端は共に、入
力抵抗器Rinと比較回路4の第1入力端との共通
接続点Pに接続される。またスイツチSWの切換
えにより、サンプル/ホールド回路2の入力端は
ランプ電圧発生回路12に接続される。制御回路
14はサンプル/ホールド回路2、SAR6、サ
ブDAC8、ランプ電圧発生回路12に接続され、
以下に詳述する制御作用を行う。SAR6に印加
されるクロツク信号16としては、例えば100k
Hz前後のパルスが用いられる。また本図には示さ
れていないが、SAR6のデジタル出力信号を記
憶しておくメモリ及び各種計算を行うマイクロプ
ロセツサが必要とされる。 第2図は、第1図に示したA/D変帰器の変換
レンジを説明した図である。本図において左側の
縦軸はサンプル/ホールド回路2(第1図参照)
にストアされる入力電圧Vinを表わし、またR1
いしR3で示される矢印は3種の変換レンジを表
わし、右側の縦軸は、各レンジR1〜R3が零電位
から如何ほど離れているか(即ち、オフセツト電
圧)を表わしている。従つてレンジR1はVaボル
トのオフセツト電圧、同様にレンジR2はVbボル
ト、レンジR3はVcボルトのオフセツト電圧を有
する。 次にオフセツト電圧Va,Vb,VcとサブDAC8
(第1図参照)との関係を説明する。 サブDAC8は、本実施例において、3種の定
電流を吸収する。換言すれば、サブDAC8はオ
フセツト定電流発生回路としての機能を果たす。 即ち
The present invention relates to a successive approximation type analog-to-digital converter equipped with a constant current source for range setting. High-resolution analog-to-digital converter (hereinafter referred to as A/D)
An integrated polarization A/D converter is known as a converter. Although the integral type A/D transformer has the advantage of being inexpensive, it is not good at performing high-speed A/D conversion. For that purpose, successive approximation type A/
A D converter is used. However, it takes A/D
The converter is expensive to achieve the same accuracy and resolution as an integrating A/D converter due to the accuracy of the resistor network used therein. Therefore, an object of the present invention is to provide a successive approximation type A/D converter that has a high resolution while having an inexpensive configuration. The A/D converter according to the present invention has a constant current source connected in parallel with a digital-to-analog converter (hereinafter referred to as DAC) in order to expand the conversion range. Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the entire A/D converter according to one embodiment of the present invention. Input analog signal V X converted by the A/D converter according to the present invention
is applied to the sample/hold circuit 2 via the switch SW. Sample/hold circuit 2 is connected to a first input of comparator circuit 4 via an input resistor Rin. A second input terminal of the comparator circuit 4 is grounded. The output terminal of the comparison circuit 4 is connected to a well-known successive approximation register (hereinafter referred to as SAR) 6.
As SAR6, for example, a model manufactured by AMD in the United States
Used by connecting two AM2503s in cascade.
That is, after initial setting (all output bits are "0"),
It is well known that only the most significant bit is changed to "1" in synchronization with the clock signal 16, and then the output digital value is raised or lowered in response to the output level of the comparator circuit 4, thereby obtaining the desired digital output. This is a successive approximation register. The upper 2 bits of the digital output terminal of SAR6 are sent to sub DAC8.
The lower 14 bits are connected to the input terminals of the main DAC 10, respectively. Here DAC8 and main DAC
10 functions to absorb an analog current according to an input digital signal. As a sub DAC8,
For example, a 2-bit model DAC08 manufactured by AMD, USA, is used, and a model DAC71 (upper 14 bits out of 16 input bits) manufactured by Burr-Brown, USA is used as the main DAC 10. sub
The output terminals of the DAC 8 and the main DAC 10 are both connected to a common connection point P between the input resistor Rin and the first input terminal of the comparison circuit 4. Further, by switching the switch SW, the input end of the sample/hold circuit 2 is connected to the ramp voltage generation circuit 12. The control circuit 14 is connected to the sample/hold circuit 2, SAR 6, sub DAC 8, and ramp voltage generation circuit 12.
It performs the control action detailed below. For example, the clock signal 16 applied to the SAR 6 is 100k.
Pulses around Hz are used. Although not shown in this figure, a memory for storing the digital output signal of the SAR 6 and a microprocessor for performing various calculations are required. FIG. 2 is a diagram illustrating the conversion range of the A/D transformer shown in FIG. 1. In this figure, the vertical axis on the left side is the sample/hold circuit 2 (see Figure 1).
The arrows indicated by R 1 to R 3 indicate the three conversion ranges, and the vertical axis on the right indicates how far each range R 1 to R 3 is from zero potential. (ie, offset voltage). Range R 1 therefore has an offset voltage of V a volts, similarly range R 2 has an offset voltage of V b volts, and range R 3 has an offset voltage of V c volts. Next, offset voltages V a , V b , V c and sub DAC8
(See Figure 1) will be explained. In this embodiment, the sub DAC 8 absorbs three types of constant current. In other words, the sub DAC 8 functions as an offset constant current generating circuit. That is,

【表】 なる電流が入力信号に応じて吸収される。 いま、入力抵抗器(Rin)の抵抗値をRinで表
わすとすれば、 Va=I01×(Rin) Vb=I02×(Rin) Vc=I03×(Rin) で表わされる。(オフセツト電圧の意味は以下に
述べる)。なお前記オフセツト電圧は各レンジが
適当に重複するよう選択される。 次に第1図及び第2図を用いてA/D変換の動
作を説明する。 キヤリブレーシヨン・モード キヤリブレーシヨン・モードの目的は、各レン
ジ(R1,R2,R3)のオフセツト電圧Va,Vb,Vc
を測定することである。キヤリブレーシヨン・モ
ード中は、スイツチSWがa側に倒されることは
ないから、入力アナログ信号Vxは本考案に係わ
るA/D変換器から隔離され、動作に影響を及ぼ
さない。 § 第1ステツプ サブDAC8の入力信号を「1,0」(即ち、
レンジR1)に設定する。かかる設定は、制御
回路14により行われる。 制御回路14により、SAR6の下位14ビツ
トを「0,……0」とする。 スイツチSWをb側に倒し、ランプ電圧を入
力抵抗器Rinに印加する。このときサンプル/
ホールド回路2は動作せず、ランプ電圧は直接
入力抵抗器Rinに印加される。 比較回路4に印加される電圧(即ちP点の電
圧)が零ボルトに達すると、比較回路4の出力
レベルは反転する。この時刻の入力電圧Vinを
保持するため、制御回路14はサンプル/ホー
ルド回路2に前記Vinを記憶させる。 以上の動作によりIin=I01を流すVinが決定さ
れる。なぜならメインDAC10の入力信号(14
ビツト)が全て0のとき、吸収電流IM=0となる
からである。 ここで、 Vin=Iin×(Rin) =I01×(Rin) ∴Vin=Va(レンジR1の オフセツト電圧Va) § 第2ステツプ サンプル/ホールド回路2の保持電圧はその
ままとする。 サブDAC8の入力信号を「0,1」(レンジ
R2)に設定する。 メインDAC10を作動させ、得られた14ビ
ツトのデジタル出力v1をメモリに記憶させてお
く(第2図参照)。 § 第3ステツプ サンプル/ホールド回路2をリセツトする。 サブDAC8の入力信号は「0,1」(レンジ
R2)のままとする。 制御回路14により、SAR6の下位14ビツ
トを「0,……0」とする。 ランプ電圧を入力抵抗器Rinに印加し、P点
の電位が零となる時刻の電圧Vinをサンプル/
ホールド回路2に保持する。このことにより、
Iin=I02を流すVinが決定される。よつてVin=
Vb(レンジR2のオフセツト電圧)となる。 § 第4ステツプ サンプル/ホールド回路2の保持電圧はその
ままとする。 サブDACの入力信号を「0,0」(レンジ
R3)に設定する。 メインDAC10を作動させ、得られた14ビ
ツトのデジタル出力v2をメモリに記憶させてお
く(第2図参照)。 § 第5ステツプ スイツチSWをC側に倒し、Vin=0とする。 サブDAC8の入力信号を「0,1」(レンジ
R2)に設定する。 メインDAC10を作動させ、得られた14ビ
ツトのデジタル出力v3をメモリに記憶させてお
く(第2図参照)。 オフセツト電圧計算モード 本モードの目的は、キヤリブレーシヨン・モー
ドで得られたv1,v2,v3から各レンジにおけるオ
フセツト電圧Va,Vb,Vcを計算することであ
る。即ちマイクロプロセツサを用いて下記の演算
がデジタル的になされる。 Va=v1−v3 Vb=−v3 Vc=−(v2+v3) 以上の過程により、各レンジにおけるオフセツ
ト電圧が測定される。 実際のA/D変換モードにおいてスイツチSW
はa側に倒される。そしてSAR6から得られる。
デジタル信号(16ビツト)のうち、上位2ビツト
から本A/D変換器が如何なるレンジに置かれて
いるかを判断する。従つて、真のデジタル変換値
を求めるため、所定のオフセツト電圧Va,Vb
Vcが下位144ビツトの値に加算される。例えば、
いまSAR6から得られる上位2ビツトが「0,
0」であり、且つ下位14ビツトがDxであるとす
ると、真のデジタル変換値は〔Dx+Vc〕で表わ
されることになる。 本考案に係るA/D変換器の正確さはメイン
DAC10に依存する。またオフセツト電圧は上
述の如くメインDAC10を用いて測定されるた
め、サブDAC8はキヤリブレーシヨン・モード
の期間中においてのみ安定であればよいことにな
る。更にサンプル/ホールド回路2の有するDC
オフセツトも、全過程において共通に印加される
ため、誤差の要因とはなり得ない。 なお本実施例においては電流型の逐次比較A/
D変換器についてのみ説明したが、電圧型の逐次
比較A/DD変換器についても同様である。ま
た、分割レンジ数もサブDACのビツト数に応じ
て任意に設定することが可能である。 本考案に係るA/D変換器は逐次比較型である
ため高速であり、また安価なDACを用いて実質
的に変換レンジの拡張及び高分解能化を実現し得
る。例えば第1図に示した本実施例では14ビツト
のメインDAC10を用いているにもかかわらず、
実質的には16ビツトの分解能を有するA/D変換
器が実現される。しかもメインDAC10の全ビ
ツトにおいて単調性(MONOTONICITY)が保
証されておれば、本考案に係るA/D変換器全体
としての単調性も保証されることになる。
[Table] The current is absorbed depending on the input signal. Now, if the resistance value of the input resistor (Rin) is expressed by Rin, it is expressed as follows: V a = I 01 × (Rin) V b = I 02 × (Rin) V c = I 03 × (Rin). (The meaning of offset voltage will be explained below). Note that the offset voltages are selected so that each range appropriately overlaps. Next, the operation of A/D conversion will be explained using FIGS. 1 and 2. Calibration Mode The purpose of calibration mode is to adjust the offset voltages V a , V b , V c of each range (R 1 , R 2 , R 3 ).
It is to measure. During the calibration mode, the switch SW is not turned to the a side, so the input analog signal V x is isolated from the A/D converter according to the present invention and does not affect the operation. § 1st step Set the input signal of sub DAC8 to "1, 0" (i.e.
Set to range R1 ). Such settings are performed by the control circuit 14. The control circuit 14 sets the lower 14 bits of SAR6 to "0, . . . 0." Turn the switch SW to the b side and apply the lamp voltage to the input resistor Rin. At this time, sample/
Hold circuit 2 is not activated and the ramp voltage is applied directly to input resistor Rin. When the voltage applied to the comparison circuit 4 (ie, the voltage at point P) reaches zero volts, the output level of the comparison circuit 4 is inverted. In order to hold the input voltage Vin at this time, the control circuit 14 causes the sample/hold circuit 2 to store the Vin. Through the above operations, Vin through which Iin=I 01 flows is determined. This is because the main DAC10 input signal (14
This is because when all bits) are 0, the absorbed current I M =0. Here, Vin=Iin×(Rin)=I 01 ×(Rin) ∴Vin=V a (Offset voltage V a of range R 1 ) § Second step The holding voltage of the sample/hold circuit 2 is left unchanged. Set the input signal of sub DAC8 to “0, 1” (range
R2 ). Activate the main DAC 10 and store the obtained 14-bit digital output v1 in memory (see Figure 2). § Third step Reset the sample/hold circuit 2. The input signal of sub DAC8 is “0, 1” (range
R2 ). The control circuit 14 sets the lower 14 bits of SAR6 to "0, . . . 0." Apply the lamp voltage to the input resistor Rin, and sample the voltage Vin at the time when the potential at point P becomes zero.
It is held in the hold circuit 2. Due to this,
The Vin through which Iin=I 02 flows is determined. Yotsute Vin=
V b (offset voltage of range R 2 ). § Fourth step The holding voltage of the sample/hold circuit 2 remains unchanged. Set the sub DAC input signal to “0, 0” (range
R3 ). Activate the main DAC 10 and store the obtained 14-bit digital output v2 in memory (see Figure 2). § 5th step Turn the switch SW to the C side and set Vin=0. Set the input signal of sub DAC8 to “0, 1” (range
R2 ). Activate the main DAC 10 and store the obtained 14-bit digital output v3 in memory (see Figure 2). Offset voltage calculation mode The purpose of this mode is to calculate the offset voltages V a , V b , V c in each range from v 1 , v 2 , v 3 obtained in the calibration mode. That is, the following calculations are performed digitally using a microprocessor. V a =v 1 −v 3 V b = −v 3 V c = −(v 2 +v 3 ) Through the above process, the offset voltage in each range is measured. Switch SW in actual A/D conversion mode
is turned to side a. And it is obtained from SAR6.
The range in which this A/D converter is placed is determined from the upper 2 bits of the digital signal (16 bits). Therefore, in order to obtain the true digital conversion value, predetermined offset voltages V a , V b ,
V c is added to the value of the lower 144 bits. for example,
Now, the top two bits obtained from SAR6 are “0,
0'' and the lower 14 bits are D x , the true digital conversion value will be expressed as [D x +V c ]. The accuracy of the A/D converter according to this invention is the main
Depends on DAC10. Furthermore, since the offset voltage is measured using the main DAC 10 as described above, the sub DAC 8 only needs to be stable during the calibration mode. Furthermore, the DC of sample/hold circuit 2
Since the offset is also applied in common throughout the entire process, it cannot become a factor of error. Note that in this embodiment, current-type successive approximation A/
Although only the D converter has been described, the same applies to the voltage type successive approximation A/DD converter. Further, the number of divided ranges can also be arbitrarily set according to the number of bits of the sub-DAC. Since the A/D converter according to the present invention is of the successive approximation type, it is high-speed, and it is possible to substantially expand the conversion range and increase the resolution using an inexpensive DAC. For example, in this embodiment shown in FIG. 1, although a 14-bit main DAC 10 is used,
An A/D converter with substantially 16-bit resolution is realized. Moreover, if monotonicity is guaranteed for all bits of the main DAC 10, monotonicity of the entire A/D converter according to the present invention is also guaranteed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の一実施例によるアナログ・デ
ジタル変換器全体を示したブロツク図、第2図は
第1図に示したアナログ・デジタル変換器の変換
レンジを説明した図である。 2……サンプル/ホールド回路、4……比較回
路、6……逐次比較レジスタ、8…サブD/A変
換器、10……メインD/A変換器、12……ラ
ンプ電圧発生回路、14……制御回路。
FIG. 1 is a block diagram showing the entire analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the conversion range of the analog-to-digital converter shown in FIG. 1. 2... Sample/hold circuit, 4... Comparison circuit, 6... Successive approximation register, 8... Sub D/A converter, 10... Main D/A converter, 12... Lamp voltage generation circuit, 14... ...control circuit.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 逐次比較レジスタと、その出力を入力してそれ
ぞれ下位桁用及び上位桁用の第1、第2の帰還電
流を出力する第1、第2のデジタル・アナログ変
換器と、入力アナログ信号と可変電圧を択一的に
選択入力するサンプル/ホールド回路と、前記第
1、第2の帰還電流の加算電流と前記サンプル/
ホールド回路から抵抗を介して出力される信号電
流を比較する比較回路と、該比較回路の出力を前
記逐次比較レジスタに入力する手段とから成り、
前記第2の帰還電流を前記第1の帰還電流により
校正するに当たり、前記第1の帰還電流を所定値
となし、前記サンプル/ホールド回路は前記可変
電圧を選択入力し、前記信号電流と前記第2の帰
還電流が互いに大きさ等しく異符号となつたとき
の前記可変電圧を保持し、該保持された前記可変
電圧が発生する前記信号電流を前記第1の帰還電
流により校正するようにしたアナログ・デジタル
変換器。
A successive approximation register, first and second digital-to-analog converters that input the output thereof and output first and second feedback currents for lower digits and upper digits, respectively, an input analog signal and a variable voltage. a sample/hold circuit that selectively inputs the sum of the first and second feedback currents and the sample/hold circuit;
It consists of a comparison circuit that compares signal currents output from the hold circuit via a resistor, and means for inputting the output of the comparison circuit to the successive approximation register,
In calibrating the second feedback current using the first feedback current, the first feedback current is set to a predetermined value, the sample/hold circuit selectively inputs the variable voltage, and calibrates the signal current and the first feedback current. The analog device holds the variable voltage when the second feedback currents are equal in magnitude and have different signs, and the signal current generated by the held variable voltage is calibrated by the first feedback current.・Digital converter.
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