JPS6354250B2 - - Google Patents

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JPS6354250B2
JPS6354250B2 JP58165916A JP16591683A JPS6354250B2 JP S6354250 B2 JPS6354250 B2 JP S6354250B2 JP 58165916 A JP58165916 A JP 58165916A JP 16591683 A JP16591683 A JP 16591683A JP S6354250 B2 JPS6354250 B2 JP S6354250B2
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Japan
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voltage
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JP58165916A
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JPS6058721A (ja
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Hisayoshi Masuda
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6058721A publication Critical patent/JPS6058721A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/50Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
    • H03M1/52Input signal integrated with linear return to datum

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、アナログ信号をデイジタル信号に変
換するAD変換回路、特に積分器を利用する積分
形AD変換回路に関するものである。
〔発明の技術的背景及びその問題点〕
AD変換回路は種々の形式のものがあり、積分
形に最も近いものとして電荷平衡形AD変換器及
び帰還形パルス幅変調方式のAD変換器がある。
まず、電荷平衡形AD変換器について第1図、
第2図及び第3図を参照しながら説明する。第1
図及び第2図において、1は被変換電圧Eaを受
けるバツフア増幅器、2は積分器であり、演算増
幅器OP、コンデンサC、抵抗Rsなどにより構成
されている。3は積分出力電圧を基準電位(ここ
では0V)と比較する電圧比較器、4はフリツプ
フロツプ、5は電流スイツチで、前記フリツプフ
ロツプ4のQ出力により電流をIrか、零に切換え
るものであり、第2図では概略的にスイツチ記号
として表示している。
6は定電流Irを生じる第1の電流源、7はクロ
ツクパルスと前記フリツプフロツプ4のQ出力と
の論理積をとるアンドゲート、8はカウンタ、9
はタイムベース設定回路(分周回路)である。
即ち、被変換電圧Eaを抵抗Rsにより電流に変
換し、電流源6の電流Irまたは零と加算して、更
に積分する。この積分出力を電圧比較器3で基準
電位(0V)と比較しその結果をクロツクパルス
によりサンプリングし、フリツプフロツプ4に保
持させ、その出力により電流源6の電流を二つの
値(Irと0)の間で切換えるように動作させ、離
散フイードバツク系を構成している。この構成に
より、積分器2の積分コンデンサCに蓄積される
電荷の時間平均値が零となるように動作するた
め、電荷平衡形と呼ばれている。
いま、フリツプフロツプ4の出力の平均デユー
テイ−レシオをDとすると、平衡状態では入力電
圧EaがRs・Ir・Dに等しくなるため、タイムベー
ス設定回路9の設定時間の間、フリツプフロツプ
4の出力とクロツクパルスCPの論理積であるア
ンドゲート7の出力をカウンタ8で計数し、デユ
ーテイ−レシオDを測定することにより、変換デ
ータEdを得ている。
この場合、電流源6の切換えをクロツクCPに
同期して行つているため、入力電圧と電流源6の
差による残留電荷が積分器2に蓄積される。この
ため、第3図に示す積分器2の出力INTφの平均
電圧は少しずつ変化する。従つて、タイムベース
の長さを長くすれば変換分解能は向上する。
このように電荷平衡形AD変換器は分解能を容
易に変え得るという利点を有するが、次のような
欠点がある。
(a) デユーテイ−レシオDが0.5付近の場合、電
流源6がクロツク周波数で切換えられるため、
使用する積分器2はかなり変周波特性にすぐれ
たものが必要となる。
(b) デユーテイ−レシオDが0または1に近い場
合には、積分器2の出力波形は一方向が急激
で、他方向が非常に緩やかな時間変化となり、
緩やかな時間変化を示す側では比較器3の不感
帯の影響を受けるとか、入力信号が小さい場合
には比較器3のスイツチング時間が長くなるこ
とによる影響を受ける。また、入力信号により
変換中の電流源の切換え回数が異なるため、電
流スイツチ5のオンとオフの切換え時間の差が
直線性に影響を与える。
次に帰還パルス幅変調方式のAD変換器を第4
図及び第5図に基づいて説明する。このAD変換
回路は、第4図のように比較器3の出力をクロツ
クパルスCPでサンプリングすることなく第1の
電流源6を切換えることと、第1の電流源6の電
流Irよりも大きな絶対値を有し、かつ等しい値の
正負の電流Is,−Isを出力する第2の電流源12を
設け、これを第2の電流スイツチ11を介して積
分器2に接続したこと、タイムベース設定回路を
回路9A,9Bの2段に分けてその中間より抽出
した信号BASEIで前記第2の電流スイツチ11
をデユーテイ−比50%で切換え、その周期を変換
時間とするようにしたことが第1図と異なる。
この場合も、比較器3の出力のデユーテイ−レ
シオをDとすると、入力電流EaはRs・Ir・Dに等
しくなるが、計数パルスと比較器3出力の変化は
非周期で行われるため、+1カウント分以内の誤
差が第2の電流源12の切換え周期当たり発生す
る。従つて、変換時間は必ず第2の電流源12の
切換え周期としなければならない。
例えば、第4図でカウンタ8の計数時間を8倍
長くしたとしても、変換結果は1回当たりの誤差
の8倍の誤差を持つてしまうため、得られるデー
タは単に1倍の場合の8倍の値となるだけで分解
能は向上しない。これは、第5図における信号
SWIの1周期での誤差(斜線部分)が次の周期で
も同量発生してしまうためである。
その点、第2図、第3図に示す電荷平衡形AD
変換回路では、電流源の切換えがクロツクと同期
して行われるため、誤差は計数時間の増加により
減少し、±1カウントの誤差以内となる。これに
対し、帰還形パルス幅変調方式のAD変換回路で
は誤差が大きくなる。
従つて、第2の電流源12の切換え周期は変換
時間と等しくする必要があり、この種AD変換回
路を積分器出力を零とするように動作させる離散
時間フイードバツク系と考えた場合には、フイー
ドバツクをAD変換中2回行うのみであるため、
被変換信号である入力電圧が変化した場合を考え
ると、正確なAD変換値が得られるようになるま
でに必要な時間は、同一のクロツク周波数で動作
する電荷平衡形AD変換回路に比べて遅くなる。
このように帰還形パルス幅変調方式のAD変換
回路は、可変分解能とすることが難しく、あえて
可変とする場合には回路構成が複雑となり、ま
た、入力電圧が変化した場合、正しい変換結果が
得られるまでの時間が長いといつた欠点がある。
ただし、積分器2の入力電流の符号変化は|Is
|>|Ir|としているため、2回となり、積分器
2の入力周波数は低くなる。また、積分器出力の
時間変化速度も|Is|−|Ir|の値により一定速
度以上で変化するため、比較器3の入力電圧はク
ロツクの1周期内で一定値以上の値となり、不感
帯の影響などは電荷平衡形に比べて少なくなる。
更に、スイツチのオンとオフの切換え時間の差の
影響は切換え回数が2回と一定であるため、直線
性に影響を与えることはないといつた利点があ
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、電荷平衡形と帰還形パルス幅
変調方式の長所を活かし、かつ分解能の可変が容
易なAD変換回路を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明に係るAD変換回路は、二つの値の電流
を出力する第1の電流源及びこの第1の電流源と
は別に絶対値が等しい正負の電流を出力する第2
の電流源の出力電流と被変換電圧に比例した電流
を積分器で加算積分し、その出力電圧と基準電圧
を電圧比較器で比較し、その結果を一定周期のク
ロツクでサンプリングしてフリツプフロツプに記
憶する一方、前記クロツクを分周回路で分周しそ
の出力により前記第2の電流源の正負の電流を等
時間間隔で切換えるとともに、前記第1の電流源
をの二つの電流を前記フリツプフロツプの出力で
切換えて帰還させ、前記フリツプフロツプの出力
とクロツクの論理積出力であるパルスを前記分周
回路の出力の周期の整数倍の時間、カウンタで計
数し、AD変換データとして出力するものであ
る。
〔発明の実施例〕
第6図は本発明の一実施例を示すもので、1は
被変換電圧Eaを受けるバツフア増幅器、2は積
分器であり、前記バツフア増幅器1の出力を前記
被変換電圧Eaに比例した電流に変換する抵抗Rs
演算増幅器OP、積分コンデンサCなどにより構
成している。3はこの積分器2の出力電圧と基準
電位(0V)を比較する電圧比較器、4はこの比
較器3の出力を一定周期のクロツクパルスでサン
プリングし、記憶するフリツプフロツプ、5は第
1の電流スイツチ、6は二つの値(例えばIr
零)の電流を出力する第1の電流源であり、その
切換えは前記スイツチ5によつて行う。
7は前記フリツプフロツプ4の出力とクロツク
パルスの論理積をとるアンドゲート、8はこのゲ
ートの出力パルスを計数するカウンタ、9C及び
9C′はタイムベース設定回路(分周回路)であ
り、例えば(1/2)5の分周比として縦続接続し、
クロツクパルスを分周して中間より後述の第2の
電流源の電流切換えに供する信号BASE2を取出
し、後段の回路9C′の出力を前記カウンタ8を制
御する信号CONTROLとしている。即ち、第2
の電流源の切換えはクロツク周期の25倍の周期で
行い、変換時間は更にその25倍としている。
11は第2の電流スイツチ、12は第2の電流
源であり、絶対値が等しい正負の電流Is,−Isを出
力する。この第2の電流源12の電流切換えは前
記信号BASE2を制御信号とする第2の電流スイ
ツチ11によつて等時間間隔で行うようにしてい
る。
なお、電流源は、第1図に示すものと同様なも
のを用いるか、あるいは第7図に示すように
CMOSバツフア13基準となる電圧ダイオード
14抵抗15などにより電流スイツチを含めた構
成とする。
次に動作について述べる。クロツクパルスがタ
イムベース設定回路9Cに加わると、その出力と
してクロツク周期の25倍の周期の信号BASE2が
生じ(第8図参照)、その後段のタイムベース設
定回路9C′には更にその25倍の周期の信号
CONTROLが生じる。信号BASE2により第2
のスイツチ11が等時間間隔で切換わる。つま
り、第2の電流源12の電流Is,−Isの切換えが行
われる。
一方、比較器3の出力がクロツクによりサンプ
リングされ、フリツプフロツプ4に記憶されてお
り、フリツプフロツプ4の出力がゲート制御信号
としてアンドゲート7に、スイツチ制御信号SW
2として第1のスイツチ5にそれぞれ供給され、
これにより第1の電流源6の電流切換え、つまり
Irと零の切換えが行われる。
このような電流源6,12の電流切換えに応じ
た両電流源6,12の出力電流と被変換電圧Ea
に比例した電流が積分器2で加算積分され、その
出力は第8図のINT2のように変化する。この
とき、アンドゲート7の出力パルスAND2がカ
ウンタ8で計数され変換データEdが出力される。
この実施例では10ビツトの分解能を持つことにな
る。
なお、上記実施例では、第1の電流源6はIr
零との2値の電流を出力するものとしたが、Ir
−Irとすれば正負の入力電圧に対するAD変換と
なり、また、一般にIr1,Ir2の2値電流とすれば、
Rs・Ir1とRs・Ir2の間の電圧を変換することにな
る。但し、積分器から電流をシンクする向きを正
とした場合である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、積分器入力波形の基本周期は
クロツク周期の25倍であり、また、積分器出力の
時間変化量も|Is|−|Ir|の値に応じて一定値
以上が確保されるため、電荷平衡形AD変換回路
の積分器及び比較器の条件が緩和される。また、
電流源の切換え回数は共に25回と一定であり、オ
ン、オフの時間差が直線性に影響を及ぼすことな
く、しかも入力信号が変化した場合の応答は、変
換時間の長さのうちで26回積分器の出力を零へ収
束させるフイードバツクを行うため、帰還形パル
ス幅変調方式のAD変換回路よりも速い。更に、
第2の電流源の切換え周期(=25×クロツク周
期)内で発生する残留電荷は、クロツクと同期し
て切換えているため、逐次補正されて最終的に±
1カウント以内である。
換言すれば、電荷平衡形と帰還形パルス幅変調
方式の欠点を取り除き、両者の長所を取り入れた
ことになる。しかも、カウンタの計数長及びタイ
ムベースの後段の計数長を変更するだけで分解能
を変えることが可能であり、比較的簡単に可変分
解能の構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電荷平衡形AD変換回路の基本構成を
示すブロツク図、第2図は同変換回路の概略構成
を示すブロツク図、第3図は同変換回路の各部の
波形図、第4図は帰還パルス幅変調方式のAD変
換回路の概略構成を示すブロツク図、第5図は同
変換回路の各部の波形図、第6図は本発明に係る
AD変換回路の一実施例を示すブロツク図、第7
図は同実施例における電流源の一例を示すブロツ
ク図、第8図は同実施例の動作説明のための各部
の波形図である。 2……積分器、3……電圧比較器、4……フリ
ツプフロツプ、5……第1の電流スイツチ、6…
…第1の電流源、7……アンドゲート、8……カ
ウンタ、9C及び9C′……タイムベース設定回路
(分周回路)、11……第3の電流スイツチ、12
……第2の電流源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 二つの値の電流を出力する第1の電流源と、
    この第1の電流源とは別に絶対値が等しい正負の
    電流を出力する第2の電流源と、被変換電圧に比
    例した電流と前記第1及び第2の電流源の出力電
    流を加算積分する積分器と、この積分器の出力電
    圧と基準電圧とを比較する電圧比較器と、この電
    圧比較器の出力を一定周期のクロツクパルスでサ
    ンプリングし記憶するフリツプフロツプと、前記
    クロツクパルスを分周する分周回路と、前記フリ
    ツプフロツプの出力を制御信号として前記クロツ
    クパルスの通過、阻止を制御するゲート回路と、
    このゲート回路の出力パルスを計数するカウンタ
    とを備え、前記第2の電流源の正負の電流を前記
    分周回路の出力信号により等時間間隔で切換える
    とともに、前記第1の電流源の二つの電流を前記
    フリツプフロツプの出力で切換えて帰還させ、前
    記ゲート回路の出力パルスを前記分周回路の出力
    の周期の整数倍の時間前記カウンタで計数し、
    AD変換データとして出力することを特徴とする
    AD変換回路。 2 前記カウンタ及び前記分周回路の出力の周期
    の整数倍の時間幅のカウンタ制御信号を作る分周
    回路として、可変計数長のものを用いた特許請求
    の範囲第1項記載のAD変換回路。
JP16591683A 1983-09-09 1983-09-09 Ad変換回路 Granted JPS6058721A (ja)

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JPS6058721A JPS6058721A (ja) 1985-04-04
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2533536Y2 (ja) * 1992-02-20 1997-04-23 株式会社三協精機製作所 クリーニング機構付きローラ送り装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5640536A (en) * 1979-09-10 1981-04-16 Hitachi Cable Ltd Injection machine for long rubber, plastic body
JPS5749866A (en) * 1980-09-09 1982-03-24 Yokogawa Hokushin Electric Corp Analog-digital converter and digital voltmeter

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