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JP3625122B2 - A / D converter - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はA/Dコンバータに関するものであり、特にシグマデルタ型のA/Dコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】
A/Dコンバータにおいて、過大な雑音が乗っている入力信号から信号のみを取り出す場合、通常は入力信号を積分し、平均値を求めている。このようなA/Dコンバータとして積分型A/Dコンバータやシグマデルタ型コンバータが用いられてきた。
【0003】
積分型A/Dコンバータは積分をアナログ回路で行ない、シグマデルタ型A/Dコンバータは積分をディジタルフィルタで行なう。更にいえば、シグマデルタ型A/Dコンバータはアナログ積分器とその出力を基準値と比較して2値信号を出力するコンパレータとから成る変調器を含んでおり、その変調出力をディジタルフィルタで積分するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記積分型A/DコンバータはA/D変換中に様々な誤差を発生し、分解能向上に限界がある。一方、シグマデルタ型A/Dコンバータでは分解能は10〜100倍向上するが、フルスケール近くの入力信号にノイズが乗っていると、信号の平均値が制限値未満であっても内部回路がノイズによって一時的に飽和してしまい、出力値に誤差が生じるため、実際の使用時にはフルスケール〜の余裕をかなりとって使用せざるを得ず、ダイナミックレンジを有効に利用できないという欠点がある。
【0005】
本発明はダイナミックレンジを拡大且つ有効に利用できるようにしたシグマデルタ型A/Dコンバータを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため請求項1の発明に係るA/Dコンバータは、シグマデルタ型A/Dコンバータの入力側に、前記シグマデルタ型A/Dコンバータが飽和を起こしても、該シグマデルタ型A/Dコンバータがリニア動作になるまで入力信号を保持する容量値を持ったコンデンサを有する第1の積分器と、該第1の積分器の出力のゲインを大きくするゲイン回路とを接続したことを特徴としている。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記シグマデルタ型A/Dコンバータが、前記第1の積分器のコンデンサよりも容量値の小さなコンデンサを有する第2の積分器と、第2の積分器の出力を基準値と比較するコンパレータと、コンパレータの出力をD入力とするDフリップフロップと、該Dフリップフロップのクロック端子にクロックを与えるクロック源と、前記Dフリップフロップの出力を第2の積分器の入力にフィードバックする第3の抵抗、前記Dフリップフロップの出力端に接続されたディジタルフィルタとから成っており、前記第2の積分器、コンパレータ、Dフリップフロップ、クロック源が変調器を構成している。
【0009】
このような本発明の構成によると、シグマデルタ型A/Dコンバータのフルスケール近くの入力信号に乗っているノイズによりシグマデルタ型A/Dコンバータの部分(例えば変調器)で飽和を起こしても、入力信号は容量の大きな第1の積分器で充分に保持されているので、その間にフィードバックによりシグマデルタ型A/Dコンバータ部分がリニア領域に復帰すれば入力信号に等しいディジタル値が得られる。尚、第1の積分器でゲインが低下するが、これはゲイン回路で是正される。
【0010】
つまり、積分器を含むフィードバックシステム(この場合、変調器部分)では、最前段に置かれた積分器が飽和しなければ、後段のいずれかの箇所で飽和してもシステム全体としての出力値は入力信号の積分値と等しくなるので、変調器の出力をディジタルフィルタで積分しても正確な値を求めることができるのである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図1に示した本発明の実施形態について説明する。同図において、1は入力信号源であり、2は第1の積分器である。3は第1の積分器2の出力をゲインアップするゲイン回路である。4はシグマデルタ型A/Dコンバータであり、変調器4aとディジタルフィルタ4bとから成る。
【0012】
第1の積分器2は演算増幅器5と、その反転端子(−)と出力端子間に接続された容量値の大きなコンデンサCと、フィードバック抵抗Rとから成っている。演算増幅器5の非反転端子(+)は直流電圧に接続され、反転端子(−)は前記信号源1に接続される。
【0013】
ゲイン回路3は前記第1の積分器2の出力端に接続された第1抵抗R1と、フィードバック用の第2抵抗R2とから成っている。これらの抵抗の値は、R1<R2の関係に選ばれており、具体的には、特にこれに限る必要はないが、R1はR2の10分の1に設定されている。その結果、ゲインはR2/R1=10となり、充分にゲインアップされる。
【0014】
シグマデルタ型A/Dコンバータ4の変調器4aは、2つの積分器11、12と、コンパレータ8、Dフリップフロップ9、クロック源11を含んでいる。積分器11は演算増幅器6とコンデンサCとから構成され、積分器12は演算増幅器7とコンデンサCとから構成されている。これらのコンデンサC、Cの値は上記コンデンサCに比して充分小さい。R3は第3抵抗、R4はフィードバック用の第4抵抗である。R3の抵抗値とR4の抵抗値は等しく、且つR2の抵抗値にも等しい。演算増幅器11、12の非反転端子はそれぞれ所定の直流電圧に接続される。
【0015】
8はコンパレータであり、その(−)端子には積分器12の出力が入力され、(+)端子には基準電圧Vrefが入力される。(−)端子の入力がVrefより小さければハイレベル、大きければローレベルがコンパレータ8から出力される。コンパレータ9の出力はDフリップフロップ9のD端子へ与えられる。Dフリップフロップ9はクロック源11からのクロックCLKによって動作する。
【0016】
その−Q出力は抵抗R0、R4を介してそれぞれ第1積分器2と積分器12へフィードバックされ、Q出力は抵抗R2を介して積分器11へフィードバックされる。フィードバックされた−Q出力、Q出力はそれぞれ(イ)(ロ)(ハ)点において入力信号と減算されてから積分される。DフリップフロップのQ出力は次段のディジタルフィルタ4bへ与えられる。ディジタルフィルタ4bはDフリップフロップ10を有しており、そのクロック端子には前記クロック源11からのクロックCLKが与えられる。
【0017】
以上のように構成される本実施形態では積分器2が大きな容量Cによって時定数が大きいものとなっているので、入力を保持する時間が長い。従って、フルスケール近くの信号にノイズが乗っていることにより変調器4aが飽和を起こしても、その入力信号は第1の積分器2で保持されていることになる。その間に、変調器4aがフィードバックにより飽和領域からリニア領域にリターン(復帰)すれば、積分器2に保持されている信号が、そのリニア領域で変調されるので、全体として出力は入力の積分値に等しくなる。尚、第1の積分器2でゲインが低下した入力信号は次段のゲイン回路3によりゲインが上昇した(元に戻った)形でΣデルタ型A/Dコンバータ4へ入力される。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シグマデルタ型A/Dコンバータのフルスケール近くの入力信号に乗っているノイズによりシグマデルタ型A/Dコンバータ部分で飽和を起こしても、入力信号に応じた正しい出力が得られる。換言すれば、本発明ではシグマデルタ型A/Dコンバータのダイナミックレンジを拡大且つ有効に利用できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のA/Dコンバータの実施形態を示す回路図。
【符号の説明】
1 信号源
2 第1の積分器
3 ゲイン回路
4 シグマデルタ型A/Dコンバータ
4a 変調器
4b ディジタルフィルタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an A / D converter, and more particularly to a sigma delta type A / D converter.
[0002]
[Prior art]
In the A / D converter, when only a signal is extracted from an input signal carrying excessive noise, the input signal is usually integrated to obtain an average value. An integral A / D converter or a sigma delta converter has been used as such an A / D converter.
[0003]
The integration type A / D converter performs integration by an analog circuit, and the sigma delta type A / D converter performs integration by a digital filter. More specifically, the sigma-delta A / D converter includes a modulator including an analog integrator and a comparator that outputs a binary signal by comparing its output with a reference value, and integrates the modulation output with a digital filter. It is supposed to do.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the integration type A / D converter generates various errors during the A / D conversion and has a limit in improving the resolution. On the other hand, with the sigma-delta A / D converter, the resolution is improved by 10 to 100 times. However, if noise is added to the input signal near full scale, the internal circuit may be noisy even if the average value of the signal is less than the limit value. , The output value is erroneously saturated, so that there is a drawback in that the dynamic range cannot be used effectively because a sufficient margin from full scale must be used in actual use.
[0005]
An object of the present invention is to provide a sigma-delta A / D converter that can effectively use a dynamic range.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an A / D converter according to a first aspect of the present invention provides a sigma delta, even if the sigma delta A / D converter is saturated on the input side of the sigma delta A / D converter. A first integrator having a capacitor having a capacitance value for holding an input signal until the type A / D converter is in a linear operation, and a gain circuit for increasing the gain of the output of the first integrator are connected. It is characterized by that.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the sigma-delta A / D converter includes a second integrator having a capacitor having a smaller capacitance value than the capacitor of the first integrator, A comparator that compares the output of the integrator with a reference value, a D flip-flop that uses the output of the comparator as a D input, a clock source that supplies a clock to the clock terminal of the D flip-flop, and an output of the D flip-flop A third resistor that feeds back to the input of the second integrator, and a digital filter connected to the output terminal of the D flip-flop. The second integrator, comparator, D flip-flop, and clock source are modulated. Make up the vessel.
[0009]
According to such a configuration of the present invention, even if saturation occurs in a part of the sigma-delta A / D converter (for example, a modulator) due to noise riding on an input signal near the full scale of the sigma-delta A / D converter. Since the input signal is sufficiently held by the first integrator having a large capacity, a digital value equal to the input signal can be obtained if the sigma-delta A / D converter portion returns to the linear region by feedback during that time. The gain is reduced by the first integrator, but this is corrected by the gain circuit.
[0010]
In other words, in a feedback system including an integrator (in this case, the modulator part), if the integrator placed in the foremost stage does not saturate, the output value of the entire system will not be saturated even if it is saturated at any point in the subsequent stage. Since it becomes equal to the integral value of the input signal, an accurate value can be obtained even if the output of the modulator is integrated by a digital filter.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described. In the figure, 1 is an input signal source, and 2 is a first integrator. Reference numeral 3 denotes a gain circuit that increases the output of the first integrator 2. Reference numeral 4 denotes a sigma delta A / D converter, which includes a modulator 4a and a digital filter 4b.
[0012]
The first integrator 2 includes an operational amplifier 5, a capacitor C O having a large capacitance value connected between its inverting terminal (−) and the output terminal, and a feedback resistor R O. The non-inverting terminal (+) of the operational amplifier 5 is connected to a DC voltage, and the inverting terminal (−) is connected to the signal source 1.
[0013]
The gain circuit 3 includes a first resistor R1 connected to the output terminal of the first integrator 2 and a feedback second resistor R2. The values of these resistors are selected in the relationship of R1 <R2, and specifically, it is not particularly limited to this, but R1 is set to 1/10 of R2. As a result, the gain becomes R2 / R1 = 10, and the gain is sufficiently increased.
[0014]
The modulator 4 a of the sigma-delta A / D converter 4 includes two integrators 11 and 12, a comparator 8, a D flip-flop 9, and a clock source 11. The integrator 11 is composed of an operational amplifier 6 and a capacitor C 1 Tokyo, integrator 12 is an operational amplifier 7 and the capacitor C 2 Prefecture. The values of these capacitors C 1 and C 2 are sufficiently smaller than that of the capacitor CO . R3 is a third resistor, and R4 is a fourth resistor for feedback. The resistance value of R3 and the resistance value of R4 are equal, and the resistance value of R2 is also equal. The non-inverting terminals of the operational amplifiers 11 and 12 are each connected to a predetermined DC voltage.
[0015]
Reference numeral 8 denotes a comparator. The output of the integrator 12 is input to the (−) terminal, and the reference voltage Vref is input to the (+) terminal. The comparator 8 outputs a high level if the input at the (−) terminal is smaller than Vref, and a low level if the input is larger than Vref. The output of the comparator 9 is given to the D terminal of the D flip-flop 9. The D flip-flop 9 is operated by the clock CLK from the clock source 11.
[0016]
The -Q output is fed back to the first integrator 2 and the integrator 12 via the resistors R0 and R4, respectively, and the Q output is fed back to the integrator 11 via the resistor R2. The fed -Q output and Q output are respectively integrated after being subtracted from the input signal at points (a), (b), and (c). The Q output of the D flip-flop is supplied to the digital filter 4b at the next stage. The digital filter 4b has a D flip-flop 10, and the clock CLK from the clock source 11 is applied to its clock terminal.
[0017]
In the present embodiment configured as described above, since the integrator 2 has a large time constant due to the large capacitance C 2 O , the time for holding the input is long. Therefore, even if the modulator 4 a is saturated due to noise on a signal near full scale, the input signal is held by the first integrator 2. In the meantime, if the modulator 4a returns (returns) from the saturation region to the linear region by feedback, the signal held in the integrator 2 is modulated in the linear region, so that the output as a whole is the integrated value of the input. Is equal to The input signal whose gain has been reduced by the first integrator 2 is input to the Σ-delta A / D converter 4 in a form in which the gain has been raised (returned to the original value) by the gain circuit 3 at the next stage.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if saturation occurs in the sigma delta A / D converter portion due to noise on the input signal near the full scale of the sigma delta A / D converter, The correct output is obtained. In other words, in the present invention, the dynamic range of the sigma-delta A / D converter can be expanded and effectively used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an A / D converter of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal source 2 1st integrator 3 Gain circuit 4 Sigma delta type A / D converter 4a Modulator 4b Digital filter

Claims (2)

シグマデルタ型A/Dコンバータの入力側に、前記シグマデルタ型A/Dコンバータが飽和を起こしても、該シグマデルタ型A/Dコンバータがリニア動作になるまで入力信号を保持する容量値を持ったコンデンサを有する第1の積分器と、該第1の積分器の出力のゲインを大きくするゲイン回路とを接続したことを特徴とするA/Dコンバータ。Even if the sigma delta type A / D converter is saturated, the input side of the sigma delta type A / D converter has a capacitance value for holding the input signal until the sigma delta type A / D converter becomes a linear operation. An A / D converter comprising: a first integrator having a capacitor; and a gain circuit for increasing a gain of an output of the first integrator. 前記シグマデルタ型A/Dコンバータは、前記第1の積分器のコンデンサよりも容量値の小さなコンデンサを有する第2の積分器と、第2の積分器の出力を基準値と比較するコンパレータと、コンパレータの出力をD入力とするDフリップフロップと、該Dフリップフロップのクロック端子にクロックを与えるクロック源と、前記Dフリップフロップの出力を第2の積分器の入力にフィードバックする第3の抵抗、前記Dフリップフロップの出力端に接続されたディジタルフィルタとから成っており、前記第2の積分器、コンパレータ、Dフリップフロップ、クロック源が変調器を構成していることを特徴とする請求項1に記載のA/DコンバータThe sigma-delta A / D converter includes a second integrator having a capacitor having a smaller capacitance value than the capacitor of the first integrator, a comparator for comparing the output of the second integrator with a reference value, A D flip-flop having the output of the comparator as a D input; a clock source for supplying a clock to the clock terminal of the D flip-flop; and a third resistor for feeding back the output of the D flip-flop to an input of a second integrator; wherein it is comprised a digital filter connected to the output terminal of the D flip-flop, claim wherein the second integrator, a comparator, a D flip-flop, the clock source is characterized in that it constitutes a modulator 1 A / D converter described in
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