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JPS5818679B2 - Analog-Digital Henkan Souchi - Google Patents
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JPS5818679B2 - Analog-Digital Henkan Souchi - Google Patents

Analog-Digital Henkan Souchi

Info

Publication number
JPS5818679B2
JPS5818679B2 JP50108331A JP10833175A JPS5818679B2 JP S5818679 B2 JPS5818679 B2 JP S5818679B2 JP 50108331 A JP50108331 A JP 50108331A JP 10833175 A JP10833175 A JP 10833175A JP S5818679 B2 JPS5818679 B2 JP S5818679B2
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JP
Japan
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analog
field effect
effect transistor
channel
digital
Prior art date
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Expired
Application number
JP50108331A
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Japanese (ja)
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JPS5232350A (en
Inventor
磯崎真
斉藤成一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアナログ−ディジタル変換装置に係り、詳し
くは制御用計算機および計測用データ収集システム等に
おいてアナログ入力信号をディジタル信号に変換しtデ
ータ処理装置に導入させる入力装置の改良に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an analog-to-digital conversion device, and more particularly to an input device for converting an analog input signal into a digital signal in a control computer, measurement data collection system, etc. and introducing it into a data processing device. It is about improvement.

一般にこの種のアナログ−ディジタル変換装置i(以下
A−D変換装置という。
Generally, this type of analog-to-digital converter i (hereinafter referred to as an A-D converter) is used.

)はフルスケールが10mV〜10v程度の多数のアナ
ログ入力信号を逐次選択走査し、さらに前記アナログ入
力信号をディジタル信号に変換し、そしてそのディジタ
ル信号を時分割によって逐次データ処理装置へ;導入さ
せるものであり、変換桁数としては2進数8ビツト〜1
6ビツト、通常は12ビット程度を使用し、総合的には
約0.1%程度の変換精度を要求されることが多い。
) is one that sequentially selects and scans a large number of analog input signals with a full scale of about 10 mV to 10 V, further converts the analog input signals into digital signals, and then sequentially introduces the digital signals to a data processing device by time division. The number of digits to be converted is 8 bits to 1 binary number.
Six bits, usually about 12 bits, are used, and a total conversion accuracy of about 0.1% is often required.

まず従来のA−D変換装置を第1図に基づいて1説明す
る。
First, a conventional A/D converter will be explained based on FIG.

第1図においてA1〜Anは外部からのアナログ入力信
号であり、1はリレーあるいは半導体スイッチ等で構成
され、前記アナログ入力信号A1〜A を時分割的にt
1〜tnの時間間隔で逐次?送出させるスキャナ回路、
2は直線性にすぐれ利得が安定し、直流ドリフトの少な
い演算増幅器、3は保持性能のすぐれたサンプル・ホー
ルド増幅器(以下S/H増幅器という)、4は前記スキ
ャナ回路1によって時分割的に逐次送出されたアナログ
入力信号を上記増幅器2,3を介して入力し、それぞれ
をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換
器(以下A−D変換器という。
In FIG. 1, A1 to An are analog input signals from the outside, and 1 is composed of a relay or a semiconductor switch, etc., and the analog input signals A1 to A are time-divisionally t.
Sequentially at time intervals of 1 to tn? Scanner circuit that sends out
2 is an operational amplifier with excellent linearity, stable gain, and low DC drift; 3 is a sample-and-hold amplifier (hereinafter referred to as S/H amplifier) with excellent retention performance; and 4 is a time-divisionally sequential input by the scanner circuit 1. An analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an AD converter) inputs the sent-out analog input signals through the amplifiers 2 and 3 and converts them into digital signals.

)、5はアナログ−ディジタル変換装置である。), 5 is an analog-to-digital converter.

しかし制御用計算機等ではアナログ入力信号は工場ある
いは発電所などの電気的ノイズの多い環境の中を長距離
に亙る配線を経由して取込まれるため、各種の妨害ノイ
ズが含まれとくに電力線からの商用周波数同相雑音(コ
モン・モード・ノイズ)が大きい。
However, in control computers, analog input signals are taken in through long-distance wiring in electrically noisy environments such as factories or power plants, so they contain various types of interference noise, especially noise from power lines. Commercial frequency common mode noise is large.

このためスキャナ回路1および演算増幅器2は同相雑音
抑圧比が大きくかつ大電圧の同相雑音が入っても支障な
く動作できることが゛必要であるが、できれば各チャン
ネルのアナログ入力線と電子計算機あるいはアナログ−
ディジタル変換装置の内部回路とは直流的に絶縁されて
いることがのぞましい。
For this reason, the scanner circuit 1 and the operational amplifier 2 must have a high common-mode noise suppression ratio and be able to operate without problems even when high-voltage common-mode noise is introduced.
Preferably, it is galvanically isolated from the internal circuit of the digital converter.

これは直流的につながっていると構成目障部品の故障等
が発生した場合1つのチャンネルの故障が全体の動作を
誤まらせたり或いは安全上の事故につながる恐れがある
からである。
This is because if the channels are connected in a direct current manner, if a failure occurs in an obstructive component, a failure in one channel may cause the entire operation to be incorrect or lead to a safety accident.

第2図は上記のスキャナ部分を絶縁トランスおよび電界
効果トランジスタ(Field EffectTran
sistor−以下FETと略す)によって直流的に分
離した例であり、あるチャンネルが選択される時間だけ
トランジスタを導通させて演算増幅器2に送り込むもの
である。
Figure 2 shows the above scanner section with an isolation transformer and a field effect transistor (Field Effect Transistor).
This is an example of direct current separation using a transistor (hereinafter abbreviated as FET), in which the transistor is made conductive only for the time when a certain channel is selected, and the signal is sent to the operational amplifier 2.

FETを導通させるのには具体的には第3図のようにケ
ート電極とソース電極の間に別のパルストランスTll
によって直流的に絶縁を保ちながらゲート導通パルスを
与えるのが普通である。
To make the FET conductive, specifically, as shown in Figure 3, another pulse transformer Tll is installed between the gate electrode and the source electrode.
Normally, a gate conduction pulse is applied while maintaining direct current insulation.

この場合FETは非選択時に導通しないよう常時オフ特
性エンハンスメント形MO8形のものが適当である。
In this case, an MO8 type FET with always-off characteristic enhancement is suitable so that it does not conduct when not selected.

バイポーラ形トランジスタでも常時オフ特性は得られる
が導通時の内部電圧降下が非直線的であるので高精度を
要するアナログスキャナ用としては適当ではない。
Bipolar transistors can also provide always-off characteristics, but the internal voltage drop during conduction is nonlinear, so they are not suitable for analog scanners that require high precision.

第3図の場合FET XがNチャンネル形の場合入力
信号Aの極性が端子1が正の高電位、11が低電位なら
ば支障ないが、逆に端子lが低電位、11が高電位とな
るとエンハンスメント形MO8であってもゲート電圧O
■においてソース・ドレイン間逆電圧が2〜3v以上に
なると導通状態になるので比較的大きい電圧入力では正
負両極性入力には使用できない。
In the case of Figure 3, if FET Then, even if it is an enhancement type MO8, the gate voltage O
In (2), when the reverse voltage between the source and the drain exceeds 2 to 3 V, it becomes conductive, so it cannot be used for positive and negative polarity inputs with a relatively large voltage input.

なお、第3図aは絶縁トランスT1人力の片側にFET
スイッチを挿入したもの、bは絶縁トランス12巻線の
中点に挿入したものである。
In addition, Fig. 3a shows an FET on one side of the isolation transformer T1.
A switch is inserted, and b is one inserted at the midpoint of the 12 windings of the isolation transformer.

アナログ入力が正負両極性信号である場合には従って第
4図のごとく対称形すなわち逆極性に直列接続された2
個のFETを各アナログ入力チャンネルに使用すればよ
いことが考えられる。
When the analog input is a positive and negative polarity signal, two signals are connected in series in a symmetrical manner, that is, with opposite polarity, as shown in Figure 4.
It is conceivable that one FET could be used for each analog input channel.

第4図aはFETのソース電極に入力信号を加えるもの
で、1端子が高電位の場合、XlのFETが導通しても
X2がオフ状態であり、1i端子側が高電位の場合には
X2が導通してもXlがオフ状態を継続する。
Figure 4a shows an input signal applied to the source electrode of the FET. When terminal 1 is at a high potential, X2 is off even if the FET of Xl is conductive, and when terminal 1i is at a high potential, X2 Even if becomes conductive, Xl continues to be off.

第4図すはFETのドレイン側に入力信号を加えるもの
で、l端子が高電位の場合X1がオフ状態、11端子が
高電位ならばX2がオフ状態を確保する。
In FIG. 4, an input signal is applied to the drain side of the FET, and when the l terminal is at a high potential, X1 is in the off state, and when the 11 terminal is at a high potential, X2 is in the off state.

第4図Cは絶縁トランスT2の巻線中性点にFETスイ
ッチを挿入したもので直列2素子によりオフ状態を確保
する点すの場合と同様である。
In FIG. 4C, an FET switch is inserted at the winding neutral point of the isolation transformer T2, which is similar to the case where an OFF state is ensured by two elements in series.

しかしながら前述したようにこの種装置の実用状況では
各種ノイズ特に商用周波数の大きい同相雑音が重畳され
ることが多い。
However, as mentioned above, in the practical situation of this type of device, various types of noise, especially large common mode noise at commercial frequencies, are often superimposed.

今例えば第4図aにおいて入力端子I、11に同相で正
方向に高電圧が加わるとFET X、、X2のソース
電極はドレイン電極に比して正電圧が加わり、導通状態
となって絶縁トランスT1の1次巻線の電位を持ち上げ
る。
For example, in Figure 4a, when a high voltage is applied to the input terminals I and 11 in the positive direction in the same phase, the source electrodes of FETs Raise the potential of the primary winding of T1.

次に入力端子[,11に同相で負電圧が加わるとxl
、x2のソースはドレインに比し負電位となるのでゲ
ート電極に正電位が加わらない限りFET Xl
)X2はオフ状態を継続するが、絶縁トランスT1の1
次巻線に蓄えられた正電荷との間にFETのソース、ド
レイン間で高電圧が加わり、入力の同相雑音の大きさに
よってDfETXl 、x2の最大ソース、ドレイン間
耐圧を超過し、FETを破壊するに至る。
Next, when a negative voltage is applied to the input terminal [, 11 in the same phase, xl
, the source of x2 has a negative potential compared to the drain, so unless a positive potential is applied to the gate electrode, the FET
)X2 continues to be off, but the isolation transformer T1
A high voltage is applied between the source and drain of the FET and the positive charge stored in the next winding, and due to the magnitude of the input common mode noise, the maximum source-drain breakdown voltage of DfETXl x2 is exceeded, destroying the FET. It comes to that.

第4図すの場合は1.11に加わる同相雑音が負の場合
X1 、X2は導通し、同相雑音が正め場合X1 、x
2はオフ状態であるが同相雑音の大きさによってはFE
TX1 、X2が破壊するに至る。
In the case of Figure 4, when the common mode noise added to 1.11 is negative, X1 and X2 are conductive, and when the common mode noise is positive, X1 and x
2 is in the off state, but depending on the size of the common mode noise, the FE
TX1 and X2 are destroyed.

第4図Cでもbの場合と全く同様であるがFET導通時
の電荷は絶縁トランスT2の巻線ではなく、パルストラ
ンスT13を含む回路に蓄積される。
In FIG. 4C, the case is exactly the same as in case b, but when the FET is turned on, the charge is accumulated not in the winding of the isolation transformer T2 but in the circuit including the pulse transformer T13.

なお以上はFETがNチャンネル素子の場合について説
明したがPチャンネル素子では正負の関係が逆になるだ
けで同様の不都合が発生する。
Although the case where the FET is an N-channel device has been described above, a similar problem will occur if the FET is a P-channel device simply by reversing the positive/negative relationship.

この発明は正負両方向アナログ電圧が入力され、しかも
高電圧の同相雑音が加わるような厳しい状況においても
前述の不都合を生ぜず、正常且つ高信頼性のアナログ−
ディジタル変換装置を得るべく各種の具体的対策を提供
するもので、以下図面について詳細に説明する。
This invention does not cause the above-mentioned disadvantages even in severe situations where both positive and negative analog voltages are input and high voltage common mode noise is added, and the analog voltage can be operated normally and with high reliability.
Various concrete measures are provided to obtain a digital conversion device, and the drawings will be described in detail below.

第5図の回路では第4図CにおいてFETの耐圧破壊の
原因となる同相雑音に起因する電荷はパルストランスT
工3を含むFETのソースルゲート間の回路に蓄積され
る。
In the circuit shown in Fig. 5, the electric charge caused by the common mode noise that causes breakdown of the FET in Fig. 4C is the pulse transformer T.
It is accumulated in the circuit between the source and the gate of the FET including FET 3.

この場合定電圧ダイオードをFET Xl 、X2
のソース、ドレイン間に直接挿入すると、同相雑音電圧
の上下に伴って絶縁トランスT2の1次巻線に電流が流
れるので都合が悪く、第5図に示す如く入力の2線i、
11とFETのソース電極との間に定電圧ダイオードを
挿入するのが良い。
In this case, the constant voltage diodes are FETs Xl, X2
If it is inserted directly between the source and drain of the insulating transformer T2, current will flow through the primary winding of the isolation transformer T2 as the common-mode noise voltage rises and falls, which is inconvenient.
It is preferable to insert a constant voltage diode between 11 and the source electrode of the FET.

以上のように、この発明に係るアナログ−ディジタル変
換装置ではエンハンスメント形MO8−FETに定電圧
ダイオードを上記説明の如く組み合せて、各チャンネル
2線式アナログ入力信号の極性が正負両極性であり、し
かも大きな同相雑音が重畳する場合にも有効且つ高精度
の絶縁形スキャナを提供できる効果を有する。
As described above, in the analog-to-digital converter according to the present invention, the enhancement type MO8-FET is combined with a constant voltage diode as described above, and the polarity of the two-wire analog input signal for each channel is both positive and negative. This has the effect of providing an effective and highly accurate isolated scanner even when large common-mode noise is superimposed.

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

第1図は従来のアナログ−ディジタル変換装置のブロッ
ク図、第2図はスキャナ回路を絶縁トランスおよびFE
Tで構成した公知の回路例を示すブロック図、第3図a
、bはFETによるスイッチの具体例を示す回路図、第
4図a、b、cはアナログ入力信号が2線式正負両方向
信号の場合のスイッチとして公知または容易に類推でき
る回路図、第5図はこの発明の一実施例を示す回路構成
図である。 図中同一符号は同一あるいは相当部分を示しており、A
1〜Anはアナログ入力信号、1はスキャナ回路、2は
演算増幅器、3はサンプル・ホールド増幅器、4はアナ
ログ−ディジタル変換器、5はアナログ−ディジタル変
換装置、Xは電界効果トランジスタ、T1〜Tnは絶縁
トランス、T11〜T13はFET駆動用パルストラン
ス、Zはツェナダイオードである。
Figure 1 is a block diagram of a conventional analog-to-digital converter, and Figure 2 shows the scanner circuit using an isolation transformer and FE.
A block diagram showing an example of a known circuit configured with T, FIG. 3a
, b is a circuit diagram showing a specific example of a switch using an FET, FIG. FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention. The same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts, and A
1 to An are analog input signals, 1 is a scanner circuit, 2 is an operational amplifier, 3 is a sample-and-hold amplifier, 4 is an analog-to-digital converter, 5 is an analog-to-digital converter, X is a field effect transistor, T1 to Tn is an isolation transformer, T11 to T13 are FET driving pulse transformers, and Z is a Zener diode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 複数チャンネルの2人力線式正負両極性アナログ入
力信号を各チャンネルごとに設けられた絶縁トランスと
電子スイッチにより逐次時分割的に取込むスキャナ回路
と、逐次取込まれたアナログ信号をディジタル信号に変
換するアナログ−ディジタル変換器をそなえたアナログ
−ディジタル変換装置において、上記絶縁トランスの1
次側巻線を2分割して、上記−次巻線の非分割端子を上
記入力線の2線に接続し、上記分割により生じた巻線の
各端子にそれぞれのドレイン電極が接続されるとともに
、それぞれのソース電極が相互接続された2個の時分割
スイッチ用電界効果トランジスタを設け、かつ上記電界
効果トランジスタのソース電極と上記入力線の2線との
間にそれぞれ定電圧ダイオードを設け、上記各定電圧ダ
イオードのカソード側を上記電界効果トランジスタがN
チャンネルの場合上記入力線に、また上記電界効果トラ
ンジスタがPチャンネルの場合上記電界効果トランジス
タのソース電極にそれぞれ接続したことを特徴とするア
ナログ−ディジタル変換装置。
1. A scanner circuit that sequentially and time-divisionally captures multiple channels of two-channel, positive and negative polarity analog input signals using isolation transformers and electronic switches provided for each channel, and converts the sequentially captured analog signals into digital signals. In an analog-to-digital converter equipped with an analog-to-digital converter for converting, one of the above-mentioned isolation transformers
The next winding is divided into two, the undivided terminals of the above-mentioned - next winding are connected to the two input wires, and the respective drain electrodes are connected to each terminal of the winding created by the above-mentioned division. , two time-division switch field effect transistors whose source electrodes are interconnected are provided, and a constant voltage diode is provided between the source electrode of the field effect transistor and the two input lines, and the The above field effect transistor is connected to the cathode side of each voltage regulator diode.
An analog-to-digital conversion device characterized in that the input line is connected to the input line when the field effect transistor is a channel, and to the source electrode of the field effect transistor when the field effect transistor is a P channel.
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