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JPS59132230A - A/d変換回路 - Google Patents

A/d変換回路

Info

Publication number
JPS59132230A
JPS59132230A JP591383A JP591383A JPS59132230A JP S59132230 A JPS59132230 A JP S59132230A JP 591383 A JP591383 A JP 591383A JP 591383 A JP591383 A JP 591383A JP S59132230 A JPS59132230 A JP S59132230A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
voltage
level
conversion
analog
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP591383A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Ito
高志 伊藤
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP591383A priority Critical patent/JPS59132230A/ja
Publication of JPS59132230A publication Critical patent/JPS59132230A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/18Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、A/D変換回路に関する。
従来より、モジュール型(モノリシックICを含む>A
/D変換回路として、2nR分圧(Po−tentlo
metric)方式のものが日刊工業新聞社から発行さ
れている「マイコンエイジのA/D −D/A変換技術
1のp8188〜89によって公知である。
このA/D変換回路では、2n分圧と入力アナログ電圧
とを逐次比較するものであるので、電源電圧、回路の接
地電位付近の入力アナログ電圧に対して、電圧比較回路
を構成する差動MO3FET(絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタ)等の差動動作の感度が悪くなる。すなわち
、上記差動MOSFET等の動作に必要なバイアス電圧
又はバイアス電流が与えられなくなるから、精度の高い
電圧比較動作が期待出来な(なる。
例えば電源電圧VDDが3ボルト程度の場合、電源電圧
側から約0.8ボルト程度、回路の接地電位側から約0
.2ボルト程度の範囲において、所望の精度が得られな
(なる。したがって、入力アナログ電圧のダイナミック
レンジが小さくなってしまう。 この発明の目的は、所
望の精度を保ちつつ、入力ダイナミックレンジの拡大を
図ったA/D変換回路を提供することにある。
この発明の他の目的は、半導体集積回路に適したA/D
変換回路を提供することにある。
この発明の更に他の目的は、以下の説明及び図面から明
らかになるであろう。
以下、この発明を実施例とともに詳細に説明する。
第1図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。
同図のA/D変換回路は、特に制限されないが、公知の
MO3半導体集積回路の製造技術により、1個のシリコ
ンのような半導体基板上において形成される。この実施
例のA/D変換方式は、上記2nR分圧方式と呼ばれる
ものであり、次の各回路より構成される。
安定化された電源電圧VDD又は電源電圧と同等のレベ
ルの安定化電圧VDDと回路の接地電位0■との間に抵
抗が直列に挿入され、これらの抵抗から分割端子が取り
出されている。これらの抵抗の数は、nビットのA/D
変換を行う場合、2°個の抵抗が直列形態とされ、2n
−1個の分割端子が取り出される。
これにより、アナログ変換電圧がスケーリングされる。
ここまでは全並列比較方式と同じである゛が、この先は
(2”1−2)個のデコーダを兼ねたアナログスイッチ
が設けられている。これらのアナログスイッチは、スイ
ッチトリー(tree)デコーダ構造で、接続点が順次
法がりながら上記分割抵抗の分割端子に結線されている
上記スイッチトリーの基点は、特に制限されないが、電
圧比較回路OP2の反転入力端子(−)に接続され、こ
の電圧比較回路OP2の非反転入力端子(+)には、所
望の精度を維持しつつ入力ダイナミックレンジを拡大す
るため、言い換えれば精度の高い電圧比較動作範囲内で
電圧比較回路OP2を動作させるため、後述するレベル
変換回路を通した変換すべき入力アナログ信号V in
’が選択的に印加される。
この電圧比較回路OP2の出力信号は、第1の制御回路
C0NTlに伝えられ、上記非反転入力端子(+)にお
けるアナログ電圧と、2n分圧電圧とを逐次比較するス
イッチトリーの切り換え制御が行われる。すなわち、中
間電圧VDD/2とアナログ電圧とを比較して、その出
力がハイレベルなら最上位ビットB7″1″ (ロウレ
ベルならB7を“0”)とする。さらにその1/2の電
圧である3 VDD/ 4 (VDD/’ 4)とアナ
ログ電圧とを比較してその出力がハイレベルなら第2位
ビットB6を“1″ (ロウレベルならB6を“0″)
とする。以下同様に最下位ビットBOまで求めるもので
ある。
上記レベル変換回路は、次の可変利得増幅回路及びレベ
ル反転回路により構成される。すなわち、上記電圧比較
回路OP2の非反転入力端子(+)に切り換えアナログ
スイッチ手段SWIを設けて、その一方(a)を演算増
幅器OP1′の出力端子(レベル変換出力側)に接続し
、他方(b)を入力アナログ電圧端子Vinに接続する
演算増幅器OPIの非反転入力端子(+)は接地され、
その反転入力端子(−)と出力端子との間に切り換えア
ナログスイッチS W 2を介して利得設定用の帰還抵
抗4RとR/2とを選択的に接続する。そして、上記反
転入力端子(−)には、利得設定用の入力抵抗Rを設け
るものである。この演算増幅回路OPIの出力は、反転
された信号レベルとなるので、利得が1に設定されたレ
ベル反転回路が設けられる。すなわち、入力抵抗と帰還
抵抗との抵抗値を等しく設定して利得が1にされた演算
増幅回路OPI°が上記演算増幅回路OP1に縦列形態
に接続される。
上記アナログスイッチSWI、SW2は、上記A/D変
換出力BO〜B7を受ける第2の制御回路C0NT2に
より切り換え制御が行われる。
この実施例回路の動作原理を第2図に従って説明する。
第2図に示すように、入力電圧範囲VDD〜Ovに対し
て、電圧比較回路OP2の比較動作が所望の精度をもっ
て動作する範囲がVH−VLの範囲の場合、上記電圧V
H,VLに相当するディジタル値が第2の制御回路C0
NT2に記憶されている。
そして、第1図の実施例回路において、A/D変換動作
の開始にあたって、アナログスイッチSW1が(b)側
に接続され、入力アナログ電圧Vinをそのまま電圧比
較回路OP2に伝える。この状態で上記A/D変換動作
が行われる。この変換動作により、上記電圧範囲VH〜
VLから逸脱した場合、上記制御回路C0NT2がこれ
を識別して次のA/D変換動作に切り換える。
上記アナログ電圧Vinが電圧VH以上の場合には、ア
ナログスイッチSWIを<a>側に切り換えるとともに
、アナログスイッチSW2を(a)側に接続さる。これ
により演算増幅器OP1の利得が1/2に設定されるこ
とより、上記電圧VH〜VDDの入力アナログ電圧Vi
nは、第2図に示すようにV DD ’ 〜VH’ の
ようにレベル変換される。
すなわち、このレベル変換された電圧V DD ’ は
、VDD/2の電圧に相当することになる。したがって
、このようにレベル変換された電圧V DD ’ 〜V
H°は、上記電圧比較回路OP2における動作電圧範囲
VH−VL内に収めることができ、精度よ<A/D変換
動作を行うことができる。なお、このようにしてレベル
変換されたアナログ電圧Vin°の変換出力に対しては
、上記1/2されていることより、2倍にしたディジタ
ル値を求めればよい。具体的には、その変換されたディ
ジタル信号を1ピント分シフトアンプすればよい。
上記アナログ電圧Vlnが電圧VL以下の場合には、ア
ナワク2スイツチSWIを(a)側に切り換えにととも
に、アナログスイッチSW2を(b)側に接続さる。こ
れ社より演算増幅器OPIの利得が4倍に設定されるこ
とより、上記電圧VL〜0■入カアナリカアナログ電圧
、第2図に示すようにVL’ 〜Ovのようにレベル変
換される。すなわち、このレベル変換された電圧VL″
は、4vLの電圧に相当することになる。したがって、
このようにレベル変換された電圧VL’ 〜O■のうち
、VL”〜VLの電圧は、上記電圧比較回路OP2にお
ける動作電圧範囲VH−VL内に収めることができ、精
度よ<A/D変換動作を行うことができる。なお、この
ようにしてレベル変換されたアナログ電圧Vln″の変
換出力に対しては、上記4倍にされていることより、1
/4にしたディジタル値を求めればよい。具体的には、
その変換されたディジタル信号を2ビット分シフトダウ
ンすればよい。
これにより、実質的に電源電圧VDTlレベルからVL
/4までの広範囲にわたって精度良< A/D変換動作
を行うことができる。
第3図には、この発明の他の一実施例のブロック図が示
されている。
特に制限されないが、この実施例においては、A/D変
換回路が内蔵された1チツプのマイクロコンピュータM
C3に、この発明が適用されている。上記マイクロ・コ
ンピュータMC3は、同図に破線で囲まれた1チツプI
Cに、以下の各回路が構成されている。
CPUは、マイクロプロセッサであり、機能別に分けて
説明すると、演算部、・制御部、及びレジスタ部より構
成されている。これらの詳細及び構成、m能は公知であ
るので、その説明を省略する。
ROMは、リード・オンリー・メモリであり、主として
各種制御プログラムが書込まれている。RAMは、ラン
ダム・アクセス・メモリであり、主として各種データを
保持しておくために用いられる。Iloは、入出力回路
である。そして、A/Dは、A/D変換回路である。
上記各回路ブロック間のデータの授受は、内部データバ
スBUSを介して行われる。なお、同図においては、ア
ドレスバス、制御信号線は省略してFMかれている。ま
た、レベル変換回路において、上記レベル反転回路は省
略して描かれている。
上記A/D変換回路は、第1図のレベル変換回路を除い
た各回路により構成されている。
この実施例では、上記第1図のレベル変換回路が上記1
チツプICの外部回路として構成される。
また、第2の制御回路C0NT2は、マイクロコンピュ
ータのプログラム制御により構成され、上記入出力回路
I10を通して、その制御信号が出力される。
この実施例回路のA/D変換動作は、上記第1図の実施
例回路と同様であるので、その説明を省略する。
以上説明した上記実施例によれば、上述のように所望の
A/D変換精度を維持しつつ入力ダイナミンクレンジの
拡大を図ることができる。この場合、特別な電源電圧を
追加することなく1つの電源電圧により動作させること
ができるから、電源装置の簡素化が図られるとともに、
半導体集積回路にあっては外部端子を追加する必要がな
く、その分コストが安くなる。
また、第3図の実施例のように、既存のA/D変換回路
を内蔵する半導体集積回路装置に対しても、比較的簡単
な外部回路を追加することによって、その入力グイナミ
ソクレンジの拡大を図ることができる。
また、上記実施例のように、レベル変換する場合、利得
を2nの整数及びその逆数に設定すれば、変換されたデ
ィジタル値の桁を7nビツトシフトするだけで簡単にそ
の補正をすることができる。
さらに、1チツプのマイクロコンピュータに内蔵された
A/D変換回路にあっては、その情報処理機能を利用し
て逐次比較のA/D変換動作、上記レベル検出動作、レ
ベル変換制御及びその補正動作をマイクロコンピュータ
のソフトウェアにより実現できるという利点を有する。
この発明は、前記実施例に眼定されない。
第1図の実施例回路において、レベル変換用の演算増幅
回路の入力側にレベル反転用の演算増幅回路を設けるも
の、あるいは2つの演算増幅回路の合成利得によりレベ
ル変換量を設定するものであってもよい。
また、例えば第4図に示すように前記レベル変換動作は
、レベルシフト動作により実現するものであってもよい
。すなわち、上記電圧範囲VH〜VLから入力アドレス
信号Vinが逸脱した場合、その入力信号Vinから、
特に制限されないが、中間電圧Voo/2を減算又は加
算するようにするものであってもよい。この場合、変換
されたディジタル値に対して、上記VDD/2に相当す
るディジタル値を減算又は加算してその補正をすればよ
い。
また、上述のようなA/D変換動作を実現する具体的回
路構成及びその動作制御方式は、種々の実施形態を採る
ことができるものである。
この発明は、A/D変換回路として広く利用することが
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す回路図、。 第2FI!Jは、その動作原理を説明するための図、第
3Ff!Jは、この発明の他の一実施例を示すブロツク
図、 第4図は、レベル変換動作の他の一実施例の動作原理を
説明するための図である。 opi、opi’  ・−演算増幅器、OP2・。 電圧比較回路、SWl、SW2・・アナログスイッチ、
C0NTl、C0NT2− ・制御回路、CPU・・マ
イクロプロセッサ、A/D・・A/D変換器、Ilo・
・入出力回路、ROM・・リード・オンリー・メモリ、
RAM、・・ランダム・アクセス・メモリ、BUS・・
データバス、MC3・・→イ々ロコンピュータ 第  1  図 4に 第2図 第  3  図 1( 第  4 図 pD

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.2nR分圧電圧を形成するラダー抵抗回路と、上記
    2n分圧電圧を選択的に出力するアナログスイッチ手段
    と、上記アナログ電圧を受けて選択的にレベル変換する
    レベル変換回路と、このレベル変換回路を通したアナロ
    グ電圧と上記アナログスイッチ手段を通した2n分圧電
    圧とを受ける電圧比較回路と、上記アナログ電圧と2°
    分圧電圧とを逐次比較させるようにアナログスイッチ手
    段を制御する第1の制御回路と、上記電圧比較回路の比
    較動作が精度良く行われる電圧範囲内に入力アナログ電
    圧が設定されるよう上記レベル変換回路のレベル変換動
    作を制御する第2の制御回路とを含むことを特徴とする
    A/D変換回路。 2、上記レベル変換回路は、その利得が1、N及び1/
    Mの可変利得動作を行う増幅回路により構成されるもの
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のA
    /D変換回路。 3、上記N、Mの値は、2nの整数であることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載のA/D変換回路。 4、上記A/D変換回路を構成する各回路は、lチップ
    マイクロコンピュータに内蔵され、上記逐次比較順序動
    作及び利得設定動作は、マイクロコンピュータのプログ
    ラムにより実行されるものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第1、第2又は第3項記載のA/D変換回路
    。 5、上記レベル変換回路は、外部回路により構成される
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載
    のA/D変換回路。
JP591383A 1983-01-19 1983-01-19 A/d変換回路 Pending JPS59132230A (ja)

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Family

ID=11624131

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JP (1) JPS59132230A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62200824A (ja) * 1986-02-28 1987-09-04 Yamatake Honeywell Co Ltd A/d変換回路
JPH03101047U (ja) * 1990-02-02 1991-10-22
JP2008042627A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Denso Wave Inc A/d変換装置及びプログラマブルコントローラシステム

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JPH03101047U (ja) * 1990-02-02 1991-10-22
JP2008042627A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Denso Wave Inc A/d変換装置及びプログラマブルコントローラシステム

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