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JPH02246622A - 多重積分型a/d変換装置 - Google Patents

多重積分型a/d変換装置

Info

Publication number
JPH02246622A
JPH02246622A JP6859389A JP6859389A JPH02246622A JP H02246622 A JPH02246622 A JP H02246622A JP 6859389 A JP6859389 A JP 6859389A JP 6859389 A JP6859389 A JP 6859389A JP H02246622 A JPH02246622 A JP H02246622A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
integration
unit discharge
unit
switching
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
JP6859389A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadao Sasaki
唯夫 佐々木
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP6859389A priority Critical patent/JPH02246622A/ja
Publication of JPH02246622A publication Critical patent/JPH02246622A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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】 以下の順序で本発明を説明する。
A、産業上の利用分野 B1発明の概要 C1従来の技術 り1発明が解決しようとする課題 E0課題を解決するための手段 F1作用 G、実施例 G1実施例の構成(第1図) G1.実施例の作用と応用例(第2図、第3図)B9発
明の効果 A、産業上の利用分野 本発明は、高速に行う積分と緩やかに行う積分の複数積
分動作を縦続に行うことによりA/D変換を時間短縮し
て行う多重積分型A/D変換装置に関するものである。
B4発明の概要 本発明は、高速に行う積分と緩やかに行う積分の複数積
分動作の積分のカーブを切り換えてA/D変換を行う多
重積分型A/D変換装置において、アナログ入力に対応
した電荷の積分を、一定電荷量を単位として単位放電す
ることによって行う単位放電回路を、その一定電荷量を
変え得るように複数個備え、その積分値が所定レベルと
なったことを検出して、上記単位放電回路を切り換えて
積分カーブを切り換えるときに、その単位放電回路の切
り換えを上記単位放電による積分の過渡応答が終了した
タイミングで行い、A/D変換は上記単位放電の回数を
計数して行うことにより、A/D変換精度が積分時間に
依存しないようにし、積分カーブの切り換えを時間の誤
差によるA/D変換誤差を無くしてA/D変換の精度を
向上させたものである。
C1従来の技術 従来より、ディジタルオーディオ機器の分野において、
低価格でありかつ比較的変換速度が速い多重積分型のA
/D (アナログ/ディジタル)変換器か用いられてい
る。第4図は従来例の多重積分型A/D変換装置の回路
構成図である。この従来例の多重積分型A/D変換装置
は、特開昭58−100536号公報や特開昭58−1
64318号公報に開示されているように、アナログ入
力信号を積分してその積分時間を計数しディジタル値に
変換する際に、そのディジタル値の精度に影響のない上
位ビットの決定は急速な積分で高速に行い、精度に影響
する下位ビットの決定は緩挿かに積分で精度良く行うも
のである。これを第4図で説明すると、まず、アナログ
入力信号に対応する電荷を積分器101を構成するコン
デンサc1olにスイッチS、。、をオンに制御して蓄
え、次に基準電流源の一つである電流源102をスイッ
チS1゜、で選択して積分器101の入力側に接続し、
上記電荷を急速に放電して急速なカーブで積分し、その
間の時間をカウンタ104により基準クロック信号を計
数して計測する。この計数は、比較器103において積
分器101の積分値V0が所定のリファレンス電圧V1
となるまで行い、カウンタ104の計数値によってディ
ジタル値の上位ビットを高速に決定している。続いて、
上記比較器103により、積分値■。かりファレンス電
圧V。
以下となったことが判定されると、制御回路105は、
スイッチS l(lをオフにスイッチS1゜、をオンに
制御して積分器101の入力側に接続する基準電流源を
電流源106に切り換える。電流源106の電流値は電
流源102よりも小さく設定してあり、積分器+01は
前よりも暖やかなカーブで積分を行うことになる。この
間の時間らカウンタ107により基準クロックを計数し
て計測し、その計数は比較器108によって積分器10
1の積分値V。がVtになるまで行う。このカウンタ1
07の計数値によってディジタル値の下位ビットを精度
良く決定している。
D1発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の技術における多重積分型A/
D変換装置では、A/D変換の精度が積分時間の計測の
精度に依存することとなり、積分カーブの切り換え時の
タイミングの誤差がA/D変換の精度を悪くするという
問題点があった。即ち、第4図で説明すると、スイッチ
S 1(I2のオフ制御とスイッチS1゜、のオン制御
によって電流源102を電流源106に切り換えて積分
器101の積分カーブを変えるわけであるが、上記スイ
ッチS IG、、103の制御は積分器lotの積分値
を用い比較器103を用いてアナログ信号で行うため、
これらに使用している演算増幅器等の温度や経時変化に
よるドリフトおよび電源変動等によって、切り換え時の
タイミングに誤差が生じ、この誤差がディジタル値の下
位ビット決定のための積分時間を変動させてA/D変換
精度を悪化させる。A/D変換誤差は、ディジタルオー
ディオの分野においてはあまり問題とはならないが、計
測の分野においては測定の精度に影響するため問題とな
る。
このため、多重積分型のA/D変換装置は、大量に生産
され比較的高速で安価であるにもかかわらず、その用途
が限られていた。
本発明は2、上記問題点を解決するために創案されたも
ので、多重積分による高速変換を維持しながら、A/D
変換精度が積分時間に依存しないようにして、積分カー
ブの切り換え時等の時間誤差によってA/D変換精度が
影響を受けないようにし、A/D変換装置の向上を図っ
た多重積分型A/D変換装置を提供することを目的とす
る。
81課題を解決するための手段 上記の目的を達成するための本発明の多重積分型A/D
変換装置の構成は、 アナログ入力信号に対応した電荷を蓄積しその電荷の単
位放電により積分を行う積分回路を備え、容量回路と電
位源とを有し該容量回路を該電位源と上記積分回路の入
力側とに交互に接続して上記電荷の単位放電を該容量回
路の容量値と該電位源で決まる一定電荷量を単位として
行う複数個の単位放電回路を切り換えにより該一定電荷
量が変わり得るように設け、 比較回路を有し上記積分回路の積分値を基準値と比較し
てその比較判定結果に基づき上記複数個の単位放電回路
の切り換えを上記一定電荷量が次第に小さくなるなるよ
うに且つ上記単位放電の過渡現象の終了した時機に行う
切り換え制御回路を備え、 上記単位放電の回数を計数してアナログ入力信号をディ
ジタル化するディジタル化回路を備えることを特徴とす
る。
F1作用 本発明は、アナログ入力信号に対応して積分回路に蓄積
した電荷を、複数個の単位放電回路を切り換えて、始め
は大きな単位電荷量で放電して上位ビット決定の積分を
高速に行ってゆき、次第に小さい単位電荷量で放電して
下位ビットの積分を緩やかに精度良く行い、その単位放
電の回数を計数してディジタル化する。このとき、単位
放電回路の切り換えを単位放電時の過渡現象の終了した
変化の無い時機に行い、その切り換えが以降の単位放電
回路の単位放電による積分に影響しないようにするとと
もに、ディジタル化に際しては、単位放電回数の計数で
行うことによって、従来のようにその精度が積分時間等
の計測精度に依存するのを排除し、切り換え時等の時間
誤差によってディジタル化の精度が影響されないように
する。
G、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
G1.実施例の構成(第1図) 第1図は本発明の一実施例を示す多重積分型A/D変換
装置の回路構成図である。本実施例は2重積分の場合を
例とする。本実施例は、アナログ入力信号Vinに対応
した電荷を蓄積しその電荷の単位放電により積分を行う
積分回路lと、大きな単位電荷量で上記単位放電を行う
単位放電回路2と、小さな単位電荷量で上記単位放電を
行う単位放電回路3と、積分回路lの積分値出力が所定
値になったかを比較判定して単位放電回路lから単位放
電回路2へ動作を切り換えるとともに積分の終了を判定
してディジタル化の動作を制御する切り換え制御回路4
と、上記単位放電の回数を計数してアナログ入力信号V
tnをディジタル化するディジタル化回路5とから構成
する。
積分回路1は、演算増幅器(以下オペアンプと記す)1
1.コンデンサC81人力抵抗Rム0.帰還抵抗Rr、
サンプリングスイッチSWlで構成する。コンデンサC
xはオペアンプ11の出力端子と反転入力端子−の間に
接続する。人力抵抗R1は、一端にアナログ入力信号■
、。を接続し、他端をサンプリングスイッチS W r
を介してオペアンプ11の反転入力端子−に接続する。
帰還抵抗Rrは、オペアンプ11の出力端子と入力抵抗
R0の他端の間を接続する。オペアンプ11の非反転入
力端子+は、回路電源のグランドへ接続する。サンプリ
ングスイッチSW1は、アナログスイッチ素子等で構成
され、切り換え制御回路4から所定周期で送出されるサ
ンプリングパルスP、によってオンに制御され、アナロ
グ信号Vtnに対応した電荷をコンデンサCxに蓄積さ
せる。抵抗R,,R1は、オペアンプ11のダイナミッ
クレンジいっばいで安定な積分動作が行えるように、オ
ペアンプ11のゲインを定める値に設定する。
単位放電回路2は、コンデンサC1と2極切り換え型の
スイッチSW、と電位源■8とから構成する。コンデン
サCIは一端を回路電源のグランドへ接続し、他端をス
イッチS W tのコモン側へ接続する。電位源VRは
後記する単位放電回路3と共用するものとし、そのマイ
ナス(=)側をグランドへ接続し、プラス(+)側をス
イッチSW。
一方の切り換え端子a側へ接続する。スイッチSW、他
方の切り換え端子す側は、積分回路lのオペアンプ1に
の反転入力端子−側へ接続する。単位放電回路3は、コ
ンデンサC2と2極切り換え型のスイッチSW3と上記
と共用の電位源VRとから構成する。コンデンサC1は
一端を回路電源のグランドへ接続し、他端をスイッチS
 W sのコモン側へ接続する。電位源■□は前記した
単位放電回路2と共用するものとし、そのプラス(+)
側をスイッチSW3の一方の切り換え端子a′側へ接続
する。スイッチSW3の他方の切り換え端子b′側は、
積分回路lのオペアンプ11の反転入力端子−側へ接続
する。スイッチSW、およびスイッチSW、は、切り換
え制御回路4によって、いずれか一方がa(a’)側と
b(b’)側に周期的に切り換え制御され、a(a’)
側において電位源■8からコンデンサC,(C,)の容
量値で決まる一定電荷量を充電し、b(b’)に切り換
えられたときに、積分回路1のコンデンサC−に蓄積さ
れている電荷をその一定電荷量を単位として単位放電さ
せる。ここで、変換するディジタル値の上位ビット数を
mとし、下位ビット数をnとすると、各コンデンサの容
量値は、Cx−2M″・01−2′″1・C1の関係を
満足するように決定する。
例えば、上位ビット数が4で下位ビット数が4の合計8
ビツトの分解能を有するA/D変換機能を持たせるもの
とすれば、各コンデンサの容量比は、cll:c、:c
、=l :16 :256となるよつにする。
切り換え制御回路4は、比較回路41と、比較回路42
と、各比較回路41.42の比較判定結果から単位放電
回路2.3の切り換えのタイミングを調整するD型フリ
ップフロップ43.44と、単位放電回路2のスイッチ
S W tを制御する制御パルスP1を作成する論理回
路45と、単位放電回路3のスイッチS W sを制御
する制御パルスP。
を作成する論理回路46と、クロック信号GKやサンプ
リングパルスPsを発生するタイミング発生回路47と
から構成する。
比較回路41はオペアンプ等で構成し、その非反転入力
端子+側に積分回路lの積分値出力V0を接続し、その
反転入力端子−側にリファレンス電圧源■1を接続する
。比較回路41は、積分値■。が電圧vl以下になった
ことを検出し、その検出信号S1をフリップフロップ4
3へ送出する機能を有し、論理回路45.46に対し、
そのフリップフロップ43を通して単位放電回路2の動
作を単位放電回路3の動作に切り換えるよう指示する。
比較回路42も同様にオペアンプ等で構成し、その非反
転入力端子+側に積分回路lの積分値出力■。を接続し
、その反転入力端子−側にリファレンス電圧源V、を接
続する。比較回路42は、積分値V。が電圧V * (
V * < V + )以下になったことを検出し、そ
の検出信号S!をフリップフロップ44へ送出する機能
を有し、論理回路46に対し、そのフリップフロップ4
4を通してA/D変換動作の終了を指示する。
フリップフロップ43のD入力端子には比較回路41の
検出信号S、を接続し、そのクロック端子にはタイミン
グ発生回路47のクロック信号CKをインバータ48で
反転した信号OKを接続する。これにより、検出信号S
Iはクロック信号CKの立ち下がりのタイミングで保持
されて、その正論理出力端子Qから単位放電回路の切り
変えを指示する信号Sl′ として論理回路45.46
へ送出される。同様にして、フリップフロップ44のD
入力端子には、比較回路42の検出信号S。
を接続し、そのクロック端子には上記したタイミング発
生回路47のクロック信号GKをインバータ48で反転
した信号CKを接続する。これにより、検出信号S、は
クロック信号CKの立ち下がりのタイミングで保持され
て、その正論理出力端子QからA/D変換の終了を示す
信号St’ として論理回路46へ送出される。フリッ
プフロップ43.44のクロック端子に人力する信号は
、単位放電による過渡現象が終了するタイミングに判定
結果Sr、Stを出力するためのものであり、クロック
信号CKをさらに高周波信号から分周して作成し、クロ
ック信号GKの周期の最後の分周区間のさらに後半の信
号を作成して上記反転信号CKに代えても良い。
論理回路45は、上記信号S+’ とサンプリングパル
スP8の否定論理信号(ps)とクロック信号GKのA
ND論理をとったパルス信号Plで前述の単位放電回路
2のスイッチSW、を制御する。
これにより、積分回路1は、アナログ入力信号に対応し
た電荷がサンプリングパルスP、で保持された後、その
積分値出力V。が■1になるまで、単位放電回路2によ
り、電位源VRとコンデンサC9の容量で決まる一定電
荷量を単位として単位放電され、クロック信号CKのタ
イミングで間欠的かつ階段状に急速なカーブで積分を行
う。論理回路46は、上記信号St’ と信号S、′の
否定論理信号(s、’)とサンプリングパルスPSの否
定論理信号(pg)とクロック信号GKのAND論理を
とったパルス信号P、で、前述の単位放電回路3のスイ
ッチS W sを制御する。これにより、積分回路1は
、その積分値出力■。が■1以下となった以降からV、
になるまで、単位放電回路3により、電位源vlIとコ
ンデンサC1の容量で決まる一定電荷量を単位として単
位放電され、クロック信号CKのタイミングで間欠的か
つ段階状に緩やかなカーブで積分を行う。
ディジタル化回路5は、mビットのカウンタ51と、n
ビットのカウンタ52と、各カウンタの出力を保持し出
力するためのラッチまたはシフトレジスタ(代表してレ
ジスタと記す)53とから構成する。カウンタ51のア
ップカウント入力端子Upには論理回路45のパルス信
号PIをORゲート54を介して接続し、カウンタ52
のアップカウント入力端子Upには論理回路46のパル
ス信号P、を接続し、それぞれ積分における単位放電の
回数を計数する。カウンタ52のキャリー信号はORゲ
ート54を介してカウンタ5にのアップカウント入力端
子に入力する。カウンタ51のmビットのカウンタ出力
はアナログ入力信号を変換したディジタル値の上位mビ
ットを形成し、カウンタ52のnビットのカウンタ出力
はそのディジタル値の下位nビットを形成する。これら
はレジスタ53に変換終了のタイミングで保持され、ラ
ッチであればパラレルに、シフトレジスタであればシリ
アルに後段へ送出できる。
Gy、実施例の作用と応用例(第2図、第3図)以上の
ように構成した実施例の作用を第2図。
第3図を参照して述べる。第2図は本実施例における各
即動作波形図、第3図はより詳細な動作説明用のタイミ
ングチャートである。
まず、タイミング発生回路47は、一定周期でパルス幅
11のサンプリングパルスPsを発生し、積分回路1の
サンプリングスイッチSW1を1.の期間だけオンに制
御する。この期間において、積分回路1はコンデンサC
xにアナログ入力信号Vtnに対応した電荷を蓄積する
。サンプリングスイッチS W +がオフになると、最
初に単位放電回路2のスイッチSW、が、論理回路45
のスイッチング用パルス信号P1によりクロック信号C
Kのハイレベル側でb側(積分回路l側)に、ローレベ
ル側でλ側(電位源VR側)にスイッチング制御される
。これによって、コンデンサCxに蓄積された電荷は比
較的大きな一定電荷量で単位放電されて、階段状に積分
が行なわれる。このときの単位放電の回数すなわちパル
ス信号P1の立ち上がりをカウンタ51で計数し、ディ
ジタル化における上位mビットを決定する。1回の単位
放電の電荷量△Qは、△Q −V a−Ct =△vo
−Cxであるから、−回の単位放電による積分変化値△
■。は、△V o = V R中CI/Cxとなり、こ
こでC,=2″′・C1に設定しているので、△V、=
VR/2”となる。この上位ビット決定のための単位放
電回路2による単位放電は、積分値v0がV1以下にな
ったことが比較回路41で検出され、フリップフロップ
43に保持されるまでの期間t、で行なわれる。
次に単位放電回路3のスイッチSW、が論理回路46の
スイッチング用パルス信号P、に上りクロツタ信号OK
のハイレベル側でb′側(積分回路l側)に、ローレベ
ル側でa′側(電位源Va側)にスイッチング制御され
る。これによって、コンデンサC8に残っている電荷が
、今度は、比較的小さい一定電荷量で単位放電されて、
階段状に積分が行なわれる。このときの単位放電の回数
すなわちパルス信号P、の立ち上がりをカウンタ52で
計数し、ディジタル化における上位nビットを決定する
。この計数においてnビットを起えるオーバーフローが
生じた場合には、カウンタ52より発せられるキャリー
信号をカウンタ51でカウントし、桁」二げする。1回
の単位放電の電荷量へQ′ は、△Q’  =V、n’
 Ct=−△Vo’  ・Cxであるから、−回の単位
放電による積分変化値△V′は、△Vo’ =Vn−C
!/CXとなり、ここでc、−=2”n−C!に設定し
ているので、△■0■□/2−nとなる。この下位ビッ
ト決定のための単位放電回路3による単位放電は、積分
値■。が■、以下になったことが比較回路42で検出さ
れ、フリップフロップ44に保持されるまでの期間t3
で行なわれる。この期間t、の終りがA/D変換の終了
時点である。
本実施例では、上記のように積分を単位放電により実行
し、その単位放電回数を計数することによりアナログ入
力信号のディジタル化を行うので、各単位放電が完全に
終了していれば、そのディジタル値は積分時間には全く
影響されることがない。
従って、積分カーブの切り換え即ち単位放電回路2から
単位放電回路3への切り換えは、単位放電が完全に終了
(過渡現象の終了)しているタイミングで行えば、切り
換え時の時間誤差がディジタル化に影響を及ぼすことは
ない。本実施例では、比較回路41からの時間誤差を有
する検出信号S1を切り換え用信号として直接使用せず
、フリップフロップ43によりクロック信号CKの反転
信号GKの立ち上がり点即ちクロック信号CKの立ち下
がり点で捉えて、その出力信号81′ により単位放電
回路の切り換えを行う。従って、この時点までに各単位
放電が終了するように放電時定数に影響する積分回路1
のオペアンプ2のスルーレート等を設計または選定する
。これによって本実施例では、切り換え時等の時間誤差
がディジタル化に影響することがない。ディジタル化に
おける上位ビット決定のための積分動作は、比較的大き
な一定電荷量を単位とする単位放電で高速に行なわれる
ので、A/D変換動作が高速化され、下位ビット決定の
ための積分動作は、比較的小さい一定電荷量を単位とす
る単位放電で緩かに行われるので、A/D変換精度が精
度良く行われる。
なお、以上の実施例は、2重積分型のA/D変換装置の
場合を例に説明したが、3重積分型以上の多重積分型の
A/D変換装置に適用できることは明らかである。また
、単位放電回路における電位源は単位放電回数別に設け
ても良いし、−度に多数の単位放電回路を動作させて大
きな電荷量で単位放電を可能にし、しだいにその数を少
なくして小さい電荷量による単位放電を行う構成にする
こともできる。さらに本実施例のA/D変換では、クロ
ック信号の精度に影響されないので、上位ビット決定時
の信号と下位ビット決定時のクロック信号を異なるもの
としても良い。このように、本発明はその主旨に沿って
種々に応用され、種々の実施態様を取り得るものである
H0発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明の多重積分型A/
D変換装置によれば、高速積分と低速積分を単位放電に
よって間欠的に行って、過渡現像のない時機に積分の切
り換えを行い、その単位放電の回数を計数してディジタ
ル化するように構成したので、A/D変換精度が積分時
間に影響されなくなり、従来の技術で問題となっていた
積分電流の切り換え時間の誤差によって発生したディジ
タル化の誤差を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第2図は
上記実施例の各叩動作波形図、第3図は動作説明用のタ
イミングチャート、第4図は従来例の回路構成図である
。 l・・積分回路、2,3・・・単位放電回路、4・・・
切り換え制御回路、5・・・ディジタル化回路、41・
・・比較回路、51.52・・・カウンタ。 外1名 タイミング手ヤード 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アナログ入力信号に対応した電荷を蓄積しその電
    荷の単位放電により積分を行う積分回路を備え、 容量回路と電位源とを有し該容量回路を該電位源と上記
    積分回路の入力側とに交互に接続して上記電荷の単位放
    電を該容量回路の容量値と該電位源で決まる一定電荷量
    を単位として行う複数個の単位放電回路を切り換えによ
    り該一定電荷量が変わり得るように設け、 比較回路を有し上記積分回路の積分値を基準値と比較し
    てその比較判定結果に基づき上記複数個の単位放電回路
    の切り換えを上記一定電荷量が次第に小さくなるなるよ
    うに且つ上記単位放電の過渡現象の終了した時機に行う
    切り換え制御回路を備え、 上記単位放電の回数を計数してアナログ入力信号をディ
    ジタル化するディジタル化回路を備えることを特徴とす
    る多重積分型A/D変換装置。
JP6859389A 1989-03-20 1989-03-20 多重積分型a/d変換装置 Pending JPH02246622A (ja)

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