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JPH05211443A - A/d変換方法 - Google Patents

A/d変換方法

Info

Publication number
JPH05211443A
JPH05211443A JP4233580A JP23358092A JPH05211443A JP H05211443 A JPH05211443 A JP H05211443A JP 4233580 A JP4233580 A JP 4233580A JP 23358092 A JP23358092 A JP 23358092A JP H05211443 A JPH05211443 A JP H05211443A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
integrator
input voltage
integration period
forward direction
Prior art date
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Granted
Application number
JP4233580A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2944832B2 (ja
Inventor
Wilhelm Florin
フローリン ヴィルヘルム
Detlef Ludwig
ルートヴィヒ デトレフ
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.)
Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
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
Priority claimed from DE4130826A external-priority patent/DE4130826C2/de
Application filed by Krohne Messtechnik GmbH and Co KG filed Critical Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Publication of JPH05211443A publication Critical patent/JPH05211443A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2944832B2 publication Critical patent/JP2944832B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力電圧に依存することなく所定の積分器電
圧が得られるように、A/D変換方法を改善すること。 【構成】 順方向での積分期間の間入力電圧に、有利に
は基準電圧から導出される励振パルスを重畳させ、それ
によって、前記入力電圧が種々異なる場合においても当
該積分器の励振度が常に同じか又はほぼ同じように達成
されるように、当該積分器電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば有利には低周波
矩形電圧形状のアナログ入力電圧を、該入力電圧に比例
するデジタル出力信号に変換する、A/D変換方法であ
って、入力電圧を所定の順方向での積分期間の間積分器
電圧に向けて順方向に積分し、該順方向での積分期間の
経過後前記積分器電圧を、逆方向での積分期間の間基準
電圧によって0に向けて逆方向に積分し、前記順方向積
分期間に対する逆方向積分期間の比の関係に従って基準
電圧を乗算することにより当該入力電圧を求める、A/
D変換方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アナログ信号をデジタル信号に変換する
方法には様々なものが公知である。例えば並列比較方
式、比較方式、計数方式が公知である。
【0003】並列比較方式では、入力電圧が同時に複数
(n)の基準電圧と比較される。この場合どの2つの基
準電圧間に入力電圧が位置するかが検出される。この方
式では入力電圧に比例したデジタル出力信号が得られ
る。すなわち1つのステップで所定の1つの数が得られ
る。いずれにしても経費のかさむものである。なぜなら
各々の可能な数毎に1つの比較器が必要となるからであ
る。すなわち0〜100までの測定領域に対して1つづ
つのステップでは100個(n=100)の比較器が必
要となる。
【0004】比較方式では結果全体が1つのステップで
形成されるのではなく、2進数である数字の1つの桁の
みがそのつど求められる。この場合最上位桁でもって開
始される。そして入力電圧が最上位桁に対する基準電圧
よりも大きいか又は小さいかが検出される。入力電圧が
基準電圧より大きいならばこの最上位桁に1が置かれ、
基準電圧が引かれる。残りはその次に低い桁と比較され
る(以下同様である)。しかしながらこの方式では、数
字が桁を占めるのと同じくらいの多くのステップと、さ
らにそれと同じくらい多くの基準電圧が必要となる。
【0005】最も簡単な方式は計数方式である。この方
式の場合は入力電圧を得るために、最下位桁の基準電圧
を何回加算しなければならないかが計数される。このス
テップの数が結果である。
【0006】冒頭に記載した、アナログ信号をデジタル
信号に変換する方法は、計数方式の特別な手法である。
詳細にはいわゆる2ランプ方式(デュアルスロープ方
式,Zwei−Rampen−Verfahren)で
ある。この方式は比較的少ないコストで非常に高い分解
能が得られるという利点を有する。
【0007】ここにおいてまず、従来技術に属する2ラ
ンプ方式と相応の回路装置とを図面に基づき概略的に説
明する。
【0008】図1に示されている2ランプ方式を実施す
るための回路装置は、まず機能的に重要な積分器1と比
較器2とを有している。付加的に、加算増幅器3及びダ
イナミック特性を拡大するための10:1型分圧器5及
び加算/減算(+/−)増幅器6が設けられている。前
記加算増幅器3はD/A変換器4を有している。このD
/A変換器4はここでは図示されていないマイクロプロ
セッサによって制御され、基準電圧を変換する。前記加
算/減算増幅器6により比較器2は常に片方向で制御さ
れ、さらにオフセット及び応答時間の影響が付加的な成
分として可能な限り一定に維持され得る。
【0009】静止状態ではスイッチS1は開き、スイッ
チS3は閉じられ、D/A変換器4は制御されない。つ
まり積分器電圧Uintはゼロである。測定が開始された
場合には、出力側に設けられたここでは図示されていな
いカウンタ(マイクロプロセッサの一部であり得る)が
リセットされ、スイッチS3が開かれ、スイッチS1が
閉じられる。それにより入力電圧Ueが、所定の順方向
(ランプアップ方向)積分期間tauf(これはここでは
図示されていないカウンタを用いて測定される)の間、
所定の積分器電圧Uintに向けて順方向(ランプアップ
方向)に積分される。順方向積分期間taufの終了時に
おいて、積分器電圧Uintに対し次の式が成り立つ。
【0010】
【数1】
【0011】それに続いて積分器電圧Uintは逆方向
(ランプダウン方向)積分期間tabの間D/A変換器4
(これは基準電圧Urefを変換する)により、つまり実
際には基準電圧Urefによって0に向けて逆方向積分さ
れる。比較器2及びここでは図示されていないカウンタ
を用いて逆方向積分期間tabが検出される。この場合次
式が成り立つ。
【0012】
【数2】
【0013】それにより入力電圧Ueが以下の式によっ
て求められる。
【0014】
【数3】
【0015】2ランプ方式によって得られる利点は、ク
ロック周波数(これはいずれにせよ安定していなければ
ならない)も積分時定数も結果に関与しないことであ
る。その他に入力電圧の瞬時値が結果に関与するのでは
なく、該入力電圧の平均値が順方向積分期間に亘って関
与する。そのため交流電圧はその周波数が高ければ高い
ほど益々減衰される。周波数が順方向積分期間の逆数値
の整数倍に等しい交流電圧は完全に抑圧される。つまり
電源網周波数のリプル電圧の影響は順方向積分期間の選
択によって除去することができる。
【0016】これまでに記載してきた2ランプ方式に対
しては以下のことがあてはまる。
【0017】a)種々異なる入力電圧によって積分器の
種々異なる励振が生ぜしめられる(図3の特性曲線1及
び2参照)。
【0018】b)積分器の励振度が比較的小さな場合に
は積分器の過励振耐力(Uebersteuerung
sfestigkeit)が小さい。
【0019】c)積分器の小さな励振度によって自ら次
のような問題を引き起こす。すなわち積分器が0の近辺
で常に励振されるように直流電圧の補償を行なわなけれ
ばならないという問題を引き起こす。
【0020】d)D/A変換器は種々異なる基準電圧を
生成する。そのためD/A変換器の直線性的偏差は結果
に直接関与するものとなる。従って高分解能と良好な直
線性を備えたD/A変換器を使用しなければならない。
【0021】e)ダイナミック特性の拡大のために高精
度な10:1型分圧器が必要である。
【0022】f)比較器を常に片方向で制御しオフセッ
ト及び応答時間の影響を可能な限り加算的な成分として
一定に維持し得るために、加算/減算増幅器が必要であ
る。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、詳細
に前記した、A/D変換方法、すなわち計数方式の1つ
の手法としての2ランプ方式を次のように構成し改善す
ることである。すなわち簡単な回路装置で実施できかつ
より良好な結果が得られるように構成し改善することで
ある。
【0024】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、順方向での積分期間の間当該入力電圧に、例えば基
準電圧から導出される励振パルスを重畳し、それによ
り、入力電圧が種々異なる場合においても積分器の励振
度が常に同じか又はほぼ同じように達成されるように、
当該積分器電圧を制御するように構成して解決される。
【0025】この構成により、前記従来技術にて公知の
2ランプ方式における、積分器の種々異なる変調に起因
する欠点が解消される。
【0026】本発明による別の有利な実施例及び変化例
は従属請求項に記載される。
【0027】本発明による方法の別の有利な実施例によ
れば、必要に応じて正及び/又は負の励振パルスが重畳
される。多かれ少なかれ同じ積分器電圧を常に得るため
には、次のことが必要である。すなわち正の励振パルス
のみで処理を行うか、又は負の励振パルスのみで処理を
行うか、又は正及び負の励振パルスで処理を行うことが
必要である。
【0028】有利には本発明による特に精密な処理が行
われるようにするために、当該パルス幅が順方向積分期
間よりも小さい励振パルスによる処理が行われる。順方
向積分期間に較べて特に小さいパルス幅を有する励振パ
ルスを選択すれば、全ての励振パルスは同じパルス幅を
有することができる。しかしながら場合によっては多数
の励振パルスが必要である。それ故に本発明の別の有利
な実施例では、パルス幅が制御される励振パルスで処理
を行う。パルス幅の制御は例えばパルス幅変調方式(P
WM)によって行うことができる。
【0029】ここにおいて総じて言えることは、本発明
による方法に従って励振パルスの数及び/又は極性及び
/又はパルス幅を制御すれば、本発明の目的(入力電圧
に影響されることなく所定の積分器電圧を得ること)を
ほぼ任意に高精度で達成することができるということで
ある。
【0030】さらに本発明による別の有利な(特別な意
味合いの)実施例によれば、m番目の変換の際に、励振
パルスの数及び/又は極性及び/又はパルス幅の制御
が、(m−1)番目の変換の際にどのような積分器電圧
が得られたかに依存して行われる。すなわちこれは反復
的な動作である。
【0031】
【実施例】次に本発明による方法及び回路装置を図面に
基づきさらに詳細に説明する(本発明は従来の技術にお
ける2ランプ方式を基礎としている)。
【0032】図4及び図7に示された、2ランプ方式を
実施するための回路装置もやはり機能的に重要な積分器
1及び比較器2を有している。付加的に、励振回路7が
設けられている。この回路網7には2つの抵抗Rab,R
kと3つのスイッチS2,S4a,S4bが所属している。さ
らに前記回路網7は一方で基準電圧Urefが印加され、
他方で積分器1の積分入力側に接続されている。
【0033】図7の実施例にはさらに付加的に、従来技
術のように加算増幅器3とその他に付加的なA/D変換
器8とが設けられている。加算増幅器3を用いることに
よりここでもダイナミック特性を拡大し続けるための直
流電圧補償が行われ得る。多数の測定に関して設定され
る値が一定に維持され、2つの測定の差のみが評価され
るだけなので、D/A変換器の非直線性は問題にはなら
ない。すなわちここには非常に安価な8ビットのD/A
変換器4を用いることができる。図7による実施例にお
いて付加的に設けられているA/D変換器8は、積分器
1の過励振耐力の付加的な向上に役立つ。このことのた
めに積分器電圧が順方向積分期間の間常にA/D変換器
8でもって測定される。この積分器電圧が順方向積分期
間の間所定値から大きく偏差を生じると、励振パルスが
次のように制御される。すなわち有効な電圧窓(Spa
nnungsfenster)が達成されるように制御
される。A/D変換器8も安価な8ビットのものを選択
することができる。
【0034】本発明による方法及び回路装置の作用は以
下の通りである。
【0035】休止状態においてスイッチS1,S2
4a,S4bが開かれ、スイッチS3が閉じられる。この
場合積分器電圧Uintは0である。測定開始時には、出
力側に設けられたここでは図示されていないカウンタ
(マイクロプロセッサの一部であり得る)がリセットさ
れ、スイッチS3が開かれてスイッチS1が閉じられる。
ここにおいて開始される順方向積分期間の間に入力電圧
eに励振パルス(基準電圧Urefから導出される)が次
のことによって重畳される。すなわちスイッチS4a,S
4bが開閉制御されることによって重畳される。順方向積
分期間taufの終了時ではスイッチS1が開かれる。その
後でスイッチS2及びS4bが閉じられ、逆方向積分期間
abの間積分器電圧Uintが0に向けて逆方向に積分さ
れる。その結果入力電圧Ueは以下の式で表される。
【0036】
【数4】
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術の欠点が解消
され入力電圧に依存することなく所定の積分器電圧を得
ることがほぼ任意にかつ高精度に達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】2ランプ方式を実施するための回路装置の有利
な実施例を示した図である。
【図2】デジタル信号へ変換すべき入力電圧のグラフを
示した図である。
【図3】図1による回路装置に生じた積分器電圧を示し
た図である。
【図4】本発明の方法を実施するための回路装置の有利
な実施例を示した図である。
【図5】デジタル出力信号へ変換すべき入力電圧の(図
2に相応する)グラフである。
【図6】図4による回路装置に生じた積分器電圧を(図
3に相応して)示した図である。
【図7】本発明の方法を実施するための回路装置の有利
な実施例を示した図である。
【符号の説明】
1 積分器 2 比較器 3 加算増幅器 4 D/A変換器 5 10:1型分圧器 6 加算/減算増幅器 7 励振回路 8 A/D変換器 S1 スイッチ S2 スイッチ S3 スイッチ S4a スイッチ S4b スイッチ Ri 抵抗 Rab 抵抗 Rk 抵抗 Ue 入力電圧 Uref 基準電圧 Uint 積分器電圧 tauf 順方向積分期間 tab 逆方向積分期間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デトレフ ルートヴィヒ ドイツ連邦共和国 デュースブルク 14 ホーホハイダー シュトラーセ 6

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 例えば有利には低周波矩形電圧形状のア
    ナログ入力電圧を、該入力電圧に比例するデジタル出力
    信号に変換する、A/D変換方法であって、 −入力電圧を所定の順方向での積分期間の間積分器電圧
    に向けて順方向に積分し、 −該順方向での積分期間の経過後前記積分器電圧を、逆
    方向での積分期間の間基準電圧によって0に向けて逆方
    向に積分し、 −前記順方向での積分期間に対する逆方向での積分期間
    の比の関係に従って基準電圧と乗算することにより当該
    入力電圧を求める、A/D変換方法において、 前記順方向での積分期間の間当該入力電圧に、例えば基
    準電圧から導出される励振パルスを重畳し、それによ
    り、入力電圧が種々異なる場合においても積分器の励振
    度が常に同じか又はほぼ同じように達成されるように、
    当該積分器電圧を制御することを特徴とする、A/D変
    換方法。
  2. 【請求項2】 前記入力電圧に正及び/又は負の励振パ
    ルスを重畳させる、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記励振パルスのパルス幅を制御する、
    請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記励振パルスのパルス幅の制御をパル
    ス幅変調方式によって行う、請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記励振パルスの数及び/又は極性及び
    /又はパルス幅を制御する、請求項1〜4いずれか1記
    載の方法。
  6. 【請求項6】 m番目の変換の際に、前記励振パルスの
    数及び/又は極性及び/又はパルス幅の制御を、(m−
    1)番目の変換の際にどのような積分器電圧が得られた
    かに依存して行う、請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 有利にはA/D変換器を備えている場合
    の前記積分器電圧を順方向での積分期間の間測定し、該
    積分器電圧が順方向での積分期間の間設定値から外れて
    いる場合には、励振パルスを所定の電圧窓(Spann
    ungsfenster)が達成されるように制御す
    る、請求項1〜6いずれか1記載の方法。
JP4233580A 1991-09-02 1992-09-01 A/d変換方法 Expired - Lifetime JP2944832B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4129150 1991-09-02
DE4130826A DE4130826C2 (de) 1991-09-02 1991-09-17 Verfahren zur Wandlung eines Analogsignals in ein Digitalsignal
DE4129150.6 1991-09-17
DE4130826.3 1991-09-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05211443A true JPH05211443A (ja) 1993-08-20
JP2944832B2 JP2944832B2 (ja) 1999-09-06

Family

ID=25906925

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JP4233580A Expired - Lifetime JP2944832B2 (ja) 1991-09-02 1992-09-01 A/d変換方法

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EP (1) EP0530666B1 (ja)
JP (1) JP2944832B2 (ja)

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EP0530666A3 (ja) 1994-04-13
EP0530666A2 (de) 1993-03-10
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