JP6879189B2 - A / D converter - Google Patents
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Description
本明細書が開示する技術は、アナログ電圧をデジタル信号へA/D(Analog-to-Digital)変換するA/D変換装置に関する。 The technology disclosed herein relates to an A / D converter that A / D (Analog-to-Digital) converts an analog voltage into a digital signal.
特許文献1に、アナログ電圧をデジタル信号に変換するA/D変換装置が開示されている。この装置では、測定対象のアナログ電圧をA/D変換する前に、当該アナログ電圧とは異なる第2のアナログ電圧のA/D変換を事前に行う。そして、二つのA/D変換値が実質的に同一であるときに、測定対象のアナログ電圧を入力する回路に異常が生じていると判断する。測定対象のアナログ電圧が正しく入力されないときは、サンプリングキャパシタの電圧が第2のアナログ電圧に維持されて、二つのA/D変換値が同じ値になるためである。 Patent Document 1 discloses an A / D converter that converts an analog voltage into a digital signal. In this apparatus, before A / D conversion of the analog voltage to be measured, A / D conversion of a second analog voltage different from the analog voltage is performed in advance. Then, when the two A / D conversion values are substantially the same, it is determined that an abnormality has occurred in the circuit that inputs the analog voltage to be measured. This is because when the analog voltage to be measured is not input correctly, the voltage of the sampling capacitor is maintained at the second analog voltage and the two A / D conversion values become the same value.
上記したA/D変換装置では、異常の検出に用いる第2のアナログ電圧を、測定対象のアナログ電圧とは異なる値に設定する必要があるので、測定し得るアナログ電圧の範囲が制限されるという問題がある。そのことから、本明細書では、そのような制限を受けることなく、異常を検出し得る技術を提供する。 In the above-mentioned A / D converter, since it is necessary to set the second analog voltage used for detecting an abnormality to a value different from the analog voltage to be measured, the range of the analog voltage that can be measured is limited. There's a problem. Therefore, the present specification provides a technique capable of detecting anomalies without being subject to such restrictions.
本明細書が開示するA/D変換装置は、アナログ電圧が差動入力される一対の入力端子と、一対の入力端子に入力されたアナログ電圧をA/D変換するA/D変換器と、一対の入力端子とA/D変換器との間に設けられており、一対の入力端子に対してA/D変換器が接続される極性の向きを切り替え可能な切替回路と、A/D変換器の出力値を処理する処理装置とを備える。A/D変換器は、切替回路による極性の切り替えを挟んで二度のA/D変換を実施するとともに、それぞれのA/D変換ではサンプリングキャパシタをゼロボルトでないリセット電圧でリセットするように構成されている。そして、処理装置は、二度のA/D変換による二つの出力値の和又はそれに対応する指標に基づいて、異常の有無を判定するように構成されている。 The A / D converter disclosed in the present specification includes a pair of input terminals for which analog voltage is differentially input, an A / D converter for A / D conversion of analog voltage input to the pair of input terminals, and an A / D converter. A switching circuit that is provided between the pair of input terminals and the A / D converter and can switch the direction of the polarity to which the A / D converter is connected to the pair of input terminals, and A / D conversion. It is equipped with a processing device that processes the output value of the device. The A / D converter is configured to perform two A / D conversions with the polarity switched by the switching circuit, and to reset the sampling capacitor with a reset voltage other than zero volt in each A / D conversion. There is. Then, the processing apparatus is configured to determine the presence or absence of an abnormality based on the sum of the two output values obtained by the two A / D conversions or the corresponding index.
上記した構成では、切替回路による極性の切り替えを挟んで、二度のA/D変換を実施するとともに、それぞれのA/D変換では、サンプリングキャパシタをゼロボルトでないリセット電圧でリセットするように構成されている。このような構成によると、入力されたアナログ電圧や、リセット電圧の値にかかわらず、正常時であれば、二度のA/D変換による二つの出力値の和を演算すると、その値は実質的にゼロボルトとなる。それに対して、例えばアナログ電圧が正しく入力されていないときは、ゼロボルトでないリセット電圧の影響を受けて、当該二つの出力値の和がゼロボルトとは異なる値を示す。この原理を利用することで、処理装置は、当該二つの出力値の和又はそれに対応する指標(例えば、二つの出力値の平均値)に基づいて、異常の有無を判定する。このA/D変換装置によると、測定対象のアナログ電圧がリセット電圧と等しい場合でも、異常の有無を正しく判定することができるので、変換し得るアナログ電圧の範囲が無用に制限されることがない。 In the above configuration, the A / D conversion is performed twice with the polarity switched by the switching circuit, and each A / D conversion is configured to reset the sampling capacitor with a reset voltage other than zero volt. There is. According to such a configuration, regardless of the input analog voltage or reset voltage value, if the sum of the two output values by the two A / D conversions is calculated under normal conditions, the value will be effective. It becomes zero volt. On the other hand, for example, when the analog voltage is not input correctly, the sum of the two output values shows a value different from zero volt due to the influence of the reset voltage which is not zero volt. By utilizing this principle, the processing apparatus determines the presence or absence of an abnormality based on the sum of the two output values or the corresponding index (for example, the average value of the two output values). According to this A / D converter, even when the analog voltage to be measured is equal to the reset voltage, the presence or absence of an abnormality can be correctly determined, so that the range of analog voltage that can be converted is not unnecessarily limited. ..
図面を参照して、実施例のA/D変換装置10について説明する。図1に示すように、A/D変換装置10は、センサ類(例えばシャント抵抗2)が出力するアナログ電圧Vinを、デジタル信号に変換する装置である。A/D変換装置10は、回路ユニット4又はその他のユニットに内蔵されることができるが、他の実施形態として、A/D変換装置10は他の装置とは独立して構成されてもよい。
The A /
A/D変換装置10は、一対の入力端子12と、切替回路14と、A/D変換器16と、処理装置18とを備える。一対の入力端子12は、第1の入力端子IN+と、第2の入力端子IN−とを有し、アナログ電圧Vinが差動入力されるように構成されている。切替回路14は、一対の入力端子12とA/D変換器16との間に設けられており、一対の入力端子12に対して、A/D変換器16が接続される極性の向きを切り替えることができる。即ち、一対の入力端子12へアナログ電圧Vinが入力されたときに、A/D変換器16へ入力される電圧をそのままVinとすることもできるし、極性を反転させて−Vinとすることもできる。
The A /
A/D変換器16は、一対のA/D入力端子Vadin+、Vadin−を有する。一対のA/D入力端子Vadin+、Vadin−には、切替回路14を介してアナログ電圧Vinが差動入力される。A/D変換器16は、一対のA/D入力端子Vadin+、Vadin−に差動入力されたアナログ電圧Vinを、デジタル信号へ変換するように構成されている。以下では、一対のA/D入力端子Vadin+、Vadin−の一方を、第1のA/D入力端子Vadin+と称し、他方を第2のA/D入力端子Vadin−と称して、互いに区別することがある。処理装置18は、A/D変換器16に接続されており、A/D変換器16の出力値(A/D変換値)を用いて、アナログ電圧Vinの正確なA/D変換値を決定する処理や、異常の有無を判定する処理を実行することができる。この点については、後段で詳細に説明する。
The A /
切替回路14の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における切替回路14は、二つの非反転スイッチswAと、二つの反転スイッチswBとを有する。二つの非反転スイッチswAは、第1の入力端子IN+と第1のA/D入力端子Vadin+との間、及び、第2の入力端子IN−と第2のA/D入力端子Vadin−との間に、それぞれ設けられている。一方、二つの反転スイッチswBは、第1の入力端子IN+と第2のA/D入力端子Vadin−との間、及び、第2の入力端子IN−と第1のA/D入力端子Vadin+との間に、それぞれ設けられている。これにより、二つの非反転スイッチswAがターンオンされるとともに、二つの反転スイッチswBがターンオフされると、A/D変換器16は、一対の入力端子12に対して非反転の極性で接続される。一方、二つの非反転スイッチswAがターンオフされるとともに、二つの反転スイッチswBがターンオンされると、A/D変換器16は、一対の入力端子12に対して反転された極性で接続される。即ち、A/D変換器16には、極性を反転させたアナログ電圧Vin(即ち、−Vin)が入力される。
The specific configuration of the
図2を参照して、A/D変換器16の内部構造について説明する。図2に示すように、A/D変換器16は、概して、サンプルホールド回路20と、A/D変換回路22とを有する。なお、図2ではA/D変換回路22の一部が図示省略されているが、A/D変換回路22には、公知の構成を適宜採用することができる。サンプルホールド回路20は、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−を有する。一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−は、一対のA/D入力端子Vadin+、Vadin−にそれぞれ接続されており、一対のA/D入力端子Vadin+、Vadin−に入力されたアナログ電圧Vin(又は−Vin。以下同じ)を保持するように構成されている。一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−に保持されたアナログ電圧Vinは、A/D変換回路22に入力され、A/D変換回路22おいてデジタル信号に変換された後に、処理装置18へ出力される。また、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−は、アナログ電圧Vinが入力される前に、ゼロとは異なるリセット電圧によってリセットされるように構成されている。一例ではあるが、本実施例におけるサンプルホールド回路20では、リセット電圧が5ボルトに設定されている。
The internal structure of the A /
サンプルホールド回路20の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例におけるサンプルホールド回路20では、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−の各一端が、一対の第1スイッチsw1を介して、一対のA/D入力端子Vadin+、Vadin−にそれぞれ接続されている。また、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−の各一端は、一対の第2スイッチsw2を介して、一対の参照電圧Vref+、Vref−にそれぞれ接続されている。なお、一対の参照電圧Vref+、Vref−の間の電位差(例えば5ボルト)が、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−のリセット電圧として機能する。さらに、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−の各一端は、第3スイッチsw3を介して互いに接続されている。一方、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−の各他端は、一対の第4スイッチsw4を介して、コモンモード電圧Vcmに接続されている。また、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−の各他端は、一対の第5スイッチsw5を介して、A/D変換回路22に接続されている。
The specific configuration of the
サンプルホールド回路20の構成は、図3に示すように変更することもできる。図3に示す変形例では、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−に対して、一対の参照電圧Vref+、Vref−が反転して接続されている。このような構成によると、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−は、負のリセット電圧(例えば−5ボルト)によってリセットされる。このように、リセット電圧は、正の値であってもよいし、負の値であってもよく、ゼロボルトでなければよい。
The configuration of the
続いて、A/D変換装置10の動作について説明する。なお、初期状態として、全てのスイッチswA、swB、sw1−sw5は、ターンオフされているとする。先ず、A/D変換装置10は、サンプリングキャパシタCs+、Cs−のリセットを実行する。具体的には、一対の第2スイッチsw2及び一対の第4スイッチsw4がターンオンされる。これにより、一対の参照電圧Vref+、Vref−の間に、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−が直列に接続され、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−にリセット電圧(例えば5ボルト又は−5ボルト)が印加される。
Subsequently, the operation of the A /
次に、A/D変換装置10は、第1のサンプリングを実行する。この第1のサンプリングでは、切替回路14において、二つの非反転スイッチswAがターンオンされるとともに、二つの反転スイッチswBがターンオフされる。また、A/D変換器16では、一対の第2スイッチsw2がターンオフされるとともに、一対の第1スイッチsw1及び一対の第4スイッチsw4がターンオンされる。これにより、入力端子12に入力されたアナログ電圧Vinが、そのままの極性でA/D変換器16に入力され、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−に印加される。一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−には、アナログ電圧Vinに応じた電荷が蓄積される。
Next, the A /
次に、A/D変換装置10は、第1のA/D変換を実施する。この第1のA/D変換では、一対の第1スイッチsw1及び一対の第4スイッチsw4がターンオフされるとともに、第3スイッチsw3及び一対の第5スイッチsw5がターンオンされる。これにより、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−が、A/D変換回路22に対して直列に接続され、A/D変換回路22においてアナログ電圧VinのA/D変換が実行される。このときのA/D変換値をout1とすると、out1=Vin+Vosとなる。ここでいうVosは、A/D変換器16に存在するオフセット電圧(誤差)である。A/D変換値out1は、処理装置18へ入力される。なお、A/D変換値out1の値は、正常時であれば、リセット電圧の値にかかわらず、アナログ電圧Vinに応じて一義に定まる。
Next, the A /
次に、A/D変換装置10は、サンプリングキャパシタCs+、Cs−のリセットを再度実行する。具体的には、第3スイッチsw3及び一対の第5スイッチsw5がターンオフされるとともに、一対の第2スイッチsw2及び一対の第4スイッチsw4がターンオンされる。これにより、一対の参照電圧Vref+、Vref−の間に、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−が直列に接続され、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−にリセット電圧(例えば5ボルト又は−5ボルト)が印加される。
Next, the A /
次に、A/D変換装置10は、第2のサンプリングを実行する。この第2のサンプリングでは、切替回路14において、二つの非反転スイッチswAがターンオフされるとともに、二つの反転スイッチswBがターンオフされる。また、A/D変換器16では、一対の第2スイッチsw2がターンオフされるとともに、一対の第1スイッチsw1及び一対の第4スイッチsw4がターンオンされる。これにより、入力端子12に入力されたアナログ電圧Vinが、反転された極性でA/D変換器16に入力され、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−に印加される。その結果、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−には、アナログ電圧Vinを反転させたアナログ電圧−Vinに応じた電荷が蓄積される。
Next, the A /
次に、A/D変換装置10は、第2のA/D変換を実施する。この第2のA/D変換では、一対の第1スイッチsw1及び一対の第4スイッチsw4がターンオフされるとともに、第3スイッチsw3及び一対の第5スイッチsw5がターンオンされる。これにより、一対のサンプリングキャパシタCs+、Cs−が、A/D変換回路22に対して直列に接続され、A/D変換回路22においてアナログ電圧−VinのA/D変換が実行される。このときのA/D変換値をout2とすると、out2=−Vin+Vosとなる。このA/D変換値out2についても、処理装置18へ入力される。なお、A/D変換値out2の値は、正常時であれば、リセット電圧の値にかかわらず、アナログ電圧−Vinに応じて一義に定まる。
Next, the A /
次に、A/D変換装置10は、処理装置18において、アナログ電圧Vinの正確なA/D変換値outを演算する。このA/D変換値outは、二度のA/D変換による二つの出力値out1、out2を用いて、out=(out1−out2)/2の式により演算される。即ち、二つの出力値の差の半分が、アナログ電圧Vinの最終的なA/D変換値outとされる。前述したように、out1=Vin+Vosであり、out2=−Vin+Vosであるので、out=(out1−out2)/2=Vinとなる。即ち、演算されたA/D変換値outでは、オフセット電圧Vosが相殺されているので、アナログ電圧Vinの正確なA/D変換値を得ることができる。
Next, the A /
上記と同時、又は前後して、処理装置18は、異常の有無を判定する処理を実行する。この処理は、二度のA/D変換による二つの出力値out1、out2を用いて実行される。具体的に、処理装置18は、異常検出電圧out’を、out’=(out1+out2)/2の式により演算する。即ち、異常検出電圧out’は、二度のA/D変換による二つの出力値out1、out2の平均値である。仮に、第1のA/D変換による出力値out1が、アナログ電圧Vinに対する正しい変換値Vin+Vosであり、第2のA/D変換による出力値out2が、アナログ電圧−Vinに対する正しい変換値−Vin+Vosであれば、out’=Vosとなる。ここで、オフセット電圧Vosは、通常、数ミリボルトであることから、正常時における異常検出電圧out’は実質的にゼロボルトに等しくなる。この点については、図4に示すように、リセット電圧の値によらず、また、アナログ電圧Vinの値にもよらない。
Simultaneously with or before and after the above, the
上記に対して、図5−図7に示すように、例えば入力端子12の少なくとも一方が断線していると、第1のA/D変換による出力値out1や、第2のA/D変換による出力値out2は、入力されたアナログ電圧Vinの値に反して、リセット電圧に起因する異常値を示す。この場合、異常検出電圧out’=(out1+out2)/2は、数ボルトの値を示すこととなり、正常時の略ゼロボルトとは大幅に相違する。そのことから、処理装置18は、異常検出電圧out’がゼロボルト近傍の正常範囲にないときは、異常が生じていると判定することができる。ここで、異常時における異常検出電圧out’は、リセット電圧に応じて定まることから、異常の有無を判定するための正常範囲についても、リセット電圧に応じて定めることができる。なお、リセット電圧がゼロボルトであると、異常時における異常検出電圧out’も実質的にゼロボルトとなることから、リセット電圧はゼロボルトとは異なる値に設定する必要がある。その一方で、入力されるアナログ電圧Vinが、リセット電圧の値と等しくてもよいことから、リセット電圧の値に応じて変換可能なアナログ電圧Vinの範囲が制限されることはない。
On the other hand, as shown in FIGS. 5 to 7, for example, when at least one of the
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。 Although some specific examples have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations.
2:シャント抵抗
4:回路ユニット
10:A/D変換装置
12:入力端子(IN+、IN−)
14:切替回路
16:A/D変換器
18:処理装置
20:A/D変換器のサンプルホールド回路
22:A/D変換器のA/D変換回路
Vadin+、Vadin−:A/D入力端子
Vin:アナログ電圧
Vos:オフセット電圧
swA:切替回路16の非反転スイッチ
swB:切替回路16の反転スイッチ
sw1−sw5:サンプルホールド回路20のスイッチ
2: Shunt resistor 4: Circuit unit 10: A / D converter 12: Input terminal (IN +, IN-)
14: Switching circuit 16: A / D converter 18: Processing device 20: Sample hold circuit of A / D converter 22: A / D conversion circuit of A / D converter Vadin +, Vadin-: A / D input terminal Vin : Analog voltage Vos: Offset voltage swA: Non-inverting switch swB of switching circuit 16: Reverse switch sw1-sw5 of switching circuit 16: Switch of
Claims (1)
アナログ電圧が差動入力される一対の入力端子と、
前記一対の入力端子に入力された前記アナログ電圧をA/D変換するA/D変換器と、
前記一対の入力端子と前記A/D変換器との間に設けられており、前記一対の入力端子に対して前記A/D変換器が接続される極性の向きを切り替え可能な切替回路と、
前記A/D変換器の出力値を処理する処理装置と、を備え、
前記A/D変換器は、前記切替回路による極性の切り替えを挟んで二度のA/D変換を実施するとともに、それぞれのA/D変換ではサンプリングキャパシタをゼロボルトでないリセット電圧でリセットし、
前記処理装置は、前記二度のA/D変換による二つの出力値の和又は前記二つの出力値の平均値が、前記リセット電圧に応じて定められた、ゼロボルトを含む正常範囲内にあるのか否かに基づいて、異常の有無を判定する、
A/D変換装置。 It is an A / D converter
A pair of input terminals to which analog voltage is differentially input, and
An A / D converter that A / D-converts the analog voltage input to the pair of input terminals,
A switching circuit provided between the pair of input terminals and the A / D converter and capable of switching the direction of the polarity to which the A / D converter is connected to the pair of input terminals.
A processing device for processing the output value of the A / D converter is provided.
The A / D converter performs two A / D conversions with the polarity switched by the switching circuit, and resets the sampling capacitor with a reset voltage other than zero volt in each A / D conversion.
In the processing apparatus, is the sum of the two output values obtained by the two A / D conversions or the average value of the two output values within the normal range including zero volt determined according to the reset voltage? Judging the presence or absence of abnormality based on whether or not
A / D converter.
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