JPS6048621A - Periodic waveform analog-digital converting system - Google Patents

Periodic waveform analog-digital converting system

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JPS6048621A
JPS6048621A JP15759483A JP15759483A JPS6048621A JP S6048621 A JPS6048621 A JP S6048621A JP 15759483 A JP15759483 A JP 15759483A JP 15759483 A JP15759483 A JP 15759483A JP S6048621 A JPS6048621 A JP S6048621A
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digital
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converter
waveform
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters

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

Abstract

PURPOSE:To attain highly accurate A/D conversion by providing newly a choice value being a correcting amount 0 in correcting a digital data in a digital waveform memory. CONSTITUTION:An output analog signal of the digital waveform memory 13 and an input analog signal are compared for the level by a tri-state comparator 12 and a digital data in the digital waveform memory 13 is corrected in response to the result of comparison discrimination, then the correcting amount is selected and set from tri-state of a prescribed negative, positive and zero value depending on the result of discrimination. Thus, the A/D conversion of resolution B-bit is attained by using an A/D converter 14 in resolution B-bit.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、はぼ同じ形状の波形が一定周期で繰返される
入力アナログ信号をディジタル信号に変換する周期波形
A/D変換方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a periodic waveform A/D conversion method for converting an input analog signal, in which a waveform having an almost identical shape is repeated at a constant cycle, into a digital signal.

[発明の技術的背景とその問題点コ アナログ信号波形を一定間隔Tでサンプリングしたサン
プル値系列をディジタル信号系列に変換するには、一般
にA/D変換器が用いられる。しかし、ビデオ帯域のよ
うな高い周波数に対応できるA/D変換器は極めて高価
なので、例えばテレビ信号の垂直同期信号部のような周
期的なアナログ波形に限っては、その周期性を利用して
通常のA/D変換器を用いないA/D変換方式が採用さ
れることがある。
[Technical background of the invention and its problems] An A/D converter is generally used to convert a sample value series obtained by sampling a core analog signal waveform at regular intervals T into a digital signal series. However, A/D converters that can handle high frequencies such as those in the video band are extremely expensive, so they cannot be used for periodic analog waveforms such as the vertical synchronization signal part of a television signal. An A/D conversion method that does not use a normal A/D converter may be adopted.

第1図はそのような周期波形A/D変換方式を示したも
ので、A/D変換がほぼ終了した後の平衡状態でみると
、ディジタル波形メモリ3には入ノj端子1に与えられ
る入力アナログ信号波形の周期性を持つ所定区間部分が
複数サンプルからなるディジタルデータとして記憶保持
されている。このディジタル波形メモリ3の内容は、タ
イミング回路6の制御のもとにサンプリング時刻の順に
読み出され、D/A変換器4でアナログ信号に変換され
る。D/A変換器4の出力信号と入力アナログ信号とは
共に比較器2に入力され、両者のレベルの大小関係がサ
ンプリング時刻ごとに2値判定される。この比較判定結
果に応じてディジタル波形メモリ3の出力の各サンプリ
ング時刻に対応するディジタルデータが修正回路5でΔ
(量子化レベル)だけ増減された上、再びディジタル波
形メモリ3の所定位置に戻される。
Figure 1 shows such a periodic waveform A/D conversion method. When viewed in an equilibrium state after the A/D conversion is almost completed, the digital waveform memory 3 has a signal that is given to the input terminal 1. A predetermined periodic period of the input analog signal waveform is stored and held as digital data consisting of a plurality of samples. The contents of this digital waveform memory 3 are read out in order of sampling time under the control of a timing circuit 6, and converted into an analog signal by a D/A converter 4. The output signal of the D/A converter 4 and the input analog signal are both input to the comparator 2, and the magnitude relationship between the two levels is determined in a binary manner at each sampling time. In accordance with the result of this comparison, the digital data corresponding to each sampling time of the output of the digital waveform memory 3 is converted into Δ by the correction circuit 5.
(quantization level) and then returned to a predetermined position in the digital waveform memory 3.

以上のようなディジタル波形メモリ3の内容の修正が入
力アナログ信号の1周期毎に繰返し行なわれることによ
って、ディジタル波形メモリ3の内容は次第に入力アナ
ログ信号の波形に漸近し、平衡状態においては±Δの振
動を伴いつつ入力アナログ信号波形をA/D変換したも
のとなる。
By repeatedly modifying the contents of the digital waveform memory 3 as described above for each cycle of the input analog signal, the contents of the digital waveform memory 3 gradually approach the waveform of the input analog signal, and in an equilibrium state, the contents of the digital waveform memory 3 gradually approach the waveform of the input analog signal, and in the equilibrium state The input analog signal waveform is A/D converted with vibrations.

このようなA/D変換方式によれば、通常のA/D変換
器を用いず、代りにD 、/ A変換器を用いているの
で、サンプリング周波数が高い場合においても比較的安
価に装置を実現できるという利点がある。
According to this A/D conversion method, a D/A converter is used instead of a normal A/D converter, so even when the sampling frequency is high, the device can be installed at a relatively low cost. It has the advantage of being achievable.

しかしながら上記した従来のA/D変換方式では次のよ
うな難点があった。
However, the conventional A/D conversion method described above has the following drawbacks.

第2図は第1図におけるディジタル波形メモリ3内のデ
ィジタルデータ(波形データ)が時間的にどのような経
過をたどるかを模式的に示した図である。第2図におい
て横軸は入力アナログ信号波形の周期(τ)で目盛った
時間であり、縦軸は波形データ(Bビット)のディジタ
ル値を示している。Δは波形データの1量子化レベルで
、Δ=2−B である。1回の修正では、波形データは
±Δだけ修正されるものとしている。図中、実線は例え
ば第に番目のサンプル(Xk)に着目したもの、点線は
第Hc+1)番目のサンプル(Xk+、)に着目したも
のである。Xk ’ xk+1等は定常状態ではほぼ一
定で、±Δの範囲で変動するだけであるが、一般には入
力アナログ信号に含まれる雑音成分の影響で±Δより大
きく変動することもある。
FIG. 2 is a diagram schematically showing how the digital data (waveform data) in the digital waveform memory 3 in FIG. 1 progresses over time. In FIG. 2, the horizontal axis represents time scaled by the period (τ) of the input analog signal waveform, and the vertical axis represents the digital value of the waveform data (B bit). Δ is one quantization level of waveform data, and Δ=2−B. In one correction, the waveform data is corrected by ±Δ. In the figure, the solid line is the one focused on the th sample (Xk), and the dotted line is the one focused on the Hc+1)th sample (Xk+, ). Xk ′ xk+1 etc. are almost constant in a steady state and only fluctuate within the range of ±Δ, but generally they may fluctuate more than ±Δ due to the influence of noise components contained in the input analog signal.

図から明らかなように、±Δなる修正を行なう従来のA
/D変換方式においては、ある周期を起点として、2周
期後にとりうるレベルを考えると、O9±2Δの3通り
しかなく、±Δということはあり得ない。すなわち奇数
番目の周期では0印のレベル、偶数番目の周期ではx印
のレベルしかとり得ないことが分る。但し初期状態は全
ての波形データは同一レベルにあるとする。このことは
、ある周期についての波形データ修正が終了した時点で
ディジタル波形メモリ3の内容を見ると、そこに収容さ
れている波形データの値は、実はBビット分解能ではな
く、(B−1>ビット分解能にしかなっていないことを
意味する。すなわち従来の方式では折角BビットのD/
A変換器を用いながら、実際には(B−1)ピッ1〜分
解能のA/D変換出力しか得られていなかったことにな
る。
As is clear from the figure, the conventional A
In the /D conversion method, when considering the levels that can be taken two cycles after a certain period, there are only three possible levels: O9±2Δ, and ±Δ is impossible. That is, it can be seen that in odd-numbered cycles, only the 0-mark level can be taken, and in even-numbered cycles, only the x-mark level can be taken. However, it is assumed that all waveform data are at the same level in the initial state. This means that if you look at the contents of the digital waveform memory 3 when the waveform data correction for a certain period is finished, the value of the waveform data stored there is actually not B-bit resolution, but (B-1> This means that the conventional method only has a D/bit resolution of B bits.
Although the A converter was used, in reality only an A/D conversion output with a resolution of (B-1) P1 or higher was obtained.

[発明の目的1 本発明の目的は、D/A変換器の本来布している分解能
を最大限に活かしてより高精度のA/D変換を行なうこ
とができる周期波形A/D変換方式を提供することにあ
る。
[Objective of the Invention 1 The object of the present invention is to provide a periodic waveform A/D conversion method that can perform A/D conversion with higher precision by making the most of the inherent resolution of a D/A converter. It is about providing.

[発明の概要] 本発明はディジタル波形メモリの出力信号をアナログ信
号に変換するD/A変換器の出力と入力アナログ信号と
をレベル比較して、その比較判定結果に応じてディジタ
ル波形メモリ内のディジタルデータを修正するに際し、
その修正量を上記判定結果に応じて正、負の一定値およ
び0の3値がら選択設定するようにしたことを特徴とし
てる。
[Summary of the Invention] The present invention compares the levels of the output of a D/A converter that converts the output signal of the digital waveform memory into an analog signal and the input analog signal, and converts the output signal of the digital waveform memory in accordance with the comparison result. When modifying digital data,
The present invention is characterized in that the amount of correction is selected from three values, positive, negative constant values, and 0, depending on the above-mentioned determination result.

[発明の効果コ 本発明によれば、周期波形のアナログ信号をA/D変換
するに際し、ディジタル波形メモリ内のディジタルデー
タに対する修正に当り修正量0という選択肢を新たに設
けたことにより、使用するD/A変換器の分解能を最大
限に活かしてD/A変換器自体の分解能に等しいピッミ
ル数のより高精度なA/D変換出力を得ることができる
[Effects of the Invention] According to the present invention, when performing A/D conversion of a periodic waveform analog signal, a new option of a correction amount of 0 is provided when correcting digital data in a digital waveform memory. By making full use of the resolution of the D/A converter, it is possible to obtain a more accurate A/D conversion output with a Pimmil number equal to the resolution of the D/A converter itself.

[発明の実施例] 第3図は本発明による周期波形A/D変換方式の一実施
例を示したものである。
[Embodiment of the Invention] FIG. 3 shows an embodiment of the periodic waveform A/D conversion method according to the present invention.

入力端子11に印加される周期的な入力アナログ信号は
比較器12の2つの入力端子の一方に入力される。比較
器12の他方の入力端子にはD/A変換器14の出力が
接続されている。D/A変換器14へのディジタル入力
はディジタル波形メモリ13から供給される。
A periodic input analog signal applied to input terminal 11 is input to one of two input terminals of comparator 12. The output of the D/A converter 14 is connected to the other input terminal of the comparator 12. Digital input to D/A converter 14 is provided from digital waveform memory 13.

ここで、比較器12は3値比較器であり、入力端子11
から供給される入力アナログ信号を+Δ/2.−Δ/2
なるレベルだけシフトするレベルシフ1〜回路21.2
2と、これらのレベルシフト回路21.22の出力を一
方の入力とし、D/A変換器14の出力を他方の入力と
する2つの2値比較器23.24と、これらの2値比較
器23゜24の出力を入力とする符号変換回路25とか
ら構成される。符号変換回路25は次表に示される入出
力特性を持っている。
Here, the comparator 12 is a ternary comparator, and the input terminal 11
+Δ/2. −Δ/2
Level shift 1 to circuit 21.2 that shifts the level by
2, and two binary comparators 23 and 24, which have one input as the output of these level shift circuits 21 and 22 and the other input as the output of the D/A converter 14, and these two binary comparators. The code conversion circuit 25 receives the output of 23°24 as input. The code conversion circuit 25 has input/output characteristics shown in the following table.

この場合、符号変換回路25の出力Gよ並列8ビツトか
らなる2の補数表示からなるディジタル(言号である。
In this case, the output G of the code conversion circuit 25 is a digital signal (a word) consisting of two's complement representation consisting of parallel 8 bits.

上表から分るように比較器1:1IA=”L”(ローレ
ベル)、B=”ビのとき、すなわち比較器12の2つの
入力のレベル差が672未満であればOを出力し、A”
”’H”<Aイレベル)、B=”1′のとき、すなわち
入力レベル差が672以上であって、入力アナログ信号
の方り一〇 /’ A変換器14の出力信号より大きい
ときGよ」−Δを出力し、またレベル差が672以上で
両信号の大小関係が逆のときは一方を出力する。従って
比較器12の入出力特性は第4図に示すよう【こなり、
入力レベル差が−Δ/2〜Δ/2の罰が不感帯となる。
As can be seen from the table above, comparator 1:1 outputs O when IA="L" (low level) and B="BI, that is, the level difference between the two inputs of comparator 12 is less than 672, A"
``'H''< A level), B = ``1'', that is, when the input level difference is 672 or more and the direction of the input analog signal is greater than the output signal of the A converter 14, G. "-Δ, and when the level difference is 672 or more and the magnitude relationship between the two signals is opposite, one of the signals is output. Therefore, the input/output characteristics of the comparator 12 are as shown in FIG.
The penalty area where the input level difference is between -Δ/2 and Δ/2 becomes a dead zone.

但し、Δはディジタル波形メモリ13内のディジタルデ
ータの量子化ステップである。
However, Δ is the quantization step of the digital data in the digital waveform memory 13.

比較器12の出力Cは加算器15に修正データとして与
えられ、これによってディジタル波形メモリ13内の対
応するディジタルデータが+Δ。
The output C of the comparator 12 is given to the adder 15 as corrected data, thereby changing the corresponding digital data in the digital waveform memory 13 to +Δ.

Olまたは一方だけ修正される。Ol or only one is modified.

人力アナログ信号の次の周期の波形が到来したときにも
同じ動作が行なわれ、以後入力アナログ信号の周期に同
期して同じ動作が継続的に繰返される。これによってデ
ィジタル波形メモリ13内のディシルデータ(波形デー
タ)は、次第に入力アナログ信号のサンプル値に漸近し
ていき、誤差の絶対値が672未満になると、比較器1
2の出力がOになるので、それ以上の修正が行なわれな
くなって定常状態に達する。但しこれは入力アナログ信
号が雑音を一切含まない場合のことであって、雑音成分
が重畳している場合には、ディジタル波形メモリ13の
内容は雑音の大きさに応じた変動を伴う。こうしてディ
ジタル波形メモリ13に収納された波形データは、タイ
ミング回路16の制御のもとに適宜読出され、A/D変
換出力17として取出される。
The same operation is performed when the waveform of the next cycle of the human input analog signal arrives, and thereafter the same operation is continuously repeated in synchronization with the cycle of the input analog signal. As a result, the digital data (waveform data) in the digital waveform memory 13 gradually approaches the sample value of the input analog signal, and when the absolute value of the error becomes less than 672, the comparator 1
Since the output of 2 becomes O, no further correction is made and a steady state is reached. However, this applies when the input analog signal does not contain any noise; if a noise component is superimposed, the contents of the digital waveform memory 13 will vary depending on the magnitude of the noise. The waveform data thus stored in the digital waveform memory 13 is read out as appropriate under the control of the timing circuit 16 and taken out as an A/D conversion output 17.

上記実施例において、ディジタル波形メモリ13内の波
形データがとりうるレベルに“ついて考えてみると、デ
ィジタル波形メモリ13がBビットであれば、2B個の
すべてのレベルを原理的にとり得る。これは修正量がO
(つまり無修正)という選択肢があるために第5図に示
すようにある時点、例えばt=3τの時点に注目すると
、2周期後のt=5τの時点におけるレベルは、元のレ
ベルに対してO2±Δ、±2Δの5通りがあり得るから
である。
In the above embodiment, if we consider the possible levels of the waveform data in the digital waveform memory 13, if the digital waveform memory 13 has B bits, it can take all 2B levels in principle. The amount of correction is O
(In other words, no correction) is an option, so if we focus on a certain point in time, for example, t=3τ, as shown in Figure 5, the level at t=5τ two cycles later will be lower than the original level. This is because there are five possible values: O2±Δ and ±2Δ.

このように、本発明によれば分解能BビットのD/A変
換器14を用いて、分解能BビットのA10変換を行な
うことができ、その効果は(B−1)ビット分解能のA
/D変換しか行なえなかった従来方式に対比して顕著で
ある。
As described above, according to the present invention, it is possible to perform A10 conversion with a B-bit resolution using the D/A converter 14 with a B-bit resolution, and the effect is (B-1) A10 conversion with a B-bit resolution.
This is remarkable compared to the conventional method which could only perform /D conversion.

なお上記実施例では、比較器14の入出力特性として第
4図に示すものを仮定したが、不感帯の幅は必ずしも±
Δ/2に正確に一致していなければならないわけではな
く、おおよそ±Δ/2であれば、上述した効果は実質的
に期待できる。
In the above embodiment, the input/output characteristics of the comparator 14 are assumed to be those shown in FIG. 4, but the width of the dead zone is not necessarily ±
It is not necessary to exactly match Δ/2, but as long as it is approximately ±Δ/2, the above-mentioned effect can be substantially expected.

本発明のもう一つの実施例を第6図に示す。この実施例
においては、比較器12を21i!比較器31と、この
2値比較器31の比較判定結果を1周期分ないし数周期
分、一時記憶する判定結果メモリ32と演算回路33に
より構成されている。
Another embodiment of the invention is shown in FIG. In this embodiment, the comparator 12 is set to 21i! It is composed of a comparator 31, a determination result memory 32 that temporarily stores the comparison and determination results of the binary comparator 31 for one cycle or several cycles, and an arithmetic circuit 33.

演算回路33はメモリ32に記憶されている過去1〜数
周期分の判定結果と比較器31の最新の判定結果との双
方を用いて所定の演算を行ない、十△、O9または一Δ
のいずれかを出ツノする。その演算は例えば過去2周期
の判定結果と最新の判定結果の3つの正負情報を用いて
、3つともが正であれば+Δを、3つともが負であれば
−Δを、その他の場合はOを出力するというものである
The arithmetic circuit 33 performs a predetermined calculation using both the judgment results for one to several past cycles stored in the memory 32 and the latest judgment result of the comparator 31, and calculates 10△, O9 or 1△.
One of them comes out. The calculation uses, for example, three pieces of positive/negative information: the judgment results of the past two cycles and the latest judgment result, and if all three are positive, +Δ, if all three are negative, -Δ, and in other cases. outputs O.

このようにすれば、比較器31自体は2値であっても、
3値出力を得ることが可能である。
In this way, even if the comparator 31 itself is binary,
It is possible to obtain a ternary output.

以上の実施例は説明を分りやすくするために、比較器1
2および加算器15からなる修正手段が具体的なハード
ウェアであるかのごとくに述べたが、これは単に説明の
便宜のためであって、この部分をマイクロプロセッサに
よりソフト上の演算で行なうことも勿論可能である。本
発明の主旨は、ディジタル波形メモリの内容の修正量を
3値化することにあるのであって、そのためのハードウ
ェア構成は上記した2つの実施例に限定されるものでは
ない。
In the above embodiment, in order to make the explanation easier to understand, the comparator 1
2 and the adder 15 has been described as if it were concrete hardware, but this is merely for the convenience of explanation, and this part is performed by software calculations using a microprocessor. Of course, it is also possible. The gist of the present invention is to ternarize the amount of modification of the contents of a digital waveform memory, and the hardware configuration for this purpose is not limited to the two embodiments described above.

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

第1図は従来の周期波形A/D変換方式の構成を示す図
、第2図はその問題点を説明するためのディジタル波形
メモリ内のデータの修正状態を示す図、第3図は本発明
の一実施例に係る周期波形A/D変換方式の構成を示す
図、第4図は同実施例における比較器の入出力特性を示
す図、第5図は同実施例にお1ノるディジタル波形メモ
リ内のデータのとり得る値を示す図、第6図は本発明に
係る周期波形A/D変換方式の他の実施例の構成を示す
図である。 11・・・アナログ信号入力端子、12・・・3値比較
器、13・・・ディジタル波形メモリ、14・・・D/
A変換器、15・・・加算器、16・・・タイミング回
路。 17・・・A/D変換出力、21.22・・・レベルシ
フト回路、23.24.31・・・2値比較器、25・
・・符号変換回路、32・・・判定結果メモリ、33・
・・演算回路。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 0 0 0 0 第3図 7 第41・:
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional periodic waveform A/D conversion method, FIG. 2 is a diagram showing a state of correction of data in the digital waveform memory to explain the problem, and FIG. 3 is a diagram showing the state of correction of data in the digital waveform memory. A diagram showing the configuration of a periodic waveform A/D conversion system according to one embodiment, FIG. 4 is a diagram showing the input/output characteristics of a comparator in the same embodiment, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing possible values of data in the waveform memory, and is a diagram showing the configuration of another embodiment of the periodic waveform A/D conversion method according to the present invention. 11... Analog signal input terminal, 12... Three-value comparator, 13... Digital waveform memory, 14... D/
A converter, 15...adder, 16...timing circuit. 17... A/D conversion output, 21.22... Level shift circuit, 23.24.31... Binary comparator, 25.
... code conversion circuit, 32 ... judgment result memory, 33.
...Arithmetic circuit. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 2 0 0 0 0 Figure 3 7 No. 41:

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)周期的に繰返される入力アナログ信号の波形を複
数サンプルからなるディジタルデータとして記憶保持す
るためのディジタル波形メモリと、このディジタル波形
メモリの出力データをアナログ信号に変換するD/A変
換器と、このD/A変換器の出力信号と入力アナログ信
号とをレベル比較しその比較判定結果に応じて前記ディ
ジタル波形メモリ内のディジタルデータを修正する修正
手段とを備え、前記ディジタル波形メモリからA/D変
換出力を得る周期波形A/D変換方式において、前記修
正手段は前記比較判定結果に応じて前記ディジタル波形
メモリ内のディジタルデータに対する修正量を正、負の
一定値およびOの3!INから選択設定するものである
ことを特徴とする周期波形A/D変換方式。 (z 修正手段はD/A変換器の出力信号と入力アナロ
グ信号とのレベル差が所定値以上のときはそのレベルの
大小関係に応じて正または負の一定値を修正量として選
択設定し、上記レベル差が所定値未満のときは0を修正
量として選択設定するものであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の周期波形A/D変換方式。 (3) *王手段は入力アナログ信号の複数周期期間に
おけるD/A変換器の出力信号と入力アナログ信号との
レベルの大小関係によって修正量を選択設定するもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の周期
波形A/D変換方式。
[Claims] (1) A digital waveform memory for storing and holding the waveform of a periodically repeated input analog signal as digital data consisting of a plurality of samples, and converting the output data of this digital waveform memory into an analog signal. comprising a D/A converter and a correction means for comparing the levels of the output signal of the D/A converter and the input analog signal and correcting the digital data in the digital waveform memory according to the comparison result; In a periodic waveform A/D conversion method that obtains an A/D conversion output from a digital waveform memory, the modification means adjusts the amount of modification to the digital data in the digital waveform memory to a positive constant value, a negative constant value, or O's 3! A periodic waveform A/D conversion method characterized in that selection and setting are performed from IN. (z When the level difference between the output signal of the D/A converter and the input analog signal is more than a predetermined value, the correction means selects and sets a positive or negative constant value as the correction amount depending on the magnitude relationship of the level, The periodic waveform A/D conversion method according to claim 1, characterized in that when the level difference is less than a predetermined value, 0 is selected and set as the correction amount. (3) *The main means is Claim 1, characterized in that the correction amount is selected and set according to the level relationship between the output signal of the D/A converter and the input analog signal during a plurality of cycle periods of the input analog signal. Periodic waveform A/D conversion method.
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JPH0137046B2 (en) 1989-08-03

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