(57)【要約】【課題】絶縁型のＡＤ変換器において、高い絶縁耐圧を得るために機械振動による信号伝達をしようとすると、伝達時間が一定せず同期が取れないため、ΔΣ変調信号のような時間方向へ変調された信号を処理するのが困難であった。【解決手段】ＳＡＷディレイラインである送信用電極対及び受信用電極対と、ＡＤ変換動作及び復調動作に必要なタイミングを生成するためのＳＡＷ共振子とを、同じ圧電単結晶上に形成する構成とした。このＳＡＷ素子を、入力側の変調回路２０と出力側の復調回路３０との間の変調信号伝達に用いることで、入出力間を電気的に絶縁するために機械的な信号伝達を用いても正しく同期がとれるＡＤ変換器を構成することが可能となる。【選択図】図１
2014187606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの発振用電極対と、送信用電極対と、受信用電極対と、を圧電基板の所定の表面にそれぞれ離間して形成してなるＳＡＷ素子と、
前記発振用電極対の一方の電極対を駆動してクロック信号を出力し、前記発振用電極対の他方の電極対から得られる前記クロック信号に対応した所定の位相差の同期信号出力する発振回路と、
アナログ信号を入力し前記クロック信号を基にして該アナログ信号をデルタシグマ変換し、前記送信用電極対を駆動する変調回路と、
前記変調回路とは電気的に絶縁され、前記受信用電極対から得られる信号を、前記同期信号を基にして２値化して前記アナログ信号に対応したデジタル信号として出力する復調回路と、
を備えることを特徴とする絶縁型ＡＤ変換器。
【請求項２】
前記発振用電極対と前記送信用電極対及び前記受信用電極対との間に、前記圧電基板に現れるそれぞれの振動の影響を遮断するよう配置された遮断手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の絶縁型ＡＤ変換器。
【請求項３】
前記遮断手段は、前記表面に設ける所定の深さの溝であることを特徴とする請求項２に記載の絶縁型ＡＤ変換器。
【請求項４】
前記遮断手段は、前記表面に設ける所定の電極幅と電極間距離とを有する電極であることを特徴とする請求項２に記載の絶縁型ＡＤ変換器。
【請求項５】
前記送信用電極対及び前記受信用電極対は、前記クロック信号の周波数に対応する電極幅と電極間距離とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の絶縁型ＡＤ変換器。
【請求項６】
前記発振用電極対は、前記周波数に応じた電極幅と電極間距離とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の絶縁型ＡＤ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号をデジタル信号へ符号化するＡＤ変換器に関するものであり、特にその入力信号側（１次側）と出力信号側（２次側）との間の信号伝達を、圧電振動を介して行うための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、絶縁型のＡＤ変換器が提案されている。特に近年では、高精度な電源系監視用途向けとして、実質的に高い分解能が得られるデルタシグマ（以降、ΔΣと記載する）変調による、高絶縁耐圧のＡＤ変換器が要求されている。
【０００３】
絶縁型ＡＤ変換器は、絶縁型のインターフェイスを有するものであるが、そのような構成は、多くの提案を見るものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図４は、特許文献１に示した従来技術を説明しやすいように書き直したものである。
この絶縁型のインターフェイスは、信号処理用の半導体集積回路１及び５の上面に、絶縁される１次側（ＶＤＤ１とＧＮＤ１との間の電源系）と２次側（ＶＤＤ２とＧＮＤ２との間の電源系）との間の信号伝達のための結合容量３（キャパシタ）を形成し、この結合容量３及び負荷抵抗４による微分回路を介して、パルスの両エッジで信号伝達を行う絶縁アンプである。結合容量３には高耐圧のものを用いる。
【０００５】
絶縁耐圧を得る構造としては、これ以外に薄膜トランスを使った磁気的なものや、発光素子を使った光学的なものなどがあるが、特殊なプロセスで製造されるため高価であったり、長期間連続動作の耐久性が低いといった問題があった。
【０００６】
そこで、簡単に絶縁耐圧を上げるために、機械振動を利用することが考えられる。例えば、ＳＡＷ（表面弾性波）を筐体表面上の信号伝達手段にする構造である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
特許文献２は、１次側からは高周波でＡＳＫ変調された弾性波を送信し、２次側ではこの弾性波信号に低域通過フィルタを介して復調するものである。この構造を絶縁型ＡＤ変換器に応用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３６０１２号公報（５〜６頁、図１〜２）
【特許文献２】特開昭６０−１９８５２６号公報（３〜４頁、図４〜６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示した従来技術は、高耐圧な誘電層を半導体集積回路１及び５の上にさらに形成するという、汎用的でない特殊な製造プロセスが必要であった。
またそれ以外にも、容量方式においては高い絶縁特性を得るために誘電層を厚くすると、容量値が減少して電界による結合が弱くなるという、原理的な問題があった。
【００１０】
ところで、１次側で変調された信号を２次側で復調するためには、同期用の信号が双方に必要である。前述のΔΣ変調信号のように時間方向へ変調された信号は、パルスの時間的な長さや位置が重要だからである。
【００１１】
特許文献２に示した従来技術のように、単に振動伝達させるだけでは２次側への信号到達時間が経路によってまちまちであるから、正確な同期を取ること自体が困難であるという問題があった。つまり、１次側から２次側に高精度に信号を伝達できないという課題があった。
【００１２】
本発明は上記課題を解決し、高い絶縁特性と耐久性とを備え、製造が容易で高精度な絶縁型ＡＤ変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の絶縁型ＡＤ変換器は、以下の構成を採用する。
【００１４】
２つの発振用電極対と、送信用電極対と、受信用電極対と、を圧電基板の所定の表面にそれぞれ離間して形成してなるＳＡＷ素子と、
発振用電極対の一方の電極対を駆動してクロック信号を出力し、発振用電極対の他方の電極対から得られるクロック信号に対応した所定の位相差の同期信号出力する発振回路と、
アナログ信号を入力しクロック信号を基にして該アナログ信号をデルタシグマ変換し、送信用電極対を駆動する変調回路と、
変調回路とは電気的に絶縁され、受信用電極対から得られる信号を、同期信号を基にして２値化してアナログ信号に対応したデジタル信号として出力する復調回路と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
発振用電極対と送信用電極対及び受信用電極対との間に、圧電基板に現れるそれぞれの振動の影響を遮断するよう配置された遮断手段を備えるようにしてもよい。
【００１６】
遮断手段は、表面に設ける所定の深さの溝であるようにしてもよい。
【００１７】
遮断手段は、表面に設ける所定の電極幅と電極間距離とを有する電極であるようにしてもよい。
【００１８】
送信用電極対及び受信用電極対は、クロック信号の周波数に対応する電極幅と電極間距離とを有するようにしてもよい。
【００１９】
発振用電極対は、周波数に応じた電極幅と電極間距離とを有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の絶縁型ＡＤ変換器によれば、金属膜をパターニングするというプロセスで容易に製造可能なＳＡＷ素子を用い、安価で高い絶縁耐圧と耐久性を備えた、機械振動での信号伝達による絶縁型ＡＤ変換器が実現できる。
【００２１】
また、ＡＤ変換動作のためのクロック信号源を一体化している。このクロック信号源により安定した同期復調ができるので、ＡＤ変換に高精度なΔΣ方式の変調回路を利用することができる。
【００２２】
特に、クロック源としてＳＡＷ共振子を使った発振回路を用いることができるため、リングオシレータのような半導体回路のみの発振回路で生成したクロックと比較して、はるかに周波数安定性が高く、低ジッタなクロック信号が得られる。このため、単純な構成で高速化に向く連続時間型のΔΣ変調器を用いることができ、量子化ノイズを容易に低減可能になるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態である絶縁型ＡＤ変換器の構成を説明する回路図である。
【図２】ＳＡＷ素子の電極パターン形状を説明する平面図である。
【図３】絶縁型ＡＤ変換器の要部信号波形を説明する波形図である。
【図４】従来の絶縁型インターフェイスの構成を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の絶縁型ＡＤ変換器は、ΔΣ変調動作のクロック生成のための共振子と、ΔΣ変調された信号を２次側へ絶縁伝達するためのディレイラインとを同一の圧電単結晶基板上に形成する。
【００２５】
変調信号の伝達にはＳＡＷ方式のディレイラインを用いる。また、変調クロックの生成のためにはＳＡＷ方式の共振子を用いる。特にこのＳＡＷ素子（ＳＡＷ共振子）には、絶縁同期クロックを２次側へ伝達する機能も備えている。これらは同一の圧電基板上の近傍に配置されるため、機械的及び電気的な特性が揃ったものとなる。
【００２６】
このため、ＳＡＷ素子の共振周波数を決める弾性波の速度と、変調信号の伝達速度との関係は常に一定となる。仮に製造誤差の影響や周囲温度変化で弾性波の速度が変化することでクロック周波数が変動しても、伝達速度もこれに追従するため、２次側での復調動作が確実となる。
【００２７】
ＳＡＷ素子には、水晶などの圧電単結晶を利用できる。圧電材料は絶縁材料でもあり、数〜数１０マイクロメートル程度のギャップで高い絶縁耐圧が容易に得られる。また単結晶材料は極めて安定な物質であるため、長時間の連続動作による特性の劣化が少なく、数１０ピコメートル程度の僅かな表面が振動するだけであるので、長期間連続動作での耐久性も高い。
【００２８】
以下、このような絶縁型ＡＤ変換器を実現するための形態について図面を参照して詳述する。
まず図１及び図２を参照して全体構成を説明する。次に図２を主に参照してＳＡＷ素子の構成及び製造方法を説明する。その後に、図３を参照して全体の動作を説明する。
【００２９】
［全体構成説明：図１、図２］
まず、図１及び図２を用いて絶縁型ＡＤ変換器の全体構成について説明する。
絶縁型ＡＤ変換器１００は、発振回路１０と変調回路２０と復調回路３０とＳＡＷ素子４０とで構成する。
この絶縁型ＡＤ変換器１００は、機械的な信号伝達をするＳＡＷディレイラインと、ＡＤ変換動作に必要なクロックを得るためのＳＡＷ共振子とを同じ圧電単結晶上に備えた、ＳＡＷ素子４０による絶縁型ＡＤ変換器である。
【００３０】
発振回路１０がＳＡＷ共振子の共振周波数で発振し、そこから得られるクロックで入力信号をΔΣ変調し、この結果をＳＡＷディレイラインを介して復調回路３０へ絶縁伝達する。発振用電極対４１が上述のＳＡＷ共振子に相当し、送信用電極対４２と受信用電極対４３とがＳＡＷディレイラインに相当する。
【００３１】
絶縁型ＡＤ変換器１００を構成する各要素について説明する。
ＳＡＷ素子４０は、発振用電極対４１として、第１の発振用電極対４１Ａと第２の発振用電極対４１Ｂとを備えている。また送信用電極対４２として、第１の送信用電極対４２
Ａと第２の送信用電極対４２Ｂとを備えている。さらに受信用電極対４３として、第１の受信用電極対４３Ａと第２の受信用電極対４３Ｂとを備えている。
ＳＡＷ素子４０の詳細な構成については後述する。
【００３２】
発振回路１０は、発振インバータ回路１１と同期ピックアップ回路１２とで構成する。
発振回路１０は、クロック信号Ｓ１１と、同期クロック信号Ｓ１２とを生成する。
【００３３】
発振インバータ回路１１は、所定の周波数で適切なゲインと位相余裕をもたせた高周波アンプ回路である。発振インバータ回路１１は、その入出力間に第１の発振用電極対４１Ａを接続することで帰還ループを形成し、発振動作を行う構成としている。発振インバータ回路１１の出力としてクロック信号Ｓ１１が出力される。なお、入力信号はＳ１３である。
【００３４】
同期ピックアップ回路１２は、高速動作でかつ低入力インピーダンスな電流−電圧変換回路であり、圧電効果によって第２の発振用電極対４１Ｂに発生する信号を増幅出力する。同期ピックアップ回路１２の出力として同期クロック信号Ｓ１２が出力される。なお、入力信号はＳ１４である。
【００３５】
変調回路２０は、ΔΣ変調回路２１とドライブ回路２２とで構成する。ドライブ回路２２は、第１の送信用電極対４２Ａを電圧駆動する第１のドライブ回路２２Ａと、第２の送信用電極対４２Ｂを電圧駆動する第２のドライブ回路２２Ｂとからなる。
変調回路２０は、ＡＤ変換器としてのアナログ入力信号ＩＮを受け、第１のドライブ信号Ｓ２２Ａと、第２のドライブ信号Ｓ２２Ｂとを出力する。
【００３６】
変調回路２０は、クロック信号Ｓ１１に同期して、入力信号ＩＮにΔΣ変調処理を行う変調回路である。ΔΣ変調回路２１としては、内部の差分演算と積分演算にスイッチング回路を用いない、連続時間型と呼ばれる構成の変調回路を用いる。ΔΣ変調回路の出力はΔΣ変調出力Ｓ２１である。
【００３７】
ドライブ回路２２を構成する第１のドライブ回路２２Ａと第２のドライブ回路２２Ｂとは、それぞれ第１のドライブ信号Ｓ２２Ａと第２のドライブ信号Ｓ２２Ｂを出力する。
第１のドライブ信号Ｓ２２Ａと第２のドライブ信号Ｓ２２Ｂとは、クロック信号Ｓ１１をΔΣ変調出力Ｓ２１でマスキングしたパルス信号である。第１のドライブ信号Ｓ２２Ａと第２のドライブ信号Ｓ２２Ｂとは、排他的、すなわちどちらか一方にはパルス信号が発生するような構成とする。
【００３８】
復調回路３０は、差動増幅回路３２とラッチ回路３３と、第１のピックアップ回路３１Ａと第２のピックアップ回路３１Ｂとで構成するピックアップ回路３１と、で構成する。
復調回路３０は、受信用電極対４３からの信号を受け、絶縁型ＡＤ変換器としてのデジタル出力信号ＯＵＴを出力する。
【００３９】
ピックアップ回路３１を構成する第１のピックアップ回路３１Ａ及び第２のピックアップ回路３１Ｂは、高速動作でかつ低入力インピーダンスな電流−電圧変換回路である。圧電効果によって受信用電極対４３に発生する信号を増幅出力する。
【００４０】
高速コンパレータである差動増幅回路３２が、この第１のピックアップ回路３１Ａの出力Ｓ３１Ａと第２のピックアップ回路３１Ｂの出力Ｓ３１Ｂとの差分を演算し、２値化した信号を出力する。さらにラッチ回路３３が、差動増幅回路３２の出力信号を同期クロック信号Ｓ１２の立ち下がりエッジに同期してサンプリングする。このラッチ回路３３の出力が出力信号ＯＵＴとなる。これで入力信号ＩＮに対応した出力信号ＯＵＴを出力できる
。
【００４１】
なお、変調回路２０と、発振回路１０のうちの発振インバータ回路１１とは、同一の集積回路チップに搭載し、同一の電源系で動作する。ここではＶＤＤ１−ＧＮＤ１の電源系とする。復調回路３０と、発振回路１０内の同期ピックアップ回路１２も、同一の集積回路チップに搭載し、同一の電源系で動作する。ここではＶＤＤ２−ＧＮＤ２の電源系とする。この構成により、変調回路２０と復調回路３０とは電気的に絶縁にできる。
【００４２】
さらに、絶縁型ＡＤ変換器１００の全ての回路要素は、電源端子及び入出力端子を外部に引き出すことができるパッケージに封入する。パッケージには、絶縁耐圧の高いセラミック材料を用いる。
【００４３】
なお、発振回路１０や変調回路２０や復調回路３０は、発振用電極対４１の共振周波数で十分に安定動作可能な高速な回路を用いる。
【００４４】
［ＳＡＷ素子の構成説明：図２、図１］
次に、主に図２を参照してＳＡＷ素子４０の構成について詳述する。
ＳＡＷ素子４０は、発振回路１０の発振動作に必要なＳＡＷ共振子と、変調回路２０の変調出力を復調回路３０へ機械的振動で伝達するためのＳＡＷディレイラインとを、同一の圧電基板上に一体に形成したものである。
【００４５】
ＳＡＷ素子４０は、Ｑ値の高い圧電単結晶であるＳＴカット水晶基板上に、例えば金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）などの金属からなる電極膜をパターニングすることで形成したＳＡＷ素子である。
【００４６】
発振用電極対４１である第１の発振用電極対４１Ａ及び第２の発振用電極対４１Ｂは、ＩＤＴと呼ばれる、櫛状に形成した金属電極対である。
【００４７】
第１の発振用電極対４１Ａは、発振回路１０が所定の周波数で発振動作するのに必要な電極対である。この周波数は、主には櫛状電極の間隔や圧電材料上での表面弾性波の速度とで決定する。
【００４８】
第２の発振用電極対４１Ｂは、クロック信号Ｓ１１と同期した信号を得るための電極対と、いわゆる１ポートＳＡＷ共振子の反射電極とを兼ねた電極対である。
第２の発振用電極対４１Ｂは、表面波のエネルギを閉じ込める反射器としての機能を持たせるために、第１の発振用電極対４１Ａの振動伝播方向の同一直線上に、第１の発振用電極対４１Ａを両側から挟むように配置する。このようにすることで、発振インバータ回路１１からみて、発振用電極対４１は１ポートＳＡＷ共振子として振舞う。
【００４９】
もちろん、図２に示す構成は一例であって、第２の発振用電極対４１Ｂは、第１の発振用電極対４１Ａの片側にのみ配置してもよい。こうすることによってパッケージへの配線本数を減らすことができる。この場合は反対側の位置には、櫛状ではなく格子状にした反射器電極を配置し、第１の発振用電極対４１Ａからみた両側からの振動反射のバランスがとれるようにするのが好ましい。
【００５０】
第１の発振用電極対４１Ａの一方の櫛をクロック信号Ｓ１１とし、他方の櫛を発振インバータ回路１１の入力信号Ｓ１３とする。
第２の発振用電極対４１Ｂの一方の櫛を同期ピックアップ回路１２の入力信号Ｓ１４とし、他方の櫛を復調回路３０側のグラウンドＧＮＤ２に接地する。
特に、この２つの発振用電極対の配置は、発振動作により電極対の間に定在波が立った
ときに、クロック信号Ｓ１１と同期ピックアップ回路１２の入力信号Ｓ１４とが同位相となるような配置とする。
第１の発振用電極対４１Ａと第２の発振用電極対４１Ｂとは独立しているため、電気的には絶縁である。
【００５１】
送信用電極対４２である第１の送信用電極対４２Ａ及び第２の送信用電極対４２Ｂは、対数が１対の櫛状電極である。
受信用電極対４３である第１の受信用電極対４３Ａ及び第２の受信用電極対４３Ｂも、対数が１対の櫛状電極である。
【００５２】
第１の送信用電極対４２Ａと第１の受信用電極対４３Ａとは、ＳＴカット水晶基板上の所定の表面に離間して設けており、それぞれの振動伝搬方向の同一直線上に並ぶように配置する。
第２の送信用電極対４２Ｂと第２の受信用電極対４３Ｂとについても同様で、それぞれの振動伝搬方向の同一直線上に並ぶように配置する。
【００５３】
送信用電極対４２と受信用電極対４３とが離間する距離は、これらの電極対の間にクロック信号Ｓ１１と同じ周波数の定在波が立ったと仮定したときに、第１のドライブ信号Ｓ２２Ａと第１のピックアップ信号Ｓ３１Ａとの位相差が４５０度（５／４波長）となる距離に配置する。この距離は、要求される絶縁耐圧に応じて設定が可能である。
【００５４】
［遮断手段の説明］
図２に示す例では、ＳＴカット水晶基板上に、発振用電極対４１の領域と、送信用電極対４２及び受信用電極対４３の領域との間に遮断手段５０を備えている。
遮断手段５０は、発振用電極対４１と、送信用電極対４２及び受信用電極対４３とのそれぞれの振動が互いに影響しないように設けるものである。具体的には、発振回路１０が発振動作することで発振用電極対４１側に生じる定常的な表面弾性波が、仮に送信用電極対４２及び受信用電極対４３の領域に漏洩振動として漏れ伝わってしまっても、影響がないように設けるものである。
【００５５】
遮断手段５０は、図２に示す例では２本の線状のパターンで構成している。このパターンは、発振用電極対４１と同じ材質の金属膜としてもよい。その場合は、発振用電極対４１のパターニング工程で同時に形成することができて便利である。
この２本のパターンの、それぞれのパターン幅とパターン同士の距離は、発振回路１０の発振周波数や入力信号ＩＮの周波数などにより任意に決めることができる。
【００５６】
図２に示す遮断手段５０は、どの電位にも固定していない、いわゆるフローティングになっているが、例えば第２の発振用電極対４２の一方の櫛に接続して復調回路３０側のグラウンドＧＮＤ２の電位を与えるようにしてもよい。
【００５７】
また、遮断手段５０は、線状の金属パターンで構成する例の他に、ＳＴカット水晶基板上に所定の深さの溝として形成してもよい。このときの溝の深さは、発振回路１０の発振周波数や入力信号ＩＮの周波数などにより任意に決めることができる。例えば、溝の深さをクロック信号Ｓ１１の０．５周期以上とするのが好ましい。
【００５８】
さらにまた、遮断手段５０は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの膜で形成してもよい。樹脂による膜を形成することにより、ＳＴカット水晶基板表面の振動減衰係数が変わり、発振用電極対４１と、送信用電極対４２及び受信用電極対４３とのそれぞれの振動の影響を低減することができる。
【００５９】
以上説明した遮断手段５０は、ＳＴカット水晶基板が大きく、発振用電極対４１と送信用電極対４２及び受信用電極対４３とが十分離間していれば、備えなくてもよい場合がある。また、ＳＴカット水晶基板の種類や材質、発振回路１０の発振周波数によっても、遮断手段５０を省略できる。このように、遮断手段５０の有無は、絶縁型ＡＤ変換器１００をどのように設計するかで決まるものである。
【００６０】
［ＳＡＷ素子の製造方法についての説明：図２］
ここで、ＳＡＷ素子４０の製造方法について簡単に説明する。
ＳＡＷ素子４０上の電極は、成膜をスパッタリング法や蒸着法などで行い、エッチング法やリフトオフ法などで所望の形状に加工するという、一般的なパターニングプロセスで形成できる。電極膜には金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）などが用いられるが、ここでは高い反射が得られるＡｕ膜を用いる。
【００６１】
Ａｕ膜の下地には、ＳＴカット水晶基板との密着性向上のために薄い下地金属を用いてよい。下地金属膜は、特に限定しないが、クロム（Ｃｒ）やチタン・タングステン合金（ＴｉＷ）膜などを用いることができる。
【００６２】
ＳＡＷ素子４０の櫛状電極としては、膜厚が０．１μｍのＡｕ電極とし、電極幅と空隙幅（電極間距離）との比を１対１にする。例えば、電極幅及び空隙幅を共に７．５μｍとする。電極をこの寸法比で形成した場合、発振用電極対４１の共振周波数は約１００ＭＨｚとなる。
【００６３】
［全体動作説明：図１、図３］
次に、図１と図３とを用いて絶縁型ＡＤ変換器の動作について説明する。
図３の波形図では、単純化のために、実際はアナログ的な変化をする信号についても、パルス形状に記載している。
【００６４】
絶縁型ＡＤ変換器１００に電源を投入すると、発振用電極対４１の形成する共振子の共振周波数に従って、発振回路１０が発振動作を開始する。この発振信号がクロック信号Ｓ１１となり、同期クロック信号Ｓ１２はこのクロック信号Ｓ１２と同位相の信号となる。
【００６５】
変調回路２０は、クロック信号Ｓ１１に従って、入力信号ＩＮをΔΣ変調されたパルス列に変換する。ΔΣ変調回路２１は、入力信号ＩＮをクロック信号Ｓ１１に同期して、変調出力Ｓ２１と入力信号ＩＮとの差信号を積分し、その結果を２値化して出力するという、いわゆるΔΣ変調動作を行う。ΔΣ変調出力Ｓ２１の波形は、入力信号ＩＮの電圧値が高ければハイレベルの割合が多く、入力信号ＩＮの電圧値が低ければロウレベルの割合が多く、そのパルスの立ち上がり及び立ち下がりがクロック信号Ｓ１１の立ち上がりに同期した、時間方向に変調された粗密パルス波形となる。
【００６６】
ΔΣ変調出力Ｓ２１の波形は、入力信号ＩＮの現在及びそれ以前の電圧値に依存してしまうため、図３には、入力信号ＩＮに、図示しないあるアナログ信号が入力されたときのΔΣ変調された信号例を、変調出力Ｓ２１として記載している。
【００６７】
変調回路２０はΔΣ変調出力Ｓ２１をさらにパルス信号にした信号印加で、送信用電極対４２を駆動する。すなわち、クロック信号Ｓ１１をΔΣ変調出力Ｓ２１でマスキングした信号が第１のドライブ信号Ｓ２２Ａとなり、クロック信号Ｓ１１をΔΣ変調出力Ｓ２１の反転信号でマスキングした信号が第２のドライブ信号Ｓ２２Ｂとなる。
【００６８】
圧電単結晶基板であるＳＡＷ素子４０の表面は、逆圧電効果によって機械的に励振され、インパルス状の表面波が発生し、受信用電極対４３へ伝達する。
【００６９】
受信用電極対４３へ到達した表面波は、圧電効果で電気信号に変換され、さらにピックアップ回路３１で増幅され、差動パルス信号となる。この差動パルス信号である第１のピックアップ信号Ｓ３１Ａ及び第２のピックアップ信号Ｓ３１Ｂは、第１のドライブ信号Ｓ２２Ａ及び第２のドライブ信号Ｓ２２Ｂを、それぞれクロック信号Ｓ１１の１．２５周期分（発振周波数の位相で４５０度）だけ遅らせた信号となる。この差動パルス信号は差動増幅回路３２でシングルエンドの信号となり、さらに同期クロック信号Ｓ１２の立ち下がりに同期してラッチされ、ＡＤ変換出力として出力信号ＯＵＴとして出力される。
【００７０】
変調回路２０側で得られる本来の変調出力Ｓ２１に対し、出力信号ＯＵＴには遅延が生じる。この遅延時間は送信用電極対４２と受信用電極対４３との距離に対応しており、ここではクロック信号Ｓ１１の１．５周期分（約１５ナノ秒）の遅延となる。この遅延時間は、信号の位相関係が維持されるようにできれば、要求される絶縁耐圧に応じて設定可能である。
【００７１】
なお、送信用電極対４２と受信用電極対４３とには排他的にパルス信号を印加することで信号伝達しているが、この差動形式をとることによって同相ノイズ除去が可能となっている。これは、変調回路２０と復調回路３０とのグラウンド間に瞬間的なノイズが入ったり、外乱による高周波振動がＳＡＷ素子４０上に乗ってしまっても、出力信号ＯＵＴへの影響は除去できるという重要な機能を実現する。
【００７２】
例えば、グラウンドＧＮＤ２に対してグラウンドＧＮＤ１の電位が瞬間的に上昇すると、送信用電極対４２と受信用電極対４３との間の僅かな容量結合によって、受信用電極対４３がノイズパルスＮ２２Ａ及びＮ２２Ｂのようなスパイク状のノイズを受信する場合がある。このような電源系のノイズは、第１の受信用電極対４３Ａと第２の受信用電極対４３Ｂとに同様に現れる。しかしながら、差動増幅回路３２は入力される信号の差分を増幅するので、同じ向きに変化する入力信号は相殺され、結果として出力信号ＯＵＴには現れない。
【００７３】
さらに、発振回路１０が発振動作することで、発振用電極対４１側には表面弾性波が定常的に生じるが、仮にここからの漏洩振動があっても、遮断手段５０がそれを遮断するため、受信用電極対４３側には干渉しないようにすることができる。
【００７４】
以上までの説明から分かるように、本発明の絶縁型ＡＤ変換器によれば、高い絶縁特性と耐久性とを備え、かつ高精度な絶縁型ＡＤ変換器を実現することが可能になる。
【００７５】
なお、説明した実施形態では、ＳＡＷ素子としてはＳＴカット水晶基板を用いることとしたが、他のカット角でもよい。リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）やランガサイト系結晶といった、他の圧電単結晶材料も用いることも可能である。さらに電極材料についても同様で、アルミニウム（Ａｌ）や白金（Ｐｔ）などを用いてもよい。
【００７６】
その他、使用されるシステムの電源系が安定であり、両グラウンド間に瞬間的なノイズが入らないような環境での用途であれば、変調回路２０と復調回路３０との間の信号伝達を差動形式としなくてもよい。
【００７７】
発振インバータ回路１１は変調回路２０と同一の集積回路チップに含まれ、同期ピックアップ回路１２は復調回路３０と同一の集積回路チップに含まれるようにしたが、逆であっても動作可能である。この場合は同期クロック信号Ｓ１２でΔΣ変調回路２１に変調動作させ、クロック信号Ｓ１１でラッチ回路３３を動作させるようにする。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の絶縁型ＡＤ変換器は、グラウンド電位の異なる先の電源系のアナログ信号をデジタル変換する各種用途に応用できる。例えば、モーターの動力制御のために駆動電流を計測するシステムや、蓄電池の充放電電流を計測するシステムに好適である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  発振回路
２０  変調回路
３０  復調回路
４０  ＳＡＷ素子
４１  発振用電極対
４２  送信用電極対
４３  受信用電極対
５０  遮断手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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