(57)【要約】  【課題】  コストの増大を招くことなく、オフセット誤差を低減したＡ／Ｄ変換器を提供する。  【解決手段】  入力電圧をｔ０からｔ１までの一定時間積分した後、入力電圧とは逆極性の基準電圧を積分し、ｔ１で基準電圧の積分を開始してから積分回路の出力が所定のレベルに達するｔ２までの時間を、クロックパルスでカウントすることによりＡ／Ｄ変換する二重積分型のＡ／Ｄ変換器において、積分回路の出力が所定のレベルに達した後、次のアナログ入力の積分を開始するｔ０までの期間に、積分回路の出力の誤差を補正する誤差補正用の積分を行うようにしている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ入力を一定時間積分した後、前記アナログ入力とは逆極性の基準電圧を積分する積分回路を備え、前記基準電圧の積分を開始してから前記積分回路の出力が所定のレベルに達するまで時間を計測することにより、前記アナログ入力値をデジタル値に変換する二重積分型のＡ／Ｄ変換器であって、
前記積分回路の出力が前記所定のレベルに達した後、前記アナログ入力の積分を開始するまでの期間に、前記積分回路の出力の誤差を補正する誤差補正用の積分を行うことを特徴とするＡ／Ｄ変換器。
【請求項２】
前記誤差補正用の積分を、前記アナログ入力の積分を開始する直前で行うことを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換器。
【請求項３】
前記誤差補正用の積分が、前記アナログ入力の積分および前記基準電圧の積分であることを特徴とする請求項１または２記載の記載のＡ／Ｄ変換器。
【請求項４】
前記積分回路に対して、前記アナログ入力または前記基準電圧を与える切替えスイッチと、前記積分回路の出力と前記所定のレベルとを比較するコンパレータと、クロックパルスを発生するクロックパルス発生回路と、前記積分回路が前記基準電圧の積分を開始してからその出力が前記所定のレベルに達するまでの前記クロックパルス数を計数するカウンタ回路とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡ／Ｄ変換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡ／Ｄ変換器を備え、前記アナログ入力が温度入力であって、該温度入力に対応するＡ／Ｄ変換器の出力に基づいて、制御対象の温度を制御することを特徴とする温度調節器。
【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に変換するＡ／Ｄ変換器およびそれを用いた温度調節器に関し、更に詳しくは、二重積分型のＡ／Ｄ変換器およびそれを用いた温度調節器に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器には、入力電圧を一定時間積分した後、入力電圧とは逆極性の基準電圧を積分し、基準電圧の積分を開始してから積分回路の出力が所定のレベルに達するまでの時間を、クロックパルスでカウントすることによりＡ／Ｄ変換する、いわゆる二重積分型のＡ／Ｄ変換器がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２２４７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図７は、二重積分型のＡ／Ｄ変換器の動作波形を示すものであり、同図（ａ）は積分回路の出力、同図（ｂ）は積分時間を計測するカウンタの計測状態をそれぞれ示している。
【０００４】
先ず、入力電圧を、ｔ０からｔ１までの一定時間積分し、次に、逆極性の基準電圧に切換えて積分を継続し、所定のレベル、例えば、グラウンド（０Ｖ）になった時点ｔ２で積分を終了する。カウンタによって、逆極性の基準電圧の積分を開始した時点ｔ１から所定のレベルになって積分を停止するｔ２までの時間のクロックパルスを計数することにより、入力電圧の大きさに比例したデジタル値が得られることになる。
【０００５】
かかるＡ／Ｄ変換器では、所定のレベルになって積分を停止した時点ｔ２からサンプリング周期に対応する次の入力電圧の積分の開始ｔ０までの期間において、該Ａ／Ｄ変換器を構成するアナログスイッチやオペアンプ等の漏れ電流によって、積分回路の出力電圧が徐々に上昇し、次の入力電圧のＡ／Ｄ変換の開始の際ｔ０には、Ａで示すように、初期値が所定のレベルからずれてオフセット誤差が生じるという課題がある。
【０００６】
かかるオフセット誤差を低減するには、漏れ電流が少ないアナログスイッチやオペアンプ等を使用することが考えられるが、これらは高価であり、コストが増大するという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、コストの増大を招くことなく、オフセット誤差を低減したＡ／Ｄ変換器およびそれを用いた温度調節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】
【０００８】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【０００９】
すなわち、本発明のＡ／Ｄ変換器は、アナログ入力を一定時間積分した後、前記アナログ入力とは逆極性の基準電圧を積分する積分回路を備え、前記基準電圧の積分を開始してから前記積分回路の出力が所定のレベルに達するまで時間を計測することにより、前記アナログ入力値をデジタル値に変換する二重積分型のＡ／Ｄ変換器であって、前記積分回路の出力が前記所定のレベルに達した後、前記アナログ入力の積分を開始するまでの期間に、前記積分回路の出力の誤差を補正する誤差補正用の積分を行うものである。
【００１０】
本発明によると、基準電圧の積分を停止して次の入力電圧の積分を開始するまでの期間において、漏れ電流等によって積分回路の出力に誤差が生じても、その誤差を補正するように積分を行うので、誤差が低減されることになり、これによって、Ａ／Ｄ変換の精度が向上する。
【００１１】
本発明の一実施態様においては、前記誤差補正用の積分を、前記アナログ入力の積分を開始する直前で行うものである。
【００１２】
この実施態様によると、誤差補正用の積分を、次のアナログ入力の積分が開始される直前で行うので、誤差が補正された後、次のアナログ入力の積分開始までの期間に、誤差が殆んど生じることがない。
【００１３】
本発明の他の実施態様においては、前記誤差補正用の積分が、前記アナログ入力の積分および前記基準電圧の積分である。
【００１４】
この実施態様によると、アナログ入力の積分および基準電圧の積分を行うことにより、積分回路の出力を、再び所定のレベルにして誤差を補正できることになる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様においては、前記積分回路に対して、前記アナログ入力または前記基準電圧を与える切替えスイッチと、前記積分回路の出力と前記所定のレベルとを比較するコンパレータと、クロックパルスを発生するクロックパルス発生回路と、前記積分回路が前記基準電圧の積分を開始してからその出力が所定のレベルに達するまでの前記クロックパルス数を計数するカウンタ回路とを備えている。
【００１６】
この実施態様によると、切替えスイッチを介して与えられるアナログ入力を積分回路で一定時間積分し、次に、切替えスイッチを介して与えられる基準電圧の積分を開始するとともに、カウンタ回路でクロックパルスの計数を開始し、積分回路の出力が所定のレベルに達したことを示すコンパレータの出力によってカウンタ回路の計数を停止することにより、アナログ入力に比例した計数値が得られることになる。
【００１７】
本発明の温度調節器は、本発明に係るＡ／Ｄ変換器を備え、前記アナログ入力が温度入力であって、該温度入力に対応するＡ／Ｄ変換器の出力に基づいて、制御対象の温度を制御するものである。
【００１８】
本発明によると、制御対象の温度を、温度入力としてＡ／Ｄ変換器に与えることにより、高い精度でデジタル値に変換されるので、かかるデジタル値に基づく温度制御の精度が高くなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基準電圧の積分を停止して次の入力電圧の積分を開始するまでの期間において、漏れ電流等によって積分回路の出力に誤差が生じても、その誤差を補正するように積分を行うので、誤差が低減されることになり、これによって、コストの増大を招くことなく、Ａ／Ｄ変換の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器の要部のブロック図である。
【００２２】
この実施の形態の温度調節器は、図示しない加熱炉などの制御対象の温度を検出する温度センサ等からの温度入力を、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１と、このＡ／Ｄ変換器１からのＡ／Ｄ変換された温度入力および設定温度に基づいて、ＰＩＤ演算を行って操作信号を、図示しないＳＳＲ等に出力してヒータの通電を制御することにより、制御対象の温度を設定温度に一致させるように制御するＰＩＤ制御部２とを備えている。
【００２３】
この実施の形態のＡ／Ｄ変換器１は、温度入力と基準電圧とを切り替える入力切替えスイッチ３と、この切替えスイッチ３を介して与えられる温度入力または基準電圧を積分する積分回路４と、この積分回路４の出力電圧と所定のレベルとを比較するコンパレータ５と、このコンパレータ５の出力が与えられるとともに、入力切替えスイッチ３およびカウンタ６を制御する制御回路７と、この制御回路７の制御出力に基づいて、クロックパルス発生回路８からのクロックパルスを計数するカウンタ６とを備えている。
【００２４】
積分回路４は、図５に示すように、オペアンプ１０、コンデンサ１１および抵抗１２を備えている。
【００２５】
ＰＩＤ制御部２、カウンタ６、制御回路７およびクロックパルス発生回路８は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００２６】
図２は、図１のＡ／Ｄ変換器１の動作波形を示す図であり、同図（ａ）は、積分回路４の出力、同図（ｂ）はカウンタ６の計測状態をそれぞれ示している。
【００２７】
先ず、ｔ０になると、制御回路７よって、入力切替えスイッチ３が温度入力側とされ、温度入力の積分が開始される。この時、積分回路４のコンデンサは、充電されて積分回路４の出力は、同図（ａ）に示すように変化する。
【００２８】
次に、温度入力の積分を開始して一定時間が経過してｔ１になると、制御回路７よって、入力切替えスイッチ３が、温度入力とは逆極性の基準電圧側に切替えられ、基準電圧の積分が開始されるとともに、同図(ｂ)に示すようにカウンタ６によってクロックパルスの計数が開始される。
【００２９】
基準電圧は、温度入力とは逆極性であるので、基準電圧の積分が開始されると、積分回路４のコンデンサは、放電し、積分回路４の出力は、同図（ａ）に示すように変化する。
【００３０】
次に、ｔ２において、積分回路４の出力電圧が所定のレベル（例えば、グラウンド）になると、コンパレータ５から制御回路７に信号が出力され、制御回路７は、同図(ｂ)に示すようにカウンタ６のクロックパルスの計数を停止させるとともに、入力切替えスイッチ３を、いずれの側でもない中立の状態にする。
【００３１】
この時カウンタ６の計数値は、ｔ１で基準電圧の積分を開始してからｔ２で積分回路４の出力が所定のレベルになるまでに入ったクロックパルスの数を示しており、このクロックパルス数が、温度入力に比例したものとなり、温度入力がクロックパルス数にＡ／Ｄ変換されることになる。
【００３２】
かかるＡ／Ｄ変換器１では、ｔ２で積分回路４の出力がグラウンドになって積分を停止した後、サンプリング周期に対応する次の温度入力の積分を開始するｔ０までの期間において、アナログスイッチやオペアンプ等の漏れ電流によって、上述の図７のように積分回路４の出力電圧が徐々に上昇し、次の温度入力の積分の開始の際には、初期値が所定のレベルであるグラウンドからずれてオフセット誤差が生じることになる。
【００３３】
そこで、この実施の形態では、ｔ２で積分を停止した後、次の温度入力の積分を開始するｔ０までの期間において、オフセット誤差を補正するための誤差補正用の積分を行うようにしている。
【００３４】
すなわち、同図（ａ）に示すように、ｔ３において、切替えスイッチ３を温度入力側として温度入力の積分を開始し、ｔ４において、切替えスイッチ３を基準電圧側に切替えて、逆極性の基準電圧の積分を行い、積分回路４の出力電圧が、所定のレベルであるグラウンドになったときに、積分を停止するようにしている。
【００３５】
この誤差補正用の積分について、図３に基づいて、更に詳細に説明する。同図(ａ)は、温度入力の積分動作に対応する信号であり、この信号がハイレベルの期間で、温度入力の積分が行われる。また、同図(ｂ)は積分回路４の出力電圧を拡大して示すものであり、図２に対応する動作タイミングには、同一の参照符号ｔ０〜ｔ４を付す。
【００３６】
この実施の形態では、サンプリング周期、すなわち、温度入力の積分を開始してから次の温度入力の積分を開始するまでの周期Ｔは、例えば、２５０ｍｓであり、その内、温度入力の積分を行う一定期間Ｔ１は、例えば、１００ｍｓであり、基準電圧の積分の開始から次の温度入力の積分を開始するまでの期間Ｔ２は、例えば、１５０ｍｓである。
【００３７】
この実施の形態では、上述のように、積分回路４の出力電圧が所定のレベルであるグラウンドとなって基準電圧の積分を終了した後、次の温度入力の積分が開始されるまでの期間において、誤差補正用の積分を行うものである。
【００３８】
この実施の形態では、温度入力の積分が終了して期間Ｔ３、例えば、１４４ｍｓの期間が経過した後に、誤差補正用の積分を開始し、一定期間Ｔ４、例えば、２ｍｓの期間、温度入力を積分し、その後、基準電圧の積分を行い、積分回路４の出力が所定のレベルに達したときに、積分を停止するようにしている。
【００３９】
誤差を補正するために温度入力を積分する期間Ｔ４は、漏れ電流等によって生じる最大のオフセット誤差を考慮して予め決定されるものであり、また、誤差を補正するための温度入力の積分を停止してから次の温度入力の積分を開始するまでの期間Ｔ５、例えば、４ｍｓは、前記一定期間Ｔ４で充電された最大の電荷を放電するに必要な期間として予め決定されるものである。
【００４０】
図４は、この実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【００４１】
タイマの割り込み処理によって、動作タイミングを判別し(Ｓ１)、温度入力の積分を開始する動作タイミング、すなわち、上述の図２および図３のｔ０のタイミングであるときには、温度入力の積分を開始し(Ｓ２)、タイマを、一定期間Ｔ１、例えば、１００ｍｓにセットし(Ｓ３)、動作タイミングを、次の動作タイミングである温度入力の積分の停止および基準電圧の積分の開始のタイミングｔ１に設定して終了する(Ｓ４)。
【００４２】
タイマの割り込み処理によって判別した動作タイミングが、温度入力の積分の停止および基準電圧の積分の開始の動作タイミング、すなわち、図２および図３のｔ１のタイミングであるときには、温度入力の積分を停止して基準電圧の積分を開始し(Ｓ５)、タイマを一定期間Ｔ３、例えば、１４４ｍｓにセットし(Ｓ６)、動作タイミングを、次の動作タイミングである誤差補正用の温度入力の積分の開始のタイミングｔ３に設定して終了する(Ｓ７)。
【００４３】
タイマの割り込み処理によって判別した動作タイミングが、誤差補正用の温度入力の積分開始の動作タイミング、すなわち、図２及び図３のｔ３のタイミングであるときには、誤差補正用の温度入力の積分を開始し(Ｓ８)、上述の図２および図３の動作タイミングｔ１からｔ２までの期間においてカウンタ６でクロックパルスを計数したＡ／Ｄカウント値を取り込み(Ｓ９)、タイマを一定期間Ｔ４、例えば、２ｍｓにセットし(Ｓ１０)、動作タイミングを、次の動作タイミングである誤差補正用の温度入力の積分の停止および誤差補正用の基準電圧の積分の開始のタイミングｔ４に設定して終了する(Ｓ１１)。
【００４４】
タイマの割り込み処理によって判別した動作タイミングが、誤差補正用の温度入力の積分の停止および誤差補正用の基準電圧の積分の開始の動作タイミング、すなわち、図２および図３のｔ４のタイミングであるときには、誤差補正用の温度入力の積分を停止して基準電圧の積分を開始し(Ｓ１２)、タイマを、一定期間Ｔ５、例えば、４ｍｓにセットし(Ｓ１３)、動作タイミングを、次の動作タイミングである温度入力の積分の開始のタイミングｔ０に設定して終了する(Ｓ１４)。
【００４５】
このように、次の温度入力の積分が開始される直前に、誤差補正用の積分を行っているので、オフセット誤差を低減することができ、コストの増大を招くことなく、Ａ／Ｄ変換の精度を高めることができる。
【００４６】
上述の実施の形態では、誤差補正用の積分を行うことによって、オフセット誤差を低減したけれども、図５に示すように、積分回路４のコンデンサ１１に並列にスイッチ１３を設け、温度入力の積分を開始する直前に、スイッチ１３をオンして漏れ電流等によってコンデンサ１１に蓄積された電荷を放出させ、積分回路４の出力を、所定のレベルであるグラウンドとし、その後、スイッチ１３をオフして温度入力の積分を開始するようにしてもよい。この場合の図２に対応する動作波形を、図６に示す。なお、図６において、Ｔ６は、スイッチ１３をオンする期間を示している。
【００４７】
上述の実施の形態では、温度調節器に適用して説明したけれども、本発明は、温度調節器に限らず、デジタルパネルメータのような計測機器やその他の機器にも適用できるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、温度調節器などの機器のＡ／Ｄ変換器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器の要部のブロック図である。
【図２】図１の動作説明に供する波形図である。
【図３】図１の動作説明に供する波形図である。
【図４】図１の動作説明に供するフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施の形態の要部の回路図である。
【図６】図５の動作説明に供する波形図である。
【図７】従来例の動作説明に供する波形図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  Ａ／Ｄ変換器          ２  ＰＩＤ制御部
３  入力切替えスイッチ    ４  積分回路
５  コンパレータ          ６  カウンタ
７  制御回路              ８  クロックパルス発生回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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