(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの制御に応じて入力電圧を降圧するアッテネータ入力部と、
外部からの制御に応じて、前記アッテネータ入力部の出力電圧の積分を行った後、その積分出力を逆積分用基準電圧の印加により零とする逆積分を行うよう構成されてなる積分回路と、
前記積分回路の出力電圧の判定を行う比較回路と、
前記比較回路の出力結果に応じて前記アッテネータ入力部の動作及び前記積分回路の動作を制御すると共に、前記積分回路における逆積分の開始時から当該逆積分の正常な終了と判定されるまでの時間経過を計数するよう構成されてなる計数・制御部と、を具備してなるＡ／Ｄ変換装置であって、
前記比較回路は、前記積分回路における積分中における出力電圧がレンジ切替判定用基準電圧を越えたか否かを判定し、その判定結果に応じた信号を出力する一方、前記積分回路における逆積分により前記積分回路の出力電圧が零となったか否かを判定し、その判定結果に応じた信号を出力し、
前記計数・制御部は、前記比較回路から前記積分回路における逆積分により前記積分回路の出力電圧が零となったとの判定結果に対応する信号が出力されたことをもって逆積分の正常な終了と判定する一方、
前記積分回路における積分開始の時点から、前記比較回路から前記積分回路における積分中における出力電圧が前記レンジ切替判定用基準電圧を越えたとの判定結果に対応する信号が出力されるまでの時間経過を計数し、当該計数結果が得られた場合に、前記アッテネータ入力部における入力電圧が、前記計数結果に応じた大きさに降圧されるよう前記アッテネータ入力部を制御するよう構成されてなることを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
【請求項２】
前記計数・制御部は、前記積分回路における積分開始の時点から、前記比較回路から前記積分回路における積分中における出力電圧がレンジ切替判定用基準電圧を越えたとの判定結果に対応する信号が出力されるまでの時間経過を計数し、当該計数結果が得られた場合に、前記アッテネータ入力部における入力電圧が、基準となる積分時間に対する前記計数結果の比に応じた大きさに降圧されるよう前記アッテネータ入力部を制御するよう構成されてなることを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積分型Ａ／Ｄ変換装置に係り、特に、入力電圧に対するレンジ切り替えの迅速化を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アナログ・ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）には、種々の方式があるが、例えば、図７には、積分型Ａ／Ｄ変換と称される公知・周知の変換方式を用いてなるＡ／Ｄ変換装置の構成例が示されている。
以下、同図を参照しつつこの従来装置について概括的に説明することとする。
まず、この従来の積分型Ａ／Ｄ変換装置は、アッテネータ入力部２０１と、積分・比較部２０２と、計数・制御部２０３とに大別されて構成されたものとなっているものである。
かかる構成を有してなる積分型Ａ／Ｄ変換装置において、アッテネータ入力部２０１に外部から入力されたアナログ信号値がディジタル信号値へ変換される変換動作は、ゼロ積分期間、入力積分期間、逆積分期間の３つの期間に区分することができるものとなっている。
すなわち、まず、ゼロ積分期間においては、計数・制御部２０３によりスイッチ２１ａ，２１ｂが開成される一方、スイッチ２２が閉成されて、積分・比較部２０２へのアナログ入力信号が遮断されると共に、同時にスイッチ２３が計数・制御部２０３により閉成されて、バッファアンプ２４及び積分器２５の反転入力端子がグランド電位に固定される。また、計数・制御部２０３によりスイッチ２６ａ，２６ｂが閉成されることにより、基準コンデンサ２７が基準電源２８に接続されて、逆積分用基準電圧Ｖrefに充電されることとなる。
【０００３】
次いで、入力積分期間に入り、計数・制御部２０３によりスイッチ２２及びスイッチ２３が閉成される一方、スイッチ２１ａ，２１ｂが閉成されて、アッテネータ入力部２０１を介して外部からアナログ入力電圧Ｖxが印加されることとなる。このアナログ入力電圧Ｖxは、バッファアンプ２４及び積分抵抗器２９を介して積分コンデンサ３０を有してなる積分器２５へ一定期間（入力積分時間）の間印加される。ここで、アナログ入力電圧Ｖxを積分器２５へ印加する時間、すなわち、入力積分時間をｔoとし、積分抵抗器２９の抵抗値をＲとし、積分コンデンサ３０の容量値をＣとすると、積分器２５による積分出力電圧Ｅoは、下記する式１の如くとなることは公知・周知の通りである。
【０００４】
Ｅo＝−｛１／（ＣＲ）｝∫Ｖx・ｄto・・・式１
【０００５】
この式１は、入力積分時間ｔoを一定とすれば、積分器２５の出力電圧Ｅoは、アナログ入力電圧Ｖxに比例することを表している。
上述の入力積分期間が終了すると逆積分期間へ移行し、入力積分期間に積分された電圧が、逆積分用基準電圧Ｖrefにより逆積分されることとなる。すなわち、まず、計数・制御部２０３によりスイッチ２１ａ，２１ｂが開成されてアナログ入力電圧Ｖxの印加が遮断される一方、スイッチ２３が閉成されて積分器２５の非反転入力端子がグランド電位に固定されると共に、スイッチ３１ａ，３１ｂ又はスイッチ３２ａ，３２ｂのいずれかが、入力積分期間の終了時における比較器３３の極性に応じて閉成され、基準コンデンサ２７のいずれか一方の端子がバッファアンプ２４の非反転入力端子へ接続されることとなる。すなわち、比較器３３の出力電圧が負の場合には、アナログ入力電圧Ｖxは、正の電圧と判断されて、スイッチ３１ａ，３１ｂが閉成される一方、比較器３３の出力電圧が正の場合には、アナログ入力電圧Ｖxは、負の電圧と判断されて、スイッチ３２ａ，３２ｂが閉成されるようになっている。
【０００６】
このようなアナログ入力電圧Ｖxの極性に応じた基準コンデンサ２７の接続により、積分器２５の出力電圧ＶAは、グランド電位に向かうように積分されることとなる。そして、比較器３３において、グランド電位と積分器２５の出力電圧Ｅ２０１とが比較され、出力電圧Ｅ２０１がグランド電位と交差した時に比較器３３の出力信号ＶAの極性が反転し、逆積分期間の終了となる。
そして、この逆積分期間に要した時間を計測することによって、アナログ入力電圧値を時間に変換できることとなる。すなわち、換言すれば、アナログ入力電圧値がディジタル値に変換できることとなる。ここで、基準コンデンサ２７に充電された逆積分用基準電圧をＶrefと、逆積分期間が開始されてから比較器３３の出力信号ＶAの極性が反転するまでの時間をｔxとすると、逆積分期間における積分器２５の出力電圧Ｅoxは、下記する式２のように表すことができる。
【０００７】
Ｅox＝−｛１／（ＣＲ）｝∫Ｖref・ｄtx・・・式２
【０００８】
先の式１及び式２より、アナログ入力電圧Ｖxは、逆積分時間に要した時間ｔxに比例するものであることが言える。
ここで、アナログ入力電圧Ｖxの最大値をＶxmaxとすると、この入力電圧に対する積分器２５の最大出力電圧Ｅomaxは、先の式１を用いて下記する式３のように表される。
【０００９】
Ｅomax＝−｛１／（ＣＲ）｝∫Ｖxmax・ｄto・・・式３
【００１０】
ところで、この種の積分型Ａ／Ｄ変換装置においては、通常、アナログ入力電圧の最大値Ｖxmaxによって最大測定範囲（フルスケール値）が調整されるものとなっている。したがって、積分器２５の出力電圧Ｅoが上記Ｅomaxを越えるものである場合には、積分型Ａ／Ｄ変換装置はいわゆるオーバーフロー状態となり、アナログ入力電圧に応じたディジタル値を得られないこととなる。
そこで、アナログ入力電圧Ｖxが測定可能範囲を越えてしまった場合、換言すれば、逆積分時間ｔx(max)を越えてしまった場合、計数・制御部２０３によりアッテネータ入力部２０１における入力電圧に対するアッテネータの大きさが切り替えられて、再度、一連のＡ／Ｄ変換動作が行われるようになっている。
【００１１】
いわゆるディジタルテスタ等に用いられるＡ／Ｄ変換装置においては、変換速度は、一般に２回／秒から４回／秒程度であり、Ａ／Ｄ変換装置の外部において、アッテネータの切り替えを行い、より広範囲の測定を可能とするものが多い。例えば、アッテネータを設けない状態におけるＡ／Ｄ変換装置自体の測定可能範囲が２００ｍＶであっても、ディジタル電圧計としての測定範囲は、Ａ／Ｄ変換装置の外部に設けたアッテネータにより、２００ｍＶレンジから２０００Ｖレンジまで５レンジの測定範囲の切り替えが可能な構成とされたものを挙げることができる。
図８には、このような構成を有してなる積分型Ａ／Ｄ変換装置による変換例を示すタイミング図が示されており、以下、同図を参照しつつこの変換例について説明することとする。まず、この図８に示された変換例は、積分型Ａ／Ｄ変換装置における変換速度を２回／秒とし、初期状態において測定レンジが２００ｍＶに設定されているものとし、＋３００Ｖの電圧を測定した場合における主要部のタイミングを示すものである。
【００１２】
すなわち、まず、初期状態の２００ｍＶレンジにおいて、入力積分期間における積分器Ａ２０２の出力電圧Ｅoは、先の式１で表されるものとなるが、入力電圧が過大であるために現実には、積分器Ａ２０２の電源電圧（−Ｖ）に制限されることとなる（図８（Ａ）参照）。そして、逆積分期間においては、積分電圧は逆積分用基準電圧Ｖrefによって逆積分されるが、積分電圧が過大であるため逆積分期間内に比較器３３の出力信号の極性が反転するまでに至らない（図８（Ｂ）参照）。したがって、Ａ／Ｄ変換結果はオーバーフローとなり、計数・制御部２０３によりアッテネータ入力部２０１におけるアッテネータの切り替えが行われ、測定レンジは一つ上のレンジである２Ｖとされることとなる。
この２Ｖの測定レンジにおいても、未だ入力電圧が過大であるために、上述の２００ｍＶの場合と同様にＡ／Ｄ変換結果はオーバーフローとなり、測定レンジの切り替えが行われることとなる。そして、同様にして、測定レンジは、２０Ｖ、２００Ｖ、２０００Ｖと順に切り替えられてゆく（図８（Ａ）及び同図（Ｂ）参照）。
そして、２０００Ｖレンジに切り替えられた時点において、入力電圧が変換可能な範囲となり、正常に変換動作が行われることとなる（図８（Ａ）及び同図（Ｂ）参照）。結局、この例の場合、初期状態の測定レンジから正常にＡ／Ｄが変換するまでに、２.５秒もの時間を要するものとなっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、入力電圧に対する従来のいわゆるレンジ切り替え機能を有する積分型Ａ／Ｄ変換装置においては、アナログ入力電圧がＡ／Ｄ変換のオーバーフローを生ずるものであっても、逆積分が最後まで行われ、比較器３３の出力信号の極性が反転せず、それによってオーバーフローであると判定されるまで測定レンジの切り替えが行われない構成であるために、測定レンジの切り替えに時間を要し、迅速な測定ができないという問題があった。
また、上記従来装置においては、測定レンジを順に一つずつ切り替えてゆく構成であるため、測定開始の際の測定レンジと、アナログ入力電圧の大きさに対応して設定されるべき本来の測定レンジとの間に大きな開きがある場合には、正確なＡ／Ｄ変換結果を得るまでに複数回の変換を経なければならず、迅速な測定ができないという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、アナログ入力電圧に対する測定レンジの切り替え時間が短くて済み、Ａ／Ｄ変換結果を迅速に得ることができるＡ／Ｄ変換装置を提供するものである。
本発明の他の目的は、アナログ入力電圧に対する測定レンジがその入力電圧に対して適切なものでない場合に、複数の測定レンジを経ることなく入力電圧の大きさに対応する測定レンジへの切り替えを可能としたＡ／Ｄ変換装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るＡ／Ｄ変換装置は、
外部からの制御に応じて入力電圧を降圧するアッテネータ入力部と、
外部からの制御に応じて、前記アッテネータ入力部の出力電圧の積分を行った後、その積分出力を逆積分用基準電圧の印加により零とする逆積分を行うよう構成されてなる積分回路と、
前記積分回路の出力電圧の判定を行う比較回路と、
前記比較回路の出力結果に応じて前記アッテネータ入力部の動作及び前記積分回路の動作を制御すると共に、前記積分回路における逆積分の開始時から当該逆積分の正常な終了と判定されるまでの時間経過を計数するよう構成されてなる計数・制御部と、を具備してなるＡ／Ｄ変換装置であって、
前記比較回路は、前記積分回路における積分中における出力電圧がレンジ切替判定用基準電圧を越えたか否かを判定し、その判定結果に応じた信号を出力する一方、前記積分回路における逆積分により前記積分回路の出力電圧が零となったか否かを判定し、その判定結果に応じた信号を出力し、
前記計数・制御部は、前記比較回路から前記積分回路における逆積分により前記積分回路の出力電圧が零となったとの判定結果に対応する信号が出力されたことをもって逆積分の正常な終了と判定する一方、
前記積分回路における積分開始の時点から、前記比較回路から前記積分回路における積分中における出力電圧が前記レンジ切替判定用基準電圧を越えたとの判定結果に対応する信号が出力されるまでの時間経過を計数し、当該計数結果が得られた場合に、前記アッテネータ入力部における入力電圧が、前記計数結果に応じた大きさに降圧されるよう前記アッテネータ入力部を制御するよう構成されてなるものである。
【００１６】
かかる構成においては、比較回路により積分中における積分回路の出力電圧が、レンジ切替判定用基準電圧を越えたと判定された場合には、従来と異なり、逆積分を行うことなくアッテネータ入力部における入力電圧の降圧が計数・制御部により行われるよう構成されているので、アナログ入力電圧に対するいわゆる測定レンジの切り替えられるまでに要する時間が短縮化され、迅速にＡ／Ｄ変換結果を得ることができることとなるものである。
上記構成においては、例えば、比較回路は、積分回路における積分中における出力電圧が負極性のレンジ切替判定用第１の基準電圧又は正極性のレンジ切替判定用第２の基準電圧を越えたか否かを判定するように構成しても好適である。
【００１７】
また、上記構成において、計数・制御部を、
前記比較回路から前記積分回路における逆積分により前記積分回路の出力電圧が零となったとの判定結果に対応する信号が出力されたことをもって逆積分の正常な終了と判定する一方、
前記積分回路における積分開始の時点から、前記比較回路から前記積分回路における積分中における出力電圧が前記レンジ切替判定用基準電圧を越えたとの判定結果に対応する信号が出力されるまでの時間経過を計数し、当該計数結果が得られた場合に、前記アッテネータ入力部における入力電圧が、基準となる積分時間に対する前記計数結果の比に応じた大きさに降圧されるよう前記アッテネータ入力部を制御するよう構成されてなるものとしても好適である。
【００１８】
かかる構成においては、比較回路により積分中における積分回路の出力電圧が、レンジ切替判定用基準電圧を越えたと判定された場合には、逆積分を行うことなく、アッテネータ入力部における入力電圧が、計数・制御部の制御により積分開始時から先の判定が生ずるまでの時間に応じた大きさに降圧されるので、従来と異なり、複数回の入力電圧の降圧を経ることなく、即座に適切な大きさとされ、迅速にＡ／Ｄ変換結果を得ることができることとなるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における第１の構成例について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
まず、この第１の構成例におけるＡ／Ｄ変換装置の構成について説明すれば、このＡ／Ｄ変換装置は、アッテネータ入力部１０１と、積分・比較部１０２と、計数・制御部１０３とに大別されて構成されたものとなっており、例えば、いわゆるデジタルテスタ等に用いられるに適したものである。
アッテネータ入力部１０１は、外部から入力されるアナログ電圧に対して減衰を与えて後段の積分・比較部１０２の入力に適した大きさとして出力するもので、計数・制御部１０３からの制御に応じて図示されないアッテネータが切り替えられて減衰量が変化されるようになっている公知・周知の構成を有してなるもので、基本的には、従来装置におけるものと同様のものである。例えば、具体的には、抵抗器による分圧回路で構成したもの等が好適である。換言すれば、アッテネータ入力部１０１は、外部から入力されるアナログ電圧を、計数・制御部１０３からの制御に応じて、順次段階的に降圧して出力するよう構成されてなるものである。
【００２０】
積分・比較部１０２は、アッテネータ入力部１０１を介して入力されたアナログ入力電圧にＡ／Ｄ変換のための２重積分を施すと共に、後述するように積分出力と所定の電圧との比較を行うもので、積分回路５１と比較回路５２とに大別された構成となっており、積分回路５１の部分は、後述するように基本的に従来装置と同様の構成を有してなるものであるが、比較回路５２の部分が従来構成と異なるものとなっている。
積分回路５１は、演算増幅器を用いてなるバッファアンプ１と、演算増幅器２ａを用いてなる積分器２とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。すなわち、まず、バッファアンプ１は、例えば、演算増幅器を用いてなるもので、その反転入力端子と出力端子とが接続されると共に、その出力端子は、積分抵抗器３を介して積分器２の反転入力端子に接続されたものとなっている。一方、バッファアンプ１の非反転入力端子は、入力切替用第１のスイッチ４ａを介してアッテネータ入力部１０１の一方の出力端子５ａに接続されるようになっている。
【００２１】
一方、積分器２の反転入力端子は、入力切替用第２のスイッチ４ｂを介してアッテネータ入力部１０１の他方の出力端子５ｂに接続されるようになっている。この入力切替用第２のスイッチ４ｂと先の入力切替用第１のスイッチ４ａは、後述する計数・制御部１０３の制御によって連動して開閉成されるものとなっている。
また、積分器２は、その反転入力端子と出力端子との間に、積分コンデンサ６が接続されている一方、逆積分用基準電圧Ｖrefを保持するための基準電圧用コンデンサ７が次述するように接続される構成となっている。
【００２２】
すなわち、まず、極性切替用第１乃至第４のスイッチ８ａ〜８ｄが、いわゆるブリッジ接続されたものとなっている。換言すれば、極性切替用第１のスイッチ８ａの一端と極性切替用第４のスイッチ８ｄの一端が接続されると共に、その接続点は、基準電圧用コンデンサ７の一端に接続されたものとなっている。また、極性切替用第２のスイッチ８ｂの一端と極性切替用第３のスイッチ８ｃの一端が接続されると共に、その接続点は、基準電圧用コンデンサ７の他端に接続されたものとなっている。そして、極性切替用第１及び第２のスイッチ８ａ，８ｂの他端同士が接続されると共に、その接続点は、積分器２の非反転入力端子に接続されたものとなっている。また、極性切替用第３及び第４のスイッチ８ｃ，８ｄの他端同士が接続されると共に、その接続点は、バッファアンプ１の非反転入力端子に接続されたものとなっている。ここで、極性切替用第１及び第３のスイッチ８ａ，８ｃと、極性切替用第２及び第４のスイッチ８ｂ，８ｄは、後述するようにそれぞれ計数・制御部１０３の制御により連動して開閉成されるようになっているものである。
【００２３】
さらに、基準電圧用コンデンサ７の一端は、充電用第１のスイッチ１０ａを介して所定の逆積分用基準電圧Ｖrefを発生する基準電源１１の正極側に接続される一方、基準電圧用コンデンサ７の他端は、充電用第２のスイッチ１０ｂを介して基準電源１１の負極側に接続されるようになっている。ここで、充電用第１及び第２のスイッチ１０ａ，１０ｂも、後述するように計数・制御部１０３の制御により連動して開閉成されるようになっているものである。
またさらに、バッファアンプ１の非反転入力端子が接続された先の入力切替用第１のスイッチ４ａの一端と、積分器２の非反転入力端子が接続された先の入力切替用第２のスイッチ４ｂの一端との間には、グランド電位固定用第１のスイッチ１２ａが設けられると共に、入力切替用第２のスイッチ４ｂの一端には、グランド電位固定用第２のスイッチ１２ｂの一端が接続されており、このグランド電位固定用第２のスイッチ１２ｂの他端は、アースに接続されたものとなっている。
【００２４】
比較回路５２は、３つの比較器１３〜１５を用いて構成されたものとなっている。すなわち、第１の比較器１３及び第２のレンジ切替判定用比較器１５の非反転入力端子と、第１のレンジ切替判定用比較器１４の反転入力端子は、相互に接続されると共に、積分器２の出力端子に接続されたものとなっている。
また、第１の比較器１３の反転入力端子は、アースに接続されたものとなっている。さらに、第１のレンジ切替判定用比較器１４の非反転入力端子には、負極性の所定の電圧であるレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmrefが印加される一方、第２のレンジ切替判定用比較器１５の反転入力端子には、正極性の所定の電圧であるレンジ切替判定用第２の基準電圧Ｅmrefが印加されるようになっている。すなわち、本発明の実施の形態における比較回路５２においては、レンジ切替判定用基準電圧は、正極側と負極側のそれぞれに設けられたものとなっている。なお、Ａ／Ｄ変換装置の用途に応じて、レンジ切替判定用基準電圧は、勿論、正負いずれか一方のみ設定されたものであっても良いものである。
そして、これら第１の比較器１３、第１及び第２のレンジ切替判定用比較器１４，１５の出力信号ＶA，ＶB，ＶCは、計数・制御部１０３へ入力されるようになっている。
【００２５】
計数・制御部１０３は、第１の比較器１３、第１及び第２のレンジ切替判定用比較器１４，１５の出力信号に基づいて、積分器２への入力電圧が適正な範囲、すなわち正常に計測可能な測定レンジ内にあるか否かを判定し、正常に計測可能な測定レンジ内にあると判定された場合には、第１の比較器１３の出力信号ＶAに基づいて逆積分時間を計数し（詳細は後述）、その計数結果を図示されない外部の回路へ出力する一方、正常に計測可能な測定レンジ内にないと判定された場合には、測定レンジの切り替え、すなわち、アッテネータ入力部１０１のアッテネータの切り替えを行うものである。また、計数・制御部１０３は、後述するように入力切替用第１及び第２のスイッチ４ａ，４ｂ等のスイッチの動作制御を行うものとなっている。
なお、上述のようにこの計数・制御部１０３から外部へ出力される逆積分時間の計数結果は、例えば、このＡ／Ｄ変換装置がデジタルテスタのようなものに用いられる場合には、表示回路（図示せず）へ入力されて測定値のディジタル表示に供されるものとなる。なお、このような機能を有する計数・制御部１０３は、いわゆるマイクロコンピュータを用いてソフトウェアを実行させることで所望の動作が得られるよう構成して実現することができ、そのような構成のものを用いてもよく、また、マイクロコンピュータを用いることなく回路構成したものであってもよいものである。
【００２６】
次に、かかる構成における動作について、図２及び図３を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置は、アナログ入力電圧に対する変換動作の過程を見ると、後述するようにアナログ入力電圧が測定レンジを越える場合を除けば、入力電圧が適切な測定レンジ内にある場合には、基本的には従来装置と同様に２重積分型Ａ／Ｄ変換を行うものとなっている。すなわち、本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置の動作は、ゼロ積分期間、入力積分期間及び逆積分期間に区分して説明することができるものとなっている。
まず、前提として、このＡ／Ｄ変換装置は、最も小さな測定レンジ、換言すれば、アッテネータ入力部１０１のアッテネータが最小値に設定された状態において、積分器２の最大出力は２００ｍＶであり、計数・制御部１０３による計数値として２０００カウントのディジタル値が得られるものであるとする。そして、測定開始において、測定レンジは初期状態、すなわち、最も小さな測定レンジに設定されているものとする。
【００２７】
かかる前提の下、最初に、ゼロ積分期間が開始されると、計数・制御部１０３により入力切替用第１及び第２のスイッチ４ａ，４ｂが開成されて、アッテネータ入力部１０１と積分・比較部１０２との接続が断たれ、積分・比較部１０２へのアナログ入力電圧の印加が遮断されることとなる。同時に、計数・制御部１０３によりグランド電位固定用第１及び第２のスイッチ１２ａ，１２ｂが閉成されて、バッファアンプ１の非反転入力端子及び積分器２の非反転入力端子がグランド電位（アース電位）に固定されることとなる。すなわち、積分・比較部１０２の入力がグランド電位に固定されることとなる。
さらに、このとき、計数・制御部１０３により充電用第１及び第２のスイッチ１０ａ，１０ｂが閉成されて、基準電源１１が基準電圧用コンデンサ７と接続されて、基準電圧用コンデンサ７が逆積分用基準電圧Ｖrefまで充電されることとなる。
このゼロ積分期間においては、積分器２の出力電圧はゼロとなり、第１の比較器１３、第１及び第２のレンジ切替判定用比較器１４，１５の出力は、共に論理値Ｈｉｇｈに対応した状態となる（図２（Ａ）〜図２（Ｄ）におけるゼロ積分期間参照）。なお、極性切替用第１乃至第４のスイッチ８ａ〜８ｄは、このゼロ積分期間及び次述する入力積分期間を通していずれも開成状態とされるようになっている。
【００２８】
基準電圧用コンデンサ７の充電が完了する所定時間が経過すると、次に入力積分期間となり、計数・制御部１０３によりグランド電位固定用第１及び第２のスイッチ１２ａ，１２ｂが開成される一方、入力切替用第１及び第２のスイッチ４ａ，４ｂが閉成されて、アッテネータ入力部１０１を介してアナログ入力電圧が積分・比較部１０２へ印加されることとなる。
アッテネータ入力部１０１の出力端子５ａ，５ｂ間におけるアナログ入力電圧Ｖxは、バッファアンプ１及び積分抵抗器３を介して積分器２へ印加されて、一定時間の間、積分コンデンサ６の充電が開始されることとなる（図２（Ａ）の入力積分期間参照）。例えば、ここで、アナログ入力電圧Ｖxが１００ｍＶであると仮定した場合、積分器２の出力電圧は、負側へ直線的に変化してゆき所定の電圧へ達することとなる（図２（Ａ）の入力積分期間においてＥ（１００）と表記された実線特性線参照）。なお、図２において、符号イの実線矢印は、アナログ入力電圧Ｖxが負極性の場合の積分器２の出力振幅方向を示し、また、符号ロの実線矢印は、アナログ入力電圧Ｖxが正極性の場合の積分器２の出力振幅方向を示すものである。
積分器２の出力電圧は、上述のように入力積分期間の開始と共に負側へ変化してゆくため、第１の比較器１３、第１及び第２のレンジ切替判定用比較器１４，１５の出力電圧の極性は、入力積分期間の開始と同時にそれまでの論理値Ｈｉｇｈに対応する電位から論理値Ｌｏｗに対応する電位へ反転することとなる（図２（Ｂ）乃至図２（Ｄ）参照）。
【００２９】
一定の入力積分期間が経過すると、計数・制御部１０３により入力切替用第１及び第２のスイッチ４ａ，４ｂが開成されて、アッテネータ入力部１０１が積分・比較部１０２から切り離される一方、グランド電位固定用第２のスイッチ１２ｂが閉成されて、積分器２の非反転入力端子がグランド電位に固定されることとなり、逆積分期間が開始される。
次いで、計数・制御部１０３によりアナログ入力電圧の極性に応じて極性切替用第１及び第３のスイッチ８ａ，８ｃ又は極性切替用第２及び第４のスイッチ８ｂ，８ｄのいずれか一方が閉成されることとなる。すなわち、アナログ入力電圧Ｖxが１００ｍＶである場合、積分器２の出力電圧は先に述べたように負極性となるので、これと反対極性で逆積分用基準電圧Ｖrefが印加されるように、極性切替用第１及び第３のスイッチ８ａ，８ｃが計数・制御部１０３により閉成状態とされることとなる。したがって、基準電圧用コンデンサ７は、正極側（充電用第１のスイッチ１０ａの一端が接続された側）が、極性切替用第１のスイッチ８ａ及びグランド電位固定用第２のスイッチ１２ｂを介してアースに接続される一方、負極側（充電用第２のスイッチ１０ｂの一端が接続された側）は、極性切替用第３のスイッチ８ｃを介してバッファアンプ１の非反転入力端子へ接続されることとなる。また、逆積分期間の開始と共に、計数・制御部１０３においては、時間の経過が計数されることとなる。
その結果、積分器２には、負の逆積分用基準電圧−Ｖrefが印加されて逆積分が開始されて、出力電圧はグランド電位へ向かってゆくこととなる（図２（Ａ）の逆積分期間においてＥ（１００）と表記された実線特性線参照）。
【００３０】
そして、積分器２の出力電圧がグランド電位に達したところで、第１の比較器１３の出力ＶAは、論理値Ｌｏｗ（換言すれば所定の負電圧）から論理値Ｈｉｇｈ（換言ずれば所定の正電圧）へ反転し（図２（Ｂ）の逆積分期間の略中央付近参照）、これが計数・制御部１０３において逆積分期間の正常な終了と判定されて、この逆積分期間の時間（図２（Ａ）においてｔ(100)と表記された区間の時間）の計数動作が終了され、その計数値がアナログ入力電圧のディジタル値として計数・制御部１０３から外部へ出力されることとなる。
【００３１】
次に、例えば、アナログ入力電圧ＶxがこのＡ／Ｄ変換装置の最小測定レンジにおいて測定可能な最大値である２００ｍＶの場合の動作について説明すれば、まず、ゼロ積分期間は、上述したアナログ入力電圧Ｖxが１００ｍＶの場合と同様であるので、その説明を省略する。
ゼロ積分期間が終了すると、上述の例の場合と同様に入力積分期間が開始されることとなる。なお、ゼロ積分期間から入力積分期間へ移行する際の計数・制御部１０３による各々のスイッチの開閉成も基本的に上述の例と変わるところがないので、ここでの詳細な説明は省略することとする。
入力積分期間の開始と共に積分器２の出力電圧は、負極側へ直線的に変化してゆき、アナログ入力電圧Ｖxが印加された場合の積分器２の負極側の最大振幅電圧−Ｅmaxへ達することとなる（図２（Ａ）の入力積分期間においてＥ（２００）と表記された実線特性線参照）。
ここで、積分器２の最大振幅電圧は、負側が−Ｅmax、正側が＋Ｅmaxであり、これは、積分器２の電源電圧Ｖよりは低い値である。そして、このＥmaxの大きさは、逆積分期間の時間と計数・制御部１０３における計数動作との関係から所定値に設定されるものである。すなわち、具体的には、後述するように図２（Ａ）においてｔ(200)と表記された逆積分期間で正常に逆積分でき、計数・制御部１０３においてその逆積分期間に対応した正常な計数値を得ることのできる積分器２の出力電圧の最大値として定められるものである。
【００３２】
積分器２の出力電圧が−Ｅmaxに達したところで、入力積分期間が終了し、逆積分期間が開始されることとなる。なお、この入力積分期間から逆積分期間へ移行する際の計数・制御部１０３による各々のスイッチの開閉成も基本的に先のアナログ入力電圧Ｖxが１００ｍＶの例と変わるところがないので、ここでの詳細な説明は省略することとする。
逆積分期間の開始により、積分器２の出力電圧は、先の−Ｅmaxからグランド電位へ向かって直線的に変化してゆくこととなる（図２（Ａ）の逆積分期間においてＥ（２００）と表記された実線特性線参照）。
そして、積分器２の出力電圧がグランド電位に達したところで、第１の比較器１３の出力は、論理値Ｌｏｗ（換言すれば所定の負電圧）から論理値Ｈｉｇｈ（換言すれば所定の正電圧）へ反転し、これが計数・制御部１０３において逆積分期間の終了と判定されて、この逆積分期間の時間（図２（Ａ）においてｔ(200)と表記された区間の時間）の計数動作が終了され、その計数値がアナログ入力電圧のディジタル値として計数・制御部１０３から外部へ出力されることとなる。
【００３３】
次に、積分器２の出力電圧が、最大振幅電圧−Ｅmax又は＋Ｅmax越えることとなるようなアナログ入力電圧Ｖxが印加された場合、より具体的には、例えば、Ｖx＝２１０ｍＶの場合について説明する。なお、先の場合と同様に、計数・制御部１０３による各々のスイッチの開閉成については、基本的に変わるところがないので、ここでの詳細な説明は省略することとする。
ゼロ積分期間が終了し、入力積分期間が開始されると、積分器２の出力電圧は、負極側で直線的に変化してゆき（図２（Ａ）の入力積分期間においてＥ（２１０）と表記された実線特性線参照）、先の−Ｅmaxを越えて、入力積分期間内で到達し得る電圧まで達することとなる（なお、その際、積分器２の電源電圧は未だ越えないものとする）。
【００３４】
ここで、仮に、第１及び第２のレンジ切替判定用比較器１４，１５がないとすると、入力積分期間において上述のように、積分器２の出力電圧がその最大振幅電圧を超えることとなっても、従来装置同様に第１の比較器１３の出力電圧の極性は何ら変化することなく、逆積分期間へ移り、逆積分が開始されることとなる。しかし、この例の場合、入力積分期間の終了時における積分器２の出力電圧は、負側の最大振幅電圧−Ｅmaxを越えるものであるため、逆積分期間においては逆積分が完了することなく、すなわち、換言すれば、第１の比較器１３の出力電圧の極性は変化することなく逆積分期間が終了することとなる（図２（Ａ）の逆積分期間においてＥ（２１０）と表記された実線特性線参照）。そして、計数・制御部１０３は、この逆積分期間の終了時までに第１の比較器１３の出力電圧の極性変化のないことから入力電圧が測定レンジを越えており、いわゆるオーバーフロー状態であると判定して、アッテネータ入力部１０１におけるアッテネータの切り替え（測定レンジの切り替え）が行われることとなる。
【００３５】
ところが、本発明においては、第１及び第２のレンジ切替判定用比較器１４，１５が設けられているために、入力積分期間において、積分器２の出力電圧が最大振幅電圧−Ｅmaxを越え、さらに、第１のレンジ切替判定用比較器１４の非反転入力端子に印加されているレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmrefを越えた際には、第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力電圧ＶBの極性が、それまでの論理値Ｌｏｗの状態から論理値Ｈｉｇｈの状態へ反転することとなる（図２（Ｆ）参照）。換言すれば、第１のレンジ切替判定用比較器１４は、積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmrefを越えたことに対応する第１の切替判定信号を出力することとなる。
なお、積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第２の基準電圧Ｅmrefを越えた場合には、第２のレンジ切替判定用比較器１５の出力電圧ＶBの極性が、それまでの論理値Ｌｏｗの状態から論理値Ｈｉｇｈの状態へ反転することとなる。換言すれば、第２のレンジ切替判定用比較器１５は、積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第２の基準電圧Ｅmrefを越えたことに対応する第２の切替判定信号を出力することとなる。
【００３６】
ここで、第１のレンジ切替判定用比較器１４のレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmrefは、積分器２の最大振幅電圧−Ｅmaxより若干低い電圧、すなわち、−Ｅmref＝−Ｅmax−αの関係となるように設定された値であり、第２のレンジ切替判定用比較器１５のレンジ切替判定用第２の基準電圧Ｅmrefは、積分器２の最大振幅電圧Ｅmaxより若干大きな電圧、すなわち、Ｅmref＝Ｅmax＋αの関係となるように設定された値である。
計数・制御部１０３においては、この第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力電圧の極性変化により、入力電圧が測定レンジを越えており、いわゆるオーバーフロー状態であると判定され、逆積分期間を経ることなく、アッテネータ入力部１０１におけるアッテネータの切り替え（測定レンジの切り替え）が行われることとなる。アッテネータ入力部１０１におけるアッテネータの切り替え、換言すれば、入力電圧の降圧は、例えば、２００ｍＶ、２Ｖ、２０Ｖ・・・の如くに、予め設定された降圧比で行われるようになっている。
【００３７】
そして、アッテネータの切り替えが行われると同時にゼロ積分期間開始され、新たな測定レンジにおいて、再び測定が開始されることとなる。
例えば、このアッテネータ入力部１０１におけるアッテネータの切り替えにより、次に設定される測定レンジにおける測定可能な最大アナログ入力電圧Ｖxが２Ｖであると仮定すると、先の例に挙げた２１０ｍＶのアナログ入力電圧Ｖxは、この測定レンジを越えないものであるため、この測定レンジにおいて測定可能となる。すなわち、この場合には、入力積分期間中に、第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力電圧の極性が変化することはなく、逆積分期間へ移行し、正常に逆積分されて第１の比較器１３の出力電圧が論理値Ｌｏｗの状態から論理値Ｈｉｇｈの状態へ反転したところで、逆積分期間の終了とされ、計数・制御部１０３からその逆積分期間の時間に対応する（換言すれば、アナログ入力電圧２１０ｍＶに対応する）計数値が出力されることとなる。
【００３８】
次に、図１に示された構成において、変換速度が２回／秒（なお、ここで、ゼロ積分期間の開始から逆積分期間の終了までを１回の変換とする）、アッテネータ入力部１０１におけるアッテネータの切り替えにより、測定レンジが２００ｍＶ、２Ｖ、２０Ｖ、２０００Ｖと切り替え可能であるとして、＋３００Ｖを測定した場合におけるこのＡ／Ｄ変換装置の動作について図３を参照しつつ説明する。
測定開始においては、２００ｍＶの測定レンジに設定されているとして、測定が開始されると、先に述べたように、積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmmaxを越えることとなるので、越えた時点において第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力電圧の論理値Ｌｏｗから論理値Ｈｉｇｈへの極性の変化が生じ（図３（Ａ）乃至同図（Ｃ）参照）、それが計数・制御部１０３により検出されて、計数・制御部１０３の制御によりアッテネータ入力部１０１におけるアッテネータの切り替えが行われて、測定レンジが一つ上の測定レンジである２Ｖへ切り替えられることとなる。
【００３９】
そして、この２Ｖの測定レンジにおいても、積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmmaxを越えるため、入力積分期間終了後、逆積分期間となることなく、上述と同様にして測定レンジの切り替えが行われて２０Ｖの測定レンジにおいてゼロ積分期間が開始されることとなる。以下、同様にして２００Ｖ、２０００Ｖと測定レンジが切り替えられてゆくこととなる（図３（Ａ）乃至同図（Ｃ）参照）。そして、２０００Ｖの測定レンジにおいては、積分器２の出力電圧は、レンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmmaxを越えることはなく、したがって、第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力電圧の極性変化は生じず（図３（Ａ）及び図３（Ｃ）参照）、入力積分期間に続いて逆積分期間が開始されることとなる。逆積分期間では、正常に逆積分が行われ、積分器２の出力電圧がグランド電位を過ぎった時点で第１の比較器１３の出力電圧の極性が論理値Ｌｏｗの状態から論理値Ｈｉｇｈの状態へ反転し（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）、これにより計数・制御部１０３において逆積分期間の終了と判定されて、この逆積分期間の時間に対応する計数値がアナログ入力電圧のディジタル値として計数・制御部１０３から外部へ出力されることとなる。結局、従来装置であれば、同様な測定条件下で正常な測定結果が得られるまでに約２.５秒もの時間を要したのに対して、本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置においては、その半分以下の約１秒で＋３００Ｖのアナログ入力電圧に対する測定結果が得られることとなる。
【００４０】
次に、第２の構成例について図１及び図４を参照しつつ説明する。
この第２の構成例におけるいわゆるそのハードウェア構成は、後述するように計数・制御部１０３Ａの動作が、先の第１の構成例における計数・制御部１０３と異なる点を除けば、図１に示されたものと基本的に変わることろはないものであるので、以下の説明においては適宜図１を参照することとする。なお、図１においては、第１の構成例における計数・制御部１０３の符号の脇に、この第２の構成例における計数・制御部１０３Ａの符号を括弧で囲んで併記している。
。以下、この第２の構成例におけるＡ／Ｄ変換装置について、先の第１の構成例と異なる点を中心に説明することとする。
【００４１】
まず、この第２の構成例におけるＡ／Ｄ変換装置の具体的な動作条件としては、先の第１の構成例の場合と同様に、最も小さな測定レンジ、換言すれば、アッテネータ入力部１０１のアッテネータが最小値に設定された状態において、積分器２の最大出力は２００ｍＶであり、計数・制御部１０３Ａによる計数値として２０００カウントのディジタル値が得られるものであるとする。そして、測定開始において、測定レンジは初期状態、すなわち、最も小さな測定レンジ（２００ｍＶ）に設定されているものとする。
アナログ入力電圧Ｖxが測定レンジ内にある場合の動作は、先の第１の構成例の場合と同様であり、図４（Ａ）においては、アナログ入力電圧Ｖxが１００ｍＶの場合及びアナログ入力電圧Ｖxが２００ｍＶの場合の入力積分期間における積分器２のそれぞれの出力電圧の変化を示す特性線が示されている（図４（Ａ）においてＥ(100)と表記された実線特性線及びＥ(200)と表記された実線特性線参照）。
【００４２】
次に、測定レンジを越える過大なアナログ入力電圧Ｖxが印加された場合、例えば、２００ｍＶの測定レンジにおいて２.５Ｖが印加された場合、入力積分期間が開始されると、積分器２の出力電圧は急激に負側へ低下してゆき、先の正常なアナログ入力電圧の場合に比して、入力積分期間の開始時から極短い時間で、レンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmrefを越えることとなる（図４（Ａ）においてＥ(2500)と表記された実線特性線参照）。そして、積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第２の基準電圧−Ｅmrefを越えると同時に、第１のレンジ切替判定用比較器１４の極性が、それまでの論理値Ｌｏｗの状態から論理値Ｈｉｇｈの状態へ反転することとなる（図４（Ｃ）参照）のは、第１の構成例と同様である。
計数・制御部１０３Ａにおいては、入力積分期間の開始時から積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmrefを越えるまでの時間（アナログ入力電圧Ｖxが負極性の場合には、入力積分期間の開始時から積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第２の基準電圧Ｅmrefを越えるまでの時間）が計数され、その計数結果に応じて適切な測定レンジへの切り替えが行われることとなる。なお、図４においては、入力積分期間の開始時から積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmrefを越えるまでの時間が、Ｔint(2500)と表記されている。
【００４３】
すなわち、まず、積分器２の出力電圧Ｅoは、従来技術で説明した式１のようにＥo＝−１／（ＣＲ）∫Ｖx・ｄtoと表されることは、公知・周知の通りである。ここで、Ｃは、積分コンデンサ６の容量値であり、Ｒは、積分抵抗器３の抵抗値であり、toは、入力積分時間である。
入力積分期間の開始時から積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmref（又は、レンジ切替判定用第２の基準電圧Ｅmref）を越えるまでの時間をｔint(Vx)とし、上述の式１を用いてアナログ入力電圧Ｖxが過大入力の場合のそのＶxの大きさを表すと下記する式４の如くに表される。
【００４４】
Ｖx＝(ｔo／ｔint(Vx))×Ｖfs・・・式４
【００４５】
ここで、ｔoは、通常の積分時間（入力積分期間）であり、Ｖfsは、積分器２のフルスケール値であり、先の第１の構成例において定義した積分器２の正極側の最大振幅電圧Ｅmaxと同意義のもので、この例においては、２００ｍＶである。
この式４において、ｔo及びＶfsは、具体的な装置においては、既知の値であるので、計数・制御部１０３Ａにおいては定数として扱うことができ、ｔint(Vx)が計数されれば、式４に基づいて、その計数結果と定数との乗算によりアナログ入力電圧Ｖxの大凡の値が算出されることとなる。
【００４６】
そして、計数・制御部１０３Ａにおいては、この算出されたアナログ入力電圧Ｖxに適する測定レンジが選択されて、アッテネータ入力部１０１へ対して選択された測定レンジとなるように計数・制御部１０３Ａによるアッテネータの切り替え制御が行われるようになっている。この測定レンジの選択は、現実的には、ｔo／ｔint(Vx)の比が計数・制御部１０３Ａにおいて論理演算され、その算出結果に応じて行われるようになっている。
すなわち、まず、この第２の構成例においては、測定レンジが２００ｍＶ、２Ｖ、２０Ｖ、２００Ｖ、２０００Ｖとあるものとする。
そして、２００ｍＶの測定レンジにおいて、ｔo／ｔint(Vx)が算出され、その算出値が、例えば、０.１＜ｔo／ｔint(Vx)＜０.９９の範囲内にあると判定された場合、換言すれば、ｔint(Vx)／ｔoが１を越えて１０倍未満であると判定された場合、一つ上の測定レンジ、すなわち、２Ｖの測定レンジへ切り替えを行うべく計数・制御部１０３Ａからアッテネータ入力部１０１に対してアッテネータ切り替えのための制御信号が出力されるようにすればよい。また、ｔo／ｔint(Vx)の値が０.０１＜ｔo／ｔint(Vx)≦０.１の範囲内であると判定された場合、換言すれば、ｔint(Vx)／ｔoが１０倍以上で１００倍未満と判定された場合には、２つ上の測定レンジ、すなわち、２０Ｖの測定レンジへ切り替えを行うべく計数・制御部１０３Ａからアッテネータ入力部１０１に対してアッテネータ切り替えのための制御信号が出力されるようにすればよい。
以下、同様にして、ｔo／ｔint(Vx)の値に応じて、その値に適した測定レンジへ直接切り替えがなされるようになっている。
なお、先に述べたようにアナログ入力電圧Ｖxが２.５Ｖの場合、ｔint(Vx)の値は、大凡０.０８×ｔoとなり、計数・制御部１０３Ａにおいて、ｔo／ｔint(Vx)の値が０.０１＜ｔo／ｔint(Vx)≦０.１の範囲内であると判定されるため、測定レンジは、上述のようにして２０Ｖに切り替えられることとなる。
【００４７】
次に、第３の構成例について、図５及び図６を参照しつつ説明する。
この第３の構成例は、先の第２の構成例が、積分器２の出力電圧がレンジ切替判定用第１の基準電圧−Ｅmmax又はレンジ切替判定用第２の基準電圧Ｅmmaxを越えるまでの時間ｔint(Vx)と通常の積分時間ｔoとの比を論理演算により算出し、その算出結果に応じてレンジ切り替えを行うようにしたものであるのに対して、このような比の算出を回路上で行うことなく予め求めておき、入力積分期間の開始時から第１又は第２のレンジ切替判定用比較器１４，１５から第１又は第２のレンジ切替判定信号が出力されるまでの経過時間の計数値に対応させてレンジ切り替えを行うようにしたものである。
すなわち、まず、この第３の構成例は、先の第２の構成例における計数・制御部１０３Ａの機能を次述するように代えることによって実現できるもので、図５には、特に、その主要部の回路構成例が示されている。なお、先の図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
【００４８】
図５においては、第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力信号に基づいてレンジ切替を行う場合のこの第３の構成例における計数・制御部１０３Ｂの主要部の構成が示されているが、第２のレンジ切替判定用比較器１５についても同様の構成であるので、ここではその図示を省略してある。
第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力端子には、レベルシフタ４１が接続されており、第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力電圧が、後段の論理回路に適するものに変換されるようになっている。例えば、第１のレンジ切替判定用比較器１４の出力レベルが＋３Ｖと−３Ｖである場合、レベルシフタ４１は、これを０Ｖと３Ｖとに変換するように構成されてなる公知・周知のものである。
【００４９】
このレベルシフタ４１の出力端子は、３個の２入力ＡＮＤ回路４２〜４４の一方の入力端子に接続されたものとなっている。
一方、第１の２入力ＡＮＤ回路４２の他方の入力端子は、主カウンタ（図５においては「Main Counter」と表記）４５の第１の計数出力端子Ｅ００１に、第２の２入力ＡＮＤ回路４３の他方の入力端子は、主カウンタ４５の第２の計数出力端子Ｅ０１に、第３の２入力ＡＮＤ回路４４の他方の入力端子は、主カウンタ４５の第３の計数出力端子Ｅ１に、それぞれ接続されたものとなっている。
そして、第１乃至第３の２入力ＡＮＤ回路４２〜４４のそれぞれの出力信号は、レンジ制御ロジック４６へ入力されるようになっている。
ここで、主カウンタ４５は、入力積分期間の開始時から、第１のレンジ切替判定用比較器１４から第１のレンジ切替判定信号が出力されるまでの時間を計数するだけでなく、入力積分が正常な場合の時間計数も行うためのものである。
【００５０】
次に、上記構成における動作について、図６を参照しつつ説明する。
まず、主カウンタ４５は、１００カウントのカウンタから構成され、入力積分期間が開始されると計数動作を開始すると共に、その開始時からの経過時間が、予め設定された正常時の入力積分期間（積分器２の出力電圧が−Ｅmax又は＋Ｅmaxを越えることがない場合における入力積分期間）を１００カウントとした場合に、１カウントに相当する時点となるまでの間、第１の計数出力端子Ｅ００１を論理値Ｈｉｇｈに対応するレベルとするようになっている（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。次いで、主カウンタ４５は、この１カウントの時点が計数されると同時に第１の計数出力端子Ｅ００１を論理値Ｈｉｇｈから論理値Ｌｏｗの状態とすると同時に第２の計数出力端子Ｅ０１を論理値Ｈｉｇｈに対応するレベルとし、この状態を、入力積分期間の開始からの経過時間が、予め設定された正常時の入力積分期間を１００カウントとした場合に、１０カウントに相当する時点となるまでの間保持するようになっている（図６（Ａ）〜図６（Ｃ）参照）。そして、主カウンタ４５は、入力積分期間の開始からの経過時間が１０カウントに相当する時点となると同時に、第２の計数出力端子Ｅ０１を論理値Ｌｏｗに対応するレベルとすると共に、第３の出力端子Ｅ１を論理値Ｈｉｇｈに対応するレベルとするようになっている（図６（Ａ）〜図６（Ｄ）参照）。
さらに、主カウンタ４５は、入力積分期間の開始時からの経過時間が、予め設定された正常時の入力積分期間の終了時点となると同時に、第３の計数出力端子Ｅ１を論理値Ｌｏｗに対応するレベルとするようになっている（（図６（Ａ）及び図６（Ｄ）参照））。
【００５１】
かかる前提条件の下、例えば、主カウンタ４５の第１の計数出力端子Ｅ００１が論理値Ｈｉｇｈに対応するレベルとされている間、第１のレンジ切替判定用比較器１４から第１の切替判定信号が出力されると、第１の２入力ＡＮＤ回路４２からは、両方の信号の論理積がいわばレンジアップ信号（図５においては「ＵＰ３」と表記）として出力されることとなる。そして、レンジ制御ロジック４６においては、第１の２入力ＡＮＤ回路４２からのレンジアップ信号であることを受けて、予め定められたレンジ切り替えがなされるよう、アッテネータ入力部１０１へ制御信号を出力することとなる。例えば、この場合のＡ／Ｄ変換装置の具体的な構成が、第２の構成例で例示したように、測定レンジが２００ｍＶ、２Ｖ、２０Ｖ、２００Ｖ、２０００Ｖの切り替え可能なものであって、２００ｍＶの測定レンジにおいて、アナログ入力電圧Ｖxが２５Ｖあった場合には、第１の２入力ＡＮＤ回路４２からのレンジアップ信号ＵＰ３に基づいて、レンジ制御ロジックは、アッテネータ入力部１０１において３つ上のレンジ（２００Ｖの測定レンジ）への切り替えが行われるようアッテネータ入力部１０１を制御することとなる。
【００５２】
また、主カウンタ４５の第２の計数出力端子Ｅ０１が論理値Ｈｉｇｈに対応するレベルとされている間、第１のレンジ切替判定用比較器１４から第１の切替判定信号が出力されると、第２の２入力ＡＮＤ回路４３から、両方の信号の論理積がいわばレンジアップ信号（図５においては「ＵＰ２」と表記）として出力されることとなる。
したがって、上述したような具体的な構成例にあって、例えば、アナログ入力電圧Ｖxが２.５Ｖであった場合に、第２の２入力ＡＮＤ回路４３からのレンジアップ信号ＵＰ２がレンジ制御ロジック４６へ入力されることにより、レンジ制御ロジック４６は、アッテネータ入力部１０１において２つ上のレンジ（２０Ｖの測定レンジ）への切り替えが行われるようアッテネータ入力部１０１を制御することとなる。
そして、同様にして、第３の２入力ＡＮＤ回路４４からレンジアップ信号（図５においては「ＵＰ１」と表記）が出力された場合には、レンジ制御ロジックにより、アッテネータ入力部１０１において１つ上のレンジ（２Ｖの測定レンジ）への切り替えが行われることとなる。
【００５３】
なお、主カウンタ４５からレンジ制御ロジック４６に対して、先の第１の計数出力端子Ｅ００１が論理値Ｈｉｇｈから論理値Ｌｏｗ状態となる直前の所定期間、第２の計数出力端子Ｅ０１が論理値Ｈｉｇｈから論理値Ｌｏｗ状態となる直前の所定期間、第３の計数出力端子Ｅ１が論理値Ｈｉｇｈから論理値Ｌｏｗ状態となる直前の所定期間のそれぞれにおいて、イネーブル(ENABLE)信号を出力させ（図６（Ｅ）参照）、このイネーブル信号が入力された間のみレンジ制御ロジック４６が動作可能となるように構成しても良い。
【００５４】
なお、上述した例においては、説明を簡便にして理解を容易にするために、主カウンタ４５のカウンタ値が比較的少ない、すなわち、ビット数の少ない構成として説明した。先の構成例２においては、入力積分期間（基準となる積分時間）と積分器出力が第１または第２の基準電圧を超えるまでの計数値との比を得るためには、除算器等が必要になり、そのため、論理回路を構成するいわゆる論理素子も増えて回路規模は大きくなる。
そのような観点から、この第３の構成例と先の第２の構成例とを比較すると、除算器等が必要ないので、第３の構成例の方が先の第２の構成例に比して構成が容易となり、より安価な装置を提供できるという利点がある。
【００５５】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、いわゆる二重積分型のＡ／Ｄ変換を行うよう構成されてなり、アナログ入力電圧に対する測定レンジの切り替え機能を有するＡ／Ｄ変換装置において、測定レンジがアナログ入力電圧の大きさに適したものでない場合に、二重積分の結果が出力されるまで待つことなく、レンジの切り替えが行われるように構成することにより、測定レンジの切り替えまでに要する時間が短縮化され、迅速に正常なＡ／Ｄ変換結果を得ることができるという効果を奏するものである。
また、入力電圧の積分の際の積分出力電圧がレンジ切替判定用基準電圧を越える場合には、積分開始からそれまでの時間に基づいて測定レンジが適切なレンジへ切り替えられるように構成することにより、測定レンジに対する入力電圧が過大な場合に、従来と異なり、複数回のレンジ切り替えを経ることなく、即座に適切なレンジで正しいＡ／Ｄ変換結果を得ることができるので、レンジ切り替えが最小限で済み、迅速なＡ／Ｄ変換結果を得ることができるという効果を奏するものである。特に、入力電圧の積分の際の積分出力電圧がレンジ切替判定用基準電圧を越えるまでの時間を、基準となる積分時間に対する比として、その比の値で適切なレンジへの切り替えが行われるよう構成することで、複数回の入力電圧の降圧を経ることなく、即座に適切な測定レンジに切り替えられ、測定レンジの切り替えをより迅速に行えるＡ／Ｄ変換装置を提供することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置の第１の構成例の動作を説明するための主要部のタイミング図であり、図２（Ａ）は、アナログ入力電圧が１００ｍＶ、２００ｍＶ及び２１０ｍＶの場合のそれぞれの積分器の出力電圧変化の様子を示すタイミング図、図２（Ｂ）は、アナログ入力電圧が１００ｍＶの場合の第１の比較器の出力変化を示すタイミング図、図２（Ｃ）は、アナログ入力電圧が１００ｍＶの場合の第１のレンジ切替判定用比較器の出力変化を示すタイミング図、図２（Ｄ）は、アナログ入力電圧が１００ｍＶの場合の第２のレンジ切替判定用比較器の出力変化を示すタイミング図、図２（Ｅ）は、アナログ入力電圧が２１０ｍＶの場合の第１の比較器の出力変化を示すタイミング図、図２（Ｆ）は、アナログ入力電圧が２１０ｍＶの場合の第１のレンジ切替判定用比較器の出力変化を示すタイミング図、図２（Ｇ）は、アナログ入力電圧が２１０ｍＶの場合の第２のレンジ切替判定用比較器の出力変化を示すタイミング図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置の第１の構成例において、＋３００Ｖの測定を行った場合の測定レンジの切り替えを説明するための主要部のタイミング図であり、図３（Ａ）は、積分器の出力電圧の変化を示すタイミング図、図３（Ｂ）は、第１の比較器の出力変化を示すタイミング図、図３（Ｃ）は、第１のレンジ切替判定用比較器の出力変化を示すタイミング図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置の第２の構成例の動作を説明するための主要部のタイミング図であり、図４（Ａ）は、アナログ入力電圧が１００ｍＶ、２００ｍＶ及び２.５Ｖの場合のそれぞれの入力積分期間における積分器の出力電圧変化の様子を示すタイミング図、図４（Ｂ）は、第１の比較器の出力変化を示すタイミング図、図４（Ｃ）は、第１のレンジ切替判定用比較器の出力変化を示すタイミング図、図４（Ｄ）は、第２のレンジ切替判定用比較器の出力変化を示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換装置の第３の構成例における計数・制御部の主要部の構成例を示す構成図である。
【図６】図５に示された回路構成における動作を説明するための主要部のタイミング図であり、図６（Ａ）は、アナログ入力電圧が１００ｍＶ、２００ｍＶ及び２.５Ｖの場合のそれぞれの入力積分期間における積分器の出力電圧変化の様子を示すタイミング図、図６（Ｂ）は、図５に示された構成例における主カウンタの第１の計数出力端子Ｅ００１における出力タイミングを示すタイミング図、図６（Ｃ）は、図５に示された構成例における主カウンタの第２の計数出力端子Ｅ０１における出力タイミングを示すタイミング図、図６（Ｄ）は、図５に示された構成例における主カウンタの第３の計数出力端子Ｅ１における出力タイミングを示すタイミング図、図６（Ｅ）は、図５に示された構成例における主カウンタからのイネーブル信号の出力タイミングを示すタイミング図である。
【図７】従来の２重積分型Ａ／Ｄ変換装置の構成例を示す構成図である。
【図８】図７に示された従来装置の動作を説明するための主要部のタイミング図であり、図８（Ａ）は、図７に示された２重積分型Ａ／Ｄ変換装置内の積分器の出力電圧の変化を示すタイミング図、図８（Ｂ）は、図７に示された２重積分型Ａ／Ｄ変換装置内の比較器の出力変化を示すタイミング図である。
【符号の説明】
２…積分器
６…積分コンデンサ
７…基準電圧用コンデンサ
１１…基準電源
１３…第１の比較器
１４…第１のレンジ切替判定用比較器
１５…第２のレンジ切替判定用比較器
５１…積分回路
５２…比較回路
１０１…アッテネータ入力部
１０２…積分・比較部
１０３…計数・制御部（第１の構成例）
１０３Ａ…計数・制御部（第２の構成例）
【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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【図８】
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