(57)【要約】【課題】本発明は、サンプリングに伴うアナログ電圧の誤検出を防止するサンプリング装置の提供を目的とする。【解決手段】アナログ電圧が入力されるチャンネルＣＨ−２及びＣＨ−３と、前記アナログ電圧を検出するためのサンプリングコンデンサＣｓを有するサンプル＆ホールド部２と、チャンネルＣＨ−２とサンプル＆ホールド部２との接続とチャンネルＣＨ−３とサンプル＆ホールド部２との接続とを切り替えるマルチプレクサ部１とを有し、チャンネルＣＨ−３にフィルタコンデンサＣｆが接続された、サンプリング装置であって、チャンネルＣＨ−２をチャンネルＣＨ−３と同電圧にするダミー回路（抵抗Ｒ２とコンデンサＣｆ２から構成）を備え、マルチプレクサ部１は、サンプル＆ホールド部２をチャンネルＣＨ−２に接続後にチャンネルＣＨ−３に接続することを特徴とする、サンプリング装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ電圧が入力される第１及び第２のチャンネルと、
前記アナログ電圧を検出するためのサンプリングコンデンサを有するサンプル＆ホールド回路と、
前記第１のチャンネルと前記サンプル＆ホールド回路との接続と第２のチャンネルと前記サンプル＆ホールド回路との接続とを切り替えるスイッチとを有し、前記第２のチャンネルにコンデンサが接続された、サンプリング装置であって、
前記第１のチャンネルを前記第２のチャンネルと同電圧にするダミー回路を備え、
前記スイッチは、前記サンプル＆ホールド回路を前記第１のチャンネルに接続後に前記第２のチャンネルに接続することを特徴とする、サンプリング装置。
【請求項２】
前記第２のチャンネルに接続されたコンデンサは、１次ローパスフィルタを構成するコンデンサである、請求項１記載のサンプリング装置。
【請求項３】
前記１次ローパスフィルタと略等しい時定数の１次ローパスフィルタを前記第１のチャンネルに接続した、請求項２記載のサンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号の電圧値をサンプリングするサンプリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、サンプリングコマンドが入力されるごとに被測定信号の瞬時値を蓄えてその蓄えられた値に対応するサンプル値を出力するサンプリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このサンプリング装置は、単一チャンネルの電圧をサンプリングする装置であって、単一チャンネルにおけるサンプル間の無干渉性を向上させようとするものである。
【特許文献１】特許第３２４４９２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、図６に示されるように、複数のチャンネル（ＣＨ−１，２）から入力されるアナログ信号の電圧値をサンプリングする場合、マルチプレクサ部１等によってチャンネルを順次切り替えて各チャンネルの電圧値をサンプリングすることがしばしば見受けられる。しかしながら、チャンネルにフィルタコンデンサＣｆが接続されている場合、サンプル＆ホールド部２のサンプリングコンデンサＣｓには前回のチャンネル（ＣＨ−１）のサンプリングで充電された電荷が残っているため、次のチャンネル（ＣＨ−２）のサンプリングに切り替えると、サンプリングコンデンサＣｓの電荷と切り替え先のチャンネルＣＨ−２に接続されたフィルタコンデンサＣｆ２に充電された電荷との関係により生じる両コンデンサ間の充放電によって、チャンネルＣＨ−２の電圧が変動し、いわゆるクロストークが発生するおそれがある。
【０００４】
すなわち、前回のチャンネルＣＨ−１のサンプリングで充電されたサンプリングコンデンサＣｓの電圧Ｖ０と、サンプリング直前のフィルタコンデンサＣｆ２の電圧Ｖ１と、サンプリング後のフィルタコンデンサＣｆ２の電圧Ｖ２との間には、チャンネルの切替前後の電荷の充放電の関係に着目すると、
［数１］
Ｖ２・（Ｃｓ＋Ｃｆ２）＝Ｖ１・Ｃｆ２＋Ｖ０・Ｃｓ
という関係を導くことができる。なお、Ｃｓ，Ｃｆ，Ｃｆ１，Ｃｆ２は、コンデンサの符号であるが、便宜上、静電容量を意味するものとする。一般に、Ｃｆ２≫Ｃｓなので、［数１］は、
［数２］
Ｖ２＝Ｖ１＋Ｖ０・（Ｃｓ／Ｃｆ２）
と変形することができる。［数２］から明らかなように、サンプリング後のフィルタコンデンサＣｆ２の電圧Ｖ２は、『Ｖ０・（Ｃｓ／Ｃｆ２）』の誤差項を含んで検出される。仮に『Ｃｓ＝１０［ｐＦ］，Ｃｆ２＝１０００［ｐＦ］』の場合、前回のチャンネルＣＨ−１のサンプリングで充電されたサンプリングコンデンサＣｓの電圧Ｖ０の１／１００が誤差として生じることになる。前回のチャンネルＣＨ−１にＡＣ成分がある場合はその１／１００がクロストークとして重畳することになる。
【０００５】
そこで、本発明は、サンプリングに伴うアナログ電圧の誤検出を防止するサンプリング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、第１の発明として、
アナログ電圧が入力される第１及び第２のチャンネルと、
前記アナログ電圧を検出するためのサンプリングコンデンサを有するサンプル＆ホールド回路と、
前記第１のチャンネルと前記サンプル＆ホールド回路との接続と第２のチャンネルと前記サンプル＆ホールド回路との接続とを切り替えるスイッチとを有し、前記第２のチャンネルにコンデンサが接続された、サンプリング装置であって、
前記第１のチャンネルを前記第２のチャンネルと同電圧にするダミー回路を備え、
前記スイッチは、前記サンプル＆ホールド回路を前記第１のチャンネルに接続後に前記第２のチャンネルに接続することを特徴とする、サンプリング装置を提供する。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明に係るサンプリング装置であって、前記第２のチャンネルに接続されたコンデンサは、１次ローパスフィルタを構成するコンデンサであることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第２の発明に係るサンプリング装置であって、前記１次ローパスフィルタと略等しい時定数の１次ローパスフィルタを前記第１のチャンネルに接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、サンプリングに伴うアナログ電圧の誤検出を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明に係るサンプリング装置の第１の実施形態を示した図である。ＩＮ１端子及びＩＮ２端子には、図示しない測定対象となる電圧源（例えば、センサや他ユニットの出力信号）が接続されている。ＩＮ１端子は、保護用入力抵抗Ｒ１を介してＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−１端子に接続されている。ＩＮ２端子は保護用入力抵抗Ｒ３を介してＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−３端子に接続されると共に、フィルタコンデンサＣｆがＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−３端子とＧＮＤ間に接続され（接地され）、時定数（Ｒ３・Ｃｆ）の１次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が構成されている。更に、ＩＮ２端子は保護用入力抵抗Ｒ２を介してＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−２端子に接続されると共に、フィルタコンデンサＣｆ２がＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−２端子とＧＮＤ間に接続され（接地され）、時定数（Ｒ２・Ｃｆ２）の１次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が構成されている。
【００１１】
Ａ／Ｄコンバータ１０は、その内部に、マルチプレクサ部１、サンプル＆ホールド部（回路）２及びＡ／Ｄコンバータコア部３を有している。
【００１２】
マルチプレクサ部１は、Ａ／Ｄコンバータ１０のチャンネル「ＣＨ−＊」端子からの複数の入力電圧のうち一つだけをサンプル＆ホールド部２に出力するようにチャンネルを切替選択するものである。すなわち、入力スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃは、互いに同時にＯＮすることはなく、所定の順番でＯＮする。入力スイッチ１ａがＯＮすることにより、サンプル＆ホールド部２とＣＨ−１は接続され、入力スイッチ１ａがＯＦＦすることにより、サンプル＆ホールド部２とＣＨ−１は非接続となる。入力スイッチ１ｂ，１ｃも同様である。
【００１３】
サンプル＆ホールド部２は、スイッチ２ａをＯＮすることによりマルチプレクサ部１により選択されたチャンネルの入力電圧でサンプリングコンデンサＣｓを充電し、所定時間経過後にスイッチ２ａをＯＦＦすることによりサンプリングコンデンサＣｓの充電電圧を保持し、その保持電圧をバッファ２ｂによって出力するものである。なお、マルチプレクサ部１により選択されたチャンネルとは、入力スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃのいずれかがＯＮすることによってサンプル＆ホールド部２と接続されたチャンネルのことである。また、スイッチ２ａのＯＮ期間をサンプル期間といい、スイッチ２ｂのＯＦＦ期間をホールド期間という。
【００１４】
Ａ／Ｄコンバータコア部３は、サンプル＆ホールド部２の出力を逐次変換あるいは二重積分などによって得られたデジタルデータをＯＵＴ端子に出力するものである。
【００１５】
図２は、第１の実施形態のサンプリング装置のＡ／Ｄコンバータ１０の動作フローの一例である。第１の実施形態のサンプリング装置のＡ／Ｄコンバータ１０は、ＣＨ−１からＣＨ−３端子のアナログ電圧をＯＵＴ端子にデジタルデータで出力する。
【００１６】
まず、Ａ／Ｄコンバータ１０は、ｎを初期化してインクリメントすることによって（ステップ１，２）、マルチプレクサ部１でＣＨ−１を選択する（ステップ３）。ＣＨ−１の選択とは、マルチプレクサ部１の入力スイッチ１ａがＯＮすることである。ＣＨ−１を選択後、サンプル＆ホールド部２の入力スイッチ２ａをＯＮしてサンプリングを開始する（ステップ４）。ＣＨ−１からの入力電圧がサンプリングコンデンサＣｓに印加され、サンプリングコンデンサＣｓの充電時間を考慮して設定された所定時間τ待機後に（ステップ５）、サンプル＆ホールド部２の入力スイッチ２ａをＯＦＦし、Ａ／Ｄコンバータコア部３で逐次変換を開始する（ステップ６）。そして、Ａ／Ｄコンバータコア部３からＣＨ−１の逐次変換結果がＯＵＴ端子に送信される（ステップ７）。その後、ｎが３以上ではないので（ステップ８；Ｎｏ）、マルチプレクサ部１の入力スイッチ１ａがＯＦＦした後に、同様に、マルチプレクサ部１でＣＨ−２を選択後、ＣＨ−２の逐次変換結果がＯＵＴ端子に送信され、更に同様に、マルチプレクサ部１でＣＨ−３を選択後、ＣＨ−３の逐次変換結果がＯＵＴ端子に送信され、本フローは終了する（ステップ８；Ｙｅｓ）。
【００１７】
つまり、上述の第１の実施形態によると、ＣＨ−２のサンプリングを開始する前のサンプリングコンデンサＣｓは、前回の選択チャンネルＣＨ−１、すなわちＩＮ１端子の電圧（ＣＨ−１の電圧と等価）に略等しい電圧になっているが、ＣＨ−２のサンプリングの開始によって、フィルタコンデンサＣｆ２とサンプリングコンデンサＣｓが入力スイッチ１ｂ及び２ａのＯＮによって並列接続されることになる。その結果、上述の［数２］で示したように、ＣＨ−１のサンプリング値（サンプリングコンデンサＣｓの電圧）と（Ｃｓ／Ｃｆ２）との積が誤差として生じることなる。ＣＨ−１にＡＣ成分がある場合はそれがクロストーク（前チャンネルＡＣ成分漏話）として重畳することになる。
【００１８】
しかしながら、その次のＣＨ−３のサンプリング値は、ＣＨ−２のサンプリング値と（Ｃｓ／Ｃｆ）との積が誤差として生じるが、ＣＨ−３のサンプリング開始時には、サンプリングコンデンサＣｓはＩＮ２端子の電圧に略等しい電圧となっているため、その誤差は微小である。例えば、ＣＨ−３のサンプリング開始時に、サンプリングコンデンサＣｓがＩＮ２端子の電圧に誤差１％程度の電圧であれば、ＣＨ−３のサンプリング値の誤差は、その誤差１％の１／１００（上述の数値例）である０．０１％となる。
【００１９】
したがって、上述の第１の実施形態によれば、ＣＨ−２のサンプリング値を測定データとして使用せず、ＣＨ−３のサンプリング値を測定データとして使用することにより、フィルタコンデンサＣｆとサンプリングコンデンサＣｓの電荷保存に伴う誤差を低減することができる。
【００２０】
すなわち、図１に示されるように、保護用入力抵抗Ｒ２とフィルタコンデンサＣｆ２とから構成されるダミー回路によって被測定チャンネル（ＣＨ−３）と同電圧となるダミーチャンネル（ＣＨ−２）をサンプル＆ホールド部２に接続した後に被測定チャンネルＣＨ−３をサンプル＆ホールド部２に接続するので、被測定チャンネルＣＨ−３をサンプル＆ホールド部２に接続した時には被測定チャンネルＣＨ−３の電圧とサンプリングコンデンサＣｓの電圧は一致していることになり、クロストークを抑制することができる。
【００２１】
さらには、高周波ノイズの成分を有効に除去しつつ、他チャンネルからのクロストークを防止することができるため、実用上のＡ／Ｄコンバータコア部３の変換精度を向上することもできる。
【００２２】
なお、ダミーチャンネルＣＨ−２に接続された１次ローパスフィルタの時定数（Ｒ２・Ｃｆ２）は、被測定チャンネルＣＨ−３に接続された１次ローパスフィルタの時定数（Ｒ３・Ｃｆ）と略等しいことが望ましい。これによって、ＩＮ２端子から入力されるアナログ電圧の変動がＣＨ−２及びＣＨ−３に理想的には位相差無く入力されるので、ＣＨ−２からＣＨ−３へのサンプリングの切り替え速度を向上させることができる。
【００２３】
図３は、本発明に係るサンプリング装置の第２の実施形態を示した図である。図１と同一部位や同一符号については、説明を省略または簡略する。ＩＮ２端子は保護用入力抵抗Ｒ３を介してＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−３端子に接続されると共に、フィルタコンデンサＣｆがＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−３端子とＧＮＤ間に接続され（接地され）、時定数（Ｒ３・Ｃｆ）の１次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が構成されている。更に、ＩＮ２端子は保護用入力抵抗Ｒ２を介してＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−２端子に接続されている。図３に示される第２の実施形態のサンプリング装置は、図１に示される第１の実施形態のサンプリング装置に対して、ダミー回路のフィルタコンデンサＣｆ２が削除されている。
【００２４】
本第２の実施形態のサンプリング装置であっても、上述の図２と同様の動作フローに従って動作することで、第１の実施形態と同様に、ＣＨ−２のサンプリング値を測定データとして使用せず、ＣＨ−３のサンプリング値を測定データとして使用することにより、フィルタコンデンサＣｆとサンプリングコンデンサＣｓの電荷保存に伴う誤差を低減することができる。
【００２５】
図４は、本発明に係るサンプリング装置の第３の実施形態を示した図である。図１と同一部位や同一符号については、説明を省略または簡略する。ＩＮ２端子は保護用入力抵抗Ｒ３を介してＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−３端子及びＣＨ−２端子に接続されると共に、フィルタコンデンサＣｆがＡ／Ｄコンバータ１０のＣＨ−３及びＣＨ−２の両端子とＧＮＤ間に接続され（接地され）、ＣＨ−３に対しては時定数（Ｒ３・Ｃｆ）の１次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が構成されている。図４に示される第３の実施形態のサンプリング装置は、図１に示される第１の実施形態のサンプリング装置に対して、ＣＨ−２に対する時定数（Ｒ２・Ｃｆ２）の１次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が削除されている。
【００２６】
図５は、第３の実施形態のサンプリング装置のＡ／Ｄコンバータ１０の動作フローの一例である。第３の実施形態のサンプリング装置のＡ／Ｄコンバータ１０は、ＣＨ−１からＣＨ−３端子のアナログ電圧をＯＵＴ端子にデジタルデータで出力する。
【００２７】
図５のステップ１１からステップ１８は、図１のステップ１からステップ８と同様の動作のため説明を簡略する。ＣＨ−１を選択後（ステップ１３）、サンプル＆ホールド部２の入力スイッチ２ａをＯＮしてサンプリングを開始する（ステップ１４）。ＣＨ−１からの入力電圧がサンプリングコンデンサＣｓに印加され、サンプリングコンデンサＣｓの充電時間を考慮して設定された所定時間τ１待機後に（ステップ１５）、サンプル＆ホールド部２の入力スイッチ２ａをＯＦＦし、Ａ／Ｄコンバータコア部３で逐次変換を開始する（ステップ１６）。そして、Ａ／Ｄコンバータコア部３からＣＨ−１の逐次変換結果がＯＵＴ端子に送信される（ステップ１７）。ｎ＝１であるのでステップ１２にリターンし、マルチプレクサ部１の入力スイッチ１ａがＯＦＦした後に、ＣＨ−１の場合と同様に、マルチプレクサ部１でＣＨ−２が選択され（ステップ１３）、Ａ／Ｄコンバータコア部３からＣＨ−２の逐次変換結果がＯＵＴ端子に送信される（ステップ１７）。ここで、ｎ＝２なので（ステップ１８；Ｙｅｓ）、ステップ１９に移行し、ＣＨ−３のサンプリング動作を開始する。ＣＨ−３の選択前には、マルチプレクサ部１の入力スイッチ１ｂはＯＦＦされる。
【００２８】
ステップ１９においてＣＨ−２のサンプリング後から所定時間τ２を待機した後に、ＣＨ−３が選択される（ステップ２０，２１）。これは、サンプリングコンデンサＣｓの電荷により変動したフィルタコンデンサＣｆの電圧をＩＮ２端子の電圧に近づけるためである。ＣＨ−３の選択後は、上述と同様に、サンプル＆ホールド部２の入力スイッチ２ａをＯＮしてサンプリングを開始する（ステップ２２）。ＣＨ−３からの入力電圧がサンプリングコンデンサＣｓに印加され、サンプリングコンデンサＣｓの充電時間を考慮して設定された所定時間τ１待機後に（ステップ２３）、サンプル＆ホールド部２の入力スイッチ２ａをＯＦＦし、Ａ／Ｄコンバータコア部３で逐次変換を開始する（ステップ２４）。そして、Ａ／Ｄコンバータコア部３からＣＨ−３の逐次変換結果がＯＵＴ端子に送信される（ステップ２５）。
【００２９】
したがって、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ＣＨ−２のサンプリング値を測定データとして使用せず、ＣＨ−３のサンプリング値を測定データとして使用することにより、フィルタコンデンサＣｆとサンプリングコンデンサＣｓの電荷保存に伴う誤差を低減することができる。
【００３０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３１】
例えば、上述の実施例では、ダミーチャンネルＣＨ−２を被測定チャンネルＣＨ−３と同電圧にするダミー回路を設け、ダミー回路の出力電圧がダミーチャンネルＣＨ−２に入力されているが、ダミー回路を所定の定電圧を出力する定電圧回路に置き換えてもよい。この際、その定電圧は、被測定チャンネルＣＨ−３の零点、または、被測定チャンネルＣＨ−３の最も高精度を必要とする電圧付近の電圧であるのが望ましい。これによって、前回のチャンネルのサンプリングに伴うＤＣ成分誤差を、最も精度が必要な電圧範囲で最小とすることができるため、前回のチャンネルのサンプリングに伴う誤差を実用上排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るサンプリング装置の第１の実施形態を示した図である。
【図２】第１の実施形態のサンプリング装置のＡ／Ｄコンバータ１０の動作フローの一例である。
【図３】本発明に係るサンプリング装置の第２の実施形態を示した図である。
【図４】本発明に係るサンプリング装置の第３の実施形態を示した図である。
【図５】第３の実施形態のサンプリング装置のＡ／Ｄコンバータ１０の動作フローの一例である。
【図６】従来の一般的なサンプリング装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  マルチプレクサ部
１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ  入力スイッチ
２  サンプル＆ホールド部
２ｂ  バッファ
３  Ａ／Ｄコンバータコア部
１０  Ａ／Ｄコンバータ
Ｃｆ  フィルタコンデンサ
Ｃｓ  サンプリングコンデンサ
Ｒ  入力保護用抵抗
【図１】
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【図２】
2007235244.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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