(57)【要約】【課題】処理時間が長くなるのを抑えつつ、より高精度に複数チャンネルのアナログ信号を順次切り替えてデジタル信号に変換可能なアナログデジタル変換装置を提供する。【解決手段】複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨ７のアナログ信号を入力し、各チャンネルのアナログ信号を順次切り替えて出力するマルチプレクサ１１と、マルチプレクサ１１により出力されたアナログ信号をコンデンサ２２に充電して、アナログ信号の電圧を保持するサンプルホールド回路１２と、サンプルホールド回路１２に保持された各チャンネルの電圧値を示すデジタル信号に変換するデジタル信号変換部１３と、デジタル信号変換部１３により変換されたデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて補正する補正処理部１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数チャンネルのアナログ信号を入力し、各チャンネルのアナログ信号を順次切り替えて出力するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサにより出力されたアナログ信号をコンデンサに充電して、該アナログ信号の電圧を保持するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路に保持された各チャンネルの電圧値を示すデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、
前記デジタル信号変換部により変換されたデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて補正する補正処理部とを備えるアナログデジタル変換装置。
【請求項２】
第１のデジタル信号に対応した第１のアナログ信号の基準電圧と、第２のデジタル信号に対応した第２のアナログ信号の基準電圧とを、異なるチャンネルのアナログ信号として、前記マルチプレクサに入力する基準電圧源と、
前記マルチプレクサが、前記基準電圧源により入力された前記第１のアナログ信号と前記第２のアナログ信号とを交互に切り替えて前記サンプルホールド回路に出力したときに、前記デジタル信号変換部が変換したデジタル信号の変換誤差を、前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号との差分値に対応付けた補正データを生成する補正データ生成部とを更に備え、
前記補正処理部は、前記補正データ生成部に生成された補正データに基づいて、前記デジタル信号変換部により変換されたデジタル信号を補正して出力することを特徴とする請求項１記載のアナログデジタル変換装置。
【請求項３】
チャンネル間のデジタル信号の差分値を、前記デジタル信号変換部により変換されるデジタル信号の変換誤差に対応付けた補正データが記憶された補正データ記憶部を更に備え、
前記補正処理部は、前記補正データ記憶部に記憶された補正データを用いて、前記デジタル信号変換部により変換されたデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて補正して出力することを特徴とする請求項１記載のアナログデジタル変換装置。
【請求項４】
前記補正データ記憶部は、第１のデジタル信号に対応した第１のアナログ信号と、第２のデジタル信号に対応する第２のアナログ信号とを切り替えて前記マルチプレクサに入力したときにデジタル信号変換部が変換したデジタル信号の変換誤差を、前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号との差分値に対応付けた補正データが記憶されていることを特徴とする請求項３記載のアナログデジタル変換装置。
【請求項５】
前記第１のデジタル信号は、当該アナログデジタル変換装置における最小定格出力値であり、
前記第２のデジタル信号は、当該アナログデジタル変換装置における最大定格出力値であることを特徴とする請求項４記載のアナログデジタル変換装置。
【請求項６】
複数チャンネルのアナログ信号をマルチプレクサに入力して、各チャンネルのアナログ信号を順次切り替えて出力するステップと、
前記マルチプレクサにより出力されたアナログ信号の電圧を、サンプルホールド回路のコンデンサに充電して保持するステップと、
前記サンプルホールド回路に保持された各チャンネルの電圧値を示すデジタル信号に変換するステップと、
前記変換されたデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて補正するステップとを有するアナログデジタル変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数チャンネルのアナログ信号を順次切り替えてデジタル信号に変換するアナログデジタル変換装置及びアナログデジタル変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換装置が用いられている。アナログデジタル変換装置では、チャンネルを切り替えながら定周期で連続的にアナログ信号をデジタル信号に変換する掃引モードによって、変換時間の短縮を図っている。また、アナログデジタル変換装置は、掃引モードで動作することで、単一のＡＤ変換器によって、多チャンネルのアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、サンプルホールド回路のコンデンサの高電位側の端子をＧＮＤに接続するスイッチを用いてホールド電圧を放電させ、直前のチャンネルにおけるＡＤ変換処理の影響を受けないようにしたＡＤ変換器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８８７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されたＡＤ変換器は、チャンネルを切り替えるときに、一旦コンデンサの高電位側の端子をＧＮＤに接続してホールド電圧を放電させる時間が必要なため、スイッチを用いてＧＮＤに接続しない場合に比べて５０％の無駄時間が発生してしまった。
【０００６】
また、アナログデジタル変換装置は、サンプルホールド回路の入力インピーダンスを低くすることで、より早くコンデンサを充電して直前のチャンネルにおけるＡＤ変換処理の影響を受けないようにできるが、消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００７】
また、アナログデジタル変換装置は、サンプルタイムを長くすることで、直前のチャンネルにおけるＡＤ変換処理の影響を受けないようにできるが、変換時間が長くなるという問題がある。
【０００８】
さらに、アナログデジタル変換装置は、チャンネルが切り替わったときに、チャンネルを固定した状態で数サンプルタイム間、アナログデジタル変換を行い、初回サンプルタイムを除いた他のサンプルタイムのデジタル信号を平均化して出力することで、直前のチャンネルにおけるＡＤ変換処理の影響を受けないようにできる。しかしながら、初回サンプルタイムを除いた他のサンプルタイムのデジタル信号を平均化する場合には、変換時間が長くなる。また、初回サンプルタイムを除いた他のサンプルタイムのデジタル信号を平均化しても、不規則に大きく変動するアナログ信号に対しては高精度にデジタル信号に変換することができない。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、処理時間が長くなるのを抑えつつ、より高精度に複数チャンネルのアナログ信号を順次切り替えてデジタル信号に変換可能なアナログデジタル変換装置、及びアナログデジタル変換方法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】
【００１０】
本発明に係るアナログデジタル変換装置は、複数チャンネルのアナログ信号を入力し、各チャンネルのアナログ信号を順次切り替えて出力するマルチプレクサと、マルチプレクサにより出力されたアナログ信号をコンデンサに充電して、アナログ信号の電圧を保持するサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路に保持された各チャンネルの電圧値を示すデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、デジタル信号変換部により変換されたデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて補正する補正処理部とを備える。
【００１１】
また、本発明に係るアナログデジタル変換方法は、複数チャンネルのアナログ信号をマルチプレクサに入力して、各チャンネルのアナログ信号を順次切り替えて出力するステップと、マルチプレクサにより出力されたアナログ信号の電圧を、サンプルホールド回路のコンデンサに充電して保持するステップと、サンプルホールド回路に保持された各チャンネルの電圧値を示すデジタル信号に変換するステップと、変換されたデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて補正するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、サンプルホールド回路に保持された各チャンネルの電圧値を示すデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号の値に基づいて補正することによって、直前のチャンネルにおける変換処理の影響が少ないデジタル信号を出力することができる。このようにして、本発明は、処理時間が長くなるのを抑えつつ、より高精度に、複数チャンネルのアナログ信号を順次切り替えてデジタル信号に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用された第１の実施例に係るアナログデジタル変換装置の構成について説明するための図である。
【図２】補正データを取得する取得処理について説明するための図である。
【図３】補正処理部が行う補正処理について説明するための図である。
【図４】本発明が適用された第２の実施例に係るアナログデジタル変換装置の構成について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、複数チャンネルのアナログ信号を順次切り替えてデジタル信号に変換するアナログデジタル変換装置、及び、アナログデジタル変換方法に関する。本発明が適用された第１の実施例に係るアナログデジタル変換装置は、例えば、図１に示すような構成を有する。すなわち、アナログデジタル変換装置１は、図１に示すように、マルチプレクサ１１と、サンプルホールド回路１２と、デジタル信号変換部１３と、補正処理部１４と、補正データ記憶部１５とを備える。本実施の形態において、アナログデジタル変換装置１は、具体例として、入力されるアナログ信号に対して、定格出力値が「１００」から「９００」までのデジタル信号に変換して出力するものとする。
【００１５】
マルチプレクサ１１は、複数の入力信号から一つの信号を選択して出力するアナログスイッチで構成される。具体的に、マルチプレクサ１１は、図１に示すように、ＣＨ０〜ＣＨ７までの合計８チャンネルに対応するスイッチＳＷ０〜ＳＷ７を有する。マルチプレクサ１１は、各ＳＷ０〜ＳＷ７を切り替えることにより、アナログ信号を出力するチャンネルを切り替える。
【００１６】
このような構成からなるマルチプレクサ１１は、スイッチＳＷ０〜ＳＷ７のうち、オンにするスイッチをサンプルタイム毎に順次切り替える。このようにして、マルチプレクサ１１は、各チャンネルＣＨ０〜ＣＨ７のアナログ信号をサンプルタイム毎に順次切り替えて出力する。なお、マルチプレクサに入力されるチャンネル数は、８つに限定されず、例えば４チャンネルや１６チャンネルなど、８チャンネル以外のチャンネル数であってもよい。
【００１７】
サンプルホールド回路１２は、サンプリングスイッチ２１と、コンデンサ２２とを備える。サンプリングスイッチ２１は、一端がマルチプレクサ１１の出力端に接続され、他端が接続点Ｐを介してコンデンサ２２及びデジタル信号変換部１３に接続されている。コンデンサ２２は、一端が、上述したように接続点Ｐを介してマルチプレクサ１１及びデジタル信号変換部１３に接続され、他端がグランドＧＮＤに接続されている。
【００１８】
このような構成からなるサンプルホールド回路１２は、アナログマルチプレクサ１１を介してアナログ信号が入力されると、サンプリングスイッチ２１をＯＮにしてアナログ信号をコンデンサ２２に充電する。その後、デジタル信号変換部１３によりアナログデジタル変換処理を行っている間、サンプルホールド回路１２は、サンプリングスイッチ２１をＯＦＦにして、コンデンサ２２に蓄えられた電圧を保持する。アナログデジタル変換処理が終了すると、サンプルホールド回路１２は、サンプリングスイッチ２１をＯＮにして、アナログ信号をコンデンサ２２に充電する。
【００１９】
デジタル信号変換部１３は、サンプルホールド回路１２のコンデンサにより保持された電圧値をサンプルタイム毎に標本化する。このようにして、デジタル信号変換部１３は、サンプルホールド回路１２に保持された各サンプルタイムの電圧値を示すデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を出力する。
【００２０】
ここで、デジタル信号変換部１３により変換されたデジタル信号は、直前のサンプルタイムで変換した直前のチャンネルのデジタル信号の値に応じて変動する。すなわち、サンプルホールド回路１２では、上述したようにチャンネルＣＨ０から順にＣＨ７までチャンネルを切り替えて出力されたアナログ信号をコンデンサ２２に充電する。これにより、サンプルホールド回路１２によって保持される電圧値は、直前のチャンネルのアナログ信号を充電したコンデンサ２２の充電容量に応じて変化してしまい、上述のようにデジタル信号に変換誤差が生じる。
【００２１】
このようにデジタル信号変換部１３により出力されるデジタル信号に変換誤差が生じるため、補正処理部１４は、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて、デジタル信号変換部１３により変換されたデジタル信号を補正する。具体的に、第１の実施例に係るアナログデジタル変換装置１は、補正データ記憶部１５に記憶された補正データを用いて、デジタル信号変換部１３により変換されたデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号との差分値に基づいて補正して出力する。
【００２２】
ここで、具体的な補正処理の内容に先立ち、補正データ記憶部１５に記憶された補正データについて説明する。すなわち、補正データ記憶部１５は、チャンネル間のデジタル信号の差分値を、デジタル信号変換部１３により変換されるデジタル信号の変換誤差に対応付けた補正データを記憶している。このような補正データを取得するため、例えば次のような取得処理を予め行う。
【００２３】
すなわち、サンプルホールド回路１２は、チャンネルＣＨ０を介して最小定格出力値である「１００」を示す第１のデジタル信号に対応した第１のアナログ信号の電圧を保持する。次のサンプルタイムで、サンプルホールド回路１２には、チャンネルＣＨ１を介して最大定格出力値である「９００」を示す第２のデジタル信号に対応する第２のアナログ信号の電圧を保持する。このようにして、サンプルタイム毎にチャンネルＣＨ０とチャンネルＣＨ１とを切り替える掃引モードを行った場合、デジタル信号変換部１３は、例えば図２に示すような値のデジタル信号を出力することになる。
【００２４】
ここで、図２は、横軸にサンプルホールド回路１２に入力されるアナログ信号のチャンネルＣＨ０、ＣＨ１を示し、縦軸に各チャンネルＣＨ０、ＣＨ１に入力されるアナログ信号に対応するデジタル信号の値を示している。
【００２５】
図２から明らかなように、値が「１００」に対応するアナログ信号と、値が「９００」に対応するアナログ信号とを切り替えて入力しても、デジタル信号処理部１３は、値が「１０５」のデジタル信号と、値が「８９５」のデジタル信号に変換することになる。
このような図２に基づいて、チャンネル間のデジタル信号処理部１３により変換されたデジタル信号の差分値である「７９０」と、デジタル信号処理部１３による変換誤差値である「５」とを対応付けた補正データを取得することができる。
【００２６】
ここで、補正データは、例えば当該アナログデジタル変換装置１を試作する試作サンプルを用いて予め取得しておく。これは、当該アナログデジタル変換装置１の入力側に接続される回路の入力インピーダンスなどに応じて、取得される補正データの特性が異なるからである。
【００２７】
次に、上述したように取得された補正データを用いた補正処理部１４の動作について、図３を参照して説明する。
【００２８】
具体例として、サンプルタイムｔ０のデジタル信号の値が「１０５」であり、次のサンプルタイムｔ１でデジタル信号処理部１３により変換されたデジタル信号の値が「８９５」の場合、次のように補正する。すなわち、補正処理部１４は、差分値が「＋７９０」なので、補正データに基づいて、サンプルタイムｔ１でデジタル信号処理部１３により変換されたデジタル信号に「＋５」を加算した「９００」を出力する。
【００２９】
続いて、サンプルタイムｔ１のデジタル信号の値が「９００」であり、サンプルタイムｔ２でデジタル信号処理部１３により変換されたデジタル信号の値が「１１０」の場合、次のように補正する。すなわち、補正処理部１４は、差分値が「−７９０」なので、補正データに基づいて、「１１０」に「−５」を加算した「１０５」を出力する。
【００３０】
続いて、サンプルタイムｔ２のデジタル信号の値が「１０５」であり、サンプルタイムｔ３でデジタル信号処理部１３により変換されたデジタル信号の値が「５５５」の場合、次のように補正する。すなわち、補正処理部１４は、差分値が「＋４５０」なので、「５５５」に、下記の（１）式に基づいて、補正データを線形補間した補正値「＋３」を加算した「５５８」を出力する。
【００３１】
５×４５０／７９０≒３  ・・・  （１）
なお、（１）式の線形補間以外に限定されず、回路特性を考慮した曲線関数などを用いた非線形補間処理により補正データを補間してもよい。また、チャンネル間でのデジタル信号の差分値と、デジタル信号を変換したときの変換誤差とを対応付けたルックアップテーブルを補正データとして補正データ記憶部１５に記憶しておき、このようなルックアップテーブルを用いて補正してもよい。
【００３２】
また、「１００」と「９００」との２つの値のデジタル信号を切り替えているが、例えば、「１００」と「５００」と「９００」との３つの値のデジタル信号を切り替えて、変動が大きいときと、変動が比較的小さいときの２種類の補正データを予め取得しておき、取得した補正データを用いて補正処理を行うようにしてもよい。
【００３３】
以上のようにして、第１の実施例に係るアナログデジタル変換装置１は、サンプルホールド回路に保持された各チャンネルの電圧値を示すデジタル信号を、直前のチャンネルのデジタル信号の値に基づいて補正することによって、直前のチャンネルにおける変換処理の影響が少ないデジタル信号を出力することができる。このようにして、本発明が適用されたアナログデジタル変換装置１は、処理時間が長くなるのを抑えつつ、より高精度に、複数チャンネルのアナログ信号を順次切り替えてデジタル信号に変換することができる。
【００３４】
特に、マルチプレクサ１１に入力されるアナログ信号が、チャンネル間において大きく変動したりする場合などでも、アナログデジタル変換装置１は、直前のチャンネルのアナログ信号の影響を受けることなく、現在変換対象のチャンネルのアナログ信号を高精度にデジタル信号に変換することができる。
【００３５】
次に、図４に示すような、第２の実施例に係るアナログデジタル変換装置２の構成について説明する。ここで、第２の実施例に係るアナログデジタル変換装置２の構成のうち、第１の実施例に係るアナログデジタル変換装置１と同様の構成については同様の符号を付して、その説明を省略するものとする。
【００３６】
すなわち、第２の実施例に係るアナログデジタル変換装置２は、第１の実施例に係るアナログデジタル変換装置１の構成に加えて、基準電圧源１６と、補正データ生成部１７とを備える。
【００３７】
基準電圧源１６は、補正データを生成するため、マルチプレクサ１１のチャンネルＣＨ０とチャンネルＣＨ１と接続されている。基準電圧源１６は、そのインピーダンスを、当該基準電圧源１６と接続されていないマルチプレクサ１１のチャンネルＣＨ２〜７に接続される回路のインピーダンスと一致させる。
【００３８】
また、基準電圧源１６は、第１のデジタル信号に対応した第１のアナログ信号の基準電圧をチャンネルＣＨ０に入力し、第２のデジタル信号に対応した第２のアナログ信号の基準電圧をチャンネルＣＨ１に入力する。
【００３９】
具体的に、基準電圧源１６は、最小定格出力値である「１００」を示す第１のデジタル信号に対応した第１のアナログ信号の電圧を、マルチプレクサ１１のチャンネルＣＨ０に入力する。また、基準電圧源１６は、最大定格出力値である「９００」を示す第２のデジタル信号に対応する第２のアナログ信号の電圧を、マルチプレクサ１１のチャンネルＣＨ１に入力する。
【００４０】
マルチプレクサ１１は、チャンネルＣＨ０とチャンネルＣＨ１とが基準電圧源１６と接続されるので、他のチャンネルＣＨ２〜ＣＨ７に変換対象となるアナログ信号を入力する。
【００４１】
補正データ生成部１７は、基準電圧源１６により、第１のアナログ信号と第２のアナログ信号とをマルチプレクサ１１に入力させ、デジタル信号変換部１３により変換されたデジタル信号に基づいて補正データを生成する。
【００４２】
すなわち、補正データ生成部１７は、マルチプレクサが、基準電圧源１６により入力された第１のアナログ信号と第２のアナログ信号とを交互に切り替えてサンプルホールド回路１２に出力したときに、デジタル信号変換部１３が変換したデジタル信号の変換誤差を、第１のデジタル信号と第２のデジタル信号との差分値に対応付けた補正データを生成する。そして、補正データ生成部１７は、生成した補正データを補正データ記憶部１５に記憶する。
【００４３】
具体例として、上述した第１の実施例で示したように、補正データ生成部１７は、チャンネル間のデジタル信号処理部１３により変換されたデジタル信号の差分値である「７９０」と、デジタル信号処理部１３による変換誤差値である「５」とを対応付けた補正データを取得することができる。
【００４４】
このような構成からなる第２の実施例に係るアナログデジタル変換装置２は、当該装置の電源投入時など、マルチプレクサ１１に変換対象となるアナログ信号が入力しないときに、基準電圧源１６と補正データ生成部１７を用いて補正データを生成する。このようにして、アナログデジタル変換装置２は、例えばサンプルホールド回路１２の素子の経年変化に応じて補正データを定期的に更新することができる。なお、補正データ生成部１７は、更新前後で補正データが大きく変化する場合には異常データとして再度補正データを生成する処理を行うようにしてもよい。
【００４５】
また、補正データ生成部１７は、当該アナログデジタル変換装置２の環境温度を検出する温度センサ１７ａを有することが好ましい。すなわち、補正データ生成部１７は、温度センサ１７ａにより検出した各環境温度に対応した補正データを生成して、補正データ記憶部１５に記憶する。このようにすることで、補正処理部１４は、補正処理を行うときに、温度センサ１７ａで検出した環境温度に対応した補正データを用いて、デジタル信号を補正し、温度特性を考慮して高精度に変換したデジタル信号を出力することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１、２  アナログデジタル変換装置
１１  マルチプレクサ
１２  サンプルホールド回路
１３  デジタル信号変換部
１４  補正処理部
１５  補正データ記憶部
１６  基準電圧源
１７  補正データ生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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