JP2008294751A - A/d conversion circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an A/D conversion circuit which detects an accurate offset error to be corrected even when a reverse polarity offset occurs for a power supply voltage. <P>SOLUTION: This A/D conversion circuit 1 has input terminals IN<SB>1</SB>, ..., IN<SB>n-1</SB>respectively to input input voltages V<SB>1</SB>, ..., V<SB>n-1</SB>, a reference voltage input portion 3 which generates a reference voltage V<SB>ref</SB>to be obtained by dividing a reference voltage V<SB>0</SB>by a partial pressure resistance, a multiplexer 4 which inputs the input voltages V<SB>1</SB>, ..., V<SB>n-1</SB>and the reference voltages V<SB>0</SB>and V<SB>ref</SB>and selects any one of the voltage signals to be outputted, and a signal processor 9 which A/D converts the voltage signal outputted by the multiplexer 4 to generate a digital value. The signal processor 9 calculates an offset error based on a ratio between the digital value and the partial pressure resistance obtained based on the reference voltages V<SB>0</SB>and V<SB>ref</SB>, and then corrects the digital value corresponding to the input voltages V<SB>1</SB>, ..., V<SB>n-1</SB>based on the offset error. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力電圧をデジタル値に変換するA/D変換回路に関するものである。   The present invention relates to an A / D conversion circuit that converts an input voltage into a digital value.

従来から、制御用マイクロコンピュータ(以下、「マイコン」という)等には入力アナログ電圧をアナログ/デジタル変換するA/D変換器が内蔵されている。この種のA/D変換器としては、下記非特許文献1に記載のように、2つの基準電圧の間の大きさの入力アナログ電圧をアナログ/デジタル変換し、この基準電圧を適当に設定することで負方向のオフセットの補償を可能にするA/D変換器が知られている。このマイコンには、8bit〜12bitのA/D変換器が1〜数個内蔵されており、マルチプレクサを介して複数のアナログ入力がA/D変換器に選択的に入力され、A/D変換器によりアナログ入力がデジタル値に変換される。A/D変換器は、グランド電圧〜最大入力電圧の間のアナログ信号をA/D変換器の持つ分解能でデジタル値に変換する。最大入力電圧は固定であるのが一般的なため、マルチプレクサの後段に可変利得増幅器を内蔵し、この可変利得増幅器の利得を変更することにより、個々のアナログ信号に対してその分解能を効率的に発揮するようにA/D変換器の入力強度を調整する。   Conventionally, a control microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) or the like has an A / D converter for analog / digital conversion of an input analog voltage. As this type of A / D converter, as described in Non-Patent Document 1 below, an input analog voltage having a magnitude between two reference voltages is converted from analog to digital, and the reference voltage is set appropriately. Thus, there is known an A / D converter that can compensate for a negative offset. This microcomputer incorporates one to several 8-bit to 12-bit A / D converters, and a plurality of analog inputs are selectively input to the A / D converter via a multiplexer. Thus, the analog input is converted into a digital value. The A / D converter converts an analog signal between the ground voltage and the maximum input voltage into a digital value with the resolution of the A / D converter. Since the maximum input voltage is generally fixed, a variable gain amplifier is built in after the multiplexer. By changing the gain of this variable gain amplifier, the resolution of each analog signal can be efficiently reduced. The input intensity of the A / D converter is adjusted so that it can be exhibited.

また、下記特許文献1には、セレクタに入力されたアナログ入力信号をアナログ/デジタル変換する際に、A/D変換器によって変換されたグランドレベル信号及び基準電圧信号のデータから補正値を算出し、その補正値を用いて誤差補正を行うA/D変換回路が開示されている。
特開2005−244771号公報 “MSP430x4xx Family User’s Guide, Mixed Signal Products SLAU056F”,テキサスインスツルメンツ社,2006年
Further, Patent Document 1 below calculates a correction value from data of a ground level signal and a reference voltage signal converted by an A / D converter when analog / digital conversion of an analog input signal input to a selector is performed. An A / D conversion circuit that performs error correction using the correction value is disclosed.
JP 2005-244771 A “MSP430x4xx Family User's Guide, Mixed Signal Products SLAU056F”, Texas Instruments, 2006

上述した従来のA/D変換器は、制御用マイコン全体として負電源を供給することはまれであるので、結果として負方向のオフセット誤差は補正が困難である。また、上記特許文献1記載のA/D変換回路では、単一電源で動作する際にグランドレベル信号からオフセット誤差を正確に検出することは困難であった。すなわち、オフセット誤差には、プラスとマイナスのオフセットがあるが、単一電源の場合にグランドを基準とすると、電源電圧の極性と反対のオフセットは検出できない。例えば、プラス電源で動作している場合にマイナスのオフセットが存在しても、グランドと接続されたA/D変換器の出力値はオフセットの大きさによらず“0”しか出力できない。逆に、マイナス電源で動作している場合にプラスのオフセットが存在しても、グランドと接続されたA/D変換器の出力値はオフセットの大きさによらず、やはり“0”しか出力できない。   Since the conventional A / D converter described above rarely supplies a negative power source as the entire control microcomputer, it is difficult to correct the offset error in the negative direction as a result. In the A / D conversion circuit described in Patent Document 1, it is difficult to accurately detect an offset error from a ground level signal when operating with a single power source. In other words, offset errors include positive and negative offsets, but when a single power supply is used as a reference, an offset opposite to the polarity of the power supply voltage cannot be detected. For example, when operating with a positive power supply, even if a negative offset exists, the output value of the A / D converter connected to the ground can output only “0” regardless of the magnitude of the offset. Conversely, when operating with a negative power supply, even if a positive offset exists, the output value of the A / D converter connected to the ground can output only “0” regardless of the magnitude of the offset. .

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、電源電圧に対して逆極性のオフセットが発生していた場合でも正確なオフセット誤差を検出して補正できるA/D変換回路を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an A / D conversion circuit capable of detecting and correcting an accurate offset error even when an offset having a reverse polarity with respect to a power supply voltage has occurred. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本発明のA/D変換回路は、第1〜第Nの入力電圧(Nは2以上の整数)をそれぞれ入力する第1〜第Nの入力端子と、第Nの入力電圧を分圧抵抗によって分圧して、第1基準電圧を生成する基準電圧入力部と、第1〜第Nの入力電圧及び第1基準電圧が入力されて、第1〜第Nの入力電圧及び第1基準電圧のうちからいずれかを選択して出力する選択回路と、選択回路によって出力された第1〜第Nの入力電圧及び第1基準電圧をアナログ/デジタル変換する信号処理部とを備え、信号処理部は、第Nの入力電圧及び第1基準電圧をもとに得られたデジタル値と分圧抵抗の比とに基づいてオフセット誤差を算出し、オフセット誤差に基づいて第1〜第N−1の入力電圧に対応するデジタル値を補正する。   In order to solve the above problems, an A / D conversion circuit according to the present invention includes first to Nth input terminals for inputting first to Nth input voltages (N is an integer of 2 or more), and an Nth A reference voltage input unit that divides the input voltage by a voltage dividing resistor to generate a first reference voltage, and the first to Nth input voltages and the first to Nth input voltages are input. And a selection circuit that selects and outputs one of the first reference voltages, and a signal processing unit that performs analog / digital conversion on the first to Nth input voltages and the first reference voltage output by the selection circuit. The signal processing unit calculates an offset error based on a digital value obtained based on the Nth input voltage and the first reference voltage and a ratio of the voltage dividing resistor, and the first to first based on the offset error. The digital value corresponding to the (N-1) th input voltage is corrected.

このようなA/D変換回路によれば、選択回路には第1〜第Nの入力端子から第1〜第Nの入力電圧と第Nの入力電圧を既知の抵抗で抵抗分圧した第1基準電圧とが入力され、それらの電圧のうちのいずれかが信号処理部に選択的に出力された後、信号処理部によってそれらの電圧がデジタル値に変換される。その際、信号処理部は、電源電圧と同一極性の有限値をもつ第Nの入力電圧及び第1基準電圧をアナログ/デジタル変換した結果と、第1基準電圧の分圧比とに基づいてオフセット誤差を算出して、そのオフセット誤差によって第1〜第N−1の入力電圧に対するデジタル値を補正するので、電源電圧と逆極性のオフセットが生じていてもA/D変換器におけるオフセット誤差を正確に検出してデジタル値を補正することができる。   According to such an A / D converter circuit, the first to Nth input voltages and the Nth input voltage from the first to Nth input terminals are divided by a known resistor in the selection circuit. After the reference voltage is input and any one of these voltages is selectively output to the signal processing unit, the voltage is converted into a digital value by the signal processing unit. At this time, the signal processing unit performs an offset error based on the result of analog / digital conversion of the Nth input voltage having the same polarity as the power supply voltage and the first reference voltage and the voltage division ratio of the first reference voltage. And the digital value for the first to (N-1) th input voltages is corrected by the offset error, so that the offset error in the A / D converter can be accurately determined even if an offset having a polarity opposite to that of the power supply voltage occurs. The digital value can be corrected by detection.

第2基準電圧を発生させて第2基準電圧を第Nの入力端子に入力する基準電圧発生部をさらに備え、信号処理部は、第2基準電圧と、分圧抵抗の比とに基づいて利得誤差をさらに算出し、利得誤差及びオフセット誤差に基づいて、第1〜第N−1の入力電圧に対応するデジタル値を補正することが好ましい。   A reference voltage generation unit that generates a second reference voltage and inputs the second reference voltage to the Nth input terminal is further provided, and the signal processing unit gains based on the second reference voltage and the ratio of the voltage dividing resistor It is preferable to further calculate an error and correct a digital value corresponding to the first to (N-1) th input voltages based on the gain error and the offset error.

この場合、選択回路に第Nの入力端子を介して既知の電圧である第2基準電圧が入力されることにより、信号処理部にその第2基準電圧と第2基準電圧を既知の抵抗で抵抗分圧した第1基準電圧とが選択的に入力される。そして、信号処理部は、まず、第2基準電圧値と第2基準電圧及び第1基準電圧をアナログ/デジタル変換した結果とに基づいて、オフセット誤差及び利得誤差を算出した後に、第1〜第N−1の入力電圧に対するデジタル値を補正するので、A/D変換器において利得誤差が生じていてもデジタル値を正確に導出することができる。   In this case, when the second reference voltage, which is a known voltage, is input to the selection circuit via the Nth input terminal, the second reference voltage and the second reference voltage are resisted by a known resistor to the signal processing unit. The divided first reference voltage is selectively input. Then, the signal processing unit first calculates the offset error and the gain error based on the second reference voltage value and the result of analog / digital conversion of the second reference voltage and the first reference voltage. Since the digital value with respect to the input voltage of N-1 is corrected, the digital value can be accurately derived even if a gain error occurs in the A / D converter.

本発明のA/D変換回路によれば、電源電圧に対して逆極性のオフセットが発生していた場合でも正確なオフセット誤差を検出して補正することができる。   According to the A / D conversion circuit of the present invention, an accurate offset error can be detected and corrected even when an offset having a reverse polarity occurs with respect to the power supply voltage.

以下、図面を参照しつつ本発明に係るA/D変換回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of an A / D conversion circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態にかかるA/D変換回路1の構成を示すブロック図である。同図に示すA/D変換回路1は、制御用マイクロコンピュータ(以下、「マイコン」という)やパーソナルコンピュータ等に内蔵され、外部から入力された電圧の大きさを検出して、その電圧の大きさを示すデジタル値を生成する回路である。A/D変換回路1は、N個(Nは2以上の整数)の入力端子IN〜INと、基準電圧発生部2と、基準電圧入力部3と、マルチプレクサ(選択回路)4と、A/D変換器5、CPU(中央処理装置)6、メモリ7、及び通信部8によって構成される信号処理部9とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an A / D conversion circuit 1 according to the first embodiment of the present invention. The A / D conversion circuit 1 shown in the figure is built in a control microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”), a personal computer, or the like, detects the magnitude of a voltage input from the outside, and detects the magnitude of the voltage. This is a circuit for generating a digital value indicating the above. The A / D conversion circuit 1 includes N (N is an integer of 2 or more) input terminals IN 1 to IN n , a reference voltage generation unit 2, a reference voltage input unit 3, a multiplexer (selection circuit) 4, An A / D converter 5, a CPU (central processing unit) 6, a memory 7, and a signal processing unit 9 including a communication unit 8 are provided.

入力端子IN,…,INn−1には、それぞれ、外部から複数種類のアナログ電圧値の入力電圧V,…,Vn−1が入力され、この入力端子IN,…,INn−1がマルチプレクサ4の入力ポートCH1,…,CHn−1にそれぞれ接続されることにより、マルチプレクサ4に入力電圧V,…,Vn−1が入力される。また、入力端子INには、基準電圧発生部2が接続され、基準電圧発生部2により既知の基準電圧(第2基準電圧)Vが生成されて入力端子INに入力される。この入力端子INにマルチプレクサ4の入力ポートCHnに接続されることにより、マルチプレクサ4に基準電圧Vが併せて入力される。 Input terminal IN 1, ..., the IN n-1, respectively, the input voltage V 1 of the plurality of types of analog voltage value from the outside, ..., V n-1 is input, the input terminal IN 1, ..., IN n -1 input port CH1 of the multiplexer 4, ..., by being connected to CHn-1, input to the multiplexer 4 voltage V 1, ..., V n- 1 is input. The reference voltage generator 2 is connected to the input terminal IN n, and a known reference voltage (second reference voltage) V 0 is generated by the reference voltage generator 2 and input to the input terminal IN n . By connecting the input terminal IN n to the input port CHn of the multiplexer 4, the reference voltage V 0 is also input to the multiplexer 4.

基準電圧入力部3は、入力端子INとグランドとの間に直列に接続された2つの分圧抵抗10a,10bから構成されている。そして、この分圧抵抗10aと分圧抵抗10bとの間の接続点にはマルチプレクサ4の入力ポートCHn+1が接続されることにより、基準電圧Vを分圧抵抗10a,10bによって抵抗分圧した基準電圧(第1基準電圧)Vrefが、マルチプレクサ4に併せて入力される。 The reference voltage input unit 3 includes two voltage dividing resistors 10a and 10b connected in series between the input terminal INn and the ground. By input port CHn + 1 multiplexer 4 is connected to the connection point between the voltage dividing resistors 10a and voltage dividing resistors 10b, a reference voltage V 0 dividing resistors 10a, criteria by resistance-dividing by 10b A voltage (first reference voltage) V ref is input to the multiplexer 4 together.

マルチプレクサ4は、入力電圧V,…,Vn−1、及び基準電圧V,Vrefのうちから何れかを選択して信号処理部9のA/D変換器5に出力する機能を有する選択回路である。このマルチプレクサ4は、信号処理部9のCPU6の制御信号に応じて、A/D変換器5に選択的に電圧信号を出力する。 The multiplexer 4 has a function of selecting any one of the input voltages V 1 ,..., V n−1 and the reference voltages V 0 , V ref and outputting the selected voltage to the A / D converter 5 of the signal processing unit 9. This is a selection circuit. The multiplexer 4 selectively outputs a voltage signal to the A / D converter 5 in accordance with a control signal from the CPU 6 of the signal processing unit 9.

A/D変換器5は、マルチプレクサ4から出力された入力電圧V,…,Vn−1、及び基準電圧V,Vrefのいずれかの電圧信号のアナログ電圧値を検出し、そのアナログ電圧値をアナログ/デジタル変換(AD変換)してデジタル値を生成し、そのデジタル値をCPU6に出力する。例えば、A/D変換器5は、グランド電圧から所定の最大入力電圧までの大きさの電圧値を、処理可能な最大ビット数に対応した分解能でデジタル値に変換する。なお、A/D変換器5においては一般にオフセット誤差及び利得誤差が発生するため、A/D変換器5において入力電圧V(kは、1以上n−1以下の整数)をもとに生成されたデジタル値VADkは、下記式(1);
ADk=(1+A)×V+B …(1)
によって与えられる。ここで、Aは、A/D変換器5における利得誤差、Bは、A/D変換器5におけるオフセット誤差である。
The A / D converter 5 detects the analog voltage value of any one of the input signals V 1 ,..., V n−1 and the reference voltages V 0 , V ref output from the multiplexer 4, The digital value is generated by analog / digital conversion (AD conversion) of the voltage value, and the digital value is output to the CPU 6. For example, the A / D converter 5 converts a voltage value having a magnitude from the ground voltage to a predetermined maximum input voltage into a digital value with a resolution corresponding to the maximum number of bits that can be processed. Since an offset error and a gain error generally occur in the A / D converter 5, the A / D converter 5 generates based on the input voltage V k (k is an integer between 1 and n−1). The digital value V ADk thus obtained is expressed by the following formula (1);
V ADk = (1 + A) × V k + B (1)
Given by. Here, A is a gain error in the A / D converter 5, and B is an offset error in the A / D converter 5.

CPU6は、A/D変換器5から出力されたデジタル値VADkを補正する処理を行い、補正後のデジタル値VADkをメモリ7に格納する。このデジタル値VADkは、A/D変換回路1を内蔵するマイコン等において後続する処理に利用される。また、CPU6は、補正後のデジタル値VADkを、通信部8を介して外部に送信することもできる。以下、CPU6による補正機能を詳細に説明する。 The CPU 6 performs a process of correcting the digital value V ADk output from the A / D converter 5 and stores the corrected digital value V ADk in the memory 7. This digital value V ADk is used for subsequent processing in a microcomputer or the like incorporating the A / D conversion circuit 1. Further, the CPU 6 can also transmit the corrected digital value V ADk to the outside via the communication unit 8. Hereinafter, the correction function by the CPU 6 will be described in detail.

CPU6は、まず、マルチプレクサ4を切換制御することによりマルチプレクサ4の出力から基準電圧V,Vrefを順次出力させ、A/D変換器5によって基準電圧V,VrefをAD変換させることにより、それぞれの電圧値に対応するデジタル値VAD0,VADrefを取得する。このとき得られるデジタル値VAD0,VADrefは、式(1)に基づいて下記式(2)及び(3)によって表される。
AD0=(1+A)×V+B …(2)
ADref=(1+A)×Vref+B …(3)
ここで、分圧抵抗10a,10bの既知の抵抗値をR,Rとすると、基準電圧Vと基準電圧Vrefとの関係は、下記式(4);
ref=R/(R+R)×V …(4)
によって表される。
First, the CPU 6 switches and controls the multiplexer 4 to sequentially output the reference voltages V 0 and V ref from the output of the multiplexer 4, and the A / D converter 5 performs AD conversion of the reference voltages V 0 and V ref. The digital values V AD0 and V ADref corresponding to the respective voltage values are acquired. The digital values V AD0 and V ADref obtained at this time are expressed by the following equations (2) and (3) based on the equation (1).
V AD0 = (1 + A) × V 0 + B (2)
V ADref = (1 + A) × V ref + B (3)
Here, when the known resistance values of the voltage dividing resistors 10a and 10b are R 1 and R 2 , the relationship between the reference voltage V 0 and the reference voltage V ref is expressed by the following formula (4);
V ref = R 1 / (R 1 + R 2 ) × V 0 (4)
Represented by

そこで、CPU6は、式(2),(3),(4)の関係に基づいて、利得誤差Aを下記式(5);
A={(R1+R2)/R2}×{(VAD0−VADref)/V}−1 …(5)
により算出することができる。このとき、抵抗値R,R及び電圧値Vは予めメモリ7に記憶されており、CPU6は、メモリ7から読み出した値から特定される分圧抵抗比R/R及び電圧値Vと、A/D変換器5から出力されたデジタル値VAD0,VADrefとに基づいて利得誤差Aを算出する。なお、メモリ7には、抵抗値R,Rの代わりに分圧抵抗比R/Rを記憶しておいてもよい。
Therefore, the CPU 6 sets the gain error A to the following equation (5) based on the relationship of equations (2), (3), and (4).
A = {(R1 + R2) / R2} × {(V AD0 −V ADref ) / V 0 } −1 (5)
Can be calculated. At this time, the resistance values R 1 and R 2 and the voltage value V 0 are stored in the memory 7 in advance, and the CPU 6 determines the voltage dividing resistance ratio R 1 / R 2 and the voltage value specified from the values read from the memory 7. A gain error A is calculated based on V 0 and the digital values V AD0 and V ADref output from the A / D converter 5. The memory 7 may store the voltage dividing resistance ratio R 1 / R 2 instead of the resistance values R 1 and R 2 .

さらに、CPU6は、式(2),(5)の関係に基づいて、オフセット誤差Bを下記式(6);
B={(R1+R2)/R2}×VADref−R1/R2×VAD0 …(6)
により算出する。つまり、CPU6は、メモリ7から読み出した値から特定される分圧抵抗比R/Rと、A/D変換器5から出力されたデジタル値VAD0,VADrefとに基づいてオフセット誤差Bを算出する。
Further, the CPU 6 calculates the offset error B based on the relationship between the equations (2) and (5) as the following equation (6);
B = {(R1 + R2) / R2} × V ADref −R1 / R2 × V AD0 (6)
Calculated by That is, the CPU 6 determines the offset error B based on the voltage dividing resistance ratio R 1 / R 2 specified from the value read from the memory 7 and the digital values V AD0 and V ADref output from the A / D converter 5. Is calculated.

そして、CPU6は、上述のようにして算出した利得誤差A及びオフセット誤差Bを較正情報としてメモリ7に記憶した後に、順次マルチプレクサ4を切換制御することによって入力電圧V〜Vn−1をA/D変換器5に出力させて、入力電圧V〜Vn−1をA/D変換器5によってAD変換する。さらに、CPU6は、A/D変換器5から出力された入力電圧V,…,Vn−1に対応するデジタル値VADk(k=1,…,n−1)を、メモリ7から読み出した較正情報を利用して、下記式(7);
AVADk=VADk/(1+A)−B …(7)
に基づいて補正して補正値AVADkを得る。この補正値AVADkは、マルチプレクサ4及びA/D変換器5のオフセット及び利得が補償された値として得られる。CPU6は、算出した補正値AVADkをメモリ7に格納する。
The CPU 6 stores the gain error A and the offset error B calculated as described above in the memory 7 as calibration information, and then sequentially controls the multiplexer 4 to switch the input voltages V 1 to V n−1 to A. The A / D converter 5 performs AD conversion on the input voltages V 1 to V n−1 . Further, the CPU 6 reads the digital values V ADk (k = 1,..., N−1) corresponding to the input voltages V 1 ,..., V n−1 output from the A / D converter 5 from the memory 7. Using the calibration information obtained, the following formula (7);
AV ADk = V ADk / (1 + A) −B (7)
To obtain a correction value AV ADk . This correction value AV ADk is obtained as a value in which the offset and gain of the multiplexer 4 and the A / D converter 5 are compensated. The CPU 6 stores the calculated correction value AV ADk in the memory 7.

ここで、CPU6により実行される補正処理の意義について説明すると、一般に入力電圧VとAD変換後のデジタル値VADkとの関係は、オフセット誤差をDoffとすると、図2のような関係となる。理想的なAD変換が行われればAD変換特性は原点を通る直線Gの関係で表される。しかしながら、実際にはデジタル値VADkにはプラス又はマイナスのオフセットが存在するので、AD変換特性は直線G,Gのような特性となり、AD変換後のデジタル値から実際の入力アナログ値を算出する際にはこのオフセットを補正する必要がある。このとき、2つの既知の電圧値V,Vrefの2点のアナログ値を変換して、それぞれデジタル値VAD0,VADrefが得られたとすると、これらのデジタル値を用いてオフセットBを算出することができる。そして、アナログ値Vを変換してデジタル値VADkが得られた場合は、真のデジタル値はVADk−Bで与えられる。 Here, the significance of the correction processing executed by the CPU 6 will be described. Generally, the relationship between the input voltage V k and the digital value V ADk after AD conversion is as shown in FIG. 2 when the offset error is D off . Become. AD conversion characteristics if an ideal AD conversion performed is expressed by the relationship of the straight line G 1 passing through the origin. However, since there is actually a plus or minus offset in the digital value V ADk , the AD conversion characteristic is a characteristic like the straight lines G 2 and G 3 , and the actual input analog value is calculated from the digital value after AD conversion. It is necessary to correct this offset when calculating. At this time, assuming that two digital values V AD0 and V ADref are obtained by converting two analog values of two known voltage values V 0 and V ref , an offset B is calculated using these digital values. can do. When the analog value V k is converted to obtain the digital value V ADk , the true digital value is given by V ADk -B.

なお、基準電圧入力部3における分圧抵抗10aと分圧抵抗10bとによる分圧比は、Vrefが約1/2×Vになるように設定されることが好適である。Vrefをグランド電位に近い値にすることはVrefに関して量子化誤差の影響が大きくなるので好ましくない。これは、基準電圧VをA/D変換器5のフルスケールに近い値に設定し、基準電圧Vrefをその半分程度の大きさに設定することにより、図2の補正直線の算出に際して量子化誤差の影響を低減することができるためである。 It is preferable that the voltage division ratio between the voltage dividing resistor 10a and the voltage dividing resistor 10b in the reference voltage input unit 3 is set so that V ref is approximately ½ × V 0 . It is not preferable to set V ref to a value close to the ground potential because the influence of the quantization error on V ref increases. This is because the reference voltage V 0 is set to a value close to the full scale of the A / D converter 5, and the reference voltage V ref is set to about half of that, thereby calculating the correction line in FIG. This is because the influence of the conversion error can be reduced.

以上説明したA/D変換回路1によれば、マルチプレクサ4には入力端子IN,…,INから入力電圧V,…,Vn−1及び基準電圧Vと、基準電圧Vを既知の抵抗で抵抗分圧した基準電圧Vrefとが入力され、それらの電圧のうちのいずれかが信号処理部9に選択的に出力された後、A/D変換器5によってそれらの電圧がデジタル値に変換される。その際、CPU6は、電源電圧と同一極性の有限値をもつ基準電圧V,VrefをAD変換した結果と、基準電圧Vrefの分圧比とに基づいてオフセット誤差を算出して、そのオフセット誤差によって入力電圧V,…,Vn−1に対するデジタル値を補正するので、電源電圧と逆極性のオフセットが生じていてもA/D変換器5におけるオフセット誤差を正確に検出してデジタル値を補正することができる。 According to the A / D converter circuit 1 described above, the multiplexer 4 input terminals IN 1, ..., input voltages V 1 from IN n, ..., and V n-1 and the reference voltage V 0, the reference voltage V 0 A reference voltage V ref divided by a known resistor is input, and one of those voltages is selectively output to the signal processing unit 9, and then the A / D converter 5 converts these voltages. Converted to a digital value. At this time, the CPU 6 calculates an offset error based on the result of AD conversion of the reference voltages V 0 and V ref having a finite value having the same polarity as the power supply voltage and the voltage division ratio of the reference voltage V ref , and the offset Since the digital value with respect to the input voltages V 1 ,..., V n−1 is corrected by the error, the offset value in the A / D converter 5 is accurately detected even if an offset having a polarity opposite to that of the power supply voltage is generated. Can be corrected.

また、マルチプレクサ4には入力端子INを介して既知の電圧である基準電圧Vが入力され、信号処理部9にその基準電圧Vと基準電圧Vを既知の抵抗で抵抗分圧した基準電圧Vrefとが選択的に入力され、CPU6が、基準電圧値Vと基準電圧V,VrefをAD変換した結果とに基づいて、オフセット誤差及び利得誤差を算出した後に、入力電圧V,…,Vn−1に対するデジタル値を補正するので、A/D変換器5において利得誤差が生じていてもデジタル値を正確に導出することができる。 A reference voltage V 0, which is a known voltage, is input to the multiplexer 4 via the input terminal IN n , and the reference voltage V 0 and the reference voltage V 0 are resistance-divided by a known resistor into the signal processing unit 9. The reference voltage V ref is selectively input, and after the CPU 6 calculates the offset error and the gain error based on the reference voltage value V 0 and the result of AD conversion of the reference voltages V 0 and V ref , the input voltage Since the digital values for V 1 ,..., V n−1 are corrected, the digital values can be accurately derived even if a gain error occurs in the A / D converter 5.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図3は、本発明の第2実施形態であるA/D変換回路101の構成を示すブロック図である。第2実施形態にかかるA/D変換回路101は、基準電圧発生部2(図1参照)を備えない点、及び信号処理部109における補正機能において利得誤差を算出しない点が第1実施形態と相違する。なお、A/D変換回路101の構成は、A/D変換器5における利得誤差が十分に小さいと想定される場合に採用可能な構成である。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the A / D conversion circuit 101 according to the second embodiment of the present invention. The A / D conversion circuit 101 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that it does not include the reference voltage generation unit 2 (see FIG. 1) and does not calculate a gain error in the correction function in the signal processing unit 109. Is different. The configuration of the A / D conversion circuit 101 is a configuration that can be adopted when it is assumed that the gain error in the A / D converter 5 is sufficiently small.

具体的には、入力端子IN,…,INには、それぞれ、外部から複数種類の電圧値の入力電圧V,…,Vが入力され、この入力端子IN,…,INがマルチプレクサ4の入力ポートCH1,…,CHnにそれぞれ接続されることにより、マルチプレクサ4に入力電圧V,…,Vが入力される。また、基準電圧入力部3の分圧抵抗10aと分圧抵抗10bとの間の接続点にはマルチプレクサ4の入力ポートCHn+1が接続されることにより、入力電圧Vを分圧抵抗10a,10bによって抵抗分圧した基準電圧(第1基準電圧)Vrefが、マルチプレクサ4に併せて入力される。マルチプレクサ4は、入力ポートCH1,…,CHn+1から入力された入力電圧V,…,V及び基準電圧Vrefのうちのいずれかのアナログ電圧信号を信号処理部109のA/D変換器5に選択的に出力する。 Specifically, the input terminal IN 1, ..., the IN n, respectively, the input voltage V 1 of the plurality of types of voltage values from external, ..., V n are input, the input terminal IN 1, ..., IN n There input port CH1 of the multiplexer 4, ..., by being connected to CHn, input to the multiplexer 4 voltage V 1, ..., V n are input. Further, the input port CHn + 1 of the multiplexer 4 is connected to the connection point between the voltage dividing resistor 10a and the voltage dividing resistor 10b of the reference voltage input unit 3, so that the input voltage Vn is divided by the voltage dividing resistors 10a and 10b. A resistance-divided reference voltage (first reference voltage) V ref is input to the multiplexer 4 together. The multiplexer 4 converts an analog voltage signal of the input voltages V 1 ,..., V n and the reference voltage V ref input from the input ports CH 1,..., CHn + 1 into an A / D converter 5 of the signal processing unit 109. Selectively output to.

A/D変換器5は、入力電圧V,…,V及び基準電圧VrefをAD変換してデジタル値VAD1,…,VADn,ADrefを生成し、CPU106に出力する。これに対して、CPU106は、以下のようにしてデジタル値VAD1,…,VADnを補正する。 The A / D converter 5 AD converts the input voltages V 1 ,..., V n and the reference voltage V ref to generate digital values V AD1 ,..., V ADn, V ADref and outputs them to the CPU 106. On the other hand, the CPU 106 corrects the digital values V AD1 ,..., V ADn as follows.

すなわち、CPU106は、まず、マルチプレクサ4を切換制御することによりマルチプレクサ4から入力電圧V及び基準電圧Vrefを順次出力させ、A/D変換器5によって入力電圧V及び基準電圧VrefをAD変換させることにより、それぞれの電圧値に対応するデジタル値VADn,VADrefを取得する。このとき得られるデジタル値VADn,VADrefは、下記式(8)及び(9)によって表される。
ADn=V+B …(8)
ADref=Vref+B …(9)
ここで、分圧抵抗10a,10bの既知の抵抗値をR,Rとすると、入力電圧Vと基準電圧Vrefとの関係は、下記式(10);
ref=R/(R+R)×V …(10)
によって表される。
That is, the CPU 106 first controls the multiplexer 4 to sequentially output the input voltage V n and the reference voltage V ref from the multiplexer 4, and the A / D converter 5 converts the input voltage V n and the reference voltage V ref to AD. By performing the conversion , digital values V ADn and V ADref corresponding to the respective voltage values are obtained. The digital values V ADn and V ADref obtained at this time are expressed by the following equations (8) and (9).
V ADn = V n + B (8)
V ADref = V ref + B (9)
Here, when the known resistance values of the voltage dividing resistors 10a and 10b are R 1 and R 2 , the relationship between the input voltage V n and the reference voltage V ref is expressed by the following formula (10);
V ref = R 1 / (R 1 + R 2 ) × V n (10)
Represented by

そこで、CPU106は、式(8),(9),(10)の関係に基づいて、オフセット誤差Bを下記式(11);
B={(R1+R2)/R2}×VADref−R1/R2×VADn …(11)
により算出する。つまり、CPU106は、メモリ7から読み出した値から特定される分圧抵抗比R/Rと、A/D変換器5から出力されたデジタル値VADn,VADrefとに基づいてオフセット誤差Bを算出する。
Therefore, the CPU 106 sets the offset error B to the following formula (11) based on the relationship of formulas (8), (9), and (10).
B = {(R1 + R2) / R2} × V ADref −R1 / R2 × V ADn (11)
Calculated by That is, the CPU 106 determines the offset error B based on the voltage dividing resistance ratio R 1 / R 2 specified from the value read from the memory 7 and the digital values V ADn and V ADref output from the A / D converter 5. Is calculated.

そして、CPU106は、上述のようにして算出したオフセット誤差Bを較正情報としてメモリ7に記憶した後に、A/D変換器5から出力された入力電圧V,…,Vに対応するデジタル値VADk(k=1,…,n)を、メモリ7から読み出した較正情報を利用して、下記式(12);
AVADk=VADk−B …(12)
によって補正して補正値AVADkを得る。
The CPU 106 stores the offset error B calculated as described above in the memory 7 as calibration information, and then the digital values corresponding to the input voltages V 1 ,..., V n output from the A / D converter 5. V ADk (k = 1,..., N) is obtained by using the calibration information read from the memory 7, and the following equation (12);
AV ADk = V ADk -B (12)
To obtain a correction value AV ADk .

以上説明したA/D変換回路101によっても、電源電圧と逆極性のオフセットが生じていてもA/D変換器5におけるオフセット誤差を正確に検出してデジタル値を補正することができる。特に、A/D変換回路101においては、基準電圧発生部が必要ないので回路構成がより簡略化される。   Even with the A / D conversion circuit 101 described above, it is possible to accurately detect the offset error in the A / D converter 5 and correct the digital value even if an offset having a polarity opposite to that of the power supply voltage occurs. In particular, in the A / D conversion circuit 101, the circuit configuration is further simplified because the reference voltage generator is not necessary.

本発明の第1実施形態にかかるA/D変換回路の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of an A / D conversion circuit according to a first embodiment of the present invention. 図1のA/D変換器におけるAD変換特性を示すグラフである。It is a graph which shows the AD conversion characteristic in the A / D converter of FIG. 本発明の第2実施形態にかかるA/D変換回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the A / D conversion circuit concerning 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

IN,…,IN…入力端子、1,101…A/D変換回路、2…基準電圧発生部、3…基準電圧入力部、4…マルチプレクサ(選択回路)、5…A/D変換器、9,109…信号処理部、10a,10b…分圧抵抗。 IN 1 ,..., IN n ... Input terminal, 1 , 101... A / D converter circuit, 2... Reference voltage generator, 3. , 9, 109... Signal processing unit, 10a, 10b, voltage dividing resistors.

Claims (2)

第1〜第Nの入力電圧(Nは2以上の整数)をそれぞれ入力する第1〜第Nの入力端子と、
前記第Nの入力電圧を分圧抵抗によって分圧して、第1基準電圧を生成する基準電圧入力部と、
前記第1〜第Nの入力電圧及び前記第1基準電圧が入力されて、前記第1〜第Nの入力電圧及び前記第1基準電圧のうちからいずれかを選択して出力する選択回路と、
前記選択回路によって出力された前記第1〜第Nの入力電圧及び前記第1基準電圧をアナログ/デジタル変換する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、前記第Nの入力電圧及び前記第1基準電圧をもとに得られたデジタル値と前記分圧抵抗の比とに基づいてオフセット誤差を算出し、前記オフセット誤差に基づいて前記第1〜第N−1の入力電圧に対応するデジタル値を補正する、
ことを特徴とするA/D変換回路。
First to Nth input terminals for inputting first to Nth input voltages (N is an integer of 2 or more), and
A reference voltage input unit that divides the Nth input voltage by a voltage dividing resistor to generate a first reference voltage;
A selection circuit that receives the first to Nth input voltages and the first reference voltage, and selects and outputs one of the first to Nth input voltages and the first reference voltage;
A signal processing unit that performs analog / digital conversion on the first to Nth input voltages and the first reference voltage output by the selection circuit;
The signal processing unit calculates an offset error based on a ratio between the digital value obtained based on the Nth input voltage and the first reference voltage and the voltage dividing resistor, and based on the offset error Correcting digital values corresponding to the first to (N-1) th input voltages;
An A / D conversion circuit characterized by the above.
第2基準電圧を発生させて前記第2基準電圧を前記第Nの入力端子に入力する基準電圧発生部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記第2基準電圧と、前記分圧抵抗の比とに基づいて利得誤差をさらに算出し、前記利得誤差及び前記オフセット誤差に基づいて、前記第1〜第N−1の入力電圧に対応する前記デジタル値を補正する、
ことを特徴とする請求項1記載のA/D変換回路。
A reference voltage generator for generating a second reference voltage and inputting the second reference voltage to the Nth input terminal;
The signal processing unit further calculates a gain error based on the second reference voltage and a ratio of the voltage dividing resistor, and based on the gain error and the offset error, Correcting the digital value corresponding to the input voltage;
The A / D conversion circuit according to claim 1.
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