| 【発明の名称】 |
ゼロ調整回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】大村 久英
【氏名】霞 芳伸
【氏名】飯沼 忠彦
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| 【要約】 |
【課題】ゼロ調整を実施する際、人的工数を必要とせずアナログ出力を行う増幅回路にも対応が可能なゼロ調整回路を提供する。
【解決手段】増幅器の出力信号がゼロとなるべき信号を入力した時に出力信号として得られるオフセット電圧から、ゼロ調整用補正値を演算する演算回路と、前記ゼロ調整用補正値を増幅器の入力信号に加算する加算手段を備え、前記ゼロ調整用補正値を入力信号に加算してゼロ調整を実施する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】増幅器の出力信号がゼロとなるべき信号を入力した時に出力信号として得られるオフセット電圧から、ゼロ調整用補正値を演算する演算回路と、前記ゼロ調整用補正値を入力信号に加算する加算手段を備え、前記ゼロ調整用補正値を入力信号に加算して増幅器のゼロ調整を実施することを特徴とするゼロ調整回路。
【請求項２】前記演算回路は、前記オフセット電圧とゼロ電位とを比較するコンパレータにより前記オフセット電圧を監視しながら入力信号に加算する補正値をデジタルカウンタを用いて一元的に変化させ前記ゼロ調整用補正値を決定するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のゼロ調整回路。
【請求項３】前記演算回路は、前記オフセット電圧をサンプルホールド回路を用いて記憶することにより前記ゼロ調整用補正値を決定するように構成したこと特徴とする請求項１に記載のゼロ調整回路。
【請求項４】前記演算回路は、前記オフセット電圧をＡ／Ｄ変換器によりデジタル変換しそのデジタル値を記憶することにより前記ゼロ調整用補正値を決定するように構成したこと特徴とする請求項１に記載のゼロ調整回路。
【請求項５】前記ゼロ調整回路は、外部からのゼロ調整スタート指令により動作を開始するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のゼロ調整回路。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、増幅回路におけるゼロ調整回路の回路構成とゼロ調整方式の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のアナログ方式のゼロ調整回路を図７を用いて説明し、デジタル方式のゼロ調整回路を図８を用いて説明する。図７において、アナログ入力信号Ｖｉｎの入力端子５０は切換えスイッチ４の固定接点ａに接続される。また、この切換えスイッチ４の固定接点ｂはゼロ電位が接続され、更に可動接点ｃは抵抗３を介して演算増幅器１の反転入力端子に接続されている。この演算増幅器１の反転入力端子と出力端子の間には可変抵抗２が接続され、非反転入力端子は可変抵抗器を利用して構成される可変電圧回路５に接続されている。
【０００３】また、同図より明らかなように演算増幅器１と抵抗２と抵抗３は反転増幅回路を構成している。
【０００４】このような回路構成の前記反転増幅回路においてゼロ調整を行う場合は、予め出力端子６０に測定器を接続し出力信号Ｖｏｕｔを監視しながら、切換えスイッチ４を固定接点ｂ側に切換えゼロ電位を入力し、演算増幅器１の非反転入力端子に接続された可変電圧回路５の出力電圧を、出力信号Ｖｏｕｔがゼロとなるように調節してゼロ調整を実施する。
【０００５】次に図８を用いてデジタル方式のゼロ調整回路を説明する。同図において、アナログ信号Ｖｉｎの入力端子５０は切換えスイッチ４の固定接点ａに接続される。また、この切換えスイッチ４の固定接点ｂはゼロ電位が接続され、更に可動接点ｃは抵抗３を介して図７と同様の反転増幅回路を構成する演算増幅器１の反転入力端子に接続されている。この演算増幅器１の反転入力端子と出力端子の間には抵抗２が接続され、非反転入力端子は共通電位に接続されている。
【０００６】演算増幅器１の出力はＡ／Ｄ変換器４２の入力に接続され、その出力は演算制御部４１に接続される。この演算制御部４１の制御用出力は切替えスイッチ４の切替え駆動信号の入力端子に接続され、表示用出力は表示部４３に接続される。
【０００７】このような回路構成の増幅回路においてゼロ調整を行う場合は、切換えスイッチ４を固定接点ｂ側に切換えゼロ電位を入力し、その時の出力値を演算制御部４１に読み込み記憶する。この時の値をＤｚｅｒｏとする。その後、切替えスイッチ４を固定接点ａ側に切替え、入力信号からＤｚｅｒｏを減じた値を表示部４３に表示することでゼロ調整を実施する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７で説明した従来例では、可変電圧回路５に可変抵抗を用いるため経年劣化による信頼性の低下が発生する上、配線Ｌを長くするとノイズによるゼロドリフトが発生するため、可変電圧回路５の位置に制限を受けるという問題があった。更にゼロ調整を行う場合、調整者は測定器を準備しその表示値を確認しながら可変電圧回路５の電圧調整を実施する必要があるため人的な工数が必要であるという課題があった。
【０００９】また、図８で説明した従来例では、演算制御部４１に演算機能を備える必要があるため制作コストが高くなる上、アナログ出力を行う増幅回路にはこの方式のゼロ調整は不可能であるという課題があった。
【００１０】本発明は、上記課題を解決するもので、ゼロ調整を実施する際、人的工数を必要とせずアナログ出力を行う増幅回路にも対応が可能なゼロ調整回路を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために請求項１に記載の発明では、増幅器の出力信号がゼロとなるべき信号を入力した時に出力信号として得られるオフセット電圧から、ゼロ調整用補正値を演算する演算回路と、前記ゼロ調整用補正値を入力信号に加算する加算手段を備え、前記ゼロ調整用補正値を増幅器の入力信号に加算してゼロ調整を実施することを特徴とするものである。
【００１２】請求項２に記載の発明では、前記オフセット電圧とゼロ電位とを比較するコンパレータにより前記オフセット電圧を監視しながら入力信号に加算する補正値をデジタルカウンタを用いて一元的に変化させ前記ゼロ調整用補正値を決定するように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】請求項３に記載の発明では、前記オフセット電圧をサンプルホールド回路を用いて記憶することによりゼロ調整用補正値決定するように構成したこと特徴とするものである。
【００１４】請求項４に記載の発明では、前記オフセット電圧をＡ／Ｄ変換器によりデジタル変換しそのデジタル値を記憶してゼロ調整用補正値を決定するように構成したこと特徴とするものである。
【００１５】請求項５に記載の発明では、外部からのゼロ調整スタート指令により動作を開始するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】請求項１から請求項４に記載の発明では、出力信号がゼロとなるべき入力信号を入力した時のオフセット電圧からゼロ調整用補正値を演算し、その値を入力信号に加算してゼロ調整を実施する構造としたため、人が介在して可変抵抗等を微調整する必要がない。従って人的工数を排除したゼロ調整が可能なゼロ調整回路を提供することが可能である。請求項５に記載の発明では、外部からのゼロ調整スタート指令によりゼロ調整動作を開始するように構成したため、離れた場所からのゼロ調整が可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るゼロ調整回路の一実施例を示す構成図である。同図において演算増幅器１と抵抗２と抵抗３と抵抗６は反転増幅型の加算回路１００を構成し、その出力は演算増幅器を利用したコンパレータ１２の片方の入力端子に接続される。また、コンパレータ１２の他方の入力端子は共通電位に接続され出力は制御回路１１の入力端子に接続される。
【００１８】制御回路１１はゼロ調整スタート指令入力端子１７を備え、その出力端子はＤ／Ａ変換器１３に接続される。Ｄ／Ａ変換器１３の出力は抵抗６を介して演算増幅器１の反転入力端子に接続される。
【００１９】前記反転増幅型の加算回路において、抵抗２、抵抗３、抵抗６の抵抗値を等しくした場合、入力信号を“Ｖｉｎ”、Ｄ／Ａ変換器１３の出力を“ＤＡｏｕｔ”とすると、演算増幅器１の出力“Ｖｏｕｔ”は、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ＋ＤＡｏｕｔ） （１）
となる。これは、前記オフセット電圧は、“ＤＡｏｕｔ”を調整することにより補正することが可能であることを意味する。
【００２０】一方、コンパレータ１２はゼロ調整時の演算増幅器１出力電圧とゼロ電位との比較出力を制御回路１１へ出力し、Ｄ／Ａ変換器１３は制御回路１１から出力されるゼロ調整用補正値をＤ／Ａ変換し、前記反転増幅型の加算回路１００へ抵抗６を介して入力する。
【００２１】また、制御回路１１は、クロック回路やカウンタ回路等から構成される演算回路（図示せず）を内蔵し、そのカウント値をＤ／Ａ変換器１３へ出力できるように構成されている。
【００２２】このような構成の増幅回路において、入力信号Ｖｉｎに出力信号がゼロとなるべき信号を入力した後、ゼロ調整開始指令１７を入力すると、制御回路１１は予め設定されたゼロ調整範囲下限値（或いは上限値）をカウンタに初期値として設定し、その値をＤ／Ａ変換器１３に入力する。
【００２３】この時点で、前記ＤＡｏｕｔがゼロ調整下限値となるため（１）式より演算増幅器１の出力がプラス側（前記カウンタの初期値が上限値の場合はマイナス側）にふれる。この時コンパレータ１２の出力は“Ｌｏｗ”である。
【００２４】その後、制御回路１１はコンパレータ１２の出力を監視しながら内部クロック信号に同期してカウンタをカウントアップ（前記カウンタの初期値が上限値の場合はカウントダウン）する。
【００２５】カウンタのカウントアップ（前記カウンタの初期値が上限値の場合はカウントダウン）を続けると、演算増幅器１の出力が徐々に変化しゼロ点に近づく。更にカウントを継続すると、演算増幅器１の出力はゼロ点とクロスしコンパレータ１２の出力は“Ｈｉｇｈ”（以下“Ｈｉ”と略す）に反転する。
【００２６】制御回路１１は、この時点でカウントを停止し、カウンタの値をゼロ調整用補正値として保持する。この時点でゼロ調整が完了する。
【００２７】このような回路構成の増幅回路においてゼロ調整を行う際の動作手順と図２のフローチャートを用いて説明する。但し同図は、前記カウンタの初期値をゼロ調整範囲の下限値とした場合のフローチャートである。
【００２８】入力信号Ｖｉｎに出力信号がゼロとなるべき信号を入力した後、ゼロ調整開始指令１７を入力すると、制御回路１１はゼロ調整を開始し、Ｄ／Ａ変換器１３にゼロ調整範囲の下限の数値を示すデジタルデータを初期値として与える。（ＳＴ１１）
【００２９】回路全体の安定を待つ。（ＳＴ１２）
【００３０】コンパレータ１２の出力が“Ｈｉ”に反転したか否かを判断する。反転しない場合は（ＮＯの場合）次のステップに移行し、反転した場合は（ＹＥＳの場合）カウンタの値をゼロ調整用補正値として記憶しゼロ調整動作を終了する。（ＳＴ１３）
【００３１】制御回路１１は、内蔵する演算回路のカウンタ（図示せず）をカウントアップし、ＳＴ１２に戻る。（ＳＴ１４）
【００３２】以上の動作により演算増幅器１の出力電圧Ｖｏｕｔが“０”となりゼロ調整を完了する。
【００３３】次に本発明に係るゼロ調整回路の他の実施例を図３を用いて説明する。同図において、反転増幅型の加算回路１００は図１で説明したものと同様の為、ここでは説明を省略する。
【００３４】図３において、演算増幅器１の出力は抵抗２２を介して切替えスイッチ２３の可動接点に接続され、切替えスイッチ２３の固定接点は演算増幅器２５とコンデンサ２４とで構成されるサンプルホールド回路１０２に接続される。また切替えスイッチ２３の切替え駆動信号の入力端子には制御回路２１のサンプルホールド回路入力側切替え信号が接続される。
【００３５】演算増幅器２５の出力は切替えスイッチ２６の固定接点ｂに接続され、他方の固定接点ｃは共通電位に接続される。また、切替えスイッチ２６の可動接点ａは抵抗６を介して演算増幅器１の反転入力端子へ接続され、切替えスイッチ２６の切替え駆動信号の入力端子には制御回路２１のサンプルホールド回路出力側切替え信号が接続される。
【００３６】また、制御回路２１にはゼロ調整スタート指令２７が接続されている。
【００３７】図１の説明と同様に反転増幅型の加算回路において、抵抗２、抵抗３、抵抗６の抵抗値を等しくした場合、入力信号を“Ｖｉｎ”、サンプルホールド回路１０２の出力を“ＳＨｏｕｔ”とすると、演算増幅器１の出力“Ｖｏｕｔ”は、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ＋ＳＨｏｕｔ） （２）
となる。これは、Ｖｉｎに出力信号がゼロとなるべき信号を入力した時の出力信号とゼロ出力との偏差は、“ＳＨｏｕｔ”を調整することにより補正することが可能であることを意味する。
【００３８】このような回路構成の増幅回路においてゼロ調整を行う際の動作手順と図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３９】入力信号Ｖｉｎに出力信号がゼロとなるべき信号を入力した後、ゼロ調整開始指令２７を入力すると、制御回路２１はゼロ調整を開始し、切替えスイッチ２３を開放し、切替えスイッチ２６を固定接点ｃへ接続する。この時演算増幅器１の出力信号Ｖｏｕｔに出力される電圧はサンプルホールド回路１０２の出力ＳＨｏｕｔが“０Ｖ”となるため（２）式より、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ） （３）
となる。これがオフセット電圧である。（ＳＴ２１）
【００４０】制御回路２１は切替えスイッチ２３を閉じサンプルホールド回路１０２に前記オフセット電圧を入力する。（ＳＴ２２）
【００４１】サンプルホールド回路１０2のコンデンサ２４の電圧が一定となるまで時間を置く。（ＳＴ２３）
【００４２】コンデンサ２４の電圧が安定したところでサンプルホールド回路１０２によるオフセット電圧の電圧保持が完了する。電圧保持完了後、切替えスイッチ２３を開放する。（ＳＴ２４）
【００４３】切替えスイッチ２６を固定接点ｂへ接続しサンプルホールド回路１０２に保持したオフセット電圧を抵抗６を介して演算増幅器１の差動入力へ印加する。この時、サンプルホールド回路１０２の出力ＳＨｏｕｔは（３）式より、ＳＨｏｕｔ＝−Ｖｉｎ （４）
となる。更に演算増幅器１の出力電圧Ｖｏｕｔは（２）式と（４）式より、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ−Ｖｉｎ）＝０となる。（ＳＴ２５）
【００４４】以上の動作により演算増幅器１の出力電圧Ｖｏｕｔが“０”がとなりゼロ調整を完了する。
【００４５】更に本発明に係るゼロ調整回路の他の実施例を図５を用いて説明する。尚、反転増幅型の加算回路１００は図１で説明したものと同様の為、ここでは説明を省略する。
【００４６】図５において、演算増幅器１の出力はＡ／Ｄ変換器３２に接続され、Ａ／Ｄ変換器３２の出力は制御回路３１に接続される。更に制御回路３１の出力はＤ／Ａ変換器３３に接続されＤ／Ａ変換器３３の出力は抵抗６を介して演算増幅器１の反転入力端子へ接続される。
【００４７】Ａ／Ｄ変換器３２とＤ／Ａ変換器３３はバイポーラ動作が可能なように構成されている。
【００４８】また、制御回路３１にはゼロ調整スタート指令３７が接続されている。
【００４９】図１の説明と同様に反転増幅型の加算回路において、抵抗２、抵抗３、抵抗６の抵抗値を等しくした場合、入力信号を“Ｖｉｎ”、Ｄ／Ａ変換器３３の出力を“ＤＡｏｕｔ２”とすると、演算増幅器１の出力“Ｖｏｕｔ”は、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ＋ＤＡｏｕｔ２） （５）
となる。これは、Ｖｉｎに出力信号がゼロとなるべき信号を入力した時の出力信号とゼロ出力との偏差は、“ＤＡｏｕｔ２”を調整することにより補正することが可能であることを意味する。
【００５０】このような回路構成の増幅回路においてゼロ調整を行う際の動作手順と図６のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】Ｖｉｎに出力信号がゼロとなるべき信号を入力した後、ゼロ調整開始指令３７を入力すると、制御回路３１はゼロ調整を開始し、Ｄ／Ａ変換器３３を初期化するため“０”を出力する。この時演算増幅器１の出力信号Ｖｏｕｔに出力される電圧はＤ／Ａ変換器３３の出力ＤＡｏｕｔ２が“０Ｖ”となるため（５）式より、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ） （６）
となる。これがオフセット電圧である。（ＳＴ３１）
【００５２】制御回路３１はＡ／Ｄ変換器３２にＡ／Ｄ変換の実行を指令する。（ＳＴ３２）
【００５３】制御回路３１はＡ／Ｄ変換器３２のＡ／Ｄ変換が完了し出力電圧が確立するのを待つ。これにより前記オフセット電圧が制御回路３１に入力される。（ＳＴ３３）
【００５４】制御回路３１は前記オフセット電圧であるＡ／Ｄ変換器３２の出力電圧を記憶する。（ＳＴ３４）
【００５５】制御回路３１は記憶した前記オフセット電圧をＤ／Ａ変換器３３に出力する。この時、Ｄ／Ａ変換器３３の出力電圧ＤＡｏｕｔ２は（６）式より、ＤＡｏｕｔ２＝−Ｖｉｎ （７）
となる。更に演算増幅器１の出力電圧Ｖｏｕｔは（５）式と（７）式より、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ−Ｖｉｎ）＝０となる。（ＳＴ３５）
【００５６】以上の動作により演算増幅器１の出力電圧Ｖｏｕｔが“０”がとなりゼロ調整を完了する。
【００５７】なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。請求項１に記載の発明では、出力信号がゼロとなるべき入力信号を入力した時の出力信号からゼロ調整用補正値を演算し、その値を入力信号に加算してゼロ調整を実施する構造としたため、入力信号から出力信号まですべてアナログ信号のまま処理される。つまり入力信号をデジタル変換せずにゼロ調整を実施するため高速の信号処理を実現できる。また、回路内に可変抵抗を用いないため可動部分がなく摩耗がないため経年劣化のない信頼性の高いゼロ調整回路を提供することが可能である。
【００５９】請求項２に記載の発明では、前記ゼロ調整用補正値の演算手段としてデジタルカウンタを用いるため前記ゼロ調整用補正値をデジタルデータとして保存することが可能である。また、ゼロ調整をスタート信号の入力のみで実施し、人の介在を必要としないため人的工数を排除したゼロ調整が可能なゼロ調整回路を提供することが可能である。
【００６０】請求項３に記載の発明では、前記ゼロ調整用補正値の演算手段としてサンプルホールド回路を用いるため非常に簡単な回路構成でゼロ調整回路を構築することが可能である。また、ゼロ調整をスタート信号の入力のみで実施し、人の介在を必要としないため人的工数を排除したゼロ調整が可能なゼロ調整回路を提供することが可能である。
【００６１】請求項４に記載の発明では、前記ゼロ調整用補正値の演算手段として前記オフセット電圧をＡ／Ｄ変換器によりデジタル変換しそのデジタル値を記憶してゼロ調整用補正値を決定する回路を用いるため前記ゼロ調整用補正値をデジタルデータとして保存することが可能である。また、ゼロ調整をスタート信号の入力のみで実施し、人の介在を必要としないため人的工数を排除したゼロ調整が可能なゼロ調整回路を提供することが可能である。
【００６２】請求項５に記載の発明では、外部からのゼロ調整スタート指令によりゼロ調整動作を開始するように構成したため、離れた場所からのゼロ調整が可能である。これによりリモートメンテナンスが可能なゼロ調整回路を提供することが可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６５０７
【氏名又は名称】横河電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２４日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７１３６４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７５３２４ |
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