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JP3061884B2 - Analog-to-digital conversion system and spectral histogram generation method - Google Patents

Analog-to-digital conversion system and spectral histogram generation method

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Publication number
JP3061884B2
JP3061884B2 JP3090827A JP9082791A JP3061884B2 JP 3061884 B2 JP3061884 B2 JP 3061884B2 JP 3090827 A JP3090827 A JP 3090827A JP 9082791 A JP9082791 A JP 9082791A JP 3061884 B2 JP3061884 B2 JP 3061884B2
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JP
Japan
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digital
analog
output
voltage
reference voltage
Prior art date
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JP3090827A
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Inventor
デビッド・エー・ジャンガノ
スティーブン・ボクスコール
マーチン・ケッセルマン
アンソニー・アール・セロナ
Original Assignee
グラマン・エアロスペース・コーポレイション
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Filing date
Publication date
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  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はパルス波高スペクトル
分析器、特に、このような分析器用のアナログ対ディジ
タル変換システムに関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to pulse height spectrum analyzers and, more particularly, to an analog to digital conversion system for such analyzers.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気信号の振幅の確率分布を表示するパ
ルス波高スペクトル分析器(pulse−height
spectroscopic analyzers)
がある。この分析器に用いられているアナログ対ディジ
タル変換器(analog−to−digital c
onverters:以下、単にADCsと称する)に
は、微分非線形性(differential non
−lineality:以下、単にDNLと称する)が
小さいことおよび変換時間が短いことが要求されてい
る。商業上使用可能なADCsは、スペクトル測定には
直接適用することはできない。その理由は、これらスペ
クトル測定の場合には、適用するDNLが(±1)LS
B(最小桁のビット(±1 least signif
icantbit(LSB))と同じ程度の大きさ(h
igh)となる場合があるからである。スペクトル測定
に適用する場合、DNLは(±1/100)LSBであ
ることが要求されるため、上述した大きなDNLは、ス
ペクトル測定には受け入れられない。このようなDNL
に対する要求を達成するための多くの技術的開発が行わ
れている。これら開発された技術は、ADCのフルダイ
ナミックレンジの、より一層の利用を図り、かつ、より
一層分解能を高くするという点に起因して、著しく複雑
化している。
2. Description of the Related Art A pulse-height spectrum analyzer for displaying a probability distribution of the amplitude of an electric signal.
spectroscopic analysers)
There is. An analog-to-digital converter (analog-to-digital converter) used in this analyzer
inverters: hereinafter, referred to simply as ADCs, include differential non-linearity (differential non-linearity).
-Lineality: hereinafter, simply referred to as DNL) and a short conversion time. Commercially available ADCs cannot be directly applied to spectral measurements. The reason is that in the case of these spectrum measurements, the applied DNL is (± 1) LS
B (the least significant bit (± 1 least signif
icantbit (LSB)).
i) in some cases. When applied to spectral measurements, the large DNL described above is unacceptable for spectral measurements because the DNL is required to be (± 1/100) LSB. Such a DNL
Many technological developments have been made to achieve the demands on the technology. These developed techniques have become significantly more complex due to greater utilization of the full dynamic range of the ADC and higher resolution.

【0003】文献:「Nucl.Instru.and
Meth.(ニュークリア・インストルメント・アン
ド・メソッド)」No.24(1963),p241
(Cottini,C.,et al.(コッティニ・
シー等))に、標準的なスライディング・スケール(s
liding scale)方法について開示されてい
る。この文献のシステムによれば、ADC入力に補助増
分アナログ信号(auxilialy increme
nting analog signal)を加えるこ
とによって得られるチャネル(ビンとも称する。)幅平
均化効果(binwidth averaging e
ffect)を利用している。すなわち、この場合、A
D変換後ADC出力から補助増分アナログ信号のディジ
タル量を減算して、このADC入力の真のディジタル量
(digital representation)を
得ている。
Reference: "Nucl. Instru. And
Meth. (Nuclear Instrument and Method) "No. 24 (1963), p241
(Cottini, C., et al.)
Standard sliding scale (s
A riding scale method is disclosed. According to the system of this document, an auxiliary incremental analog signal is applied to the ADC input.
channel (also referred to as a bin) obtained by adding an analog signal (binning average).
(ffect). That is, in this case, A
After the D conversion, the digital amount of the auxiliary incremental analog signal is subtracted from the ADC output to obtain a true digital amount of the ADC input.

【0004】この文献開示の方法を実行するためのブロ
ック構成図を図1に示す。この従来方法につき以下説明
する。ADC変換を行うため、順次に値が増大している
複数の変換点(コンバージョンポイント(ADC co
nversion point))を設けて、各ADC
入力の入力値毎に、異なるチャネルを割り当てている。
そして、各チャネルを経て得られた減算後のADCのデ
ィジタル出力を平均化して上述の真のディジタル値を得
る。この処理は、チャネル幅の統計学的な均一化処理
(statistical equalizatio
n)を意味する。
FIG. 1 shows a block diagram for executing the method disclosed in this document. This conventional method will be described below. In order to perform the ADC conversion, a plurality of conversion points (conversion points (ADC co.
version point)) to provide each ADC
A different channel is assigned to each input value.
Then, the digital output of the ADC after subtraction obtained through each channel is averaged to obtain the above-mentioned true digital value. This process is a process for statistically equalizing the channel width (statistical equalization).
n).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この従来方法の主な問
題点は、補助レベル・レンジに等しい量だけADCのダ
イナミックレンジが減少(reduction)してし
まうことである。この点については、文献:「Nuc
l.Instru.and Meth.(ニュークリア
・インストルメント・アンド・メソッド)」No.A2
35(1985),p536(Correia,C.
B.A.(コレイア・シー・ビー・エイ))において述
べられている。
The main problem with this prior art method is that the dynamic range of the ADC is reduced by an amount equal to the auxiliary level range. In this regard, see the literature: “Nuc
l. Instru. and Meth. (Nuclear Instrument and Method) "No. A2
35 (1985), p536 (Correia, C.I.
B. A. (Correia C.B.A.)).

【0006】増分信号が正の場合には、この増分信号が
ADCの入力電圧に上積みして加えられる。そして、M
を平均化ディジタル対アナログ変換器(DAC)によっ
て掃引される、すなわち平均化のために用いられる、チ
ャネル数とすると、入力電圧値の大きさは、ADCのフ
ルダイナミックレンジから上側のM個のチャネル分だけ
差し引いたレンジ内に納まる大きさに制限される。この
制限があるために、ジレンマが生じる。というのは、入
力レンジを広くしておくためには、平均化(avera
ging)DACの掃引レンジは、狭くなければならな
いが、平均化効果を効果的にするためにはこの掃引レン
ジを充分大きくしておく必要があるからである。
When the increment signal is positive, the increment signal is added to the input voltage of the ADC. And M
Is the number of channels swept by the averaging digital-to-analog converter (DAC), ie, used for averaging, the magnitude of the input voltage value is M channels above the full dynamic range of the ADC. It is limited to a size that can fit within the range deducted by the minute. This restriction creates a dilemma. This is because averaging (avera) is required to keep the input range wide.
ging) The sweep range of the DAC must be narrow, but the sweep range must be sufficiently large to make the averaging effect effective.

【0007】この問題の解決を図るための最近の手法で
は、ダイナミックレンジが狭まる(waste)のを回
避するために、ADC入力の電圧値がADCダイナミッ
クレンジの低い側の半分と高い側の半分のどちらに対応
するかに応じて、上側(upward)での又は下側
(downward)での平均化処理(averagi
ng)を取り入れている。このようなアプローチの仕方
については、文献:「Nucl.Instru.and
Meth.(ニュークリア・インストルメント・アン
ド・メソッド)」No.A259(1987),p52
1(Xianjie,X.(キアンジェ・エックス))
に開示されている。この手法では、上側での平均化を行
うか、或いは、下側での平均化を行うかを判断するため
の回路をADCに設けて、ADCのフルダイナミックレ
ンジの中間あたりのどこかにコンパレータ・トリップ・
ポイント(comparator trip poin
t)、すなわち、判別用のスレッショールド値(レベ
ル)を確立している。入力信号の振幅がこのスレッショ
ールド値を越えると、下側での平均化処理が行われる。
そうでない場合には、上側での平均化処理が行われる。
In a recent approach to solving this problem, in order to avoid the dynamic range from being narrowed (waste), the voltage value of the ADC input is set to the lower half and the higher half of the ADC dynamic range. The averaging process (average) on the upper side (downward) or on the lower side (downward), depending on which one is supported.
ng). For a description of such an approach, see the literature: "Nucl. Instru. And
Meth. (Nuclear Instrument and Method) "No. A259 (1987), p52
1 (Xianjie, X.)
Is disclosed. In this method, a circuit for determining whether to perform averaging on the upper side or averaging on the lower side is provided in the ADC, and a comparator and a circuit are provided somewhere in the middle of the full dynamic range of the ADC. Trip
Point (comparator trip point)
t), that is, a threshold value (level) for determination is established. If the amplitude of the input signal exceeds this threshold value, lower averaging is performed.
Otherwise, the averaging process on the upper side is performed.

【0008】しかしながら、スレッショールド値は、上
側または下側の(2M −1)(ここでは、Mはスライデ
ィング・スケールのビット数(the number of slidings
cale bits)を表わす。)個のチャネルには存在しては
ならないので、このアプローチの手法にも問題がある。
スレッショールド値が存在するチャネルのチャネル幅は
平均化されない。この特定のチャネルのチャネル幅の均
一化(equalize)を図るため、三角電圧(tr
iangular voltage)によってスレッシ
ョールド値を変調する必要がある。逐次比較型ADC
(successiveapproimation ADC )では、通常は、フル
スケールの1/2、1/4および3/4の区域でDNL
が最悪の状態となる。このため、スレッショールド値の
変調領域(modulated region)を上述
の区域(areas)に設定することができないと共
に、この変調領域を上側および下側の(2M −1)個の
チャネルとオーバーラップさせるべきではない。このた
め、フルダイナミックレンジがNビットのADCとする
と、スライディング・スケール・ビットの数Mの最大が
(N−2)に限定されてしまう。但し、NはADCの分
解能(resolution)である。
[0008] However, the threshold value is the upper or lower (2 M -1) (where M is the number of slidings bits).
cale bits). This approach is also problematic, since it must not be present in one) channel.
The channel width of the channel where the threshold value exists is not averaged. In order to equalize the channel width of this specific channel, a triangular voltage (tr)
It is necessary to modulate the threshold value by angular voltage. Successive approximation ADC
(Successiveapproimation ADC), usually, the DNL is in the area of 1/2, 1/4 and 3/4 of the full scale.
Is in the worst case. Therefore, the modulation region of the threshold value cannot be set in the above-mentioned area, and the modulation region overlaps with the upper and lower (2 M −1) channels. Should not be done. For this reason, if the full dynamic range is an N-bit ADC, the maximum of the number M of sliding scale bits is limited to (N−2). Here, N is the resolution of the ADC.

【0009】さらに問題を複雑にしているのは、新型の
高速サブレンジング(subranging)ADCs
ではレンジ間での内部遷移(internal tra
nsition)でのDNLが良くないという点であ
る。このタイプのADCの内部アーキテクチャによれ
ば、最初に、7個のMSBs(最上位のビット)でフラ
ッシュ・コンバージョン(flash convers
ion)を実行し、続いて、5個のLSBs(最下位の
ビット)(25 (2の5乗)=32)を処理する。この
ため、そのビットと関連した悪いDNLを示す内部スプ
リット・ポイント(split point)が生じて
しまう。ADC製品は様々な技術を使用しているので、
DNL領域は装置毎に変動する。
Further complicating the problem is a new type of fast subranging ADCs.
Then, internal transition between ranges (internal tra
The problem is that the DNL is not good. According to the internal architecture of this type of ADC, first the flash conversions are performed on the seven MSBs (most significant bit).
ion), and then processes five LSBs (least significant bits) (2 5 (2 5) = 32). This creates an internal split point that indicates the bad DNL associated with that bit. ADC products use various technologies,
The DNL area varies from device to device.

【0010】この発明の目的は、従来のものに比較して
簡素化したADCシステムであって、上述した問題の解
決を図るためDNLが小さくしかも回路を複雑化せずに
高安定と高精度とが実現可能な技術を用いたADCシス
テムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an ADC system which is simplified as compared with the conventional one. In order to solve the above-mentioned problems, the DNL is small, and high stability and high accuracy are achieved without complicating the circuit. Is to provide an ADC system using a technology that can be realized.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願の装置発明によれば、アナログ電圧信号を
サンプリングするためのサンプリング手段;比較器;こ
のサンプリング手段からのサンプル・アナログ電圧信号
が入力される第1入力端子と、前述の比較器の第1入力
端子に接続された出力端子とを有する加算手段;可変デ
ィジタル・カウント数を発生するディジタル数発生手
段;このディジタル数発生手段と、前述の加算手段の第
2入力端子との間に接続されていて、前述の可変ディジ
タル・カウント数をアナログ量に変換するバイポーラ・
ディジタル対アナログ変換器(DAC);前述の加算手
段の出力端子に接続されたアナログ入力端子と、前述の
比較器の第2入力端子に接続されていて、前述の比較器
で前述の加算手段の出力がフルスケール基準電圧を超え
ているかどうかの判定を可能とするような当該フルスケ
ール基準電圧を出力する基準電圧出力端子とを有するア
ナログ対ディジタル変換器(ADC);前記加算手段、
前記ディジタル数発生手段および前記アナログ対ディジ
タル変換器で構成される制御手段であって、前述の比較
器の出力に応答して前述の加算手段から、この加算手段
の出力が前述のフルスケール基準電圧を超えているとき
には前述のアナログ量と前述のサンプル・アナログ電圧
信号との差を表す出力を生じさせ、かつ、前述の加算手
段の出力が前述のフルスケール基準電圧を超えていない
ときには前述のアナログ量と前述のサンプル・アナログ
電圧信号との和を表す出力を生じさせる当該制御手段;
および,前述のアナログ対ディジタル変換器のディジタ
ル出力端子に接続されている一方の入力端子と、前述の
ディジタル数発生手段に接続されている他方の入力端子
とを有していて、このアナログ対ディジタル変換器の出
力から当該出力に対する前記可変ディジタル・カウント
数の寄与部分を除去する、すなわち前述の加算手段の出
力が前述のフルスケール基準電圧よりも小さいときには
前述のアナログ対ディジタル変換器のディジタル出力か
ら前述の可変ディジタル・カウント数を減算すると共
に、前述の加算手段の出力が前述のフルスケール基準電
圧よりも大きいときには前述のアナログ対ディジタル変
換器のディジタル出力に前述の可変デジタル・カウント
数を加算する、ように動作する加算処理手段を具える構
成を有している。
In order to achieve this object, according to the invention of the present application, a sampling means for sampling an analog voltage signal; a comparator; a sampled analog voltage signal from the sampling means. Adding means having a first input terminal to which is input and an output terminal connected to the first input terminal of the comparator; a digital number generating means for generating a variable digital count number; A bipolar input terminal connected between the second input terminal of the adding means and the variable digital count number to an analog quantity.
A digital-to-analog converter (DAC); an analog input terminal connected to the output terminal of the adder and the second input terminal of the comparator, An analog-to-digital converter (ADC) having a reference voltage output terminal for outputting the full-scale reference voltage so as to determine whether the output exceeds the full-scale reference voltage;
Control means comprising the digital number generation means and the analog-to-digital converter, wherein the output of the addition means is provided by the addition means in response to the output of the comparator. If the output exceeds the full-scale reference voltage, an output representing the difference between the analog amount and the sampled analog voltage signal is generated. Said control means for producing an output representative of the quantity and said sampled analog voltage signal;
And an input terminal connected to the digital output terminal of the analog-to-digital converter and another input terminal connected to the digital number generating means. Removing the contribution of the variable digital count to the output of the converter, i.e., if the output of the adder is less than the full-scale reference voltage, the digital output of the analog-to-digital converter. The variable digital count is subtracted from the variable digital count, and the variable digital count is added to the digital output of the analog-to-digital converter when the output of the adding means is larger than the full-scale reference voltage. And an addition processing means that operates as described above.

【0012】この発明の好適実施例によれば、この制御
手段は、バイポーラ・ディジタル対アナログ変換器の最
上位ビット(MSB)入力端子にこの比較器の出力が与
えられて、前述の加算手段の出力が前述のフルスケール
基準電圧を越えているときには前述のバイポーラ・ディ
ジタル対アナログ変換器からのアナログ量の極性を反転
させるように、動作し得る構成としてあるのが良い。
In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the control means includes means for providing the output of the comparator to the most significant bit (MSB) input terminal of the bipolar digital-to-analog converter. Preferably, the arrangement is operable to invert the polarity of the analog quantity from the bipolar digital-to-analog converter when the output exceeds the full-scale reference voltage.

【0013】この発明の他の好適実施例によれば、前述
のサンプリング手段を、トラック・アンド・ホールド回
路とするのが良い。
According to another preferred embodiment of the present invention, the sampling means is preferably a track and hold circuit.

【0014】この発明のさらに他の好適実施例によれ
ば、前述のディジタル数発生手段は、順次の数値を発生
する回路とするのが良い。
According to still another preferred embodiment of the present invention, the digital number generating means may be a circuit for generating sequential numerical values.

【0015】この発明の、さらに他の好適実施例によれ
ば、入力信号の値がそれぞれ特定レンジに入っている回
数を蓄積し、この蓄積に基づいて該入力信号のヒストグ
ラムを発生するコンピュータを具えているのが良い。
According to yet another preferred embodiment of the present invention, there is provided a computer which accumulates the number of times each value of an input signal falls within a specific range and generates a histogram of the input signal based on the accumulation. Is good.

【0016】この出願のスペクトルのヒストグラムを発
生する方法の発明によれば、検出器でニュークリア・パ
ーティクル(nuclear particles)を
検出して当該ニュークリア・パーティクルに特有の電圧
をアナログ入力信号として発生させるステップ; 可変ディジタル・カウント数を発生させるステップ; 該可変ディジタル・カウント数をアナログ量に変換させ
るステップ; この特有の電圧とアナログ量とを加算して加算値を得る
ステップ; この加算値をアナログ対ディジタル変換器のフルスケー
ル基準電圧と比較することにより、 (1)この加算値が前述のフルスケール基準電圧よりも
小さい場合には、 a)この加算値をアナログ対ディジタル変換してディジ
タル変換済加算値を得、および b)このディジタル変換済加算値から前述の可変ディジ
タル・カウント数を減算することによって前述の特有の
電圧を表わすディジタル出力を発生させ、および (2)前述の加算値が前述のフルスケール基準電圧より
も大きい場合には、 a)前述の特有の電圧から前述のアナログ量を減算して
減算値を得、 b)この減算値に対しアナログ対ディジタル変換を実行
してディジタル変換済減算値を得、 c)このディジタル変換済減算値にディジタル・カウン
ト数を加算することにより前述のアナログ入力信号のデ
ィジタル出力を再構成するステップ;さらに、全てのデ
ィジタル出力を連続したチャネルのいずれかの対応する
チャネルへ分配するステップ;および所定の間隔を有す
るこれらチャネルの各々に前述のディジタル出力が入る
回数を蓄積することによりヒストグラムに関するデータ
を作成するステップを含む構成とする。
According to the invention of the method for generating a histogram of a spectrum of the present application, a detector detects nuclear particles and generates a voltage specific to the nuclear particles as an analog input signal. Generating a variable digital count number; converting the variable digital count number into an analog quantity; adding the specific voltage and the analog quantity to obtain an added value; By comparing with the full-scale reference voltage of the digital converter, (1) when this added value is smaller than the above-mentioned full-scale reference voltage, a) the added value is converted from analog to digital to digitally converted addition. Value, and b) this digital conversion Subtracting said variable digital count number from said sum to produce a digital output representative of said particular voltage; and (2) if said sum is greater than said full scale reference voltage, a) subtracting the aforementioned analog quantity from the aforementioned specific voltage to obtain a subtracted value; b) performing an analog-to-digital conversion on the subtracted value to obtain a digitally converted subtracted value; Reconstructing the digital output of the analog input signal by adding a digital count to the subtracted value; further distributing all digital outputs to a corresponding one of the continuous channels; and By accumulating the number of times the aforementioned digital output enters each of these channels with an interval of A configuration including a step of creating data on ram.

【0017】この方法発明の好適実施例によれば、検出
された各特有の電圧を予備的にトラック・アンド・ホー
ルドをするようにするのが良い。
In accordance with a preferred embodiment of the method, each detected specific voltage may be tracked and held in reserve.

【0018】[0018]

【作用】上述した構成から明らかなように、この発明の
スライディング・スケール平均化技術を、アナログ対デ
ィジタル変換器(ADC)に採用できる。アナログ信号
の変換に先立ちこのアナログ信号に可変数を加算(su
mming)して加算信号を得る。これにより、繰り返
し得られる、同じ値の入力電圧信号をADCコンバータ
の異なるチャネル(ビン:bin)で変換させてチャネ
ル幅(ビン幅)が等しくないことに起因して生ずるエラ
ーを最小限におさえる。この発明では、加算(summ
ed)信号がADCのフルダイナミックレンジを越えな
いようにするための比較技術を含んでいる。
As is apparent from the above configuration, the sliding scale averaging technique of the present invention can be applied to an analog-to-digital converter (ADC). Prior to conversion of the analog signal, a variable number is added to this analog signal (su
mming) to obtain an addition signal. As a result, the input voltage signal having the same value, which is obtained repeatedly, is converted by different channels (bins) of the ADC converter to minimize errors caused by unequal channel widths (bin widths). In the present invention, the addition (sum
ed) Includes comparison techniques to ensure that the signal does not exceed the full dynamic range of the ADC.

【0019】このため、Nビットのアナログ対ディジタ
ル変換器(ADC)の場合には、スライディング・スケ
ールに対するビット数Mは、従来は(N−2)であった
が、この発明によればNへと増やすことができる。
For this reason, in the case of an N-bit analog-to-digital converter (ADC), the number of bits M with respect to the sliding scale was conventionally (N-2), but according to the present invention, the number of bits M is N. And can be increased.

【0020】これにより、ADCのフルダイナミックレ
ンジを維持できると共に、100%平均化を得る。従っ
て、この発明では、従来方法に必要とされた変調回路
(modulation circuit)は最早必要
としない。この設計の変化により、部品数が少なくな
り、回路構成の複雑化も解消し、しかも、回路の安定性
の改善を図ることができる。
Thus, the full dynamic range of the ADC can be maintained and 100% averaging is obtained. Therefore, in the present invention, the modulation circuit required in the conventional method is no longer required. Due to this change in the design, the number of components is reduced, the complexity of the circuit configuration is eliminated, and the stability of the circuit can be improved.

【0021】[0021]

【実施例】この発明の説明に先立ち、図1を参照して従
来技術につき説明する。この発明は従来技術を改良した
ものである。従来のADC回路8は、多数の連続したチ
ャネルでのアナログ対ディジタル変換(convers
ions)を実行する。これらチャネルのうちのある特
定のチャネルが、アナログ入力電圧の値と関係する。こ
れらチャネルはチャネル幅が等しい。従って、それぞれ
の入力電圧信号の値が変換器(コンバータ)のフルダイ
ナミックレンジにわたり分布している場合には、これら
信号は各チャネルに一様に分布されるはずである。しか
しながら、実際には、あるチャネル(ビン:bin)は
他のチャネルよりもチャネル幅が広いので、各チャネル
に一様には分布しない。この問題の回避を図るため、図
1に示す従来技術では、基本的には、変換器への入力電
圧のレベルを種々の値にシフトさせることにより、同じ
入力電圧を、異なった期間に、変換器の別々のチャネル
ですなわちシフトレベルに応じたチャネルで変換させて
いる。このようにレベルシフトを行って変換することに
よって、このチャネルでのエラーは平均化され、そのた
めエラーによる影響を最小限に抑えることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of the present invention, a prior art will be described with reference to FIG. The present invention is an improvement over the prior art. The conventional ADC circuit 8 performs analog-to-digital conversion (convers) on a number of continuous channels.
ions). Certain of these channels are associated with the value of the analog input voltage. These channels have the same channel width. Thus, if the values of the respective input voltage signals are distributed over the full dynamic range of the converter, these signals should be uniformly distributed on each channel. However, in practice, some channels (bins) have a wider channel width than other channels, and therefore are not uniformly distributed in each channel. To avoid this problem, the prior art shown in FIG. 1 basically converts the same input voltage into different periods by shifting the level of the input voltage to the converter to various values. The conversion is performed on separate channels of the shifter, that is, on the channels corresponding to the shift levels. By performing the level shift and conversion in this manner, errors in this channel are averaged, so that the influence of the errors can be minimized.

【0022】これがどのように達成されるかを理解する
ため、図1を参照してさらに説明する。図1において、
数発生器(number generator)は上述
したレベルシフトを行うための手段である。この発生器
1を従来の乱数値発生器または順次数値発生器としても
よい。この発生器1の出力は、ディジタル信号(ディジ
タル値)であって、DAC3の入力でもある。アナログ
信号(アナログ値)に変換した後、この発生したアナロ
グ値を、ライン4を経て、統合演算増幅加算器(uni
ty operational amplifier
summer)に送り、この加算器5において、このア
ナログ値と(入力端子6に入力された)入力電圧VIN
とを加算(合算)する。この加算により加算値、すなわ
ち、アナログ・レベルシフト信号をライン7に得る。そ
の結果、ライン7に得られた出力はADC8の入力とな
る。従って、同一の入力電圧に対して、2つの連続する
期間に、ライン7に発生された加算値(アナログ・レベ
ルシフト信号)は異なる値を取るので、これら加算値は
ADC8の異なるチャネルによって変換される。ここ
で、大切なことは、元の入力電圧を再構成(リストア:
restore)することである。このリストア処理を
ディジタル減算器11で行う。この減算器は第1レベル
シフト入力“a”と、接続線10を経て数発生器が接続
されている第2入力“b”とを有している。この減算器
11では、数発生器1から発生された数を減算してオリ
ジナル電圧を再構成する。その結果、同一の値の入力電
圧信号に対する変換がADC8の異なるチャネルにおい
て行われるので、チャネル幅が等しくないことに起因し
たいかなる変換エラーも平均化される。
To understand how this is achieved, a further explanation is given with reference to FIG. In FIG.
The number generator is a means for performing the level shift described above. The generator 1 may be a conventional random number generator or a sequential numerical generator. The output of the generator 1 is a digital signal (digital value) and is also an input of the DAC 3. After being converted into an analog signal (analog value), the generated analog value is transferred via a line 4 to an integrated operational amplification adder (uni).
ty operational amplifier
and the analog value and the input voltage VIN (input to the input terminal 6) in the adder 5.
And (addition). By this addition, an added value, that is, an analog level shift signal is obtained on line 7. As a result, the output obtained on line 7 becomes the input of ADC 8. Thus, for the same input voltage, the sums (analog level shift signals) generated on line 7 during two successive periods will take different values, and these sums will be converted by the different channels of ADC 8. You. The important thing here is to reconstruct the original input voltage (restore:
restoring). This restoration processing is performed by the digital subtractor 11. This subtractor has a first level shift input "a" and a second input "b" to which a number generator is connected via connection 10. The subtractor 11 subtracts the number generated from the number generator 1 to reconstruct the original voltage. As a result, any conversion errors due to unequal channel widths are averaged because the conversion for the same value of the input voltage signal is performed in different channels of ADC 8.

【0023】入力電圧のスペクトル分布を得るため、減
算器11の出力端にコンピュータ13を接続する。この
コンピュータでは、周知の技術に従って振幅確率分布を
得、特定の入力電圧に対するカウント数(count
s)をADCチャネル番号(ADC channel
number)の関数としたヒストグラムを得るように
することが可能である。
A computer 13 is connected to an output terminal of the subtractor 11 to obtain a spectrum distribution of the input voltage. In this computer, an amplitude probability distribution is obtained according to a well-known technique, and a count number (count) for a specific input voltage is obtained.
s) is the ADC channel number (ADC channel).
It is possible to obtain a histogram as a function of number.

【0024】図4は、上述した平均化技術を利用してい
ない直送式ADC8から得られた、典型的な振幅確率分
布を示している。図1に示したように接続されていてし
かも上述した平均化技術を取り入れているADC8の場
合には、図4に示した分布は、一層シャープでしかも一
層明確となる特色がある。しかしながら、すでに説明し
たとおり、ADCのダイナミッックレンジは、加算器5
に供給された数値(アナログ量)を補助的にレベルシフ
トしている量だけ、縮小している。
FIG. 4 shows a typical amplitude probability distribution obtained from a direct-feed ADC 8 not utilizing the averaging technique described above. In the case of the ADC 8 connected as shown in FIG. 1 and incorporating the averaging technique described above, the distribution shown in FIG. 4 has features that are sharper and more distinct. However, as already explained, the dynamic range of the ADC depends on the adder 5.
Is reduced by the amount that the level (auxiliary amount) supplied to is supplementarily level-shifted.

【0025】次に、この発明で改良されたアナログ対デ
ィジタル変換システムの構成につき図2を参照して説明
する。図2に示すシステムは、同様に、チャネル(ビ
ン:bin)平均化技術を実行するが、図1に示した従
来装置と関連して説明した問題点を回避できるシステム
である。この点につきさらに詳細に説明する。先ず、サ
ンプリング手段であるトラック・アンド・ホールド回路
(track−and−hold circuit)1
6によって端子15に入力する入力電圧すなわちアナロ
グ電圧信号をサンプリングする。例えば、このシステム
60Co,113 Sn,232 TH等のようなニュークリア
・パーティクル(nuclear particls)のスペクトル測定
に適用した場合には、このアナログ電圧信号を、これら
ニュークリア・パーティクルに特有の電圧の信号とする
ことができる。
Next, the configuration of an analog-to-digital conversion system improved by the present invention will be described with reference to FIG. The system shown in FIG. 2 similarly implements the channel (bin) averaging technique, but avoids the problems described in connection with the conventional device shown in FIG. This will be described in more detail. First, a track-and-hold circuit (track-and-hold circuit) 1 serving as a sampling means.
6 samples an input voltage input to the terminal 15, that is, an analog voltage signal. For example, when applied to the spectrum measurement of the Nuclear particle (nuclear Particls), such as the system such as 60 Co, 113 Sn, 232 TH is the analog voltage signal, the voltage peculiar to these Nuclear Particle Signal.

【0026】トラック・アンド・ホールド回路16から
の出力であるサンプル・アナログ電圧信号は、加算手段
である統合利得演算増幅加算器14の第1入力端子17
に入力される。この加算器14への第2入力は、第2入
力端子18に与えられる。この第2入力は、サンプリン
グ時の、ディジタル・カウント数のアナログ量である。
The sampled analog voltage signal output from the track-and-hold circuit 16 is supplied to a first input terminal 17 of an integrated gain operation amplification adder 14 serving as an adding means.
Is input to The second input to the adder 14 is provided to a second input terminal 18. This second input is the analog quantity of the digital count at the time of sampling.

【0027】ディジタル数発生手段であるカウンタ20
は、基本的には、順次数発生器であり、その出力は、可
変ディジタル・カウント数である。バイポーラ・ディジ
タル対アナログ変換器(DAC)22は、カウンタ20
および加算器14の第2入力端子18間に接続されてい
る。このカウンタ20の出力は、バイポーラ・ディジタ
ル対アナログ変換器(DAC)22の最下位のビット
(LSB)の入力端子LSB’sに入力されてこのDA
C22からアナログ量として出力される。
Counter 20 as digital number generating means
Is basically a sequential number generator, the output of which is a variable digital count. Bipolar digital-to-analog converter (DAC) 22 includes a counter 20
And the second input terminal 18 of the adder 14. The output of the counter 20 is input to the input terminal LSB's of the least significant bit (LSB) of the bipolar digital-to-analog converter (DAC) 22 and
It is output as an analog quantity from C22.

【0028】この発明のシステムでは、さらに、アナロ
グ対ディジタル変換器(ADC)28を具える。このA
DC28は、加算器14の出力端子24に接続されたア
ナログ入力端子27と、比較器(スレッショールド比較
器又はレベル比較器ともいう。)26の第2入力端子に
接続されている基準電圧出力端子29とを具えている。
この基準電圧出力端子からは、比較器26にフルスケー
ル基準電圧(出力)を出力する。当該比較器26は、フ
ルスケール基準電圧が供給されることにより、加算器1
4から供給された出力がこのフルスケール基準電圧を超
えているかどうかの判定を行うことが可能となる。
The system of the present invention further includes an analog-to-digital converter (ADC) 28. This A
The DC 28 is a reference voltage output connected to an analog input terminal 27 connected to the output terminal 24 of the adder 14 and a second input terminal of a comparator (also referred to as a threshold comparator or a level comparator) 26. And a terminal 29.
The reference voltage output terminal outputs a full-scale reference voltage (output) to the comparator 26. The comparator 26 is supplied with the full-scale reference voltage so that the adder 1
It is possible to determine whether or not the output supplied from 4 exceeds this full-scale reference voltage.

【0029】AD変換に先立ち、先ず、加算器14から
の出力である加算値(加算信号とも言う。)をADC2
8のフルレンジに対応する電圧値と比較して当該加算信
号がそのフルレンジ外にはみ出てしまうかどうか判定す
る。この判定を行うため、ADC28はその基準電圧出
力端子29(REF OUT)にフルレンジ出力信号を
発生させる。このフルレンジ出力信号はスレッショール
ド比較器26の“B”入力として当該比較器26の第2
入力端子に供給される。加算器14の出力は、直接、比
較器26の“A”入力として第1入力端子に供給され
る。ADC28のフルレンジ出力信号は、比較器26で
の比較のための基準信号、すなわち、上述したフルスケ
ール基準電圧(出力)“B”である。
Prior to the AD conversion, first, an addition value (also referred to as an addition signal) output from the adder 14 is output from the ADC 2.
8 is compared with the voltage value corresponding to the full range to determine whether or not the added signal is out of the full range. To make this determination, ADC 28 generates a full-range output signal at its reference voltage output terminal 29 (REF OUT). This full-range output signal is used as the "B" input of the threshold comparator
It is supplied to the input terminal. The output of the adder 14 is supplied directly to the first input terminal as the "A" input of the comparator 26. The full-range output signal of the ADC 28 is a reference signal for comparison in the comparator 26, that is, the above-described full-scale reference voltage (output) “B”.

【0030】上述した加算器14、カウンタ20および
バイポーラDAC22は、協同して、制御手段を構成し
ている。この制御手段によって、加算器14から比較器
26の比較出力に応答した出力を生じさせる。すなわ
ち、加算器14の出力がフルスケール基準電圧を超えて
いるときは、バイポーラDAC22からのアナログ量と
サンプル・アナログ電圧信号との差を表す出力を加算器
14から生じさせる。また、加算器14の出力がフルス
ケール基準電圧を超えていないときは、バイポーラDA
C22からのアナログ量とサンプル・アナログ電圧信号
との和を表す出力を加算器14から生じさせる。この点
につき、さらに説明する。
The above-described adder 14, counter 20, and bipolar DAC 22 cooperate to form control means. The control means causes the adder 14 to generate an output responsive to the comparison output of the comparator 26. That is, when the output of the adder 14 exceeds the full-scale reference voltage, the adder 14 produces an output representing the difference between the analog amount from the bipolar DAC 22 and the sampled analog voltage signal. When the output of the adder 14 does not exceed the full-scale reference voltage, the bipolar DA
An adder 14 produces an output representing the sum of the analog quantity from C22 and the sampled analog voltage signal. This point will be further described.

【0031】スレッショールド比較器26での比較処理
の結果、このフルスケール基準電圧(出力)“B”が、
加算器14で加算されて得られた加算信号“A”よりも
大であれば、この比較器26の出力端子から、比較出力
として、2値の“0”が生じる。この“0”の2値信号
では、バイポーラDAC22の最上位の桁のビット(M
SB)はセットされず、DAC22は図1に示した従来
の回路と関連して説明したと同様に動作する。その結
果、この場合、ADC28では、上側での平均化処理が
行われる。
As a result of the comparison processing by the threshold comparator 26, this full-scale reference voltage (output) "B"
If the sum is larger than the addition signal “A” obtained by the addition by the adder 14, a binary “0” is generated as a comparison output from the output terminal of the comparator 26. In the binary signal of “0”, the most significant bit (M
SB) is not set, and the DAC 22 operates as described in connection with the conventional circuit shown in FIG. As a result, in this case, the ADC 28 performs the averaging process on the upper side.

【0032】しかしながら、比較器26における比較処
理の結果、加算器14での加算値“A”がフルスケール
(フルレンジ)基準出力“B”よりも大きい場合には、
比較器26から比較出力として2値の“1”が生じて、
この2値信号がDAC22のMSB入力端子に送られ
る。このため、DAC22から出力されるアナログ量
は、その極性が反転されて加算器14に加えられる。こ
のように、加算器14では入力17および18の減算が
行なわれ、加算器14からのアナログ出力がADC28
のフルレンジを越えないようにしている。その結果、こ
の場合、ADC28では、下側での平均化処理が行われ
る。
However, as a result of the comparison processing in the comparator 26, when the addition value "A" in the adder 14 is larger than the full scale (full range) reference output "B",
A binary "1" is generated as a comparison output from the comparator 26,
This binary signal is sent to the MSB input terminal of the DAC 22. For this reason, the polarity of the analog amount output from the DAC 22 is inverted and added to the adder 14. As described above, the adder 14 subtracts the inputs 17 and 18, and the analog output from the adder 14 is converted to the ADC 28.
Not to exceed the full range of As a result, in this case, the ADC 28 performs the averaging process on the lower side.

【0033】この発明のシステムは、さらに、加算処理
手段としてディジタル加算器30を具える。ADC28
の出力をそのディジタル出力端子(DOUT)からディ
ジタル加算器(adder)30の一方の入力端子
“A”に供給する。カウンタ20の並列出力端子をディ
ジタル加算器30の他方の入力端子“B”に接続する。
The system according to the present invention further includes a digital adder 30 as addition processing means. ADC28
Is supplied from its digital output terminal (DOUT) to one input terminal "A" of a digital adder (adder) 30. The parallel output terminal of the counter 20 is connected to the other input terminal “B” of the digital adder 30.

【0034】ディジタル加算器30は、2の補数加算処
理を行う加算処理手段である。この加算は、実際には、
ADC28の出力から可変ディジタル・カウント数を減
じて加算器30の出力32が端子15におけるアナログ
入力電圧信号のディジタル変換量となるようにする。し
かしながら、加算器14の2つの量の加算値がADC2
8のフルスケール(フルレンジ)基準電圧を超えて、D
AC22のMSB端子がセットされる場合には、スレッ
ショールド比較器26の比較出力が出力端子25からデ
ィジタル加算器30の“キャリ・イン(carry i
n)”入力端子に供給され、これにより正常な加算が行
われる。換言すれば、この加算器30は、ADC28の
出力から、カウンタ20の可変ディジタル・カウント数
の影響(寄与成分)を取り除く。この加算器30は、加
算器14の出力がフルスケール基準電圧よりも小さいと
きには、加算器14において、アナログ入力信号とアナ
ログ量とを加算し、この加算値を、ADC28で、ディ
ジタル変換してディジタル変換済加算値をディジタル出
力として得、このADC28のディジタル出力(ディジ
タル変換済加算値)からこの可変ディジタル・カウント
数を減算する。一方、この加算器30は、加算器14の
出力がフルスケール基準電圧よりも大きいときには、加
算器14において、アナログ入力信号からアナログ量を
減算し、この減算値を、ADC28で、ディジタル変換
してディジタル変換済減算値をディジタル出力として
得、このADC28のディジタル出力(ディジタル変換
済減算値)に可変ディジタル・カウント数を加算する。
The digital adder 30 is addition processing means for performing two's complement addition processing. This addition is actually
The variable digital count is subtracted from the output of ADC 28 so that output 32 of adder 30 is the digital conversion of the analog input voltage signal at terminal 15. However, the sum of the two quantities of adder 14 is ADC2
Over the full-scale (full-range) reference voltage of 8
When the MSB terminal of the AC 22 is set, the comparison output of the threshold comparator 26 is supplied from the output terminal 25 to the “carry-in” of the digital adder 30.
n) "is supplied to the" input terminal, whereby normal addition is performed. In other words, the adder 30 removes the influence (contribution component) of the variable digital count of the counter 20 from the output of the ADC 28. When the output of the adder 14 is smaller than the full-scale reference voltage, the adder 30 adds the analog input signal and the analog amount, The converted sum is obtained as a digital output, and the variable digital count is subtracted from the digital output (digital converted sum) of the ADC 28. On the other hand, the adder 30 sets the output of the adder 14 to a full-scale reference. If the voltage is larger than the voltage, the adder 14 subtracts the analog amount from the analog input signal, And in ADC 28, to obtain a digital converted subtraction value as a digital output and digital conversion, adds the number of variable digital count to the digital output of the ADC 28 (digital converted subtraction value).

【0035】このようなディジタル加算器30における
加減算処理の結果、再び、加算器30から適切なディジ
タル出力(DOUT)が得られる。このディジタル出力
は入力端子15における入力電圧に対応するディジタル
量を表している。以上のようにして、加算器30から
は、アナログ入力電圧に対応したディジタル出力が再構
成されて出力される。
As a result of the addition / subtraction processing in the digital adder 30, an appropriate digital output (DOUT) is again obtained from the adder 30. This digital output represents a digital quantity corresponding to the input voltage at the input terminal 15. As described above, the digital output corresponding to the analog input voltage is reconstructed and output from the adder 30.

【0036】この発明の好適実施例では、ADC28
は、バイポーラDAC22と同様に、14−ビットの変
換器である。アナログ入力を確実に適切に変換するた
め、加算器30の他方の入力端子“B”には、カウンタ
20の13ビットの出力を受け取る端子を、含ませると
共に、最上位の桁のビット(MSB)を受け取る端子を
MSB端子36とする。このMSB端子36は、比較器
26の出力端子25および制御キャリ入力端子34とに
接続されている。
In the preferred embodiment of the present invention, the ADC 28
Is a 14-bit converter, like the bipolar DAC 22. To ensure that the analog input is properly converted, the other input terminal "B" of the adder 30 includes a terminal for receiving the 13-bit output of the counter 20, and the most significant bit (MSB) Is received as the MSB terminal 36. The MSB terminal 36 is connected to the output terminal 25 of the comparator 26 and the control carry input terminal 34.

【0037】入力電圧とDAC電圧との加算結果がAD
C28のダイナミックレンジを越えていると、正規(r
egular)の減算(加算器14における)、すなわ
ち、下側での平均化処理が行われるので、ADCに対す
るスレッショールド・トリガ入力点は、絶えず変化す
る。このため、この発明では、従来必要とされていた、
スレッショールド点(レベル)を平均化するための変調
回路を設ける必要がない。
The result of adding the input voltage and the DAC voltage is AD
If it exceeds the dynamic range of C28, the normal (r
The threshold trigger input to the ADC is constantly changing as the subtraction of the (eg in the adder 14) averaging process is performed. Therefore, in the present invention, conventionally required,
There is no need to provide a modulation circuit for averaging the threshold points (levels).

【0038】さらに、ディジタル加算器30のディジタ
ル出力端子をコンピュータ13に接続しているので、図
3に示すような、振幅確率分布をはっきりと示している
ヒストグラムを発生させることができる。すなわち、コ
ンピュータ13は、ディジタル出力を連続したチャネル
のいずれかの対応するチャネルへ分配させ、入力信号の
値がそれぞれ特定レンジに入っている回数を蓄積し、よ
ってこの蓄積に基づいて当該入力信号のヒストグラムを
発生する。図3の分布は、分光システムにおいて果たし
得るこの発明の可能性を単に示したものである。図3
は、図4で例示した平均化技術を用いずに得たヒストグ
ラムに対比する平均化技術の利点を示している。
Further, since the digital output terminal of the digital adder 30 is connected to the computer 13, it is possible to generate a histogram clearly showing the amplitude probability distribution as shown in FIG. That is, the computer 13 distributes the digital output to any one of the continuous channels and accumulates the number of times that the value of the input signal is within a specific range. Generate a histogram. The distribution of FIG. 3 merely illustrates the potential of the invention that can be realized in a spectroscopy system. FIG.
Shows the advantage of the averaging technique over a histogram obtained without using the averaging technique illustrated in FIG.

【0039】[0039]

【発明の効果】従って、この発明によれば、スライディ
ング・スケール(sliding scale)に対し
て多数のビットを利用する、新しいスライディング・ス
ケール平均化技術が開発されたことになる。その結果、
100%の平均化が得られ、そのため、微分非線形性を
4倍だけ改善できると共に、依然として、ADCのフル
ダイナミックレンジを維持することができる。従来の変
調回路を最早必要としないので、回路構成部品数が少な
くて済み、回路構成も簡単となり、並びにポテンシャル
ドリフトの問題も低減する。また、構成回路も減少し、
回路の安定性もより高まる。
Thus, according to the present invention, a new sliding scale averaging technique has been developed which utilizes a large number of bits for the sliding scale. as a result,
100% averaging is obtained, so that the differential nonlinearity can be improved by a factor of 4 while still maintaining the full dynamic range of the ADC. Since the conventional modulation circuit is no longer required, the number of circuit components is reduced, the circuit configuration is simplified, and the problem of potential drift is reduced. Also, the number of constituent circuits is reduced,
The stability of the circuit also increases.

【0040】この発明は、上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、多くの変更または変形をなし得るこ
とは当業者に明らかである。
The present invention is not limited to the embodiments described above, but it will be apparent to those skilled in the art that many changes or modifications may be made.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のブロック図である。FIG. 1 is a conventional block diagram.

【図2】この発明のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the present invention.

【図3】チャネル平均化によって得られたヒストグラム
をプロットした図である。
FIG. 3 is a diagram in which a histogram obtained by channel averaging is plotted.

【図4】チャネル平均化を行わずに得られたヒストグラ
ムをプロットした図である。
FIG. 4 is a diagram plotting a histogram obtained without performing channel averaging.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13:コンピュータ 14:統合利得演算増幅加算器 15:端子 16:トラック・アンド・ホールド回路 17:第1入力端子 18:第2入力端子 20:カウンタ 22:DAC 23:MSB入力端子 24:出力端子 26:スレッショールド比較器 28:ADC 29:出力端子 30:ディジタル加算器 34:制御キャリ入力端子 36:MSB端子 13: Computer 14: Integrated gain operation amplification adder 15: Terminal 16: Track and hold circuit 17: First input terminal 18: Second input terminal 20: Counter 22: DAC 23: MSB input terminal 24: Output terminal 26 : Threshold comparator 28: ADC 29: output terminal 30: digital adder 34: control carry input terminal 36: MSB terminal

フロントページの続き (72)発明者 マーチン・ケッセルマン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 コム マック グレンメア レーン 39 (72)発明者 アンソニー・アール・セロナ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ノー スポート.レイン ウェイ 5 (56)参考文献 特開 昭63−33012(JP,A) 特開 昭62−230120(JP,A) 実開 昭62−112221(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/20 G01R 19/17 G01R 19/25 G01R 29/02 H03M 1/40 Continued on the front page (72) Inventor Martin Kesselman Com Mac Glenmere Lane, New York, USA 39 (72) Inventor Anthony Earl Serona, USA No Sport, New York. Rainway 5 (56) References JP-A-63-33012 (JP, A) JP-A-62-230120 (JP, A) JP-A-62-112221 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7, DB name) H03M 1/20 G01R 19/17 G01R 19/25 G01R 29/02 H03M 1/40

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アナログ電圧信号をサンプリングするた
めのサンプリング手段、 比較器、 前記サンプリング手段からのサンプル・アナログ電圧信
号が入力される第1入力端子と、前記比較器の第1入力
端子に接続された出力端子とを有する加算手段、 可変ディジタル・カウント数を発生するディジタル数発
生手段、 該ディジタル数発生手段と、前記加算手段の第2入力端
子との間に接続されていて、前記可変ディジタル・カウ
ント数をアナログ量に変換するバイポーラ・ディジタル
対アナログ変換器(DAC)、 前記加算手段の前記出力端子に接続されたアナログ入力
端子と、前記比較器の第2入力端子に接続されていて、
前記比較器で前記加算手段の出力がフルスケール基準電
圧を超えているかどうかの判定を可能とするような当該
フルスケール基準電圧を出力する基準電圧出力端子とを
有するアナログ対ディジタル変換器(ADC)、 前記加算手段、前記ディジタル数発生手段および前記ア
ナログ対ディジタル変換器で構成される制御手段であっ
て、前記比較器の出力に応答して前記加算手段から、該
加算手段の出力が前記フルスケール基準電圧を超えてい
るときには前記アナログ量と前記サンプル・アナログ電
圧信号との差を表す出力を生じさせ、かつ、前記加算手
段の出力が前記フルスケール基準電圧を超えていないと
きには前記アナログ量と前記サンプル・アナログ電圧信
号との和を表す出力を生じさせる、当該制御手段、およ
び前記アナログ対ディジタル変換器のディジタル出力端
子に接続されている一方の入力端子と、前記ディジタル
数発生手段に接続されている他方の入力端子とを有して
いて、該アナログ対ディジタル変換器の出力から当該出
力に対する前記可変ディジタル・カウント数の影響を除
去する加算処理手段であって、前記加算手段の出力が前
記フルスケール基準電圧よりも小さいときには前記アナ
ログ対ディジタル変換器のディジタル出力から前記可変
ディジタル・カウント数を減算すると共に、前記加算手
段の出力が前記フルスケール基準電圧よりも大きいとき
には前記アナログ対ディジタル変換器のディジタル出力
に前記可変デジタル・カウント数を加算する、ように動
作する当該加算処理手段を具えることを特徴とするアナ
ログ対ディジタル変換システム。
A sampling means for sampling an analog voltage signal; a comparator; a first input terminal to which a sampled analog voltage signal from the sampling means is input; and a first input terminal of the comparator. Adding means having an output terminal, a digital number generating means for generating a variable digital count number, the digital number generating means being connected between the digital number generating means and a second input terminal of the adding means; A bipolar digital-to-analog converter (DAC) for converting the count number into an analog quantity, an analog input terminal connected to the output terminal of the adding means, and a second input terminal of the comparator;
An analog-to-digital converter (ADC) having a reference voltage output terminal for outputting the full-scale reference voltage so that the comparator can determine whether the output of the adding means exceeds the full-scale reference voltage. Control means comprising the adding means, the digital number generating means, and the analog-to-digital converter, wherein the output of the adding means is provided by the adding means in response to an output of the comparator. When the voltage exceeds the reference voltage, an output representing the difference between the analog amount and the sample / analog voltage signal is generated, and when the output of the adding means does not exceed the full scale reference voltage, the analog amount and the analog amount are output. The control means, and the analog-to-digital converter, for producing an output representative of a sum with a sampled analog voltage signal. A digital input terminal connected to the digital output terminal of the digital converter and the other input terminal connected to the digital number generation means, and the output of the analog-to-digital converter is Adder processing means for removing the effect of the variable digital count number on the variable digital count number from the digital output of the analog to digital converter when the output of the adder means is smaller than the full scale reference voltage. And adding the variable digital count number to the digital output of the analog-to-digital converter when the output of the adding means is greater than the full-scale reference voltage. Analog-to-digital conversion system.
【請求項2】 請求項1に記載のアナログ対ディジタル
変換システムにおいて、 前記制御手段は、前記バイポーラ・ディジタル対アナロ
グ変換器の最上位ビット(MSB)入力端子に前記比較
器の出力が与えられて、前記加算手段の出力が前記フル
スケール基準電圧を越えているときには前記バイポーラ
・ディジタル対アナログ変換器からの前記アナログ量の
極性を反転させるように、動作し得ることを特徴とする
アナログ対ディジタル変換システム。
2. The analog-to-digital conversion system according to claim 1, wherein said control means receives an output of said comparator at a most significant bit (MSB) input terminal of said bipolar digital-to-analog converter. An analog-to-digital converter operable to invert the polarity of the analog quantity from the bipolar digital-to-analog converter when the output of the adder exceeds the full-scale reference voltage. system.
【請求項3】 請求項1または2に記載のアナログ対デ
ィジタル変換システムにおいて、 前記サンプリング手段を、トラック・アンド・ホールド
回路とすることを特徴とするアナログ対ディジタル変換
システム。
3. The analog-to-digital conversion system according to claim 1, wherein said sampling means is a track-and-hold circuit.
【請求項4】 請求項1,2および3のいずれか一項に
記載のアナログ対ディジタル変換システムにおいて、 前記ディジタル数発生手段は、順次の数値を発生する回
路とすることを特徴とするアナログ対ディジタル変換シ
ステム。
4. The analog-to-digital conversion system according to claim 1, wherein said digital number generating means is a circuit for generating a numerical value in sequence. Digital conversion system.
【請求項5】 請求項1,2,3および4のいずれか一
項に記載のアナログ対ディジタル変換システムにおい
て、 さらに、入力信号の値がそれぞれ特定レンジに入ってい
る回数を蓄積し、この蓄積に基づいて該入力信号のヒス
トグラムを発生するコンピュータを具えていることを特
徴とするアナログ対ディジタル変換システム。
5. The analog-to-digital conversion system according to claim 1, further comprising the step of storing the number of times that the value of the input signal falls within a specific range. An analog-to-digital conversion system, comprising: a computer that generates a histogram of the input signal based on the data.
【請求項6】 検出器でニュークリア・パーティクル
(nuclear particles)を検出して当
該ニュークリア・パーティクルに特有の電圧をアナログ
入力信号として発生させるステップ; 可変ディジタル・カウント数を発生させるステップ; 該可変ディジタル・カウント数をアナログ量に変換する
ステップ; 前記特有の電圧とアナログ量とを加算して加算値を得る
ステップ; 該加算値をアナログ対ディジタル変換器のフルスケール
基準電圧と比較することにより、 (1)前記加算値が前記フルスケール基準電圧よりも小
さい場合には、 a)前記加算値をアナログ対ディジタル変換してディジ
タル変換済加算値を得、および b)該ディジタル変換済加算値から前記可変ディジタル
・カウント数を減算することによって前記特有の電圧を
表わすディジタル出力を発生させ、および (2)前記加算値が前記フルスケール基準電圧よりも大
きい場合には、 a)前記特有の電圧から前記アナログ量を減算して減算
値を得、 b)該減算値に対しアナログ対ディジタル変換を実行し
てディジタル変換済減算値を得、 c)ディジタル変換済減算値にディジタル・カウント数
を加算することにより前記アナログ入力信号のディジタ
ル出力を再構成するステップ; さらに、全てのディジタル出力を連続したチャネルのい
ずれかの対応するチャネルへ分配するステップ;および
所定の間隔を有する前記チャネルの各々に前記ディジタ
ル出力が入る回数を蓄積することによりヒストグラムに
関するデータを作成するステップを含むことを特徴とす
るスペクトルのヒストグラム発生方法。
6. Detecting nuclear particles with a detector and generating a voltage specific to the nuclear particles as an analog input signal; generating a variable digital count number; Converting the digital count number into an analog quantity; adding the characteristic voltage and the analog quantity to obtain an added value; comparing the added value with a full-scale reference voltage of the analog-to-digital converter; (1) if the sum is less than the full scale reference voltage: a) analog-to-digital conversion of the sum to obtain a digitally converted sum; and b) By subtracting the variable digital count, Generating a digital output representative of a voltage; and (2) if the sum is greater than the full scale reference voltage: a) subtracting the analog quantity from the characteristic voltage to obtain a subtracted value; b) Performing an analog-to-digital conversion on the subtracted value to obtain a digitally converted subtracted value; c) reconstructing a digital output of the analog input signal by adding a digital count number to the digitally converted subtracted value. Further distributing all digital outputs to corresponding ones of consecutive channels; and generating data relating to the histogram by accumulating the number of times the digital outputs enter each of the channels having a predetermined interval. Generating a spectrum histogram.
【請求項7】 請求項6に記載の方法において、 検出された各特有の電圧を予備的にトラック・アンド・
ホールドをすることを特徴とするスペクトルのヒストグ
ラム発生方法。
7. The method of claim 6, wherein each detected unique voltage is preliminarily tracked and
A method for generating a histogram of a spectrum, characterized by holding.
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