JP2004179951A - 時間電圧変換器及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被測定信号の測定開始エッジに同期して予め定められた時間幅のパルスを生成する手段と、前記パルスの入力を受けその時間幅に応じた電位を誘導する時間電圧変換手段と、前記被測定信号の入力を受け予め定められた時間を遅延させるための手段と、前記遅延手段の出力した被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において前記時間電圧変換手段の出力電位を保持する手段とを用い、上記2電位の差をもって、被測定時間の電圧変換結果とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な機器より発せられるデジタル信号のパルス幅時間もしくは周期を、その長さに比例した電圧値に変換することにより、簡易かつ正確に測定するための時間電圧変換器及び、同変換器を用いた時間電圧変換方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、時間電圧変換には定電流回路とコンデンサ及びスイッチを組み合わせた回路が広く用いられている。図3に、その代表的な回路構成及び動作フローを示す。図3の(a)において1は定電流回路、2はコンデンサ、3はスイッチである。今、長さTの幅を持つデジタル信号10によって時間Tの間スイッチ3がオープンになるとした場合、図中Voutにおける電位は11に示す様に変化する。このとき、定電流値をI、コンデンサの容量をCとした場合、時間Tの間にコンデンサに蓄えられる電気量Qは
【式1】
Q=IT=CV
にて与えられる。したがって、電位Vを測定することによって、
【式2】
T=CV/I
より、Tの時間を計算により求めることができる。
【0003】
しかしながらこれは、上記した各素子が全て理想的に動作した場合にのみ適用される式であり、現実には主としてスイッチ3の動作速度の影響により、時間電圧変換線11はその直線性が保証されない。この様子を図3の(b)に示す。図中tは接続状態にあったスイッチ3が完全にオープンになるために必要な時間、Vtは同時間中にコンデンサにチャージされた電位である。このスイッチの状態遷移時間の影響をも含めると、上記式は以下のように表される。
【式3】
V=I/C・(T−t)+Vt
ただし、ここでTに対してtが十分に小さい場合、
t≒0
とおくことで、式3は
【式4】
V=I/C・T
となり式2と一致し、近似式として成立する。
【0004】
しかしながら近年、光ディスク再生記録装置等に代表される各種デジタル機器は高速化の一途にあり、検出すべき信号のパルス幅時間が上記tと同等となり、式4による近似が困難となる場合がある。
【0005】
この問題を解決すためには、例えば(a)の時間電圧変換回路に対して、予め定められたデジタル信号の時間長を徐々に変化させながら入力し、それぞれの時間長に応じて誘導される電位を記録しておくことにより、実際の測定時にこの記録を基に補正をかける方法がある。
あるいは、例えば特許第1460182号「時間電圧変換器」公報に開示されているように、一定の周期で連続的に変化する発振器からの出力電位に対して、被計測信号のスタート時及びストップ時それぞれにおける電位をサンプルし、その電位の差をもって時間に比例した電位を得る方法などが知られている。
【0006】
【特許文献1】
特許第1460182号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法による時間電圧変換方法においては、いずれも回路規模の増大によるコストの増加、また校正時における手順が複雑である等の問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の請求項1に記載の時間電圧変換器は、被測定信号の測定開始エッジに同期して予め定められた時間幅のパルスを生成する手段と、前記パルスの入力を受けその時間幅に応じた電位を誘導する時間電圧変換手段と、前記被測定信号の入力を受け予め定められた時間を遅延させるための手段と、前記遅延手段の出力した被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において前記時間電圧変換手段の出力電位を保持する手段とを有することを特徴とする。
この回路構成を用いれば、基準電位発生器等の回路や、また特殊な校正作業も不要であり、低コストかつ保守性に優れた時間電圧変換器を構成することができる。
【0009】
請求項2に記載の時間電圧変換方法は、請求項1に示す時間電圧変換器を用い、被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において保持された時間電圧変換手段の出力電位の差をもって、前記被測定信号のパルス幅時間もしくは周期の電圧変換結果とすることを特徴とする。
この方法を用いれば、時間電圧変換手段の有する非リニア領域電位をキャンセルすることができ、短い時間でも誤差のない時間に比例した電圧を求めることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の時間電圧変換器の一実施の形態を示す回路の構成図、図2は同回路の動作を説明するためのタイミング図である。ただしここでは入力信号の立ち上がり時間を測定するものと仮定している。
【0011】
図1において、1は定電流回路、2はコンデンサ、また3はスイッチであり、1〜3までをもってパルスの入力を受けその時間幅に応じた電位を誘導する時間電圧変換手段を構成している。以下このブロックを積分器と称する。5は被測定信号の測定開始エッジに同期して予め定められた時間幅のパルスを生成する手段であるモノマルチバイブレータ、4は被測定信号の入力を受け予め定められた時間を遅延させるための手段であり、ここでは必要な遅延時間分の数だけ直列に接続されたデジタルバッファ回路にて構成している。また、6はAND回路、7はNAND回路、8はフリップフロップ、9はサンプルホールド回路であり、6〜9までをもって被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において前記時間電圧変換手段の出力電位を保持する手段を構成している。以上のように構成された時間電圧変換器の動作について図2を交えて以下に説明する。
【0012】
まず、図中data_setをHIGHにすることにより、各回路のイニシャライズを行い、被計測信号の入力に備える。pulse_inより入力された信号はモノマルチバイブレータ5を経由して積分器に入力される。一方でpulse_inより入力された信号は遅延回路4を経由した後、6、7、8の各回路により遅延パルスの立ち上がりエッジと立下りエッジそれぞれについてS/H−1及びS/H−2の信号を生成する。上記両タイミング信号はそれぞれ独立したサンプルホールド回路に入力されているため、それぞれ図中VS、VEとして電位を得ることが出来、この両電位の差を入力信号の立ち上がり幅時間Tの電圧変換結果とする。
【0013】
この方法を用いると、積分器のリニアリティが保障されている区間のみを使用するため、入力時間が短くとも、時間に正確に比例した電圧を得ることができる。また実際の運用時における校正作業は以下の通りとなる。立ち上がり幅時間Tc(SEC.)が既知である信号を入力し、得られた時間電圧変換結果が必要に応じて定められる基準値Vc(V)となるよう定電流値及びコンデンサ容量を適当に組み合わせることにより、以下の式を用いて比例係数K(V/SEC.)を求める。
【式5】
Vc=KTc
以後、入力信号に応じて変化する電位をKにて除する事により、入力信号の立ち上がり幅時間を正確に得ることができる。
【0014】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、極めてシンプルな回路構成をもって、入力時間が短くともその時間に正確に比例した電圧を得ることができ、また校正作業も簡易であり取り扱いに優れた、低コストな時間電圧変換器を実現する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる時間電圧変換器のブロック図
【図2】本発明の実施の形態にかかる時間電圧変換器の動作説明図
【図3】時間電圧変換手段の例を示す動作説明図
【符号の説明】
1 定電流回路
2 コンデンサ
3 スイッチ
4 遅延回路
5 モノマルチバイブレータ
6 AND回路
7 NAND回路
8 フリップフロップ回路
9 サンプルホールド回路
10 デジタル信号
11 時間電圧変換線
Claims (2)
- デジタル信号のパルス幅時間もしくは周期を測定する回路であって、被測定信号の測定開始エッジに同期して予め定められた時間幅のパルスを生成する手段と、前記パルスの入力を受けその時間幅に応じた電位を誘導する時間電圧変換手段と、前記被測定信号の入力を受け予め定められた時間を遅延させるための手段と、前記遅延手段の出力した被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において前記時間電圧変換手段の出力電位を保持する手段、とを有する事を特徴とする時間電圧変換器。
- 請求項1に記載の時間電圧変換器を用い、前記被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において保持された前記時間電圧変換手段の出力電位の差をもって、前記被測定信号のパルス幅時間もしくは周期の電圧変換結果とすることを特徴とする、時間電圧変換方法。
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