JP2018200666A - 検出システム、センサ及びマイクロコンピュータ - Google Patents

検出システム、センサ及びマイクロコンピュータ Download PDF

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直 芋川
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Abstract

【課題】マイクロコンピュータから入力するクロック信号に基づいてセンサのクロック信号の周波数を補正すること。【解決手段】検出システム100は、センサ1、マイクロコンピュータ2を有する。センサ1は、クロック信号CLK1に基づいてサンプリングしたアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したサンプリングデータSDを出力可能に構成される。マイクロコンピュータ2は、クロック信号CLK2を生成してセンサ1に出力し、かつ、センサ1からサンプリングデータSDを読み出す。センサ1は、クロック信号CLK2に基づいて、クロック信号CLK1の周波数を補正する。【選択図】図1

Description

本発明は、検出システム、センサ及びマイクロコンピュータに関する。
近年、種々のセンサからデータを取得し、取得したデータを処理する検出システムが用いられている。このような例として、複数のセンサで取得したデータを処理するセンサシステムが提案されている(特許文献1)。
このシステムでは、制御部、第1のセンサ及び第2のセンサとの間で、データのやり取りが行われる。この例では、制御部の第1入力端子と第1のセンサの入出力端子が接続される。制御部の第2入力端子と第2のセンサの入出力端子が接続される。第1のセンサの入出力端子と第2のセンサの入出力端子とが接続されている。第2のセンサは、第1のセンサ信号が入力され、入力された第1のセンサ信号に応答して、第2の同期化信号と第2の同期化信号を基準とする第2のセンサデータとを含む第2のセンサ信号をシリアルで出力する。これにより、このシステムでは、少なくとも2つ以上のセンサの出力データが、同じ期間に得られたセンサの出力データとなり、これを簡素なセンサシステム及びセンサにて実現することができる。
特開2015−228171号公報
しかし、上述の構成では、センサからのデータの出力タイミングを同期させることはできるものの、データのサンプリングされたタイミングが同じであるかまでは保証できない。この場合、センサにおいては、検出結果を示すアナログ信号をデジタル信号に変換した後に、データを出力する。この際、サンプリングのタイミングの基準となるクロック信号に応じてアナログ/デジタル変換が行われる。よって、複数のセンサにおけるデータのサンプリングタイミングを高精度に同期させるためには、各センサで用いられるクロック信号の周波数精度を保つ必要がある。しかし、消費電力やコスト等の問題から各センサに高精度な水晶発振回路等を内蔵することは一般的ではない。そのため、リングオシレータ等の簡易な発振回路が用いられるが、こうした簡易な発振回路は周波数が変動しやすいという問題がある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、検出システムは、第1のクロック信号に基づいてサンプリングしたアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したサンプリングデータを出力可能に構成されたセンサと、第2のクロック信号を生成して前記センサに出力し、かつ、前記センサから前記サンプリングデータを読み出すマイクロコンピュータと、を有し、前記センサは、前記第2のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号の周波数を補正する。
一実施の形態によれば、センサは、第1のクロック信号に基づいてサンプリングしたアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したサンプリングデータを出力可能に構成され、マイクロコンピュータで生成された第2のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号の周波数を補正し、前記マイクロコンピュータによって、前記サンプリングデータが読み出される。
一実施の形態によれば、マイクロコンピュータは、第1のクロック信号に基づいてサンプリングしたアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したサンプリングデータを出力可能に構成されたセンサに、第2のクロック信号を生成して出力し、かつ、前記センサから前記サンプリングデータを読み出し可能に構成され、前記第1のクロック信号の周波数は、前記第2のクロック信号に基づいて、前記センサにより補正される。
一実施の形態によれば、マイクロコンピュータから入力するクロック信号に基づいてセンサのクロック信号の周波数を補正することができる。
実施の形態1にかかる検出システムの基本構成を模式的に示す図である。 実施の形態1にかかる検出システムの構成を模式的に示す図である。 実施の形態1にかかる検出システムの動作タイミングを示す図である。 実施の形態1にかかるセンサの構成をより詳細に示す図である。 周波数電圧変換部の構成を示す図である。 電圧ホールド部の構成を示す図である。 発振器の構成を示す図である。 センサが予期せずにスリープモードに入った場合の復帰動作を示す図である。 マイクロコンピュータが予期せずにスリープモードに入った場合の復帰動作を示す図である。 実施の形態2にかかる検出システムの構成を模式的に示す図である。 実施の形態3にかかる検出システムの構成を模式的に示す図である 実施の形態3にかかる検出システムの動作タイミングを示す図である。 実施の形態4にかかる検出システムの構成を模式的に示す図である。 実施の形態4にかかる検出システムの変形例の構成を模式的に示す図である。 実施の形態5にかかる検出システムの構成を模式的に示す図である。 実施の形態6にかかる検出システムの構成を模式的に示す図である。 実施の形態6にかかる検出システムの変形例の構成を模式的に示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態1にかかる検出システム100の基本構成を模式的に示す図である。図2は、実施の形態1にかかる検出システム100の構成を模式的に示す図である。
検出システム100は、センサ1及びマイクロコンピュータ2を有する。センサ1とマイクロコンピュータ2とは、互いにデータ通信が可能である。なお、センサ1とマイクロコンピュータ2との間のデータ通信は、有線通信及び無線通信のいずれで行ってもよい。センサ1は、例えば、圧力や加速度などといった物理量を検出し、検出結果を内部のメモリに格納可能に構成される。マイクロコンピュータ2は、センサ1から検出結果を示すデータを読み出し、かつ、センサ1の動作を制御することが可能に構成される。
まず、センサ1について説明する。センサ1は、通信部11、検出部12、発振器13、アナログ/デジタル(A/D)変換器14、メモリ15及び周波数補正部16を有する。通信部11、発振器13、アナログ/デジタル(A/D)変換器14、メモリ15及び周波数補正部16とは、検出部12からのアナログ信号をA/D変換するA/D変換部である信号処理部1Aを構成する。
通信部11(第1の入出力部とも称する)は、マイクロコンピュータ2とのデータ通信を行うための入出力装置である。
検出部12は、圧力や加速度などの所定の物理量を検出し、検出結果をアナログ信号ASとして出力する。
発振器13は、発振動作によってクロック信号CLK1を生成し、A/D変換器14へ出力する。本実施の形態では、発振器13は、比較的簡易な構成を有し、例えばリングオシレータなどにより構成される。この場合、発振器13は、経時変化や環境変動によって発振周波数が変動しやすい特性を有する。よって、クロック信号CLK1の周波数を一定の値に維持するため、発振器13は、周波数補正部16から入力される制御信号CONに応じて、クロック信号CLK1の周波数を調整可能に構成される。
A/D変換器14は、発振器13から受け取ったクロック信号CLK1に基づいてサンプリングしたアナログ信号ASをアナログ/デジタル変換(A/D変換)し、変換したデジタル信号をサンプリングデータSDとして出力する。
メモリ15は、A/D変換器14から逐次出力されたサンプリングデータSDを格納する機能を有する。メモリ15は、マイクロコンピュータ2からのデータの読み出し要求REQに応じて、格納されているサンプリングデータSDを、通信部11を介してマイクロコンピュータ2へ出力する。メモリ15としては、例えばFIFO(First In, First Out)などを用いてもよい。
周波数補正部16は、通信部11を介してマイクロコンピュータ2から入力されるクロック信号CLK2を受けとり、クロック信号CLK2に基づいて、発振器13が出力するクロック信号CLK1の周波数を補正するための制御信号CONを発振器13へ出力する。なお、クロック信号CLK1の周波数の補正動作の詳細については、後述する。
次いで、マイクロコンピュータ2について説明する。マイクロコンピュータ2は、上述の通り、センサ1からサンプリングデータSDを読み出し可能に構成される。マイクロコンピュータ2は、通信部21、クロック信号生成部22、更に図示しないがCPU及びメモリを有する。
通信部21(第2の入出力部とも称する)は、センサ1とのデータ通信を行うための入出力装置である。
クロック信号生成部22は、例えば発振回路を内蔵しており、発振動作に基づいて、マイクロコンピュータ2に設けられた各部の処理に用いられるクロック信号CLK2を出力する。クロック信号CLK2は、通信部21を介して、例えば読み出し要求REQとともに、センサ1にも出力される。センサ1に入力されたクロック信号CLK2は、上述の通り、周波数補正部16での補正処理に用いられる。
図3に、動作タイミングの一例を示す。センサ1は、時刻T1に検出部12からの出力信号(アナログ信号AS)をサンプリングし、A/D変換器14によりデジタル信号(サンプリングデータSD)に変換した後、メモリ15に保持する。同様に、センサ1は、時刻T2に検出部12からの出力信号(アナログ信号AS)をサンプリングし、A/D変換器14によりデジタル信号(サンプリングデータSD)に変換した後、メモリ15に保持する。次いで、時刻T3にマイクロコンピュータ2がスリープからアクティブに遷移した後、マイクロコンピュータ2は、センサ1へクロック信号CLK2及び読み出し要求REQを出力する。センサ1は、読み出し要求REQを受信すると、メモリ15に保持された時刻T1及びT2のサンプリングデータSDを、通信部11を介してマイクロコンピュータへ出力する。そして、時刻T4にマイクロコンピュータ2はスリープへ遷移する。同様に、時刻T8にマイクロコンピュータ2がアクティブに遷移すると、時刻T5、T6、T7のサンプリングデータSDが、センサ1から出力される。
本実施の形態では、クロック信号生成部22は、クロック信号CLK2の周波数を高精度に安定化させることができる発振回路、例えば、水晶発振回路や高精度にトリミングされたオンチップ発振回路等を含み、発振器13と比べて高い周波数安定性を有するものとして構成される。
また、マイクロコンピュータ2は、センサ1から逐次読み出した複数のサンプリングデータSDを、クロック信号CLK2に基づいて時系列に並べて解析する機能を有する。
次いで、クロック信号CLK1の補正処理について説明する。図4は、実施の形態1にかかるセンサ1の構成をより詳細に示す図である。図4に示すように、周波数補正部16は、分周器161、周波数電圧変換部162、周波数電圧変換部163、比較器164、差動増幅器165、電圧ホールド部166及びスイッチ167を有する。
分周器161には、マイクロコンピュータ2から、通信部11を介して、クロック信号CLK2が入力する。分周器161は、クロック信号CLK2を所定の比率nで分周する。すなわち、分周器161は、クロック信号CLK2の周波数をfとすると、f/nの周波数を有する分周信号CLKDを出力する。
周波数電圧変換部162(第1の周波数電圧変換部とも称する)は、発振器13が出力するクロック信号CLK1を電圧信号V1(第1の信号とも称する)に変換する。図5に、周波数電圧変換部162の構成の一例を示す。クロック信号CLKIN(CLK1に相当する)は、タイミング制御回路33に入力される。タイミング制御回路33は、クロック信号CLKINに基づき、チャージ信号CHR及びディスチャージ信号DCHRを生成する。スイッチ34は、定電流回路32と容量36とを導通できるように挿入され、スイッチ34のON/OFFはチャージ信号CHRにより制御される。スイッチ35は、容量36とグランド電位とを接続できるように挿入され、スイッチ35のON/OFFはディスチャージ信号DCHRにより制御される。よって、クロック信号CLKINに応じて、定電流回路32から出力される電流によって容量36に電荷をチャージし、容量36に保持された電荷をディスチャージすることにより、クロック信号CLKINの周波数に応じた電圧VOUT(電圧信号V1に相当する)が出力される。
周波数電圧変換部(第2の周波数電圧変換部とも称する)163は、分周信号CLKDの周波数を電圧信号V2(第2の信号とも称する)に変換する。周波数電圧変換部163は、図5に示す周波数電圧変換部162と同様に構成される。
比較器164は、電圧信号V2を所定の電圧Vthと比較し、比較結果である信号Vcを、切り替え信号として、電圧ホールド部166とスイッチ167とに出力する。
差動増幅器165の一方の入力には電圧信号V1が入力され、他方の入力には電圧信号V2が入力される。例えば、本実施の形態では、差動増幅器165の反転入力に電圧信号V2が入力され、非反転入力には電圧信号V1が入力される。そして、差動増幅器165は、電圧信号V1と電圧信号V2との差電圧を示す出力電圧Vdを出力する。
電圧ホールド部166は、信号Vcに応じて、差動増幅器165の出力電圧Vdをホールドする。図6に、電圧ホールド部の構成の一例を示す。スイッチ42は、信号VcによりON/OFFが制御される。スイッチ42がONのときには出力電圧Vdが容量43に印加され、スイッチ42がOFFのときには出力電圧Vdの電圧値が容量43に保持される。保持された電圧値は、オペアンプ41を用いたボルテージフォロワ回路等により電圧Vhとして出力される。
スイッチ167は、信号Vcに応じて、発振器13の制御端子を、差動増幅器165の出力端子及び電圧ホールド部166の出力端子のいずれか一方に接続する。図7に、発振器13の構成の一例を示す。発振器13はn(nは、正の奇数)個の反転回路INV_1〜INV_nをリング状に接続したリングオシレータにより構成される。電圧制御部から各反転回路に電源電圧が供給される。制御信号CONにより電圧制御回路31から供給される電圧値が制御されることにより、各反転回路の遅延量が変化することで、発振器13から出力されるクロック信号CLK1の周波数が制御される。
上記したように、マイクロコンピュータ2のクロック信号生成部22は、センサ1と同期して動作しているわけではない。そのため、クロック信号CLK1の周波数は、クロック信号CLK2と関わりなく変動する。しかも、上記したように、クロック信号CLK1の周波数は比較的変動しやすいので、マイクロコンピュータ2のデータの時系列処理の精度を担保するには、クロック信号CLK1の周波数を、クロック信号CLK2基づいて、一定の値に保持する必要がある。マイクロコンピュータ2から受け取るクロック信号CLK1の発振周波数をセンサ1で予め知ることができない場合、マイクロコンピュータ2から、センサ1に対して通信で使用しているクロックの周波数情報を送信することもできる。周波数情報の送信は好適なタイミングで行えばよい。
以下、クロック信号CLK1の周波数の補正動作について説明する。
[1.センサ1にクロック信号CLK2が入力されている場合]
センサ1にクロック信号CLK2が入力されている場合には、周波数電圧変換部163は、分周信号CLKDの周波数を示す電圧信号V2を出力する。
比較器164に入力される所定の電圧Vthは、クロック信号CLK2が入力されている場合の電圧信号V2が電圧Vthよりも大きくなるような値に設定される。よって、この場合、比較器164は、信号Vcとして、例えばHIGHを出力する。
信号VcがHIGHである場合、スイッチ167は、発振器13の制御端子を差動増幅器165の出力端子と接続する。また、差動増幅器165では、クロック信号CLK1の周波数を示す電圧信号V1と分周信号CLKDの周波数を示す電圧信号V2とが比較され、これらの差電圧である出力電圧Vdが、制御信号CONとして出力される。
発振器13は、制御信号CONの値に応じて、出力するクロック信号CLK1の周波数を増減させることで、クロック信号CLK1の周波数を分周信号CLKDの周波数に一致させることができる。
[2.センサ1へのクロック信号CLK2の入力が停止する場合]
センサ1へのクロック信号CLK2の入力が停止する場合には、分周信号CLKDの周波数を示す電圧信号V2が例えば「0」となる。
よって、電圧信号V2は電圧Vthよりも小さくなるので、比較器164は信号Vcとして、例えばLOWを出力する。
信号VcがLOWである場合、電圧ホールド部166は、差動増幅器165から出力される制御信号CON(すなわち出力電圧Vd)をホールドする。
スイッチ167は、発振器13の制御端子を電圧ホールド部166の出力端子と接続する。よって、発振器13には、電圧ホールド部166がホールドした一定電圧Vhの制御信号CONが入力される。これにより、発振器13でのクロック信号CLK1の周波数の補正動作は中止される。
[3.センサ1にクロック信号CLK2が再度入力される場合]
この場合には、上述したように、発振器13でのクロック信号CLK1の周波数の補正動作が再開される。
次いで、クロック信号CLK1の補正動作の実施例について説明する。
[実施例1 センサ1が予期せずにスリープモードに入った場合]
センサ1は、例えば電力消費を抑制するためにスリープモードに入ることがある。この場合、マイクロコンピュータ2がセンサ1からデータを読み出すためには、センサ1を起動し、クロック信号CLK1を補正する。
図8は、センサ1が予期せずにスリープモードに入った場合の復帰動作を示す図である。
ステップS11
センサ1が予期せずに、スリープモードに入る。
ステップS12
マイクロコンピュータ2は、センサ1に、メモリ15に格納されたデータに読み出し要求REQを送る。
ステップS13
マイクロコンピュータ2は、センサ1から読み出し要求に対する応答が有ったかを判定する。
ステップS14
マイクロコンピュータ2は、センサ1から読み出し命令に対する応答が無かった場合、センサ1に対して起動命令を送る。
ステップS15
起動命令を送った後、所定時間の経過後、ステップS12に戻る。
ステップS16
マイクロコンピュータ2は、センサ1から読み出し命令に対する応答が有った場合、センサ1に対してクロック信号CLK2を出力する。センサ1は、クロック信号CLK2を参照して、クロック信号CLK1の補正動作を行う。これにより、クロック信号CLK1の周波数は所望の値に補正される。
ステップS17
マイクロコンピュータ2は、センサ1から、所定のサンプリングデータSDを読み出す。
[実施例2 マイクロコンピュータ2が予期せずにスリープモードに入った場合]
マイクロコンピュータ2は、例えば電力消費を抑制するためにスリープモードに入ることがある。この場合、マイクロコンピュータ2がスリープモードから復帰したときに、クロック信号CLK1を補正する必要がある。
図9は、マイクロコンピュータ2が予期せずにスリープモードに入った場合の復帰動作を示す図である。
ステップS21
マイクロコンピュータ(MCU)2が予期せずに、スリープモードに入る。
ステップS22
マイクロコンピュータ(MCU)2が、スリープモードから復帰する。
ステップS23
マイクロコンピュータ2は、センサ1に、読み出し要求REQを送るとともに、クロック信号CLK2を出力する。 センサ1は、クロック信号CLK2を参照して、クロック信号CLK1の補正動作を行う。これにより、クロック信号CLK1の周波数は所望の値に補正される。
ステップS24
マイクロコンピュータ2は、センサ1から、所定のサンプリングデータSDを読み出す。
以上、本構成によれば、センサ1の発振器13が出力するクロック信号CLK1の周波数が変動しても、マイクロコンピュータ2から与えられるクロック信号CLK2に基づいて、クロック信号CLK1の周波数を適切な値に補正することができる。
また、マイクロコンピュータ2がセンサ1と同様の構成を有する複数のセンサからデータを読み出す場合、各センサのデータのサンプリングを同期させるためには、各センサのクロック信号CLK1の周波数が同じでなければならない。これに対し、本構成では、マイクロコンピュータ2から各センサにクロック信号CLK2を出力して、各センサでクロック信号CLK1の補正を行うことができるので、容易に各センサのクロック信号CLK1を補正することが可能である。
更に、マイクロコンピュータ2は、例えば必要な信号をセンサ1に出力することで、サンプリング周波数やクロック信号CLK1の周波数を設定してもよい。例えば、マイクロコンピュータ2がセンサ1に対してサンプリング周波数やクロック信号CLK1の周波数を設定することで、センサ1はクロック信号CLK2の分周比を設定することができる。なお、マイクロコンピュータ2は、クロック信号CLK2の分周比自体をセンサ1に設定してもよいことは勿論である。
実施の形態2
実施の形態2にかかる検出システム100について説明する。図10は、実施の形態2にかかる検出システム200の構成を模式的に示す図である。検出システム200は、実施の形態1にかかる検出システム100のマイクロコンピュータ2を、マイクロコンピュータ3に置換した構成を有する。検出システム200は、マイクロコンピュータ3が、センサ1から受け取った、データがサンプリングされた時刻を算出するための情報に基づいて、データのサンプリング時刻を算出するシステムとして構成される。また、検出システム200の動作タイミングは、図3と同様である。
マイクロコンピュータ3は、マイクロコンピュータ2に演算部23を追加した構成を有する。演算部23は、論理回路で構成することが可能である。また、演算部23は、図示されていないCPUで実行されるプログラムにより実現することも可能である。
本実施の形態では、メモリ15は、A/D変換器14から出力されたサンプリングデータSDを格納し、マイクロコンピュータ3の要求REQに応じて、通信部11を介して、出力対象となるサンプリングデータSDと、当該サンプリングデータSDがリセットされてから何回目にサンプリングされたかを示す情報であるシリアルデータSERと、を出力する。
図10では、例として、リセット後の1回目のサンプリングデータをSD1、シリアルデータをSER1、2回目のサンプリングデータをSD2、シリアルデータをSER2、・・・、i回目のサンプリングデータをSDi、シリアルデータをSERiとしている。
次に、マイクロコンピュータ3のサンプリング時刻の算出動作について説明する。マイクロコンピュータ3は、検出システム200の起動時又は任意のタイミングで、センサ1のメモリ15のシリアルデータSERをリセットすることができる。
具体的には、マイクロコンピュータ3は、リセット信号RSを出力する。リセット信号RSは、メモリ15へ入力され、シリアルデータSERはリセットされ、「0」となる。その後、メモリ15は、サンプリングデータを受け取るたびにシリアルデータSERをインクリメントして、サンプリングデータSDに付加する。
マイクロコンピュータ3がサンプリングデータSD及びシリアルデータSERを受け取ると、演算部23はシリアルデータSERを参照し、対応するサンプリングデータSDがサンプリングされた時刻を算出する。以下、算出方法について説明する。
マイクロコンピュータ3は、式[1]に示すように、基準時刻Trefに、サンプリング周期Psにサンプリング回数を示すシリアルデータSERの値Nを乗じた値を加えて、サンプリング時刻Tsを算出する。ここで、基準時刻Trefは、マイクロコンピュータ3がセンサ1にリセット信号RSを出力した時刻である。例えば、演算部23は、リセット信号RSを出力した時刻を基準時刻Trefとして保持することで、必要に応じて基準時刻Trefを参照することができる。

Ts=Tref+N・Ps [1]
また、より高精度にサンプリング時刻を算出することも可能である。例えば、実際にデータをサンプリングしたタイミングと、マイクロコンピュータ3がサンプリング時刻を算出するタイミングとの間には、信号の伝達や信号の処理に要する遅延時間が存在する。ここで、例えば、A/D変換器14でのA/D変換処理による遅延時間をTD1とする。ここでいうA/D変換処理による遅延時間とは、クロック信号CLK1の立ち下がり又は立ち下がりのエッジから、A/D変換の開始までに要する時間である。また、時刻同期にかかる遅延時間をTD2とする。ここでいう時刻同期にかかる遅延時間TD2とは、マイクロコンピュータ3がリセット信号RSを出力してから、メモリ15によるシリアルデータSERのリセットが完了するまでに要する時間である。この場合、サンプリング時刻Tsは、以下の式[2]で算出される。

Ts=Tref+N・Ps+TD1+TD2 [2]
なお、ここでは遅延時間TD1と遅延時間TD2とを想定したが、他の原因で生じる遅延時間を適宜加算してもよいことは言うまでもない。
また、計算に用いるサンプリング周期や遅延時間にかかる情報は、例えばマイクロコンピュータ3に設けられたメモリ(不図示)に格納されていてもよい。更に、サンプリング周期については、必要に応じてサンプリング周期を示す信号をマイクロコンピュータ3のメモリからセンサ1に与えることで、センサ1に設定してもよい。
以上、本構成によれば、センサ1のクロック信号CLK1の周波数を補正するだけでなく、マイクロコンピュータ3は、シリアルデータSERに基づいて、サンプリングデータSDのサンプリング時刻を算出することができる。これにより、サンプリングデータSDの時系列を正確に把握することができる。
また、本構成によれば、センサ1でのサンプリングごとにシリアルデータSERがインクリメントされるので、マイクロコンピュータ3がセンサ1から受け取るサンプリングデータに抜けが生じた場合、シリアルデータSERの値にも抜けが生じるので、取得に失敗したサンプリングデータの存在を容易に検出することができる。この場合、例えばマイクロコンピュータ3がセンサ1に対して、取得に失敗したサンプリングデータを再度出力するように要求してもよい。
マイクロコンピュータ3がセンサ1と同様の構成を有する複数のセンサからサンプリングデータを読み出す場合、マイクロコンピュータ3において各センサの同時刻でのサンプリングデータを関連付けるためには、マイクロコンピュータ3は各センサのサンプリングデータのサンプリング時刻を参照する必要がある。これに対し、本構成では、上述の通り、各センサのサンプリングデータのサンプリング時刻を算出できるため、複数のセンサにおいて同時刻にサンプリングされたサンプリングデータを容易に関連付けることが可能となる。
本構成では、マイクロコンピュータ3でのサンプリング時刻算出のため、センサ1からマイクロコンピュータ3にシリアルデータSERが出力される。よって、例えば、センサ1に時刻を示すデータを出力する部分を設ける必要がなく、かつ、センサ1からマイクロコンピュータ3に、サンプリング時刻そのものを示す時刻データを送信しなくともよい。これにより、本構成は、センサの小型化及びセンサからマイクロコンピュータに出力するデータの圧縮率を向上できる点で有利である。
実施の形態3
実施の形態3にかかる検出システム300について説明する。図11は、実施の形態3にかかる検出システム300の構成を模式的に示す図である。検出システム300は、複数のセンサを有するものである。検出システム300は、マイクロコンピュータ2、第1及び第2のセンサ4及び5を有する。この例では、センサ4及び5は、検出システム100のセンサ1と同様の構成を有する。マイクロコンピュータ2は、検出システム100と同様である。
図12に、動作タイミングの一例を示す。第1のセンサ4は、時刻T9及びT10のサンプリングデータSDをメモリに保持する。第2のセンサ5は、時刻T11のサンプリングデータをメモリに保持する。次いで、マイクロコンピュータ2が時刻T12にスリープからアクティブに遷移した後、第1のセンサ4へクロック信号CLK2及び読み出し要求REQが出力される。第1のセンサ4は、読み出し要求REQを受信すると、時刻T9及びT10のサンプリングデータSDを、マイクロコンピュータ2へ出力する。更に、第2のセンサ5へクロック信号CLK2及び読み出し要求REQが出力される。第2のセンサ5は、読み出し要求REQを受信すると、時刻T11のサンプリングデータSDを、マイクロコンピュータ2へ出力する。そして、マイクロコンピュータ2は、時刻T13でスリープへ遷移する。
検出システム300は、例えば生体の情報を取得、処理するシステムである。例えば、センサ4は脈波センサであり、生体の脈波を検出し、検出結果をサンプリングデータSD4として出力する。例えば、センサ5は心電センサであり、生体の心電を検出し、検出結果をサンプリングデータSD5として出力する。マイクロコンピュータ2は、サンプリングデータSD4とサンプリングデータSD5とに基づいて、心電のピークと脈波のピークとの間の位相差をから、脈波の伝搬速度を推定する。
よって、脈波の伝搬速度の推定精度を確保するためには、センサでサンプリングされるデータの時刻精度が重要となる。これに対し、本構成では、センサ4及び5のクロック周波数を、検出システム100と同様に補正することができるので、サンプリングデータの処理精度を高めることができる。
なお、本実施の形態において、マイクロコンピュータ2を実施の形態2にかかるマイクロコンピュータ3に置換してもよい。この場合には、複数のセンサから受け取ったサンプリングデータのサンプリング時刻を算出できるので、複数の時系列データをより確実にかつ精度良く比較することが可能となる。
実施の形態4
実施の形態4にかかる検出システム400について説明する。図13は、実施の形態4にかかる検出システム400の構成を模式的に示す図である。検出システム400は、複数の検出部12_0〜12_n(nは、1以上の整数)、信号処理部6A及びマイクロコンピュータ2を有する。マイクロコンピュータ2は、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
検出部12_0〜12_nは同一種類の検出部であってもよいし、異なる種類の検出部が含まれてもよい。検出部12_0〜12_nからの出力信号であるアナログ信号AS0〜ASnは、信号処理部6Aに入力される。
信号処理部6Aは、通信部11、発振器13、A/D変換器14、メモリ15、周波数補正部16及びマルチプレクサ17を有する。この例では、通信部11、発振器13、A/D変換器14、メモリ15、周波数補正部16及びマルチプレクサ17が、検出部12_0〜12_nからの出力信号であるアナログ信号AS0〜ASnをA/D変換するためのA/D変換部として構成されている。通信部11、発振器13、A/D変換器14、メモリ15、周波数補正部16は、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
マルチプレクサ17は、検出部12_0〜12_nからの出力信号であるアナログ信号AS0〜ASnが入力され、アナログ信号AS0〜ASnのいずれかをA/D変換器14に出力するように構成される。このとき、マルチプレクサ17は、例えばクロック信号CLK1が入力され、クロック信号CLK1に基づいて出力する信号をアナログ信号AS0〜ASnの中で切り換えてもよい。
なお、マルチプレクサ17は入力される信号のサンプルホールド機能を有していてもよい。この場合、マルチプレクサ17は、アナログ信号AS0〜ASnをサンプリングした信号を適宜切り換えて出力することができる。また、検出部12_0〜12_nのそれぞれとマルチプレクサ17との間に、例えばアナログスイッチやコンデンサで構成されるサンプルホールド回路を挿入してもよい。この場合、アナログスイッチを同時にオン/オフすることで、検出部12_0〜12_nからの出力信号であるアナログ信号AS0〜ASnのサンプリングタイミングについて、検出部ごとの時間差分が生じないようにすることも可能である。なお、アナログ信号AS0〜ASnのサンプリングのタイミングは、例えばクロック信号CLK1に基づいて決定されてもよい。
検出システム400のその他の動作については、実施の形態1にかかる検出システム100と同様であるので、説明を省略する。
この例では、検出部12_0〜12_nと信号処理部6Aとは物理的に分離して設けられているが、検出部12_0〜12_nと信号処理部6Aとは、一体として上述の実施の形態にかかるセンサに対応するセンサ6を構成するものとして理解できる。換言すれば、検出部は、信号処理部の外付け部品として設けられてもよい。検出部と信号処理部とを物理的に分離することで、用途に合わせて検出部を選択、交換することが可能となり、検出システムの構成の柔軟性を向上させることができる。
図13では、検出部12_0〜12_nからのアナログ信号AS0〜ASnがマルチプレクサ17に入力されるものとして説明したが、マルチプレクサ17に代えて複数のA/D変換器を設けてもよい。図14は、実施の形態4にかかる検出システム400の変形例である検出システム401の構成を模式的に示す図である。図14に示すように、検出システム401は、検出システム400の信号処理部6Aを信号処理部7Aに置換した構成を有する。信号処理部7Aは、信号処理部6AのA/D変換器14及びマルチプレクサ17を、A/D変換器14_0〜14_nに置換した構成を有する。
A/D変換器14_0〜14_nは、それぞれアナログ信号AS0〜ASnをサンプリングし、デジタル信号(サンプリングデータSD0〜SDn)に変換した後、メモリ15に出力する。この際、A/D変換器14_0〜14_nは、発振器13から与えられるクロック信号CLK1に基づいて、いずれか1つのA/D変換器のみが択一的にサンプリングデータを出力する。そして、サンプリングデータを出力するA/D変換器がクロック信号CLK1に応じて切り替わることで、メモリ15はA/D変換器14_0〜14_nから出力されるサンプリングデータSD0〜SDnのいずれかを択一的に受け取り、受け取ったサンプリングデータを順次保持することができる。
検出システム401のその他の動作については、実施の形態1にかかる検出システム100と同様であるので、説明を省略する。
この例でも、検出部12_0〜12_nと信号処理部7Aとは物理的に分離して設けられているが、検出部12_0〜12_nと信号処理部7Aとは、一体として上述の実施の形態にかかるセンサに対応するセンサ7を構成するものとして理解できる。換言すれば、検出部は、信号処理部の外付け部品として設けられてもよい。検出部と信号処理部とを物理的に分離することで、用途に合わせて検出部を選択、交換することが可能となり、検出システムの構成の柔軟性を向上させることができる。
以上、本構成によれば、複数の検出部が設けられた場合でも、実施の形態1と同様に、マイクロコンピュータからの要求に応じて、信号処理部からマイクロコンピュータへサンプリングデータを出力することができる。
なお、検出システム400は実施の形態1にかかる検出システム100の変形例であるものとして説明したが、これは例示に過ぎない。実施の形態2にかかる検出システム200のセンサにおいて、同様に複数の検出部及びマルチプレクサを設けてもよいことは言うまでもない。なお、実施の形態2では、マイクロコンピュータ3の演算部23が、式[2]を用いて遅延時間TD1及びTD2を考慮してサンプリング時刻Tsを算出することについて説明したが、本構成では、マルチプレクサから出力される信号の切り替えに要する時間や、マルチプレクサ自体で生じる信号の遅延などを更に遅延時間として加算してサンプリング時刻Tsを算出してもよい。
また、実施の形態2にかかる検出システム200のセンサにおいて、同様に複数の検出部及び複数のA/D変換器を設けてもよいことは言うまでもない。
さらに、実施の形態3にかかる検出システム300のセンサを、適宜本実施の形態で説明した複数の検出部及び信号処理部に置換してもよいことは言うまでもない。
実施の形態5
実施の形態5にかかる検出システム500について説明する。図15は、実施の形態5にかかる検出システム500の構成を模式的に示す図である。検出システム500は、実施の形態4にかかる検出システム400の変形例であり、発振器13が参照する基準クロックCLKRが、信号処理部6Aの外部の発振子50によって発振器13に与えられる。検出システム500のその他の構成は、検出システム400と同様であるので、説明を省略する。
本構成によれば、発振器13は、基準クロックCLKRを基準として、適宜制御信号CONによって、マイクロコンピュータ内のクロック信号CLK2と周波数同期するように周波数が調整されたクロック信号CLK1を出力することが可能となる。
この例では、検出部12_0〜12_nと信号処理部6Aとは物理的に分離して設けられているが、検出システム400と同様に、検出部12_0〜12_nと信号処理部6Aとは、一体として上述の実施の形態にかかるセンサに対応するセンサ6を構成するものとして理解できる。換言すれば、検出部は、信号処理部の外付け部品として設けられてもよい。検出部と信号処理部とを物理的に分離することで、用途に合わせて検出部を選択、交換することが可能となり、検出システムの構成の柔軟性を向上させることができる。
なお、検出システム500は実施の形態4にかかる検出システム400の変形例であるものとして説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、検出システム400以外の、実施の形態4にかかる検出システムにおいて同様に発振子50を設けてもよい。
実施の形態6
実施の形態6にかかる検出システム600について説明する。図16は、実施の形態6にかかる検出システム600の構成を模式的に示す図である。検出システム600は、実施の形態4にかかる検出システム400の信号処理部6Aを、信号処理部の一形態であるマイクロコントローラ部(MCU:Micro Control Unit)8Aに置換した構成を有する。検出システム600のその他の構成は、検出システム400と同様であるので、説明を省略する。
検出システム600は、検出システム400の周波数補正部16による周波数補正機能を、CPUでの演算によって実現するものである。そのため、図16に示すように、検出システム600のMCU8Aでは、検出システム400信号処理部6Aの通信部11及び周波数補正部16が除去され、代わりにバス61及びCPU62が設けられる。発振器13、A/D変換器14、メモリ15及びマルチプレクサ17は、検出システム400と同様であるので、説明を省略する。
バス61は、発振器13、A/D変換器14、メモリ15及びCPU62の間のアドレス情報やデータのやり取りが可能に構成される。
CPU62は、バス61を介して、発振器13から出力されるクロック信号CLK1と、マイクロコンピュータ2から出力されるクロック信号CLK2と、に基づいて、クロック信号CLK1がクロック信号CLK2と周波数同期するように発振器13を制御するための制御信号CONを発振器13へ出力可能に構成される。
この例では、CPU62は、発振器13から出力されるクロック信号CLK1と、マイクロコンピュータ2から出力されるクロック信号CLK2と、を受け取ることが可能である。そしてCPU62は、クロック信号CLK1とクロック信号CLK2とを比較し、両者の間の周波数のずれを検出し、検出結果に基づいて制御信号CONを出力する。発振器13は、受け取った制御信号CONに応じて、適宜クロック信号CLK1の周波数を調整する。
この例では、検出部12_0〜12_nと信号処理部8Aとは物理的に分離して設けられているが、検出部12_0〜12_nと信号処理部8Aとは、一体として上述の実施の形態にかかるセンサに対応するセンサ8を構成するものとして理解できる。換言すれば、検出部は、信号処理部の外付け部品として設けられてもよい。検出部と信号処理部とを物理的に分離することで、用途に合わせて検出部を選択、交換することが可能となり、検出システムの構成の柔軟性を向上させることができる。
次いで、検出システム600の変形例について説明する。図17は、実施の形態6にかかる検出システム600の変形例である検出システム601の構成を模式的に示す図である。検出システム601は、検出システム600のMCU8Aを、信号処理部の一形態であるMCU9Aに置換した構成を有する。
MCU9Aは、MCU8Aに通信部71、DMAC(Direct Memory Access Controller)72、ROM(Read Only Memory)73及びタイマ74を追加した構成を有する。
通信部71はバス61に接続され、上述で説明した通信部11と同様の機能を有する。
DMAC72は、CPUを介して行われるデータ転送を代行することが可能であり、例えば、メモリ15から通信部71へのデータ転送をCPU62に代わって実行することができる。これにより、CPU62のデータ転送の負荷を低減することが可能となる。なお、DMACが行うデータ転送はこの例に限られるものではない。
ROM73は、例えばCPU62での処理を規定するプログラムや処理に用いるパラメータが格納され、CPU62は必要に応じてROM62からプログラムやパラメータを読み出すことが可能である。
タイマ74は、発振器13から出力されるクロック信号CLK1を、バス61を介して受け取る。また、タイマ74は、マイクロコンピュータ2から出力されるクロック信号CLK2を、通信部71及びバス61を介して受け取る。タイマ74は、タイマ機能によってクロック信号CLK1及びCLK2のパルス幅や周波数を検出することができる。これにより、タイマ74は、クロック信号CLK2に対するクロック信号CLK1の周波数のズレを検出する。CPU62は、タイマ74で検出されたクロック信号CLK1の周波数のズレを示すデータDETを、バス61を介して受け取り、データDETに応じて制御信号CONを発振器13に出力することで、クロック信号CLK1の周波数をクロック信号CLK2の周波数に対して同期させることができる。
検出システム601のその他の構成及び動作は、検出システム400と同様であるので説明省略する。
この例では、検出部12_0〜12_nと信号処理部9Aとは物理的に分離して設けられているが、検出部12_0〜12_nと信号処理部9Aとは、一体として上述の実施の形態にかかるセンサに対応するセンサ9を構成するものとして理解できる。換言すれば、検出部は、信号処理部の外付け部品として設けられてもよい。検出部と信号処理部とを物理的に分離することで、用途に合わせて検出部を選択、交換することが可能となり、検出システムの構成の柔軟性を向上させることができる。
本構成によれば、電気回路により構成される周波数補正部16に代えて、CPUないしはマイクロコンピュータによる演算処理を適用することで、実施の形態1〜5と同様にクロック信号CLK1の周波数をクロック信号CLK2の周波数に対して同期させることができる。
なお、本構成においても、実施の形態4と同様に、マルチプレクサから出力される信号の切り替えに要する時間や、マルチプレクサ自体で生じる信号の遅延などを更に遅延時間として加算してサンプリング時刻Tsを算出してもよいことは言うまでもない。また、実施の形態5と同様に、発振器13が参照する基準クロックCLKRが、信号処理部の外部の発振子によって発振器13に与えられてもよい。
また、検出システム401と同様に、MCU8A及び9Aにおいても、A/D変換器14及びマルチプレクサ17に代えて、検出部12_0〜12_nに対応したA/D変換器14_0〜14_nを設けた構成としてもよいことが言うまでも無い。
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態1〜3では、センサが検出部と信号処理部とを含むものとして説明したが、検出システムの構成はこれに限定されるものではない。実施の形態4〜6と同様に、検出部と信号処理部とが物理的に分離して設けられてもよいことは言うまでも無い。換言すれば、検出部は、信号処理部の外付け部品として設けられてもよい。検出部と信号処理部とを物理的に分離することで、用途に合わせて検出部を選択、交換することが可能となり、検出システムの構成の柔軟性を向上させることができる。
上述の実施の形態では、センサ又は信号処理部とマイクロコンピュータとの間でデータ、クロック信号及び要求などの情報などのやり取りが行われるが、この情報のやりとりは有線通信によって行われてもよいし、無線通信によって行われてもよい。
実施の形態2において、シリアルデータSERについて説明したが、センサが出力するサンプリングデータSDの全てにシリアルデータSERを付加するだけでなく、一定の出力回数毎にサンプリングデータSDにシリアルデータSERを付加してもよい。例えば、サンプリングデータSDが10回出力される毎に、前回のデータ出力から「10」だけインクリメントされたシリアルデータSERを付加してもよい。そして、マイクロコンピュータ3は、算出したサンプリング時刻にサンプリング周期の整数倍を加算することで、シリアルデータSERが付加されていない出力データのサンプリング時刻を算出することができる。
上述では、実施の形態2は、実施の形態1にかかるクロック信号CLK1の周波数補正のみならず、シリアルデータSERに基づいてデータのサンプリング時刻を算出するものとして説明した。しかし、実施の形態2において説明したシリアルデータSERに基づいてサンプリング時刻を算出する構成は、実施の形態1にかかるクロック信号CLK1の周波数を補正する構成の存在を前提とするものではない。すなわち、実施の形態1にかかるクロック信号CLK1の周波数を補正する構成を有せずに、実施の形態2にかかるサンプリング時刻を算出する構成を有する検出システムの実現が妨げられることはない
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
実施の形態1において、図4を参照して周波数補正部の構成について説明したが、これは例示に過ぎない。発振器に対して同様の制御信号を出力できるならば、適宜他の構成を適用することも可能である。
以上、実施の形態に説明したが、上述の検出システム、センサ、マイクロコンピュータ及び検出システムの補正方法は、以下のように記述することもできる。
(付記1)第1のクロック信号に基づいてサンプリングした検出結果を示すアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したデジタル信号であるサンプリングデータを出力可能に構成されたセンサと、第2のクロック信号を生成して前記センサに出力し、かつ、前記センサから前記サンプリングデータを読み出すマイクロコンピュータと、を備え、前記センサは、前記第2のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号の周波数を補正する、検出システム。
(付記2)前記センサは、前記マイクロコンピュータとの間でデータ通信を行う第1の入出力部と、検出結果を前記アナログ信号として出力する検出部と、与えられる制御信号に基づいて周波数を補正した前記第1のクロック信号を出力する発振器と、前記第1の入出力部を介して前記マイクロコンピュータから受け取った前記第2のクロック信号に基づいて前記制御信号を出力する周波数補正部と、前記アナログ信号を、前記第1のクロック信号に基づいてサンプリングしてアナログ/デジタル変換し、前記サンプリングデータを出力するアナログ/デジタル変換器と、前記サンプリングデータを格納するメモリと、
を備え、前記マイクロコンピュータは、前記第2のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、前記センサとの間でデータ通信を行う第2の入出力部と、を備える、付記1に記載の検出システム。
(付記3)前記マイクロコンピュータは、前記メモリから前記サンプリングデータを読み出すときに、前記第2のクロック信号を出力する、付記2に記載の検出システム。
(付記4)前記周波数補正部は、前記第2のクロック信号を分周する分周器と、前記第1のクロック信号の周波数を示す第1の信号を出力する第1の周波数電圧変換部と、前記分周器で分周された信号の周波数を示す第2の信号を出力する第2の周波数電圧変換部と、前記第1の信号と前記第2の信号との差電圧を示す信号を出力する差動増幅器と、前記第2の信号と所定値の信号とを比較し、比較結果を示す切り替え信号を出力する比較器と、前記切り替え信号に応じて、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧をホールドする電圧ホールド部と、前記切り替え信号に応じて、前記発振器を前記差動増幅器の出力及び前記電圧ホールド部の出力のいずれかと、前記発振器と、を接続するスイッチと、を備え、前記発振器が前記差動増幅器の前記出力と接続されることで、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧が前記制御信号として前記発振器に入力され、前記発振器が前記電圧ホールド部の前記出力と接続されることで、前記電圧ホールド部がホールドした電圧が前記制御信号として前記発振器に入力される、付記2に記載の検出システム。
(付記5)前記スイッチは、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されている場合に、前記発振器と前記差動増幅器の前記出力とを接続し、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されていない場合に、前記発振器と前記電圧ホールド部の前記出力とを接続する、付記4に記載の検出システム。
(付記6)前記マイクロコンピュータは、前記センサにリセット信号を出力可能であり、前記メモリは、前記マイクロコンピュータからの読み出し要求に応じて、前記リセット信号を受け取った後のデータのサンプリング回数を示すシリアルデータを、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力し、前記マイクロコンピュータは、前記リセット信号を出力した基準時刻と、前記センサでのサンプリング周期と、受け取った前記シリアルデータとに基づいて、受け取った前記サンプリングデータのサンプリング時刻を算出する演算部を更に備える、付記2に記載の検出システム。
(付記7)前記演算部は、前記基準時刻に、前記受け取ったシリアルデータの値を前記サンプリング周期に乗じた値を加算することで、前記サンプリング時刻を算出する、付記6に記載の検出システム。
(付記8)前記演算部は、前記演算部が前記リセット信号を出力してから前記シリアルデータがリセットされるまでの遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記7に記載の検出システム。
(付記9)前記演算部は、前記第1のクロック信号に基づいて前記アナログ信号を前記サンプリングデータに変換するのに要する遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記7に記載の検出システム。
(付記10)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記6に記載の検出システム。
(付記11)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが所定の回数要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記6に記載の検出システム。
(付記12)前記センサを複数有し、算出したサンプリング時刻に基づいて、複数の前記センサで同時刻にサンプリングされたサンプリングデータを相互に関連付ける、付記6に記載の検出システム。
(付記13)第1のクロック信号に基づいてサンプリングした検出結果を示すアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したデジタル信号であるサンプリングデータを出力可能に構成され、マイクロコンピュータで生成された第2のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号の周波数を補正し、前記マイクロコンピュータによって、前記サンプリングデータが読み出される、センサ。
(付記14)前記マイクロコンピュータとの間でデータ通信を行う第1の入出力部と、検出結果を前記アナログ信号として出力する検出部と、与えられる制御信号に基づいて周波数を補正した前記第1のクロック信号を出力する発振器と、前記第1の入出力部を介して前記マイクロコンピュータから受け取った前記第2のクロック信号に基づいて前記制御信号を出力する周波数補正部と、前記アナログ信号を、前記第1のクロック信号に基づいてサンプリングしてアナログ/デジタル変換し、前記サンプリングデータを出力するアナログ/デジタル変換器と、前記サンプリングデータを格納するメモリと、
を備える、付記13に記載のセンサ。
(付記15)前記マイクロコンピュータは、前記第2のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、前記センサとの間でデータ通信を行う第2の入出力部と、を備える、付記14に記載のセンサ。
(付記16)前記マイクロコンピュータは、前記メモリから前記サンプリングデータを読み出すときに、前記第2のクロック信号を出力する、付記14に記載のセンサ。
(付記17)前記周波数補正部は、前記第2のクロック信号を分周する分周器と、前記第1のクロック信号の周波数を示す第1の信号を出力する第1の周波数電圧変換部と、前記分周器で分周された信号の周波数を示す第2の信号を出力する第2の周波数電圧変換部と、前記第1の信号と前記第2の信号との差電圧を示す信号を出力する差動増幅器と、前記第2の信号と所定値の信号とを比較し、比較結果を示す切り替え信号を出力する比較器と、前記切り替え信号に応じて、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧をホールドする電圧ホールド部と、前記切り替え信号に応じて、前記発振器を前記差動増幅器の出力及び前記電圧ホールド部の出力のいずれかと、前記発振器と、を接続するスイッチと、を備え、前記発振器が前記差動増幅器の前記出力と接続されることで、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧が前記制御信号として前記発振器に入力され、前記発振器が前記電圧ホールド部の前記出力と接続されることで、前記電圧ホールド部がホールドした電圧が前記制御信号として前記発振器に入力される、付記14に記載のセンサ。
(付記18)前記スイッチは、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されている場合に、前記発振器と前記差動増幅器の前記出力とを接続し、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されていない場合に、前記発振器と前記電圧ホールド部の前記出力とを接続する、付記17に記載のセンサ。
(付記19)前記マイクロコンピュータは、前記センサにリセット信号を出力可能であり、前記メモリは、前記マイクロコンピュータからの読み出し要求に応じて、前記リセット信号を受け取った後のデータのサンプリング回数を示すシリアルデータを、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力し、前記マイクロコンピュータは、前記リセット信号を出力した基準時刻と、前記センサでのサンプリング周期と、受け取った前記シリアルデータとに基づいて、受け取った前記サンプリングデータのサンプリング時刻を算出する演算部を更に備える、付記14に記載のセンサ。
(付記20)前記演算部は、前記基準時刻に、前記受け取ったシリアルデータの値を前記サンプリング周期に乗じた値を加算することで、前記サンプリング時刻を算出する、付記19に記載のセンサ。
(付記21)前記演算部は、前記演算部が前記リセット信号を出力してから前記シリアルデータがリセットされるまでの遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記20に記載のセンサ。
(付記22)前記演算部は、前記第1のクロック信号に基づいて前記アナログ信号を前記サンプリングデータに変換するのに要する遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記20に記載のセンサ。
(付記23)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記19に記載のセンサ。
(付記24)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが所定の回数要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記19に記載のセンサ。
(付記25)算出したサンプリング時刻に基づいて、複数の前記センサで同時刻にサンプリングされたサンプリングデータを相互に関連付ける、付記19に記載のセンサ。
(付記26)第1のクロック信号に基づいてサンプリングした検出結果を示すアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したデジタル信号であるサンプリングデータを出力可能に構成されたセンサに、第2のクロック信号を生成して出力し、かつ、前記センサから前記サンプリングデータを読み出し可能に構成され、前記第1のクロック信号の周波数は、前記第2のクロック信号に基づいて、前記センサにより補正される、マイクロコンピュータ。
(付記27)前記第2のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、前記センサとの間でデータ通信を行う第2の入出力部と、を備える、
請求項付記26に記載のマイクロコンピュータ。
(付記28)前記センサは、前記マイクロコンピュータとの間でデータ通信を行う第1の入出力部と、検出結果を前記アナログ信号として出力する検出部と、与えられる制御信号に基づいて周波数を補正した前記第1のクロック信号を出力する発振器と、前記第1の入出力部を介して前記マイクロコンピュータから受け取った前記第2のクロック信号に基づいて前記制御信号を出力する周波数補正部と、前記アナログ信号を、前記第1のクロック信号に基づいてサンプリングしてアナログ/デジタル変換し、前記サンプリングデータを出力するアナログ/デジタル変換器と、前記サンプリングデータを格納するメモリと、
を備える、付記26に記載のマイクロコンピュータ。
(付記29)前記メモリから前記サンプリングデータを読み出すときに、前記第2のクロック信号を出力する、付記28に記載のマイクロコンピュータ。
(付記30)前記周波数補正部は、前記第2のクロック信号を分周する分周器と、前記第1のクロック信号の周波数を示す第1の信号を出力する第1の周波数電圧変換部と、前記分周器で分周された信号の周波数を示す第2の信号を出力する第2の周波数電圧変換部と、前記第1の信号と前記第2の信号との差電圧を示す信号を出力する差動増幅器と、前記第2の信号と所定値の信号とを比較し、比較結果を示す切り替え信号を出力する比較器と、前記切り替え信号に応じて、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧をホールドする電圧ホールド部と、前記切り替え信号に応じて、前記発振器を前記差動増幅器の出力及び前記電圧ホールド部の出力のいずれかと、前記発振器と、を接続するスイッチと、を備え、前記発振器が前記差動増幅器の前記出力と接続されることで、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧が前記制御信号として前記発振器に入力され、前記発振器が前記電圧ホールド部の前記出力と接続されることで、前記電圧ホールド部がホールドした電圧が前記制御信号として前記発振器に入力される、付記28に記載のマイクロコンピュータ。
(付記31)前記スイッチは、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されている場合に、前記発振器と前記差動増幅器の前記出力とを接続し、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されていない場合に、前記発振器と前記電圧ホールド部の前記出力とを接続する、付記30に記載のマイクロコンピュータ。
(付記32)前記センサにリセット信号を出力可能であり、前記メモリは、前記マイクロコンピュータからの読み出し要求に応じて、前記リセット信号を受け取った後のデータのサンプリング回数を示すシリアルデータを、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力し、前記マイクロコンピュータは、前記リセット信号を出力した基準時刻と、前記センサでのサンプリング周期と、受け取った前記シリアルデータとに基づいて、受け取った前記サンプリングデータのサンプリング時刻を算出する演算部を更に備える、付記28に記載のマイクロコンピュータ。
(付記33)前記演算部は、前記基準時刻に、前記受け取ったシリアルデータの値を前記サンプリング周期に乗じた値を加算することで、前記サンプリング時刻を算出する、付記32に記載のマイクロコンピュータ。
(付記34)前記演算部は、前記演算部が前記リセット信号を出力してから前記シリアルデータがリセットされるまでの遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記33に記載のマイクロコンピュータ。
(付記35)前記演算部は、前記第1のクロック信号に基づいて前記アナログ信号を前記サンプリングデータに変換するのに要する遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記33に記載のマイクロコンピュータ。
(付記36)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記32に記載のマイクロコンピュータ。
(付記37)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが所定の回数要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記32に記載のマイクロコンピュータ。
(付記38)前記センサを複数有し、算出したサンプリング時刻に基づいて、複数の前記センサで同時刻にサンプリングされたサンプリングデータを相互に関連付ける、付記32に記載のマイクロコンピュータ。
(付記39)前記センサから前記サンプリングデータを読み出すときに、前記第2のクロック信号を出力する、付記28に記載のマイクロコンピュータ。
(付記40)前記センサにリセット信号を出力可能であり、前記センサは、前記マイクロコンピュータからの読み出し要求に応じて、前記リセット信号を受け取った後のデータのサンプリング回数を示すシリアルデータを、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力し、前記マイクロコンピュータは、前記リセット信号を出力した基準時刻と、前記センサでのサンプリング周期と、受け取った前記シリアルデータとに基づいて、受け取った前記サンプリングデータのサンプリング時刻を算出する演算部を更に備える、付記28に記載のマイクロコンピュータ。
(付記41)第2のクロック信号を生成し、第1のクロック信号に基づいてサンプリングした検出結果を示すアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したデジタル信号であるサンプリングデータを出力可能に構成されたセンサに、前記センサから前記サンプリングデータを読み出すマイクロコンピュータから前記第2のクロック信号を出力し、前記センサに、前記第2のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号の周波数を補正させる、検出システムの補正方法。
(付記42)前記センサは、前記マイクロコンピュータとの間でデータ通信を行う第1の入出力部と、検出結果を前記アナログ信号として出力する検出部と、与えられる制御信号に基づいて周波数を補正した前記第1のクロック信号を出力する発振器と、前記第1の入出力部を介して前記マイクロコンピュータから受け取った前記第2のクロック信号に基づいて前記制御信号を出力する周波数補正部と、前記アナログ信号を、前記第1のクロック信号に基づいてサンプリングしてアナログ/デジタル変換し、前記サンプリングデータを出力するアナログ/デジタル変換器と、前記サンプリングデータを格納するメモリと、を備え、前記マイクロコンピュータは、前記第2のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、前記センサとの間でデータ通信を行う第2の入出力部と、を備える、付記41に記載の検出システムの補正方法。
(付記43)前記マイクロコンピュータに、前記メモリから前記サンプリングデータを読み出すときに、前記第2のクロック信号を出力させる、付記42に記載の検出システムの補正方法。
(付記44)前記周波数補正部は、前記第2のクロック信号を分周する分周器と、前記第1のクロック信号の周波数を示す第1の信号を出力する第1の周波数電圧変換部と、前記分周器で分周された信号の周波数を示す第2の信号を出力する第2の周波数電圧変換部と、前記第1の信号と前記第2の信号との差電圧を示す信号を出力する差動増幅器と、前記第2の信号と所定値の信号とを比較し、比較結果を示す切り替え信号を出力する比較器と、前記切り替え信号に応じて、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧をホールドする電圧ホールド部と、前記切り替え信号に応じて、前記発振器を前記差動増幅器の出力及び前記電圧ホールド部の出力のいずれかと、前記発振器と、を接続するスイッチと、を備え、前記発振器が前記差動増幅器の前記出力と接続されることで、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧が前記制御信号として前記発振器に入力され、前記発振器が前記電圧ホールド部の前記出力と接続されることで、前記電圧ホールド部がホールドした電圧が前記制御信号として前記発振器に入力される、付記42に記載の検出システムの補正方法。
(付記45)前記スイッチに、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されている場合には、前記発振器と前記差動増幅器の前記出力とを接続させ、前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されていない場合には、前記発振器と前記電圧ホールド部の前記出力とを接続させる、付記44に記載の検出システムの補正方法。
(付記46)前記マイクロコンピュータは、前記センサにリセット信号を出力可能であり、前記メモリに、前記マイクロコンピュータからの読み出し要求に応じて、前記リセット信号を受け取った後のデータのサンプリング回数を示すシリアルデータを、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力させ、前記マイクロコンピュータに、前記リセット信号を出力した基準時刻と、前記センサでのサンプリング周期と、受け取った前記シリアルデータとに基づいて、受け取った前記サンプリングデータのサンプリング時刻を算出させる、付記44に記載の検出システムの補正方法。
(付記47)前記基準時刻に、前記受け取ったシリアルデータの値を前記サンプリング周期に乗じた値を加算することで、前記サンプリング時刻を算出させる、付記46に記載の検出システムの補正方法。
(付記48)前記リセット信号を出力してから前記シリアルデータがリセットされるまでの遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記47に記載の検出システムの補正方法。
(付記49)前記第1のクロック信号に基づいて前記アナログ信号を前記サンプリングデータに変換するのに要する遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、付記47に記載の検出システムの補正方法。
(付記50)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記46に記載の検出システムの補正方法。
(付記51)前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが所定の回数要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、付記46に記載の検出システムの補正方法。
(付記52)前記センサを複数有し、算出したサンプリング時刻に基づいて、複数の前記センサで同時刻にサンプリングされたサンプリングデータを相互に関連付ける、付記46に記載の検出システムの補正方法。
1、4−9 センサ
1A、6A、7A 信号処理部
2、3 マイクロコンピュータ
8A、9A MCU
11、71 通信部
12、12_0〜12_n 検出部
13 発振器
14、14_0〜14_n A/D変換器
15 メモリ
16 周波数補正部
17 マルチプレクサ
21 通信部
22 クロック信号生成部
23 演算部
31 電圧制御回路
32 定電流回路
33 タイミング制御回路
34、35、42 スイッチ
36、43 容量
41 オペアンプ
50 発振子
61 バス
62 CPU
72 DMAC
73 ROM
74 タイマ
161 分周器
162、163 周波数電圧変換部
164 比較器
165 差動増幅器
166 電圧ホールド部
167 スイッチ
CHR チャージ信号
CLK1、CLK2 クロック信号
CLKD 分周信号
CLKIN クロック信号
CLKR 基準クロック
DCHR ディスチャージ信号
CON 制御信号
INV_1〜INV_n 反転回路
SD サンプリングデータ
REQ 要求
RS リセット信号
AS アナログ信号
SD サンプリングデータ
SER シリアルデータ
100、200、300、400、401、500、600、601 検出システム

Claims (20)

  1. 第1のクロック信号に基づいてサンプリングした検出結果を示すアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したデジタル信号であるサンプリングデータを出力可能に構成されたセンサと、
    第2のクロック信号を生成して前記センサに出力し、かつ、前記センサから前記サンプリングデータを読み出すマイクロコンピュータと、を備え、
    前記センサは、前記第2のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号の周波数を補正する、
    検出システム。
  2. 前記センサは、
    前記マイクロコンピュータとの間でデータ通信を行う第1の入出力部と、
    検出結果を前記アナログ信号として出力する検出部と、
    与えられる制御信号に基づいて周波数を補正した前記第1のクロック信号を出力する発振器と、
    前記第1の入出力部を介して前記マイクロコンピュータから受け取った前記第2のクロック信号に基づいて前記制御信号を出力する周波数補正部と、
    前記アナログ信号を、前記第1のクロック信号に基づいてサンプリングしてアナログ/デジタル変換し、前記サンプリングデータを出力するアナログ/デジタル変換器と、
    前記サンプリングデータを格納するメモリと、
    を備え、
    前記マイクロコンピュータは、
    前記第2のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、
    前記センサとの間でデータ通信を行う第2の入出力部と、を備える、
    請求項1に記載の検出システム。
  3. 前記マイクロコンピュータは、前記メモリから前記サンプリングデータを読み出すときに、前記第2のクロック信号を出力する、
    請求項2に記載の検出システム。
  4. 前記周波数補正部は、
    前記第2のクロック信号を分周する分周器と、
    前記第1のクロック信号の周波数を示す第1の信号を出力する第1の周波数電圧変換部と、
    前記分周器で分周された信号の周波数を示す第2の信号を出力する第2の周波数電圧変換部と、
    前記第1の信号と前記第2の信号との差電圧を示す信号を出力する差動増幅器と、
    前記第2の信号と所定値の信号とを比較し、比較結果を示す切り替え信号を出力する比較器と、
    前記切り替え信号に応じて、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧をホールドする電圧ホールド部と、
    前記切り替え信号に応じて、前記発振器を前記差動増幅器の出力及び前記電圧ホールド部の出力のいずれかと、前記発振器と、を接続するスイッチと、を備え、
    前記発振器が前記差動増幅器の前記出力と接続されることで、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧が前記制御信号として前記発振器に入力され、
    前記発振器が前記電圧ホールド部の前記出力と接続されることで、前記電圧ホールド部がホールドした電圧が前記制御信号として前記発振器に入力される、
    請求項2に記載の検出システム。
  5. 前記スイッチは、
    前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されている場合に、前記発振器と前記差動増幅器の前記出力とを接続し、
    前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されていない場合に、前記発振器と前記電圧ホールド部の前記出力とを接続する、
    請求項4に記載の検出システム。
  6. 前記マイクロコンピュータは、前記センサにリセット信号を出力可能であり、
    前記メモリは、前記マイクロコンピュータからの読み出し要求に応じて、前記リセット信号を受け取った後のデータのサンプリング回数を示すシリアルデータを、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力し、
    前記マイクロコンピュータは、前記リセット信号を出力した基準時刻と、前記センサでのサンプリング周期と、受け取った前記シリアルデータとに基づいて、受け取った前記サンプリングデータのサンプリング時刻を算出する演算部を更に備える、
    請求項2に記載の検出システム。
  7. 前記演算部は、前記基準時刻に、前記受け取ったシリアルデータの値を前記サンプリング周期に乗じた値を加算することで、前記サンプリング時刻を算出する、
    請求項6に記載の検出システム。
  8. 前記演算部は、前記演算部が前記リセット信号を出力してから前記シリアルデータがリセットされるまでの遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、
    請求項7に記載の検出システム。
  9. 前記演算部は、前記第1のクロック信号に基づいて前記アナログ信号を前記サンプリングデータに変換するのに要する遅延時間を更に加算して、前記サンプリング時刻を算出する、
    請求項7に記載の検出システム。
  10. 前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、
    請求項6に記載の検出システム。
  11. 前記シリアルデータは、前記マイクロコンピュータから読み出しが所定の回数要求される毎に、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力される、
    請求項6に記載の検出システム。
  12. 前記センサを複数有し、
    算出したサンプリング時刻に基づいて、複数の前記センサで同時刻にサンプリングされたサンプリングデータを相互に関連付ける、
    請求項6に記載の検出システム。
  13. 第1のクロック信号に基づいてサンプリングした検出結果を示すアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したデジタル信号であるサンプリングデータを出力可能に構成され、
    マイクロコンピュータで生成された第2のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号の周波数を補正し、
    前記マイクロコンピュータによって、前記サンプリングデータが読み出される、
    センサ。
  14. 前記マイクロコンピュータとの間でデータ通信を行う第1の入出力部と、
    検出結果を前記アナログ信号として出力する検出部と、
    与えられる制御信号に基づいて周波数を補正した前記第1のクロック信号を出力する発振器と、
    前記第1の入出力部を介して前記マイクロコンピュータから受け取った前記第2のクロック信号に基づいて前記制御信号を出力する周波数補正部と、
    前記アナログ信号を、前記第1のクロック信号に基づいてサンプリングしてアナログ/デジタル変換し、前記サンプリングデータを出力するアナログ/デジタル変換器と、
    前記サンプリングデータを格納するメモリと、
    を備える、
    請求項13に記載のセンサ。
  15. 前記周波数補正部は、
    前記第2のクロック信号を分周する分周器と、
    前記第1のクロック信号の周波数を示す第1の信号を出力する第1の周波数電圧変換部と、
    前記分周器で分周された信号の周波数を示す第2の信号を出力する第2の周波数電圧変換部と、
    前記第1の信号と前記第2の信号との差電圧を示す信号を出力する差動増幅器と、
    前記第2の信号と所定値の信号とを比較し、比較結果を示す切り替え信号を出力する比較器と、
    前記切り替え信号に応じて、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧をホールドする電圧ホールド部と、
    前記切り替え信号に応じて、前記発振器を前記差動増幅器の出力及び前記電圧ホールド部の出力のいずれかと、前記発振器と、を接続するスイッチと、を備え、
    前記発振器が前記差動増幅器の前記出力と接続されることで、前記差動増幅器が出力した前記信号の電圧が前記制御信号として前記発振器に入力され、
    前記発振器が前記電圧ホールド部の前記出力と接続されることで、前記電圧ホールド部がホールドした電圧が前記制御信号として前記発振器に入力される、
    請求項14に記載のセンサ。
  16. 前記スイッチは、
    前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されている場合に、前記発振器と前記差動増幅器の前記出力とを接続し、
    前記マイクロコンピュータから前記第2のクロック信号が入力されていない場合に、前記発振器と前記電圧ホールド部の前記出力とを接続する、
    請求項15に記載のセンサ。
  17. 第1のクロック信号に基づいてサンプリングした検出結果を示すアナログ信号をアナログ/デジタル変換して生成したデジタル信号であるサンプリングデータを出力可能に構成されたセンサに、第2のクロック信号を生成して出力し、かつ、前記センサから前記サンプリングデータを読み出し可能に構成され、
    前記第1のクロック信号の周波数は、前記第2のクロック信号に基づいて、前記センサにより補正される、
    マイクロコンピュータ。
  18. 前記第2のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、
    前記センサとの間でデータ通信を行う第2の入出力部と、を備える、
    請求項17に記載のマイクロコンピュータ。
  19. 前記マイクロコンピュータは、前記センサから前記サンプリングデータを読み出すときに、前記第2のクロック信号を出力する、
    請求項18に記載のマイクロコンピュータ。
  20. 前記センサにリセット信号を出力可能であり、
    前記センサは、前記マイクロコンピュータからの読み出し要求に応じて、前記リセット信号を受け取った後のデータのサンプリング回数を示すシリアルデータを、対応するサンプリングデータと共に前記マイクロコンピュータへ出力し、
    前記マイクロコンピュータは、前記リセット信号を出力した基準時刻と、前記センサでのサンプリング周期と、受け取った前記シリアルデータとに基づいて、受け取った前記サンプリングデータのサンプリング時刻を算出する演算部を更に備える、
    請求項18に記載のマイクロコンピュータ。
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