JP5860523B1 - 時間デジタル変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】時間変換の分解能を自己調整できる時間デジタル変換器を提供する。【解決手段】コンパレータユニット１１０、デジタル位相同期ループ１２０、カウンタユニット１３０を備える。コンパレータユニット１３０は、比較結果を提供するため、時間信号のイネーブル時間を最小時間と比較するために設けられる。デジタル位相同期ループ１２０は、カウンタクロック信号を提供するため、基準クロック信号を受け取るために設けられる。カウンタユニット１３０は、カウンタクロック信号と時間信号とに基づき計数結果を提供するため、カウンタクロック信号を受け取るために設けられる。計数結果は、比較結果に基づき、時間信号のイネーブル時間が最小時間よりも長いとき、出力データとして出力される。【選択図】図１

Description

本発明は、データ変換器に関するものである。具体的には、本発明は時間デジタル変換器に関する。

モノのインターネット（Internet of Tings、ＩＯＴ）は、個別にアドレスを指定できる全ての一般的な物体が、インターネットや従来の通信ネットワークといった情報媒体による相互接続と相互通信を行うことができるネットワークであり、ＩＯＴは通常、無線ネットワークである。言い換えると、全ての物品はインターネットやＲＦＩＤ（radio frequency identification）といった情報センシングデバイスにより互いに接続することができ、インテリジェントな個体識別と管理が実現される。

ＩＯＴにおいては、無線センサネットワーク（wireless sensor network、ＷＳＮ）を介し周辺の変化を検知する無線技術が用いられ、ＷＳＮはセンサと無線ネットワークの組み合わせを介し周辺の変化に対応するデータを提供し、使用者又はデバイスはこのデータにより周辺の変化を判断することができる。加えて、無線技術の発展に伴い、信号のイネーブル時間（enable time）長によりデータ伝送を行う技術が徐々に成熟し、周囲雑音に干渉されなくなっている。従って、如何に信号のイネーブル時間をデジタルデータへと変換するかがＩＯＴ開発における主要技術となっている。

本発明は、時間変換の分解能を自己調整できる時間デジタル変換器を提供し、これにより時間デジタル変換器の応用性と汎用性が向上する。

本発明の時間デジタル変換器は、時間信号（time signal）のイネーブル時間を出力データへと変換するために設けられ、コンパレータユニット（comparator unit）、デジタル位相同期ループ（digital phase locked loop）、カウンタユニット（counter unit）を備える。コンパレータユニットは、時間信号のイネーブル時間と最小時間を比較し、比較結果を提供するために用いられる。デジタル位相同期ループは、カウンタクロック信号（counter clock signal）を提供するために基準クロック信号（reference clock signal）を受け取る。カウンタユニットは、カウンタクロック信号と時間信号に基づく計数結果を提供するため、カウンタクロック信号を受け取る。時間信号のイネーブル時間が最小時間よりも長い場合、この比較結果により計数結果は出力データとして出力される。

上記を考慮し、時間デジタル変換器を表す本発明の実施形態において、デジタル位相同期ループは基準クロック信号に基づきカウンタクロック信号を提供し、カウンタユニットはカウンタクロック信号と時間信号に基づき計数結果を提供する。加えて、時間信号のイネーブル時間が最小時間よりも長い場合、計数結果が出力データとして出力される。従って、出力データの分解能はデジタル位相同期ループにより調整されることができ、時間デジタル変換器の応用性と汎用性が向上する。

本発明の実施形態による時間デジタル変換器のシステムを表す概略図である。 本発明のもう１つの実施形態による時間デジタル変換器のシステムを表す概略図である。 本発明の実施形態による時間デジタル変換器の操作方法を表すフロー図である。

図１は本発明の実施形態による時間デジタル変換器のシステムを表す概略図である。図１を参照し、本実施形態の時間デジタル変換器１００は、コンパレータユニット１１０、デジタル位相同期ループ１２０、カウンタユニット１３０を備える。コンパレータユニット１１０は時間信号ＳＴＥと最小時間Ｔｍｉｎを表す比較基準信号（comparison reference signal）ＳＣＲとを受け取り、時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１を最小時間Ｔｍｉｎと比較し、比較結果ＣＰＲ１を提供するために設けられる。本実施形態において、比較基準信号ＳＣＲのイネーブル時間ＰＥ２は、最小時間Ｔｍｉｎと同一に設定され、コンパレータユニット１１０は、イネーブル時間ＰＥ１がイネーブル時間ＰＥ２よりも長いかどうか比較することにより、比較結果ＣＰＲ１の電圧レベルを決定することができる。加えて、コンパレータユニット１１０は、イネーブル時間ＰＥ１とイネーブル時間ＰＥ２とを、比較のために対応する電圧レベル又はデジタルデータへと変換することができるが、本発明はこれに限定されない。

時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が最小時間Ｔｍｉｎ以下の場合、時間信号ＳＴＥがデータを伝送していない、又は伝送されたデータはノイズによるものであると示す。このため、コンパレータユニット１１０は、不正確な出力Ｄｏｕｔの提供を避けるため、比較結果ＣＰＲ１を無効レベル（即ち低電圧レベル）として出力する。時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が最小時間Ｔｍｉｎよりも長い場合、時間信号ＳＴＥにより伝送されたデータは有効であると示す。従って、コンパレータユニット１１０は時間信号ＳＴＥを比較結果ＣＰＲ１として出力することができる。即ち、比較結果ＣＰＲ１の波形は時間信号ＳＴＥの波形と同一である。

デジタル位相同期ループ１２０は、比較結果ＣＰＲ１を受け取るためコンパレータユニット１１０に連結され、比較結果ＣＰＲ１をカウンタイネーブル信号（counter enable signal）ＥＣＴとして出力する。即ち、カウンタイネーブル信号ＥＣＴの波形は比較結果ＣＰＲ１の波形と同一である。加えて、デジタル位相同期ループ１２０は、カウンタクロック信号ＣＫＣＴを提供するため、基準クロック信号ＣＫＲを受け取る。即ち、カウンタクロック信号ＣＫＣＴの周波数は基準クロック信号ＣＫＲの周波数に正比例し、ここで基準クロック信号ＣＫＲの周波数はカウンタクロック信号ＣＫＣＴの周波数とは異なり、カウンタクロック信号ＣＫＣＴの周波数は基準クロック信号ＣＫＲの周波数より高いことがありえるが、本願はこれに限定されない。

カウンタユニット１３０は、カウンタイネーブル信号ＥＣＴとカウンタクロック信号ＣＫＣＴとを受け取るためデジタル位相同期ループ１２０に連結され、カウンタイネーブル信号ＥＣＴに基づきカウンタクロック信号ＣＫＣＴのパルス数を計数することにより、計数結果ＣＴＲ１を生成する。このとき、カウンタイネーブル信号ＥＣＴの波形は時間信号ＳＴＥの波形と同一であることから、計数結果ＣＴＲ１は時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１に対応する。本実施形態において、カウンタユニット１３０の計数結果ＣＴＲ１はデジタルデータとされているが、カウンタユニット１３０は計数結果ＣＴＲ１を出力データＤｏｕｔとして直接出力しロックすることができる。従って、時間デジタル変換器１００は時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１を出力データＤｏｕｔへと変換し、デジタル位相同期ループ１２０の周波数により出力データＤｏｕｔの分解能を調整することができ、時間デジタル変換器１００の応用性と汎用性を向上させる。

上記をまとめると、時間デジタル変換器１００のコンパレータユニット１１０は、比較結果ＣＰＲ１を提供するため、時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１を最小時間Ｔｍｉｎと比較することができる。デジタル位相同期ループ１２０は、カウンタクロック信号ＣＫＣＴを提供するため、基準クロック信号ＣＫＲを受け取ることができ、カウンタユニット１３０は、時間信号ＳＴＥに基づきカウンタクロック信号ＣＫＣＴのクロックを計数することにより計数結果ＣＴＲ１を提供するため、カウンタクロック信号ＣＫＣＴを受け取ることができる。さらに、時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が最小時間Ｔｍｉｎよりも長い場合、デジタル位相同期ループ１２０とカウンタユニット１３０は、比較結果ＣＰＲ１に基づき、計数結果ＣＴＲ１を出力データＤｏｕｔとして提供することができる。時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が最小時間Ｔｍｉｎ以下の場合、デジタル位相同期ループ１２０とカウンタユニット１３０は起動されず、即ち出力データＤｏｕｔは提供されない。

本実施形態において、比較基準信号ＳＣＲは、例えば、デジタル位相同期ループ１２０により提供される。即ち、比較基準信号ＳＣＲは基準クロック信号ＣＫＲに伴い変動しえるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。

図２は本発明のもう１つの実施形態による時間デジタル変換器のシステムを表す概略図である。図２を参照し、本実施形態の時間デジタル変換器２００は、コンパレータユニット２１０、デジタル位相同期ループ２２０、カウンタユニット２３０、およびマルチプレクサ（multiplexer）２４０を備え、コンパレータユニット２１０の比較結果ＣＰＲ２は無効レベル（即ち低電圧レベル）にプリセットされる。

時間デジタル変換器２００は、時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が有効かどうか検知するため、時間検知モード（比較結果ＣＰＲ２の無効レベルに対応）にプリセットされる。時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が有効（比較結果ＣＰＲ２の、高電圧レベルといった、有効レベルに対応）な場合、時間デジタル変換器２００は時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１を出力データＤｏｕｔへと変換するため、データ変換モードに切り替えられる。

デジタル位相同期ループ２２０は、基準クロック信号ＣＫＲとセグメント指定コード（segment assignation code）ＣＤＩＴを受け取り、これらに基づきカウンタクロック信号ＣＫＣＴを生成する。即ち、カウンタクロック信号ＣＫＣＴの周波数は基準クロック信号ＣＫＲとセグメント指定コードＣＤＩＴの周波数に関連しており、セグメント指定コードＣＤＩＴはデジタル位相同期ループ２２０の周波数ゲイン値を設定するために設けられる。即ち、デジタル位相同期ループ２２０の周波数ゲイン値が高いほどカウンタクロック信号ＣＫＣＴのパルスの時間間隔は短くなり、デジタル位相同期ループ２２０の周波数ゲイン値が低いほどカウンタクロック信号ＣＫＣＴのパルスの時間間隔は長くなる。カウンタクロック信号ＣＫＣＴの設定は当業者により決定されることができ、本発明の実施形態はこれに限定されない。

マルチプレクサ２４０は基準クロック信号ＣＫＲを受け取り、またカウンタクロック信号ＣＫＣＴを受け取るためデジタル位相同期ループ２２０と連結されている。マルチプレクサ２４０は、コンパレータユニット２１０の比較結果ＣＰＲ２に基づき、カウンタユニット２３０へ基準クロック信号ＣＫＲまたはカウンタクロック信号ＣＫＣＴを提供する。

時間デジタル変換器２００が時間検知モードのとき、マルチプレクサ２４０は比較結果ＣＰＲ２の制御のもと、カウンタユニット２３０へ基準クロック信号ＣＫＲを伝送し、カウンタユニット２３０は、基準クロック信号ＣＫＲと時間信号ＳＴＥを受け取った後、基準クロック信号ＣＫＲと時間信号ＳＴＥとに基づき基準計数結果（reference counter result）ＣＴＲ２を提供する。コンパレータユニット２１０はカウンタユニット２３０に連結されており、時間信号ＳＴＥと基準計数結果ＣＴＲ２を受け取る。そして、コンパレータユニット２１０は、比較結果ＣＰＲ２を提供するため、基準計数結果ＣＴＲ２を最小時間Ｔｍｉｎに対応する最小時間計数値ＶＴＭと比較する。

基準計数結果ＣＴＲ２が最小時間計数値ＶＴＭ以下のとき、比較結果ＣＰＲ２は無効レベルに維持される。即ち、時間デジタル変換器２００はその時点においてまだ時間検知モードである。基準計数結果ＣＴＲ２が最小時間計数値ＶＴＭよりも大きいとき、比較結果ＣＰＲ２は有効レベルに切り替えられ、時間デジタル変換器２００は対応してデータ変換モードに切り替えられる。

時間デジタル変換器２００がデータ変換モードに切り替えられるとき、マルチプレクサ２４０は、比較結果ＣＰＲ２の制御のもと、カウンタユニット２３０へカウンタクロック信号ＣＫＣＴを伝送し、カウンタユニット２３０はカウンタクロック信号ＣＫＣＴと時間信号ＳＴＥを受け取った後、カウンタクロック信号ＣＫＣＴと時間信号ＳＴＥとに基づき計数結果ＣＴＲ３を提供する。コンパレータユニット２１０は計数結果ＣＴＲ３を受け取った後、計数結果ＣＴＲ３を出力データＤｏｕｔとして出力しロックする。従って、時間デジタル変換器２００は時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１を出力データＤｏｕｔへと変換することができ、時間デジタル変換器２００の応用性と汎用性を向上させるため、出力データＤｏｕｔの分解能をセグメント指定コードＣＤＩＴにより調整することができる。

上記をまとめると、時間デジタル変換器２００のコンパレータユニット２１０は、比較結果ＣＰＲ２を提供するため時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１を最小時間Ｔｍｉｎとを比較することができる。デジタル位相同期ループ２２０はカウンタクロック信号ＣＫＣＴを提供するため基準クロック信号ＣＫＲを受け取ることができる。カウンタユニット２３０は、時間信号ＳＴＥに基づきカウンタクロック信号ＣＫＣＴのクロックを計数することにより計数結果ＣＴＲ３を提供するため、カウンタクロック信号ＣＫＣＴを受け取ることができる。さらに、時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が最小時間Ｔｍｉｎよりも長いとき、デジタル位相同期ループ２２０とカウンタユニット２３０は、比較結果ＣＰＲ２に基づき計数結果ＣＴＲ３を提供することができ、コンパレータユニット２１０は計数結果ＣＴＲ３を出力データＤｏｕｔとして出力することができる。時間信号ＳＴＥのイネーブル時間ＰＥ１が最小時間Ｔｍｉｎよりも短いとき、コンパレータユニット２１０は出力データＤｏｕｔを提供しない。

図３は本発明の実施形態による時間デジタル変換器の操作方法を表すフロー図である。図３を参照し、本実施形態による時間デジタル変換器は時間信号のイネーブル時間を出力データへと変換するために設けられ、時間デジタル変換器の操作方法は次のステップを含む。基準クロック信号に基づき、デジタル位相同期ループによりカウンタクロック信号を提供する（ステップＳ３１０）。カウンタクロック信号と時間信号に基づき、カウンタユニットにより計数結果を提供する（ステップＳ３２０）。コンパレータユニットにより比較結果を提供するため、時間信号のイネーブル時間を最小時間と比較する（ステップＳ３３０）。比較結果に基づき、時間信号のイネーブル時間が最小時間よりも長い場合、計数結果を出力データとして出力する（ステップＳ３４０）。ここで、上記ステップＳ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０の順序は図示するために用いられており、本発明の実施形態はこれに限定されない。また、記ステップＳ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０の詳細は図１と図２に図示される実施形態を参照でき、ここでは繰り返さない。

まとめると、本発明の実施形態は時間デジタル変換器を開示する。デジタル位相同期ループは基準クロック信号に基づきカウンタクロック信号を提供し、カウンタユニットはカウンタクロック信号と時間信号とに基づき計数結果を提供する。加えて、時間信号のイネーブル時間が最小時間よりも長い場合、計数結果が出力データとして出力される。従って、出力データの分解能は基準クロック信号に基づき調整されることができ、これにより時間デジタル変換器の応用性と汎用性が向上する。

本発明はデータ変換器に関するものである。具体的には、本発明は時間変換の分解能を自己調整でき、これにより時間デジタル変換器の応用性と汎用性が向上する、時間デジタル変換器に関する。

１００、２００：時間デジタル変換器
１１０、２１０：コンパレータユニット
１２０、２２０：デジタル位相同期ループ
１３０、２３０：カウンタユニット
２４０：２００：マルチプレクサ
ＣＤＩＴ：セグメント指定コード
ＣＫＴＫ：カウンタクロック信号
ＣＫＲ：基準クロック信号
ＣＰＲ１、ＣＰＲ２：比較結果
ＣＴＲ１、ＣＴＲ３：計数結果
ＣＴＲ２：基準計数結果
Ｄｏｕｔ：出力データ
ＥＣＴ：カウンタイネーブル信号
ＰＥ１、ＰＥ２：イネーブル時間
ＳＣＲ：比較基準信号
ＳＴＥ：時間信号
Ｔｍｉｎ：最小時間
ＶＴＭ：最小時間計数値
Ｓ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０：ステップ

Claims (9)

1. 時間信号のイネーブル時間を出力データへと変換するために設けられる時間デジタル変換器であって、
   比較結果を提供するため、前記時間信号の前記イネーブル時間を最小時間と比較するよう設けられたコンパレータユニットと、
   カウンタクロック信号を提供するため、基準クロック信号を受け取るデジタル位相同期ループと、
   前記カウンタクロック信号と前記時間信号に基づき計数結果を提供するため、前記カウンタクロック信号を受け取るカウンタユニットと
   を備え、
   前記時間信号の前記イネーブル時間が前記最小時間よりも長いとき、前記比較結果に基づき前記計数結果が前記出力データとして出力される、
   時間デジタル変換器。
2. 前記コンパレータユニットが、前記時間信号と前記最小時間を表す比較基準信号とを受け取り、前記時間信号の前記イネーブル時間が前記最小時間よりも長いとき、前記コンパレータユニットが前記比較結果として前記時間信号を出力し、前記時間信号の前記イネーブル時間が前記最小時間以下であるとき、前記コンパレータユニットが無効レベルとして前記比較結果を出力し、
   前記デジタル位相同期ループが、前記比較結果を受け取り、カウンタイネーブル信号として前記比較結果を出力し、
   前記カウンタユニットが、前記カウンタクロック信号と前記カウンタイネーブル信号に基づき計数を行うため、前記カウンタクロック信号と前記カウンタイネーブル信号とを受け取り、前記出力データとして前記計数結果を出力しロックする、
   請求項１に記載の時間デジタル変換器。
3. 前記デジタル位相同期ループが前記比較基準信号を提供する、
   請求項２に記載の時間デジタル変換器。
4. 前記比較基準信号のイネーブル時間が前記最小時間に等しい、
   請求項２に記載の時間デジタル変換器。
5. 前記比較結果に基づき時間検知モードまたはデータ変換モードに設定され、
   前記時間検知モードのとき、前記カウンタユニットが基準計数結果を提供するため前記基準クロック信号と前記時間信号とを受け取り、前記コンパレータユニットが前記比較結果を提供するため前記基準計数結果を前記最小時間に対応する最小時間計数値と比較し、
   前記データ変換モードのとき、前記カウンタユニットが前記計数結果を提供するため前記カウンタクロック信号と前記時間信号とを受け取り、前記コンパレータユニットが前記計数結果を前記出力データとして出力しロックするため前記計数結果を受け取る、
   請求項１に記載の時間デジタル変換器。
6. 前記時間検知モードにプリセットされ、前記基準計数結果が前記最小時間計数値よりも大きいとき、前記データ変換モードに切り替えられる、
   請求項５に記載の時間デジタル変換器。
7. 前記デジタル位相同期ループが、前記基準クロック信号とセグメント指定コードに基づき前記カウンタクロック信号を生成する、
   請求項５に記載の時間デジタル変換器。
8. 前記比較結果に基づき前記基準クロック信号または前記カウンタクロック信号を前記カウンタユニットへ提供するため、前記基準クロック信号と前記カウンタクロック信号とを受け取るためのマルチプレクサをさらに備える、
   請求項５に記載の時間デジタル変換器。
9. 前記カウンタクロック信号の周波数が前記基準クロック信号の周波数よりも高い、
   請求項１に記載の時間デジタル変換器。

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