DE112014003074T5

DE112014003074T5 - Rauschenanalysevorrichtung, elektronisches Gerät und Rauschquellenidentifikationssystem

Info

Publication number: DE112014003074T5
Application number: DE112014003074.0T
Authority: DE
Inventors: Satoru Sonoda; Kengo Kato
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-06-03
Also published as: DE112014003074B4; JP5774257B1; WO2015186175A1; CN105409126A; US9673794B2; US20160182027A1; JPWO2015186175A1; CN105409126B; KR20160012248A

Abstract

Eine Rauschenanalysevorrichtung umfasst mehrere Digitalfilter und eine Rauschenanalyseeinheit. Die mehreren Digitalfilter haben voneinander verschiedene Filtercharakteristiken und filtern ein selbes Eingabesignal, um mehrere Ausgabesignale auszugeben. Die Rauschenanalyseeinheit detektiert eine Anwesenheit oder Abwesenheit eines Rauschens in dem Eingabesignal basierend auf den mehreren Ausgabesignalen. Insbesondere detektiert die Rauschenanalyseeinheit die Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschens in dem Eingabesignal basierend darauf, ob oder ob nicht Werte der mehreren Ausgabesignale miteinander übereinstimmen.

Description

Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rauschenanalysevorrichtung, ein elektronisches Gerät und ein Rauschquellenidentifikationssystem.
Hintergrund
Wenn ein elektronisches Gerät in einer Umgebung betrieben wird, in der Rauschen erzeugt wird, kann das Rauschen sich negativ auf den Betrieb des elektronischen Gerätes auswirken. In einigen Fällen wird daher ein Digitalfilter zum Entfernen des Rauschens verwendet (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Beispielsweise nimmt eine Eingabeeinheit einer Ablaufsteuerung ein Eingabesignal von einem Gerät, wie beispielsweise einem Schalter oder einem Sensor, über den Digitalfilter auf.
Jedoch kann der Digitalfilter weder die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rauschen noch ein Rauschlevel detektierten, obwohl der Digitalfilter Rauschen entfernen kann. Informationen, wie beispielsweise die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rauschen und das Rauschlevel, sind zur Identifizierung einer Rauschquelle nützlich und es ist wünschenswert, solche Informationen zu erlangen.
Patentdokument 2 offenbart ein Motorsteuerungsgerät. Das Motorsteuerungsgerät ist mit einer Inverterschaltung und einem Stromdetektionsgerät ausgestattet, welches dreiphasige Wechselstromausgangsströme der Inverterschaltung detektiert. Ein Taktsignal und ein Datensignal eines AD-Wandlers werden in das Stromdetektionsgerät eingegeben. Anschließend wird die Anzahl der Takte innerhalb einer bestimmten Zeitdauer gemessen, um ein Rauschlevel zu detektieren.
Referenzliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-134070
Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-105455

Zusammenfassung
Technisches Problem
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technik bereitzustellen, mit der die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rauschen mittels einer einfachen Konfiguration detektiert werden kann.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rauschenanalysevorrichtung bereitgestellt. Die Rauschenanalysevorrichtung umfasst mehrere Digitalfilter und eine Rauschenanalyseeinheit. Die mehreren Digitalfilter haben jeweils unterschiedliche Filtercharakteristiken und filtern jeweils ein selbes Eingabesignal, um mehrere Ausgabesignale auszugeben. Die Rauschenanalyseeinheit detektiert die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rauschen in dem Eingabesignal basierend auf den mehreren Ausgabesignalen. Insbesondere detektiert die Rauschenanalyseeinheit die Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschens in dem Eingabesignal basierend darauf, ob oder ob nicht Werte der mehreren Ausgabesignale miteinander übereinstimmen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Anwesenheit oder Abwesenheit von Rauschen mittels einer einfachen Konfiguration zu detektieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltplan, welcher eine beispielhafte Konfiguration eines Digitalfilters zeigt, der in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist ein Konzeptdiagramm zum Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen einem Rauschen und einer Filterdauer des Digitalfilters.
3 ist ein Konzeptdiagramm zum Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen einem Rauschen und einer Filterdauer des Digitalfilters.
4 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschenanalysevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine beispielhafte Tätigkeit der Rauschenanalysevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Logikdiagramm zum Beschreiben einer Rauschendetektionsfunktion der Rauschenanalysevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Funktionstabelle zum Beschreiben der in 6 gezeigten Rauschendetektionsfunktion.
8 ist ein Blockdiagramm zum Beschreiben weiterer beispielhafter Funktionen der Rauschenanalysevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Blockdiagramm zum Beschreiben weiterer beispielhafter Funktionen der Rauschenanalysevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Blockdiagramm zum Beschreiben weiterer beispielhafter Funktionen der Rauschenanalysevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Funktionstabelle zum Beschreiben der in 10 gezeigten Funktion.
12 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschenanalysevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration eines elektronischen Gerätes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine beispielhafte Tätigkeit eines Digitalfilters gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration eines Rauschquellenidentifikationssystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform.
<Konfigurationsbeispiel eines Digitalfilters>
1 ist ein Schaltplan, welcher eine beispielhafte Konfiguration eines Digitalfilters 10 zeigt, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Der Digitalfilter 10 empfängt ein Eingabesignal IN und gibt ein Ausgabesignal OUT aus. Insbesondere umfasst der Digitalfilter 10 mehrere D-Flipflops 11, eine UND-Schaltung 12, eine ODER-Schaltung negativer Logik 13 und ein RS-Flipflop 14.
Die mehreren D-Flipflops 11 (D-Flipflops 11-1 bis 11-3 in drei Stufen, in dem in 1 gezeigten Beispiel) sind in Serie geschaltet, um ein Schieberegister zu bilden. Das Eingabesignal IN wird in das D-Flipflop 11-1 der ersten Stufe eingegeben. Jedes der D-Flipflops 11 arbeitet auf Basis eines Taktsignals CLK und hierdurch wird das Eingabesignal IN sequenziell in dem Schieberegister verschoben.
Das Eingabesignal IN und entsprechende Ausgabesignale der mehreren D-Flipflops 11 werden in die UND-Schaltung 12 und die ODER-Schaltung negativer Logik 13 eingegeben. Ein Ausgabesignal der UND-Schaltung 12 wird in einen SET-Anschluss des RS-Flipflops 14 eingegeben. Ein Ausgabesignal der ODER-Schaltung negativer Logik 13 wird in einen RESET-Anschluss des RS-Flipflops 14 eingegeben. Das RS-Flipflop 14 arbeitet ebenfalls auf Basis des Taktsignals CLK. Ein Ausgabesignal des RS-Flipflops 14 ist das oben genannte Ausgabesignal OUT.
Als Ergebnis der oben beschriebenen Konfiguration nimmt der Digitalfilter 10 das Eingabesignal IN auf und gibt dasselbe Signal als das Ausgabesignal OUT aus, wenn sich das Eingabesignal IN über eine vorbestimmte Filterdauer nicht ändert. Mit anderen Worten entfernt der Digitalfilter 10 – als Rauschen – eine gepulste Änderung, deren Dauer kürzer als die vorbestimmte Filterdauer ist. Die vorbestimmte Filterdauer ist durch den folgenden Ausdruck (1) gegeben. [Filterdauer] = [Anzahl der Stufen des Schieberegisters] × [Taktperiodendauer] Ausdruck (1)
Es ist daher möglich, die Charakteristiken des Rauschens, welches der Digitalfilter 10 entfernen kann, durch Änderung der Anzahl der Stufen der D-Flipflops 11, die das Schieberegister bilden, oder durch Änderung einer Frequenz des Taktsignals CLK einzustellen.
Die 2 und 3 sind Konzeptdiagramme zum Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen einem Rauschen und der Filterdauer des Digitalfilters 10. Ein Fall, in dem ein Rauschen entfernt wird, und ein Fall, in dem das Rauschen nicht entfernt wird, werden mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. Es ist anzumerken, dass Parameter, die die Charakteristiken eines Rauschens festlegen, eine Rauschendauer, eine Rauschenweite und eine Rauschenintensität (eine Rauschenamplitude) umfassen (wie in 2 gezeigt).
Als Beispiel sollen nun zwei Digitalfilter 10-A und 10-B betrachtet werden. Es wird angenommen, dass die Digitalfilter 10-A und 10-B die gleiche Anzahl von Stufen in dem Schieberegister haben, die Taktperiodendauern sind jedoch unterschiedlich. Wie in 2 gezeigt, ist eine Periodendauer eines Taktsignals CLK-A, welches in den Digitalfilter 10-A eingegeben wird, kürzer als eine Periodendauer eines Taktsignals CLK-B, welches in den Digitalfilter 10-B eingegeben wird. Hierdurch ist eine Filterdauer FT-A des Digitalfilters 10-A, kürzer als eine Filterdauer FT-B des Digitalfilters 10-B.
Es soll der Fall betrachtet werden, in dem ein Rauschen, dessen Rauschendauer länger als die Filterdauer FT-A ist, in den Digitalfilter 10-A und ein Rauschen, dessen Rauschendauer kürzer als die Filterdauer FT-B, in den Digitalfilter 10-B eingegeben werden (siehe 2). In diesem Fall kann der Digitalfilter 10-A, dessen Filterdauer FT-A kürzer als die Rauschendauer ist, das Rauschen nicht vollständig entfernen. Hierdurch passiert es, dass ein dem Rauschen zuzuordnendes Signal in einem Ausgabesignal OUT-A des Digitalfilters 10-A enthalten ist. Andererseits kann der Digitalfilter 10-B, dessen Filterdauer FT-B länger als die Rauschendauer ist, das Rauschen entfernen. Hierdurch ist das Rauschen nicht in einem Ausgabesignal OUT-B des Digitalfilters 10-B enthalten.
Mit Bezug auf 3 soll nun ein Fall betrachtet werden, in dem zwei Arten von Rauschen N1 und N2 eingegeben werden. Die Rauschendauer des Rauschens N2 ist länger als die des Rauschens N1. Im Allgemeinen gilt: Je länger die Rauschendauer, desto größer ist die Rauschenintensität. D. h., dass die Intensität des Rauschens N2 größer als die des Rauschens N1 ist. In der folgenden Beschreibung wird ein Rauschen mit einer langen Rauschendauer und einer hohen Rauschenintensität als ein „starkes Rauschen” bezeichnet. Zudem wird ein Rauschen mit einer kurzen Rauschendauer und einer geringen Rauschenintensität als ein „schwaches Rauschen” bezeichnet.
Hinsichtlich des schwachen Rauschens N1 entfernt in dem in 3 gezeigten Beispiel der Digitalfilter 10-A das Rauschen N1 nicht, während der Digitalfilter 10-B das Rauschen N1 entfernt. Hinsichtlich des starken Rauschens N2 entfernt weder der Digitalfilter 10-A noch der Digitalfilter 10-B das Rauschen N2. D. h., selbst wenn die gleichen Digitalfilter 10-A und 10-B verwendet werden, unterscheidet sich eine Kombination der Ausgabesignale OUT-A und OUT-B in Abhängigkeit einer „Rauschstärke”. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Information über die „Rauschstärke” aus der Kombination der Ausgabesignale OUT-A und OUT-B der entsprechenden Digitalfilter 10-A und 10-B, die voneinander verschiedene Filterdauern haben, zu erhalten.
Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung basiert auf dem mit Bezug auf die 2 und 3 beschriebenen Wissen.
Es ist zu beachten, dass die Konfiguration des Digitalfilters 10 nicht auf die in 1 gezeigte Konfiguration beschränkt ist. Beispielsweise ist die in Patentdokument 1 beschriebene Konfiguration ebenfalls möglich.
<Konfigurationsbeispiel einer Rauschenanalysevorrichtung>
Mit der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Anwesenheit oder Abwesenheit eines Rauschens mittels einer einfachen Konfiguration unter Verwendung mehrerer oben beschriebener Digitalfilter 10 zu detektieren. 4 ist ein Blockdiagramm, welches eine bespielhafte Konfiguration einer Rauschenanalysevorrichtung 1 mit einer solchen Funktion zeigt. 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine beispielhafte Tätigkeit der Rauschenanalysevorrichtung 1 zeigt.
Die in 4 gezeigte Rauschenanalysevorrichtung 1 umfasst mehrere Digitalfilter 10-1 bis 10-4, eine Verzögerungsschaltung 20 und eine Rauschenanalyseeinheit 30. Die Anzahl der mehreren Digitalfilter 10 ist nicht auf vier beschränkt.
Dasselbe Eingabesignal IN wird in die mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4 eingegeben. Die mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4 führen anschließend eine Filterung des Eingabesignals IN basierend auf den Taktsignalen CLK1 bis CLK4 durch, um mehrere Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 auszugeben. Die Periodendauern (Frequenzen) der Taktsignale CLK1 bis CLK4 können voneinander verschieden oder gleich sein.
In der vorliegenden Ausführungsform haben die mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4 voneinander verschiedene Filtercharakteristiken. Insbesondere unterscheiden sich die oben genannte Filterdauern (d. h. die Dauer des entfernbaren Rauschens) der mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4. Diese Konfiguration kann erreicht werden, indem die Anzahl der Stufen in den Schieberegistern oder die Periodendauern der Taktsignale in den entsprechenden Digitalfiltern 10-1 bis 10-4 eingestellt wird.
Als Beispiel soll ein Fall betrachtet werden, indem die Filterdauer des Digitalfilters 10-1 die kürzeste ist und die Filterdauern in der Reihenfolge der Digitalfilter 10-2, 10-3, 10-4 stufenartig zunehmen. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass sowohl ein Digitalfilter 10, der ein Rauschen entfernen kann, als auch ein Digitalfilter 10, der das Rauschen nicht entfernen kann, existiert. In dem in 5 gezeigten Beispiel entfernen beispielsweise die Digitalfilter 10-3 und 10-4 ein Rauschen, wohingegen der Digitalfilter 10-1 das Rauschen nicht entfernt und der Digitalfilter 10-2 einen Teil des Rauschen nicht entfernt. Hierdurch erscheint das Rauschen in den Ausgabesignalen OUT1 und OUT2 der Digitalfilter 10-1 und 10-2. Das bedeutet, dass entsprechende Werte der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 der Digitalfilter 10-1 bis 10-4, die dasselbe Eingabesignal IN filtern, nicht miteinander übereinstimmen.
Die Rauschenanalyseeinheit 30 empfängt so die Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 der entsprechenden Digitalfilter 10-1 bis 10-4 und führt eine Analyse des Rauschens in dem Eingabesignal IN auf Basis der empfangenen Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 durch. Beispiele für die Funktion der Rauschenanalyseeinheit 30 werden noch gegeben. Die Rauschenanalyseeinheit 30 kann durch eine Logikschaltung oder einen Prozessor, beispielsweise einen Mikrocomputer, konfiguriert sein. Alternativ kann die Rauschenanalyseeinheit 30 eine Kombination aus einer Logikschaltung und einem Prozessor sein.
In einem Fall, in dem sich die Signalverzögerungswerte der mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4 unterscheiden, ist es bevorzugt, dass die Verzögerungsschaltung 20 zwischen den Digitalfiltern 10-1 bis 10-4 und der Rauschenanalyseeinheit 30 angeordnet ist, so wie dies in 4 gezeigt ist. Wie in 5 gezeigt, ist die Verzögerungsschaltung 20 hinsichtlich des Reduzierens einer Differenz in der Signalverzögerung, die zwischen den Digitalfiltern 10-1 bis 10-4 besteht, relevant. Das bedeutet, dass die Verzögerungsschaltung 20 die Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 der entsprechenden Digitalfilter 10-1 bis 10-4 miteinander synchronisiert. In dem in den 4 und 5 gezeigten Beispiel haben die Verzögerungselemente 20-1, 20-2 und 20-3 jeweils voneinander verschiedene Verzögerungswerte und sind in den Signalleitungen der hierzu entsprechenden Ausgabesignale OUT1, OUT2 und OUT3 angeordnet, um hierdurch die Verzögerungsschaltung 20 zu bilden.
Durch die vorangehend beschriebene Verzögerungsschaltung 20 wird die Genauigkeit der Analyse durch die Rauschenanalyseeinheit 30 verbessert. Wenn keine Differenz in der Signalverzögerung zwischen den mehreren Digitalfiltern 10 vorliegt, ist die Verzögerungsschaltung 20 grundsätzlich nicht erforderlich.
Die mehreren Digitalfilter 10 können Digitalfilter mit derselben Filterdauer umfassen. Selbst wenn ein Teil der Digitalfilter 10, die dieselbe Filterdauer haben, versagt, kann es in diesem Fall noch möglich sein, das Rauschen basierend auf dem Signal eines normalen Digitalfilter 10 zu detektieren, was eine Verbesserung der Genauigkeit der Analyse bedeutet. Selbst wenn eine Verzögerung des Taktsignals durch eine Verbindungsanordnung auf einem Substrat oder dergleichen verursacht wird, wird die gleiche eingegebene Wellenform an mehreren Stationen gefiltert, was eine Verbesserung der Genauigkeit der Rauschanalyse bedeutet.
<Diverse Beispiele einer Funktion einer Rauschenanalyseeinheit 30>
Wie vorangehend beschrieben, stimmen die Werte der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 der Digitalfilter 10-1 bis 10-4, welche dasselbe Eingabesignal IN filtern, in einigen Fällen nicht miteinander überein. Das bedeutet, dass Rauschen in dem Eingabesignal IN vorliegt. Die Rauschenanalyseeinheit 30 kann eine Anwesenheit oder Abwesenheit eines Rauschens in dem Eingabesignal IN basierend darauf detektieren, ob oder ob nicht die Werte der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 miteinander übereinstimmen. D. h., in einem Fall, in dem die Werte der Ausgangssignale OUT1 bis OUT4 miteinander übereinstimmen, bestimmt die Rauschenanalyseeinheit 30, dass in dem Eingabesignal IN kein Rauschen vorhanden ist. Andererseits, in einem Fall, in dem die Werte der Ausgabensignale OUT1 bis OUT4 nicht miteinander übereinstimmen, bestimmt die Rauschenanalyseeinheit 30, dass ein Rauschen in dem Eingabesignal IN vorliegt.
6 zeigt eine beispielhafte Logikkonfiguration einer Rauschendetektionseinheit 40, welche so die Rauschendetektionsfunktion bereitstellt. Die Rauschendetektionseinheit 40 ist ein Funktionsblock der Rauschenanalyseeinheit 30. Die Rauschendetektionseinheit 40 detektiert basierend auf den Ausgabesignalen OUT1 bis OUT4 eine Anwesenheit oder Abwesenheit eines Rauschens in dem Eingabesignal IN und gibt ein Rauschendetektionssignal SD aus, welches ein Ergebnis der Detektion angibt.
Insbesondere umfasst die Rauschendetektionseinheit 40 eine UND-Schaltung 41, eine ODER-Schaltung 42 und eine EXKLUSIV-ODER-Schaltung 43. Die UND-Schaltung 41 gibt ein Signal SA aus, welches die UND-Verknüpfung der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 angibt. Die ODER-Schaltung 42 gibt ein Signal SB aus, welches die ODER-Verknüpfung der Signale OUT1 bis OUT4 angibt. Die EXKLUSIV-ODER-Schaltung 43 gibt als das Rauschendetektionssignal SD die EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der Signale SA und SB aus.
Wie in einer Funktionstabelle in 7 gezeigt, hat das Rauschendetektionssignal SD ein niedriges Level, wenn die Werte der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 miteinander übereinstimmen. Das bedeutet, dass kein Rauschen detektiert wurde. Andererseits, wenn die Werte der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 nicht miteinander übereinstimmen, hat das Rauschendetektionssignal SD ein hohes Level. Das bedeutet, dass Rauschen detektiert wurde. In Anbetracht des oben Beschriebenen ist ersichtlich, dass die Rauschendetektionsfunktion mit einer sehr einfachen Konfiguration erreicht wird.
8 ist ein Blockdiagramm zum Beschreiben einer weiteren beispielhaften Funktion der Rauschenanalyseeinheit 30. Ein Zähler 50 der Rauschenanalyseeinheit 30 empfängt das Rauschendetektionssignal SD von der oben beschriebenen Rauschendetektionseinheit 40 und zählt die Häufigkeit, mit der das Rauschendetektionssignal SD das hohe Level hat, d. h., die Häufigkeit, mit der das Rauschen detektiert wurde. Anschließend gibt der Zähler 50 ein Rauschenhäufigkeitssignal SF aus, welches einen Zählwert angibt, der während einer bestimmten Zeitdauer erlangt wurde, d. h. eine Auftretenshäufigkeit des Rauschens. Auf diese Weise ist es ferner möglich, die Auftretenshäufigkeit des Rauschens in dem Eingabesignal IN basierend auf der Anwesenheit und Abwesenheit des Rauschens in dem Eingabesignal IN zu berechnen.
9 ist ein Blockdiagramm zum Beschreiben einer weiteren beispielhaften Funktion der Rauschenanalyseeinheit 30. Eine Prüfeinheit 60 der Rauschenanalyseeinheit 30 überprüft das von der oben beschriebenen Rauschendetektionseinheit 40 ausgegebene Rauschendetektionssignal SD und detektiert eine Zeitdauer, während der das Rauschendetektionssignal SD bei dem hohen Level ist, d. h. eine Dauer des Rauschens. Anschließend gibt die Prüfeinheit 60 ein Rauschendauersignal SM aus, welches die detektierte Dauer des Rauschens angibt. Auf diese Weise ist es ferner möglich, die Dauer des Rauschens in dem Eingabesignal IN basierend auf der Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschen in dem Eingabesignal IN zu detektieren.
10 ist ein Blockdiagramm zum Beschreiben einer weiteren beispielhaften Funktion der Rauschenanalyseeinheit 30. Eine Wellenformanalyseeinheit 70 der Rauschenanalyseeinheit 30 vergleicht die Ausgangssignale OUT1 bis OUT4, um Rauscheninformation SN betreffend eine Wellenform (Intensität, Dauer und dergleichen) des detektierten Rauschens zu erhalten.
Beispielsweise stimmen, wie in 5 gezeigt, in beiden Dauern P1 und P2 die Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 nicht miteinander überein und ein Rauschen wird detektiert. Ein Status der Inkonsistenz, d. h. eine „Kombination” der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4, ist jedoch in den Dauern P1 und P2 verschieden. Da sich die Filterdauern der Digitalfilter 10-1 bis 10-4 unterscheiden, enthält die „Kombination” der Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 Information über eine Stärke des detektierten Rauschens. Bezüglich der Tatsache, dass die Kombination der Ausgabesignale die Information über die Stärke des detektierten Rauschens enthält, sei ferner auf 3 verwiesen.
Die Wellenformanalyseeinheit 70 kann daher die Information über die Stärke des detektierten Rauschens erhalten, indem sie die Ausgabesignale OUT1 bis OUT4 miteinander vergleicht. Die Details sind in einer Funktionstabelle in 11 dargestellt. In 11 bezeichnet ein Zeichen „/”, dass kein Rauschen vorhanden ist, und „schwach” und „stark” repräsentieren die Stärke des detektierten Rauschens. Wenn beispielsweise ein Fall von „OUT1, OUT2, OUT3, OUT4” = „1, 0, 0, 0” und ein Fall von „OUT1, OUT2, OUT3, OUT4” = „1, 1, 1, 0” miteinander verglichen werden, ist das Rauschen in ersterem Fall schwächer und in letzterem Fall stärker.
Um die Genauigkeit der in den 10 und 11 gezeigten Analyse zu verbessern, wird bevorzugt, dass die entsprechenden Filterdauern der mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4 stufenartig voneinander verschieden eingestellt sind. Die entsprechenden Filterdauern der mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4 sind beispielsweise äquidistant eingestellt.
Die Rauschenanalyseeinheit 30 speichert die durch die Wellenformanalyseeinheit 70 erhaltene Rauscheninformation SN in einem Speichergerät, beispielsweise einem RAM oder einem Flash-Speicher. Obwohl ein Ort des Speichergerätes nicht auf besondere Weise beschränkt ist, kann das Speichergerät in einem Mikrocomputer enthalten sein, wenn die Rauschenanalyseeinheit 30 durch den Mikrocomputer bereitgestellt wird.
Es ist zu betonen, dass die vorangehend beschriebenen Funktionen miteinander kombinierbar sind.
<Wirkungen>
Mit der vorangehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschens basierend auf den Ausgabesignalen OUT1 bis OUT4 der mehreren Digitalfilter 10-1 bis 10-4 zu detektieren. Ein allgemeiner Digitalfilter kann als der Digitalfilter 10 verwendet werden und es besteht nicht die Notwendigkeit, eine zur Rauschdetektion bestimmte Schaltung zu entwerfen. D. h., mit der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rauschen mittels einer einfachen Konfiguration zu detektieren.
Mit der vorliegenden Ausführungsform ist es ferner möglich, die Auftretenshäufigkeit und die Dauer des Rauschens basierend auf der Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschen zu detektieren. Mit der vorliegenden Ausführungsform ist es ferner möglich, die Rauscheninformation SN betreffend die Wellenform des detektierten Rauschens zu erhalten. Eine solche Information ist zur Identifikation einer Rauschquelle in einer Betriebsumgebung nützlich, was zu Maßnahmen gegen Rauschen und daher zu einem stabilen Systembetrieb beiträgt.
Zweite Ausführungsform.
12 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration der Rauschenanalysevorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Rauschenanalyseeinheit 30 durch einen Mikrocomputer 30' bereitgestellt. Die Taktsignale CLK1 bis CLK4 werden von dem Mikrocomputer 30' bereitgestellt. Der Mikrocomputer 30' führt die Funktionen der oben beschriebenen Rauschenanalyseeinheit 30 aus. Beispielsweise detektiert der Mikrocomputer 30' regelmäßig die Auftretenshäufigkeit und die Dauer des Rauschens und sammelt Detektionsergebnisse in einer Datenbank. Die erlangte Datenbank ist zum Identifizieren einer Rauschquelle geeignet.
In dem Fall, in dem der Mikrocomputer 30' eine Funktion zum Erzeugen der Taktsignale CLK1 bis CLK4 hat, besteht nicht die Notwendigkeit, die Taktsignale CLK1 bis CLK4 durch eine separate Komponente zu erzeugen. Dies trägt zur Reduktion der Anzahl der Komponenten, zur Vereinfachung der Schaltungen und zur Reduzierung des Bauraums bei, was bevorzugt ist.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass, obwohl durch ein Rauschen eine Fehlfunktion verursacht wird, das Rauschen nicht durch alle Digitalfilter 10-1 bis 10-4 entfernt werden kann. In diesem Fall kann berücksichtigt werden, die Periodendauern der Taktsignale CLK1 bis CLK4 zu ändern, um die entsprechenden Filterdauern anzupassen. Da in diesem Fall der Mikrocomputer 30' die Funktion zum Erzeugen der Taktsignale CLK1 bis CLK4 aufweist, kann der Mikrocomputer 30' die Periodendauern der Taktsignale CLK1 bis CLK4 einfach verändern, was bevorzugt ist.
Dritte Ausführungsform.
13 zeigt eine beispielhafte Konfiguration eines elektronischen Gerätes, welches die Rauschenanalysevorrichtung 1 verwendet. Das in 13 gezeigte elektronische Gerät ist mit der oben beschriebenen Rauschenanalysevorrichtung 1 und einem einstellbaren Digitalfilter 80 ausgestattet.
Die Filtercharakteristik (Filterdauer) des einstellbaren Digitalfilters 80 ist durch ein Konfigurationssignal CONF variabel einstellbar. Dasselbe Eingabesignal IN wird ebenfalls in den einstellbaren Digitalfilter 80 eingegeben. Der einstellbare Digitalfilter 80 filtert das Eingabesignal IN basierend auf dem Taktsignal CLK, um ein Ausgabesignal OUT auszugeben.
Die Rauschenanalyseeinheit 30 der Rauschenanalysevorrichtung 1 vergleicht die Ausgabesignale OUT1 bis OUT4, um aus den Digitalfiltern 10-1 bis 10-4 einen Digitalfilter 10 zu identifizieren, welcher fähig ist, das Rauschen zu entfernen. Anschließend wählt die Rauschenanalyseeinheit 30 einen optimalen Digitalfilter 10 aus, der fähig ist, das Rauschen zu entfernen, und bestimmt die Filterdauer des einstellbaren Digitalfilters 80 basierend auf der Filterdauer des ausgewählten Digitalfilters 10. Anschließend gibt die Rauschenanalyseeinheit 30 an den einstellbaren Digitalfilter 80 das Konfigurationssignal CONF aus, welches die bestimmte Filterdauer angibt, wodurch die Filterdauer des einstellbaren Digitalfilters 80 automatisch eingestellt wird.
In dem in 5 gezeigten Beispiel können beispielsweise die Digitalfilter 10-3 und 10-4 das Rauschen entfernen. Von den Digitalfiltern 10-3 und 10-4 hat der Digitalfilter 10-3 die kürzere Filterdauer. Daher wählt die Rauschenanalyseeinheit 30 den Digitalfilter 10-3 aus und stellt die Filterdauer des einstellbaren Digitalfilters 80 automatisch so ein, dass diese mit der Filterdauer des ausgewählten Digitalfilters 10-3 übereinstimmt. Auf diese Weise ist es möglich, das Rauschen in dem Eingabesignal zu entfernen, ohne dass eine Signalverzögerung in dem einstellbaren Digitalfilter 80 auftritt. D. h., dass es möglich ist, eine Fehlfunktion eines Systems zu verhindern und gleichzeitig dessen Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Die Filterdauer des einstellbaren Digitalfilters 80 kann manuell eingestellt werden. In einem solchen Fall ist es beispielsweise wahrscheinlich, dass in der Rauschenanalyseeinheit 30 dem manuellen Einstellen gegenüber dem automatisierten Einstellen eine höhere Priorität zugebilligt wird.
Vierte Ausführungsform.
In den vorangegangenen Ausführungsformen unterschieden sich die Filterdauern der Digitalfilter 10. Stattdessen kann ein Schwellenwert für das Eingabesignal in den mehreren Digitalfiltern 10 verschieden sein.
Beispielsweise ist in dem in 14 gezeigten Beispiel ein Schwellenwert TH1 für den Digitalfilter 10-1 geringer eingestellt als ein Schwellenwert TH2 für den Digitalfilter 10-2. Dementsprechend verwechselt der Digitalfilter 10-1 bereits ein geringes Rauschen mit dem Eingabesignal, weshalb es eine Zeitdauer gibt, in der das Ausgabesignal OUT1 und das Ausgabesignal OUT2 nicht miteinander übereinstimmen. Wie in dem Fall der vorangegangenen Ausführungsformen kann die Rauschenanalyseeinheit 30 daher die Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschens in dem Eingabesignal IN basierend darauf bestimmen, ob oder ob nicht die Werte der Ausgabesignale OUT1 und OUT2 miteinander übereinstimmen.
Da die mehreren Digitalfilter 10 jeweils unterschiedliche Schwellenwerte haben, ist es ferner möglich, ein Level des detektierten Rauschens zu bestimmen. Die Genauigkeit beim Bestimmen des Rauschlevels wird erhöht, indem die Anzahl der Digitalfilter 10 zum Reduzieren der Differenz zwischen den Schwellenwerten erhöht wird.
Fünfte Ausführungsform.
15 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Rauschenanalysevorrichtung 1. Insbesondere zeigt 15 eine Konfiguration einer Eingabeeinheit 100 eines Ablaufsteuerungssystems und dessen Peripherieeinheiten. Die Eingabeeinheit 100 empfängt Eingabesignale IN1 bis IN3 von mehreren Schaltern über Signalleitungen 110-1 bis 110-3. Ein Motor 200 ist in der Nähe der Signalleitung 110-1 angeordnet und ein Motor 300 ist in der Nähe der Signalleitung 110-3 angeordnet.
Hier sind Rauschenanalysevorrichtungen 1-1 bis 1-3 den Signalleitungen 110-1 bis 110-3 (den Eingabesignalen IN1 bis IN3) zugeordnet. Die Rauschenanalysevorrichtungen 1-1 bis 1-3 erzeugen Rauscheninformationen SN1 bis SN3 über die Eingabesignale IN1 bis IN3, sowie dies in 10 gezeigt ist. Eine Rauschquellenidentifikationsvorrichtung 120 empfängt die Rauscheninformationen SN1 bis SN3 von den Rauschenanalysevorrichtungen 1-1 bis 1-3 und identifiziert eine Rauschquelle basierend auf den Rauscheninformationen SN1 bis SN3.
Wenn beispielsweise ein der Signalleitung 110-1 zugeordnetes, detektiertes Rauschen (das Eingabesignal IN1) das größte Rauschen ist und ein der Signalleitung 110-3 zugeordnetes, detektiertes Rauschen (das Eingabesignal IN3) das kleinste Rauschen ist, identifiziert die Rauschquellenidentifikationsvorrichtung 120 den Motor 200 als die Rauschquelle. Andererseits, wenn das die Signalleitung 110-3 zugeordnete, detektierte Rauschen (das Eingabesignal IN3) das größte Rauschen ist und das der Signalleitung 110-1 zugeordnete, detektierte Rauschen (das Eingabesignal IN1) das kleinste Rauschen ist, identifiziert die Rauschquellenidentifikationsvorrichtung 120 den Motor 300 als die Rauschquelle.
Nachdem die Rauschquelle identifiziert ist, können Gegenmaßnahmen gegen das Rauschen einfach vorgenommen werden, beispielsweise indem ein Verkabelungsverlauf in der Nähe der identifizierten Rauschquelle verändert wird. Auf diese Weise ist es durch eine effektive Nutzung der Rauscheninformationen möglich, dass die Gegenmaßnahmen gegen das Rauschen zu einem stabilen Systembetrieb beitragen können.
Die in 15 gezeigten Rauschenanalysevorrichtungen 1-1 bis 1-3 und die Rauschquellenidentifikationsvorrichtung 120 bilden zusammen ein „Rauschquellenidentifikationssystem”.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann durch Fachleute geeignet modifiziert werden, ohne über den Umfang der vorliegenden Erfindung hinauszugehen.
Bezugszeichenliste

1, 1-1 bis 1-3: Rauschenanalysevorrichtung
10, 10-1 bis 10-4: Digitalfilter
11: D-Flipflop
12: UND-Schaltung
13: ODER-Schaltungnegativer Logik
14: RS-Flipflop
20: Verzögerungsschaltung
20-1, 20-2, 20-3: Verzögerungselement
30: Rauschenanalyseeinheit
30': Mikrocomputer
40: Rauschendetektionseinheit
41: UND-Schaltung
42: ODER-Schaltung
43: EXKLUSIV-ODER-Schaltung
50: Zähler
60: Prüfeinheit
70: Wellenformanalyseeinheit
80: einstellbarer Digitalfilter
100: Eingabeeinheit
110-1 bis 110-3: Signalleitungen
120: Rauschquellenidentifikationssystem
200: Motor
300: Motor
CLK, CLK1 bis CLK4, CLK-A, CLK-B: Taktsignal
CONF: Konfigurationssignal
FT-A, FT-B: Filterdauer
IN, IN1 bis IN3: Eingabesignal
OUT, OUT1 bis OUT4, OUT-A, OUT-B: Ausgabesignal
SD: Rauschendetektionssignal
SF: Rauschenhäufigkeitssignal
SM: Rauschendauersignal
SN, SN1 bis SN3: Rauscheninformation

Claims

Eine Rauschenanalysevorrichtung, umfassend: mehrere Digitalfilter, welche jeweils unterschiedliche Filtercharakteristiken haben und ein selbes Eingabesignal filtern, um mehrere Ausgabesignale auszugeben; und eine Rauschenanalyseeinheit, welche basierend auf den mehreren Ausgabesignalen die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rauschen in dem Eingabesignal detektiert, wobei die Rauschenanalyseeinheit die Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschens in dem Eingabesignal darauf basierend detektiert, ob oder ob nicht Werte der mehreren Ausgabesignal miteinander übereinstimmen.
Die Rauschenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Verzögerungsschaltung, welche zwischen den mehreren Digitalfiltern und der Rauschenanalyseeinheit angeordnet ist, zum Reduzieren einer Differenz in einer Signalverzögerung zwischen den mehreren Digitalfiltern.
Die Rauschenanalysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filtercharakteristiken Filterdauern sind.
Die Rauschenanalysevorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Filterdauern der mehreren Digitalfilter stufenartig voneinander verschieden sind.
Die Rauschenanalysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filtercharakteristiken Schwellenwerte für das Eingabesignal sind.
Die Rauschenanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rauschenanalyseeinheit basierend auf der Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschens in dem Eingabesignal eine Häufigkeit des Auftretens des Rauschens in dem Eingabesignal berechnet.
Die Rauschenanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rauschenanalyseeinheit basierend auf der Anwesenheit oder Abwesenheit des Rauschens in dem Eingabesignal eine Dauer des Rauschens in dem Eingabesignal detektiert.
Die Rauschenanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Rauschenanalyseeinheit die mehreren Ausgabesignals vergleicht, um eine Rauscheninformation über eine Wellenform des detektierten Rauschens zu erhalten.
Ein elektronisches Gerät, umfassend: die Rauschenanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und einen einstellbaren Digitalfilter, dessen Filtercharakteristik einstellbar ist und welchem das Eingabesignal eingegeben wird, wobei die Rauschenanalyseeinheit die mehreren Ausgabesignale vergleicht, um aus den mehreren Digitalfiltern einen Digitalfilter zu identifizieren, der fähig ist, das Rauschen zu entfernen, und die Filtercharakteristik des einstellbaren Digitalfilter basierend auf der Filtercharakteristik des identifizierten Digitalfilters einstellt.
Ein Rauschquellenidentifikationssystem, umfassend: die Rauschenanalysevorrichtung nach Anspruch 8; mehrere Signalleitungen, welche mit der Rauschenanalysevorrichtung verbunden sind; und eine Rauschquellenidentifikationsvorrichtung, welche eine Rauschquelle basierend auf der Rauscheninformation betrefend die mehreren Signalleitungen identifiziert.