JP2001343408A - 信号強度検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広いダイナミックレンジを持つ雑音性入力信号
の強度検出の精度及び桁数を、入力レベルの高低に関わ
らず確保することができる信号強度検出器を提供する。 【解決手段】Ａ／Ｄ変換器の入力信号に対する参照電圧
の上限値を制御することにより、低入力信号レベルに対
しても強度検出データの桁数を確保すると同時に、減衰
器の動作及び参照電圧の設定値に応じた補正を行うこと
により、信号強度データそのものを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号強度検出器に
関し、特に広いダイナミックレンジと雑音性の振幅確率
分布をもつ入力信号に対して高精度な強度データを取得
する信号強度検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の信号強度検出器の一例が
特開平７−２６０８３５号公報に開示されている。この
信号強度検出器では、入力アナログ信号を減衰器で減衰
し、その出力をプリアンプで増幅し、増幅出力を乗算器
で二乗する。得られた二乗出力からローパスフイルタに
より高周波成分を除去し、低域成分（ＤＣ成分）を取り
出す。この出力はＡＤ変換器６のアナログ入力レンジの
最大幅と略同一のレベルまでプリスケーラにより増幅さ
れた後、ＡＤ変換器によりクロック信号の周期毎にプリ
スケーラの出力をディジタルデータに変換される。この
変換後のディジタルデータを加算器で順次加算する。

【０００３】また、上記従来の信号強度検出器は、加算
器の加算結果の上位の所定ビットのディジタルデータと
予め設定された基準値である信号強度設定値とを比較
し、この比較結果に応じてプリアンプに入力される入力
アナログ信号を減衰させている。比較動作の結果、減衰
器で滅衰動作が行われる場合は、その旨を示す１ビット
の情報である動作情報を出カする。そして、加算器の加
算結果の上位の所定ビットのディジタルデータと上記動
作情報とが検出器の信号強度データとして出カされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の信号強度検出器は、高入力レベルの信号に対し
ては、減衰器の動作により適性なレベルでＡ／Ｄ変換動
作が行われるが、低入力レベルの信号についてはＬＳＢ
側の２〜３ビット以下のみでしか検出レベルが表現され
ない。したがって、低入力レベルの信号に対して十分な
検出桁数が確保出来ないことである。

【０００５】また、得られた信号強度データはＡ／Ｄ変
換器の出力データの加算器による加算結果及び減衰器が
働いたか否かを知らせるデータから構成されているた
め、得られた信号強度データがそのまま使用可能なデー
タとはならない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、広いダイナミッ
クレンジを持つ雑音性入力信号の強度検出の精度及び桁
数を、入力レベルの高低に関わらず確保することができ
る信号強度検出器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による信号強度検出器は、次のような特徴的
な構成を採用している。

【０００８】（１）入力信号を所定の減衰量で減衰し、
減衰された信号からＤＣ成分を取り出し、取り出された
ＤＣ成分Ａ／Ｄ変換し、得られたデジタルデータに基づ
いて前記所定の減衰量を制御し、前記Ａ／Ｄ変換の際に
用いる参照電圧を選択するとともに、前記制御された減
衰量に対応する乗算または除算して信号強度データとし
て出力する信号強度検出器。

【０００９】（２）前記入力信号はガウス分布に従う振
幅確率分布をもつ雑音性の入力信号である上記（１）の
信号強度検出器。

【００１０】（３）前記ガウス分布に従う振幅確率分布
をもつ雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰
量を制御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ／Ｄ変換
器の参照電圧の上限値を切り替える上記（１）の信号強
度検出器。

【００１１】（４）入力信号レベルを減衰させ、その減
衰量が可変な減衰器と、前記減衰器からの出力信号を増
幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号を
自乗するアナログ乗算器と、自乗された信号からＤＣ成
分のみを取り出す低域通過フィルタと、取り出されたＤ
Ｃ信号を必要なレベルに増幅する第２の増幅器と、前記
第２の増幅器の出力信号を量子化するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器に対する複数の参照電圧を発生する参
照電圧発生部と、前記参照電圧の中から前記Ａ／Ｄ変換
器の参照電圧の上限値を選択するアナログマルチプレク
サと、前記Ａ／Ｄ変換器の出力データを一定期間加算す
る加算器と、前記加算器の出力結果をもとに前記減衰器
の減衰量を制御するとともに、前記アナログマルチプレ
クサに対し前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値として
最適なものを選択するための選択信号を出力するレンジ
調整判断部と、前記加算器の加算結果を、前記レンジ調
整判断部からの命令にしたがって乗算又は除算する乗除
演算部と、を備えて成る信号強度検出器。

【００１２】（５）前記入力信号はガウス分布に従う振
幅確率分布をもつ雑音性の入力信号である上記（４）の
信号強度検出器。

【００１３】（６）前記減衰器は、雑音入力信号に対し
前記レンジ調整判断部からの命令により選択された減衰
量を与えることにより、前記増幅器及びアナログ乗算器
がリニア動作を保証された入力範囲内に限定させる上記
（５）の信号強度検出器。

【００１４】（７）前記レンジ調整判断部は、内部に設
定された信号強度検出値を前記加算器により集計された
値と比較する上記（４）の信号強度検出器。

【００１５】（８）前記レンジ調整判断部は、最初、前
記第１の増幅器及びアナログ乗算器がリニア動作する上
限となる雑音信号入力の強度検出値を比較用の設定値と
し、前記入力信号レベルがこのしきい値を超えると、前
記減衰器に対し所定の減衰量を与えると同時に前記乗除
演算部に対して前記与えられた減衰量に対応する演算命
令を出力し、以下、同様に前記入力信号レベルがしきい
値を超える毎に前記減衰器及び乗除演算部に補正動作の
指令を行う上記（４）の信号強度検出器。

【００１６】（９）前記ガウス分布に従う振幅確率分布
をもつ雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰
器の減衰量を制御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ
／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を切り替える上記（４）
の信号強度検出器。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による信号強度検出
器の好適実施形態例について図１及び図２を参照して詳
細に説明する。

【００１８】図１に示すように、本発明による信号強度
検出器は、雑音入力信号レベルを減衰させ、その減衰量
が可変な減衰器１と、減衰器１からの出力信号をアナロ
グ乗算器３へ入力前に増幅する増幅器２と、入力信号を
自乗するアナログ乗算器３と、自乗された信号のＤＣ成
分のみを取り出すための低域通過フィルタ４と、得られ
たＤＣ信号をＡ／Ｄ変換器８に入力させる必要なレベル
に増幅する高精度増幅器５と、増幅器５の出力信号を量
子化するＡ／Ｄ変換器８と、Ａ／Ｄ変換器８の参照電圧
発生部（参照電圧１からＮを発生する）６と、この参照
電圧の中からＡ／Ｄ変換器８の参照電圧の上限値を選択
するアナログマルチプレクサ７と、Ａ／Ｄ変換器８の出
力データを加算する加算器９と、加算器９の出力結果を
もとに入力信号に対する減衰量を選択する信号又は参照
電圧の選択信号及び演算命令信号を出力するレンジ調整
判断部１０と、加算器９の加算結果を、レンジ調整判断
部１０からの命令にしたがって乗算又は除算する乗除演
算部１１から構成される。

【００１９】減衰器１は、雑音入力信号に対しレンジ調
整判断部１０からの命令により選択された減衰量を与え
ることにより、増幅器２及びアナログ乗算器３がリニア
動作を保証された入力範囲内に限定させる。また、参照
電圧発生部６及びアナログマルチプレクサ７は、低入力
信号レベルに対し強度データの桁数を確保させる効果を
持つ。

【００２０】減衰器１は、複数の減衰要素から成り、外
部からの選択信号に応じて必要な減衰量がかけられる構
成となっている。レンジ調整判断部１０は、減衰器１に
対し増幅器２及びアナログ乗算器３がリニア領域で動作
するために必要な減衰量を与えるよう選択信号を出力す
る。

【００２１】雑音入力信号は、アナログ乗算器３により
自乗処理された後低域通過フィルタ４によりＤＣ成分が
取り出された後、高精度増幅器５によりＡ／Ｄ変換器８
の入力範囲に合ったレベルに増幅される。参照電圧発生
部６は、Ｎ個の参照電圧（１からＮ）を発生し、これら
のうち一つの参照電圧がアナログマルチプレクサ７に入
力される。レンジ調整判断部１０は、アナログマルチプ
レクサ７に対しＡ／Ｄ変換器８の参照電圧の上限値とし
て最適なものを選択するための選択信号をアナログマル
チプレクサ７に出力する。Ａ／Ｄ変換器８は、高精度増
幅器５の出力信号をＡ／Ｄ変換し、その変換データを加
算器９に出力する。

【００２２】加算器９は、Ａ／Ｄ変換器８により得られ
たデジタルデータを一定期間加算した後、その結果をレ
ンジ調整判断部１０及び乗除演算部１１に送出する。レ
ンジ調整判断部１０は、内部に設定された信号強度検出
値を加算器９により集計された値と比較する。レンジ調
整判断部１０は、最初、増幅器２及びアナログ乗算器３
がリニア動作する上限となる雑音信号入力の強度検出値
を比較用の設定値とする。入力信号レベルがこのしきい
値を超えると、レンジ調整判断部１０は、減衰器１に対
し選択信号を出力することにより、入力信号に強度値換
算で６ｄＢの減衰量を与えると同時に乗除演算部１１に
対して２倍の演算命令を出力する。この状態で、入力信
号レベルが上述のしきい値を超えると、レンジ調整判断
部１０は、減衰器１に対し１２ｄＢの減衰量を与ると同
時に乗除演算部に対して４倍の演算命令を出力する。以
下、同様に入力信号レベルがしきい値を超える毎に減衰
器１及び乗除演算部１１に補正動作の指令を行う。入力
信号レベルが低下する場合は、参照電圧を切り替えると
同時に除算による補正を行う。

【００２３】次に、本発明の他の実施形態として太陽電
波の強度を周期的に検出する場合を図面を参照しながら
説明する。

【００２４】図２は、太陽電波の信号強度を一定周期毎
に検出する場合の全体構成図である。本実施例における
構成要素は、図１に示す構成と同様な構成を有する信号
強度検出器、クロック発生部３１、基準トリガ発生部３
２及び検出周期計測部３３となる。

【００２５】本実施形態における信号強度検出器の検出
周期は、クロック発生部３１から発生するクロック信号
をカウントすることにより基準トリガ発生部３２から発
生するトリガ信号を基に検出周期計測部３３によって作
り出される。信号強度検出器内の減衰器１１は、６ｄ
Ｂ、１２ｄＢの減衰量及び減衰機能なしの状態がレンジ
調整判断部２０により設定可能となっている。

【００２６】雑音信号入力としての入力太陽電波は、減
衰器１１、増幅器１２、アナログ乗算器１３、低域通過
フィルタ１４、高精度増幅器１５を経てＡ／Ｄ変換器１
８に入る。アナログマルチプレクサ１７には、３種類の
参照電圧１６（参照電圧１〜３）を入力しレンジ調整判
断部２０からの参照電圧選択信号に従い選択された参照
電圧をＡ／Ｄ変換器１８に出力する。参照電圧１は初期
設定値であり、Ａ／Ｄ変換器１８のアナログ入力電圧範
囲の上限及び下限をカパーする値に設定される。参照電
圧２は、その半値に、参照電圧３は更にその半値に設定
される。

【００２７】Ａ／Ｄ変換器１８は、設定された参照電圧
に従い量子化を行いそのデータを加算器１９に出力する
と、加算器１９は検出周期計測部３３が周期を計測して
いる間加算を続け、その結果をレンジ調整判断部２０及
び乗除演算部２１に出力する。

【００２８】乗除演算部２１は、加算器１９から受け取
ったデータを２倍、４倍する乗算機能と、１／２、１／
４とする除算機能とを持つ。検出周期計測部３３は、加
算結果が上記に出力されると同時に加算器１９をリセッ
トする。

【００２９】レンジ調整判断部２０は、最初、入力信号
に対して増幅器１２及びアナログ乗算器１３がリニア動
作する上限となる強度検出値を比較用の設定値とする。
入力信号レベルがこのしきい値を超えると、レンジ調整
判断部２０は、減衰器１１に対し選択信号を出力し入力
信号に強度換算で６ｄＢの減衰量を与えると同時に乗除
演算部２１に対して２倍の演算命令を出力する。この状
態で、入力信号レベルが上述のしきい値を超えると、レ
ンジ調整判断部２１は減衰器に対し１２ｄＢの減衰量を
与えると同時に４倍の演算命令を出力する。入力信号が
小さく、加算器のデータ桁数の上位から半数が０となっ
た場合は、レンジ調整判断部２１によってアナログマル
チプレクサ１７が参照電圧２を選択すると共に、乗除演
算部に÷２の演算命令が出力される。この状態で、入力
信号レベルが更に低下し加算器のデータ桁数の上位から
半数が０となった場合は参照電圧３及び÷４の演算命令
が選択される。

【００３０】以上、本発明の信号強度検出器の好適実施
形態例を説明したが、これは単なる例示にすぎず、特定
用途に応じて種々の変形変更が可能であること勿論であ
る。

【００３１】

【発明の効果】上述の如く、本発明の信号強度検出器に
よれば以下のような顕著な効果が得られる。

【００３２】すなわち、本発明の信号強度検出器は、低
入力信号に対してＡ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を制
御しているので、広いダイナミックレンジにわたる信号
強度検出精度を向上させることができる。

【００３３】また、信号強度データそのものが本検出器
より取り出せるため従来必要だった後処理が不要になる
ことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による信号強度検出器の一実施形態の構
成ブロック図である。

【図２】本発明による信号強度検出器の他の実施形態の
構成ブロック図である。

【符号の説明】

１、１１ 減衰器 ２、１２ 増幅器 ３、１３ アナログ乗算器 ４、１４ 低域通過フィルタ ５、１５ 高精度増幅器 ６、１６ 参照電圧部 ７、１７ アナログマルチプレクサ ８、１８ Ａ／Ｄ変換器 ９、１９ 加算器 １０、２０ レンジ調整判断部 １１、２１ 乗除演算部 ３１ クロック発生部 ３２ 基準トリガ発生部 ３３ 検出周期計測部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を所定の減衰量で減衰し、減衰さ
   れた信号からＤＣ成分を取り出し、取り出されたＤＣ成
   分Ａ／Ｄ変換し、得られたデジタルデータに基づいて前
   記所定の減衰量を制御し、前記Ａ／Ｄ変換の際に用いる
   参照電圧を選択するとともに、前記制御された減衰量に
   対応する乗算または除算して信号強度データとして出力
   することを特徴とする信号強度検出器。
2. 【請求項２】前記入力信号はガウス分布に従う振幅確率
   分布をもつ雑音性の入力信号であることを特徴とする請
   求項１に記載の信号強度検出器。
3. 【請求項３】前記ガウス分布に従う振幅確率分布をもつ
   雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰量を制
   御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ／Ｄ変換器の参
   照電圧の上限値を切り替えることを特徴とする請求項１
   に記載の信号強度検出器。
4. 【請求項４】入力信号レベルを減衰させ、その減衰量が
   可変な減衰器と、 前記減衰器からの出力信号を増幅する第１の増幅器と、 前記第１の増幅器の出力信号を自乗するアナログ乗算器
   と、 自乗された信号からＤＣ成分のみを取り出す低域通過フ
   ィルタと、 取り出されたＤＣ信号を必要なレベルに増幅する第２の
   増幅器と、 前記第２の増幅器の出力信号を量子化するＡ／Ｄ変換器
   と、 前記Ａ／Ｄ変換器に対する複数の参照電圧を発生する参
   照電圧発生部と、 前記参照電圧の中から前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上
   限値を選択するアナログマルチプレクサと、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力データを一定期間加算する加算
   器と、 前記加算器の出力結果をもとに前記減衰器の減衰量を制
   御するとともに、前記アナログマルチプレクサに対し前
   記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値として最適なものを
   選択するための選択信号を出力するレンジ調整判断部
   と、 前記加算器の加算結果を、前記レンジ調整判断部からの
   命令にしたがって乗算又は除算する乗除演算部と、を備
   えて成ることを特徴とする信号強度検出器。
5. 【請求項５】前記入力信号はガウス分布に従う振幅確率
   分布をもつ雑音性の入力信号であることを特徴とする請
   求項４に記載の信号強度検出器。
6. 【請求項６】前記減衰器は、雑音入力信号に対し前記レ
   ンジ調整判断部からの命令により選択された減衰量を与
   えることにより、前記増幅器及びアナログ乗算器がリニ
   ア動作を保証された入力範囲内に限定させることを特徴
   とする請求項５に記載の信号強度検出器。
7. 【請求項７】前記レンジ調整判断部は、内部に設定され
   た信号強度検出値を前記加算器により集計された値と比
   較することを特徴とする請求項４に記載の信号強度検出
   器。
8. 【請求項８】前記レンジ調整判断部は、最初、前記第１
   の増幅器及びアナログ乗算器がリニア動作する上限とな
   る雑音信号入力の強度検出値を比較用の設定値とし、前
   記入力信号レベルがこのしきい値を超えると、前記減衰
   器に対し所定の減衰量を与えると同時に前記乗除演算部
   に対して前記与えられた減衰量に対応する演算命令を出
   力し、以下、同様に前記入力信号レベルがしきい値を超
   える毎に前記減衰器及び乗除演算部に補正動作の指令を
   行うことを特徴とする請求項４に記載の信号強度検出
   器。
9. 【請求項９】前記ガウス分布に従う振幅確率分布をもつ
   雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰器の減
   衰量を制御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ／Ｄ変
   換器の参照電圧の上限値を切り替えることを特徴とする
   請求項４に記載の信号強度検出器。