JP2004179951A - 時間電圧変換器及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】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及び方法を提供する。
【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
【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
【０００１】
【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
【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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|---|---|---|---|
| JP2002343592A JP3945389B2 (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 時間電圧変換器及び方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015185856A (ja) * | 2014-03-20 | 2015-10-22 | サンケン電気株式会社 | 時間電圧変換器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53110577A (en) * | 1977-03-09 | 1978-09-27 | Hitachi Ltd | Time-voltage converting circuit |
| JPS5997077A (ja) * | 1982-11-25 | 1984-06-04 | Horiba Ltd | 時間電圧変換器 |
| JPH08220261A (ja) * | 1995-02-09 | 1996-08-30 | Koden Electron Co Ltd | 時間測定装置の校正方法及びこの校正方法を利用した時間測定装置、距離測定装置 |
| JP2001141853A (ja) * | 1999-11-11 | 2001-05-25 | Communication Research Laboratory Mpt | タイムインターバルカウンタ装置 |
| JP2004117356A (ja) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | General Electric Co <Ge> | 時間・電圧変換器 |
-
2002
- 2002-11-27 JP JP2002343592A patent/JP3945389B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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| JPS53110577A (en) * | 1977-03-09 | 1978-09-27 | Hitachi Ltd | Time-voltage converting circuit |
| JPS5997077A (ja) * | 1982-11-25 | 1984-06-04 | Horiba Ltd | 時間電圧変換器 |
| JPH08220261A (ja) * | 1995-02-09 | 1996-08-30 | Koden Electron Co Ltd | 時間測定装置の校正方法及びこの校正方法を利用した時間測定装置、距離測定装置 |
| JP2001141853A (ja) * | 1999-11-11 | 2001-05-25 | Communication Research Laboratory Mpt | タイムインターバルカウンタ装置 |
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