JP2005005907A - Signal processor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号処理装置に係り、特に、アナログ信号に重畳するノイズを除去する装置として好適な信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば特開2000−91923号公報に開示されるように、アナログ信号に重畳したノイズを除去するための装置が知られている。この装置は、アナログ信号をディジタル信号に変換するA/Dコンバータを備えている。また、この装置は、上記の如く生成されたディジタル信号に重畳しているノイズのレベルを検出する回路と、そのレベルに応じて上記のディジタル信号の下位数ビットを切り捨てる回路とを備えている。
【0003】
上記従来の装置は、下位ビットの切り捨て後に残存している上位ビットの信号を切り捨て以前のビット数の信号に再生し、その再生後の信号をアナログ化して出力する。このような処理によれば、入力信号(アナログ信号)に重畳していたノイズ成分を、A/D変換後にディジタル信号の下位数ビットを切り捨てるという手法で除去することができる。このため、上記従来の装置によれば、ノイズの重畳したアナログ信号から、ノイズ成分を含まない信号成分のみを有効に抽出することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−91923号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しなしながら、A/Dコンバータにより生成されるディジタル信号の下位ビットが切り捨てられるとすれば、A/Dコンバータの有する分解能を、信号処理の段階で有効に利用することができない。換言すると、そのような手法を用いる場合には、信号処理の段階で要求される分解能を超える分解能を予めA/Dコンバータに与えておくことが必須となる。このため、上記従来の装置は、アナログ信号からノイズを除去するうえでは有用であるものの、所望の信号処理を実現するうえでは不必要なレベルの仕様(分解能)をA/Dコンバータに要求するものであった。
【0006】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、実行すべき信号処理の内容に対して過剰な分解能を有するA/Dコンバータを用いることなく、入力信号からノイズ成分を有効に除去することのできる信号処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、上記の目的を達成するため、信号処理装置であって、
アナログ信号をnビットのディジタル信号に変換するA/Dコンバータと、
前記nビットのディジタル信号に所定数αの下位ビットを加えてn+αビットの下位データ付与信号を生成する下位データ付与手段と、
前記下位データ付与信号になまし処理を施して、n+αビットのなまし信号を生成するなまし処理手段と、
前記なまし信号の下位αビットを切り捨ててnビットの下位データ切り捨て信号を生成する下位データ切り捨て手段と、
を備えることを特徴とする。
【0008】
また、第2の発明は、第1の発明において、前記なまし処理手段は、最新の下位データ付与信号と前回のなまし信号との差の所定比率分を前回のなまし信号に加えることにより最新のなまし信号を生成することを特徴とする。
【0009】
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記アナログ信号は、センサ素子の出力電圧であり、
前記A/Dコンバータは、所定のサンプリングタイミング毎に前記アナログ信号をサンプリングし、
前記サンプリングタイミングと干渉しないように前記センサ素子に対してインピーダンス計測用電圧を印加する電圧印加手段と、
前記インピーダンス計測用電圧の印加時に前記センサ素子のインピーダンス測定を行うインピーダンス測定手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0010】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の信号処理装置の制御ロジックを説明するためのブロック図である。図1に示すように、本実施形態の信号処理装置は、A/Dコンバータ10を備えている。A/Dコンバータ10は、入力端子12に供給されるアナログ信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、その信号をnビットのディジタル信号Sanに変換して出力する機能を有している。
【0011】
A/Dコンバータ10により生成されたnビットのディジタル信号は、下位データ付与回路14に供給される。下位データ付与回路14は、上記のディジタル信号Sanに、所定数αの下位ビットを加えることにより、n+αビットの下位データ付与信号San+αを生成する。以下、説明の便宜上、下位データ付与回路14によって付与されるビット数αは「2」であるものとし、下位データ付与信号は、San+2と表すものとする。下位データ付与信号San+2は、具体的には、ディジタルデータSanが「*****」(*はビット)である場合に、その下位に2つのビット(0)を加えた値「*****00」である。
【0012】
下位データ付与回路14により生成された下位データ付与信号San+2は、なまし回路16に供給される。なまし回路16は、上記のサンプリング周期と同期して下位データ付与信号San+2の供給を受ける毎に、n+2ビットのなまし信号Scn+2を生成する回路である。なまし回路16は、除算回路18、ディレイ回路20、および帰還回路22を備えている。除算回路18は、下位データ付与信号San+2を、なまし定数Aで除するための回路である。ディレイ回路20は、前回のサンプリングタイミングにおいて算出されたなまし信号Sbn+2を記憶しておくための回路である。また、帰還回路22は、サンプリング周期と同期して新たな下位データ付与信号San+2が供給される毎に、新たななまし信号Scn+2に反映させるべく、前回のなまし信号Sbn+2の値を所定の比率(1−1/A)で帰還させるための回路である。なまし回路16によれば、下位データ付与信号San+2が新たに供給された場合に、前回のなまし信号Sbn+2、およびなまし定数Aを用いて、次式で示されるなまし信号Scn+2を新たに生成することができる。
Scn+2=Sbn+2+(San+2−Sbn+2)/A ・・・(1)
【0013】
なまし回路16で生成されたn+2ビットのなまし信号Scn+2は、下位データ切り捨て回路24に供給される。下位データ切り捨て回路24は、なまし信号Scn+2の下位2ビットを切り捨てることにより、下位データ切り捨て信号Scnを生成するための回路である。ここで、下位データ切り捨て信号Scnは、A/Dコンバータ10により生成されるディジタル信号Sanと同様にnビットの信号である。
【0014】
図2は、図1に示す信号処理装置において、信号の処理が進められる過程で生ずるビット数の変化を説明するための図である。図1に示す信号処理装置において、個々の回路が上記の手法で信号処理を行う場合、そこで処理される信号の形は、図2に示すように変化する。すなわち、図2(A)に示すようにA/Dコンバータ10により生成されるディジタル信号Sanが10ビットのデータSa10で有る場合、下位データ付与回路14では、図2(B)に示す通り、Sa10の下位に2つの00を備える12ビットの下位データ付与信号Sa12が生成される。
【0015】
なまし回路16では、前回得られた12ビットのなまし信号Sb12と、今回得られた下位データ付与信号Sa12とを用いて上記(1)式に沿った演算が行われ、その結果、図2(C)に示すような12ビットのなまし信号Sc12が生成される。ここで、図2(C)は、上記(1)式に従ったなまし処理が実行された結果、下位2ビットに「1」「0」を有するなまし信号Sc12が生成された例を示している。なまし信号Sc12の下位2ビットは、図2(C)に示す状態を含めて4つの状態を採ることができる。つまり、なまし信号Sc12は、10ビットのディジタル信号Sa10に追従しつつ、その信号Sa10に比して緩やかに変化する信号であり、かつ、その変化をSa10の4倍の分解能で表すことのできる信号である。
【0016】
図2(D)に示すように、下位データ切り捨て回路24では、なまし信号Sc12の下位2ビットが切り捨てられることにより、なましSc12の上位10ビットと等しい下位データ切り捨て信号Sc10が生成される。下位データ切り捨て信号Sc10によれば、なまし信号Sc12に表れる傾向のうち、大きな傾向のみを抜き出して表すことができる。
【0017】
A/Dコンバータ10に入力されるアナログ信号には、その信号が搬送すべき情報に応じた比較的緩やかな変化と、ノイズに起因する急峻な変化とが含まれている。このため、そこで生成されるディジタル信号Sa10も、伝達すべき緩やかな変化と、伝達する必要のない急峻な変化とが重畳したものとなる。ディジタル信号Sa10に表れる緩やかな変化は、ある程度のディレイを伴ってなまし信号Sc12に大きな変化を生じさせる。このため、その変化は、なまし信号Sc12の上位ビットの値にも反映されることとなり、下位データ切り捨て信号Sc10によって取り出すことができる。一方、ディジタル信号Sa10に重畳する急峻な変化は、なまし処理の結果として小さな割合でなまし信号Sc12に反映されることとなり、その下位ビットの値のみに反映され難い。このため、なまし信号Sc12の下位ビットを切り捨てると、その急峻な変化の影響を多分に除去することができる。従って、上記の手順で生成される下位データ切り捨て信号Sc10によれば、アナログ信号に重畳していたノイズ成分を除去して、その信号に含まれていた情報に対応する成分のみを抽出することが可能である。
【0018】
以下、図3および図4を参照して、本実施形態の信号処理装置の動作、および効果をより具体的に説明する。
図3(A)は、本実施形態の信号処理装置において処理、或いは生成される信号の変化を例示したものである。具体的には、図中に実線で示す曲線はA/Dコンバータ10に入力されるアナログ信号の波形である。ここでは、ノイズに起因する急峻な変化が2回表れた場合を例示している。「・」および一点鎖線の折れ線は10ビットのディジタル信号Sa10或いは12ビットの下位データ付与信号Sa12を示す。また、「△」はサンプリングタイミング毎に算出されるなまし信号Sc12を示し、「○」および実線の折れ線は下位データ切り捨て信号Sc10を示している。ここで、図3(A)の縦軸に記された3桁の数字は、ディジタル信号Sa10の下位3ビットの値である。
【0019】
図3(A)に示すディジタル信号Sa10(・参照)、それらに対応する下位データ付与信号Sa12、並びに図3(A)に示すなまし信号Sc12(△参照)および下位データ切り捨て信号Sc10(○参照)の値は、それぞれ図3(B)に示すように表すことができる。但し、図3(B)に記された数字は、ディジタル信号Sa10および下位データ切り捨て信号Sc10については下位3ビットの値であり、下位データ付与信号Sa12およびなまし信号Sc12については下位5ビットの数値である。また、これらの数値は、なまし処理に用いられるなまし定数Aを「2」として算出したものである。
【0020】
図3(A)に示すように、アナログ信号をA/D変換しただけのディジタル信号Sa10(一点鎖線の折れ線)には、ノイズの影響が大きく及んでいる。これに対して、下位データ切り捨て信号Sc10(実線の折れ線)は、ノイズに影響されることなく、精度良くアナログ信号の緩やかな変化に追従した変化を示している。
【0021】
図3(A)に示す傾向は、より大きな時間との関係では図4(A)および図4(B)に示すように表すことができる。つまり、本実施形態の信号処理装置によれば、図4(A)に示すようなアナログ信号、つまり、ノイズを含むアナログ信号を処理することにより、図4(B)に示すように、そのアナログ信号の緩やかな変化のみに精度良く追従する下位データ切り捨て信号Scnを生成することができる。そして、本実施形態の装置によれば、A/Dコンバータ10が有する分解能を十分に利用して、つまり、A/Dコンバータ10により生成されるディジタル信号Sanの情報の全てを利用して、その下位データ切り捨て信号Scnを生成することができる。このため、本実施形態の信号処理装置によれば、実行すべき信号処理の内容に対して過剰な分解能を有するA/Dコンバータを用いることなく、入力信号からノイズ成分を有効に除去することができる。
【0022】
次に、本実施形態の信号処理装置を、車載用の酸素センサの制御装置に適用した場合について説明する。
図5は、本実施形態の信号処理装置を内蔵する制御装置が、酸素センサ30を駆動するために備えている回路の概要を説明するための回路図である。酸素センサ30は、内燃機関の排気通路中、例えば触媒の上流に配置される。この場合、酸素センサ30は、触媒に流れ込む排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発生する。酸素センサ30は、被検出ガス中の酸素濃度(酸素の有無)に応じた電圧を発生する起電力式のセンサであり、等価的には、図5に示すように、起電力成分と抵抗成分とで表すことができる。
【0023】
図5に示すように、図5に示す回路は、酸素センサ30と並列に配置された抵抗32を有している。酸素センサ30および抵抗32は、何れもその一端が接地されていると共に、その他端がA/Dポート34に接続されている。また、酸素センサ30には、更に、抵抗36を介してスイッチング素子38が接続されている。スイッチング素子38は、制御ポート40の電位に応じてオン・オフする素子であり、そこには電源電圧が供給されている。
【0024】
酸素センサ30は、素子温度が活性温度に達することにより被検出ガス中の酸素濃度に応じた出力を発生する。また、酸素センサ30の出力特性は、温度に対して依存性を有している。このため、酸素センサ30に被検出ガス中の酸素濃度に応じた出力を安定に発生させるためには、センサ素子温を一定の活性温度に維持することが必要である。
【0025】
ここで、酸素センサ30のセンサ素子温は、センサ素子のインピーダンスと相関を有している。従って、センサ素子のインピーダンスが検知できれば、センサ素子温を検知することができ、その結果、センサ素子温を目標の活性温度に制御することが可能となる(例えばヒータ制御による)。このような理由により、酸素センサ30の制御装置に対しては、酸素センサ30の発する電圧を検出する機能と、酸素センサ30のインピーダンスを検出する機能とが要求される。
【0026】
図5に示す回路は、所定の測定周期で酸素センサ30のインピーダンスを測定する。そして、その測定が要求されない期間中は、スイッチング素子38をオフ状態とする。図5に示す回路において、酸素センサ30と並列に配置された抵抗32は、酸素センサ30のインピーダンスに比して十分に大きな値を有している。このため、スイッチング素子38がオフである間は、A/Dポート34に酸素センサ30の出力電圧が表れる。従って、この期間中は、A/Dポート34の電位を見ることで、酸素センサ30の出力を検知する機能を実現することができる。
【0027】
図5に示す回路は、酸素センサ30のインピーダンスを測定する際には、スイッチング素子38を一時的にオンとする。スイッチング素子38がオンとされると、酸素センサ30には、抵抗36を介して電源電圧が印加される。この際、酸素センサ30には、抵抗36を流れるのと同じ電流Iが流通する。この電流Iは、例えば、抵抗36の前後で生ずる電圧降下値ΔVを検知し、その値ΔVを抵抗36のインピーダンスR(既知)で除することによりI=ΔV/Rとして求めることができる。そして、この場合、酸素センサ30のインピーダンスRsは、例えば、A/Dポート34の電位Vを上記の電流Iで除することによりRs=V/Iとして求めることができる。このように、図5に示す回路によれば、スイッチング素子38をオンとすることにより、酸素センサ30のインピーダンスを検知する機能を実現することができる。
【0028】
図6(A)は、図5に示すA/Dポート34に表れる電位の変化を模式的に表した図である。本実施形態の信号処理回路は、図1に示すA/Dコンバータ10が、上記のA/Dポート34に表れる電位を取り込むように、図5に示す回路と組み合わされるものとする。図6(B)は、本実施形態の信号処理装置がそのような組み合わせにおいて生成する一連の下位データ切り捨て信号Scnを示す。
【0029】
図6(A)に示すように、A/Dポート34の電位は、インピーダンスの測定のためにスイッチング素子38がオンされる度に大きく変動する。A/Dコンバータ10によるアナログ信号(A/Dポート34の電圧)のサンプリングタイミングは、そのような大きな変動が表れる時期と重ならないように設定されている。しかしながら、特にインピーダンス測定の直後などは、電圧印加の影響がA/Dポート34の電位に残存し易く、A/Dコンバータ10によりノイズの重畳したアナログ信号が取り込まれ易い。
【0030】
これに対して、本実施形態の信号処理装置は、既述した通りノイズの重畳したアナログ信号がA/Dコンバータ10に入力された場合に、そのノイズの影響を除去し、アナログ信号の情報成分のみを精度良く抽出したディジタル信号を、下位データ切り捨て信号Scnとして生成することができる。このため、本実施形態の信号処理回路を酸素センサ30の制御回路に組み込むことによれば、図6(B)に示すように、インピーダンス測定に伴う電圧印加に影響されることなく、常に精度良く酸素センサ30の出力電圧に対応する信号(下位データ切り捨て信号Scnを得ることができる。
【0031】
ところで、上述した実施の形態1においては、信号処理装置の構成要素が、例えば「下位データ付与回路14」と説明されているが、それらの実現手段はハードウェアに限るものではない。すなわち、信号処理装置の個々の構成要素は、ソフトウェアを利用して実現することとしてもよい。また、上述した実施の形態1では、図5に示す制御回路により駆動されるセンサが酸素センサに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図5に示す制御回路により駆動されるセンサは、酸素センサ30と同様の条件で用いられる空燃比センサや、その他、入力信号にノイズが重畳する如何なるセンサであってもよい。
【0032】
尚、上述した実施の形態1においては、下位データ付与回路14が前記第1の発明における「下位データ付与手段」に、なまし回路16が前記第1の発明における「なまし処理手段」に、下位データ切り捨て回路24が前記第1の発明における「下位データ切り捨て手段」に、それぞれ相当している。また、実施の形態1においては、図5に示す回路が適宜スイッチング素子38をオンとすることにより前記第3の発明における「電圧印加手段」が、また、その際に酸素センサ30のインピーダンスを測定することにより前記第3の発明における「インピーダンス測定手段」が、それぞれ実現されている。
【0033】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第1の発明によれば、A/Dコンバータにより生成されるnビットのディジタル信号を基礎として、n+αビットの下位データ付与信号を生成することができる。そして、その下位データ付与信号になまし処理を施すことで、n+αビットの仮想信号、つまり、なまし信号を生成することができる。なまし信号は、A/Dコンバータにより生成されるディジタル信号より小さな変化幅(高い分解能)で、そのディジタル信号に追従した変化を示す。ディジタル信号の正常な変化はノイズに比して緩やかである。このため、その正常な変化はなまし信号の上位nビットにも反映される。一方、ノイズの影響はなまし信号の上位nビットには表れにくく、その下位αビットにおいて吸収されやすい。本発明において、下位データ切り捨て信号は、なまし信号の下位αビットを切り捨てることにより生成される。このため、下位データ切り捨て信号は、ディジタル信号の正常な変化のみが反映された信号、つまり、ノイズの除去された信号となりやすい。このように、本発明によれば、nビットの分解能を有するA/Dコンバータを用いて、ノイズの除去されたnビットの信号(下位データ切り捨て信号)を生成することができる。
【0034】
第2の発明によれば、A/Dコンバータにより新たなディジタル信号が生成され、そのディジタル信号に対応する最新の下位データ付与信号が生成される毎に、その最新の信号に近づくように最新のなまし信号を生成することができる。
【0035】
第3の発明によれば、センサ素子の出力電圧をサンプリングタイミング毎にアナログ信号として取り込みつつ、適当なタイミングでセンサ素子のインピーダンスを測定することができる。インピーダンス測定の際にはセンサ素子に電圧が印加されるため、その出力電圧にノイズが重畳し易い。本発明においては、センサ素子の出力信号に重畳するノイズが信号処理の過程で有効に除去される。このため、本発明によれば、センサの検出精度を悪化させることなく、センサ素子のインピーダンスを測定する機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の信号処理装置の制御ロジックを説明するためのブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1の信号処理装置において、信号の処理が進められる過程で生ずるビット数の変化を説明するための図である。
【図3】図3(A)は本発明の実施の形態1の信号処理装置において処理、或いは生成される信号の変化を例示した図である。また、図3(B)は図3(A)に示す信号の下位ビットを数値で表した図である。
【図4】本発明の実施の形態1の信号処理装置による信号処理の効果を説明するための図である。
【図5】本発明の実施の形態1の信号処理装置を内蔵する制御装置が、酸素センサを駆動するために備えている回路の概要を説明するための回路図である。
【図6】図6(A)は図5に示すA/Dポートに表れる電位の変化を模式的に表した図である。また、図6(B)は、本発明の実施の形態1の信号処理装置が図6(A)に示す信号を入力として生成する下位データ切り捨て信号Scnの様子を示す図である。
【符号の説明】
10 A/Dコンバータ
14 下位データ付与回路
16 なまし回路
24 下位データ切り捨て回路
30 酸素センサ
San,Sa10 ディジタル信号
San+α,Sa12 下位データ付与信号
Sbn+α,Sb12 前回のサンプリング値に対するなまし信号
Scn+α,Sc12 最新のなまし信号
Scn,Sc10 下位データ切り捨て信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal processing device, and more particularly to a signal processing device suitable as a device for removing noise superimposed on an analog signal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-91923, an apparatus for removing noise superimposed on an analog signal is known. This apparatus includes an A / D converter that converts an analog signal into a digital signal. The apparatus also includes a circuit for detecting the level of noise superimposed on the digital signal generated as described above, and a circuit for truncating the lower-order bits of the digital signal in accordance with the level.
[0003]
The above-described conventional apparatus reproduces the upper bit signal remaining after the lower bit is rounded down to a signal having the number of bits before the round down, and converts the reproduced signal into an analog signal and outputs it. According to such processing, the noise component superimposed on the input signal (analog signal) can be removed by a technique of discarding the lower-order bits of the digital signal after A / D conversion. For this reason, according to the conventional apparatus, only a signal component that does not include a noise component can be effectively extracted from an analog signal on which noise is superimposed.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-91923
[Problems to be solved by the invention]
However, if the lower bits of the digital signal generated by the A / D converter are discarded, the resolution of the A / D converter cannot be used effectively at the signal processing stage. In other words, when such a method is used, it is essential to provide the A / D converter with a resolution exceeding the resolution required in the signal processing stage in advance. For this reason, although the above conventional apparatus is useful for removing noise from an analog signal, it requires an A / D converter to have a specification (resolution) that is unnecessary for realizing desired signal processing. Met.
[0006]
The present invention has been made in view of the above points, and effectively removes noise components from an input signal without using an A / D converter having an excessive resolution with respect to the contents of signal processing to be executed. It is an object of the present invention to provide a signal processing device that can handle the above.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first invention is a signal processing apparatus,
An A / D converter that converts an analog signal into an n-bit digital signal;
Low-order data giving means for adding a predetermined number α of low-order bits to the n-bit digital signal to generate a low-order data giving signal of n + α bits;
An annealing process means for performing an annealing process on the lower data giving signal to generate an n + α-bit annealing signal;
Lower-order data truncation means for truncating the lower α bits of the annealing signal to generate an n-bit lower-order data truncation signal;
It is characterized by providing.
[0008]
In a second aspect based on the first aspect, the smoothing processing means adds a predetermined ratio of the difference between the latest lower-level data giving signal and the previous smoothing signal to the previous smoothing signal. The latest annealing signal is generated.
[0009]
The third invention is the first or second invention, wherein
The analog signal is an output voltage of the sensor element,
The A / D converter samples the analog signal at every predetermined sampling timing,
Voltage application means for applying an impedance measurement voltage to the sensor element so as not to interfere with the sampling timing;
Impedance measuring means for measuring impedance of the sensor element when the impedance measurement voltage is applied;
It is characterized by providing.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0010]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram for explaining the control logic of the signal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the signal processing apparatus of this embodiment includes an A /
[0011]
The n-bit digital signal generated by the A /
[0012]
The lower data application signal San + 2 generated by the lower
Sc n + 2 = Sb n + 2 + (San + 2- Sb n + 2 ) / A (1)
[0013]
The n + 2 bit annealing signal Sc n + 2 generated by the annealing
[0014]
FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the number of bits that occurs in the process of signal processing in the signal processing apparatus shown in FIG. In the signal processing apparatus shown in FIG. 1, when each circuit performs signal processing by the above-described method, the shape of the signal processed there changes as shown in FIG. That is, if there a digital signal Sa n is 10-bit data Sa 10 that are generated by the A /
[0015]
In the
[0016]
As shown in FIG. 2D, the lower
[0017]
The analog signal input to the A /
[0018]
Hereinafter, the operation and effect of the signal processing apparatus according to the present embodiment will be described more specifically with reference to FIG. 3 and FIG. 4.
FIG. 3A illustrates a change in a signal that is processed or generated in the signal processing apparatus of this embodiment. Specifically, a curve indicated by a solid line in the figure is a waveform of an analog signal input to the A /
[0019]
The digital signal Sa 10 (.reference) shown in FIG. 3 (A), the lower-order data application signal Sa 12 corresponding to them, and the annealing signal Sc 12 (see Δ) and the lower-order data truncation signal Sc shown in FIG. The value of 10 (see ○) can be expressed as shown in FIG. However, the numbers shown in FIG. 3B are the values of the lower 3 bits for the digital signal Sa 10 and the lower data truncation signal Sc 10 , and the lower values for the lower data provision signal Sa 12 and the annealing signal Sc 12. It is a 5-bit number. These numerical values are calculated by setting the annealing constant A used for the annealing process as “2”.
[0020]
As shown in FIG. 3A, the influence of noise greatly affects the digital signal Sa 10 (dashed line broken line) obtained by A / D-converting an analog signal. On the other hand, the lower-order data truncation signal Sc 10 (solid broken line) shows a change that accurately follows a gradual change of the analog signal without being affected by noise.
[0021]
The tendency shown in FIG. 3 (A) can be expressed as shown in FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B) in relation to a larger time. That is, according to the signal processing apparatus of the present embodiment, by processing an analog signal as shown in FIG. 4A, that is, an analog signal including noise, as shown in FIG. it is possible to generate the lower data truncation signal Sc n to accurately follow slow changes of the signal only. Then, the apparatus according to the present embodiment, by fully utilizing the resolution included in the A /
[0022]
Next, the case where the signal processing device of the present embodiment is applied to a vehicle oxygen sensor control device will be described.
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining an outline of a circuit provided for driving the
[0023]
As shown in FIG. 5, the circuit shown in FIG. 5 has a
[0024]
The
[0025]
Here, the sensor element temperature of the
[0026]
The circuit shown in FIG. 5 measures the impedance of the
[0027]
The circuit shown in FIG. 5 temporarily turns on the switching
[0028]
FIG. 6A is a diagram schematically showing a change in potential appearing at the A /
[0029]
As shown in FIG. 6A, the potential of the A /
[0030]
On the other hand, the signal processing apparatus according to the present embodiment removes the influence of the noise when the analog signal on which the noise is superimposed is input to the A /
[0031]
By the way, in Embodiment 1 mentioned above, although the component of a signal processing apparatus is demonstrated as the "lower
[0032]
In the first embodiment described above, the lower
[0033]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
According to the first invention, it is possible to generate an n + α-bit lower data giving signal based on an n-bit digital signal generated by the A / D converter. Then, an n + α-bit virtual signal, that is, an annealing signal can be generated by performing an annealing process on the low-order data addition signal. The annealing signal shows a change following the digital signal with a smaller change width (higher resolution) than the digital signal generated by the A / D converter. Normal changes in digital signals are gradual compared to noise. Therefore, the normal change is reflected in the upper n bits of the smoothed signal. On the other hand, the influence of noise hardly appears in the upper n bits of the smoothed signal and is easily absorbed in the lower α bits. In the present invention, the lower data truncation signal is generated by truncating the lower α bits of the smoothing signal. For this reason, the lower-order data truncation signal tends to be a signal in which only a normal change in the digital signal is reflected, that is, a signal from which noise is removed. As described above, according to the present invention, it is possible to generate an n-bit signal (lower data truncation signal) from which noise has been removed, using an A / D converter having an n-bit resolution.
[0034]
According to the second aspect of the invention, every time a new digital signal is generated by the A / D converter and the latest lower data giving signal corresponding to the digital signal is generated, the latest signal is approached so as to approach the latest signal. An annealing signal can be generated.
[0035]
According to the third invention, it is possible to measure the impedance of the sensor element at an appropriate timing while taking the output voltage of the sensor element as an analog signal at each sampling timing. Since a voltage is applied to the sensor element during impedance measurement, noise is easily superimposed on the output voltage. In the present invention, noise superimposed on the output signal of the sensor element is effectively removed in the process of signal processing. For this reason, according to this invention, the function which measures the impedance of a sensor element is realizable, without degrading the detection accuracy of a sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram for explaining control logic of a signal processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the number of bits that occurs in the process of signal processing in the signal processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 3A is a diagram illustrating a change in a signal processed or generated in the signal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3B is a diagram in which the lower bits of the signal shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of signal processing by the signal processing device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining an outline of a circuit provided for driving the oxygen sensor in the control device including the signal processing device according to the first embodiment of the present invention;
6A is a diagram schematically showing a change in potential appearing at the A / D port shown in FIG. 5. FIG. Also, FIG. 6 (B) is a diagram showing a state of the lower data truncation signal Sc n signal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention is produced as inputs the signal shown in FIG. 6 (A).
[Explanation of symbols]
10 A /
Claims (3)
前記nビットのディジタル信号に所定数αの下位ビットを加えてn+αビットの下位データ付与信号を生成する下位データ付与手段と、
前記下位データ付与信号になまし処理を施して、n+αビットのなまし信号を生成するなまし処理手段と、
前記なまし信号の下位αビットを切り捨ててnビットの下位データ切り捨て信号を生成する下位データ切り捨て手段と、
を備えることを特徴とする信号処理装置。An A / D converter that converts an analog signal into an n-bit digital signal;
Low-order data providing means for adding a predetermined number α of low-order bits to the n-bit digital signal to generate an n + α-bit low-order data giving signal;
An annealing process means for performing an annealing process on the lower data giving signal to generate an n + α-bit annealing signal;
Lower data truncation means for truncating the lower α bits of the smoothed signal to generate an n bit lower data truncation signal;
A signal processing apparatus comprising:
前記A/Dコンバータは、所定のサンプリングタイミング毎に前記アナログ信号をサンプリングし、
前記サンプリングタイミングと干渉しないように前記センサ素子に対してインピーダンス計測用電圧を印加する電圧印加手段と、
前記インピーダンス計測用電圧の印加時に前記センサ素子のインピーダンス測定を行うインピーダンス測定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1または2記載の信号処理装置。The analog signal is an output voltage of the sensor element,
The A / D converter samples the analog signal at every predetermined sampling timing,
Voltage application means for applying an impedance measurement voltage to the sensor element so as not to interfere with the sampling timing;
Impedance measuring means for measuring impedance of the sensor element when the impedance measurement voltage is applied;
The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising:
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