JP2007278954A - 消費電流計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易且つ正確に回路内のアナログ素子における消費電流を計測することが可能な「消費電流計測装置」を提供する。
【解決手段】車載用オーディオ装置１０−１は、スピーカ２０における消費電流を計測するものであって、ＤＳＰ１４は、デジタルオーディオ信号に対応するアナログオーディオ信号の電圧レベルを所定の周期でサンプリングし、当該サンプリングにより得られたアナログオーディオ信号の電圧レベルの平均値を算出し、マイクロコンピュータ２２は、アナログオーディオ信号の電圧レベルの平均値に基づいて、アナログオーディオ信号の電圧レベルの実効値を算出し、当該実効値に基づいて、スピーカ２０における消費電流値を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路内のアナログ素子における消費電流を計測する消費電流計測装置に関する。

従来より、様々な場面において、アナログ素子における消費電流の計測が行われている（例えば、特許文献１参照）。特に、車両に搭載されるオーディオ装置等においては、いわゆるバッテリ上がりを防止するために、スピーカ等の消費電流を計測することは重要である。
特開昭５８−２００１７０号公報

しかしながら、従来のアナログ素子における消費電流の計測においては、別途、電流検出用ＩＣを用いたり、ＯＰアンプ及びＡ／Ｄコンバータを用いる必要があり、これらを回路に接続するため、装置構成の大型化やコストの増加を招くという問題があった。また、消費電流の計測に用いられるＯＰアンプ及びＡ／Ｄコンバータ等の部品の精度によって計測誤差が生じてしまうという問題もあった。

本発明の目的は、上述した問題を解決するものであり、簡易且つ正確に回路内のアナログ素子における消費電流を計測することが可能な消費電流計測装置を提供するものである。

本発明の消費電流計測装置は、回路に内蔵されるデジタルシグナルプロセッサとマイクロコンピュータとにより構成され、前記回路内のアナログ素子における消費電流を計測するものであって、前記デジタルシグナルプロセッサが、前記回路を流れるデジタル信号に対応するアナログ信号の電圧レベルを所定の周期でサンプリングするサンプリング手段と、所定の期間内における前記サンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルの平均値を算出する平均値算出手段とを有し、前記マイクロコンピュータが、前記アナログ信号の電圧レベルの平均値に基づいて、前記アナログ信号の電圧レベルの実効値を算出する実効値算出手段と、前記アナログ信号の電圧レベルの実効値に基づいて、前記アナログ素子における消費電流値を推定する消費電流推定手段とを有することを特徴とする。

この構成によれば、オーディオ装置等において信号のデジタル処理のために予め内蔵されているデジタルシグナルプロセッサ及びマイクロコンピュータを用いて、アナログ素子における消費電流を計測することが可能となる。また、一般にオーディオ装置等において用いられるデジタルシグナルプロセッサは、高速処理が可能であるのに対して、マイクロプロセッサは、デジタルシグナルプロセッサほどの高速処理ができない場合が多いが、デジタルシグナルプロセッサがアナログ信号の電圧レベルを所定の周期でサンプリングし、所定の期間内におけるサンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルの平均値を算出して、マイクロコンピュータがこのアナログ信号の電圧レベルの平均値に基づいて、実効値を算出し、更に、アナログ素子における消費電流を推定するようにすることで、処理速度の差を解消し、正確な消費電流の計測が可能となる。更には、従来のように、消費電流の計測に用いられるＯＰアンプ及びＡ／Ｄコンバータ等の部品の精度によって計測誤差が生じることもない。

また、本発明の消費電流計測装置は、前記デジタルシグナルプロセッサが、前記所定の期間内におけるサンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルの数に相当する数の記憶領域によって構成される記憶手段を有し、前記サンプリング手段が、前記サンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルを前記領域のそれぞれに順次記憶させ、前記平均値算出手段が、前記所定の期間に対応する周期で、前記記憶手段を構成する全ての記憶領域から前記サンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルを読み出すようにしてもよい。

この構成により、デジタルシグナルプロセッサにおけるアナログ信号の電圧レベルのサンプリングと、その平均値の算出を簡易に行うことが可能となる。

また、本発明の消費電流計測装置は、前記平均値算出手段が、前記所定の期間内におけるサンプリングにより得られたアナログ信号を全波整流し、更に積分する処理に相当する処理を行って、前記アナログ信号の電圧レベルの平均値を算出するようにしてもよい。

また、本発明の消費電流計測装置は、前記マイクロコンピュータが、前記回路における、前記サンプリング手段によるサンプリングの位置と前記アナログ素子との間に、他の素子が存在する場合に、該他の素子による電圧の変化に応じて、前記消費電流推定手段により推定された前記アナログ素子における消費電流値を補正する補正手段を有するようにしてもよい。

この構成によれば、サンプリングの位置と前記アナログ素子との間に、他の素子が存在する場合には、当該他の素子による電圧の変化を考慮して、より正確な消費電流を計測することができる。

また、本発明の消費電流計測装置は、前記マイクロコンピュータが、前記消費電流推定手段により推定された前記アナログ素子における消費電流値に、所定のアイドル電流値を加算する加算手段を有するようにしてもよい。

この構成によれば、アイドル電流が存在する場合には、消費電流値にそのアイドル電流値を加算することで、より正確な消費電流を計測することができる。

本発明によれば、オーディオ装置等において予め内蔵されているデジタルシグナルプロセッサ及びマイクロコンピュータを用いて、正確にアナログ素子における消費電流を計測することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる車載用オーディオ装置の構成を示す図である。図１に示す車載用オーディオ装置１０−１は、車両に設置されているネットワーク２００からのデジタルオーディオ信号を受けてオーディオ再生を行うものである。この車載用オーディオ装置１０−１は、レシーバ１２、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１４、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１６、アンプ（ＡＭＰ）１８、スピーカ２０及びマイクロコンピュータ２２により構成される。

レシーバ１２は、ネットワーク２００上を伝送されるデジタルオーディオ信号を受け、ＤＳＰ１４へ出力する。ＤＳＰ１４は、入力したデジタルオーディオ信号に対して、様々な処理を行い、ＤＡＣ１６へ出力するとともに、スピーカ２０における消費電流を計測するための処理を行う。ＤＡＣ１６は、ＤＳＰ１４によって処理されたデジタルオーディオ信号をアナログオーディオ信号に変換して、ＡＭＰ１８へ出力する。ＡＭＰ１８は、入力したアナログオーディオ信号を所定の増幅度で増幅し、スピーカ２０へ出力する。スピーカ２０は、増幅後のアナログオーディオ信号に応じた音を出力する。マイクロコンピュータ２２は、ＤＳＰ１４とともに、スピーカ２０における消費電流を計測するための処理を行う。

以下、ＤＳＰ１４及びマイクロコンピュータ２２によるスピーカ２０における消費電流の計測処理について説明する。

図２は、ＤＳＰ１４の構成を示す図である。図２に示すＤＳＰ１４は、アッテネータ（ＡＴＴ）５２、イコライザ５４、ボリューム調整部５６、フィルタ５８、レベル補正部６０、サンプリング処理部６２、記憶部６４及び平均値算出部６６により構成される。

ＡＴＴ５２は、入力したデジタルオーディオ信号に対応する音量を所定の減衰度で減衰させる処理を行い、その減衰後の音量に対応するデジタルオーディオ信号をイコライザ５４へ出力する。イコライザ５４は、入力したデジタルオーディオ信号に対応する音の周波数特性を調整し、ボリューム調整部５６へ出力する。

ボリューム調整部５６は、入力したデジタルオーディオ信号に対応する音量を、利用者による図示しない操作部の操作に応じて、調整する。更に、ボリューム調整部５６は、調整後の音量に対応するデジタルオーディオ信号をフィルタ５８へ出力する。フィルタ５８は、デジタルフィルタであり、入力したデジタルオーディオ信号に対するフィルタリング処理を行って、レベル補正部６０へ出力する。レベル補正部６０は、入力したデジタルオーディオ信号に対して、波形整形等の補正を行い、ＤＡＣ１６及びサンプリング処理部６２へ出力する。

サンプリング処理部６２は、随時入力したデジタルオーディオ信号に対して、所定の周期で、当該デジタルオーディオ信号に対応するアナログオーディオ信号の電圧レベルのサンプリングを行い、当該電圧レベルのデータ（サンプリングデータ）を記憶部６４へ記憶させる。平均値算出部６６は、所定の期間内におけるサンプリングデータを記憶部６４から読み出し、その平均値（電圧平均値）を算出して、記憶部６４へ記憶させる。

再び、図１に戻って説明する。マイクロコンピュータ２２は、上述したＤＳＰ１４内の記憶部６４に記憶された電圧平均値を読み出し、その実効値（電圧実効値）を算出する。更に、マイクロコンピュータ２２は、電圧実効値に基づいて、スピーカ２０における消費電流値を推定する。

図３は、ＤＳＰ１４及びマイクロコンピュータ２２によるスピーカ２０における消費電流の計測処理の概要を示す図である。ＤＳＰ１４は、入力したデジタルオーディオ信号を所定の周期でラッチ（保持）し、所定の期間におけるデジタルオーディオ信号に対応するアナログオーディオ信号を全波整流し、更に積分する処理に相当する処理を行うことによって、当該所定の期間におけるアナログオーディオ信号の電圧平均値を算出する。一方、マイクロコンピュータ２２は、電圧平均値から電圧実効値を算出し、当該電圧実効値に基づいて、スピーカ２０における消費電流値を推定する。

図４は、消費電流計測時のＤＳＰ１４の動作を示すフローチャートである。予め記憶部６４には、図５に示すように、１つの電圧平均値を求めるために用いられるサンプリングデータの数（サンプリングデータ最大数）、サンプリングデータの書込先となる記憶部６４の記憶領域（サンプリングデータ用記憶領域）のアドレス（書込アドレス）、サンプリングデータの読出元となる記憶部６４のサンプリングデータ用記憶領域のアドレス（読出アドレス）、及び、電圧平均値の格納先となる記憶部６４の記憶領域（電圧平均値用記憶領域）のアドレス（電圧平均値格納アドレス）の各情報が記憶されている。

サンプリングデータ最大数は、ここでは固定値「１５」が設定されている。すなわち、１５個のサンプリングデータによって１つの電圧平均値が算出されることになる。書込アドレスは、初期値が記憶部６４のサンプリングデータ用記憶領域のうち、最大のアドレスとなっており、サンプリングデータがサンプリングデータ用記憶領域に書き込まれる毎にデクリメントされ、次にサンプリングデータが書き込まれるべきサンプリングデータ用記憶領域のアドレスを示す。読出アドレスは、初期値が記憶部６４のサンプリングデータ用記憶領域のうち、最小のアドレスとなっており、サンプリングデータがサンプリングデータ用記憶領域に書き込まれる毎にインクリメントされ、次にサンプリングデータが読み出されるべきサンプリングデータ用記憶領域のアドレスを示す。電圧平均値格納アドレスは、固定値が設定されている。

図５に示すような情報が記憶部６４に記憶されている状態で、図４に示すＤＳＰ１４の動作が行われる。ＤＳＰ１４内のサンプリング処理部６２は、記憶部６４に記憶された書込アドレスを取得する（Ｓ１０１）。次に、サンプリング処理部６２は、レベル補正部６０から出力されるデジタルオーディオ信号に対して、所定の周期で、当該デジタルオーディオ信号に対応するアナログオーディオ信号の電圧レベルのサンプリングを行い、当該電圧レベルのデータであるサンプリングデータを取得する（Ｓ１０２）。

更に、サンプリング処理部６２は、取得した１つのサンプリングデータを、書込アドレスで特定される記憶部６４のサンプリングデータ用記憶領域に記憶させる（Ｓ１０３）。なお、アナログオーディオ信号の電圧レベルがマイナスの値である場合には、サンプリング処理部６２は、その絶対値をサンプリングデータとしてサンプリングデータ用記憶領域に記憶させる。

次に、サンプリング処理部６２は、サンプリングデータ用記憶領域に記憶された書込アドレスをデクリメントし、次にサンプリングデータを書き込むべきサンプリングデータ用記憶領域のアドレスとする（Ｓ１０４）。

更に、サンプリング処理部６２は、記憶部６４に記憶されたサンプリング最大数を取得し、Ｓ１０３におけるサンプリングデータの記憶処理が、サンプリング最大数に相当する１５回繰り返されたか否かを判定する（Ｓ１０５）。

図６は、記憶部６４のサンプリングデータ用記憶領域におけるサンプリングデータの格納状態の遷移を示す図である。記憶部６４には、サンプリングデータの格納用にサンプリング最大数に相当する１５個のサンプリングデータ用記憶領域が用意されている。サンプリングデータは、最大のアドレスのサンプリングデータ用記憶領域から順次格納され、１５回目の記憶処理によって、１５個のサンプリングデータが記憶された時点で、全てのサンプリングデータ用記憶領域にサンプリングデータが記憶されることになる。そして、１６回目以降の記憶処理では、既にサンプリングデータが記憶されている最大のアドレスのサンプリングデータ用記憶領域から順次新たなサンプリングデータが上書きされる。

Ｓ１０３におけるサンプリングデータの記憶処理が１５回繰り返されていない場合には、書込アドレスの取得（Ｓ１０１）以降の動作が繰り返される。一方、Ｓ１０３におけるサンプリングデータの記憶処理が１５回繰り返された場合には、平均値算出部６６による処理に移行する。

すなわち、平均値算出部６６は、記憶部６４に記憶された読出アドレスを取得する（Ｓ１０７）。次に、平均値算出部６６は、その読出アドレスで特定される記憶部６４のサンプリングデータ用記憶領域から１つのサンプリングデータを読み出す（Ｓ１０８）。

次に、平均値算出部６６は、読み出したサンプリングデータを演算結果に加算する（Ｓ１０９）。演算結果は初期値が０であり、サンプリングデータが順次加算されて増加する値である。更に、平均値算出部６６は、サンプリングデータ用記憶領域に記憶された読出アドレスをインクリメントし、次にサンプリングデータを読み出すべきサンプリングデータ用記憶領域のアドレスとする（Ｓ１１０）。

更に、サンプリング処理部６２は、記憶部６４に記憶されたサンプリング最大数を取得し、Ｓ１０９におけるサンプリングデータの加算処理が、サンプリング最大数に相当する１５回繰り返されたか否かを判定する（Ｓ１１１）。ここで、Ｓ１０９におけるサンプリングデータの加算処理が１５回繰り返されることは、演算処理の結果が１５個のサンプリングデータを加算したものであることを意味する。

Ｓ１０９におけるサンプリングデータの演算処理が１５回繰り返されていない場合には、読出アドレスの取得（Ｓ１０７）以降の動作が繰り返される。一方、Ｓ１０９におけるサンプリングデータの演算処理が１５回繰り返された場合、換言すれば、演算処理の結果が１５個のサンプリングデータを加算したものである場合には、平均値算出部６６は、その演算処理の結果に１／１５を乗算し、電圧平均値を算出する（Ｓ１１２）。例えば、Ｓ１０２におけるサンプリング周期が１／１５秒である場合には、１５個のサンプリングデータを加算した演算処理の結果に１／１５を乗算して得られる電圧平均値は、１秒間におけるアナログオーディオ信号の平均値を表すことになる。

更に、平均値算出部６６は、記憶部６４から電圧平均値格納アドレスを取得し、算出した電圧平均値を、当該電圧平均値格納アドレスで特定される記憶部６４の記憶領域へ記憶させる（Ｓ１１３）。その後は、書込アドレスの取得（Ｓ１０１）以降の動作が繰り返される。

図７は、消費電流計測時のマイクロコンピュータ２２の動作を示すフローチャートである。図７に示す動作は、ＤＳＰ１４によって、電圧平均値が電圧平均値格納アドレスで特定される記憶部６４の記憶領域へ記憶される毎に行われる。

マイクロコンピュータ２２は、ＳＰＩ通信やＩ２Ｃ通信により、ＤＳＰ１４の記憶部６４に記憶された電圧平均値格納アドレスを取得し、当該電圧平均値格納アドレスで特定される記憶部６４の記憶領域から読み出す（Ｓ２０１）。

次に、マイクロコンピュータ２２は、読み出した電圧平均値を電圧実効値に換算する処理を行う（Ｓ２０２）。ここでは、マイクロコンピュータ２２は、アナログ信号を正弦波と仮定し、電圧平均値に１．１１を乗算して、電圧実効値とする。なお、マイクロコンピュータ２２は、算出した電圧実効値がスピーカ２０へ電力供給を行う図示しないバッテリの電圧に０．７０７を乗じた値（最大実効値）よりも大きい場合には、電圧実効値をその最大実効値とする。

次に、マイクロコンピュータ２２は、算出した電圧実効値をスピーカ２０のインピーダンスの値で除算することによって、スピーカ２０における消費電流の推定値を算出する（Ｓ２０３）。

更に、マイクロコンピュータ２２は、ＤＳＰ１４とスピーカ２０との間に存在するＤＡＣ１６及びＡＭＰ１８による電圧の変化に応じて、消費電流の推定値に所定の補正係数を乗算する（Ｓ２０４）。ここで、補正係数は、ＤＡＣ１６及びＡＭＰ１８の実測評価によって予め得られる値である。

次に、マイクロコンピュータ２２は、予め定められている、デジタルオーディオ信号が存在しない場合におけるスピーカ２０の電流（アイドル電流）を、Ｓ２０４における乗算値に加算し、スピーカ２０における最終的な消費電流値とする（Ｓ２０５）。

このように、本実施形態の車載用オーディオ装置１０−１は、信号のデジタル処理のために予め内蔵されているＤＳＰ１４及びマイクロコンピュータ２２を用いて、スピーカ２０における消費電流を計測することが可能となる。また、マイクロコンピュータ２２は、ＤＳＰ１４に比較して処理速度が遅いものの、ＤＳＰ１４が所定の期間内におけるサンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルの平均値を算出して、マイクロコンピュータ２２がこのアナログ信号の電圧レベルの平均値に基づいて、実効値を算出し、更に、スピーカ２０における消費電流を推定するようにすることで、処理速度の差を解消し、正確な消費電流の計測が可能となる。更には、従来のように、消費電流の計測に用いられるＯＰアンプ及びＡ／Ｄコンバータ等の部品の精度によって計測誤差が生じることもない。

また、車載用オーディオ装置１０−１では、ＤＳＰ１４とスピーカ２０との間に存在するＤＡＣ１６及びＡＭＰ１８による電圧の変化に応じて、消費電流の推定値に所定の補正係数を乗算し、更に、スピーカ２０のアイドル電流を、その乗算値に加算して、スピーカ２０における最終的な消費電流値としており、より正確な消費電流を計測することができる。

なお、上述した実施形態では、１つのスピーカ２０を有する車載用オーディオ装置１０−１について説明したが、図８に示すように複数のスピーカ２０を有する車載用オーディオ装置１０−２についても、同様に本発明を適用することができる。この場合、ＤＳＰ１４及びマイクロコンピュータ２２が、各スピーカ２０について消費電流値を算出し、それらを足し合わせることで、全体の消費電流を計測することができる。また、各スピーカ２０のインピーダンスが同一である場合には、ＤＳＰ１４及びマイクロコンピュータ２２が、１つのスピーカ２０について消費電流値を算出し、その値にスピーカ２０の個数を乗算することで、全体の消費電流を計測することができる。

また、上述した実施形態では、スピーカ２０の消費電流を計測する場合について説明したが、他のアナログ素子の消費電流を計測する場合にも、同様に本発明を適用することができる。

以上、説明したように、本発明に係る消費電流計測装置は、簡易且つ正確に回路内のアナログ素子における消費電流を計測することが可能であり、消費電流計測装置として有用である。

本発明の実施形態に係る車載用オーディオ装置の構成を示す図である。 ＤＳＰの構成を示す図である。 ＤＳＰ及びマイクロコンピュータによるスピーカにおける消費電流の計測処理の概要を示す図である。 ＤＳＰの消費電流計測時の動作を示すフローチャートである。 消費電流計測に必要な情報の一例を示す図である。 サンプリングデータの格納状態の遷移を示す図である。 マイクロコンピュータの消費電流計測時の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る車載用オーディオ装置の他の構成を示す図である。

符号の説明

１０−１、１０−２ 車載用オーディオ装置
１２ レシーバ
１４ ＤＳＰ
１６ ＤＡＣ
１８ ＡＭＰ
２０ スピーカ
２２ マイクロコンピュータ
５２ ＡＴＴ
５４ イコライザ
５６ ボリューム調整部
５８ フィルタ
６０ レベル補正部
６２ サンプリング処理部
６４ 記憶部
６６ 平均値算出部
２００ ネットワーク

Claims (5)

1. 回路に内蔵されるデジタルシグナルプロセッサとマイクロコンピュータとにより構成され、前記回路内のアナログ素子における消費電流を計測する消費電流計測装置であって、
   前記デジタルシグナルプロセッサは、
   前記回路を流れるデジタル信号に対応するアナログ信号の電圧レベルを所定の周期でサンプリングするサンプリング手段と、
   所定の期間内における前記サンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルの平均値を算出する平均値算出手段とを有し、
   前記マイクロコンピュータは、前記アナログ信号の電圧レベルの平均値に基づいて、前記アナログ信号の電圧レベルの実効値を算出する実効値算出手段と、
   前記アナログ信号の電圧レベルの実効値に基づいて、前記アナログ素子における消費電流値を推定する消費電流推定手段とを有することを特徴とする消費電流計測装置。
2. 前記デジタルシグナルプロセッサは、
   前記所定の期間内におけるサンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルの数に相当する数の記憶領域によって構成される記憶手段を有し、
   前記サンプリング手段は、前記サンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルを前記領域のそれぞれに順次記憶させ、
   前記平均値算出手段は、前記所定の期間に対応する周期で、前記記憶手段を構成する全ての記憶領域から前記サンプリングにより得られたアナログ信号の電圧レベルを読み出すことを特徴とする請求項１に記載の消費電流計測装置。
3. 前記平均値算出手段は、前記所定の期間内におけるサンプリングにより得られたアナログ信号を全波整流し、更に積分する処理に相当する処理を行って、前記アナログ信号の電圧レベルの平均値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の消費電流計測装置。
4. 前記マイクロコンピュータは、前記回路における、前記サンプリング手段によるサンプリングの位置と前記アナログ素子との間に、他の素子が存在する場合に、該他の素子による電圧の変化に応じて、前記消費電流推定手段により推定された前記アナログ素子における消費電流値を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の消費電流計測装置。
5. 前記マイクロコンピュータは、前記消費電流推定手段により推定された前記アナログ素子における消費電流値に、所定のアイドル電流値を加算する加算手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の消費電流計測装置。
   

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