JP2008219466A - A/d convertor and abnormality detecting device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばFA機器に備えられているエンコーダ等に設けられたA/D変換装置において、入力段のアナログ信号の異常状態を計測可能とするA/D変換装置およびそのA/D変換装置を使用した異常検出装置に関するものである。 The present invention provides, for example, an A / D converter that can measure an abnormal state of an analog signal at an input stage in an A / D converter provided in an encoder or the like provided in an FA device, and the A / D converter. The present invention relates to an abnormality detection device using the
アナログ信号をディジタル信号に変換する回路において、アナログ信号の異常を検出するには、入力段のアナログ信号の計測が有効である。従来の異常検出回路として、入力段の異常な状態を含むアナログ信号を計測する検出回路を設け、その検出回路の出力を専用端子を通じて計測するようにした技術が示されている(例えば、特許文献1)。
また、入力段の異常な状態を含むアナログ信号の信号レベルを比較する回路を設け、この比較信号レベルを外部から変化させて、変化に伴う出力段のディジタル信号のパルスの幅の変化を計測することで、異常を検出することが示されている(例えば、特許文献2)。
In a circuit that converts an analog signal into a digital signal, measurement of the analog signal at the input stage is effective for detecting an abnormality in the analog signal. As a conventional abnormality detection circuit, a technique is provided in which a detection circuit that measures an analog signal including an abnormal state of an input stage is provided, and the output of the detection circuit is measured through a dedicated terminal (for example, Patent Documents) 1).
In addition, a circuit for comparing the signal level of an analog signal including an abnormal state of the input stage is provided, and the comparison signal level is changed from the outside to measure the change in the pulse width of the digital signal in the output stage accompanying the change. Thus, it is shown that an abnormality is detected (for example, Patent Document 2).
このようなアナログ信号の異常状態を検出可能とするA/D変換回路にあっては、異常を検出するための回路や比較信号を与えるための付加回路、および異常検出信号を出力するための端子や、比較信号を可変とするための端子を回路基板上に設置する必要がある。ところが最近の機器の小型化、低価格化要請に対して、上記のような従来技術でもって対応することは困難となってきた。 In an A / D conversion circuit capable of detecting such an abnormal state of an analog signal, a circuit for detecting an abnormality, an additional circuit for providing a comparison signal, and a terminal for outputting an abnormality detection signal In addition, it is necessary to install a terminal for making the comparison signal variable on the circuit board. However, it has become difficult to respond to recent demands for downsizing and cost reduction of equipment with the above-described conventional technology.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、異常検出信号等を出力するための新たな端子を具備することなく、安価な回路を付加することによって、入力段の異常な状態を含むアナログ信号を外部に出力するA/D変換装置を提供するとともに、このA/D変換装置を使用して出力波形を計測し、異常を検出する異常検出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and without adding a new terminal for outputting an abnormality detection signal or the like, by adding an inexpensive circuit, To provide an A / D conversion device that outputs an analog signal including an abnormal state to the outside, and to provide an abnormality detection device that detects an abnormality by measuring an output waveform using the A / D conversion device. It is aimed.
第1の発明に係るA/D変換装置は、基板に設けられ、入力するアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の入力段から分岐して、入力段アナログ信号の振幅を圧縮する信号レベル変換回路と、レベル変換後の信号を所定の位相量ずらせる遅延回路と、この遅延された信号とA/D変換回路の出力段ディジタル信号とを重畳するカップリング回路と、このカップリング回路が繰り返し出力するディジタル、アナログ重畳信号を外部に出力する端子とを備えたものである。 An A / D conversion device according to a first aspect of the present invention is provided on a substrate, converts an input analog signal into a digital signal, and branches from an input stage of the A / D conversion circuit to input A signal level conversion circuit for compressing the amplitude of the stage analog signal, a delay circuit for shifting the level-converted signal by a predetermined phase amount, and the delayed signal and the output stage digital signal of the A / D conversion circuit are superimposed. A coupling circuit and a terminal for outputting a digital and analog superposition signal repeatedly output by the coupling circuit to the outside are provided.
また、第2の発明に係る異常検出装置は、前記第1の発明のA/D変換装置と、出力波形解析装置とで構成される異常検出装置であって、出力波形解析装置には、A/D変換装置の出力する繰り返しの信号を入力して、周期的なトリガ信号を生成するA/D変換用トリガ信号生成回路と、トリガ信号に基づき、A/D変換装置の出力信号をアナログ/ディジタル変換を行うA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力を予め設定された基準出力値と比較することによって、A/D変換装置に入力するアナログ信号を異常と判定する異常判定回路とが設けられているものである。 An abnormality detection apparatus according to a second invention is an abnormality detection apparatus including the A / D conversion apparatus according to the first invention and an output waveform analysis apparatus. The output waveform analysis apparatus includes an A An A / D conversion trigger signal generation circuit for generating a periodic trigger signal by inputting a repetitive signal output from the / D conversion device, and an analog / output signal output from the A / D conversion device based on the trigger signal An A / D conversion circuit that performs digital conversion and an abnormality determination that determines that an analog signal input to the A / D conversion device is abnormal by comparing the output of the A / D conversion circuit with a preset reference output value And a circuit.
第1の発明に係るA/D変換装置は、基板に設けられ、入力するアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の入力段から分岐して、入力段アナログ信号の振幅を圧縮する信号レベル変換回路と、レベル変換後の信号を所定の位相量ずらせる遅延回路と、この遅延された信号と前記A/D変換回路の出力段ディジタル信号とを重畳するカップリング回路と、このカップリング回路が繰り返し出力するディジタル、アナログ重畳信号を外部に出力する端子とを備えているので、A/D変換回路における、異常な状態を含む入力段アナログ信号に、出力段のディジタル信号の出力の変化に伴って発生するノイズの影響を回避して位相をずらした信号として重畳した信号とし、特別な計測用端子を設けることなく外部に出力することができるので、基板を含むA/D変換回路装置の小型化が実現可能となり、また低価格化が達成される。 An A / D conversion device according to a first aspect of the present invention is provided on a substrate, converts an input analog signal into a digital signal, and branches from an input stage of the A / D conversion circuit to input A signal level conversion circuit that compresses the amplitude of the stage analog signal, a delay circuit that shifts the level-converted signal by a predetermined phase amount, and the delayed signal and the output stage digital signal of the A / D conversion circuit are superimposed And a terminal for outputting a digital and analog superimposed signal that is repeatedly output by the coupling circuit to the outside. Therefore, an input stage analog signal including an abnormal state in the A / D conversion circuit is Avoid the influence of noise that occurs due to changes in the output of the digital signal at the output stage. Can be output to the outside, miniaturization of the A / D converter circuit device including a substrate becomes feasible, also cost reduction can be achieved.
また、第2の発明に係る異常検出装置は、前記第1の発明のA/D変換装置と、出力波形解析装置とで構成される異常検出装置であって、出力波形解析装置には、A/D変換装置の出力する繰り返しの信号を入力して、周期的なトリガ信号を生成するA/D変換用トリガ信号生成回路と、トリガ信号に基づき、A/D変換装置の出力信号をアナログ/ディジタル変換を行うA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力を予め設定された基準出力値と比較することによって、A/D変換装置に入力するアナログ信号を異常と判定する異常判定回路とが設けられているので、A/D変換装置の出力する信号、つまり異常な状態を含む入力段アナログ信号に、出力段のディジタル信号の出力の変化に伴って発生するノイズの影響を回避して位相をずらした信号として重畳し、この重畳波形を出力波形解析装置が解析するので、A/D変換装置の入力段の異常波形を繰り返しの周期に係わらずに簡単なA/D変換処理だけの処理ルーチンで計測可能になり、またノイズの影響を受けることなく異常判定の処理が簡単化できる。さらにはパルス抜け時にもアナログ波形を計測できるという効果がある。 An abnormality detection apparatus according to a second invention is an abnormality detection apparatus including the A / D conversion apparatus according to the first invention and an output waveform analysis apparatus. The output waveform analysis apparatus includes an A An A / D conversion trigger signal generation circuit for generating a periodic trigger signal by inputting a repetitive signal output from the / D conversion device, and an analog / output signal output from the A / D conversion device based on the trigger signal An A / D conversion circuit that performs digital conversion and an abnormality determination that determines that an analog signal input to the A / D conversion device is abnormal by comparing the output of the A / D conversion circuit with a preset reference output value Circuit, so that the signal output from the A / D converter, that is, the input stage analog signal including an abnormal state, is avoided the influence of the noise generated by the change in the output of the digital signal in the output stage. Then phase Since the output waveform analyzer analyzes the superimposed waveform, the processing routine for only a simple A / D conversion process regardless of the repetition period of the abnormal waveform at the input stage of the A / D converter. Measurement can be performed with the, and the abnormality determination process can be simplified without being affected by noise. Furthermore, there is an effect that an analog waveform can be measured even when a pulse is missing.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1によるA/D変換装置100を示す構成図である。基板7に設けられたA/D変換装置100には、外部のセンサ入力1からアナログ信号が入力され、バッファIC2の入力段に接続される。A/D変換回路であるバッファIC2では、アナログ信号を内部の基準レベルによりハイ、ローに変化し、出力段よりディジタル信号として出力される。入力段のアナログ信号は、二股分岐して、信号レベル変換回路3にも接続されて、この信号レベル変換回路3で、ディジタル出力信号に対して、例えば、1/10〜1/5の十分小さな信号レベルに変換される。変換された信号は、遅延回路4に接続され、バッファIC2の立上がり、立下がりの出力変化に伴って発生するノイズの影響を回避するのに充分な、つまり立上がり、立下がり後のノイズの無い安定波形域に達した時点での図2(d)に示す所定のDLだけ位相遅延されて、カップリング回路5に入力される。カップリング回路5では、この位相遅延された信号とバッファIC2の出力信号を重畳した信号を生成して出力し、この出力信号は端子6から、外部へ出力される。
図2は、この発明の実施の形態1によるA/D変換装置100の波形処理経過を示している。図2(a)にセンサ入力1から入力される計測点Aのアナログ信号を示す。この実施の形態1では、図2(a)に示すように振幅小の信号を異常信号としている。信号レベル変換回路3で、計測点Cの図2(c)に示すアナログ信号に変換され、遅延回路4で、計測点Dの図2(d)に示す遅延処理後のアナログ波形に変換される。一方、計測点Aの図2(a)に示したアナログ信号は、バッファIC2により、計測点Bの図2(b)に示すディジタル信号に変換される。カップリング回路5では、計測点Dの遅延処理後アナログ波形(図2(d))と計測点Bのディジタル信号(図2(b))が、重畳されて、図2(e)に示すように計測点Eのディジタル信号に変換されて、この信号が出力される。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an A /
FIG. 2 shows the waveform processing progress of the A /
出力信号である計測点Eのディジタル信号(図2(e))には、特徴量X、特徴量Yのように、ディジタル波形に、入力段のアナログ信号波形の特徴が重畳され、特徴量Yは、特徴量Xよりも振幅が小さく、入力の振幅小の異常信号が検出可能となる。なお、ここで特徴量Xは、入力段のアナログ信号波形が正常な状態におけるものとし、特徴量Yは異常な状態におけるものとしている。
また、図2(e)では、振幅が特徴量X>特徴量Yの例を示しているが必ずしもこの例に限らず特徴量X<特徴量Yの場合も存在する。
この構成によれば、異常な状態を含む入力段のアナログ信号を、外部に取り出すための端子を付加することなく、外部に出力して異常信号を検出することが可能となる。
次に実施の例を示す。この実施の形態1のA/D変換装置100は、例えば量産されるFA機器(ファクトリオートメーション機器)に備えられる。FA機器が出力するアナログ信号の異常波形の検出を、製造メーカ工場内の製品試験段階において確認される。すなわち工場内にて図1に示すA/D変換装置100の端子6に専用の波形解析装置を接続して、例えば特徴量Xを予め設定された基準出力値とし、特徴量Y/特徴量Xが所定値以下(X>Yの場合)の時または所定値以上(X<Yの場合)の時、あるいは|特徴量X−特徴量Y|が所定値以上の時にアナログ信号を異常と判定することでFA機器の製品確認が行われる。なお、顧客に納入後のFA機器の、例えば定検時にも同様の要領によって品質確認が可能である。
以上のようにこの実施の形態1によるA/D変換装置100は従来のような特別の付加回路や端子を設けることが必要なく小型化が可能で、かつ容易に入力段のアナログ信号の異常信号の検出を可能とする。
なお、バッファIC2は、コンパレータICやインバータICでもよく、信号レベル変換回路3と遅延回路4は、経路の順序を入れ替えてもよいし、両方を一体化した回路で構成してもよい。
The digital signal (FIG. 2 (e)) of the measurement point E, which is an output signal, has the features of the analog signal waveform at the input stage superimposed on the digital waveform as the feature amount X and feature amount Y, and the feature amount Y Can detect an abnormal signal whose amplitude is smaller than the feature amount X and whose input amplitude is small. Here, the feature amount X is assumed to be in a state where the analog signal waveform at the input stage is normal, and the feature amount Y is assumed to be in an abnormal state.
FIG. 2E shows an example in which the amplitude is feature quantity X> feature quantity Y. However, the present invention is not limited to this example, and there may be a case where feature quantity X <feature quantity Y.
According to this configuration, it is possible to detect an abnormal signal by outputting an analog signal of an input stage including an abnormal state to the outside without adding a terminal for extracting the analog signal to the outside.
Next, an example is shown. The A /
As described above, the A /
The
実施の形態2.
次に実施の形態2について説明する。
図3は、この発明の実施の形態2による繰り返し出力される信号の異常検出装置300を示す構成図である。前述した実施の形態1のA/D変換装置100に、出力波形を解析する出力波形解析装置200を付加したものであり、出力波形解析装置200は、A/D変換装置100の出力する、アナログ波形にディジタル波形を重畳した波形をディジタルデータで取り込むためのA/D変換回路17と、波形を取り込むタイミングを生成するA/D変換用トリガ信号生成回路18と、A/D変換回路17でA/D変換されたデータから異常を判定する異常判定回路19から構成されている。
図4はこの発明の実施の形態2による異常検出装置300の内の出力波形解析装置200の動作を示す図であり、A/D変換装置100の出力信号は、出力波形計測ケーブル16で出力波形解析装置200に接続され、A/D変換用トリガ信号生成回路18で、ディジタル信号の立ち上がりタイミングでトリガ周期20を生成し、A/D変換回路17へ変換開始のトリガ信号が伝達される。なお、このA/D変換用トリガ信号生成回路18は、A/D変換回路17の変換開始を、前述した実施の形態1と同様に、ノイズの影響を回避するのに充分な所定のタイミングDLだけ遅らせた信号を出力する。A/D変換回路17は、トリガ信号を受けて、サンプリング周期21で、A/D変換を実行する。この変換結果は図4に特徴量x、yとして示している。異常判定回路19では、A/D変換結果を入力し、異常を判定する。なおこの場合、例えば特徴量xを予め設定された、A/D変換装置100のアナログ入力が所定の場合の基準出力値とし、特徴量y/特徴量xが所定値以下(x>yの場合)の時または所定値以上(y>xの場合)の時、あるいは|特徴量x−特徴量y|が所定値以上の時にA/D変換装置100へのアナログ入力信号を異常と判定するものである。
この構成によれば、繰り返しの入力段の異常波形を、繰り返しの周期に関わらず、簡単なA/D変換処理だけの同じ処理ルーチンで計測可能になり、異常判定の処理が簡素化できる。またさらに図4の特徴量zに示すように、パルス抜け時でもアナログ波形を計測できるという効果がある。
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 3 is a block diagram showing an
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the output
According to this configuration, it is possible to measure an abnormal waveform in a repeated input stage with the same processing routine that includes only a simple A / D conversion process regardless of the repetition period, thereby simplifying the abnormality determination process. Furthermore, as shown by the feature value z in FIG. 4, there is an effect that an analog waveform can be measured even when a pulse is missing.
この発明の第1の実施の形態に係るA/D変換装置は、一般の電気的計測装置に利用可能であり、第2の実施の形態に係る異常検出装置は、一般の電気的計測装置の入力段の異常を検出する装置に利用可能である。 The A / D conversion device according to the first embodiment of the present invention can be used for a general electrical measurement device, and the abnormality detection device according to the second embodiment is a general electrical measurement device. The present invention can be used for an apparatus that detects an abnormality in an input stage.
1 センサ、2 バッファIC、3 信号レベル変換回路、4 遅延回路、
5 カップリング回路、6 端子、7 基板、17 A/D変換回路、
18 A/D変換用トリガ信号生成回路、19 異常判定回路、
100 A/D変換装置、200 出力波形解析器、300 異常検出装置。
1 sensor, 2 buffer IC, 3 signal level conversion circuit, 4 delay circuit,
5 coupling circuit, 6 terminals, 7 substrate, 17 A / D conversion circuit,
18 A / D conversion trigger signal generation circuit, 19 Abnormality determination circuit,
100 A / D converter, 200 output waveform analyzer, 300 abnormality detector.
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JP2007053951A JP2008219466A (en) | 2007-03-05 | 2007-03-05 | A/d convertor and abnormality detecting device using the same |
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Cited By (1)
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JP2019159365A (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 東芝情報システム株式会社 | State fluctuation detection apparatus and program for state fluctuation detection |
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2007
- 2007-03-05 JP JP2007053951A patent/JP2008219466A/en active Pending
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