JP2008236755A - データ変換器を改良するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】データ変換器の効率を改良するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】例示の方法では、ノイズ信号を発生させ、ノイズ信号のスペクトルを、関連するデータ変換器の動作に基づいて変更し、スペクトルの変更されたノイズ信号を、関連するデータ変換器へ供給する。データ変換器は、デジタル−アナログ変換器またはアナログ−デジタル変換器である。スペクトルの変更されたノイズ信号は、対象とする周波数でノッチが付けられる。スペクトルは、乱数発生器により発生された信号を遅延デバイスへ送り、遅延デバイスの出力を乱数発生器の出力に加算することにより、変更される。また、スペクトルは、第１および第２の同一の乱数発生器にシードを与え、第１の乱数発生器の動作を遅延させ、遅延した第１の乱数発生器の出力を第２の乱数発生器に加算することにより、変更される。
【選択図】図２

Description

本発明は、データ変換器に関する。

アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）またはデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）および復調器を使用する高性能システム（図１）は、高分解能の変換器を必要とする。このシステムの性能は、含まれる変換器の分解能（ビット数）により制限されることがある。１つの解決策は、変換器のビット数を増やして、変換器の分解能を改良することである。しかし、こうするとコスト、消費電力、およびサイズが増加し、結果として処理速度が遅くなる。

変換器の分解能および微分直線性（differential linearity）を改良するための他の解決策は、ノイズを加算して平均処理を行うことである。しかしながら、変換器へノイズを注入すると、システム／センサの出力で望ましくないノイズが増大する。

従って、コストや消費電力を著しく増加させず、かつ変換器の速度を低下させずに、変換器の分解能を改良する必要がある。

本発明は、データ変換器の効率を改良するシステムおよび方法を提供する。１つの例示の方法では、ノイズ信号を発生させ、関連するデータ変換器の動作に基づいてノイズ信号のスペクトルを変更し、スペクトルの変更されたノイズ信号を、関連するデータ変換器へ供給する。

データ変換器は、デジタル−アナログ変換器、またはアナログ−デジタル変換器である。スペクトルの変更されたノイズ信号は、ノッチが付けられる。ノッチは、関心の（対象とする）周波数で生じる。

本発明の一態様では、乱数発生器により発生された信号を遅延デバイスへ送り、遅延デバイスの出力を乱数発生器の出力に加算することにより、スペクトルが変更される。

本発明の別の態様では、第１および第２の同一の乱数発生器へシードを与え、第１の乱数発生器の動作を遅延させ、遅延した第１の乱数発生器の出力を第２の乱数発生器に加算することにより、スペクトルが変更される。

本発明の好ましいまたは代替の実施形態は、図を参照して以下で詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態に従って構成された例示的なセンサ・システム２０を示す。システム２０は、アナログ・センサ２４、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２６、デジタル信号プロセッサ２８、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３０、および駆動回路３２を含む。センサ２４は、幾つかの異なるタイプのセンサのうちの何れのものでもよく、例えば、光ファイバ・センサおよびジャイロ（例えば、光ファイバ・ジャイロ（ＦＯＧ）とすることができる。光ファイバ・ジャイロなどの多くのセンサは、特定の周波数の正弦波または矩形波の変調信号を使用して、検知されるパラメータを示す特定の周波数の出力信号を発生させる。変調の１つの利点は、低周波ドリフト・エラーおよび１／ｆノイズから離れて、ドリフト・エラーがなく低ノイズの周波数へと測定をシフトすることである。更に、変調は、ノイズから非常に弱い信号を抽出する手段を提供するロックイン増幅器などのような、同期復調の使用も可能にする。

センサ２４は、１つの特定の周波数または複数の特定の周波数のアナログ信号を発生させ、そのアナログ信号がＡＤＣ２６によりデジタルに変換され、次いでデジタル信号プロセッサ２８により処理される。デジタル信号プロセッサ２８は、同期復調を行い、検知信号をベースバンドへとダウンコンバートする。デジタル信号プロセッサ２８は、検知値ならびに駆動信号を出力し、駆動信号はＤＡＣ３０によりアナログに変換される。ＤＡＣ３０の出力は駆動信号の増幅のために駆動回路３２へ送信され、その駆動信号はセンサ２４へ送られてシステム２０の閉ループ動作を完成させる。本発明は、開ループ・システムに実装されてもよい。

デジタル信号プロセッサ２８は、変換器２６および３０の動作効率を向上させるために、ノイズを発生させ、その発生されたノイズを変換器２６および３０の何れかへ適用するための構成要素を含む。ＤＳＰ２８により発生されたノイズは、データ変換器３０についてはベースバンド周波数および同期復調周波数の偶数調波で最小であり、データ変換器２６については同期変調周波数およびその奇数調波で最小である。従って、発生されたノイズは、変換器２６および３０の動作を妨げない。

図３は、図２に示したシステム２０で実行される例示の処理４０の流れ図を示す。はじめに、ブロック４２で、プロセッサ２８によりデジタル・ノイズが発生される。次に、ブロック４４で、発生されたデジタル・ノイズのスペクトルが、変換器２６または３０のベースバンド動作に相当する予め定められたベースバンドにあるノイズ量を減らすために、変更される。ブロック４６で、変更されたノイズが、変換器２６または３０の何れかにより受信される信号に加算され、次いでブロック４８で、その結み合わされた信号がそれぞれの変換器へ送られる。

ノイズ（例えば、ガウス雑音）は、周知の技術を用いてデジタル的に発生される。ノイズのスペクトルは、幾つかの異なる方法の何れかによl
変更される。スペクトルを変更するための２つの異なる方法の例が、図６および図７に示されている。

図４は、ＤＡＣ３０に適用される第１の実施形態の例を示す。プロセッサ２８は、ＡＤＣ２６により発生されたデジタル信号を受信する矩形波復調器６０を含む。アキュムレータ６２は、復調器６０の出力を受信する。加算器６４で、アキュムレータ６２の出力は、ノイズ発生器７２で発生されたノイズと結み合わされる。ブロック６６で加算器６４の出力に対して切り捨てが行われ（truncated）、次いでＤＡＣ３０へ出力される。ゼロに近い周波数と、アナログ・フィードバック・ドライブ上にある矩形波復調周波数の偶数調波とのノイズが、測定ノイズに寄与する。従って、ノイズ発生器７２は、これらの周波数でのノイズを減少させたノイズ・スペクトルを発生させる。

図５に示すように、システム８０は、ＡＤＣ２６へノイズを適用する。システム８０は、従来技術に従って動作する矩形波復調器９８と、アキュムレータ１００と、切り捨てエレメント１０２とを含むプロセッサ８８を含む。ノイズ発生器７２は、別のＤＡＣ９２へ送られるノイズを発生させる。ＤＡＣ９２はアナログ信号を加算増幅器８４へ出力し、加算増幅器８４は、そのノイズのアナログ・バージョンを、センサ２４からのアナログ信号へ加算し、それをＡＤＣ２６へ供給する。矩形波復調周波数およびその奇数調波のノイズが、測定ノイズに寄与する。従って、この場合のノイズ発生器７２は、これらの周波数でのノイズを減少させたノイズ・スペクトルを発生させる。

図６に示すように、ノイズ発生器７２ａは、乱数発生器１１０、遅延デバイス１１２、および加算コンポーネント１１４を含む。乱数発生器１１０は、乱数を発生させるデジタル乱数発生器であり、乱数は、次いで遅延デバイス１１２および加算コンポーネント１１４へ送信される。遅延デバイス１１２は、受信したデジタル信号の時間遅延を実行する複数の遅延レジスタを含む。加算コンポーネント１１４は、遅延デバイス１１２の最後のレジスタの出力を受信し、それを、乱数発生器１１０により出力される乱数に加える。遅延は、所望のノッチ周波数でフーリエ成分の１８０度の位相のずれを生じさせるので、２つの信号を加算すると、所望のノッチ周波数でフーリエ成分の減算が行われることになる。

加算コンポーネント１１４の例示の出力のノイズ・スペクトルが、図８のチャート２４０に示されている。チャート２４０に示されるように、遅延デバイス１１２により引き起こされる遅延の量が、周波数領域内でのノイズの低いポイント（ノッチ）が発生するところを指図する。一実施形態では、偶数調波（２Ｆ、４Ｆ、６Ｆ）でノッチが発生し、それにより、変換器の近似の動作周波数での、ノイズ発生器に発生される低ノイズ情況を提供する。ノッチは、設計者の好みに基づいて他の周波数で発生させてもよい。

ノイズのノッチ周波数は、変調／復調周波数と関連する。ＦＯＧの場合、最適の変調／復調周波数は、感知コイルの長さにより決定される。この周波数は、固有振動数または固有周波数と呼ばれる。様々なＦＯＧ回転感知エラーは、固有周波数で動作することにより減少または解消される。共振方式光ファイバ・ジャイロ（ＲＦＯＧ：ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏ）などの他のセンサは、最適の性能をもたらす或る変調／復調周波数を有する。

図７は、本発明の代替の実施形態に従って構成されたノイズ発生器７２ｂを示す。発生器７２ｂは、スタート・パルス２２４を、第１の乱数発生器２２８および遅延デバイス２２６で同時に受信する。遅延デバイス２２６は、スタート・パルス２２４が第２の乱数発生器２３０へ到着するのを遅延させる。第１の乱数発生器２２８および第２の乱数発生器２３０は、シード・コンポーネント２３２により提供される同じシードを有する同じ乱数発生器である。次いで、第１の乱数発生器２２８および第２の乱数発生器２３０の出力は加算エレメント２３６へ供給され、加算エレメント２３６は、第２の乱数発生器２３０の出力を第１の乱数発生器２２８に加算して、図８に示されるようなノッチが付けられたノイズ信号を生成する。

図１は、従来技術に従って構成されたデジタル処理センサ・システムにおける典型的な構成要素を示す。 図２は、本発明の実施形態に従って構成されたシステム例を示す。 図３は、図２に示されたシステムにより実施された処理例の流れ図を示す。 図４は、本発明の様々な実施形態に従って構成されたシステムを示す。 図５は、本発明の様々な実施形態に従って構成されたシステムを示す。 図６は、図４および図５に示されたシステムのどちらかにノイズを供給するための構成要素を示す。 図７は、図４および図５に示されたシステムのどちらかにノイズを供給するための構成要素を示す。 図８は、図６および図７に示された構成要素により発生されたノイズのグラフの例を示す。

Claims (4)

1. データ変換器の効率を向上させる方法であって、
   ノイズ信号を発生させるステップと、
   前記ノイズ信号のスペクトルを、関連するデータ変換器の動作に基づいて変更するステップと、
   スペクトルの変更された前記ノイズ信号を、前記関連するデータ変換器へ供給するステップと
   を備え、
   前記スペクトルを変更する前記変更するステップが、乱数発生器により発生された信号を遅延デバイスへ送るステップと、前記遅延デバイスの出力を前記乱数発生器の出力に加算するステップとを含む、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記データ変換器がデジタル−アナログ変換器またはアナログ−デジタル変換器であり、スペクトルの変更された前記ノイズ信号に、関心対象の周波数に基づいてノッチを発生させ、前記スペクトルを変更する前記変更するステップが、
   同じである第１および第２の乱数発生器へ、シードを供給するステップと、
   前記第１の乱数発生器の動作を遅延させるステップと、
   遅延した前記第１の乱数発生器の出力を前記第２の乱数発生器に加算するステップと
   を含む、
   方法。
3. データ変換器の効率を向上させるシステムであって、
   ノイズ信号を発生させるように構成された発生器（１１０、２３０）と、
   前記ノイズ信号のスペクトルを、関連するセンサの動作に基づいて変更するように構成されたコンポーネント（１１２、２２６、２３０）と、
   スペクトルの変更された前記ノイズ信号を、前記データ変換器により受信される信号に加算するように構成された加算デバイス（１１４、２３６）と
   を備え、
   前記発生器が、乱数を発生させるように構成された同じである第１および第２の乱数発生器（２２８、２３０）を含み、前記コンポーネントが、同じである前記第１および第２の乱数発生器へシードを供給するように構成されたシード・コンポーネント（２３２）と、前記第１の乱数発生器の動作を遅延させるように構成された遅延コンポーネント（２２６）と、前記遅延コンポーネントの出力を前記第２の乱数発生器の出力に加算するように構成された加算コンポーネント（２３６）とを含む、
   システム。
4. 請求項３に記載のシステムであって、スペクトルの変更された前記ノイズ信号に、関心対象の周波数に基づいてノッチを発生させるものであり、前記発生器は、乱数発生器（１１０）を含み、前記コンポーネントは、遅延デバイス（１１２）と、前記遅延デバイスの出力を前記乱数発生器の出力に加算するように構成された加算コンポーネント（１１４）とを含む、システム。

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