JP2009105553A - Ａｄ変換装置の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイム処理が必要とされるＡＤ変換装置においても素早く異常を検出できるようにする。
【解決手段】ＡＤ変換器２が、ＡＤ変換対象信号Ｓとテスト信号Ｓｔとを加算した信号をＡＤ変換する。ローパスフィルタ３がＡＤ変換後の信号をフィルタ処理することでＡＤ変換信号として出力する。ハイパスフィルタ４がＡＤ変換後の信号をフィルタ処理し、異常検出器５がその処理後の信号Ｓｔａとテスト信号発生器６のテスト信号Ｓｔとを比較して異常を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＤ変換装置の異常を検出するためのＡＤ変換装置の異常検出装置に関する。

この種の異常検出装置が特許文献１に開示されている。この特許文献１の技術思想では、検査対象であるＡＤ変換器に試験用信号として第１基準電圧または第２基準電圧を選択的に与え、それぞれのＡＤ変換値と予め定めたＡＤ変換器の正常出力値との比較を行い、いずれかが不一致となる場合にＡＤ変換器を異常とみなすようにしている。
特開平８−５６１６０号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術思想では、マルチプレクサがテスト信号とＡＤ変換対象信号となるアナログ信号とを順に切り替えてテスト動作させる必要がある。すると、リアルタイム処理が必要とされるＡＤ変換装置の場合には、異常が発生しているにも関わらず処理を継続してしまうという問題を生じる。
本発明は、リアルタイム処理が必要とされるＡＤ変換装置においても素早く異常を検出できるようにしたＡＤ変換装置の異常検出装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明によれば、次のように作用する。第１の所定周波数範囲の周波数帯域成分からなるテスト信号と前記第１の所定周波数範囲以外の第２の所定周波数範囲の周波数帯域成分からなるＡＤ変換対象信号としてのアナログ信号が加算手段により加算されると、第１のデジタルフィルタ手段は、加算手段の加算信号を検査対象となるＡＤ変換器によりＡＤ変換した後のＡＤ変換信号について第１の所定周波数範囲の周波数帯域をカットすることでアナログ信号をＡＤ変換した後のデジタル信号として取得する。第２のデジタルフィルタ手段は、加算手段の加算信号をＡＤ変換器によりＡＤ変換した後のＡＤ変換信号について第１の所定周波数範囲の周波数帯域成分を通過させると共に第２の所定周波数範囲の周波数帯域を含む帯域をカットする。検査手段は、第２のデジタルフィルタ手段により帯域カットされた信号を検査する。この場合、検査手段が第２のデジタルフィルタ手段を通過した第１の所定周波数範囲の周波数帯域成分のテスト信号を検査するため、所望のＡＤ変換出力信号を取得しつつ当該ＡＤ変換装置を検査することができ、リアルタイム処理が必要とされるＡＤ変換装置においても素早く異常を検出できるようになる。

請求項２記載の発明によれば、切替制御手段は、テスト信号を一のＡＤ変換器に入力させると共にＡＤ変換対象信号を他のＡＤ変換器に入力させるように切替制御し、一および他のＡＤ変換器に対する信号入力を時分割で切り替えて制御する。検査手段は、テスト信号が入力されたＡＤ変換器の出力信号を検査するため、一および他のＡＤ変換器を順に切替えてテストすることができリアルタイム処理が必要とされるＡＤ変換装置においてもＡＤ変換装置の異常を素早く検出できるようになる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、ＡＤ変換装置の異常検出装置の電気的構成を機能ブロック図により概略的に示している。この図１に示すように、ＡＤ変換装置１は、ＡＤ変換器２、デジタルフィルタ手段としてのローパスフィルタ３、デジタルフィルタ手段としてのハイパスフィルタ４、検査手段としての異常検出器５、およびテスト信号発生器６を備えている。なお、このＡＤ変換装置１は、マイクロコンピュータを内蔵して構成されるものであり、上記電気的構成ブロックは当該マイクロコンピュータの機能を用いて実現している。このＡＤ変換装置１の構成を採用することにより、ＡＤ変換器２のリアルタイム検査を実現している。

ＡＤ変換器２は、検査対象となるＡＤ変換器であり入力信号を所定の方式によってＡＤ変換しローバスフィルタ３およびハイパスフィルタ４に出力するように構成されている。
ローパスフィルタ３は、ＡＤ変換装置１内に内蔵されるマイクロコンピュータ内の機能によるデジタルフィルタによって構成されている。ハイパスフィルタ４もまた、ＡＤ変換装置１内に内蔵されるマイクロコンピュータ内の機能によるデジタルフィルタによって構成されている。テスト信号発生器６は、所定周波数範囲（例えば４０ｋＨｚ）の交流矩形信号を生成しＡＤ変換装置１の外部に送出するように構成されている。

ＡＤ変換装置１の外部には外部回路７が構成されている。この外部回路７は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３が図示形態で組み合わせて構成された加算手段としての加算回路Ｐと、抵抗Ｒ４およびコンデンサＣ１を組み合わせて構成されたローパスフィルタＬＦとを備えている。なお、ＡＤ変換装置１の異常検出装置Ａは、当該ＡＤ変換装置１の電気的構成に加えて加算回路ＰおよびローパスフィルタＬＦを備えている。ローパスフィルタＬＦは、テスト信号発生器６の矩形信号（テスト信号Ｓｔ）の高調波成分をカットするように構成されており、当該テスト信号Ｓｔを正弦波形に近い信号に成形する。

加算回路（変調回路）Ｐは、ＡＤ変換対象信号Ｓを入力端子ＩＮから入力するとテスト信号発生器６からローパスフィルタＬＦを通過したテスト信号Ｓｔを加算し、ＡＤ変換装置１のＡＤ変換器２に出力する。尚、ＡＤ変換対象信号Ｓは、例えば所定周波数範囲（０〜１０ｋＨｚ）のセンサ信号によりなっている。

ここでＡＤ変換器２は、ＡＤ変換対象信号Ｓとテスト信号発生器６のテスト信号Ｓｔとを加算した信号を入力し、両信号をＡＤ変換しデジタル信号として取得する。異常検出器５は、テスト信号発生器６のテスト信号Ｓｔとハイパスフィルタ４を通じて取得した信号とを比較してＡＤ変換器２の検査を行い、異常を検出するようになっている。

上記構成の作用について説明する。
図２は、各信号の周波数帯域およびフィルタの周波数特性を概略的に示している。ここで、テスト信号Ｓｔは、高周波側の所定周波数範囲の信号であり、ＡＤ変換対象信号Ｓは、ＤＣ信号を含む低周波側の所定周波数範囲の信号を示している。ローパスフィルタ３の周波数特性は、ＡＤ変換対象信号Ｓの周波数帯域を減衰させることなく通過し且つテスト信号Ｓｔを含む周波数帯域を十分にカットする周波数特性に設定されており、ハイパスフィルタ４の周波数特性は、テスト信号Ｓｔの周波数帯域を減衰させることなく通過し且つＡＤ変換対象信号Ｓの周波数帯域を十分にカットする周波数特性に設定されている。

ＡＤ変換装置１は、常時、ＡＤ変換対象信号Ｓとテスト信号発生器６のテスト信号Ｓｔとを加算した信号を入力しＡＤ変換する。ローパスフィルタ３は、ＡＤ変換処理後のデジタル信号を取得しフィルタ処理するが、この周波数特性がＡＤ変換対象信号Ｓを通過し、テスト信号Ｓｔをカットする特性に設定されているため、ローパスフィルタ３を通過したデジタル信号はＡＤ変換対象信号ＳをＡＤ変換した後の信号として取得できる。

この処理と同時または並列して、ハイパスフィルタ４は、ＡＤ変換処理後のデジタル信号を取得しフィルタ処理するが、この周波数特性がテスト信号Ｓｔを通過し、ＡＤ変換対象信号Ｓを十分カットする特性に設定されているため、ハイパスフィルタ４を通過した信号Ｓｔａはテスト信号ＳｔをＡＤ変換器２によってＡＤ変換した後の信号となる。異常検出器５は、この信号Ｓｔａとテスト信号発生器６のテスト信号Ｓｔとに基づいて異常を検出する。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、異常検出器による異常の検出方法を概略的に示している。図３（ａ）は、テスト信号発生器が発生する矩形信号を示しており、図３（ｂ）は、異常検出器に入力される検出信号を示している。

図３（ａ）に示すように、テスト信号発生器６は矩形信号を出力するが、異常検出器５は、テスト信号Ｓｔがゼロクロスする時間間隔ｔ１、ｔ２を検出すると共に、信号Ｓｔａがゼロクロスする時間間隔ｔａ１、ｔａ２を検出する。異常検出器５は、当該ゼロクロス点の検出処理に基づいて周波数を検出し、この周波数差が所定範囲内に収まっているか否かを判定し、当該所定範囲以下に収まっていることを条件として異常ではないと判定し、処理を継続する。異常検出器５は、当該周波数差が所定範囲内に収まっていない場合には、異常として検出し所定を停止する。すなわち、リアルタイムでＡＤ変換していた処理を停止し、必要に応じて外部に異常信号を報知する。このようにして異常検出処理が行われる。

本実施形態によれば、ＡＤ変換器５が、ＡＤ変換対象信号Ｓとテスト信号Ｓｔとを加算（変調）した信号をＡＤ変換し、ローパスフィルタ３がＡＤ変換後の信号をフィルタ処理することでＡＤ変換信号として出力し、ハイパスフィルタ４がＡＤ変換後の信号をフィルタ処理し、その処理後の信号を異常検出器５に出力し、異常検出器５がテスト信号発生器６のテスト信号Ｓｔとハイパスフィルタ４を通過した信号Ｓｔａとを比較して異常を検出するようにしているため、たとえリアルタイム処理が必要とされるＡＤ変換装置１においても素早く異常を検出することができる。

異常検出器５は、ローパスフィルタ３を通過した信号をＡＤ変換した後のデジタル信号として取得している最中に異常を検出可能に構成されているため、素早く異常を検出できる。しかもＡＤ変換器を２つ以上設けることなく異常を検出できる。
また、検査用に別途ＡＤ変換器を設けることなくＡＤ変換器２の異常を検出することができる。なお、ローパスフィルタＬＦは必要に応じて設ければよい。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、テスト信号ＳｔとＡＤ変換対象信号Ｓの周波数範囲を変更したところにある。この図４に示すように、テスト信号Ｓｔの周波数範囲が、ＡＤ変換対象信号Ｓの周波数範囲よりも下回るように設定されている。この場合、ＡＤ変換対象信号Ｓの周波数範囲を通過し且つテスト信号Ｓｔの周波数範囲をカットする周波数特性を備えたバンドパスフィルタＢＰＦ（ハイパスフィルタＨＰＦ）を前述実施形態のローパスフィルタ３に代えて構成し、逆の周波数特性を備えたローパスフィルタＬＰＦを前述実施形態のハイパスフィルタ４に代えて構成しても良い。このような電気的回路構成でも前述実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。

（第３の実施形態）
図５および図６は、本発明の第３の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、ＡＤ変換器を複数設け、検査対象となるＡＤ変換器にテスト信号を入力させてテストすると同時にＡＤ変換対象信号を他のＡＤ変換器に入力して実際にＡＤ変換出力するように構成し、時分割でＡＤ変換器の異常を検出するところにある。前述実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。

ＡＤ変換装置１に代わるＡＤ変換装置１１は、複数のＡＤ変換器１２、１３、制御回路１４、テスト信号発生器１５、異常検出器１６を備えている。制御回路１４は、マイクロコンピュータを備えて構成されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、ＡＤ変換装置１１の外部に設けられている。スイッチＳＷ１は、ＡＤ変換対象信号５の入力端子ＩＮとＡＤ変換器１２との間、および、テスト信号発生器１５とＡＤ変換器１２との間に介在して設けられている。スイッチＳＷ２は、入力端子ＩＮとＡＤ変換器１３との間、および、テスト信号発生器１５とＡＤ変換器１２との間に介在して設けられている。

テスト信号発生器１５は、正弦波（数十ｋＨｚ：例えば１０ｋＨｚ）のテスト信号Ｓｔｂを発生するように構成されており、スイッチＳＷ１、ＳＷ２に入力されている。テスト信号Ｓｔｂは、前述実施形態とほぼ同様の周波数帯域に設定されているためその説明を省略する。制御回路１４は、例えばマイクロコンピュータを備えてなるもので、スイッチＳＷ１およびＳＷ２に切換制御信号を与えるように構成されている。ＡＤ変換装置１１の異常検出装置Ｂは、ＡＤ変換装置１１の電気的構成に加えてスイッチＳＷ１、ＳＷ２を備えている。

図６は、切換動作を概略的に示すタイミングチャートである。制御回路１４は、制御信号をスイッチＳＷ１、ＳＷ２に与えるが、制御回路１４は、ＡＤ変換器１２にＡＤ変換対象信号Ｓを入力させるときにはＡＤ変換器１３にはテスト信号Ｓｔｂを入力させるようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２を切替制御する。逆に、制御回路１４は、ＡＤ変換器１３にＡＤ変換対象信号Ｓを入力させるときにはＡＤ変換器１２にテスト信号Ｓｔｂを入力させるようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２を切替制御する。

すると、図６に示すように、異常検出器５は、一のＡＤ変換器１３がＡＤ変換対象信号ＳをＡＤ変換（測定）している最中に、他のＡＤ変換器１２をテストすることができる。異常検出器１６は、テスト信号発生器１５のテスト信号ＳｔｂとＡＤ変換器１２、１３の何れかから入力された信号とを比較することにより異常であるか否かを検査する。この異常検査処理については、前述実施形態の異常検出器５の処理と同様であるためそのテストの詳細説明を省略する。

本実施形態によれば、制御回路１４がＡＤ変換対象信号ＳをＡＤ変換器１３に入力させると共にテスト信号ＳｔｂをＡＤ変換器１２に入力させるようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２を時分割で切替制御しているため、ＡＤ変換器１３がＡＤ変換処理している最中にＡＤ変換器１２をテストすることができ、素早く異常を検出することができる。このような実施形態においても、リアルタイムで異常を検出でき、素早く異常を検出できる。

本発明の第１の実施形態についてＡＤ変換装置の異常検出装置の電気的構成を概略的に示すブロック図 周波数特性を概略的に示す図 異常検出方法を概略的に示す図 本発明の第２の実施形態について示す図２相当図 本発明の第３の実施形態について示す図１相当図 ＡＤ変換装置のテスト処理のタイミングチャート

符号の説明

図面中、１、１１はＡＤ変換装置、２、１２、１３はＡＤ変換器、３はローパスフィルタ（デジタルフィルタ手段）、４はハイパスフィルタ（デジタルフィルタ手段）、５は異常検出器（検査手段）、６、１５はテスト信号発生器、Ａ、ＢはＡＤ変換装置の異常検出装置、Ｐは加算回路（加算手段）を示す。

Claims (2)

1. 第１の所定周波数範囲の周波数帯域成分からなるテスト信号に、前記第１の所定周波数範囲以外の第２の所定周波数範囲の周波数帯域成分からなるＡＤ変換対象信号としてのアナログ信号を加算する加算手段と、
   前記加算手段の加算信号を検査対象となるＡＤ変換器によりＡＤ変換した後のＡＤ変換信号について前記第１の所定周波数範囲の周波数帯域をカットすることで前記アナログ信号をＡＤ変換した後のデジタル信号として取得する第１のデジタルフィルタ手段と、
   前記加算手段の加算信号を前記ＡＤ変換器によりＡＤ変換した後のＡＤ変換信号について前記第１の所定周波数範囲の周波数帯域成分を通過させると共に前記第２の所定周波数範囲の周波数帯域を含む帯域をカットする第２のデジタルフィルタ手段と、
   前記第２のデジタルフィルタ手段により帯域カットされた信号を検査する検査手段とを備えたことを特徴とするＡＤ変換装置の異常検出装置。
2. テスト信号を一のＡＤ変換器に入力させると共にＡＤ変換対象信号を他のＡＤ変換器に入力させるように切替制御する切替制御手段であって、一および他のＡＤ変換器に対する信号入力を時分割で切り替えて制御する切替制御手段と、
   前記テスト信号が入力されたＡＤ変換器の出力信号を検査する検査手段とを備えたことを特徴とするＡＤ変換装置の異常検出装置。

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