JP2009225200A - Ａ／ｄ変換装置およびａ／ｄ変換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬時的に混入するノイズの影響を取り去り、本来のアナログ値により近いデジタル値を得ることができるＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法を提供する。
【解決手段】Ａ／Ｄ変換装置は、アナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１と、Ａ／Ｄ変換後のデジタル値を保存するメモリ２と、複数のデジタル値の平均値と分散値とを計算する計算回路４と、予め設定された分散スレッシュと計算した分散値とを比較する大小比較回路５と、外部のマイクロ・コントローラと接続するインタ・フェイス回路６と、を有する。本構成において、測定結果の分散値を計算し、それが予め設定されたスレッシュの範囲内であれば測定を打ち切り、スレッシュの範囲外であればスレッシュの範囲に入るまで繰り返し測定を行う。これにより、瞬時的に混入するノイズの影響を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ａ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法に関し、特に本発明は、変換精度をより高めたＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法に関する。

従来のＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法では、測定回数は固定である。その結果、たまたまノイズがあった場合には、得られた測定値は、ノイズの混入した値となる問題点を有している。この問題点を防止する、または問題点を緩和する「Ａ／Ｄコンバータ」の技術が開示されている（例えば特許文献１）。また、Ａ／Ｄ変換を複数回実施して、平均値化する対応策も開示されている（例えば特許文献２）。
特開２００２−５０９６４号公報 特開平７−１３１３４６号公報

しかしながら、従来のＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法においては、測定回数が未だに固定であり、たまたまノイズがあった場合には、測定結果が、ノイズの混入した値となる問題点を伴う。さらに詳述すると、アナログ信号をデジタル値に変換するシステムにおいて、アナログ信号内へノイズが混入している場合に、Ａ／Ｄ変換を単純に実施すると、本来の値にノイズ分が加算される問題点を有している。

本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、瞬時的に混入するノイズの影響を取り去り、本来のアナログ値により近いデジタル値を得ることができるＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法を提供することを目的とする。

本発明のＡ／Ｄ変換装置は、アナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換装置と、Ａ／Ｄ変換結果のデジタル値を保存するメモリと、複数のデジタル値の平均値と分散値とを計算する計算回路と、予め設定された分散スレッシュと前記計算した分散値とを比較する比較回路と、外部のマイクロ・コントローラとのインタ・フェイス回路と、を有することを特徴としている。

また、本発明のＡ／Ｄ変換方法は、アナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換工程と、Ａ／Ｄ変換結果のデジタル値を保存する記憶工程と、複数のデジタル値の平均値と分散値とを計算する計算工程と、予め設定された分散スレッシュと計算した分散値とを比較する比較工程と、外部のマイクロ・コントローラとのインタ・フェイス工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、突発的にノイズの発生する環境において、ノイズの影響を除いたＡ／Ｄ変換結果を得ることが可能となる。

上述した課題を解決するために、本発明の実施の形態においては、測定結果の分散値を計算し、それが予め設定されたスレッシュの範囲内であれば測定を打ち切り、スレッシュの範囲外であればスレッシュの範囲に入るまで繰り返し測定を行う。より詳細には、本発明の実施の形態では、測定を複数回実施し、分散値を計算し、この分散値が予め設定した値以下になるかどうかで、測定を終えるかどうかを、判定する。これにより、瞬時的に混入するノイズの影響を取り去り、本来のアナログ値に対応する、より近いデジタル値を得る。その際、分散計算の結果が、いつまでもスレッシュ範囲内に入らないで、その結果として、測定が終わらない症状の発生を避ける工夫が、必要となる。このことで、ノイズの影響の少ない測定結果を、安定的に得ることができる。これが、本発明の要点である。本内容を、以下に詳述する。

図面を参照して本発明による、Ａ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法の実施の形態を、詳細に説明する。図１を参照すると、本発明のＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法の、実施形態の例が示されている。

本発明の実施の形態によるＡ／Ｄ変換装置は、Ａ／Ｄ変換器１、メモリ２、制御回路３、平均・分散計算回路４、比較器５、ホストＣＰＵ−ＩＦ・レジスタ回路６、の各部を有して構成される。

Ａ／Ｄ変換器１は、同じ値が入力されれば、変換結果も同じ値となるが、経時的に変化するノイズが多い環境では、測定結果がノイズの影響を受けてばらつく、分散症状を生じる。本発明の実施の形態では、ノイズによる影響を抑えることを目的として、測定を決められた回数以上行ない、測定結果が予め設定した分散内に収まることを確認して、最終的な測定結果を求める。これにより、突発的なノイズがあった場合においても、それを避けて、より高い精度の測定結果を求めることを可能としている。

本発明の実施の形態の構成内容及び動作例を、図１の構成図、図２の測定フローチャートを基にして、以下に説明する。

まず、測定回数カウンタは、一連の測定を始める前に、「０」にクリアする（ステップＳ２０１）。次に、Ａ／Ｄ変換器１は、アナログ入力信号「ＡＩＮ」を、デジタル値に変換する。このＡ／Ｄ変換結果は、測定を行う毎に、メモリ２にアドレス順に格納する。Ａ／Ｄ変換を１回行う毎に、測定回数カウンタを、「１」インクリメントする（ステップＳ２０２）。尚、メモリは、リングバッファ形式であり、測定結果でメモリ領域が一杯になった場合には、先頭アドレスに戻り、古いデータに対して、上書きを行う。

メモリ２に対するアドレス書き込み要求信号は、制御回路３からメモリ２に出力する。測定回数が、決められた規定測定回数「Ｃ１」に達する（ステップＳ２０３）、つまり「ＣＮＴ≧Ｃ１」となると、直近の測定データ「Ｃ１」個のデータを、メモリ２から制御回路３を通して順次読み出し、平均および分散の計算を、平均・分散計算回路４にて行う（ステップＳ２０４）。分散の値が予め決められている、スレッシュレベルα以内であるかどうかを、比較器５で大小比較する（ステップＳ２０５）。比較の結果がスレッシュ以内であれば（ステップＳ２０５／ＹＥＳ）、測定はそこで終了し、平均・分散計算回路４が保持している平均値を、その時点での測定結果とする。

分散の値が、決められたスレッシュ値を超えている場合（ステップＳ２０５／ＮＯ）は、測定回数カウンタ「ＣＮＴ」と測定打ち切り回数「Ｃ２」とを比較し（ステップＳ２０６）、「ＣＮＴ≧Ｃ２」であれば（ステップＳ２０６／ＹＥＳ）、測定を打ち切り、その時点の平均値を測定結果とする。また、分散がスレッシュを超えており、測定打ち切り回数まで達していないならば（ＣＮＴ＜Ｃ２）（ステップＳ２０６／ＮＯ）、変換の継続実行、即ち次のＡ／Ｄ変換を行ない、変換の結果をメモリ２にストアし、測定回数をインクリメントし、再びスレッシュ値と比較を行う（ステップＳ２０８）。

上記の様に、測定・判定を繰り返し実行するが、スレッシュ値の設定が実際の測定の分散より小さい場合には、測定が、いつまでも終わらない可能性がある。測定がいつまでも終わらないことを防ぐために、測定打ち切り回数「Ｃ２」を設けている。測定が、スレッシュ値以内に収まって終了したのか、測定打ち切り回数に達したため終了したのかを、判別する。このために、打ち切り回数に達した時点で、打ち切りフラグをセットする。

メモリ２は、図３に示す様に、「Ｎ」個の測定データが格納できる容量を持つ。リングバッファ形式であり、アドレス「０」から順に格納する。アドレス「Ｎ−１」の次は、アドレス「０」から格納する。これにより、直近の測定データ「Ｎ」個が、常にメモリ２に存在する。

制御回路３は、全体動作、平均・分散計算を制御する回路である。制御回路３は、メモリ２への書き込み、及び読み出し時のアドレス管理、書き込み制御、Ａ／Ｄ変換器１の動作制御、測定回数カウント、測定回数のスレッシュＣ１、Ｃ２との比較などを行う。測定が終了した際には、測定終了フラグをセットする。

平均・分散計算回路４は、平均および分散の計算を行う。平均は、メモリ２のデータを順番にＮ個加算する。都度、Ｎ個全てを加算する方式、もしくは加算結果を保存しておき、Ｎ個前のデータを減算し、最新サンプルを加算しても良い。平均は、加算結果を「Ｎ」で除算すれば良い。もしくは、「Ｎ」を「２のべき乗」して、加算結果をべき乗分シフトすることで、求めることができる。例えば、１６個の平均であれば４ビットシフトする。分散を計算するには、平均値とデータとの差分の、２乗和を計算すれば良い。

ホストＣＰＵ―ＩＦレジスタ回路６は、ホストＣＰＵインタ・フェイス回路であり、外部のマイクロ・コントローラから本システムに必要となる、レジスタ設定を行うための回路である。より詳細には、アドレスのデコードを行ない、測定回数関係のレジスタ（Ｃ１、Ｃ２）、分散スレッシュレジスタ、測定開始・終了を表すレジスタ群を持つ。測定が完了したことを示す、割り込み信号の発生も、このインタ・フェイス回路６で行う。

表１は、データ列に対する計算例１を示す表である。

表２は、データ列に対する計算例２を示す表である。

具体例を挙げて、本発明を使った場合の測定結果がどの様になるかを、表１及び表２のデータ列に対する計算例、で示す。８個のデータの平均・分散を、計算して判定することで、説明する。表１、表２中の符号Ｘiの欄が、８個のデータ列であり、符号（Ｘｉ−Ｍ）の欄が平均とデータの差、右欄が差の２乗である。分散スレッシュが、例えば、各サンプルに絶対値で１０の２乗である、１００程度のバラつきを認めるという意味である。「１００」と設定すると、表１のデータ列の場合、分散が「８５３」となり、測定を継続するが、表２のデータ列の場合、分散が「１７」となり、測定を終了し、測定結果平均値の「５９．５」となる。

実際にシステムに適用するには、最初に測定を試行で何度か行った上で、分散スレッシュの値を設定する。このことで、測定内容に適した測定結果の信頼度を、確保することができる。

尚、数１は、Ｎ個のデータに対応する分散式であり、Ｎ個のデータx1, x2, x3, …. , xn の分散は、相加平均をｍとすると下記の式で表される。

本発明の実施の形態により、Ａ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法は、アナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換において、Ａ／Ｄ変換結果のデジタル値を保存し、複数のデジタル値の平均値と分散値とを計算し、予め設定された分散スレッシュと計算した分散値とを比較する。さらに、外部のマイクロ・コントローラとのインタ・フェイスを取り、Ａ／Ｄ変換結果の直近の決められた個数分の分散が、所定の分散スレッシュ内に入っていればデジタル値を測定値としている。この結果、突発的にノイズの発生する環境において、ノイズの影響を除いたＡ／Ｄ変換結果を得ることができる。また、測定結果の分散値とスレッシュとを比較することで、ノイズの少ない場合に、早く収束することで、高速化と省電力化を行うことができる。さらに、測定回数に上限を設けることで、いつまでたってもＡ／Ｄ変換結果が得られない、トラブルの発生を防止することができる。

以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述したＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。

本発明の実施の形態によるＡ／Ｄ変換装置およびＡ／Ｄ変換方法に対応する、全体構成例を示す図である。 本発明の実施の形態による測定処理の流れの例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態によるメモリ２への測定データの格納例を示す図である。

符号の説明

１ Ａ／Ｄ変換器
２ メモリ
３ 制御回路
４ 平均・分散 計算回路
５ 大小比較器
６ ホストＣＰＵ−ＩＦ、レジスタ回路

Claims (6)

1. アナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換後のデジタル値を保存するメモリと、
   複数の前記デジタル値の平均値と分散値とを計算する計算回路と、
   予め設定された分散スレッシュと前記計算した分散値とを比較する比較回路と、
   外部のマイクロ・コントローラと接続するインタ・フェイス回路と、を有することを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
2. 前記Ａ／Ｄ変換器により変換されたＡ／Ｄ変換結果の直近の分散が、所定の分散スレッシュの範囲内の場合は、前記デジタル値を測定値とすることを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。
3. 予め設定された測定回数の上限の値を超えると、該超えた時点で測定を打ち切り、該時点の平均値を測定結果とすることを特徴とする請求項１または２記載のＡ／Ｄ変換装置。
4. アナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換工程と、
   前記Ａ／Ｄ変換後のデジタル値を保存する保存工程と、
   複数の前記デジタル値の平均値と分散値とを計算する計算工程と、
   予め設定された分散スレッシュと前記計算した分散値とを比較する比較工程と、
   外部のマイクロ・コントローラとのインタ・フェイスを取るインタ・フェイス工程と、 を有することを特徴とするＡ／Ｄ変換方法。
5. 前記Ａ／Ｄ変換工程により変換されたＡ／Ｄ変換結果の直近の分散が、所定の分散スレッシュの範囲内の場合は、前記デジタル値を測定値とすることを特徴とする請求項４記載のＡ／Ｄ変換方法。
6. 前記測定回数の上限が予め設定された値を超えると、該超えた時点で測定を打ち切り、該時点の平均値を測定結果とすることを特徴とする請求項４または５記載のＡ／Ｄ変換方法。

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