JP2012073112A - ピーク検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ノイズによる影響を低減する。
【解決手段】信号S1の1周期を超える長さの検出期間において、信号S1の現在の電圧と検出期間内での直前までの最大電圧とを比較すると共に現在の電圧が最大電圧よりも高いときに現在の電圧で最大電圧を更新してホールド電圧V1として保持し、入力したリセット信号Srstに従って新たな検出期間を開始するピーク検出部2と、検出期間における少なくとも2周期目以降の期間に含まれるホールド電圧V1を複数回サンプリングして電圧データD1を複数出力するA/D変換部3と、2周期目以降の期間において複数の電圧データD1を入力したときに複数の電圧データD1のうちの少なくとも一部の複数を平均すると共に得られた平均値を信号S1の検出期間内でのピーク電圧Vpとして出力し、かつピーク検出部2に対してリセット信号Srstを出力する処理部6とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、繰り返し波形信号についてのピーク電圧を検出するピーク検出装置に関するものである。
信号の波形についてのピーク電圧を検出するピーク検出回路として、下記の特許文献1に開示されたピーク検出回路が知られている。この種のピーク検出回路の動作原理について、図3に示す基本的なピーク検出回路51を例に挙げて説明する。
まず、このピーク検出回路51の構成について説明すると、ピーク検出回路51は、コンパレータ52、ダイオード53、コンデンサ54、コンデンサ54にチャージされた電荷を放電するためのスイッチ55、およびボルテージフォロワに構成された演算増幅器56を備えて構成されている。
次に、このピーク検出回路51による繰り返し波形信号S1における波形のピーク部位Pの電圧Vp(以下、ピーク電圧Vpともいう)についての検出動作について、図4を参照して説明する。この場合、スイッチ55を作動させて、一時的にオン状態(リセット状態)に移行させるためのリセット信号Srstは、信号S1のピーク電圧Vpを確実に検出し得るように、その周期Taが信号S1の1周期Tsよりも長い周期に設定されている。また、信号S1は、一例として三角波信号であるものとする。また、このピーク検出回路51のドループレートは極めて小さいものとする(つまり、スイッチ55をオン状態に移行させない限り、コンデンサ54に充電された電荷は殆ど放電しないものとする)。
上記した条件により、ピーク検出回路51は、リセット信号Srstの入力直前(時刻t1,t2,t3,t4)においては、常に信号S1のピーク電圧Vpに等しい電圧で一定に維持されたホールド電圧V1を出力するように作動する。したがって、図3に示すように、このピーク検出回路51と、A/D変換部62と、上記リセット信号Srstを生成して出力する処理部63とでピーク検出装置61を構成することにより、処理部63が信号S1のピーク電圧Vpを測定することが可能となる。具体的には、このピーク検出装置61では、ピーク検出回路51がホールド電圧V1を出力し、A/D変換部62がこのホールド電圧V1を信号S1の周期Tsよりも十分に短い周期でサンプリングしてホールド電圧V1の電圧値を示す電圧データD1に変換する。最後に、処理部63が、時刻t1,t2,t3,t4のいずれかにおいて、電圧データD1を1つ取得すると共に、この1つの電圧データD1に基づいて信号S1のピーク電圧Vpを検出(算出)する。
実開昭61−205075号公報(第2−4頁、第1図)
ところが、上記のピーク検出装置61には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、このピーク検出装置61では、時刻t1,t2,t3,t4のいずれかにおいて取得した1つの電圧データD1に基づいて信号S1のピーク電圧Vpを検出しているが、この電圧データD1を取得するタイミングで信号S1やホールド電圧V1にノイズが重畳する場合がある。このため、このピーク検出装置61には、ノイズに起因して、信号S1のピーク電圧Vpを正確に測定するのが困難となる場合が生じるという解決すべき課題が存在している。
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、ノイズによる影響を低減し得るピーク検出装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項1記載のピーク検出装置は、繰り返し波形信号の1周期を超える長さの検出期間において、当該繰り返し波形信号の現在の電圧と当該検出期間内での直前までの最大電圧とを比較すると共に当該現在の電圧が当該最大電圧よりも高いときに当該現在の電圧で当該最大電圧を更新してホールド電圧として保持し、入力したリセット信号に従って新たな前記検出期間を開始するピーク検出部と、前記検出期間における少なくとも2周期目以降の期間に含まれる前記ホールド電圧を複数回サンプリングして当該ホールド電圧の電圧値を示す電圧データを複数出力するA/D変換部と、前記2周期目以降の期間において複数の前記電圧データを入力したときに当該複数の電圧データのうちの少なくとも一部の複数を平均すると共に得られた平均値を前記繰り返し波形信号の前記検出期間内でのピーク電圧として出力し、かつ前記ピーク検出部に対して前記リセット信号を出力する処理部とを備えている。
また、請求項2記載のピーク検出装置は、請求項1記載のピーク検出装置において、前記繰り返し波形信号の周期を検出する周期検出部を備え、前記処理部は、前記周期検出部によって検出された前記周期に基づいて前記検出期間を決定する。
請求項1記載のピーク検出装置によれば、A/D変換部から出力される電圧データのうちのいずれかがノイズの影響を受けていたとしても、平均化により、最終的なピーク電圧に対するノイズの影響を大幅に軽減することができる。
また、請求項2記載のピーク検出装置によれば、繰り返し波形信号の周期が未知であったとしても、周期検出部が繰り返し波形信号の周期を検出するため、処理部は、この検出された周期に基づいて検出期間を決定して、繰り返し波形信号についての最終的なピーク電圧を確実に検出することができる。
ピーク検出装置1の構成を示す構成図である。 ピーク検出装置1の動作を説明するためのタイミングチャートである。 ピーク検出装置61の構成を示す構成図である。 ピーク検出装置61の動作を説明するためのタイミングチャートである。
以下、ピーク検出装置1の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
最初に、ピーク検出装置1の構成について、図面を参照して説明する。
図1に示すピーク検出装置1は、ピーク検出部2、A/D変換部3、パルス生成部4、周期検出部5、処理部6および出力部7を備え、正弦波信号、三角波信号または矩形波信号などの一定の周期Tsで同じ波形が繰り返し出現する繰り返し波形信号S1(以下、単に「信号S1」ともいう)におけるピーク電圧Vpを測定可能に構成されている。
ピーク検出部2は、コンパレータ11、ダイオード12、コンデンサ13、スイッチ14および演算増幅器(オペアンプ)15を備えたピーク検出回路で構成されている。
具体的には、コンパレータ11は、その非反転入力端子に信号S1が入力され、その反転入力端子に演算増幅器15の出力端子が接続されている。ダイオード12は、そのアノード端子がコンパレータ11の出力端子に接続され、そのカソード端子がコンデンサ13の一端および演算増幅器15の非反転入力端子に接続されている。コンデンサ13は、その他端が基準電位(本例ではグランド電位)に接続されている。スイッチ14は、一例としてリレーや半導体スイッチ素子(例えばトランジスタや電界効果型トランジスタ)で構成されて、コンデンサ13に並列に接続されている。また、スイッチ14は、リセット信号Srstを入力している間だけオン状態に移行して、コンデンサ13に充電されている電荷を瞬時に放電させる。演算増幅器15は、ボルテージフォロワに構成されている。
この構成により、このピーク検出部2は、図2に示すように、検出期間T0(リセット信号Srstを入力した後、次のリセット信号Srstを入力するまでの期間)において、信号S1の現在の電圧と検出期間T0内での直前までの最大電圧V1(コンデンサ13に保持(ホールド)された電圧)とを比較すると共に、信号S1の現在の電圧が最大電圧V1よりも高いときに現在の電圧で最大電圧V1を更新して保持するピークホールド動作を、最大電圧V1をホールド電圧(以下、「ホールド電圧V1」ともいう)として出力しつつ実行する。
本例では、後述するように、この検出期間T0は信号S1の周期Tsを超える長さに規定されるため、検出期間T0内に常に信号S1における波形のピーク部位Pが含まれることになる。したがって、ホールド電圧V1は、信号S1のピーク部位Pの電圧(ピーク電圧)Vpとなる。なお、発明の理解を容易にするため、ダイオード12での順方向電圧や、コンパレータ11および演算増幅器15のオフセットなどは無視するものとする。また、このピーク検出部2のドループレートは極めて小さいものとする。
A/D変換部3は、一例として、パルス生成部4から出力されるサンプリング信号Sspを入力する都度、ホールド電圧V1に対するサンプリング動作を実行して、ホールド電圧V1の電圧値を示す電圧データD1を出力する。パルス生成部4は、サンプリング信号Sspを生成してA/D変換部3に出力する。パルス生成部4は、本例では一例として、信号S1の周期Tsに対して十分に短い周期のサンプリングクロックを生成すると共に、このサンプリングクロックを処理部6から出力される制御信号Scの入力期間だけサンプリング信号Sspとして出力するクロック生成回路(図示せず)を備えている。
周期検出部5は、信号S1を入力して、その周期Tsを検出すると共に、検出した周期Tsを示す周期データDtを処理部6に出力する。処理部6は、CPUおよびメモリ(いずれも図示せず)を備えて構成されて、周期データDtに基づいてリセット信号Srstおよびサンプリング信号Sspの出力タイミングを決定して、この出力タイミングでリセット信号Srstを出力すると共に、この出力タイミングでパルス生成部4からサンプリング信号Sspを出力させるための制御信号Scを出力する信号出力処理、A/D変換部3から出力される電圧データD1に基づいて信号S1の最終的なピーク電圧Vpを算出する算出処理、および算出したピーク電圧Vpを出力部7に出力する出力処理を実行する。出力部7は、一例として、モニタ装置などの表示装置で構成されて、処理部6から出力されたピーク電圧Vpを画面上に表示する。なお、モニタ装置に代えて、プリンタ装置やプロッタ装置などで出力部7を構成することもできる。
次に、ピーク検出装置1による信号S1のピーク電圧Vpを検出する検出動作について図1,2を参照して説明する。なお、信号S1として、三角波信号を例に挙げて説明する。
信号S1が入力されている状態において、ピーク検出装置1では、まず、周期検出部5が、信号S1の周期Tsを検出して、周期Tsを示す周期データDtを処理部6に出力する。これにより、信号S1の周期が未知であったとしても、処理部6が、後述するように周期データDtに基づいて信号出力処理を実行することで、リセット信号Srstおよびサンプリング信号Sspの出力タイミングを決定することが可能となっている。次いで、処理部6が、ピーク電圧Vpを算出する算出処理の実行に先立ち、信号出力処理を実行する。
この信号出力処理では、処理部6は、まず、入力した周期データDtに基づいて周期Tsを特定し、この周期Tsに基づいて、リセット信号Srstの周期(検出期間T0)およびこの検出期間T0に対するサンプリング信号Ssp(具体的には、A/D変換部3に対してこのサンプリング信号Sspを所望のタイミングで出力させるための制御信号Sc)の出力タイミングを決定する。
詳細には、処理部6は、ピーク検出部2での検出期間T0の長さとなるリセット信号Srstの周期を信号S1の1周期Tsを超える長さに設定する。本例では、処理部6は、十分な数の電圧データD1をA/D変換部3から出力させつつ、ピーク電圧Vpの検出周期を短時間にできるように、リセット信号Srstの周期を信号S1の周期Tsの2倍(周期Tsの2周期)に規定(決定)する。なお、本例での検出期間T0とは、一例として、図2に示すように、リセット信号Srstの終期から次のリセット信号Srstの終期までの区間をいうものとする。なお、リセット信号Srstの始期から次のリセット信号Srstの始期までの区間を検出期間T0とすることもできる。
また、検出期間T0は信号S1の1周期Tsを超える長さ(本例では、周期Tsの2倍)に規定されるため、検出期間T0における最初の1周期Tsに対応する期間T1内には、常に信号S1のピーク部位Pが含まれることになる。これにより、検出期間T0における少なくとも2周期目以降の期間T2(本例では、2周期目の期間)では、ピーク検出部2は、常に信号S1のピーク部位Pの電圧(ピーク電圧)Vpをホールド電圧V1として出力している状態となっている。したがって、処理部6は、信号S1におけるピーク電圧Vpを示す電圧データD1をA/D変換部3から確実に取得し得るように、検出期間T0における少なくとも2周期目以降の期間T2をA/D変換部3のサンプリング期間(以後、サンプリング期間T2ともいう)として決定する。また、処理部6は、パルス生成部4に対してこのサンプリング期間T2内にサンプリング信号Sspを出力させるため、サンプリング期間T2以内に制御信号Scを出力するように、この制御信号Scの出力タイミングを決定する。
次いで、処理部6は、図2に示すように、上記のように決定した各出力タイミングで、リセット信号Srstおよび制御信号Scの出力を開始する。これにより、信号出力処理が完了する。
このようにして、処理部6からピーク検出部2に対してリセット信号Srstが上記の出力タイミングで繰り返し出力されるため、ピーク検出部2は、リセット信号Srstの1周期(周期Tsの2倍の周期。つまり、検出期間T0)内における最初の1周期Tsに対応する期間T1内で、信号S1のピーク部位Pについてのピーク電圧Vpを確実に検出すると共にホールド電圧V1として出力し、その後の期間T2に亘ってこのホールド電圧V1を出力し続ける動作を、検出期間T0の周期で繰り返す。
また、処理部6からパルス生成部4に対して制御信号Scが上記の出力タイミングで繰り返し出力されるため、パルス生成部4は、制御信号Scを入力する都度、生成しているサンプリングクロックをこの制御信号Scの入力期間においてサンプリング信号SspとしてA/D変換部3に出力する。これにより、A/D変換部3は、検出期間T0における少なくとも2周期目以降の期間T2において、ホールド電圧V1を複数回サンプリングして、ホールド電圧V1の電圧値を示す電圧データD1を複数個出力する動作を、検出期間T0の周期で繰り返す。この場合、上記したように、この期間T2に先立つ期間T1において、ピーク検出部2が信号S1のピーク部位Pについてのピーク電圧Vpをホールド電圧V1として出力し始めると共に、このホールド電圧V1を期間T2に亘って維持しているため、A/D変換部3は、期間T2においてこのホールド電圧V1をサンプリングすることにより、信号S1におけるピーク電圧Vpを示す電圧データD1を確実に複数回出力する。
続いて、処理部6は、算出処理を実行する。この算出処理では、処理部6は、期間T2内にA/D変換部3から出力される電圧データD1を複数個取得してメモリに記憶し、記憶した複数個の電圧データD1を平均すると共に、この電圧データD1の平均値に基づいて、信号S1の最終的なピーク電圧Vpを算出して、メモリに記憶する。このピーク検出装置1では、従来のピーク検出装置61とは異なり、複数の時刻においてサンプリングして得られた複数の電圧データD1の平均値に基づいて信号S1のピーク電圧Vpを算出するため、いずれかの電圧データD1がノイズの影響を受けていたとしてもノイズの影響が軽減される。これにより、ピーク検出装置1は、ノイズの存在する環境下においても、信号S1のピーク電圧Vpをより正確に測定することが可能となっている。最後に、処理部6は、出力処理を実行して、算出したピーク電圧Vpを出力部7に表示させる。処理部6は、この算出処理および出力処理を検出期間T0の周期で繰り返す。
このように、このピーク検出装置1では、ピーク検出部2が、信号(繰り返し波形信号)S1の1周期Tsを超える長さの検出期間T0において、信号S1に対して、信号S1の現在の電圧と直前までの最大電圧とを比較すると共に現在の電圧がこの最大電圧よりも高いときに現在の電圧で最大電圧を更新することで、信号S1の最大電圧V1(ピーク電圧Vp)をホールド電圧V1として保持するピークホールド動作を実行し、A/D変換部3が、ホールド電圧V1としてピーク電圧Vpが確実にピーク検出部2から出力される検出期間T0における少なくとも2周期目以降の期間T2に含まれるホールド電圧V1を複数回サンプリングしてホールド電圧V1の電圧値を示す電圧データD1を複数出力し、処理部6が、この期間T2において複数の電圧データD1のうちの少なくとも一部の複数を平均すると共に、得られた平均値を検出期間T0での最終的なピーク電圧Vpとして出力する。
したがって、このピーク検出装置1によれば、A/D変換部3から出力される電圧データD1のうちのいずれかがノイズの影響を受けていたとしても、平均化により、最終的なピーク電圧Vpに対するノイズの影響を大幅に軽減することができる。
また、このピーク検出装置1によれば、周期検出部5が信号S1の周期Tsを検出し、処理部6は、この検出された周期Tsに基づいて、検出期間T0およびサンプリング期間T2の各長さおよび相互のタイミングを決定するため、信号S1の周期Tsが未知の場合においても、信号S1についての最終的なピーク電圧Vpを確実に検出することができる。また、何らかの原因により、信号S1の周期Tsが途中で変更された場合においても、信号S1についての最終的なピーク電圧Vpを確実に検出することができる。
なお、上記のピーク検出装置1では、検出期間T0を信号S1の周期Tsの2倍に規定し、A/D変換部3のサンプリング期間T2を、検出期間T0における2周期目の期間とする構成を採用しているが、処理部6は、A/D変換部3のサンプリング期間T2において、複数の電圧データD1を取得できればよいため、例えば、検出期間T0を信号S1の周期Tsの1.2倍、1.5倍など、1倍を超え2倍未満の期間に規定することもできるし、2.3倍、3倍など、2倍を超える期間に規定することもできる。
また、パルス生成部4からA/D変換部3に対して、サンプリングクロックそのものをサンプリング信号Sspとして常時連続して出力し、A/D変換部3に対してホールド電圧V1を常時連続してサンプリングさせた状態で、処理部6側において、上記の例では、制御信号Scの出力タイミング内にA/D変換部3から出力される電圧データD1を取得して平均する構成を採用することもできる。また、期間T2に取得した複数の電圧データD1のすべてを平均する構成を採用することもできるし、この複数の電圧データD1のうちから一部を選択した複数の電圧データD1を平均する構成を採用することもできる。
1 ピーク検出装置
2 ピーク検出部
3 A/D変換部
5 周期検出部
6 処理部
S1 繰り返し波形信号
Srst リセット信号
T0 検出期間
T3 サンプリング期間
Ts 信号の周期
V1 ホールド電圧(最大電圧)
Vp ピーク電圧

Claims (2)

  1. 繰り返し波形信号の1周期を超える長さの検出期間において、当該繰り返し波形信号の現在の電圧と当該検出期間内での直前までの最大電圧とを比較すると共に当該現在の電圧が当該最大電圧よりも高いときに当該現在の電圧で当該最大電圧を更新してホールド電圧として保持し、入力したリセット信号に従って新たな前記検出期間を開始するピーク検出部と、
    前記検出期間における少なくとも2周期目以降の期間に含まれる前記ホールド電圧を複数回サンプリングして当該ホールド電圧の電圧値を示す電圧データを複数出力するA/D変換部と、
    前記2周期目以降の期間において複数の前記電圧データを入力したときに当該複数の電圧データのうちの少なくとも一部の複数を平均すると共に得られた平均値を前記繰り返し波形信号の前記検出期間内でのピーク電圧として出力し、かつ前記ピーク検出部に対して前記リセット信号を出力する処理部とを備えているピーク検出装置。
  2. 前記繰り返し波形信号の周期を検出する周期検出部を備え、
    前記処理部は、前記周期検出部によって検出された前記周期に基づいて前記検出期間を決定する請求項1記載のピーク検出装置。
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