JP2012112873A

JP2012112873A - 周波数計測回路

Info

Publication number: JP2012112873A
Application number: JP2010263604A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Ando; 暢彦安藤; Hideyuki Nakamizo; 英之中溝; Morishige Hieda; 護重檜枝; Takanori Takahashi; 貴紀高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を高精度に計測することができる周波数計測回路を得る。
【解決手段】入力信号の周波数に応じたオン時間のパルス信号を出力するパルス発生回路１０４、１０５と、パルス信号のオン時間に応じてオン状態となるスイッチ１１２、１２２と、スイッチ１１２、１２２を介して互いに接続される定電流源１１１、１２１およびキャパシタ１１３、１２３とを有し、互いに異なる電圧を出力する２つ以上の充電回路１１０、２０と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力信号の周波数を計測するために、充電回路を用いて周波数をアナログ電圧に変換する周波数計測回路に関する。

従来から、入力信号の周波数を計測する方法として、充電回路を用いて周波数をアナログ電圧に変換するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら、非特許文献１に示された方法について説明する。
図１３は、従来の周波数計測回路を示す回路図である。図１３において、この周波数計測回路は、入力端子９０１、出力端子９０２、パルス発生回路９０３および充電回路９１０から構成されている。また、充電回路９１０は、定電流源９１１、スイッチ９１２およびキャパシタ９１３を有している。

ここで、入力端子９０１は、パルス発生回路９０３の入力端子に接続され、パルス発生回路９０３の出力端子は、充電回路９１０の入力端子に接続され、充電回路９１０の出力端子は、出力端子９０２に接続されている。また、定電流源９１１の出力端子は、スイッチ９１２の第１端子に接続され、スイッチ９１２の第２端子は、キャパシタ９１３の第１端子に接続され、キャパシタ９１３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路９１０の入力端子は、スイッチ９１２の制御端子に接続され、充電回路９１０の出力端子は、スイッチ９１２とキャパシタ９１３との間に接続されている。

パルス発生回路９０３は、入力信号の１周期の時間に応じたオン時間のパルス信号を出力する。入力信号の１周期の時間をＴ_Ｆとし、パルス発生回路９０３から出力されるパルス信号のオン時間をＴ_ＯＮとすると、入力信号の１周期の時間Ｔ_Ｆとパルス信号のオン時間Ｔ_ＯＮとの関係は、次式（１）で表される。なお、式（１）において、Ｎはパルス発生回路９０３における係数を示している。

スイッチ９１２は、パルス信号がオン時間の間だけオン状態となる。スイッチ９１２がオン状態になると、定電流源９１１とキャパシタ９１３とが接続され、定電流源９１１からの定電流がキャパシタ９１３に充電される。このとき、出力端子９０２から出力される電圧Ｖ_０は、次式（２）で表される。

式（２）において、Ｃはキャパシタ９１３の静電容量を示し、Ｉは定電流源９１１からの定電流の電流値を示し、Ｆ_０は入力信号の周波数を示している。ここで、定電流源９１１の電流値Ｉ、パルス発生回路９０３の係数Ｎおよびキャパシタ９１３の静電容量Ｃが既知であることから、出力端子９０２から出力される電圧Ｖ_０を計測することにより、入力信号の周波数Ｆ_０を算出することができる。

ＳｔａｆｆａｎＪｏｈａｎｓｓｏｎ，"Ｎｅｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｕｎｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｍｐｒｏｖｅｓｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ"，ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，２００５．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２００５ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＩＥＥＥ，ｐｐ．６２８−６３５，２００５

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
非特許文献１に示された周波数計測回路では、図１４に示されるように、入力信号の周波数が高くなるに従って出力電圧特性の傾きが小さくなり、所望の周波数分解能を得るために必要な電圧差が小さくなる。そのため、入力信号の周波数が高い領域では、出力電圧Ｖ_０が雑音やＡ／Ｄ変換器入力時の量子化誤差等の影響を受けやすくなり、周波数の計測精度が低下するという問題がある。

また、入力信号の周波数が高い領域において、出力電圧特性の傾きを大きくするために、パルス発生回路の係数Ｎ、定電流源の電流値Ｉやキャパシタの静電容量Ｃを変更すると、入力信号の周波数が低い領域における出力電圧が大きくなり、出力電圧のダイナミックレンジが大きくなるという問題もある。

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、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を高精度に計測することができる周波数計測回路を得ることを目的とする。

この発明に係る周波数計測回路は、入力信号の周波数に応じたオン時間のパルス信号を出力する少なくとも１つのパルス発生回路と、パルス信号のオン時間に応じてオン状態となるスイッチと、スイッチを介して互いに接続される定電流源およびキャパシタとを有し、互いに異なる電圧を出力する２つ以上の充電回路と、を備えたものである。

この発明に係る周波数計測回路によれば、周波数計測回路は、入力信号の周波数に応じたオン時間のパルス信号を出力する少なくとも１つのパルス発生回路と、パルス信号のオン時間に応じてオン状態となるスイッチと、スイッチを介して互いに接続される定電流源およびキャパシタとを有し、互いに異なる電圧を出力する２つ以上の充電回路とから構成されている。
そのため、計測する周波数の範囲を分割して、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数が高い場合における出力電圧特性の傾きを大きくすることができ、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、雑音や量子化誤差などの影響を低減することができる。
したがって、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

この発明の実施の形態１に係る周波数計測回路を示す回路図である。この発明の実施の形態１に係る周波数計測回路における入力信号の周波数と出力電圧との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態２に係る周波数計測回路を示す回路図である。この発明の実施の形態２に係る周波数計測回路における入力信号の周波数と出力電圧との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態３に係る周波数計測回路を示す回路図である。この発明の実施の形態３に係る周波数計測回路における入力信号の周波数と出力電圧との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態４に係る周波数計測回路を示す回路図である。この発明の実施の形態４に係る周波数計測回路における入力信号の周波数と出力電圧との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態４に係る周波数計測回路を示す別の回路図である。この発明の実施の形態５に係る周波数計測回路を示す回路図である。この発明の実施の形態４に係る周波数計測回路における入力信号の周波数と充電回路の出力電圧との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態５に係る周波数計測回路における入力信号の周波数と出力電圧との関係を示す説明図である。従来の周波数計測回路を示す回路図である。従来の周波数計測回路の出力電圧特性を示す説明図である。

以下、この発明に係る周波数計測回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る周波数計測回路を示す回路図である。図１において、この周波数計測回路は、入力端子１０１、出力端子１０２、１０３、パルス発生回路１０４、１０５および充電回路１１０、１２０から構成されている。また、充電回路１１０は、定電流源１１１、スイッチ１１２およびキャパシタ１１３を有し、充電回路１２０は、定電流源１２１、スイッチ１２２およびキャパシタ１２３を有している。

ここで、入力端子１０１は、パルス発生回路１０４の入力端子に接続されるとともに、パルス発生回路１０５の入力端子に接続されている。また、パルス発生回路１０４の出力端子は、充電回路１１０の入力端子に接続され、充電回路１１０の出力端子は、出力端子１０２に接続されている。また、パルス発生回路１０５の出力端子は、充電回路１２０の入力端子に接続され、充電回路１２０の出力端子は、出力端子１０３に接続されている。

また、定電流源１１１の出力端子は、スイッチ１１２の第１端子に接続され、スイッチ１１２の第２端子は、キャパシタ１１３の第１端子に接続され、キャパシタ１１３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路１１０の入力端子は、スイッチ１１２の制御端子に接続され、充電回路１１０の出力端子は、スイッチ１１２とキャパシタ１１３との間に接続されている。

また、定電流源１２１の出力端子は、スイッチ１２２の第１端子に接続され、スイッチ１２２の第２端子は、キャパシタ１２３の第１端子に接続され、キャパシタ１２３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路１２０の入力端子は、スイッチ１２２の制御端子に接続され、充電回路１２０の出力端子は、スイッチ１２２とキャパシタ１２３との間に接続されている。

パルス発生回路１０４、１０５は、それぞれ入力信号の１周期の時間に応じたオン時間のパルス信号を出力する。入力信号の１周期の時間をＴ_Ｆとすると、パルス発生回路１０４から出力されるパルス信号のオン時間Ｔ_{ＯＮ＿１０４}は、次式（３）で表される。なお、式（３）において、Ｎ_１０４は、パルス発生回路１０４における係数を示している。

また、パルス発生回路１０５から出力されるパルス信号のオン時間Ｔ_{ＯＮ＿１０５}は、次式（４）で表される。なお、式（４）において、Ｎ_１０５は、パルス発生回路１０５における係数を示している。

スイッチ１１２は、パルス発生回路１０４からのパルス信号がオン時間の間だけオン状態となる。スイッチ１１２がオン状態になると、定電流源１１１とキャパシタ１１３とが接続され、定電流源１１１からの定電流がキャパシタ１１３に充電される。このとき、出力端子１０２から出力される電圧Ｖ_１０２は、次式（５）で表される。

式（５）において、Ｃ_１１３はキャパシタ１１３の静電容量を示し、Ｉ_１１１は定電流源１１１からの定電流の電流値を示し、Ｆ_０は入力信号の周波数を示している。

また、スイッチ１２２は、パルス発生回路１０５からのパルス信号がオン時間の間だけオン状態となる。スイッチ１２２がオン状態になると、定電流源１２１とキャパシタ１２３とが接続され、定電流源１２１からの定電流がキャパシタ１２３に充電される。このとき、出力端子１０３から出力される電圧Ｖ_１０３は、次式（６）で表される。

式（６）において、Ｃ_１２３はキャパシタ１２３の静電容量を示し、Ｉ_１２１は定電流源１２１からの定電流の電流値を示し、Ｆ_０は入力信号の周波数を示している。

ここで、Ｉ_１１１＝Ｉ_１２１、Ｃ_１１３＝Ｃ_１２３、Ｎ_１０４＜Ｎ_１０５とした場合における入力信号の周波数Ｆ_０と、出力端子１０２の出力電圧Ｖ_１０２および出力端子１０３の出力電圧Ｖ_１０３との関係を図２に示す。

図２において、入力信号の周波数Ｆ_０が高くなると、出力端子１０２の出力電圧特性の傾きは小さくなるが、出力端子１０３の出力電圧特性の傾きは大きい。したがって、入力信号の周波数Ｆ_０が高い場合には、出力電圧特性の傾きが大きい出力端子１０３の出力電圧Ｖ_１０３を測定することにより、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

また、入力信号の周波数Ｆ_０が低い場合には、出力端子１０３の出力電圧Ｖ_１０３よりも小さい出力端子１０２の出力電圧Ｖ_１０２を測定することにより、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を計測することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、周波数計測回路は、入力信号の周波数に応じたオン時間のパルス信号を出力する２つのパルス発生回路と、パルス信号のオン時間に応じてオン状態となるスイッチと、スイッチを介して互いに接続される定電流源およびキャパシタとを有し、互いに異なる電圧を出力する２つの充電回路とから構成されている。また、２つのパルス発生回路は、オン時間が互いに異なるパルス信号を出力する。
そのため、計測する周波数の範囲を分割して、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数が高い場合における出力電圧特性の傾きを大きくすることができ、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、雑音や量子化誤差などの影響を低減することができる。
したがって、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

なお、上記実施の形態１では、２つのパルス発生回路と２つの充電回路とを組み合わせた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、２つ以上のパルス発生回路と２つ以上の充電回路とを組み合わせてもよい。また、上記実施の形態１では、パルス発生回路の係数が互いに異なる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、定電流源の電流値やキャパシタの静電容量を変更してもよい。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る周波数計測回路を示す回路図である。図３において、この周波数計測回路は、入力端子２０１、出力端子２０２、２０３、パルス発生回路２０４および充電回路２１０、２２０から構成されている。また、充電回路２１０は、定電流源２１１、スイッチ２１２およびキャパシタ２１３を有し、充電回路２２０は、定電流源２２１、スイッチ２２２およびキャパシタ２２３を有している。

ここで、入力端子２０１は、パルス発生回路２０４の入力端子に接続されている。また、パルス発生回路２０４の出力端子は、充電回路２１０の入力端子に接続されるとともに、充電回路２２０の入力端子に接続されている。充電回路２１０の出力端子は、出力端子２０２に接続されている。また、充電回路２２０の出力端子は、出力端子２０３に接続されている。

また、定電流源２１１の出力端子は、スイッチ２１２の第１端子に接続され、スイッチ２１２の第２端子は、キャパシタ２１３の第１端子に接続され、キャパシタ２１３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路２１０の入力端子は、スイッチ２１２の制御端子に接続され、充電回路２１０の出力端子は、スイッチ２１２とキャパシタ２１３との間に接続されている。

また、定電流源２２１の出力端子は、スイッチ２２２の第１端子に接続され、スイッチ２２２の第２端子は、キャパシタ２２３の第１端子に接続され、キャパシタ２２３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路２２０の入力端子は、スイッチ２２２の制御端子に接続され、充電回路２２０の出力端子は、スイッチ２２２とキャパシタ２２３との間に接続されている。

ここで、定電流源２１１からの定電流の電流値Ｉ_２１１と定電流源２２１からの定電流の電流値Ｉ_２２１とは、Ｉ_２１１＜Ｉ_２２１の関係を満たすものとし、キャパシタ２１３とキャパシタ２２３の静電容量は、互いに同じ値であるとする。

なお、この発明の実施の形態２に係る周波数計測回路の動作は、上述した実施の形態１とほぼ同様なので、詳細な説明を省略する。また、入力信号の周波数Ｆ_０と、出力端子２０２の出力電圧Ｖ_２０２および出力端子２０３の出力電圧Ｖ_２０３との関係を図４に示す。

図４において、入力信号の周波数Ｆ_０が高くなると、出力端子２０２の出力電圧特性の傾きは小さくなるが、Ｉ_２１１＜Ｉ_２２１なので、出力端子２０３の出力電圧特性の傾きは大きい。したがって、入力信号の周波数Ｆ_０が高い場合には、出力電圧特性の傾きが大きい出力端子２０３の出力電圧Ｖ_２０３を測定することにより、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

また、入力信号の周波数Ｆ_０が低い場合には、出力端子２０３の出力電圧Ｖ_２０３よりも小さい出力端子２０２の出力電圧Ｖ_２０２を測定することにより、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を計測することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、周波数計測回路は、入力信号の周波数に応じたオン時間のパルス信号を出力する１つのパルス発生回路と、パルス信号のオン時間に応じてオン状態となるスイッチと、スイッチを介して互いに接続される定電流源およびキャパシタとを有し、互いに異なる電圧を出力する２つの充電回路とから構成されている。また、充電回路の定電流源は、電流値が互いに異なる電流を出力する。
そのため、計測する周波数の範囲を分割して、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数が高い場合における出力電圧特性の傾きを大きくすることができ、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、雑音や量子化誤差などの影響を低減することができる。
したがって、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

なお、上記実施の形態２では、定電流源２１１の電流値と定電流源２２１の電流値とが互いに異なる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、キャパシタ２１３の静電容量とキャパシタ２２３の静電容量とが互いに異なるように設定してもよい。また、上記実施の形態２では、充電回路の数が２つの場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、２つ以上の充電回路を用いてもよい。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る周波数計測回路を示す回路図である。図５において、この周波数計測回路は、入力端子３０１、出力端子３０２、３０３、パルス発生回路３０４、３０５、レベル変換器３０６、３０７および充電回路３１０、３２０から構成されている。

レベル変換器３０６、３０７は、入力信号のレベルを変化させる。
また、充電回路３１０は、定電流源３１１、スイッチ３１２およびキャパシタ３１３を有し、充電回路３２０は、定電流源３２１、スイッチ３２２およびキャパシタ３２３を有している。

ここで、入力端子３０１は、パルス発生回路３０４の入力端子に接続されるとともに、パルス発生回路３０５の入力端子に接続されている。また、パルス発生回路３０４の出力端子は、充電回路３１０の入力端子に接続され、充電回路３１０の出力端子は、レベル変換器３０６の入力端子に接続されている。また、レベル変換器３０６の出力端子は、出力端子３０２に接続されている。

また、パルス発生回路３０５の出力端子は、充電回路３２０の入力端子に接続され、充電回路３２０の出力端子は、レベル変換器３０７の入力端子に接続されている。また、レベル変換器３０７の出力端子は、出力端子３０３に接続されている。

また、定電流源３１１の出力端子は、スイッチ３１２の第１端子に接続され、スイッチ３１２の第２端子は、キャパシタ３１３の第１端子に接続され、キャパシタ３１３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路３１０の入力端子は、スイッチ３１２の制御端子に接続され、充電回路３１０の出力端子は、スイッチ３１２とキャパシタ３１３との間に接続されている。

また、定電流源３２１の出力端子は、スイッチ３２２の第１端子に接続され、スイッチ３２２の第２端子は、キャパシタ３２３の第１端子に接続され、キャパシタ３２３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路３２０の入力端子は、スイッチ３２２の制御端子に接続され、充電回路３２０の出力端子は、スイッチ３２２とキャパシタ３２３との間に接続されている。

ここで、パルス発生回路３０４、３０５および充電回路３１０、３２０がそれぞれ同じ特性を有しているとすると、充電回路３１０の出力電圧Ｖ_３１０と充電回路３２０の出力電圧Ｖ_３２０とは、次式（７）で表されるように、互いに等しくなる。

式（７）において、Ｃはキャパシタ３１３、３２３の静電容量を示し、Ｎはパルス発生回路３０４、３０５の係数を示し、Ｉは定電流源３１１、３２１からの定電流の電流値を示し、Ｆ_０は入力信号の周波数を示している。

続いて、レベル変換器３０６、３０７の設定値を、互いに異なるように設定する。具体的には、例えばレベル変換器３０６の出力電圧Ｖ_３０６およびレベル変換器３０７の出力電圧Ｖ_３０７を、それぞれ次式（８）、（９）に表されるように設定する。

式（８）、（９）において、Ａ_１およびＡ_２はレベル変換器３０６の変換係数を示し、Ｂ_１およびＢ_２はレベル変換器３０７の変換係数を示している。また、Ａ_１＜Ｂ_１、Ａ_２＜Ｂ_２と設定した場合における、入力信号の周波数Ｆ_０と、レベル変換器３０６の出力電圧Ｖ_３０６およびレベル変換器３０７の出力電圧Ｖ_３０７との関係を図６に示す。

図６より、入力信号の周波数Ｆ_０が高い場合であっても、周波数計測回路の出力電圧特性の傾きが大きくなり、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

また、入力信号の周波数Ｆ_０が低い場合には、レベル変換器３０７の出力電圧Ｖ_３０７よりも小さいレベル変換器３０６の出力電圧Ｖ_３０６を測定することにより、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を計測することができる。

なお、上記実施の形態３では、２つの充電回路と２つのレベル変換器とを組み合わせた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、２つ以上の充電回路と２つ以上のレベル変換器とを組み合わせてもよい。また、上記実施の形態３では、パルス発生回路３０４、３０５が互いに同じ特性を有し、充電回路３１０、３２０が互いに同じ特性を有していると仮定して説明したが、これに限定されず、特性の互いに異なるパルス発生回路や充電回路を用いてもよい。

実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係る周波数計測回路を示す回路図である。図７において、この周波数計測回路は、入力端子４０１、出力端子４０２、パルス発生回路４０３、４０４、経路切り替え回路４０５、経路選択回路４０６、経路判定出力端子４０７および充電回路４１０、４２０から構成されている。

また、充電回路４１０は、定電流源４１１、スイッチ４１２およびキャパシタ４１３を有し、充電回路４２０は、定電流源４２１、スイッチ４２２およびキャパシタ４２３を有している。

ここで、入力端子４０１は、パルス発生回路４０３の入力端子に接続されるとともに、パルス発生回路４０４の入力端子に接続されている。また、パルス発生回路４０３の出力端子は、充電回路４１０の入力端子に接続されるとともに、経路選択回路４０６の第１入力端子に接続されている。また、充電回路４１０の出力端子は、経路切り替え回路４０５の第１入力端子に接続されている。

また、パルス発生回路４０４の出力端子は、充電回路４２０の入力端子に接続されるとともに、経路選択回路４０６の第２入力端子に接続されている。また、充電回路４２０の出力端子は、経路切り替え回路４０５の第２入力端子に接続されている。

また、経路選択回路４０６の第１出力端子は、経路切り替え回路４０５の第１制御端子に接続され、経路選択回路４０６の第２出力端子は、経路切り替え回路４０５の第２制御端子に接続されている。また、経路切り替え回路４０５の出力端子は、出力端子４０２に接続されている。また、経路選択回路４０６の選択結果を出力する経路選択結果出力端子は、経路判定出力端子４０７に接続されている。

また、定電流源４１１の出力端子は、スイッチ４１２の第１端子に接続され、スイッチ４１２の第２端子は、キャパシタ４１３の第１端子に接続され、キャパシタ４１３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路４１０の入力端子は、スイッチ４１２の制御端子に接続され、充電回路４１０の出力端子は、スイッチ４１２とキャパシタ４１３との間に接続されている。

また、定電流源４２１の出力端子は、スイッチ４２２の第１端子に接続され、スイッチ４２２の第２端子は、キャパシタ４２３の第１端子に接続され、キャパシタ４２３の第２端子は、基準電位（グラウンド）に接続されている。また、充電回路４２０の入力端子は、スイッチ４２２の制御端子に接続され、充電回路４２０の出力端子は、スイッチ４２２とキャパシタ４２３との間に接続されている。

なお、パルス発生回路４０３、４０４から出力されるパルス信号、および充電回路４１０、４２０からの出力電圧は、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。

経路選択回路４０６は、パルス発生回路４０３、４０４から出力されるパルス信号に基づいて最適な経路を判定し、経路切り替え信号を経路切り替え回路４０５に出力するとともに、判定結果を経路判定出力端子４０７に出力する。経路切り替え回路４０５は、経路選択回路４０６からの経路切り替え信号に応じて、充電回路４１０、４２０からの出力電圧を切り替えて出力端子４０２に出力する。

これにより、充電回路４１０、４２０からの出力電圧を経路切り替え回路４０５により切り替えることができるので、入力信号の周波数Ｆ_０と、出力端子４０２の出力電圧Ｖ_４０２との関係は、図８に示されるようになる。

図８より、入力信号の周波数Ｆ_０が高い場合であっても、周波数計測回路の出力電圧特性の傾きが大きくなり、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

また、入力信号の周波数Ｆ_０が低い場合であっても、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を計測することができる。
すなわち、経路判定出力端子４０７から出力される経路判定結果と出力端子４０２の出力電圧とを用いることにより、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

なお、上記実施の形態４では、２つのパルス発生回路と２つの充電回路とを組み合わせた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、２つ以上のパルス発生回路と２つ以上の充電回路とを組み合わせてもよい。また、上記実施の形態４では、パルス回路の出力端子と経路選択回路の入力端子とを接続したが、これに限定されず、図９に示されるように、充電回路の出力端子と経路選択回路の入力端子とを接続してもよい。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５に係る周波数計測回路を示す回路図である。図１０において、この周波数計測回路は、入力端子６０１、出力端子６０２、パルス発生回路６０３、６０４、経路判定結果出力端子６０５、６０６、６０７、６０８、充電回路６１０、６２０、経路切り替え回路６３０および経路選択回路６６０から構成されている。

また、充電回路６１０は、定電流源６１１、スイッチ６１２およびキャパシタ６１３を有し、充電回路６２０は、定電流源６２１、スイッチ６２２およびキャパシタ６２３を有している。

また、経路切り替え回路６３０は、スイッチ回路６４０、６５０から構成され、経路選択回路６６０は、経路判定回路６７０、６８０から構成されている。また、スイッチ回路６４０は、スイッチ６４１、６４２を有し、スイッチ回路６５０は、スイッチ６５１、６５２を有している。また、経路判定回路６７０は、比較器６７１、６７２および基準電位６７３、６７４を有し、経路判定回路６８０は、比較器６８１、６８２および基準電位６８３、６８４を有している。

なお、パルス発生回路６０３、６０４から出力されるパルス信号、および充電回路６１０、６２０からの出力電圧は、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。ここで、入力信号の周波数Ｆ_０と、充電回路６１０の出力電圧Ｖ_６１０および充電回路６２０の出力電圧Ｖ_６２０との関係を図１１に示す。

続いて、基準電位６７３の電圧Ｖ_６７３、基準電位６７４のＶ_６７４、基準電位６８３のＶ_６８３および基準電位６８４のＶ_６８４を、それぞれ次式（１０）、（１１）に表されるように設定する。

このとき、比較器６７１は、充電回路６２０の出力電圧Ｖ_６２０が基準電位６７３の電圧Ｖ_６７３よりも大きい場合に、スイッチ６４１をオン状態にする信号をスイッチ６４１の制御端子に出力するとともに、経路判定結果出力端子６０７に出力する。
また、比較器６７２は、充電回路６２０の出力電圧Ｖ_６２０が基準電位６７４の電圧Ｖ_６７４よりも小さい場合に、スイッチ６４２をオン状態にする信号をスイッチ６４２の制御端子に出力するとともに、経路判定結果出力端子６０５に出力する。

また、比較器６８１は、充電回路６１０の出力電圧Ｖ_６１０が基準電位６８３の電圧Ｖ_６８３よりも大きい場合に、スイッチ６５１をオン状態にする信号をスイッチ６５１の制御端子に出力するとともに、経路判定結果出力端子６０８に出力する。
また、比較器６８２は、充電回路６１０の出力電圧Ｖ_６１０が基準電位６８４の電圧Ｖ_６８４よりも小さい場合に、スイッチ６５２をオン状態にする信号をスイッチ６５２の制御端子に出力するとともに、経路判定結果出力端子６０６に出力する。

以上の動作により、入力信号の周波数Ｆ_０と、出力端子６０２の出力電圧Ｖ_６０２との関係は、図１２に示されるようになる。
図１２より、入力信号の周波数Ｆ_０が高い場合であっても、周波数計測回路の出力電圧特性の傾きが大きくなり、所望の周波数分解能を得るための電圧差を大きくすることができるので、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

また、入力信号の周波数Ｆ_０が低い場合であっても、出力電圧のダイナミックレンジを大きくすることなく、入力信号の周波数を計測することができる。
すなわち、経路判定結果出力端子６０５、６０６、６０７、６０８から出力される経路判定結果と出力端子６０２の出力電圧とを用いることにより、入力信号の周波数を高精度に計測することができる。

なお、上記実施の形態５では、経路切り替え回路として２つのスイッチ回路を用い、経路選択回路として２つの経路判定回路を用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、２つ以上のスイッチ回路と２つ以上の経路判定回路を用いてもよい。

１０１、２０１、３０１、４０１、６０１入力端子、１０２、１０３、２０２、２０３、３０２、３０３、４０２、６０２出力端子、１０４、１０５、２０４、３０４、３０５、４０３、４０４、６０３パルス発生回路、１１０、１２０、２１０、２２０、３１０、３２０、４１０、４２０、６１０、６２０充電回路、１１１、１２１、２１１、２２１、３１１、３２１、４１１、４２１、６１１、６２１定電流源、１１２、１２２、２１２、２２２、３１２、３２２、４１２、４２２、６１２、６２２スイッチ、１１３、１２３、２１３、２２３、３１３、３２３、４１３、４２３、６１３、６２３キャパシタ、３０６、３０７レベル変換器、４０５経路切り替え回路、４０６経路選択回路、４０７経路判定出力端子、６０５、６０６、６０７、６０８経路判定結果出力端子、６３０経路切り替え回路、６４０、６５０スイッチ回路、６４１、６４２、６５１、６５２スイッチ、６６０経路選択回路、６７０、６８０経路判定回路、６７１、６７２、６８１、６８２比較器、６７３、６７４、６８３、６８４基準電位。

Claims

入力信号の周波数に応じたオン時間のパルス信号を出力する少なくとも１つのパルス発生回路と、
前記パルス信号のオン時間に応じてオン状態となるスイッチと、前記スイッチを介して互いに接続される定電流源およびキャパシタとを有し、互いに異なる電圧を出力する２つ以上の充電回路と、
を備えたことを特徴とする周波数計測回路。
Ｌ個の前記パルス発生回路と、
Ｌ個の前記パルス発生回路のそれぞれと一対一に接続されたＬ個の前記充電回路と、を備え、
Ｌ個の前記パルス発生回路の入力端子が互いに接続されて１つにまとめられている
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数計測回路。
１つの前記パルス発生回路と、
Ｌ個の前記充電回路と、を備え、
Ｌ個の前記充電回路の入力端子が互いに接続されて１つにまとめられ、前記パルス発生回路と接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数計測回路。
Ｌ個の前記パルス発生回路は、オン時間が互いに異なるパルス信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の周波数計測回路。
Ｌ個の前記充電回路は、電流値が互いに異なる前記定電流源を有することを特徴とする請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の周波数計測回路。
Ｌ個の前記充電回路は、静電容量が互いに異なる前記キャパシタを有することを特徴とする請求項２から請求項５までの何れか１項に記載の周波数計測回路。
Ｌ個の前記充電回路の出力端子のそれぞれに、信号レベルを変化させる増幅器を接続したことを特徴とする請求項２から請求項６までの何れか１項に記載の周波数計測回路。
Ｌ個の入力端子と１つの出力端子とＭ個の制御端子とを有し、入力された信号の１つを出力する経路切り替え回路をさらに備え、
前記経路切り替え回路のＬ個の入力端子とＬ個の前記充電回路の出力端子とがそれぞれ接続されている
ことを特徴とする請求項２から請求項７までの何れか１項に記載の周波数計測回路。
Ｌ個の入力端子とＭ個の出力端子と経路選択結果出力端子を有し、前記経路切り替え回路における経路を選択する経路選択回路をさらに備え、
前記経路選択回路のＬ個の入力端子とＬ個の前記充電回路またはＬ個の前記パルス発生回路の出力端子とがそれぞれ接続され、
前記経路選択回路のＭ個の出力端子と前記経路切り替え回路のＭ個の制御端子とがそれぞれ接続されている
ことを特徴とする請求項８に記載の周波数計測回路。
前記経路切り替え回路は、Ｌ個のスイッチ回路で構成され、
前記スイッチ回路は、１つの入力端子と１つの出力端子と２つの制御端子とを有する
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の周波数計測回路。
前記スイッチ回路は、２つの経路切り替えスイッチを有し、
前記２つの経路切り替えスイッチは、前記スイッチ回路の入力端子と出力端子との間に直列に接続されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の周波数計測回路。
前記経路選択回路は、Ｌ個の経路判定回路で構成され、
前記経路判定回路は、１つの入力端子と２つの出力端子とを有し、
Ｍ＝２Ｌである
ことを特徴とする請求項９に記載の周波数計測回路。
前記経路判定回路は、２つの比較器と２つの基準電位とを有し、
前記経路判定回路の入力端子が一方の比較器の第１入力端子に接続されるとともに他方の比較器の第１入力端子に接続され、
一方の基準電位の出力端子が前記一方の比較器の第２入力端子に接続され、
前記一方の比較器の出力端子が前記経路判定回路の第１出力端子に接続され、
他方の基準電位の出力端子が前記他方の比較器の第２入力端子に接続され、
前記他方の比較器の出力端子が前記経路判定回路の第２出力端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の周波数計測回路。