JP2016127526A - Binarization circuit and pulse count device - Google Patents

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Atsushi Ikeda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a binarization circuit which is high in robust performance to unknown offset variation components, and capable of coping with even frequency variation.SOLUTION: A binarization circuit includes: a hold circuit part (101) for detecting the peak value and bottom value of an input signal as an analog input signal; a threshold formation circuit for determining a threshold on the basis of the peak value and bottom value to be output from the hold circuit part (101); hold state detection circuits (200, 300) for detecting on or off of the hold state of the hold circuit part (101) from the states of the input signal, the peak value and the bottom value; a reset timing generation circuit part (104) for generating a reset signal on the basis of the on or off of the hold state of the hold circuit part (101) detected by the hold state detection circuits (200, 300); and a comparison circuit part (105) for comparing the input signal with the threshold to output a binarized signal. The hold circuit part (101) resets the peak value or bottom value on the basis of the reset signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、二値化回路及びパルスカウント装置に関する。   The present invention relates to a binarization circuit and a pulse count device.

アナログ信号の入力信号レベルが、センサ固有の感度バラツキや、センサの使用環境による外的要因(温湿度、振動、静電気等)により、あるいは不特定多数の被測定対象のエネルギーの強弱(許容するレンジ幅)により、未知の変化するオフセット成分を含む場合(あるいは意図的にオフセットを含ませる場合)において、オフセットの影響を抑えて、アナログ信号を正確に二値化する技術が既に知られている。   The analog signal input signal level varies depending on the sensor's inherent sensitivity, external factors (temperature / humidity, vibration, static electricity, etc.) due to the sensor's usage environment, or the energy level (allowable range) of an unspecified number of objects to be measured There is already known a technique for accurately binarizing an analog signal by suppressing the influence of an offset when an unknown changing offset component is included depending on (width) (or when an offset is intentionally included).

例えば、特許文献1では、コンパレータとコンパレータの出力と所定のクロック信号を入力とするAND回路と、AND回路の出力をカウンタ回路に入力し、カウンタ値をD/A変換してホールド電圧値を得る、ホールド回路において、入力信号成分の他に、緩慢に変動する成分が合成されている入力信号に対し、入力信号の周期ごとにホールド値を正確に検出する技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1, an AND circuit that receives a comparator, an output of the comparator and a predetermined clock signal, an output of the AND circuit is input to a counter circuit, and the counter value is D / A converted to obtain a hold voltage value. In the hold circuit, there is disclosed a technique for accurately detecting a hold value for each period of an input signal with respect to an input signal in which a slowly varying component is synthesized in addition to the input signal component.

そして、上記技術により得られたホールド値を用いて入力信号を正確に二値化する技術が開示されている。   And the technique of binarizing an input signal correctly using the hold value obtained by the said technique is disclosed.

しかしながら、前述方法では、システムが許容する緩慢な変動成分は、第2クロックの調整により行われることとなり、未知の変動に対するロバスト性は低い。   However, in the above-described method, the slow fluctuation component allowed by the system is performed by adjusting the second clock, and the robustness to unknown fluctuation is low.

すなわち、調整された第2クロックが追従できない変動が生じた場合には、ホールド値に基づいて得られる閾値電圧が入力信号との交点を得られない期間が生じ、入力信号を正確に2値化することができない場合がある。   That is, when a fluctuation that cannot be followed by the adjusted second clock occurs, there occurs a period in which the threshold voltage obtained based on the hold value cannot obtain an intersection with the input signal, and the input signal is accurately binarized. You may not be able to.

また、未知の変動(変動が緩慢でないものを含むあらゆる変動)に対してロバスト性を高めようとした場合、つまり第2クロック周期を第1クロック周期に近づけるようにすると、確かに変動に対するロバスト性は改善されるが、入力信号の周波数が変動するようなシステム(例えば周波数が極端に低くなるような場合があり得るシステム)に対しては、ピークホールドとボトムホールドの電位差が狭くなり、これらのホールド値に基づいて得られる閾値電圧と入力信号との交点の直交性が失われ、交点付近で誤検知(ノイズ)の発生や、入力信号のデューティの近似性を著しく損なうという問題がある。   In addition, when trying to improve robustness against unknown fluctuations (any fluctuation including those whose fluctuations are not slow), that is, when the second clock period is made closer to the first clock period, the robustness against fluctuations is certainly increased. However, for systems where the frequency of the input signal varies (for example, systems where the frequency may be extremely low), the potential difference between the peak hold and bottom hold becomes narrower. There is a problem in that the orthogonality of the intersection between the threshold voltage obtained based on the hold value and the input signal is lost, false detection (noise) occurs in the vicinity of the intersection, and the approximation of the duty of the input signal is significantly impaired.

本発明は上記の問題に鑑み、未知のオフセット変動成分に対してロバスト性が高く、かつ周波数変動に対しても対応可能な二値化回路を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a binarization circuit that has high robustness with respect to an unknown offset fluctuation component and can cope with frequency fluctuation.

上記課題を解決するための本発明は、アナログ入力信号である入力信号のピーク値及びボトム値を検出するホールド回路部と、ホールド回路部から出力されるピーク値及びボトム値に基づいて閾値を決定する閾値形成回路と、入力信号、ピーク値、及びボトム値の状態から、ホールド回路部のホールド状態のオン又はオフを検出するホールド状態検出回路と、ホールド状態検出回路が検出したホールド回路のホールド状態のオン又はオフに基づいてリセット信号を生成するリセットタイミング生成回路部と、入力信号を閾値と比較して二値化した信号を出力する比較回路部と、を備え、ホールド回路部は、リセット信号に基づいてピーク値又はボトム値をリセットする二値化回路を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a hold circuit unit that detects a peak value and a bottom value of an input signal that is an analog input signal, and determines a threshold value based on the peak value and the bottom value output from the hold circuit unit. A threshold value forming circuit, a hold state detection circuit for detecting on / off of the hold state of the hold circuit unit from the state of the input signal, the peak value, and the bottom value, and the hold state of the hold circuit detected by the hold state detection circuit A reset timing generation circuit unit that generates a reset signal based on whether the input signal is on or off, and a comparison circuit unit that outputs a binary signal by comparing the input signal with a threshold value. A binarization circuit for resetting the peak value or the bottom value based on the above is provided.

本発明によれば、未知のオフセット変動成分に対してロバスト性が高く、かつ周波数変動に対しても対応可能な二値化回路を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a binarization circuit that has high robustness with respect to an unknown offset fluctuation component and can cope with frequency fluctuation.

二値化回路の構成図である。It is a block diagram of a binarization circuit. ホールド回路部のピークホールド回路部の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the peak hold circuit part of a hold circuit part. 図2におけるホールド状態検出回路の動作を示した波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform which showed the operation | movement of the hold state detection circuit in FIG. ホールド回路部のボトムホールド回路部の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the bottom hold circuit part of a hold circuit part. リセットタイミング生成回路部の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the reset timing generation circuit part. リセットタイミング生成回路部の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a reset timing generation circuit part. リセットタイミング生成回路部の各信号の動作を示した波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform which showed the operation | movement of each signal of a reset timing generation circuit part. 比較回路部の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the comparison circuit part. 二値化回路の比較回路部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of the comparison circuit part of a binarization circuit. 二値化回路の比較回路部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of the comparison circuit part of a binarization circuit. 二値化回路の比較回路部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of the comparison circuit part of a binarization circuit. 二値化回路の比較回路部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of the comparison circuit part of a binarization circuit. 従来技術における問題点を説明する波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform explaining the problem in a prior art. 従来技術における問題点を説明する波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform explaining the problem in a prior art. 従来技術における問題点を説明する波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform explaining the problem in a prior art. 従来技術における問題点を説明する波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform explaining the problem in a prior art. 二値化回路を用いたパルスカウント装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the pulse count apparatus using a binarization circuit.

以下、本発明の一実施形態に係る二値化回路について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a binarization circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の二値化回路100の構成図である。図1に示すように、二値化回路100は、ピークホールド回路部102及びボトムホールド回路部103を含むホールド回路部101と、リセットタイミング生成回路部104と、比較回路部105と、を備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of the binarization circuit 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the binarization circuit 100 includes a hold circuit unit 101 including a peak hold circuit unit 102 and a bottom hold circuit unit 103, a reset timing generation circuit unit 104, and a comparison circuit unit 105.

アナログ入力信号106は、入力されたアナログ入力信号106のピーク値であるピークホールド値及びボトム値であるボトムホールド値を検出するホールド回路部101と比較回路部105に分岐して入力する。ピークホールド回路部102は、ホールド状態又は非ホールド状態を示す二値信号であるピークホールド状態検知信号107を出力するピークホールド状態検出回路200を備える。また、ボトムホールド回路部103は、ホールド状態又は非ホールド状態を示す二値信号であるボトムホールド状態検知信号108を出力するボトムホールド状態検出回路300を備える。そして、ピークホールド状態検知信号107及びボトムホールド状態検知信号108はリセットタイミング生成回路部104に入力する。   The analog input signal 106 is branched and input to a hold circuit unit 101 and a comparison circuit unit 105 that detect a peak hold value that is a peak value and a bottom hold value that is a bottom value of the input analog input signal 106. The peak hold circuit unit 102 includes a peak hold state detection circuit 200 that outputs a peak hold state detection signal 107 that is a binary signal indicating a hold state or a non-hold state. The bottom hold circuit unit 103 includes a bottom hold state detection circuit 300 that outputs a bottom hold state detection signal 108 that is a binary signal indicating a hold state or a non-hold state. The peak hold state detection signal 107 and the bottom hold state detection signal 108 are input to the reset timing generation circuit unit 104.

リセットタイミング生成回路部104は、ピークホールド状態検知信号107及びボトムホールド状態検知信号108の信号論理に基づいて、所定のタイミングによりリセット信号をホールド回路部101に出力する。ここでは、ピークホールド回路部102のホールド状態をリセットする信号を第一リセット信号109と、ボトムホールド回路部103のホールド状態をリセットする信号を第二リセット信号110と、それぞれ呼称する。   The reset timing generation circuit unit 104 outputs a reset signal to the hold circuit unit 101 at a predetermined timing based on the signal logic of the peak hold state detection signal 107 and the bottom hold state detection signal 108. Here, a signal for resetting the hold state of the peak hold circuit unit 102 is referred to as a first reset signal 109, and a signal for resetting the hold state of the bottom hold circuit unit 103 is referred to as a second reset signal 110.

比較回路部105には、ピークホールド回路部102の、通常はアナログ電圧値であるピークホールド値111及びボトムホールド値112が入力され、当該ピークホールド値111及びボトムホールド値112により動的に閾値が生成される。当該閾値とアナログ入力信号106は比較器により比較され、所望の二値化信号の出力が得られる。   The comparison circuit unit 105 receives the peak hold value 111 and the bottom hold value 112 that are normally analog voltage values of the peak hold circuit unit 102, and the threshold value is dynamically set by the peak hold value 111 and the bottom hold value 112. Generated. The threshold value and the analog input signal 106 are compared by a comparator, and a desired binarized signal output is obtained.

より具体的には、入力信号がオフセットを有していた場合、入力信号の電圧は二値化回路がHIGH或いはLOWを出力するために使用する閾値を、最低電圧が上回ったり、最高電圧が下回ったりすることがある。この場合、正確な二値化信号が得られない。従って、入力電圧の変化に応じて閾値を変化させる必要がある。   More specifically, when the input signal has an offset, the voltage of the input signal is lower than the threshold used by the binarization circuit to output HIGH or LOW, and the minimum voltage is lower than the maximum voltage. Sometimes. In this case, an accurate binarized signal cannot be obtained. Therefore, it is necessary to change the threshold according to the change of the input voltage.

本実施形態においては、入力信号の電圧が上昇傾向にある場合には入力電圧に従って、閾値を上昇させ、下降傾向にある場合には閾値を降下させる。この閾値は、比較回路部105が備える、ホールド回路部101から出力されるピークホールド値(Vph)及びボトムホールド値(Vbh)に基づいて閾値(Vref)を決定する閾値形成回路により決定される。   In the present embodiment, the threshold is increased according to the input voltage when the voltage of the input signal tends to increase, and the threshold is decreased when the voltage of the input signal tends to decrease. This threshold value is determined by a threshold value forming circuit that determines the threshold value (Vref) based on the peak hold value (Vph) and the bottom hold value (Vbh) output from the hold circuit unit 101 provided in the comparison circuit unit 105.

比較回路部105は入力信号を閾値と比較して二値化した信号を出力する。具体的には、比較回路部105は、入力電圧Vinが閾値Vrefより高い場合にVout_binとしてHIGHを、入力電圧Vinが閾値Vrefより低い場合にVout_binとしてLOWを出力する。そして、閾値Vrefは、ピークホールド値Vphとボトムホールド値Vbhの範囲内の電圧となる。例えば、R5=R6の場合、Vref=(Vph+Vbh)/2、すなわちピークホールド値Vphとボトムホールド値Vbhの中間の電圧、或いは、ピークホールド値Vphとボトムホールド値Vbhの平均の電圧になる。   The comparison circuit unit 105 compares the input signal with a threshold value and outputs a binarized signal. Specifically, the comparison circuit unit 105 outputs HIGH as Vout_bin when the input voltage Vin is higher than the threshold value Vref, and outputs LOW as Vout_bin when the input voltage Vin is lower than the threshold value Vref. The threshold value Vref is a voltage within the range of the peak hold value Vph and the bottom hold value Vbh. For example, when R5 = R6, Vref = (Vph + Vbh) / 2, that is, an intermediate voltage between the peak hold value Vph and the bottom hold value Vbh, or an average voltage between the peak hold value Vph and the bottom hold value Vbh.

ここで、入力信号の電圧が上昇傾向から下降傾向に変化する場合にはボトムホールド値Vbhを、入力信号の電圧が下降傾向から上昇傾向に変化する場合にはピークホールド値Vphを、それぞれリセットしてからピークホールド値Vph又はボトムホールド値Vbhを維持するホールドをOFFして入力信号Vinに追随させる必要がある。   Here, the bottom hold value Vbh is reset when the voltage of the input signal changes from an upward trend to a downward trend, and the peak hold value Vph is reset when the voltage of the input signal changes from a downward trend to an upward trend. After that, it is necessary to turn off the hold for maintaining the peak hold value Vph or the bottom hold value Vbh so as to follow the input signal Vin.

本実施形態においては、ピークホールド値Vphと入力電圧Vinに基づいてピークホールド状態検出回路200がステータス信号であるピークホールド状態検知信号107(State_PH)を、ボトムホールド値Vbhと入力信号Vinに基づいてボトムホールド状態検出回路300がステータス信号であるボトムホールド状態検知信号108(State_BH)を、リセットタイミング生成回路部104に出力する。そして、リセットタイミング生成回路部104は、ピークホールド状態検知信号107及びボトムホールド状態検知信号108の信号論理に基づいて、所定のタイミングによりリセット信号をホールド回路部101に出力する。   In the present embodiment, the peak hold state detection circuit 200 determines the peak hold state detection signal 107 (State_PH), which is a status signal, based on the peak hold value Vph and the input voltage Vin, and the bottom hold value Vbh and the input signal Vin. The bottom hold state detection circuit 300 outputs a bottom hold state detection signal 108 (State_BH), which is a status signal, to the reset timing generation circuit unit 104. Then, the reset timing generation circuit unit 104 outputs a reset signal to the hold circuit unit 101 at a predetermined timing based on the signal logic of the peak hold state detection signal 107 and the bottom hold state detection signal 108.

図2は、ホールド回路部101のピークホールド回路部102の構成を示した図である。図2に示すように、ピークホールド回路部102は、入力信号Vinとフィードバックされたピークホールド値Vphとを比較する第1のオペアンプOP1と、第1のオペアンプOP1の出力端子にアノードが接続され、カソードが第2のオペアンプOP2の+端子に接続するダイオードD2と、一端がダイオードD2のカソード及び第2のオペアンプOP2の+端子に抵抗R3を介して接続し、他端が接地するコンデンサC2と、ピークホールド状態検出回路200とを備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the peak hold circuit unit 102 of the hold circuit unit 101. As shown in FIG. 2, the peak hold circuit unit 102 has a first operational amplifier OP1 that compares the input signal Vin and the fed back peak hold value Vph, and an anode connected to the output terminal of the first operational amplifier OP1. A diode D2 having a cathode connected to the + terminal of the second operational amplifier OP2, a capacitor C2 having one end connected to the cathode of the diode D2 and the + terminal of the second operational amplifier OP2 via a resistor R3, and the other end grounded; And a peak hold state detection circuit 200.

ピークホールド状態検出回路200は、第1のオペアンプOP1の出力と、入力信号Vinとを比較する第1の比較器COMP1を備える。   The peak hold state detection circuit 200 includes a first comparator COMP1 that compares the output of the first operational amplifier OP1 and the input signal Vin.

ピークホールド回路部102は、アナログ入力信号106が、図中のVinに入力し、ピークホールド電圧Vphを得る回路である。オペアンプOP1は、VinとVph電圧差を検出しダイオードD2を介してコンデンサC2への充電を行う。   The peak hold circuit unit 102 is a circuit that obtains a peak hold voltage Vph by inputting an analog input signal 106 to Vin in the figure. The operational amplifier OP1 detects the voltage difference between Vin and Vph and charges the capacitor C2 via the diode D2.

すなわち、Vinの電圧がVphの電圧に対してよりも高く推移している場合は、ダイオードD2は順方向(接点a→接点b)に電流を流し、接点bの電圧(Vb)を上昇させる。逆にVinの電圧がVphの電圧より低い状態の場合は、充電電流が停止するので、電圧Vbは保持される。これによりピーク電圧Vphが得られる。ただし、ディスチャージ抵抗R2により徐々に放電されるようにしてもよい。   That is, when the voltage of Vin is higher than the voltage of Vph, the diode D2 causes a current to flow in the forward direction (contact point a → contact point b), and increases the voltage (Vb) of the contact point b. On the contrary, when the voltage of Vin is lower than the voltage of Vph, the charging current is stopped, so that the voltage Vb is maintained. Thereby, the peak voltage Vph is obtained. However, it may be gradually discharged by the discharge resistor R2.

オペアンプOP2は、ボルテージフォロワを構成し、出力Vphのインピーダンス変換している。第一リセット信号109は、図2のReset_PHから入力し接点bと接続している。第一リセット信号109がリセット動作するとき、接点bの電圧はGNDレベルに等しくなるので、コンデンサC2にチャージされていた電荷は放電される。このとき、放電時間は抵抗R3とコンデンサC2の時定数で決定される。   The operational amplifier OP2 constitutes a voltage follower and performs impedance conversion of the output Vph. The first reset signal 109 is input from Reset_PH in FIG. 2 and connected to the contact b. When the first reset signal 109 performs a reset operation, the voltage at the contact b becomes equal to the GND level, so that the charge charged in the capacitor C2 is discharged. At this time, the discharge time is determined by the time constant of the resistor R3 and the capacitor C2.

本実施形態では、ピークホールド回路部102にピークホールド状態検出回路200を有することを特徴としている。図2に示すように本実施形態では、ピークホールド状態検出回路200は、コンパレータCOMP1を用いてアナログ入力信号106(Vinの電圧)とオペアンプOP1の出力電圧(接点aにおける電圧に同じ)の電圧を比較し二値信号を出力する構成になっている。   This embodiment is characterized in that the peak hold circuit unit 102 includes a peak hold state detection circuit 200. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the peak hold state detection circuit 200 uses the comparator COMP1 to generate the voltage of the analog input signal 106 (Vin voltage) and the output voltage of the operational amplifier OP1 (same as the voltage at the contact a). The binary signal is output by comparison.

すなわち、VinがVphに対してよりも上昇していく期間(コンデンサC2が充電される期間)は、Vinの電圧より接点aの電圧のほうが高くなるため、ピークホールド状態検出回路200の出力State_PHは、HIGHレベルが出力され、逆にVinがVphの電圧よりも低い期間は、Vinの電圧より接点aの電圧のほうが低くなるため、ピークホールド状態検出回路200の出力State_PHは、LOWレベルが出力される。なお、回路図中コンデンサC1は、接点aで発生するノイズを低減する効果が得られるため、ピークホールド状態検出回路200の誤動作を防止する目的で必要に応じて設定される。   That is, during the period in which Vin rises higher than Vph (the period in which the capacitor C2 is charged), the voltage at the contact a is higher than the voltage at Vin, so the output State_PH of the peak hold state detection circuit 200 is During the period when the HIGH level is output and the voltage Vin is lower than the voltage Vph, the voltage of the contact a is lower than the voltage of Vin. Therefore, the output State_PH of the peak hold state detection circuit 200 outputs the LOW level. The Note that the capacitor C1 in the circuit diagram is set as necessary for the purpose of preventing malfunction of the peak hold state detection circuit 200 because an effect of reducing noise generated at the contact point a can be obtained.

図3は、図2におけるピークホールド状態検出回路200の動作を示した波形を示す図である。図3に示すように、Vinに対する接点aにおける電圧Vaの状態の変化により状態検知信号であるピークホールド状態検知信号107(State_PH)の結果が得られる。すなわち、State_PHがHiの期間はホールド状態が解除され、コンデンサC2へ充電される状態(ホールドオフ)である。State_PHがLOWの期間はホールド状態が維持(ホールドオン)されている状態である。   FIG. 3 is a diagram showing waveforms showing the operation of the peak hold state detection circuit 200 in FIG. As shown in FIG. 3, the result of the peak hold state detection signal 107 (State_PH) which is a state detection signal is obtained by the change in the state of the voltage Va at the contact point a with respect to Vin. That is, while the State_PH is Hi, the hold state is released and the capacitor C2 is charged (hold off). During the period when State_PH is LOW, the hold state is maintained (hold on).

図4は、ホールド回路部101のボトムホールド回路部103の構成を示した図である。図4に示すように、ボトムホールド回路部103は、入力信号Vinとフィードバックされたボトムホールド値Vbhとを比較する第3のオペアンプOP3と、第3のオペアンプOP3の出力端子にカソードが接続され、アノードが第4のオペアンプOP4の+端子に接続するダイオードD3と、一端がダイオードD3のアノード及び第4のオペアンプOP4の+端子に抵抗R5を介して接続し、他端が電源に接続するコンデンサC3と、ボトムホールド状態検出回路300と、を備える。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the bottom hold circuit unit 103 of the hold circuit unit 101. As shown in FIG. 4, the bottom hold circuit unit 103 has a third operational amplifier OP3 that compares the input signal Vin and the fed back bottom hold value Vbh, and a cathode connected to the output terminal of the third operational amplifier OP3. A diode D3 whose anode is connected to the + terminal of the fourth operational amplifier OP4, a capacitor C3 whose one end is connected to the anode of the diode D3 and the + terminal of the fourth operational amplifier OP4 via a resistor R5, and the other end is connected to the power supply And a bottom hold state detection circuit 300.

ボトムホールド状態検出回路300は、第3のオペアンプOP3の出力と、入力信号Vinとを比較する第2の比較器COMP2を備える。   The bottom hold state detection circuit 300 includes a second comparator COMP2 that compares the output of the third operational amplifier OP3 with the input signal Vin.

ボトムホールド回路部103の動作は、ピークホールド回路部102の動作と反対に、Vinの電圧がVbhの電圧に対してよりも高く推移している場合は、ダイオードD3において充電電流が停止するので、接点dの電圧(Vd)は保持される。逆にVinの電圧がVbhの電圧より低い状態の場合は、ダイオードD2は順方向(接点d→接点c)に電流を流し、接点Vdの電圧を上昇させる。これによりボトム電圧Vbhが得られる。ボトムホールド状態検出回路300は、本実施形態においてはピークホールド回路部におけるピークホールド状態検出回路200とは論理が反対に構成されている。すなわち、状態検知信号であるボトムホールド状態検知信号108のState_BHがHIGHの期間はホールドオン状態であり、State_BHがLOWの期間はホールドオフ状態である。その他の動作は図2の説明に述べたピークホールド回路部102の動作と同じであるため説明は省略する。   The operation of the bottom hold circuit unit 103 is opposite to the operation of the peak hold circuit unit 102. When the voltage of Vin is higher than the voltage of Vbh, the charging current stops in the diode D3. The voltage (Vd) of the contact d is maintained. Conversely, when the voltage at Vin is lower than the voltage at Vbh, the diode D2 causes a current to flow in the forward direction (contact point d → contact point c), and raises the voltage at the contact point Vd. Thereby, the bottom voltage Vbh is obtained. In the present embodiment, the bottom hold state detection circuit 300 has a logic opposite to that of the peak hold state detection circuit 200 in the peak hold circuit unit. That is, the bottom hold state detection signal 108, which is a state detection signal, is in a hold-on state when State_BH is HIGH, and is in a hold-off state when State_BH is LOW. The other operations are the same as those of the peak hold circuit unit 102 described in the description of FIG.

図5は、リセットタイミング生成回路部104の構成を示した図である。図5に示すように、ピークホールド回路部102のピークホールド状態検出回路200の出力信号であるピークホールド状態検知信号107のState_PHと、ボトムホールド回路部103のボトムホールド状態検出回路300の出力信号であるボトムホールド状態検知信号108のState_BHは、リセットタイミング生成回路部104に入力する。リセットタイミング生成回路部104は、論理演算回路(Inverter,XOR,AND)及び順序回路(D−FlipFlop)DFFにより構成され、汎用ロジックICを用いて回路を組むことができる。この場合、専用部品を用いる場合よりも部品コストが低く抑えられる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the reset timing generation circuit unit 104. As shown in FIG. 5, State_PH of the peak hold state detection signal 107 which is an output signal of the peak hold state detection circuit 200 of the peak hold circuit unit 102 and an output signal of the bottom hold state detection circuit 300 of the bottom hold circuit unit 103 State_BH of a certain bottom hold state detection signal 108 is input to the reset timing generation circuit unit 104. The reset timing generation circuit unit 104 includes a logic operation circuit (Inverter, XOR, AND) and a sequential circuit (D-FlipFlop) DFF, and a circuit can be assembled using a general-purpose logic IC. In this case, the component cost can be kept lower than when dedicated components are used.

State_PHはInverter(INV)によって反転され、第1のANDゲート(AND1)及び第2のANDゲート(AND2)に入力する。State_PHとState_BHはXORゲートに入力し、このXORゲートの出力はD−FlipFlop(DFF)のCLK端子に入力する。D−FlipFlop(DFF)のQバー端子からの出力であるDFF_〜QはD−FlipFlop(DFF)のD端子及び第2のANDゲート(AND2)に入力する。D−FlipFlop(DFF)のQ端子の出力であるDFF_Qは第1のANDゲート(AND1)に入力する。State_BHは第2のANDゲート(AND2)に入力する。   State_PH is inverted by Inverter (INV) and input to the first AND gate (AND1) and the second AND gate (AND2). State_PH and State_BH are input to the XOR gate, and the output of the XOR gate is input to the CLK terminal of the D-FlipFlop (DFF). DFF_ to Q, which are outputs from the Q bar terminal of the D-FlipFlop (DFF), are input to the D terminal of the D-FlipFlop (DFF) and the second AND gate (AND2). DFF_Q, which is the output of the Q terminal of D-FlipFlop (DFF), is input to the first AND gate (AND1). State_BH is input to the second AND gate (AND2).

図6は、リセットタイミング生成回路部104の動作を示す図である。図6(A)において、State_PH(1)は今回のState_PHの状態を、State_BH(0)は前回のState_BHの状態を、State_BH(1)は今回のState_BHの状態を、それぞれ示す。図6(B)はリセットタイミング生成回路部104のタイミングチャートである。   FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the reset timing generation circuit unit 104. In FIG. 6A, State_PH (1) indicates the current State_PH state, State_BH (0) indicates the previous State_BH state, and State_BH (1) indicates the current State_BH state. FIG. 6B is a timing chart of the reset timing generation circuit unit 104.

図6(A)に示すように、初期状態を除きState_PHの状態シーケンスはH→L→L→Lの順に、State_BHの状態シーケンスはH→H→L→Hの順に繰返し変化する。そして、State_PH=L かつ State_BH=Hのときに、第一リセット信号109又は第二リセット信号110のうち一方のリセット信号が動作する。どちらのリセット信号が動作するかは、State_BHの前回の状態との関係で決まる。   As shown in FIG. 6A, the state sequence of State_PH repeatedly changes in the order of H → L → L → L, and the state sequence of State_BH changes in the order of H → H → L → H except for the initial state. When State_PH = L and State_BH = H, one of the first reset signal 109 and the second reset signal 110 operates. Which reset signal operates depends on the relationship with the previous state of State_BH.

図6(B)に示すように、第1のANDゲート(AND1)の出力であるrst_s_phは、D−FlipFlop(DFF)のQ端子の出力であるDFF_Qと同じ信号となる。第1のANDゲート(AND1)はリセット信号の初期値を確定する。   As shown in FIG. 6B, rst_s_ph that is the output of the first AND gate (AND1) is the same signal as DFF_Q that is the output of the Q terminal of D-FlipFlop (DFF). The first AND gate (AND1) determines the initial value of the reset signal.

図7は、リセットタイミング生成回路部104の各信号の動作を示した波形を示す図である。リセットのタイミングはそれぞれ次のように決まる。   FIG. 7 is a diagram illustrating waveforms illustrating the operation of each signal of the reset timing generation circuit unit 104. The reset timing is determined as follows.

第一リセット信号109は、ボトムホールド状態検知信号(State_BH)がOFFからON(3)となるタイミングでリセット出力し、ピークホールド状態検知信号(State_PH)がONからOFF(4)となるタイミングでリセット解除する動作をする。   The first reset signal 109 is reset when the bottom hold state detection signal (State_BH) is turned from OFF to ON (3), and reset when the peak hold state detection signal (State_PH) is turned from ON to OFF (4). Take action to cancel.

第二リセット信号110は、ピークホールド状態検知信号(State_PH)がOFFからON(1)となるタイミングでリセット出力し、ボトムホールド状態検知信号(State_BH)がONからOFF(2)となるタイミングでリセット解除する動作をする。   The second reset signal 110 is reset when the peak hold state detection signal (State_PH) changes from OFF to ON (1), and reset when the bottom hold state detection signal (State_BH) changes from ON to OFF (2). Take action to cancel.

以上により、ボトム値のホールド状態がホールドオン(State_BH=H)したときにピークホールド電圧をリセットする第一リセット信号109を生成(Reset_PH=ON)し、ピーク値のホールド状態がホールドオン(State_PH=L)したときにボトムホールド電圧をリセットする第二リセット信号110を生成(Reset_BH=ON)する論理回路を構成することができる。なお、リセット信号のリセット期間は、リセット動作開始してからホールドオフするまでの時間で決まる。すなわち、第一リセット信号109のリセット解除は、ピークホールド状態検知信号107がホールドオフするまでの時間であり、この期間は図2に示すR3及びC2の定数で調整することが可能である。   Thus, the first reset signal 109 that resets the peak hold voltage when the bottom value hold state is hold-on (State_BH = H) is generated (Reset_PH = ON), and the peak value hold state is hold-on (State_PH = A logic circuit that generates a second reset signal 110 (Reset_BH = ON) that resets the bottom hold voltage when the signal is L) can be configured. Note that the reset period of the reset signal is determined by the time from the start of the reset operation to the hold-off. That is, the reset release of the first reset signal 109 is a time until the peak hold state detection signal 107 is held off, and this period can be adjusted by the constants R3 and C2 shown in FIG.

図8は、比較回路部105の構成を示した図である。図8に示すように、ピークホールド値111(電圧Vph)とボトムホールド値112(電圧Vbh)を分圧しリファレンス電圧Vrefを生成し、アナログ入力電圧Vinとコンパレータ(COMP2)により比較演算を行い、二値信号出力Vout_binを得る。   FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the comparison circuit unit 105. As shown in FIG. 8, a peak hold value 111 (voltage Vph) and a bottom hold value 112 (voltage Vbh) are divided to generate a reference voltage Vref, a comparison operation is performed by an analog input voltage Vin and a comparator (COMP2). A value signal output Vout_bin is obtained.

ここで、ピークホールド値111(電圧Vph)とボトムホールド値112(電圧Vbh)を分圧比は適宜システムに応じて最適な値が設定されるが、通常はR5:R6=1:1と設定される。また、リファレンス電圧Vrefはアナログ電圧であるため、ノイズ等の影響を抑制するためコンデンサC4を追加してもよく、またリファレンス電圧Vrefにヒステリシスを設けるため抵抗R7を追加してもよい。   Here, the optimum voltage division ratio between the peak hold value 111 (voltage Vph) and the bottom hold value 112 (voltage Vbh) is appropriately set according to the system, but normally R5: R6 = 1: 1. The Since the reference voltage Vref is an analog voltage, a capacitor C4 may be added to suppress the influence of noise or the like, and a resistor R7 may be added to provide hysteresis for the reference voltage Vref.

図9から図12は、二値化回路100の比較回路部105の動作波形を示す図である。図9は、アナログ入力信号106にオフセット変動がない場合の動作波形を示している。図10は、アナログ入力信号106にオフセット変動が発生した場合の動作波形を示している。図11は、アナログ入力信号106の信号周波数が低周波数側に変化した場合の動作波形を示している。図12は、アナログ入力信号106の信号周波数が高周波数側に変化した場合の動作波形を示している。   9 to 12 are diagrams illustrating operation waveforms of the comparison circuit unit 105 of the binarization circuit 100. FIG. FIG. 9 shows an operation waveform when there is no offset variation in the analog input signal 106. FIG. 10 shows an operation waveform when an offset fluctuation occurs in the analog input signal 106. FIG. 11 shows an operation waveform when the signal frequency of the analog input signal 106 changes to the low frequency side. FIG. 12 shows an operation waveform when the signal frequency of the analog input signal 106 changes to the high frequency side.

図9から図12に示すように、回路定数が同一の設定であっても、アナログ入力信号にオフセット成分が重畳した場合や入力信号の周波数が変化した場合に対して、アナログ入力信号を確実に二値化することができる。   As shown in FIG. 9 to FIG. 12, even if the circuit constants are set to the same value, the analog input signal can be reliably transmitted when the offset component is superimposed on the analog input signal or when the frequency of the input signal changes. Can be binarized.

図13から図16は、従来技術における問題点を説明する波形を示す図である。まず、
図13は、図9と同じ周波数で回路定数が同一としたときのオフセット変動なしの場合の動作を示したものである。図14は、オフセット変動が重畳した場合の動作波形である。オフセット変動に対してピーク/ボトムホールド電圧(Vph,Vbh)が追従しないため、リファレンス電圧(Vref)がアナログ入力信号(Vin)の振幅から外れて正確に二値化できない期間が生じている。
FIG. 13 to FIG. 16 are diagrams showing waveforms for explaining problems in the prior art. First,
FIG. 13 shows the operation when there is no offset variation when the circuit constants are the same at the same frequency as in FIG. FIG. 14 shows operation waveforms when offset fluctuations are superimposed. Since the peak / bottom hold voltage (Vph, Vbh) does not follow the offset variation, there occurs a period in which the reference voltage (Vref) deviates from the amplitude of the analog input signal (Vin) and cannot be binarized accurately.

この問題を改善するために、回路定数を変更してホールド電圧の放電を早めた場合の波形を図15に示す。確かにオフセット変動に対する問題は改善されることがわかる。   In order to improve this problem, FIG. 15 shows a waveform when the circuit constant is changed to accelerate the discharge of the hold voltage. It can be seen that the problem with offset variation is certainly improved.

しかし、この回路定数のまま図11と同じように周波数を低く変化させると、図16に示すようにピークホールド電圧(Vph)とボトムホールド電圧(Vbh)間の電位差が狭まり、その結果生成されるリファレンス電圧(Vref)は、アナログ入力信号(Vin)とほぼ重なる期間が生じることとなる。これは、定数の設定によっては全期間で重なる場合があり得る。この場合、外来ノイズに対してのロバスト性が低下するため、誤検出が発生し正確な二値化ができないこととなる。   However, if the frequency is changed low as in FIG. 11 with this circuit constant, the potential difference between the peak hold voltage (Vph) and the bottom hold voltage (Vbh) narrows as shown in FIG. The reference voltage (Vref) has a period that substantially overlaps with the analog input signal (Vin). Depending on the setting of the constant, this may overlap in the entire period. In this case, since robustness against external noise is reduced, erroneous detection occurs and accurate binarization cannot be performed.

以上より従来技術では、オフセット変動に対する改善は可能だが、所望の入力信号の周波数が変化するようなシステムにおいては、その周波数が変化する範囲内で対応する複数の定数設定手段を持たない限り対応が困難となる。しかし、そのような定数設定手段を設けることは構成を複雑化し、コストアップの要因ともなる。   As described above, the conventional technique can improve the offset fluctuation, but in a system in which the frequency of the desired input signal changes, it can cope with it unless it has a plurality of corresponding constant setting means within the range in which the frequency changes. It becomes difficult. However, providing such constant setting means complicates the configuration and increases the cost.

図17は、二値化回路100を用いたパルスカウント装置800の構成を示した図である。図17に示すように、パルスカウント装置800は、二値化回路100の出力波形である二値出力信号の立上がりエッジまたは立下りエッジ、あるいはその両方のエッジをカウントするパルスカウント回路部801を有している。パルスカウント回路部801は、8Bitバイナリカウンタであるが限定するものではない。また、アップカウンタでもよく、ダウンカウンタでもよくその両方の機能を備えていても良い。またパルスカウント回路部801は、リセット信号の入力によりカウント値をクリアする構成になっていてもよい。   FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a pulse count device 800 using the binarization circuit 100. As shown in FIG. 17, the pulse count device 800 has a pulse count circuit unit 801 that counts the rising edge and / or falling edge of the binary output signal that is the output waveform of the binarization circuit 100. doing. The pulse count circuit unit 801 is an 8-bit binary counter, but is not limited thereto. Further, it may be an up counter or a down counter, and both functions may be provided. Further, the pulse count circuit unit 801 may be configured to clear the count value by inputting a reset signal.

以上述べたように、本実施形態の二値化回路は、ピークホールド値Vphと入力電圧Vinに基づいてピークホールド状態検出回路200がピークホールド状態検知信号107(State_PH)を、ボトムホールド値Vbhと入力信号Vinに基づいてボトムホールド状態検出回路300がボトムホールド状態検知信号108(State_BH)を、リセットタイミング生成回路部104に出力する。そして、リセットタイミング生成回路部104は、ピークホールド状態検知信号107及びボトムホールド状態検知信号108の信号論理に基づいて、所定のタイミングによりリセット信号をホールド回路部101に出力する。   As described above, in the binarization circuit of the present embodiment, the peak hold state detection circuit 200 generates the peak hold state detection signal 107 (State_PH) based on the peak hold value Vph and the input voltage Vin, and the bottom hold value Vbh. Based on the input signal Vin, the bottom hold state detection circuit 300 outputs a bottom hold state detection signal 108 (State_BH) to the reset timing generation circuit unit 104. Then, the reset timing generation circuit unit 104 outputs a reset signal to the hold circuit unit 101 at a predetermined timing based on the signal logic of the peak hold state detection signal 107 and the bottom hold state detection signal 108.

従って、未知のオフセット変動成分に対してロバスト性が高く、かつ周波数変動に対しても対応可能な二値化回路を提供することができるという効果がある。   Therefore, there is an effect that it is possible to provide a binarization circuit that has high robustness with respect to an unknown offset fluctuation component and can cope with frequency fluctuation.

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の二値化回路は上記実施形態の構成に限定されるものでない。   Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, the binarization circuit of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment.

当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の二値化回路を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の二値化回路の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。   Those skilled in the art can appropriately modify the binarization circuit of the present invention in accordance with conventionally known knowledge. Of course, such modifications are included in the scope of the present invention as long as the configuration of the binarization circuit of the present invention is provided.

100 二値化回路
101 ホールド回路部
102 ピークホールド回路部
103 ボトムホールド回路部
104 リセットタイミング生成回路部
105 比較回路部
200 ピークホールド状態検出回路
300 ボトムホールド状態検出回路
100 Binary circuit 101 Hold circuit unit 102 Peak hold circuit unit 103 Bottom hold circuit unit 104 Reset timing generation circuit unit 105 Comparison circuit unit 200 Peak hold state detection circuit 300 Bottom hold state detection circuit

特開2008−032706号公報JP 2008-032706 A

Claims (3)

アナログ入力信号である入力信号のピーク値及びボトム値を検出するホールド回路部と、
前記ホールド回路部から出力されるピーク値及びボトム値に基づいて閾値を決定する閾値形成回路と、
前記入力信号、前記ピーク値、及び前記ボトム値の状態から、前記ホールド回路部のホールド状態のオン又はオフを検出するホールド状態検出回路と、
前記ホールド状態検出回路が検出した前記ホールド回路部の前記ホールド状態のオン又はオフを示す状態検知信号に基づいてリセット信号を生成するリセットタイミング生成回路部と、
前記入力信号を前記閾値と比較して二値化した信号を出力する比較回路部と、
を備え、
前記ホールド回路部は、
前記リセット信号に基づいて前記ピーク値又は前記ボトム値をリセットする二値化回路。
A hold circuit unit for detecting a peak value and a bottom value of an input signal which is an analog input signal;
A threshold value forming circuit for determining a threshold value based on a peak value and a bottom value output from the hold circuit unit;
From the state of the input signal, the peak value, and the bottom value, a hold state detection circuit that detects on or off of the hold state of the hold circuit unit, and
A reset timing generation circuit unit that generates a reset signal based on a state detection signal indicating ON or OFF of the hold state of the hold circuit unit detected by the hold state detection circuit;
A comparison circuit unit that compares the input signal with the threshold value and outputs a binarized signal;
With
The hold circuit unit is
A binarization circuit that resets the peak value or the bottom value based on the reset signal.
前記ホールド回路部は、
前記ホールド状態検出回路が検出した前記状態検知信号を前記リセットタイミング生成回路部に出力し、
前記リセットタイミング生成回路部は、
前記状態検知信号の結果に基づき、前記ボトム値の前記ホールド状態がオンしたときに前記ピーク値をリセットする第一リセット信号を生成し、前記ピーク値の前記ホールド状態がオンしたときに前記ボトム値をリセットする第二リセット信号を生成する論理回路を備える請求項1記載の二値化回路。
The hold circuit unit is
The state detection signal detected by the hold state detection circuit is output to the reset timing generation circuit unit,
The reset timing generation circuit unit includes:
Based on the result of the state detection signal, generates a first reset signal that resets the peak value when the hold state of the bottom value is turned on, and the bottom value when the hold state of the peak value is turned on The binarization circuit according to claim 1, further comprising a logic circuit that generates a second reset signal for resetting the signal.
請求項1又は請求項2に記載の二値化回路と、
前記二値化回路の出力波形のエッジをカウントするパルスカウント回路と、
を備えるパルスカウント装置。
The binarization circuit according to claim 1 or 2,
A pulse count circuit for counting edges of the output waveform of the binarization circuit;
A pulse counting device comprising:
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