JP2019169776A - 遷移状態取得装置、時間デジタル変換器及びａ／ｄ変換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】発振部の遷移状態を取得する際の煩雑性を低減させることが可能な遷移状態取得装置を提供すること。【解決手段】多段遅延線、及び前記多段遅延線の一端から他端に至る信号経路上に設けられた組み合わせ回路を含み、第１の信号に基づいて発振する発振部と、前記多段遅延線の出力信号を第２の信号に同期して取り込んで保持するラッチ部と、を含み、前記発振部は、前記第１の信号に基づいて、前記多段遅延線の状態の遷移を開始し、前記ラッチ部が前記多段遅延線の出力信号を取り込むタイミングの間隔は、前記多段遅延線の状態遷移が一巡する時間よりも短い、遷移状態取得装置。【選択図】図１

Description

本発明は、遷移状態取得装置、時間デジタル変換器及びＡ／Ｄ変換回路に関する。

特許文献１には、周期が測定される時間間隔を表す入力パルス信号が供給され、入力パルス信号の終了において、リング発振器の状態がラッチされ、測定される時間間隔の長さに対する「粗」値が高周波数カウンターで記録されたカウント値から得られ、リング発振器の周期フラクションの「細密」値がラッチされた値から得られる時間間隔測定回路が開示されている。したがって、この「粗」値と「細密」値を合成することでリング発振器の遷移状態を取得することができる。

特開平８−２９７１７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の時間間隔測定回路では、測定される時間間隔の長さに対する「粗」値を得るための高周波数カウンターとリング発振器の周期フラクションの「細密」値を得るためのラッチを分ける必要があるため、「粗」カウント値と「細密」カウント値を合成する際の整合性を取るために特別な工夫が必要となり、煩雑性が生じるという問題がある。

本発明に係る遷移状態取得装置の一態様は、
多段遅延線、及び前記多段遅延線の一端から他端に至る信号経路上に設けられた組み合わせ回路を含み、第１の信号に基づいて発振する発振部と、
前記多段遅延線の出力信号を第２の信号に同期して取り込んで保持するラッチ部と、
を含み、
前記発振部は、前記第１の信号に基づいて、前記多段遅延線の状態の遷移を開始し、
前記ラッチ部が前記多段遅延線の出力信号を取り込むタイミングの間隔は、前記多段遅延線の状態遷移が一巡する時間よりも短い。

前記遷移状態取得装置の一態様において、
前記発振部は、
複数の前記多段遅延線を含み、
前記複数の前記多段遅延線の少なくとも一部は、並列に接続され、
前記複数の前記多段遅延線から出力される特定の複数の信号の値の遷移は、遷移する前後のハミング距離が１であってもよい。

前記遷移状態取得装置の一態様は、
前記ラッチ部が保持している値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数をカウントする計数部を含んでもよい。

前記遷移状態取得装置の一態様は、
前記ラッチ部が保持している値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数をカウントする計数部を含み、
前記計数部は、
前記特定の複数の信号を前記ラッチ部が取り込んで保持している値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数の概算値としての第１のカウント値を求め、
前記特定の複数の信号を前記ラッチ部が取り込んで保持している値に基づいて、前記複数の前記多段遅延線のうち、前記ラッチ部が前記特定の複数の信号を取り込んだタイミングにおいて状態が遷移していた前記多段遅延線を特定し、特定した前記多段遅延線から出力される信号を前記ラッチ部が取り込んで保持している値に対してポピュレーションカウントを行って第２のカウント値を求め、
前記第１のカウント値と前記第２のカウント値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数を求めてもよい。

本発明に係る時間デジタル変換器の一態様は、
前記遷移状態取得装置の一態様と、
前記遷移状態取得装置の前記計数部がカウントした計数値を取り込んで保持する計数値保持部と、
前記計数値保持部で保持された前記計数値を積算し、前記第１の信号の時間イベントと前記第２の信号の時間イベントとの時間間隔に対応する第１の時間デジタル値を生成する積算部と、
を含む。

前記時間デジタル変換器の一態様において、
前記第２の信号の時間イベントは、前記第１の信号の時間イベントとは独立して設定されていてもよい。

前記時間デジタル変換器の一態様は、
時間デジタル値生成部を含み、
前記発振部は、
複数の前記第１の信号の各々に基づいて、前記多段遅延線の状態の遷移を開始し、
前記計数部は、
前記複数の前記第１の信号の各々に対して前記多段遅延線の状態が遷移した回数をカウントし、
前記計数値保持部は、
前記計数部がカウントした複数の前記計数値を取り込んで保持し、
前記積算部は、
前記計数値保持部で保持された前記複数の前記計数値の各々を積算し、前記複数の前記第１の信号の各々の時間イベントと前記第２の信号の時間イベントとの時間間隔に対応する複数の前記第１の時間デジタル値を生成し、
前記時間デジタル値生成部は、
前記複数の前記第１の時間デジタル値に基づいて、前記複数の前記第１の信号の少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する第２の時間デジタル値を生成してもよい。

本発明に係る時間デジタル変換器の一態様は、
複数の前記遷移状態取得装置の一態様と、
複数の計数値保持部と、
複数の積算部と、
時間デジタル値生成部と、
を含み、
前記複数の前記遷移状態取得装置は、
複数の前記第１の信号の各々に基づいて、前記多段遅延線の状態の遷移を開始し、
前記複数の前記計数値保持部は、
前記複数の前記遷移状態取得装置の各々の前記計数部がカウントした計数値を取り込んで保持し、
前記複数の前記積算部は、
前記複数の前記計数値保持部で保持された複数の前記計数値の各々を積算し、前記複数の前記第１の信号の各々の時間イベントと前記第２の信号の時間イベントとの時間間隔に対応する複数の第１の時間デジタル値を生成し、
前記時間デジタル値生成部は、
前記複数の前記積算部が生成した複数の前記第１の時間デジタル値に基づいて、前記複数の前記第１の信号の少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する第２の時間デジタル値を生成する。

前記時間デジタル変換器の一態様において、
前記第２の信号の時間イベントは、前記複数の前記第１の信号の時間イベントとは独立して設定されていてもよい。

本発明に係るＡ／Ｄ変換回路の一態様は、
入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換回路であって、
前記時間デジタル変換器の一態様と、
前記第２の信号に基づいて基準波形信号を生成する基準波形信号生成回路と、
前記アナログ信号の電圧と前記基準波形信号の電圧とを比較して前記第１の信号を出力する比較器と、
を含み、
前記時間デジタル変換器が生成する前記第１の時間デジタル値に基づく前記デジタル信号を出力する。

本発明に係るＡ／Ｄ変換回路の一態様は、
入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換回路であって、
前記時間デジタル変換器の一態様と、
前記アナログ信号の電圧をサンプリングして保持するサンプルホールド回路と、
前記第２の信号に基づいて基準波形信号を生成する基準波形信号生成回路と、
前記サンプルホールド回路が保持する電圧と前記基準波形信号の電圧とを比較して前記第１の信号を出力する比較器と、
を含み、
前記時間デジタル変換器が生成する前記第１の時間デジタル値に基づく前記デジタル信号を出力する。

本実施形態の遷移状態取得装置の機能ブロック図。 遷移状態取得装置の第１構成例における発振部及びラッチ部を示す図。 第１構成例における計数部を示す図。 遷移状態取得装置の第２構成例における発振部を示す図。 第２構成例における多段遅延線の構成を示す図。 参照テーブル２６−０の真理値表を示す図。 参照テーブル２６−１，２６−２，２６−３の真理値表を示す図。 第２構成例におけるラッチ部及び計数部を示す図。 参照テーブル４９の真理値表を示す図。 時間デジタル変換器の第１実施形態の構成を示す図。 演算部の具体的な構成例を示す図。 時間デジタル変換器におけるタイミングチャートの一例を示す図。 時間デジタル変換器におけるタイミングチャートの他の一例を示す図。 図１２の例における計数値ＣＮＴの時間変化を示す図。 図１３の例における計数値ＣＮＴの時間変化を示す図。 時間デジタル変換器の第２実施形態の構成を示す図。 時間デジタル変換器の第３実施形態の構成を示す図。 Ａ／Ｄ変換回路の第１実施形態の構成を示す図。 Ａ／Ｄ変換回路の第１実施形態における各種信号の波形の一例を示す図。 Ａ／Ｄ変換回路の第１実施形態の変形例を示す図。 Ａ／Ｄ変換回路の第２実施形態の構成を示す図。 Ａ／Ｄ変換回路の第２実施形態における各種信号の波形の一例を示す図。 Ａ／Ｄ変換回路の第２実施形態の変形例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．遷移状態取得装置
１−１．機能構成
図１は、本実施形態の遷移状態取得装置１の機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の遷移状態取得装置１は、制御部１０、発振部２０、ラッチ部３０及び計数部４０を含む。

制御部１０は、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジを検出してイネーブル信号ＥＮをアクティブにして出力する。本実施形態では、イネーブル信号ＥＮはハイレベルがアクティブであるものとする。制御部１０は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルにした後に、発振部２０から出力される信号Ｄに基づいて、発振部２０が有する多段遅延線２１が所定の状態まで遷移したか否かを判定し、遷移したと判定した場合、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替える。また、制御部１０は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替えた後、所定時間後にアクティブとなるリセット信号ＲＳＴを生成して出力する。本実施形態では、リセット信号ＲＳＴはハイレベルがアクティブであるものとする。制御部１０は、リセット信号ＲＳＴをハイレベルにした後に所定時間が経過した時点で、リセット信号ＲＳＴをハイレベルからローレベルに切り替える。イネーブル信号ＥＮは発振部２０に供給され、リセット信号ＲＳＴは計数部４０に供給される。

発振部２０は、多段遅延線２１と組み合わせ回路２２とを有する。多段遅延線２１は、入力端から最終段の出力端に至る信号経路が、複数のバッファー素子やインバーター素子等の遅延素子のチェーンで構成された遅延線であり、１つの入力端と複数段の出力端とを有する。多段遅延線２１は、タップ付き遅延線（ＴＤＬ：Tapped Delay Line）とも呼ばれる。本実施形態では、チェーンの先頭にある遅延素子の入力端が多段遅延線２１の入力端となる。また、チェーンを構成する複数の遅延素子の各々の入力端及びチェーンの最後尾にある遅延素子の出力端が多段遅延線２１の各段の出力端となる。すなわち、チェーンの先頭にある遅延素子の入力端は多段遅延線２１の初段の出力端でもあり、チェーンの最後尾にある遅延素子の出力端は多段遅延線２１の最終段の出力端である。したがって、本実施形態では、多段遅延線２１の最終段を除く各段の出力端からは複数の遅延素子の各々の入力信号が出力され、多段遅延線２１の最終段の出力端からはチェーンの最後尾にある遅延素子の出力信号が出力される。

なお、前述の信号Ｄは、多段遅延線２１の複数段の出力端から出力される信号の少なくとも１つであってもよい。

組み合わせ回路２２は、多段遅延線２１の一端である最終段の出力端から他端である入力端に至る信号経路上に設けられている。発振部２０は、イネーブル信号ＥＮがローレベルのときは発振を停止しており、イネーブル信号ＥＮがハイレベルのときに発振する。具体的には、イネーブル信号ＥＮがローレベルのときは、多段遅延線２１の最終段の出力端から出力される信号が組み合わせ回路２２において論理反転されずに多段遅延線２１の入力端に入力されることで、発振部２０の発振が停止する。また、イネーブル信号ＥＮがハイレベルのときは、多段遅延線２１の最終段の出力端から出力される信号が組み合わせ回路２２において論理反転されて多段遅延線２１の入力端に入力されることにより多段遅延線２１の状態が遷移し、発振部２０が発振する。本実施形態では、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジによりイネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに切り換わるので、発振部２０は、被測定信号Ｘに基づいて、多段遅延線２１の状態の遷移を開始する。なお、発振部２０の発振周期は、多段遅延線２１及び組み合わせ回路２２を信号が伝播するのに要する遅延時間に応じて決まり、遅延時間が短いほど発振周期が短い。

ラッチ部３０は、多段遅延線２１の各段の出力端からの出力信号を基準クロック信号ＣＬＫに同期して取り込んで保持する。

計数部４０は、ラッチ部３０が保持している値Ｌに基づいて、多段遅延線２１の状態が遷移した回数をカウントする。計数部４０は、リセット信号ＲＳＴが入力されてもよく、この場合、計数部４０は、リセット信号ＲＳＴがローレベルのときに多段遅延線２１の状態が遷移した回数をカウントし、リセット信号ＲＳＴがハイレベルのときにカウントした値をゼロに初期化する。

なお、被測定信号Ｘは本発明における「第１の信号」に相当する。また、基準クロック信号ＣＬＫは本発明における「第２の信号」に相当する。

以下、本実施形態の遷移状態取得装置１の具体的な構成例について説明する。

１−２．第１構成例
図２は、遷移状態取得装置１の第１構成例における発振部２０及びラッチ部３０を示す図である。

図２に示すように、遷移状態取得装置１の第１構成例において、発振部２０は、３１個のバッファー素子２３−０〜２３−３０、論理反転回路２４及び２入力の論理積回路２５を含む。バッファー素子２３−ｉ（ｉは０〜２９の各々）の出力端はバッファー素子２３−（ｉ＋１）の入力端と電気的に接続されている。バッファー素子２３−３０の出力端は論理反転回路２４の入力端と電気的に接続されている。論理積回路２５は、一方の入力端にイネーブル信号ＥＮが入力され、他方の入力端は論理反転回路２４の出力端と電気的に接続されている。論理積回路２５の出力端はバッファー素子２３−０の入力端と電気的に接続されている。なお、チェーンを構成する３１個のバッファー素子２３−０〜２３−３０は、図１に示した多段遅延線２１に相当する。また、論理反転回路２４及び２入力の論理積回路２５からなる回路は、図１に示した組み合わせ回路２２に相当する。

このような構成の発振部２０では、イネーブル信号ＥＮをローレベルにすることにより論理積回路２５の出力信号がローレベルに保たれるので、発振を停止した状態に留めることができる。このとき、多段遅延線２１は、バッファー素子２３−０〜２３−３０にそれぞれ入力される信号Ｄ０〜Ｄ３０及びバッファー素子２３−３０から出力される信号Ｄ３１がすべてローレベルである第１状態になっている。

イネーブル信号ＥＮがハイレベルになると、ローレベルの信号Ｄ３１の論理反転信号が
論理反転回路２４及び論理積回路２５を通過することにより、論理積回路２５の出力信号がローレベルからハイレベルに変化し、バッファー素子２３−０に入力される信号Ｄ０がハイレベルとなる。これにより、多段遅延線２１は、第１状態から、信号Ｄ０がハイレベルであり、且つ、信号Ｄ１〜Ｄ３１がローレベルである第２状態に遷移する。次に、ハイレベルの信号Ｄ０がバッファー素子２３−０を通過するとバッファー素子２３−０の出力信号がローレベルからハイレベルに変化し、バッファー素子２３−１に入力される信号Ｄ１がハイレベルとなる。これにより、多段遅延線２１は、第２状態から、信号Ｄ０，Ｄ１がハイレベルであり、且つ、信号Ｄ２〜Ｄ３１がローレベルである第３状態に遷移する。以降、多段遅延線２１は、状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ３１がすべてハイレベルである第３３状態となる。

次に、ハイレベルの信号Ｄ３１が論理反転回路２４及び論理積回路２５を通過すると論理積回路２５の出力信号がハイレベルからローレベルに変化し、バッファー素子２３−０に入力される信号Ｄ０がローレベルとなる。これにより、多段遅延線２１は、第３３状態から、信号Ｄ０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１〜Ｄ３１がハイレベルである第３４状態に遷移する。次に、ローレベルの信号Ｄ０がバッファー素子２３−０を通過するとバッファー素子２３−０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化し、バッファー素子２３−１に入力される信号Ｄ１がローレベルとなる。これにより、多段遅延線２１は、第３４状態から、信号Ｄ０，Ｄ１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ２〜Ｄ３１がハイレベルである第３５状態に遷移する。以降、多段遅延線２１は、状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ３０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ３１がハイレベルである第６４状態となる。

次に、ローレベルの信号Ｄ３０がバッファー素子２３−３０を通過するとバッファー素子２３−３０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化し、バッファー素子２３−３０から出力される信号Ｄ３１がローレベルとなる。これにより、多段遅延線２１は、第６４状態から、信号Ｄ０〜Ｄ３１がすべてローレベルである第１状態に戻る。このように、イネーブル信号ＥＮがハイレベルの間、多段遅延線２１は第１状態から第６４状態までの状態遷移を繰り返し、これにより、発振部２０が発振する。

なお、バッファー素子２３−０の入力端が多段遅延線２１の入力端及び初段（第１段）の出力端に相当し、バッファー素子２３−０〜２３−３０の各出力端がそれぞれ多段遅延線２１の第２段〜最終段（第３２段）の出力端に相当する。そして、多段遅延線２１の初段〜最終段の出力端からはそれぞれ信号Ｄ０〜Ｄ３１が出力される。

ラッチ部３０は、３２個のＤフリップフロップ３１−０〜３１−３１を含む。Ｄフリップフロップ３１−ｉ（ｉは０〜３０の各々）は、データ入力端子（Ｄ）がバッファー素子２３−ｉの入力端と電気的に接続され、クロック入力端子には基準クロック信号ＣＬＫが入力される。そして、Ｄフリップフロップ３１−ｉは、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、信号Ｄｉを取り込んでその論理レベルに応じた値Ｌｉを保持する。また、Ｄフリップフロップ３１−３１は、データ入力端子（Ｄ）がバッファー素子２３−３０の出力端と電気的に接続され、クロック入力端子には基準クロック信号ＣＬＫが入力される。そして、Ｄフリップフロップ３１−３１は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、信号Ｄ３１を取り込んでその論理レベルに応じた値Ｌ３１を保持する。

図３は、遷移状態取得装置１の第１構成例における計数部４０を示す図である。図３に示すように、計数部４０は、カウント回路４１、乗算器４２、加算器４３、Ｄフリップフロップ４４、減算器４５、加算器４６及びＤフリップフロップ４７を含む。なお、図３では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ４４及びＤフリップフロップ４７はそれぞれ
１つのみ図示されているが、実際にはＤフリップフロップ４４は６個存在し、Ｄフリップフロップ４７はＮ個存在する。

カウント回路４１は、ラッチ部３０が保持している３２ビットの値Ｌ０〜Ｌ３１に対して０又は１の数をポピュレーションカウントし、０〜３２のいずれかの値を有する６ビットの信号を出力する。具体的には、カウント回路４１は、Ｌ０が０であればＬ０〜Ｌ３１に対して０の数をカウントし、Ｌ０が１であればＬ０〜Ｌ３１に対して１の数をカウントする。

乗算器４２は、Ｌ０を論理反転した値と３２との乗算を行い、０又は３２の値を有する６ビットの信号を出力する。すなわち、乗算器４２は、Ｌ０が１であれば０を出力し、Ｌ０が０であれば３２を出力する。なお、乗算器４２は、Ｌ０を論理反転した値を５ビットシフトする簡易な回路として実現することができる。

加算器４３は、カウント回路４１から出力される６ビットの信号の値と乗算器４２から出力される６ビットの信号の値とを加算して６ビットの計算値を出力する。

ここで、多段遅延線２１が第ｊ状態（ｊは１〜６４の各々）のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、加算器４３から出力される６ビットの信号の値はｊ−１となる。

例えば、多段遅延線２１の状態が、信号Ｄ０がハイレベルであり、且つ、Ｄ１〜Ｄ３１がローレベルである第２状態から、信号Ｄ０〜Ｄ３１がすべてハイレベルである第３３状態までは、ハイレベルの信号が多段遅延線２１を伝播している状態である。そして、多段遅延線２１の状態が第２状態から第３３状態までのいずれかのときに、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、信号Ｄ０の論理レベルに対応する値Ｌ０は１となる。したがって、例えば、多段遅延線２１が第３３状態のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、カウント回路４１から出力される６ビットの信号の値が３２になり、乗算器４２から出力される６ビットの信号の値が０になるので、加算器４３から出力される７ビットの信号の値は３２になる。

また、例えば、多段遅延線２１の状態が、信号Ｄ０がローレベルであり、且つ、Ｄ１〜Ｄ３１がハイレベルである第３４状態から、信号Ｄ０〜Ｄ３１がすべてローレベルである第１状態までは、ローレベルの信号が多段遅延線２１を伝播している状態である。そして、多段遅延線２１の状態が第３４状態から第１状態までのいずれかのときに、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、信号Ｄ０の論理レベルに対応する値Ｌ０は０となる。したがって、例えば、多段遅延線２１が第３４状態のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、カウント回路４１から出力される６ビットの信号の値が１になり、乗算器４２から出力される６ビットの信号の値が３２になるので、加算器４３から出力される７ビットの信号の値は３３になる。なお、多段遅延線２１が第１状態のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、カウント回路４１から出力される６ビットの信号の値は３２であり、乗算器４２から出力される６ビットの信号の値は３２であるので、これらの加算値は６４（７ビットの値１００００００）となるが、加算器４３から出力される信号は６ビットであるためその値は０（＝０００００００）となる。

６個のＤフリップフロップ４４の各々は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、加算器４３から出力される６ビットの信号の各値を取り込んで保持する。

減算器４５は、加算器４３から出力される６ビットの信号の値から６個のＤフリップフ
ロップ４４が保持している６ビットの値を減算し、０〜６３のいずれかの値を有する６ビットの信号を出力する。減算器４５から出力される６ビットの信号の値は、基準クロック信号ＣＬＫの直近の１周期の時間に多段遅延線２１の状態が遷移した回数に相当する。

加算器４６は、減算器４５から出力される６ビットの信号の値と６個のＤフリップフロップ４７が保持している６ビットの値とを加算し、Ｎビットの信号を出力する。また、加算器４６は、加算値がＮビットの上限値以上の場合は当該上限値を有するＮビットの信号を出力する。例えば、Ｎ＝７であれば、加算器４６は０〜１２７のいずれかの値を有する７ビットの信号を出力する。

Ｎ個のＤフリップフロップ４７の各々は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、加算器４６から出力されるＮビットの信号の各値を取り込んで保持する。Ｎ個のＤフリップフロップ４７が保持するＮビットの値は、Ｎビットの計数値ＣＮＴとして計数部４０から出力される。この計数値ＣＮＴは、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移した時からの多段遅延線２１の状態が遷移した回数に相当する。なお、リセット信号ＲＳＴがローレベルからハイレベルに変化すると、６個のＤフリップフロップ４４及びＮ個のＤフリップフロップ４７がそれぞれ保持する値はすべて０に初期化される。これにより、計数値ＣＮＴも０に初期化され、次の計測が可能になる。

以上に説明したように、本実施形態の遷移状態取得装置１の第１構成例によれば、多段遅延線２１の状態が遷移した回数を計数値ＣＮＴとして取得することができる。

なお、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移してから、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を最初に取り込むタイミング、すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジまでの時間が長いほど、この間に多段遅延線２１の状態が遷移した回数が多いので計数値ＣＮＴの値が大きくなる。したがって、計数値ＣＮＴの値を用いることにより、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移してから基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジまでの時間を計測することが可能である。

ただし、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んでから次に信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込むまでの間に、多段遅延線２１の状態が６４回以上遷移すると、計数値ＣＮＴが誤った値となる。例えば、多段遅延線２１の状態が第１状態のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込み、その後、多段遅延線２１の状態が６５回遷移して第２状態になったときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、６５回の状態遷移が１回の状態遷移とみなされ、計数値ＣＮＴは１しか増えないことになる。そのため、正しい計数値ＣＮＴが得られるように、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込むタイミングの間隔、すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの１周期の時間は、多段遅延線２１の状態遷移が一巡する時間よりも短いことが必要である。多段遅延線２１の状態遷移が一巡する時間とは、多段遅延線２１の状態が６４回遷移するのに要する時間である。なお、基準クロック信号ＣＬＫの１周期の時間を短くすることが難しい場合には、多段遅延線２１の段数（遅延素子の数）を増やすか、各遅延素子の信号伝播時間を長くすればよい。

以上に説明したように、本実施形態の遷移状態取得装置１の第１構成例では、ラッチ部３０が多段遅延線２１から出力される信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込むタイミングの間隔が、多段遅延線２１の状態遷移が一巡する時間よりも短いことにより、ラッチ部３０が保持している値Ｌ０〜Ｌ３１と発振部２０の状態とを１対１に対応づけることができる。したがって、本実施形態の遷移状態取得装置１の第１構成例によれば、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ毎に、ラッチ部３０が保持している値Ｌ０〜Ｌ３１に基づいて発振部２０の遷移状態を取得することができるので、発振部２０の遷移状態を取得する際の煩雑性を低減させることができる。

また、本実施形態の遷移状態取得装置１の第１構成例によれば、計数部４０が、ラッチ部３０が保持している値Ｌ０〜Ｌ３１に基づいて、多段遅延線２１の状態が遷移した回数をカウントすることにより、多段遅延線２１の状態が遷移した回数を計数値ＣＮＴとして取得することができる。そして、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移してから、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を最初に取り込むタイミング、すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジまでの時間が長いほど、この間に多段遅延線２１の状態が遷移した回数が多いので計数値ＣＮＴが大きくなる。したがって、計数値ＣＮＴを用いることにより、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移してから基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジまでの時間を計測することが可能である。

１−３．第２構成例
図４は、遷移状態取得装置１の第２構成例における発振部２０を示す図である。本構成例では、発振部２０は、複数の多段遅延線２１を有し、複数の多段遅延線２１の少なくとも一部は並列に接続されている。具体的には、図４に示すように、遷移状態取得装置１の第２構成例では、発振部２０は、４つの多段遅延線２１−０〜２１−３及び４つの参照テーブル２６−０〜２６−３を含み、３つの多段遅延線２１−０〜２１−３が並列に接続されている。

多段遅延線２１−０は、入力端が参照テーブル２６−０の出力端子と電気的に接続され、最終段の出力端が参照テーブル２６−１〜２６−３の各々の第１入力端子と電気的に接続されている。多段遅延線２１−０の入力端には参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０が入力され、多段遅延線２１−０の最終段の出力端から信号Ｔ０が出力される。

図５は、多段遅延線２１−０の構成を示す図である。図５に示すように、多段遅延線２１−０は、７個のバッファー素子２７−０〜２７−６を含む。バッファー素子２７−ｉ（ｉは０〜５の各々）の出力端はバッファー素子２７−（ｉ＋１）の入力端と電気的に接続されている。バッファー素子２７−０の入力端が多段遅延線２１−０の入力端及び初段（第１段）の出力端に相当し、バッファー素子２７−１〜２７−６の各出力端がそれぞれ多段遅延線２１−０の第２段〜最終段（第８段）の出力端に相当する。そして、多段遅延線２１−０の初段〜最終段の出力端からはそれぞれ信号Ｄ０〜Ｄ７が出力され、信号Ｄ７は信号Ｔ０として、参照テーブル２６−１〜２６−３に供給される。

多段遅延線２１−１は、入力端が参照テーブル２６−１の出力端子と電気的に接続され、出力端が参照テーブル２６−０の第１入力端子と電気的に接続されている。多段遅延線２１−１の入力端には参照テーブル２６−１から出力される信号Ｄ８が入力され、多段遅延線２１−１の最終段の出力端から信号Ｔ１が出力される。そして、多段遅延線２１−１の初段〜最終段（第８段）の出力端からはそれぞれ信号Ｄ８〜Ｄ１５が出力され、信号Ｄ１５は信号Ｔ１として、参照テーブル２６−０に供給される。なお、多段遅延線２１−１の構成は、図５に示した多段遅延線２１−０の構成と同じであるため図示を省略する。

多段遅延線２１−２は、入力端が参照テーブル２６−２の出力端子と電気的に接続され、出力端が参照テーブル２６−０の第２入力端子と電気的に接続されている。多段遅延線２１−２の入力端には参照テーブル２６−２から出力される信号Ｄ１６が入力され、多段遅延線２１−２の最終段の出力端から信号Ｔ２が出力される。そして、多段遅延線２１−２の初段〜最終段（第８段）の出力端からはそれぞれ信号Ｄ１６〜Ｄ２３が出力され、信号Ｄ２３は信号Ｔ２として、参照テーブル２６−０に供給される。なお、多段遅延線２１−２の構成は、図５に示した多段遅延線２１−０の構成と同じであるため図示を省略する。

多段遅延線２１−３は、入力端が参照テーブル２６−３の出力端子と電気的に接続され、出力端が参照テーブル２６−０の第３入力端子と電気的に接続されている。多段遅延線２１−３の入力端には参照テーブル２６−３から出力される信号Ｄ２４が入力され、多段遅延線２１−３の最終段の出力端から信号Ｔ３が出力される。そして、多段遅延線２１−３の初段〜最終段（第８段）の出力端からはそれぞれ信号Ｄ２４〜Ｄ３１が出力され、信号Ｄ３１は信号Ｔ３として、参照テーブル２６−０に供給される。なお、多段遅延線２１−３の構成は、図５に示した多段遅延線２１−０の構成と同じであるため図示を省略する。

参照テーブル２６−０は、第１入力端子に信号Ｔ１が入力され、第２入力端子に信号Ｔ２が入力され、第３入力端子に信号Ｔ３が入力され、第４入力端子にイネーブル信号ＥＮが入力される。

参照テーブル２６−１は、第１入力端子に信号Ｔ０が入力され、第２入力端子に信号Ｄ８が入力され、第３入力端子に信号Ｄ１６が入力され、第４入力端子に信号Ｄ２４が入力される。

参照テーブル２６−２は、第１入力端子に信号Ｔ０が入力され、第２入力端子に信号Ｄ８が入力され、第３入力端子に信号Ｄ１６が入力され、第４入力端子に信号Ｄ２４が入力される。

参照テーブル２６−３は、第１入力端子に信号Ｔ０が入力され、第２入力端子に信号Ｄ８が入力され、第３入力端子に信号Ｄ１６が入力され、第４入力端子に信号Ｄ２４が入力される。

そして、参照テーブル２６−０は、図６に示す真理値表に従い、信号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及びイネーブル信号ＥＮの論理レベルの組み合わせに応じた論理レベルの信号Ｄ０を出力する。また、参照テーブル２６−１，２６−２，２６−３は、図７に示す真理値表に従い、信号Ｄ８，Ｄ１６，Ｄ２４及び信号Ｔ０の論理レベルの組み合わせに応じた論理レベルの信号Ｄ８，Ｄ１６，Ｄ２４をそれぞれ出力する。なお、図６及び図７において、「０」はローレベルに対応し、「１」はハイレベルに対応している。

なお、参照テーブル２６−０〜２６−３からなる回路は、図１に示した組み合わせ回路２２に相当する。

このような構成の発振部２０では、イネーブル信号ＥＮをローレベルにすることにより、発振を停止した状態に留めることができる。多段遅延線２１−０〜２１−３が、信号Ｄ０〜Ｄ３１がすべてローレベルである第１状態で、発振が停止している場合、イネーブル信号ＥＮがハイレベルになると、信号Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１がすべてローレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第１状態から、信号Ｄ１〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０がハイレベルである第２状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ８〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ７がハイレベルである第９状態となる。この第９状態では、信号Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１はローレベルであり、且つ、信号Ｔ０はハイレベルである。

次に、信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８がローレベルであり、且つ、信号Ｔ０がハイレベルであるので、参照テーブル２６−１から出力される信号Ｄ８がローレベルからハイレベルに
変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第９状態から、信号Ｄ９〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ８がハイレベルである第１０状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−１をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ１６〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ１５がハイレベルである第１７状態となる。この第１７状態では、信号Ｔ３，Ｔ２はローレベルであり、且つ、信号Ｔ１，Ｔ０はハイレベルである。

次に、信号Ｔ３，Ｔ２がローレベルであり、且つ、信号Ｔ１がハイレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第１７状態から、信号Ｄ０，Ｄ１６〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１〜Ｄ１５がハイレベルである第１８状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をローレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ１６〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８〜Ｄ１５がハイレベルである第２５状態となる。この第２５状態では、信号Ｔ３，Ｔ２，Ｔ０はローレベルであり、且つ、信号Ｔ１はハイレベルである。

次に、信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｔ０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８がハイレベルであるので、参照テーブル２６−２から出力される信号Ｄ１６がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第２５状態から、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ１７〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８〜Ｄ１６がハイレベルである第２６状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−２をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ２４〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８〜Ｄ２３がハイレベルである第３３状態となる。この第３３状態では、信号Ｔ３，Ｔ０はローレベルであり、且つ、信号Ｔ２，Ｔ１はハイレベルである。

次に、信号Ｔ３がローレベルであり、且つ、信号Ｔ２，Ｔ１がハイレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第３３状態から、信号Ｄ１〜Ｄ７，Ｄ２４〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０，Ｄ８〜Ｄ２３がハイレベルである第３４状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ２４〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ２３がハイレベルである第４１状態となる。この第４１状態では、信号Ｔ３はローレベルであり、且つ、信号Ｔ２，Ｔ１，Ｔ０はハイレベルである。

次に、信号Ｄ２４がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１６，Ｄ８，Ｔ０がハイレベルであるので、参照テーブル２６−１から出力される信号Ｄ８がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第４１状態から、信号Ｄ８，Ｄ２４〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ９〜Ｄ２３がハイレベルである第４２状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−１をローレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ８〜Ｄ１５，Ｄ２４〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ１６〜Ｄ２３がハイレベルである第４９状態となる。この第４９状態では、信号Ｔ３，Ｔ１はローレベルであり、且つ、信号Ｔ２，Ｔ０はハイレベルである。

次に、信号Ｔ３，Ｔ１がローレベルであり、且つ、信号Ｔ２がハイレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第４９状態から、信号Ｄ０，Ｄ８〜Ｄ１
５，Ｄ２４〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１〜Ｄ７，Ｄ１６〜Ｄ２３がハイレベルである第５０状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をローレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ１５，Ｄ２４〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１６〜Ｄ２３がハイレベルである第５７状態となる。この第５７状態では、信号Ｔ３，Ｔ１，Ｔ０はローレベルであり、且つ、信号Ｔ２はハイレベルである。

次に、信号Ｄ２４，Ｄ８，Ｔ０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１６がハイレベルであるので、参照テーブル２６−３から出力される信号Ｄ２４がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第５７状態から、信号Ｄ０〜Ｄ１５，Ｄ２３〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１６〜Ｄ２４がハイレベルである第５８状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−３をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ１５がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１６〜Ｄ３１がハイレベルである第６５状態となる。この第６５状態では、信号Ｔ１，Ｔ０はローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ２はハイレベルである。

次に、信号Ｔ１がローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ２がハイレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第６５状態から、信号Ｄ１〜Ｄ１５がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０，Ｄ１６〜Ｄ３１がハイレベルである第６６状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ８〜Ｄ１５がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ１６〜Ｄ３１がハイレベルである第７３状態となる。この第７３状態では、信号Ｔ１はローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ２，Ｔ０はハイレベルである。

次に、信号Ｄ８がローレベルであり、且つ、信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｔ０がハイレベルであるので、参照テーブル２６−１から出力される信号Ｄ８がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第７３状態から、信号Ｄ９〜Ｄ１５がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ８，Ｄ１６〜Ｄ３１がハイレベルである第７４状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−１をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ３１がすべてハイレベルである第８１状態となる。この第８１状態では、信号Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１，Ｔ０はすべてハイレベルである。

次に、信号Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１がハイレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第８１状態から、信号Ｄ０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１〜Ｄ３１がハイレベルである第８２状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をローレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ７がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８〜Ｄ３１がハイレベルである第８９状態となる。この第８９状態では、信号Ｔ０はローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１はハイレベルである。

次に、信号Ｔ０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８がハイレベルであるので、参照テーブル２６−２から出力される信号Ｄ１６がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第８９状態から、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ１６がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８〜Ｄ１５，Ｄ１５〜Ｄ３１がハイレベルである第９０状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−２をローレベルの信号が伝播
していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ１６〜Ｄ２３がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８〜Ｄ１５，Ｄ２４〜Ｄ３１がハイレベルである第９７状態となる。この第９７状態では、信号Ｔ２，Ｔ０はローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ１はハイレベルである。

次に、信号Ｔ２がローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ１がハイレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第９７状態から、信号Ｄ１〜Ｄ７，Ｄ１６〜Ｄ２３がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０，Ｄ８〜Ｄ１５，Ｄ２４〜Ｄ３１がハイレベルである第９８状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をハイレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ１６〜Ｄ２３がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ１５，Ｄ２４〜Ｄ３１がハイレベルである第１０５状態となる。この第１０５状態では、信号Ｔ２はローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ１，Ｔ０はハイレベルである。

次に、信号Ｄ１６がローレベルであり、且つ、信号Ｄ２４，Ｄ８，Ｔ０がハイレベルであるので、参照テーブル２６−１から出力される信号Ｄ８がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第１０５状態から、信号Ｄ８，Ｄ１６〜Ｄ２３がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ９〜Ｄ１５，Ｄ２４〜Ｄ３１がハイレベルである第１０６状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−１をローレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ８〜Ｄ２３がローレベルであり、且つ、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ２４〜Ｄ３１がハイレベルである第１１３状態となる。この第１１３状態では、信号Ｔ２，Ｔ１はローレベルであり、且つ、信号Ｔ３，Ｔ０はハイレベルである。

次に、信号Ｔ２，Ｔ１がローレベルであり、且つ、信号Ｔ３がハイレベルであるので、参照テーブル２６−０から出力される信号Ｄ０がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第１１３状態から、信号Ｄ０，Ｄ８〜Ｄ２３がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１〜Ｄ７，Ｄ２４〜Ｄ３１がハイレベルである第１１４状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−０をローレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ２３がローレベルであり、且つ、信号Ｄ２４〜Ｄ３１がハイレベルである第１２１状態となる。この第１２１状態では、信号Ｔ２，Ｔ１，Ｔ０はローレベルであり、且つ、信号Ｔ３はハイレベルである。

次に、信号Ｄ１６，Ｄ８，Ｔ０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ２４がハイレベルであるので、参照テーブル２６−３から出力される信号Ｄ２４がハイレベルからローレベルに変化する。これにより、多段遅延線２１−０〜２１−３は、第１２１状態から、信号Ｄ０〜Ｄ２４がローレベルであり、且つ、信号Ｄ２５〜Ｄ３１がハイレベルである第１２２状態に遷移する。以降、多段遅延線２１−３をローレベルの信号が伝播していくことにより、多段遅延線２１−０〜２１−３が状態遷移を繰り返し、信号Ｄ０〜Ｄ３０がローレベルであり、且つ、信号Ｄ３１がハイレベルである第１２８状態となった後、信号Ｄ０〜Ｄ３１がすべてローレベルである第１状態に戻る。

図８は、遷移状態取得装置１の第２構成例におけるラッチ部３０及び計数部４０を示す図である。

図８に示すように、ラッチ部３０は、３２個のＤフリップフロップ３１−０〜３１−３１を含む。８個のＤフリップフロップ３１−０〜３１−７は、データ入力端子（Ｄ）が多段遅延線２１−０の初段〜最終段（第８段）の出力端とそれぞれ電気的に接続されている
。８個のＤフリップフロップ３１−８〜３１−１５は、データ入力端子（Ｄ）が多段遅延線２１−１の初段〜最終段（第８段）の出力端とそれぞれ電気的に接続されている。８個のＤフリップフロップ３１−１６〜３１−２３は、データ入力端子（Ｄ）が多段遅延線２１−２の初段〜最終段（第８段）の出力端とそれぞれ電気的に接続されている。８個のＤフリップフロップ３１−２４〜３１−３１は、データ入力端子（Ｄ）が多段遅延線２１−３の初段〜最終段（第８段）の出力端とそれぞれ電気的に接続されている。また、Ｄフリップフロップ３１−０〜３１−３１のクロック入力端子には基準クロック信号ＣＬＫが入力される。そして、Ｄフリップフロップ３１−ｉ（ｉは０〜３１の各々）は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、信号Ｄｉを取り込んでその論理レベルに応じた値Ｌｉを保持する。

計数部４０は、カウント回路４１、乗算器４２、加算器４３、Ｄフリップフロップ４４、減算器４５、加算器４６、Ｄフリップフロップ４７、マルチプレクサー４８及び参照テーブル４９を含む。なお、図８では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ４４及びＤフリップフロップ４７はそれぞれ１つのみ図示されているが、実際にはＤフリップフロップ４４は７個存在し、Ｄフリップフロップ４７はＮ個存在する。

参照テーブル４９は、第１入力端子にＤフリップフロップ３１−０が保持している値Ｌ０が入力され、第２入力端子にＤフリップフロップ３１−８が保持している値Ｌ８が入力され、第３入力端子にＤフリップフロップ３１−１６が保持している値Ｌ１６が入力され、第４入力端子にＤフリップフロップ３１−２４が保持している値Ｌ２４が入力される。そして、参照テーブル４９は、図９に示す真理値表に従い、４ビットの値Ｌ２４，Ｌ１６，Ｌ８，Ｌ０に基づいて、ビット選択信号ＢＳＥＬ、２ビットの多段遅延線選択信号ＴＳＥＬ及び４ビットの遷移数復調用信号ＮＵＭを出力する。ビット選択信号ＢＳＥＬは計数対象が０と１のいずれであるかを示す信号である。多段遅延線選択信号ＴＳＥＬは信号が伝播中の多段遅延線が多段遅延線２１−０〜２１−３のいずれであるかを示す信号である。遷移数復調用信号ＮＵＭは信号が伝播し終わった多段遅延線の数を示す信号である。

マルチプレクサー４８は、２ビットの多段遅延線選択信号ＴＳＥＬに基づいて、８ビットの値Ｌ７〜Ｌ０、８ビットの値Ｌ１５〜Ｌ８、８ビットの値Ｌ２３〜Ｌ１６及び８ビットの値Ｌ３１〜Ｌ２４のいずれか１つを選択して８ビットの信号を出力する。具体的には、マルチプレクサー４８は、多段遅延線選択信号ＴＳＥＬの値が０であれば、８ビットの値Ｌ７〜Ｌ０を選択して出力する。また、マルチプレクサー４８は、多段遅延線選択信号ＴＳＥＬの値が１であれば、８ビットの値Ｌ１５〜Ｌ８を選択して出力する。また、マルチプレクサー４８は、多段遅延線選択信号ＴＳＥＬの値が２であれば、８ビットの値Ｌ２３〜Ｌ１６を選択して出力する。また、マルチプレクサー４８は、多段遅延線選択信号ＴＳＥＬの値が３であれば、８ビットの値Ｌ３１〜Ｌ２４を選択して出力する。

カウント回路４１は、マルチプレクサー４８から出力される８ビットの信号の値に対して、ビット選択信号ＢＳＥＬに基づき０又は１の数をポピュレーションカウントし、０〜８のいずれかの値を有する４ビットの信号を出力する。具体的には、カウント回路４１は、ビット選択信号ＢＳＥＬの値が０であれば０の数をカウントし、ビット選択信号ＢＳＥＬの値が１であれば１の数をカウントする。

乗算器４２は、４ビットの遷移数復調用信号ＮＵＭの値と８との乗算を行う。すなわち、乗算器４２は、遷移数復調用信号ＮＵＭの値の８倍の値を有する７ビットの信号を出力する。なお、乗算器４２は、遷移数復調用信号ＮＵＭの値を３ビットシフトする簡易な回路として実現することができる。

加算器４３は、カウント回路４１から出力される４ビットの信号の値と乗算器４２から
出力される７ビットの信号の値とを加算し、０〜１２７のいずれかの値を有する７ビットの信号を出力する。

ここで、多段遅延線２１−０〜２１−３が第ｊ状態（ｊは１〜１２８の各々）のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、加算器４３から出力される７ビットの信号の値はｊ−１となる。

例えば、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が、信号Ｄ０，Ｄ１６〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ１〜Ｄ１５がハイレベルである第１８状態から、信号Ｄ０〜Ｄ７，Ｄ１６〜Ｄ３１がローレベルであり、且つ、信号Ｄ８〜Ｄ１５がハイレベルである第２５状態までは、ハイレベルの信号が多段遅延線２１−０を伝播し、さらにハイレベルの信号が多段遅延線２１−１を伝播し終わって、次に、ローレベルの信号が多段遅延線２１−０を伝播している状態である。そして、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が第１８状態から第２５状態までのいずれかのときに、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０の論理レベルに対応する４ビットの値Ｌ２４，Ｌ１６，Ｌ８，Ｌ０は０，０，１，０となる。このとき、図９に示すように、ビット選択信号ＢＳＥＬの値は０（ローレベルの信号が伝播していることを示す）であり、多段遅延線選択信号ＴＳＥＬの値は０（信号が多段遅延線２１−０を伝播中であることを示す）、遷移数復調用信号ＮＵＭは２（信号が伝播し終わった多段遅延線の数が２であることを示す）である。したがって、例えば、多段遅延線２１−０〜２１−３が第２５状態のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、カウント回路４１から出力される４ビットの信号の値が８になるので、加算器４３から出力される７ビットの信号の値は２４になる。

なお、多段遅延線２１−０〜２１−３が第１状態のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、カウント回路４１から出力される４ビットの信号の値は８であり、乗算器４２から出力される７ビットの信号の値は１２０であるので、これらの加算値は１２８（８ビットの値１０００００００）となるが、加算器４３から出力される信号は７ビットであるためその値は０（＝０００００００）となる。

７個のＤフリップフロップ４４の各々は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、加算器４３から出力される７ビットの信号の各値を取り込んで保持する。

減算器４５は、加算器４３から出力される７ビットの信号の値から７個のＤフリップフロップ４４が保持している７ビットの値を減算し、０〜１２７のいずれかの値を有する７ビットの信号を出力する。減算器４５から出力される７ビットの信号の値は、基準クロック信号ＣＬＫの直近の１周期の時間に多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が遷移した回数に相当する。

例えば、基準クロック信号ＣＬＫの直近の１周期の時間に多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が第１状態から第１６状態まで１５回遷移した場合、加算器４３から出力される７ビットの信号の値は１５になり、且つ、７個のＤフリップフロップ４４が保持している７ビットの値は０になる。したがって、減算器４５から出力される７ビットの信号の値は、この間の多段遅延線２１−０〜２１−３の状態遷移回数に等しい１５となる。また、基準クロック信号ＣＬＫの直近の１周期の時間に多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が第１２４状態から第２８状態まで３２回遷移した場合、加算器４３から出力される７ビットの信号の値は１２３になり、且つ、７個のＤフリップフロップ４４が保持している７ビットの値は２７になる。したがって、これらの減算値は−９６（８ビットの値１０１０００００）となるが、減算器４５から出力される信号は７ビットであるためその値は３２（＝０１０００００）となる。

加算器４６は、減算器４５から出力される７ビットの信号の値と７個のＤフリップフロップ４７が保持している７ビットの値とを加算し、Ｎビットの信号を出力する。また、加算器４６は、加算値がＮビットの上限値以上の場合は当該上限値を有するＮビットの信号を出力する。例えば、Ｎ＝８であれば、加算器４６は０〜２５５のいずれかの値を有する８ビットの信号を出力する。

Ｎ個のＤフリップフロップ４７の各々は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、加算器４６から出力されるＮビットの信号の各値を取り込んで保持する。Ｎ個のＤフリップフロップ４７が保持するＮビットの値は、Ｎビットの計数値ＣＮＴとして計数部４０から出力される。この計数値ＣＮＴは、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移した時からの多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が遷移した回数に相当する。なお、リセット信号ＲＳＴがローレベルからハイレベルに変化すると、７個のＤフリップフロップ４４及びＮ個のＤフリップフロップ４７がそれぞれ保持する値はすべて０に初期化される。これにより、計数値ＣＮＴも０に初期化され、次の計測が可能になる。

ただし、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んでから次に信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込むまでの間に、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が１２８回以上遷移すると、計数値ＣＮＴが誤った値となる。例えば、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が第１状態のときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込み、その後、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が１２９回遷移して第２状態になったときにラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込んだ場合、１２９回の状態遷移が１回の状態遷移とみなされ、計数値ＣＮＴは１しか増えないことになる。そのため、正しい計数値ＣＮＴが得られるように、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込むタイミングの間隔、すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの１周期の時間は、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態遷移が一巡する時間よりも短いことが必要である。多段遅延線２１−０〜２１−３の状態遷移が一巡する時間とは、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が１２８回遷移するのに要する時間である。なお、基準クロック信号ＣＬＫの１周期の時間を短くすることが難しい場合には、多段遅延線２１−０〜２１−３の各段数（遅延素子の数）を増やすか、各遅延素子の信号伝播時間を長くすればよい。

また、発振部２０における多段遅延線２１−０〜２１−３の状態遷移のタイミングと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとは非同期である。そのため、仮に、多段遅延線２１−０〜２１−３において、信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０のうちの２つ以上の論理レベルが変化する状態遷移が存在すると、ラッチ部３０が、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、遷移前の状態でも遷移後の状態でもない過渡状態における信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０の値を取り込み、４ビットの値Ｌ２４，Ｌ１６，Ｌ８，Ｌ０が誤った値となる可能性がある。その結果、参照テーブル４９が４ビットの値Ｌ２４，Ｌ１６，Ｌ８，Ｌ０に基づいて出力するビット選択信号ＢＳＥＬ、多段遅延線選択信号ＴＳＥＬ及び遷移数復調用信号ＮＵＭも誤った値となり、正しい計数値ＣＮＴが得られないことになる。

これに対して、本構成例では、信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｔ０の値が、「００００」、「０００１」、「００１１」、「００１０」、「０１１０」、「０１１１」、「０１０１」、「０１００」、「１１００」、「１１０１」、「１１１１」、「１１１０」、「１０１０」、「１０１１」、「１００１」、「１０００」、「００００」、・・・の順に、すなわち、４ビットのグレイコードに従って遷移するように、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が遷移する。グレイコードは、ハミング距離が１であり、隣り合う２つのコードは１ビットのみが変化する。したがって、ラッチ部３０が、基準クロック信号ＣＬＫの
立ち上がりエッジに同期して、必ず、多段遅延線２１−０〜２１−３の遷移前の状態もしくは遷移後の状態における信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０の値を取り込むことになり、４ビットの値Ｌ２４，Ｌ１６，Ｌ８，Ｌ０が常に正しい値となる。

このように、本構成例によれば、４つの多段遅延線２１−０〜２１−３から出力され、参照テーブル４９で用いられる特定の４つの信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０の値の遷移は、遷移する前後のハミング距離が１であり、遷移の前後で信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０の値の１つのみが変化するので、正しい計数値ＣＮＴが得られる。

なお、４つの信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０の値の遷移は、遷移する前後のハミング距離が１であればよく、グレイコードに従った遷移でなくてもよい。

以上に説明したように、本実施形態の遷移状態取得装置１の第２構成例では、ラッチ部３０が多段遅延線２１−０〜２１−３から出力される信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込むタイミングの間隔が、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態遷移が一巡する時間よりも短いことにより、ラッチ部３０が保持している値Ｌ０〜Ｌ３１と発振部２０の状態とを１対１に対応づけることができる。したがって、本実施形態の遷移状態取得装置１の第２構成例によれば、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ毎に、ラッチ部３０が保持している値Ｌ０〜Ｌ３１に基づいて発振部２０の遷移状態を取得することができるので、発振部２０の遷移状態を取得する際の煩雑性を低減させることができる。

また、本実施形態の遷移状態取得装置１の第２構成例では、計数部４０は、マルチプレクサー４８、参照テーブル４９及び乗算器４２により、特定の４つの信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０をラッチ部３０が取り込んで保持している値Ｌ２４，Ｌ１６，Ｌ８，Ｌ０に基づいて、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が遷移した回数の概算値としての第１のカウント値を求める。また、計数部４０は、参照テーブル４９により、ラッチ部３０が取り込んで保持している値Ｌ２４，Ｌ１６，Ｌ８，Ｌ０に基づいて、４つの多段遅延線２１−０〜２１−３のうち、ラッチ部３０が信号Ｄ２４，Ｄ１６，Ｄ８，Ｄ０を取り込んだタイミングにおいて状態が遷移していた多段遅延線を特定し、カウント回路４１により、特定した多段遅延線から出力される信号をラッチ部３０が取り込んで保持している値に対して、ポピュレーションカウントを行って第２のカウント値を求める。そして、計数部４０は、加算器４３、Ｄフリップフロップ４４、減算器４５、加算器４６及びＤフリップフロップ４７により、第１のカウント値と第２のカウント値に基づいて、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が遷移した回数を求める。したがって、本実施形態の遷移状態取得装置１の第２構成例によれば、多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が遷移した回数を計数値ＣＮＴとして取得することができる。そして、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移してから、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を最初に取り込むタイミング、すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジまでの時間が長いほど、この間に多段遅延線２１−０〜２１−３の状態が遷移した回数が多いので計数値ＣＮＴの値が大きくなる。したがって、計数値ＣＮＴの値を用いることにより、イネーブル信号ＥＮがローレベルからハイレベルに遷移してから基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジまでの時間を計測することが可能である。

また、本実施形態の遷移状態取得装置１の第２構成例では、多段遅延線２１−０〜２１−３の段数の総数が３２でありながら、第１構成例において多段遅延線２１の段数を６４とした場合と同様の計数値ＣＮＴが得られる。したがって、本実施形態の遷移状態取得装置１の第２構成例によれば、ラッチ部３０が信号Ｄ０〜Ｄ３１を取り込むタイミングの間隔を多段遅延線２１−０〜２１−３の状態遷移が一巡する時間よりも短くすることが比較的容易であり、回路面積の低減にも有利である。

また、本実施形態の遷移状態取得装置１の第２構成例では、カウント回路４１が、ラッチ部３０が保持する３２ビットの値Ｌ０〜Ｌ３１のうちの８ビットの値についてポピュレーションカウントを行えばよいので、カウント回路４１のサイズを低減させることができる。

２．時間デジタル変換器
次に、上記の遷移状態取得装置１を用いた時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Time to Digital Converter）について説明する。

２−１．第１実施形態
時間デジタル変換器２の第１実施形態は、被測定信号Ｘの時間イベントと基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントとの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤを生成する。時間イベントとは、立ち上がりエッジ及び立ち上がりエッジの少なくとも一方である。

図１０は、時間デジタル変換器２の第１実施形態の構成を示す図である。図１０に示すように、時間デジタル変換器２の第１実施形態は、遷移状態取得装置１及び演算部３を含む。

演算部３は、計数値保持部５０、積算部６０及び変換部７０を含む。

計数値保持部５０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、遷移状態取得装置１から出力される計数値ＣＮＴを取り込んで計数値ＤＣＮＴとして保持する。計数値保持部５０は、遷移状態取得装置１から出力されるリセット信号ＲＳＴがローレベルのときに計数値ＤＣＮＴを保持し、リセット信号ＲＳＴがハイレベルになると計数値ＤＣＮＴは０に初期化される。

積算部６０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、計数値保持部５０で保持された計数値ＤＣＮＴを積算し、被測定信号Ｘの時間イベントと基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントとの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤを生成する。積算部６０は、リセット信号ＲＳＴがローレベルのときに計数値ＤＣＮＴを積算し、リセット信号ＲＳＴがハイレベルになると時間デジタル値ＴＤは０に初期化される。なお、時間デジタル値ＴＤは、本発明における「第１の時間デジタル値」に相当する。

変換部７０は、積算部６０が生成した時間デジタル値ＴＤを変換した時間デジタル値ＴＤＸを生成する。例えば、変換部７０は、時間デジタル値ＴＤに対して所定のスケーリングを行って時間デジタル値ＴＤＸを生成してもよいし、所定の変換式あるいはテーブル情報に従って時間デジタル値ＴＤを時間デジタル値ＴＤＸに変換してもよい。なお、演算部３は、変換部７０を含まなくてもよい。

本実施形態では、基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントは、被測定信号Ｘの時間イベントとは独立して設定されている。すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントと被測定信号Ｘの時間イベントとは非同期である。したがって、時間デジタル値ＴＤあるいは時間デジタル値ＴＤＸは、被測定信号Ｘの時間イベントに対応するタイムスタンプとして用いることができる。

なお、遷移状態取得装置１は、時間デジタル値ＴＤあるいは時間デジタル値ＴＤＸを不図示の端子から外部に出力してもよいし、時間デジタル値ＴＤあるいは時間デジタル値ＴＤＸをレジスター等の記憶部に記憶し、通信インターフェース回路を介して外部に出力してもよい。

以下では、演算部３は、変換部７０を含まないものとして説明する。

図１１は、演算部３の具体的な構成例を示す図である。図１１の例では、演算部３は、Ｄフリップフロップ５１、加算器６１及びＤフリップフロップ６２を含む。なお、図１１では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ５１及びＤフリップフロップ６２はそれぞれ１つのみ図示されているが、実際にはＤフリップフロップ５１はＮ個存在し、Ｄフリップフロップ６２はＭ個存在する。なお、Ｎ個のＤフリップフロップ５１は、図１０に示した計数値保持部５０に相当する。また、加算器６１及びＭ個のＤフリップフロップ６２からなる回路は、図１０に示した積算部６０に相当する。

Ｎ個のＤフリップフロップ５１は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、遷移状態取得装置１から出力されるＮビットの計数値ＣＮＴを取り込んで計数値ＤＣＮＴとして保持する。

加算器６１は、Ｎ個のＤフリップフロップ５１が保持しているＮビットの計数値ＤＣＮＴとＭ個のＤフリップフロップ６２が保持しているＭビットの値とを加算し、Ｍビットの信号を出力する。また、加算器６１は、加算値がＭビットの上限値以上の場合は当該上限値を有するＭビットの信号を出力する。例えば、Ｍ＝８であれば、加算器６１は０〜２５５のいずれかの値を有する８ビットの信号を出力する。

Ｍ個のＤフリップフロップ６２の各々は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期して、加算器６１から出力されるＭビットの信号の各値を取り込んで時間デジタル値ＴＤとして保持する。なお、リセット信号ＲＳＴがローレベルからハイレベルに変化すると、Ｎ個のＤフリップフロップ５１及びＭ個のＤフリップフロップ６２がそれぞれ保持する値はすべて０に初期化される。これにより、時間デジタル値ＴＤも０に初期化され、次の計測が可能になる。

次に、図１２及び図１３を用いて、時間デジタル変換器２の詳細な動作を説明する。図１２及び図１３は、時間デジタル変換器２におけるタイミングチャートの一例を示す図である。図１２の例では、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔はＰ１であり、図１３の例では、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔Ｐ２はＰ１よりも短い。

図１２の例では、時刻ｔ０において、被測定信号Ｘがローレベルからハイレベルに遷移すると、遷移状態取得装置１の発振部２０の状態遷移が開始し、状態遷移回数が１ずつ増えていく。

時刻ｔ０から時間Ｐ１が経過した時刻ｔ１において、被測定信号Ｘがハイレベルに遷移した後の基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して計数値ＣＮＴが０から４に変わる。

時刻ｔ２において、基準クロック信号ＣＬＫの２番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して計数値ＣＮＴが４から１２に変わる。また、当該エッジに同期して計数値ＤＣＮＴが０から４に変わる。

時刻ｔ３において、基準クロック信号ＣＬＫの３番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、計数値ＣＮＴが１２から２０に変わり、計数値ＤＣＮＴが４から１２に変わる。また、当該エッジに同期して時間デジタル値ＴＤが０から４に変わる。

時刻ｔ４において、基準クロック信号ＣＬＫの４番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、計数値ＣＮＴが２０から２９に変わり、計数値ＤＣＮＴが１２から２０に変わり、時間デジタル値ＴＤが４から１６に変わる。

時刻ｔ５において、基準クロック信号ＣＬＫの５番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、計数値ＣＮＴが２９から３７に変わり、計数値ＤＣＮＴが２０から２９に変わり、時間デジタル値ＴＤが１６から３６に変わる。

図１３の例でも、時刻ｔ０において、被測定信号Ｘがローレベルからハイレベルに遷移すると、遷移状態取得装置１の発振部２０の状態遷移が開始し、状態遷移回数が１ずつ増えていく。

時刻ｔ０から時間Ｐ２が経過した時刻ｔ１において、被測定信号Ｘがハイレベルに遷移した後の基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して計数値ＣＮＴが０から２に変わる。

時刻ｔ２において、基準クロック信号ＣＬＫの２番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して計数値ＣＮＴが２から１０に変わる。また、当該エッジに同期して計数値ＤＣＮＴが０から２に変わる。

時刻ｔ３において、基準クロック信号ＣＬＫの３番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、計数値ＣＮＴが１０から１９に変わり、計数値ＤＣＮＴが２から１０に変わる。また、当該エッジに同期して時間デジタル値ＴＤが０から２に変わる。

時刻ｔ４において、基準クロック信号ＣＬＫの４番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、計数値ＣＮＴが１９から２７に変わり、計数値ＤＣＮＴが１０から１９に変わり、時間デジタル値ＴＤが２から１２に変わる。

時刻ｔ５において、基準クロック信号ＣＬＫの５番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、計数値ＣＮＴが２７から３５に変わり、計数値ＤＣＮＴが１９から２７に変わり、時間デジタル値ＴＤが１２から３１に変わる。

ここで、図１２の例における時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｐ１は、図１３の例における時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｐ２よりも長い。また、各時刻において、図１２の例における時間デジタル値ＴＤは、図１３の例における時間デジタル値ＴＤよりも大きい値となるように遷移していく。したがって、被測定信号Ｘがローレベルからハイレベルに遷移した後、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが所定回到来した時点で、積算部６０による積算を停止して時間デジタル値ＴＤを保持すると、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔が長いほど、時間デジタル値ＴＤが大きな値となる。

図１４は、図１２の例における計数値ＣＮＴの時間変化を示す図である。また、図１５は、図１３の例における計数値ＣＮＴの時間変化を示す図である。図１４及び図１５において、横軸は時間であり、縦軸は計数値ＣＮＴである。図１４及び図１５において、計数値ＣＮＴの積算値に対応する斜線部分の面積が最終的に得られる時間デジタル値ＴＤに相当する。なお、図１５には、図１２の例における計数値ＣＮＴの時間変化（図１４に示す計数値ＣＮＴの時間変化）も破線で示されている。

図１４及び図１５に示すように、時刻ｔ０において変化した直後の計数値ＣＮＴが大きいほど、すなわち、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上
がりエッジとの時間間隔が長いほど、時間デジタル値ＴＤが大きくなっている。換言すれば、計数値ＣＮＴは、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔に応じた時間による重み付けがされており、計数値ＣＮＴの時間による重み付けが大きいほど時間デジタル値ＴＤが大きくなる。そして、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔の測定分解能は、遷移状態取得装置１の発振部２０の状態遷移の１周期の時間が短いほど高くなる。また、図１４に示す時間デジタル値ＴＤと図１５に示す時間デジタル値ＴＤとの差は、計数値ＣＮＴが上限値に達するまでの時間が長いほど大きくなるので、計数値ＣＮＴの上限値が大きいほど測定分解能が高くなると言える。また、計数値ＣＮＴの上限値を大きくすることで測定のダイナミックレンジが広くなる。

以上に説明した時間デジタル変換器２の第１実施形態によれば、時間による重み付けがされた計数値ＣＮＴが計数値保持部５０で保持された計数値ＤＣＮＴを積算部６０によって積算することでノイズシェープ効果が得られる。そのため、遷移状態取得装置１の発振部２０の多段遅延線２１を構成する複数の遅延素子の信号伝播時間のばらつきによるノイズ成分が高周波側にシフトし、積算部６０により高周波成分が取り除かれるので、被測定信号Ｘの時間イベントに対するタイムスタンプの精度を向上させることができる。また、ノイズシェープ効果が得られることにより、当該複数の遅延素子の信号伝播時間のばらつきを校正する必要がない。

また、時間デジタル変換器２の第１実施形態によれば、遷移状態取得装置１の発振部２０の多段遅延線２１を構成する遅延素子の数を増やさなくても、計数値ＣＮＴの上限値を大きくすることで、分解能やダイナミックレンジを向上させることができる。

また、遷移状態取得装置１から出力される計数値ＣＮＴに上限値が設定されていることにより、被測定信号Ｘの時間イベントと基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントとの時間間隔に対して時間デジタル値ＴＤが線形に変化するので、時間デジタル値ＴＤをタイムスタンプとして扱うことが容易である。

２−２．第２実施形態
時間デジタル変換器２の第２実施形態は、複数の被測定信号Ｘの時間イベントの少なくとも２つの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを生成する。

図１６は、時間デジタル変換器２の第２実施形態の構成を示す図である。図１６に示すように、時間デジタル変換器２の第２実施形態は、遷移状態取得装置１及び演算部３を含む。

遷移状態取得装置１は、ｎ個（ｎ≧２）の被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントを検出し、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各々に対応する計数値ＣＮＴを順番に出力する。本実施形態では、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各時間イベントが、この順に所定の時間以上の間隔で到来するものとする。遷移状態取得装置１は、被測定信号Ｘｉ（ｉは１〜ｎ−１の各々）の時間イベントが到来して被測定信号Ｘｉに対する計数値ＣＮＴを出力した後、リセット信号ＲＳＴによって計数値ＣＮＴを０に初期化し、その後、被測定信号Ｘｉ＋１の時間イベントが到来して被測定信号Ｘｉ＋１に対する計数値ＣＮＴを出力する。

具体的には、図１に示した構成の遷移状態取得装置１において、発振部２０は、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各々に基づいて多段遅延線２１の状態の遷移を開始し、ラッチ部３０は、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各々に対して多段遅延線２１から順番に出力される信号を保持する。そして、計数部４０は、ラッチ部３０が順番に保持している値に基づいて、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各々に対して多段遅延線２１の状態が遷移した回数をカウントし、被測
定信号Ｘ１〜Ｘｎに対するｎ個の計数値ＣＮＴを順番に出力する。

演算部３は、計数値保持部５０、積算部６０及び時間デジタル値生成部８０を含む。

計数値保持部５０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、遷移状態取得装置１から順番に出力されるｎ個の計数値ＣＮＴを取り込んで計数値ＤＣＮＴとして保持する。計数値保持部５０は、遷移状態取得装置１から出力されるリセット信号ＲＳＴがローレベルのときに計数値ＤＣＮＴを保持し、リセット信号ＲＳＴがハイレベルになると計数値ＤＣＮＴは０に初期化される。

積算部６０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、計数値保持部５０で順番に保持されたｎ個の計数値ＤＣＮＴの各々を積算し、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各々の時間イベントと基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントとの時間間隔に対応するｎ個の時間デジタル値ＴＤを順番に生成する。積算部６０は、リセット信号ＲＳＴがローレベルのときに計数値ＤＣＮＴを積算し、リセット信号ＲＳＴがハイレベルになると時間デジタル値ＴＤは０に初期化される。

時間デジタル値生成部８０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎに対するｎ個の時間デジタル値ＴＤに基づいて、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを生成する。例えば、ｍ＝ｎ−１であり、時間デジタル値ＴＤＹｉ（ｉは１〜ｎ−１の各々）は、被測定信号Ｘｉ＋１に対する時間デジタル値ＴＤと被測定信号Ｘｉに対する時間デジタル値ＴＤとの差分であってもよい。すなわち、時間デジタル値ＴＤＹｉはＸｉの時間イベントとＸｉ＋１の時間イベントとの時間間隔に対応していてもよい。なお、時間デジタル値ＴＤは本発明における「第１の時間デジタル値」に相当し、時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍの各々は本発明における「第２の時間デジタル値」に相当する。

本実施形態では、基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントは、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントとは独立して設定されている。すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントと被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントとは非同期である。したがって、時間デジタル値ＴＤ１〜ＴＤｎは、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントの時間間隔に対応するタイムスタンプとして用いることができ、これらのタイムスタンプを用いて、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを取得することができる。

時間デジタル値生成部８０は、時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍに対して所定のスケーリングを行って出力してもよいし、所定の変換式あるいはテーブル情報に従って時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを変換して出力してもよい。

以上に説明した時間デジタル変換器２の第２実施形態によれば、時間デジタル変換器２の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、時間デジタル変換器２の第２実施形態によれば、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎに対して、遷移状態取得装置１、計数値保持部５０及び積算部６０を共用して、時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを生成するので、小型化が可能である。

２−３．第３実施形態
時間デジタル変換器２の第３実施形態は、第２実施形態と同様、複数の被測定信号Ｘの時間イベントの少なくとも２つの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを生成する。ただし、時間デジタル変換器２の第３実施形態では、複数の遷移状態取得装
置１が用いられる。

図１７は、時間デジタル変換器２の第３実施形態の構成を示す図である。図１７に示すように、時間デジタル変換器２の第３実施形態は、ｎ個（ｎ≧２）の遷移状態取得装置１−１〜１−ｎ及び演算部３を含む。

遷移状態取得装置１−１〜１−ｎは、ｎ個の被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各々に基づいて、多段遅延線２１の状態の遷移を開始し、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントをそれぞれ検出し、計数値ＣＮＴ１〜ＣＮＴｎをそれぞれ出力する。

演算部３は、ｎ個の計数値保持部５０−１〜５０−ｎ、ｎ個の積算部６０−１〜６０−ｎ及び時間デジタル値生成部８０を含む。

計数値保持部５０−１〜５０−ｎは、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、遷移状態取得装置１−１〜１−ｎの各々から出力される計数値ＣＮＴ１〜ＣＮＴｎを取り込んで計数値ＤＣＮＴ１〜ＤＣＮＴｎとして保持する。計数値保持部５０−１〜５０−ｎは、遷移状態取得装置１−１〜１−ｎからそれぞれ出力されるリセット信号ＲＳＴ１〜ＲＳＴｎがローレベルのときに計数値ＤＣＮＴ１〜ＤＣＮＴｎを保持し、リセット信号ＲＳＴ１〜ＲＳＴｎがハイレベルになると計数値ＤＣＮＴ１〜ＤＣＮＴｎは０に初期化される。

積算部６０−１〜６０−ｎは、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、計数値保持部５０−１〜５０−ｎで保持された計数値ＤＣＮＴ１〜ＤＣＮＴｎの各々を積算し、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの各々の時間イベントと基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントとの時間間隔に対応するｎ個の時間デジタル値ＴＤ１〜ＴＤｎを生成する。積算部６０−１〜６０−ｎは、リセット信号ＲＳＴ１〜ＲＳＴｎがローレベルのときに計数値ＤＣＮＴ１〜ＤＣＮＴｎを積算し、リセット信号ＲＳＴ１〜ＲＳＴｎがハイレベルになると時間デジタル値ＴＤ１〜ＴＤｎは０に初期化される。

時間デジタル値生成部８０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、積算部６０−１〜６０−ｎが生成した時間デジタル値ＴＤ１〜ＴＤｎに基づいて、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを生成する。例えば、ｍ＝ｎ−１であり、時間デジタル値ＴＤＹｉ（ｉは１〜ｎ−１の各々）は、時間デジタル値ＴＤｉ＋１と時間デジタル値ＴＤｉとの差分であってもよい。すなわち、時間デジタル値ＴＤＹｉはＸｉの時間イベントとＸｉ＋１の時間イベントとの時間間隔に対応していてもよい。なお、時間デジタル値ＴＤ１〜ＴＤｎの各々は本発明における「第１の時間デジタル値」に相当し、時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍの各々は本発明における「第２の時間デジタル値」に相当する。

本実施形態では、基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントは、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントとは独立して設定されている。すなわち、基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントと被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントとは非同期である。したがって、時間デジタル値ＴＤ１〜ＴＤｎは、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントの時間間隔に対応するタイムスタンプとして用いることができ、これらのタイムスタンプを用いて、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを取得することができる。

時間デジタル値生成部８０は、時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍに対して所定のスケーリングを行って出力してもよいし、所定の変換式あるいはテーブル情報に従って時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを変換して出力してもよい。

以上に説明した時間デジタル変換器２の第３実施形態によれば、時間デジタル変換器２の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、時間デジタル変換器２の第３実施形態によれば、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎに対して、遷移状態取得装置１−１〜１−ｎ、計数値保持部５０−１〜５０−ｎ及び積算部６０−１〜６０−ｎが並行して動作するので、被測定信号Ｘ１〜Ｘｎの時間イベントが到来する時間間隔が短い場合でも時間デジタル値ＴＤＹ１〜ＴＤＹｍを生成することができる。

３．Ａ／Ｄ変換回路
次に、上記の時間デジタル変換器２を用いたＡ／Ｄ変換回路について説明する。

３−１．第１実施形態
図１８は、Ａ／Ｄ変換回路１００の第１実施形態の構成を示す図である。図１８に示すように、Ａ／Ｄ変換回路１００の第１実施形態は、基準波形信号生成回路１０２、比較器１０３及び時間デジタル変換器２を含み、入力されたアナログ信号ＡＩＮをデジタル信号ＤＯＵＴに変換して出力する。

基準波形信号生成回路１０２は、基準クロック信号ＣＬＫに基づいて、基準波形信号ＲＥＦを生成する。基準波形信号ＲＥＦは、基準クロック信号ＣＬＫと同じ周期で電圧が変化する信号であり、例えば、三角波信号、ランプ波信号、正弦波信号、余弦波信号等であってもよい。

比較器１０３は、アナログ信号ＡＩＮの電圧と基準波形信号生成回路１０２が生成した基準波形信号ＲＥＦの電圧とを比較して被測定信号Ｘを出力する。

時間デジタル変換器２は、被測定信号Ｘの時間イベントと基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントとの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤを出力する。

そして、Ａ／Ｄ変換回路１００は、時間デジタル値ＴＤに基づくデジタル信号ＤＯＵＴを出力する。例えば、Ａ／Ｄ変換回路１００は、時間デジタル値ＴＤを有するデジタル信号ＤＯＵＴとして出力してもよいし、時間デジタル値ＴＤを、アナログ信号ＡＩＮの電圧に対して線形に変化する値を有するデジタル信号ＤＯＵＴに変換して出力してもよい。

図１９は、Ａ／Ｄ変換回路１００の第１実施形態における各種信号の波形の一例を示す図である。図１９の例では、基準波形信号ＲＥＦは、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジで最低電圧となり、基準クロック信号ＣＬＫの立ち下がりエッジで最高電圧となる三角波信号である。また、被測定信号Ｘは、アナログ信号ＡＩＮの電圧が基準波形信号ＲＥＦの電圧よりも高ければハイレベルとなり、アナログ信号ＡＩＮの電圧が基準波形信号ＲＥＦの電圧よりも低ければローレベルとなっている。

図１９の例では、アナログ信号ＡＩＮの電圧の値がＶａ，Ｖｂ，Ｖｃであるときの被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔がそれぞれｔａ，ｔｂ，ｔｃになっている。そして、Ｖａ＜Ｖｂ＜Ｖｃに対してｔａ＜ｔｂ＜ｔｃであり、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔はアナログ信号ＡＩＮの電圧に対して線形に変化している。したがって、Ａ／Ｄ変換回路１００は、ｔａ，ｔｂ，ｔｃに対応する時間デジタル値ＴＤを有するデジタル信号ＤＯＵＴとして出力することができる。

Ａ／Ｄ変換回路１００の第１実施形態によれば、時間デジタル変換器２を用いることにより、高精度、高分解能、高速処理、低消費電力化、小型化等を実現することができる。

図２０は、Ａ／Ｄ変換回路１００の第１実施形態の変形例を示す図である。図２０に示すＡ／Ｄ変換回路１００は、図１８に示したＡ／Ｄ変換回路１００に対してキャリブレーション機能が付加されている。図２０において、図１８と同様の構成要素には同じ符号が付されており、その説明を省略する。

図２０に示すＡ／Ｄ変換回路１００は、基準波形信号生成回路１０２、比較器１０３及び時間デジタル変換器２を含み、さらに、マルチプレクサー１０４、切替信号生成回路１０５及び補正回路１０６を含む。

マルチプレクサー１０４は、切替信号ＳＥＬがローレベルのときはアナログ信号ＡＩＮを選択し、切替信号ＳＥＬがハイレベルのときは基準電圧ＶＲを選択し、選択したアナログ信号ＡＩＮ又は基準電圧ＶＲをアナログ信号ＡＩＮＸとして出力する。基準電圧ＶＲはあらかじめ決められた一定電圧である。

切替信号生成回路１０５は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して切替信号ＳＥＬを生成する。例えば、切替信号生成回路１０５は、Ａ／Ｄ変換回路１００がＡ／Ｄ変換処理を開始する直前に、あるいは、定期的に、切替信号ＳＥＬをローレベルからハイレベルにし、所定時間経過後にハイレベルからローレベルにする。

マルチプレクサー１０４から出力されるアナログ信号ＡＩＮＸは比較器１０３に入力され、基準波形信号生成回路１０２、比較器１０３及び時間デジタル変換器２により、時間デジタル値ＴＤに変換される。

補正回路１０６は、切替信号ＳＥＬがハイレベルのときは、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、基準値と基準電圧ＶＲに対して生成された時間デジタル値ＴＤとの差を算出し、当該差を補正値として不図示のレジスターに記憶する。また、補正回路１０６は、切替信号ＳＥＬがローレベルのときは、レジスターに記憶されている補正値を用いて、アナログ信号ＡＩＮに対して生成された時間デジタル値ＴＤを補正してデジタル信号ＤＯＵＴを生成する。

Ａ／Ｄ変換回路１００の第１実施形態の変形例によれば、基準電圧ＶＲを用いたキャリブレーションを実行することにより、温度変化、電源電圧変化、経時変化等の影響を補正することができるので、Ａ／Ｄ変換を高精度に行うことができる。

３−２．第２実施形態
図２１は、Ａ／Ｄ変換回路１００の第２実施形態の構成を示す図である。図２１に示すように、Ａ／Ｄ変換回路１００の第２実施形態は、サンプルホールド回路１０１、基準波形信号生成回路１０２、比較器１０３及び時間デジタル変換器２を含み、入力されたアナログ信号ＡＩＮをデジタル信号ＤＯＵＴに変換して出力する。

サンプルホールド回路１０１は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、アナログ信号ＡＩＮの電圧をサンプリングして保持する。

基準波形信号生成回路１０２は、基準クロック信号ＣＬＫに基づいて、基準波形信号ＲＥＦを生成する。基準波形信号ＲＥＦは、基準クロック信号ＣＬＫと同じ周期で電圧が変化する信号であり、例えば、三角波信号、ランプ波信号、正弦波信号、余弦波信号等であってもよい。

比較器１０３は、サンプルホールド回路１０１が保持する電圧ＶＨと基準波形信号生成
回路１０２が生成した基準波形信号ＲＥＦの電圧とを比較して被測定信号Ｘを出力する。

時間デジタル変換器２は、被測定信号Ｘの時間イベントと基準クロック信号ＣＬＫの時間イベントとの時間間隔に対応する時間デジタル値ＴＤを出力する。

そして、Ａ／Ｄ変換回路１００は、時間デジタル値ＴＤに基づくデジタル信号ＤＯＵＴを出力する。例えば、Ａ／Ｄ変換回路１００は、時間デジタル値ＴＤを有するデジタル信号ＤＯＵＴとして出力してもよいし、時間デジタル値ＴＤを、アナログ信号ＡＩＮの電圧に対して線形に変化する値を有するデジタル信号ＤＯＵＴに変換して出力してもよい。

図２２は、Ａ／Ｄ変換回路１００の第２実施形態における各種信号の波形の一例を示す図である。図２２の例では、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ毎に、アナログ信号ＡＩＮの電圧がサンプリングされて保持されている。また、基準波形信号ＲＥＦは、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジで最低電圧となり、基準クロック信号ＣＬＫの立ち下がりエッジで最高電圧となる三角波信号である。また、被測定信号Ｘは、電圧ＶＨが基準波形信号ＲＥＦの電圧よりも高ければハイレベルとなり、電圧ＶＨが基準波形信号ＲＥＦの電圧よりも低ければローレベルとなっている。

図２２の例では、アナログ信号ＡＩＮの電圧が保持された電圧ＶＨの値がＶａ，Ｖｂ，Ｖｃであるとき、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔がそれぞれｔａ，ｔｂ，ｔｃになっている。そして、Ｖａ＜Ｖｂ＜Ｖｃに対してｔａ＜ｔｂ＜ｔｃであり、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔はアナログ信号ＡＩＮの電圧に対して線形に変化している。したがって、Ａ／Ｄ変換回路１００は、ｔａ，ｔｂ，ｔｃに対応する時間デジタル値ＴＤを有するデジタル信号ＤＯＵＴとして出力することができる。

Ａ／Ｄ変換回路１００の第２実施形態によれば、時間デジタル変換器２を用いることにより、高精度、高分解能、高速処理、低消費電力化、小型化等を実現することができる。また、サンプルホールド回路１０１によりサンプルタイミングを一定に保つことができるので、Ａ／Ｄ変換タイミングのジッターを軽減することができる。

図２３は、Ａ／Ｄ変換回路１００の第２実施形態の変形例を示す図である。図２３に示すＡ／Ｄ変換回路１００は、図２１に示したＡ／Ｄ変換回路１００に対してキャリブレーション機能が付加されている。図２３において、図２１と同様の構成要素には同じ符号が付されており、その説明を省略する。

図２３に示すＡ／Ｄ変換回路１００は、サンプルホールド回路１０１、基準波形信号生成回路１０２、比較器１０３及び時間デジタル変換器２を含み、さらに、マルチプレクサー１０４、切替信号生成回路１０５及び補正回路１０６を含む。

マルチプレクサー１０４は、切替信号ＳＥＬがローレベルのときはアナログ信号ＡＩＮを選択し、切替信号ＳＥＬがハイレベルのときは基準電圧ＶＲを選択し、選択したアナログ信号ＡＩＮ又は基準電圧ＶＲをアナログ信号ＡＩＮＸとして出力する。基準電圧ＶＲはあらかじめ決められた一定電圧である。

切替信号生成回路１０５は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して切替信号ＳＥＬを生成する。例えば、切替信号生成回路１０５は、Ａ／Ｄ変換回路１００がＡ／Ｄ変換処理を開始する直前に、あるいは、定期的に、切替信号ＳＥＬをローレベルからハイレベルにし、所定時間経過後にハイレベルからローレベルにする。

マルチプレクサー１０４から出力されるアナログ信号ＡＩＮＸはサンプルホールド回路１０１に入力され、サンプルホールド回路１０１、基準波形信号生成回路１０２、比較器１０３及び時間デジタル変換器２により、時間デジタル値ＴＤに変換される。

補正回路１０６は、切替信号ＳＥＬがハイレベルのときは、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、基準値と基準電圧ＶＲに対して生成された時間デジタル値ＴＤとの差を算出し、当該差を補正値として不図示のレジスターに記憶する。また、補正回路１０６は、切替信号ＳＥＬがローレベルのときは、レジスターに記憶されている補正値を用いて、アナログ信号ＡＩＮに対して生成された時間デジタル値ＴＤを補正してデジタル信号ＤＯＵＴを生成する。

Ａ／Ｄ変換回路１００の第２実施形態の変形例によれば、基準電圧ＶＲを用いたキャリブレーションを実行することにより、温度変化、電源電圧変化、経時変化等の影響を補正することができるので、Ａ／Ｄ変換を高精度に行うことができる。また、サンプルホールド回路１０１によりサンプルタイミングを一定に保つことができるので、Ａ／Ｄ変換タイミングのジッターを軽減することができる。

本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１，１−１〜１−ｎ…遷移状態取得装置、２…時間デジタル変換器、３…演算部、１０…制御部、２０…発振部、２１，２１−０〜２１−３…多段遅延線、２２…組み合わせ回路、２３−０〜２３−３０…バッファー素子、２４…論理反転回路、２５…論理積回路、２６−０〜２６−３参照テーブル、２７−０〜２７−６…バッファー素子、３０…ラッチ部、３１−０〜３１−３１…Ｄフリップフロップ、４０…計数部、４１…カウント回路、４２…乗算器、４３…加算器、４４…Ｄフリップフロップ、４５…減算器、４６…加算器、４７…Ｄフリップフロップ、４８…マルチプレクサー、４９…参照テーブル、５０，５０−１〜５０−ｎ…計数値保持部、５１…Ｄフリップフロップ、６０，６０−１〜６０−ｎ…積算部、６１…加算器、６２…Ｄフリップフロップ、７０…変換部、８０…時間デジタル値生成部、１００…Ａ／Ｄ変換回路、１０１…サンプルホールド回路、１０２…基準波形信号生成回路、１０３…比較器、１０４…マルチプレクサー、１０５…切替信号生成回路、１０６…補正回路

Claims (11)

1. 多段遅延線、及び前記多段遅延線の一端から他端に至る信号経路上に設けられた組み合わせ回路を含み、第１の信号に基づいて発振する発振部と、
   前記多段遅延線の出力信号を第２の信号に同期して取り込んで保持するラッチ部と、
   を含み、
   前記発振部は、前記第１の信号に基づいて、前記多段遅延線の状態の遷移を開始し、
   前記ラッチ部が前記多段遅延線の出力信号を取り込むタイミングの間隔は、前記多段遅延線の状態遷移が一巡する時間よりも短い、遷移状態取得装置。
2. 請求項１において、
   前記発振部は、
   複数の前記多段遅延線を含み、
   前記複数の前記多段遅延線の少なくとも一部は、並列に接続され、
   前記複数の前記多段遅延線から出力される特定の複数の信号の値の遷移は、遷移する前後のハミング距離が１である、遷移状態取得装置。
3. 請求項１において、
   前記ラッチ部が保持している値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数をカウントする計数部を含む、遷移状態取得装置。
4. 請求項２において、
   前記ラッチ部が保持している値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数をカウントする計数部を含み、
   前記計数部は、
   前記特定の複数の信号を前記ラッチ部が取り込んで保持している値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数の概算値としての第１のカウント値を求め、
   前記特定の複数の信号を前記ラッチ部が取り込んで保持している値に基づいて、前記複数の前記多段遅延線のうち、前記ラッチ部が前記特定の複数の信号を取り込んだタイミングにおいて状態が遷移していた前記多段遅延線を特定し、特定した前記多段遅延線から出力される信号を前記ラッチ部が取り込んで保持している値に対してポピュレーションカウントを行って第２のカウント値を求め、
   前記第１のカウント値と前記第２のカウント値に基づいて、前記多段遅延線の状態が遷移した回数を求める、遷移状態取得装置。
5. 請求項３または４に記載の遷移状態取得装置と、
   前記遷移状態取得装置の前記計数部がカウントした計数値を取り込んで保持する計数値保持部と、
   前記計数値保持部で保持された前記計数値を積算し、前記第１の信号の時間イベントと前記第２の信号の時間イベントとの時間間隔に対応する第１の時間デジタル値を生成する積算部と、
   を含む、時間デジタル変換器。
6. 請求項５において、
   前記第２の信号の時間イベントは、前記第１の信号の時間イベントとは独立して設定されている、時間デジタル変換器。
7. 請求項５または６において、
   時間デジタル値生成部を含み、
   前記発振部は、
   複数の前記第１の信号の各々に基づいて、前記多段遅延線の状態の遷移を開始し、
   前記計数部は、
   前記複数の前記第１の信号の各々に対して前記多段遅延線の状態が遷移した回数をカウントし、
   前記計数値保持部は、
   前記計数部がカウントした複数の前記計数値を取り込んで保持し、
   前記積算部は、
   前記計数値保持部で保持された前記複数の前記計数値の各々を積算し、前記複数の前記第１の信号の各々の時間イベントと前記第２の信号の時間イベントとの時間間隔に対応する複数の前記第１の時間デジタル値を生成し、
   前記時間デジタル値生成部は、
   前記複数の前記第１の時間デジタル値に基づいて、前記複数の前記第１の信号の少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する第２の時間デジタル値を生成する、時間デジタル変換器。
8. 請求項３または４に記載の複数の遷移状態取得装置と、
   複数の計数値保持部と、
   複数の積算部と、
   時間デジタル値生成部と、
   を含み、
   前記複数の前記遷移状態取得装置は、
   複数の前記第１の信号の各々に基づいて、前記多段遅延線の状態の遷移を開始し、
   前記複数の前記計数値保持部は、
   前記複数の前記遷移状態取得装置の各々の前記計数部がカウントした計数値を取り込んで保持し、
   前記複数の前記積算部は、
   前記複数の前記計数値保持部で保持された複数の前記計数値の各々を積算し、前記複数の前記第１の信号の各々の時間イベントと前記第２の信号の時間イベントとの時間間隔に対応する複数の第１の時間デジタル値を生成し、
   前記時間デジタル値生成部は、
   前記複数の前記積算部が生成した複数の前記第１の時間デジタル値に基づいて、前記複数の前記第１の信号の少なくとも２つの時間イベントの時間間隔に対応する第２の時間デジタル値を生成する、時間デジタル変換器。
9. 請求項８において、
   前記第２の信号の時間イベントは、前記複数の前記第１の信号の時間イベントとは独立して設定されている、時間デジタル変換器。
10. 入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換回路であって、
    請求項５乃至９のいずれか一項に記載の時間デジタル変換器と、
    前記第２の信号に基づいて基準波形信号を生成する基準波形信号生成回路と、
    前記アナログ信号の電圧と前記基準波形信号の電圧とを比較して前記第１の信号を出力する比較器と、
    を含み、
    前記時間デジタル変換器が生成する前記第１の時間デジタル値に基づく前記デジタル信号を出力する、Ａ／Ｄ変換回路。
11. 入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換回路であって、
    請求項５乃至９のいずれか一項に記載の時間デジタル変換器と、
    前記アナログ信号の電圧をサンプリングして保持するサンプルホールド回路と、
    前記第２の信号に基づいて基準波形信号を生成する基準波形信号生成回路と、
    前記サンプルホールド回路が保持する電圧と前記基準波形信号の電圧とを比較して前記第１の信号を出力する比較器と、
    を含み、
    前記時間デジタル変換器が生成する前記第１の時間デジタル値に基づく前記デジタル信号を出力する、Ａ／Ｄ変換回路。

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