JP2757600B2 - Time A / D conversion circuit - Google Patents

Time A / D conversion circuit

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JP2757600B2
JP2757600B2 JP3189832A JP18983291A JP2757600B2 JP 2757600 B2 JP2757600 B2 JP 2757600B2 JP 3189832 A JP3189832 A JP 3189832A JP 18983291 A JP18983291 A JP 18983291A JP 2757600 B2 JP2757600 B2 JP 2757600B2
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pulse
time
pulse signal
phase difference
input
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高元 渡辺
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば任意の位相関係
にある2つのパルス信号の位相差等、微小時間を数値化
する時間A/D変換回路に関する。そして、この時間A
/D変換回路は、例えば2つのパルスの位相差の正確な
測定から圧力等の物理量の正確な測定を行う測定装置
や、レーザ光線の反射波から対象物までの距離を測定す
るレーザレーダの応用機器に採用して好適なものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time A / D conversion circuit for converting a minute time into a numerical value such as a phase difference between two pulse signals having an arbitrary phase relationship. And this time A
The / D conversion circuit is, for example, an application of a measurement device that performs accurate measurement of a physical quantity such as pressure from an accurate measurement of a phase difference between two pulses, and a laser radar that measures a distance from a reflected wave of a laser beam to an object. It is suitable for use in equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、2つのパルスPA ,PB 間の位
相差を検出したい場合に、パルスの位相差を複数ビット
のデジタル信号に符号化することにより、2つのパルス
A とPB の位相の正負両方向のずれ(位相差)を検出
できる。この方式によると、デジタル信号のビット数を
増やすことにより、位相のズレの検出範囲を検出精度を
低下させずに拡大することが可能である。
BACKGROUND ART For example, two pulses P A, when it is desired to detect a phase difference between the P B, by encoding a plurality of bits of digital signals the phase difference between the pulses, two pulses P A and P B Can be detected in both positive and negative directions (phase difference). According to this method, by increasing the number of bits of the digital signal, it is possible to expand the detection range of the phase shift without lowering the detection accuracy.

【0003】しかし、ビット数の増加により回路規模が
著しく拡大してしまう。また、回路規模を変えずに検出
範囲を拡大しようとすると、検出精度が低下してしま
う。そこで、本発明者らは、回路規模の拡大と検出精度
との低下なしに検出範囲を拡大することができるものと
して、複数の遅延素子(ゲートディレイ)をリング状に
連結し、任意のタイミングで入力される1つのパルスP
A を周回させるとともにその周回回数をカウントし、任
意の位相差をもって入力される別のパルスP B の入力タ
イミングに相当するパルスPA の周回位置を特定し、そ
の特定位置とカウント数により2つのパルスPA ,PB
の位相差を検出するパルス位相差符号化回路を先に特願
平2−15865号にて提案している。
However, the circuit scale is increased due to the increase in the number of bits.
It will expand significantly. Also, detection without changing the circuit scale
If you try to increase the range, the detection accuracy will decrease.
U. Therefore, the present inventors have proposed to increase the circuit scale and the detection accuracy.
That can expand the detection range without lowering
To form a ring of multiple delay elements (gate delays)
One pulse P connected and input at an arbitrary timing
ALap and count the number of laps.
Another pulse P input with a desired phase difference BInput field
Pulse P corresponding to immingAThe orbital position of the
Two pulses P depending on the specific position and count numberA, PB
Application for pulse phase difference encoding circuit to detect phase difference
It has been proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei.

【0004】このものによれば、ゲートディレイの最終
段を帰還させ、ゲートディレイを何度も使用するように
しているため、回路規模の増大を招くことなく検出範囲
の拡大を実現することができる。
According to this method, since the final stage of the gate delay is fed back and the gate delay is used many times, the detection range can be expanded without increasing the circuit scale. .

【0005】さらに、この回路の検出精度(時間分解
能)はゲートディレイ1段分の遅延時間のみで決定され
るため、検出範囲が拡大されても精度低下を招くことは
なく、例えば1ns以下の分解能が実現できる。
Further, since the detection accuracy (time resolution) of this circuit is determined only by the delay time of one stage of the gate delay, even if the detection range is expanded, the accuracy does not decrease, and for example, the resolution of 1 ns or less. Can be realized.

【0006】[0006]

【発明が解決使用とする課題】しかしながら、本発明者
らが実験的考察を重ねた結果、このものによれば、ゲー
トディレイ1段分の遅延時間のみで確かに1nsレベル
の高分解能を実現できるものの、温度や電源電圧の変動
をうけてゲートディレイ時間が変動することが明らかと
なった。即ち、温度,電源電圧の変動によりわずかなが
らその分解能が変動してしまうことになる。
However, as a result of repeated studies by the present inventors, according to the present invention, a high resolution of 1 ns level can be realized with only a delay time of one stage of gate delay. However, it became clear that the gate delay time fluctuated due to fluctuations in temperature and power supply voltage. That is, the resolution slightly fluctuates due to fluctuations in temperature and power supply voltage.

【0007】本発明はこの問題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、検出精度(分解能)が変動したとし
ても、安定してパルス位相差等微小時間を高速,高精度
に数値化できる時間A/D変換回路を提供するものであ
る。
The present invention has been made in view of this problem, and an object thereof is to stably digitize a minute time such as a pulse phase difference with high speed and high accuracy even if the detection accuracy (resolution) fluctuates. A time A / D conversion circuit is provided.

【0008】[0008]

【発明の概要】上記目的を実現する本発明の概略的構成
は、特願平2−15865号等にて提案される遅延素子
を用いたパルス位相差符号化手段(M1,M2)を用
い、温度や電源電圧の変動によるゲートディレイ時間の
変動を補正するために、温度や電源電圧の変動に影響さ
れない安定な基準パルスPC と測定すべき信号パルスP
B の時間の相対比較(割合比較)を行うことを特徴とし
ている。ここで、基準パルスPC は一例として水晶発振
器からの発振パルスを使用することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The general structure of the present invention for achieving the above object is to use a pulse phase difference encoding means (M1, M2) using a delay element proposed in Japanese Patent Application No. 2-15865. to correct for variations in the gate delay time due to variations in temperature and supply voltage, temperature and unaffected by fluctuations in the power supply voltage stable reference pulse P C and the measurement signal to be pulse P
It is characterized in that a relative comparison (ratio comparison) of the time B is performed. Here, the reference pulse P C may use oscillation pulses from the crystal oscillator as an example.

【0009】図1に示す本発明の基本的な回路構成を、
図2に示すタイミングで入力される3つの信号パルスP
A ,PB ,PC に基づいて説明する。第1のパルス位相
差符号化手段M1は、入力パルスPA ,PB の時間差T
ABに対応するデジタル値DABを出力し、第2のパルス位
相差符号化手段M2は同様に入力パルスPA ,PC の時
間差TACに対応するデジタル値DACを出力する。ここ
で、PA とPB の時間差TABを精度良く測定するため、
パルス位相差符号化手段のゲートディレイ1段分の遅延
時間を精度良く補正する必要がある。そのため、演算手
段M3では次に示す補正演算を行うことになる。ここ
で、パルスPC は安定して発振を行う例えば水晶発振器
のクロックにより発生されたものであり、パルスPA
C との時間差TACは常に正確な値とみなすことができ
る。
The basic circuit configuration of the present invention shown in FIG.
Three signal pulses P input at the timing shown in FIG.
A, P B, will be described with reference to P C. The first pulse phase difference encoding means M1 the input pulse P A, the time difference T of the P B
And it outputs a digital value D AB corresponding to AB, the second pulse phase difference encoding means M2 outputs a digital value D AC corresponding to likewise input pulse P A, the time difference T AC of P C. Here, in order to accurately measure the time difference T AB between P A and P B ,
It is necessary to accurately correct the delay time of one stage of the gate delay of the pulse phase difference encoding means. Therefore, the calculation means M3 performs the following correction calculation. Here, the pulse P C has been generated by stable oscillates with e.g. a crystal oscillator clock, the time difference T AC of the pulse P A and P C may be regarded as always accurate.

【0010】第2のパルス位相差符号化手段M2でのゲ
ートディレイ1段当たりの遅延時間TG
The delay time TG per gate delay in the second pulse phase difference encoding means M2 is

【0011】[0011]

【数1】TG =TAC/DAC となる。また、被測定時間であるパルスPA ,PB の時
間差TABは、第1のパルス位相差符号化手段M1が上述
のM1と同一のものであるため、同じ遅延時間TG を用
いて次のようにあらわすことができる。
## EQU1 ## T G = T AC / D AC The time difference T AB between the pulses P A and P B , which is the time to be measured, is calculated using the same delay time T G because the first pulse phase difference encoding means M1 is the same as the above-described M1. Can be represented as

【0012】[0012]

【数2】TAB=DAB/TG 即ち、数1より、## EQU2 ## T AB = D AB / T G.

【0013】[0013]

【数3】TAB=(DAB/DAC)・TAC となり、演算手段M3では数3に基づいて、M1,M2
各々からのデジタル出力を比較(除算)することによ
り、TABを例えば水晶発振器の精度にて検出できること
になる。
T AB = (D AB / D AC ) · T AC , and the calculating means M 3 calculates M 1, M 2 based on Equation 3.
By comparing (dividing) the digital output from each, it is possible to detect T AB with, for example, the accuracy of a crystal oscillator.

【0014】即ち、図2に示すタイミングチャートにお
いて、パルスPA に対して位相差をもって入力される信
号パルスPB の入力タイミングを基準パルスPC の入力
タイミングに対する相対的な比率としてとらえるように
し、例えばパルスPA ,PC 間の時間差TACを基準時間
として1000ns一定とした場合、パルスPB の入力
タイミングがPA に対し500ns後である場合(PB1
入力時)はパルスPC に対して50%であるとして検出
し、また、350nsの場合(PB2入力時)には35%
として検出することになる。
[0014] That is, in the timing chart shown in FIG. 2, so as to capture the input timing of the signal pulses P B to be inputted with a phase difference with respect to pulse P A as a relative ratio to the input timing of the reference pulse P C, For example, when the time difference T AC between the pulses P A and P C is fixed at 1000 ns as a reference time, the input timing of the pulse P B is 500 ns after P A (P B1
Input) is detected as a 50% pulse P C, also 35% for 350 ns (P B2 input)
Will be detected as

【0015】次に、本構成によってゲートディレイ1段
当たりの遅延時間が温度あるいは電源電圧変動によって
変動した場合に補正できることを具体的数値を用いて説
明する。
Next, the fact that the delay time per one stage of the gate delay can be corrected when the delay time fluctuates due to a change in temperature or power supply voltage will be described using specific numerical values.

【0016】変動を受けない場合、ゲートディレイ1段
当たりの遅延時間TG が1nsである場合を想定する
と、TAC=1000nsの場合、第2のパルス位相差符
号化手段M2のデジタル出力DACは数1より1000に
相当するものとなる。この場合パルスPB が入力したこ
とによる第1のパルス位相差符号化手段M1のデジタル
出力DABが500に相当するものであった場合には、測
定されるべきTAB(パルスPA ,PB の時間差)は数3
を用いて、
If there is no fluctuation, assuming that the delay time TG per one stage of the gate delay is 1 ns, when T AC = 1000 ns, the digital output D AC of the second pulse phase difference encoding means M2 is obtained. Is equivalent to 1000 from Equation 1. In this case, if the digital output D AB of the first pulse phase difference encoding means M1 due to the input of the pulse P B is equivalent to 500, T AB to be measured (pulses P A , P (Time difference of B ) is
Using,

【0017】[0017]

【数4】 TAB=(500/1000)×1000ns=500ns として確定される。ここで、パルスPA ,PB ,PC
入力タイミングは不変としてゲートディレイ1段あたり
の遅延時間TG が変動をうけてTG ´=1.25nsと
なったと想定すると、数1より第2のパルス位相差符号
化手段M2のデジタル出力DACは800に相当するもの
となる。一方、第1のパルス位相差符号化手段M1のデ
ジタル出力DABは400に相当するものとなる。従っ
て、測定されるべきパルス時間差TABは数3を用いて、
## EQU4 ## It is determined that T AB = (500/1000) × 1000 ns = 500 ns. Here, assuming that the input timings of the pulses P A , P B , and P C are invariable and the delay time TG per one stage of the gate delay fluctuates and T G ′ = 1.25 ns, the digital output D AC two pulse phase difference encoding means M2 becomes equivalent to 800. On the other hand, the digital output D AB of the first pulse phase difference encoding means M1 becomes equivalent to 400. Therefore, the pulse time difference T AB to be measured is given by using Equation 3.

【0018】[0018]

【数5】 TAB=(400/800)×1000ns=500ns と確定され、数4,5より遅延素子の遅延時間が変動し
ても補正により、常に正確な検出を行うことができるこ
とがわかる。
T AB = (400/800) × 1000 ns = 500 ns, and it can be seen from Expressions 4 and 5 that even if the delay time of the delay element fluctuates, accurate detection can always be performed by correction.

【0019】以上のように本発明の時間A/D変換回路
によれば、検出精度(時間分解能)が変動したとしても
常に安定してパルス位相差等微小時間を高速,高精度に
数値化することができる。
As described above, according to the time A / D conversion circuit of the present invention, even if the detection accuracy (time resolution) fluctuates, the minute time such as the pulse phase difference is always digitized with high speed and high accuracy. be able to.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説
明する。図3には、本発明をレーザレーダの光往復時間
測定に実現した場合の時間A/D変換回路100の一実
施例であるブロック回路構成を示す。図3において、時
間A/D変換回路100は入力端子101よりレーザ光
線発射時刻に対応して立上がる入力パルスPA を入力
し,また,入力端子102よりレーザ光線受光時刻に対
応して立上がる入力パルスPB を入力する。また、内蔵
の水晶発振子103を備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 3 shows a block circuit configuration which is one embodiment of the time A / D conversion circuit 100 when the present invention is realized in the optical round-trip time measurement of a laser radar. In FIG. 3, a time A / D conversion circuit 100 inputs an input pulse P A rising from an input terminal 101 in response to a laser beam emission time, and rises from an input terminal 102 in response to a laser beam reception time. to enter the input pulse P B. Further, a built-in crystal oscillator 103 is provided.

【0021】以下、図4のタイムチャートを参照しつ
つ、本実施例構成を説明する。水晶発振子103は信号
INCKC に示すように、一定の周波数にて安定した発振を
行っている。ここで入力端子101より、レーザ発振に
対応した信号パルスP A が入力されると、制御回路10
4は信号パルスPA に対応したRST 信号をカウンタ10
5に送出する。カウンタ105は、PA のパルス立上が
りに対応して一定時間経過後に立上がる基準パルスPC
を発生するもので、その発生タイミングはRST 信号の立
下がりに応じてINCKC 信号のパルス数のカウントを開始
し所定パルスだけカウントすることにより設定される。
なお、水晶振動子103の発振パルスでなく、例えばマ
イコンのクロックのように外部の安定クロック信号EXCK
Cを外部クロック入力端子107より入力しても同様の
基準パルスPC を発生し得るものである。
Hereinafter, referring to the time chart of FIG.
Next, the configuration of the present embodiment will be described. Crystal oscillator 103 is a signal
As shown in INCKC, stable oscillation at a constant frequency
Is going. Here, from the input terminal 101, the laser oscillation
Corresponding signal pulse P AIs input, the control circuit 10
4 is the signal pulse PARST signal corresponding to counter 10
5 The counter 105APulse rise
Reference pulse P that rises after a certain period of timeC
And the timing of the occurrence of the RST signal
Start counting the number of pulses of the INCKC signal according to the fall
It is set by counting only predetermined pulses.
It should be noted that not the oscillation pulse of the quartz oscillator 103 but, for example,
External stable clock signal EXCK like icon clock
The same applies when C is input from the external clock input terminal 107.
Reference pulse PCCan occur.

【0022】ここでパルス符号化回路108a,108
bは、例えば図5に示す回路構成となっており、入力パ
ルスPA に対して遅れて入力されるパルスPB (あるい
はP C )のその時間差を符号化してデジタル値DAB(あ
るいはDAC)として出力するものである。
Here, the pulse encoding circuits 108a and 108
b has, for example, the circuit configuration shown in FIG.
Luth PAPulse P input with a delayB(I want
Is P C) Is encoded into a digital value DAB(Ah
Or DAC).

【0023】図5に示すパルス位相差符号化回路の概略
構成を説明すると、この回路は、主に多数の信号遅延回
路(以下ゲートディレイともいう)を持ったリング遅延
パルス発生回路1,カウンター2,パルスセレクター
3,エンコーダー4の各ブロックから構成されるもの
で、端子6に入力パルスの1つPA が与えられると、リ
ング遅延パルス発生回路1の途中から、そのパルスPA
が通過したゲートディレイの段数によって遅延時間が決
まるところの複数の遅延パルスが出力され、パルスセレ
クター3に入力される。一方、パルスセレクター3では
端子8からパルスP A より遅れて別のパルスPB (ある
いはPC )が入力され,このパルスPB (あるいは
C )が入力されると、パルスPA が達している段のリ
ング遅延パルス回路1からの入力だけをパルスセレクタ
ー3が選択し、この選択された入力に対応する信号をエ
ンコーダー4に入力する。すると,そのエンコーダー入
力に対応する2進数デジタル信号がエンコーダー4の出
力9より出力される。また、リング遅延パルス発生回路
1のゲートディレイの最終端5がOR回路1aに戻るよ
うに接続され、その結果、ゲートディレイがリング状に
つながっているため、全ゲートディレイ分の遅延時間を
伴って、繰り返しパルスPA がリング遅延パルス発生回
路1の左端に戻り、最終端5の出力によりカウンター2
はパルスPA がゲートディレイを何周したかをエンコー
ダー4の出力9の上述ビットとして出力10より出力
し、これら出力9,10により、パルスPA ,PB (あ
るいはPC )の時間差がデジタル値DAB(あるいは
AC)として出力される。なお、図5においてNAND入力
7を0にすることにより、リング遅延パルス発生回路1
のリセットが行われる。
Outline of pulse phase difference encoding circuit shown in FIG.
To explain the configuration, this circuit mainly consists of a large number of signal delay circuits.
Ring delay with path (hereinafter also referred to as gate delay)
Pulse generation circuit 1, counter 2, pulse selector
3, consisting of each block of encoder 4
Then, one of the input pulses PAIs given,
From the middle of the delay pulse generating circuit 1, the pulse PA
Delay time is determined by the number of gate delay stages
Full delay pulses are output and the pulse select
Input to the operator 3. On the other hand, in pulse selector 3,
Pulse P from terminal 8 AAnother pulse P laterB(is there
Iha PC) Is input and this pulse PB(Or
PC) Is input, the pulse PAOf the stage that has reached
Only the input from the switching delay pulse circuit 1
-3 selects the signal corresponding to the selected input.
Input to the encoder 4. Then, the encoder input
A binary digital signal corresponding to the force is output from the encoder 4.
Output from force 9. Also, a ring delay pulse generation circuit
The final end 5 of the gate delay 1 returns to the OR circuit 1a.
So that the gate delay is ring-shaped
Connected, so the delay time for all gate delays
Accordingly, the repetition pulse PAIs the ring delay pulse generation time
Return to the left end of the road 1, counter 2
Is the pulse PAThe number of laps the gate delay
Output from output 10 as the above-mentioned bit of output 9 of
Then, these outputs 9 and 10 make the pulse PA, PB(Ah
Or PC) Is the digital value DAB(Or
DAC). Note that in FIG. 5, NAND input
By setting 7 to 0, the ring delay pulse generation circuit 1
Is reset.

【0024】即ち、図3において、レーザ光線反射波受
信のタイミングを示すパルスPB が、発振(PA の入力
タイミング)より遅れて入力端子102より入力される
と、パルス位相差符号化回路108aは上述したように
してその入力時間差TABをそのゲートディレイによる分
解能によってデジタル変換し、デジタル値DABとして出
力する。ここで、この1回分のA/D変動動作による出
力タイミングは、次の入力パルスPB の入力までの期間
が設定されるものである。
That is, in FIG. 3, when the pulse P B indicating the timing of receiving the reflected laser beam is input from the input terminal 102 later than the oscillation (input timing of P A ), the pulse phase difference encoding circuit 108a Converts the input time difference T AB into a digital value according to the resolution of the gate delay as described above, and outputs it as a digital value D AB . Here, the output timing of this batch of A / D change operations are those period until input of the next input pulse P B is set.

【0025】また、もう一方のパルス位相差符号化回路
108bにおいても、上述のタイミングで立上がる基準
パルスPC を入力し、そのPA 入力からPC 入力までの
入力時間差TACをそのゲートディレイによる分解能によ
ってデジタル変換し、デジタル値DACとして出力するも
のである。なお、ここで108a,108bは同構成,
同一チップ上に形成されるものであり、そのゲートディ
レイによる遅延時間は温度,電源電圧の変動をうけて同
じように変動するものである。
Further, also in the other pulse phase difference encoding circuit 108b, and inputs the reference pulse P C which rises at the timing described above, the gate delay of the input time difference T AC from the P A input to P C input digital conversion by the resolution by, and outputs a digital value D AC. Here, 108a and 108b have the same configuration,
They are formed on the same chip, and the delay time due to the gate delay fluctuates similarly in response to fluctuations in temperature and power supply voltage.

【0026】回路108a,108bはそのデジタル出
力DAB,DACを演算回路109へ送出する。演算回路1
09では、レーザの発振から受信までに相当する時間差
ABを、回路108bから送出される出力DACに対する
相対比率として、水晶発振子103により常に安定した
パルス信号に基づいて設定される正確な値TACによって
補正するように、上述の数3に示す演算処理に基づき、
回路108a,108b各々からのデジタル出力値
AB,DACを比較(除算)し、安定したTABに相当する
O を出力するものである。なお、DOはレーザ光線の
往復時間を示し、被測定距離に相当する。
The circuit 108a, 108b sends the digital output D AB, a D AC to the arithmetic circuit 109. Arithmetic circuit 1
In 09, the time difference T AB corresponding to to the reception from the oscillation of the laser, as a relative ratio to output D AC sent from the circuit 108b, the exact value which is set based on the pulse signal always stably by a crystal oscillator 103 Based on the calculation processing shown in the above Equation 3, so as to correct by T AC ,
Circuit 108a, the digital output value D AB from 108b respectively, compared D AC and (division), and outputs the D O, which corresponds to a stable T AB. D O indicates the round trip time of the laser beam and corresponds to the measured distance.

【0027】ここで、上述のように、回路108a,1
08bのゲートディレイによる遅延時間は同様に変動す
るものであるため、例え遅延時間(即ち時間分解能)が
変動したとしても演算回路109による演算により、常
に安定した出力値DO を得るものである。即ち、時間分
解能が1nsから仮に1.25nsに変動しても、例え
ば500nsを測定した場合、その測定精度が500n
s±0.5nsから500ns±0.625nsになる
のみであり、安定した測定が常に実現できる。
Here, as described above, the circuits 108a, 1
Since the delay time due to the gate delay 08b fluctuates similarly, even if the delay time (that is, the time resolution) fluctuates, a stable output value D O is always obtained by the calculation by the calculation circuit 109. That is, even if the time resolution fluctuates from 1 ns to 1.25 ns, for example, when measuring 500 ns, the measurement accuracy is 500 ns.
Only from s ± 0.5 ns to 500 ns ± 0.625 ns, stable measurement can always be realized.

【0028】以上のように、本実施例では、レーザ往復
の微小時間をゲートディレイ1段当たりできまる時間分
解能にて高速,高精度で数値化しており,レーザレーダ
の距離測定周期のみならず距離分解能をも短縮すること
ができる。また,水晶発振子の安定度でデジタル演算に
より精度を補正することができ、補正のための調整が不
要となる。さらに、高温によりゲート遅延時間が増大し
て検出精度が低下しても、許容される範囲内であれば、
デジタル回路が動作する高温(200℃以上)でも正常
動作が可能であり、従来のアナログ回路の動作温度範囲
をより上まわることができる。
As described above, in the present embodiment, the short time of laser reciprocation is digitized at high speed and high accuracy with the time resolution that can be obtained per one stage of the gate delay. The resolution can also be reduced. Further, the accuracy can be corrected by digital calculation based on the stability of the crystal oscillator, and adjustment for correction is not required. Furthermore, even if the detection accuracy decreases due to the increase in the gate delay time due to the high temperature, as long as it is within the allowable range,
Normal operation is possible even at a high temperature (200 ° C. or higher) at which a digital circuit operates, and the operating temperature range of a conventional analog circuit can be further exceeded.

【0029】また、上述の実施例に用いた時間A/D変
換回路100はレーザレーダのみならず、他のセンサに
は適宜応用することができる。例えば加速度センサに採
用した例を図6に示す。
The time A / D conversion circuit 100 used in the above-described embodiment can be applied to not only a laser radar but also other sensors as appropriate. FIG. 6 shows an example in which the present invention is applied to an acceleration sensor.

【0030】図6において、110は加速度検出を行
い、その加速度変化量をデジタル値として出力するよう
に、センシング部と回路部を同一基板上に作り込んだイ
ンテリジェントセンサである。このインテリジェントセ
ンサは例えば特開平3−49267号公報にて提案され
ている製造方法にて形成することができる。また、12
0は加速度をうけて重り130が変位することで歪みを
発生する薄肉状の梁であり、梁120にはその歪みに応
じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果素子140が形成
されている。
In FIG. 6, reference numeral 110 denotes an intelligent sensor in which a sensing unit and a circuit unit are formed on the same substrate so as to detect acceleration and output a change in the acceleration as a digital value. This intelligent sensor can be formed, for example, by a manufacturing method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-49267. Also, 12
Numeral 0 denotes a thin-walled beam that generates distortion when the weight 130 is displaced under acceleration. The beam 120 is formed with a piezoresistance effect element 140 whose resistance value changes according to the distortion.

【0031】回路側において、150は発振器であり、
ピエゾ抵抗効果素子140の抵抗変化に応じてその発振
周波数が変化するものである。この発振器150はさら
に波形整形回路を有しており、そのピエゾ抵抗素子14
0の抵抗変化によって決まる発振周波数に等しい周波数
のパルス信号CKG を出力する。160は公知のカウンタ
であり、発振器150から出力されるパルス信号CKGを
計算し、カウント信号C0〜C3を出力する。170はデコ
ーダであり、デコーダ170はカウンタ160の計数値
が所定値(例えば9)に達した時カウンタ160に対し
てリセット信号RST を出力する。また、デコーダ170
は、予め設定されたカウント値、例えば初期値0のとき
に図6(b)に示すパルス信号PA を出力し、カウント
値が9となったときにパルス信号PB を出力するもので
ある。
On the circuit side, 150 is an oscillator,
The oscillating frequency of the piezoresistive element 140 changes according to the resistance change. The oscillator 150 further has a waveform shaping circuit, and the piezoresistive element 14
A pulse signal CKG having a frequency equal to the oscillation frequency determined by the resistance change of 0 is output. A known counter 160 calculates a pulse signal CKG output from the oscillator 150 and outputs count signals C0 to C3. The decoder 170 outputs a reset signal RST to the counter 160 when the count value of the counter 160 reaches a predetermined value (for example, 9). Also, the decoder 170
Outputs a pulse signal P A shown in FIG. 6B when a preset count value, for example, an initial value is 0, and outputs a pulse signal P B when the count value becomes 9. .

【0032】ここにおいて、ピエゾ抵抗効果素子140
は変位量(歪み)を受けるとその抵抗値が変化するもの
であり、発振器150はその抵抗値変化小〜大に応じて
その発振周波数が高〜低と変化するものであるから、図
6(b)に示すように、発振器150からのパルス信号
CKG を10カウントして発生されるパルス信号PB はパ
ルス信号PA に対してその立上がり位置が、ピエゾ抵抗
効果素子140の抵抗変化即ち重り130に加わった加
速度変化の大きさに応じて変化するものである。従っ
て、重り130に作用した加速度変化をパルス信号
A ,PB の時間差T ABの変化として検出することがで
きる。なお、この時間差TABはパルス信号PB が発生す
るまでの個々のパルス信号に含まれる発振周波数の変化
分を累積するものであるため、加速度変化に対する検出
感度が向上し、わずかな加速度変化による発振周波数の
変化をも検出することが可能となる。
Here, the piezoresistive effect element 140
Is the one whose resistance changes when it receives displacement (strain)
And the oscillator 150 responds to the change in resistance value from small to large.
Since the oscillation frequency changes from high to low,
As shown in FIG. 6B, a pulse signal from the oscillator 150
Pulse signal P generated by counting CKG 10BIs pa
Loose signal PAThe rising position is the piezo resistance
The resistance change of the effect element 140, i.e., the load applied to the weight 130
It changes according to the magnitude of the speed change. Follow
The change in acceleration acting on the weight 130 is represented by a pulse signal.
PA, PBTime difference T ABCan be detected as a change in
Wear. Note that this time difference TABIs the pulse signal PBOccurs
Change of oscillation frequency included in each pulse signal until
Minutes are accumulated, so detection of acceleration changes
The sensitivity is improved, and the oscillation frequency
A change can be detected.

【0033】そして、上述の時間A/D変換回路100
はパルス信号PA ,PB を入力し、加速度変化をあらわ
す時間差TABを数値化し、デジタル信号DO として出力
するものである。
Then, the above-mentioned time A / D conversion circuit 100
Is for inputting pulse signals P A and P B , digitizing a time difference T AB representing an acceleration change, and outputting it as a digital signal D O.

【0034】ここで時間A/D変換回路100は、上述
したようにパルス信号PA ,PB のみならず、安定した
クロック信号CKC を入力し、それにより自己の時間分解
能の変動を補正するようにしているため、本構造のセン
サは温度,電源電圧変動によらず、常に安定した精度に
て出力値DO を出力することができる。
Here, the time A / D conversion circuit 100 receives the stable clock signal CKC as well as the pulse signals P A and P B as described above, and thereby corrects the fluctuation of its own time resolution. Therefore, the sensor of this structure can always output the output value D O with stable accuracy irrespective of temperature and power supply voltage fluctuation.

【0035】なお、図6に示す適用例においては、ピエ
ゾ抵抗素子を利用して抵抗値変化を2つのパルス信号の
時間差として与えるようにした加速度センサを示した
が、加速度変化を例えば容量変化としてとらえるように
した加速度センサに応用することもできる。さらには、
センシング部を適宜変更することにより、例えば磁気セ
ンサ等にも応用可能となるものである。
In the application example shown in FIG. 6, an acceleration sensor is described in which a change in resistance is given as a time difference between two pulse signals using a piezoresistive element. The present invention can also be applied to an acceleration sensor configured to be captured. Moreover,
By appropriately changing the sensing unit, the present invention can be applied to, for example, a magnetic sensor or the like.

【0036】次に本発明の他の実施例である時間A/D
変換回路の概略的なブロック回路構成を図7に示す。上
記一実施例においては、図3に示すように2つのパルス
位相差符号化回路108a,108bを使用するもので
あったが、本実施例においては1つのパルス位相差符号
化回路108にて回路を実現するものである。パルス位
相差符号化回路を1つで構成すべく本実施例においては
パルス位相差符号化回路108に入力するパルス信号P
B ,PC を時分割により付与するようにしている。
Next, the time A / D according to another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 shows a schematic block circuit configuration of the conversion circuit. In the above embodiment, two pulse phase difference encoding circuits 108a and 108b are used as shown in FIG. 3, but in the present embodiment, one pulse phase difference encoding circuit 108 Is realized. In this embodiment, the pulse signal P inputted to the pulse phase difference encoding circuit 108 is constituted so as to constitute one pulse phase difference encoding circuit.
B and PC are assigned by time division.

【0037】以下、その回路動作を図8のタイムチャー
トを用いて説明する。図8に示されるパルス波形を有す
るパルス信号PA がパルス位相差符号化回路108に入
力される。また、パルス信号PA のその立下がりに同期
して、その状態が変化するセレクト信号SEL により、パ
ルス位相差符号化回路108に入力されるもう1つのパ
ルス信号PB ,PCの何れか一方が選択される。即ち、
図8において信号SEL がHレベルにあるときはパルス信
号PA に対して検出されるべき任意の位相差をもって入
力されるパルス信号PB が選択され、一方、信号SELが
Lレベルにあるときはパルス信号PA に対して常に安定
した位相差TACをもって入力される基準パルス信号PC
が選択される。そして、パルス位相差符号化回路108
は入力されたパルス信号PA とパルス信号PB (あるい
はPC )の時間差TAB(あるいはTAC)に相当する上述
のデジタル変換をその時間分解能により行い、デジタル
値DAB(あるいはDAC)として出力する。そして、演算
回路109では時分割で入力されてくるこれらデジタル
値DAB,DACに基づいて数3に示す所定の演算を行い、
パルス位相差符号化回路108の時間分解能の変動に起
因してデジタル値DABに含まれる誤差を、その精度が保
証できる時間差TACに基づくデジタル値DACにて補正
し、この補正された時間差TABに相当するデジタル値を
O として出力する。
Hereinafter, the circuit operation will be described with reference to the time chart of FIG. Pulse signal P A having a pulse waveform shown in FIG. 8 is input to the pulse phase difference encoding circuit 108. Further, in synchronism with the falling of the pulse signal P A, the select signal SEL its state changes, another pulse signal P B that is input to the pulse phase difference encoding circuit 108, either P C whereas Is selected. That is,
In FIG. 8, when the signal SEL is at the H level, the pulse signal P B input with an arbitrary phase difference to be detected with respect to the pulse signal P A is selected, and when the signal SEL is at the L level, reference pulse signal P C that is input with a constantly stable phase difference T AC to pulsed signals P A
Is selected. Then, the pulse phase difference encoding circuit 108
Performs the above-mentioned digital conversion corresponding to the time difference T AB (or T AC ) between the input pulse signal P A and pulse signal P B (or T C ) with its time resolution, and obtains a digital value D AB (or D AC ) Output as The arithmetic circuit 109 performs a predetermined arithmetic operation shown in Expression 3 based on the digital values D AB and D AC input in a time-division manner.
An error included in the digital value D AB due to a change in the time resolution of the pulse phase difference encoding circuit 108 is corrected by a digital value D AC based on the time difference T AC whose accuracy can be guaranteed, and the corrected time difference is used. the digital value corresponding to T AB output as D O.

【0038】本実施例構成においても、上記一実施例同
様の効果を得ることができ、また、回路面積も小さくす
ることができるため、各種センサ回路に用いて好適であ
る。
In the configuration of this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained, and the circuit area can be reduced. Therefore, the configuration is suitable for use in various sensor circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の概略的な基本構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の作用を説明するタイムチャートであ
る。
FIG. 2 is a time chart illustrating the operation of the present invention.

【図3】本発明一実施例を適用したレーザレーダのブロ
ック回路構成図である。
FIG. 3 is a block diagram of a laser radar to which an embodiment of the present invention is applied.

【図4】一実施例の作動説明に供するタイムチャートで
ある。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of one embodiment.

【図5】パルス位相差符号化回路の回路構成例を示すブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a circuit configuration example of a pulse phase difference encoding circuit.

【図6】図(a)は一実施例を加速度センサに応用した
ブロック図,図(b)は検出原理を説明するタイムチャ
ートである。
FIG. 6A is a block diagram in which one embodiment is applied to an acceleration sensor, and FIG. 6B is a time chart illustrating a detection principle.

【図7】本発明他の実施例を示す概略的なブロック図で
ある。
FIG. 7 is a schematic block diagram showing another embodiment of the present invention.

【図8】他の実施例の作動説明に供するタイムチャート
である。
FIG. 8 is a time chart for explaining the operation of another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M1 第1のパルス位相差符号化手段 M2 第2のパルス位相差符号化手段 M3 演算手段 100 時間A/D変換回路 101 PA 入力端子 102 PB 入力端子 103 水晶発振子 106 DO 出力端子 108,108a,108b パルス位相差符号化回路 109 演算回路M1 first pulse phase difference encoding means M2 second pulse phase difference encoding means M3 calculating means 100 hours A / D converter circuit 101 P A input terminal 102 P B input terminal 103 crystal oscillator 106 D O output 108 , 108a, 108b Pulse phase difference encoding circuit 109 Operation circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−220814(JP,A) 特開 昭53−15053(JP,A) 特開 昭55−40443(JP,A) 特開 昭60−164257(JP,A) 特開 平1−267491(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03M 1/64 G04F 10/04 H03M 1/06 H03K 5/26 G01R 29/02──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-220814 (JP, A) JP-A-53-15053 (JP, A) JP-A-55-40443 (JP, A) JP-A-60-1985 164257 (JP, A) JP-A-1-267491 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H03M 1/64 G04F 10/04 H03M 1/06 H03K 5/26 G01R 29/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1のパルス信号を入力して該第1のパ
ルス信号を複数の遅延素子を通過させるとともに、該第
1のパルス信号に対して任意の時間だけ遅延した第2の
パルス信号を入力して、その第2のパルス信号の入力タ
イミングにおける上記第1のパルス信号の上記複数ある
遅延素子の通過位置を特定することにより、上記任意の
時間を上記第1のパルス信号の通過した遅延素子の個数
に基づいて符号化する第1のパルス位相差符号化手段
と、 上記第1のパルス信号を入力して該第1のパルス信号を
上記第1のパルス位相差符号化手段と同構成とされた複
数の遅延素子を通過させるとともに、該第1のパルス信
号に対して一定の時間差をもって入力される基準パルス
信号の入力タイミングにて、該第1のパルス信号の上記
複数ある遅延素子における通過位置を特定し、上記一定
の時間差を上記第1のパルス信号の通過した遅延素子の
個数に基づいて符号化する第2のパルス位相差符号化手
段と、 上記第1のパルス位相差符号化手段によって符号化され
た上記任意の時間を上記第2のパルス位相差符号化手段
によって符号化された上記一定の時間差に対する相対比
率として出力する演算手段とを備えることを特徴とする
時間A/D変換回路。
1. A second pulse signal which receives a first pulse signal, passes the first pulse signal through a plurality of delay elements, and delays the first pulse signal by an arbitrary time. And specifying the passing position of the first pulse signal through the plurality of delay elements at the input timing of the second pulse signal, so that the arbitrary time passes through the first pulse signal. First pulse phase difference encoding means for encoding based on the number of delay elements; and inputting the first pulse signal and converting the first pulse signal to the first pulse phase difference encoding means. The plurality of delay elements of the first pulse signal are passed through the plurality of delay elements configured as described above and at the input timing of the reference pulse signal input with a certain time difference with respect to the first pulse signal. And a second pulse phase difference encoding means for encoding the constant time difference based on the number of delay elements through which the first pulse signal has passed, and the first pulse phase difference code. Calculating means for outputting the arbitrary time encoded by the encoding means as a relative ratio to the constant time difference encoded by the second pulse phase difference encoding means. D conversion circuit.
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