JP3112942B2

JP3112942B2 - 誤差信号の補償方法及び回路

Info

Publication number: JP3112942B2
Application number: JP05504254A
Authority: JP
Inventors: トロール、ステン
Original assignee: ボフォースエービー
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1992-08-18
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: WO1993004376A1; SE468299B; DE69216620D1; US5457393A; DE69216620T2; SE9102390L; EP0599960B1; EP0599960A1; SE9102390D0; JPH06509876A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、各種発信装置において、同装置が当初、導
通即ち作動された時には大きくとも、以後、時間の経過
とともに緩慢に変化する装置から発信される誤差信号、
特に計測センサから発信される計測量とは関係のない誤
差信号を補償する方法に関する。本発明は本方法を実施
するために使用される回路にも関する。

当初大きくとも、安定した条件のもとでは時間の経過
とともに緩慢に変化する誤差信号を補衡可能とする必要
性は、多くの異なる状況に見いだせる。一例として量差
の計測を目的とする計測センサ等があり、こうした装置
は通常計測ブリッジ回路に組み込まれている。

計測操作の前に計測ブリッジ回路を較正することは困
難或いは実行不可能である場合が多く、そこで同ブリッ
ジ回路は計測量の影響を受ける以前においても誤差信号
（いわゆるオフセット）を発生させる傾向にある。

そのような場合、全ての動的信号を有用であると見な
す決定が可能である。次に、計測ブリッジ回路を交流接
続し、当該アプリケーションには十分に低い下限周波数
を利用することにより、所望の動的変化のみを計測する
ようにシステムを導くことができる。このように、下限
周波数を利用することにより非常に緩慢な変化を計測す
ることも可能となる。通常、計測ブリッジ回路と関連増
幅器との間にコンデンサを接続することにより、交流接
続システムは実現される。

この場合、計測システムの下限周波数はシステムが備
えるコンデンサ及び抵抗器によって決定される時定数を
利用して設定される。しかし、この解決法の欠点の一つ
に下限周波数値の低下とともに必要とするコンデンサの
大きさが拡大することがある。例えば、1Hzという下限
周波数が所望され、増幅器において妥当な抵抗値が使用
されるならば、コンデンサの大きさは約μＦとなる。例
えば0.1Hzという下限周波数を必要とする場合、当然の
如く問題は大きくなる。しかし、漏電率の低いコンデン
サ及びインピーダンスの高い増幅器を利用することによ
り、この問題を解決することは可能であるとされてき
た。

しかし、そのような装置をシリコンチップに集積する
ならば、全く新しい問題が生じる。確かに、トランジス
タ及びダイオード以外にもコンデンサ及び抵抗器をシリ
コンチップに搭載できる。しかし、生成されるコンデン
サが大きい程、占有される有用なチップ面が大きくな
り、一定（通常は10〜100pF）以上の定格のコンデンサ
を製造することは技術的にも困難である。このように、
現在の技術で実行する時、シリコンチップに下限周波数
の交流接続増幅器を集積することは極度に困難である。

交流接続システム利用の代案の一つとして、計測セン
サが生成する誤差信号を補償する、平衡或いは均衡信号
を絶えず提供することがある。この点において、ブリッ
ジ出力信号は負帰還ループを通り減衰のない状態で帰還
すると、出力信号は常に０となる。しかし、計測信号の
有用な構成要素が発生した時にも補償される。

本発明は、帰還ループを周波数に依存させることによ
りこの問題を解決できるという理解に基づき、その場
合、補償される誤差信号は装置を導通即ち作動させた直
後に大きいが、以降は非常に緩慢に変化する。それは温
度或いは時間等により変化するシステム構成要素の結果
である。測定量の変動を表す有用な計測信号は、前述し
た非常に緩慢な構成要素の変化より迅速に変化するもの
と考えられる。このように、下限周波数ではあるが構成
要素の緩慢な変化より高い周波数を有用な信号に対し選
択することにより、緩慢な量的変化も計測可能である。

従って、本発明の主たる目的は、装置からの誤差信号
の周波数依存の帰還を可能とし、その結果、当初の大き
な誤差は迅速に補償され、それ以降誤差信号の緩慢な変
化を照準に、継続的補償が可能となる技術を提供するこ
とである。

本発明に従って、この明細書の第一段落に示した方法
は、当初の誤差信号を迅速に補償する平衡信号が、負帰
還ループを通り、装置が導通される直後に装置へ発信さ
れること、且つ、誤差信号がほぼ補償された時、装置が
導通即ち作動される間は、以後当該アプリケーションに
より選択される上限周波数以下の周波数で誤差信号の緩
慢な変化のみを帰還させるように帰還ループを変更する
が、他の有用な計測信号は影響を受けずに発信されるこ
とを特徴とする。

本発明の実施例の一つに従って、増減計数方法は誤差
信号の極性に決定されるアップダウンカウンタから入力
信号を得るディジタル−アナログ変換器から帰還信号が
発信される。前述の周波数依存の帰還は、当初誤差信号
を補償する時には高クロック周波数にて、それ以降は低
クロック周波数にてカウンタを制御することにより達成
できる。このように、当初使用される高クロック周波数
は、誤差信号を迅速に補償するための帰還信号を急増生
成するが、以後使用される低クロック周波数は帰還信号
における急速な変化を許容しない。

この帰還機能は大型コンデンサを使用せずに達成で
き、このようにシリコンチップの集積化に十分適合して
いる。

実施例の一つに従って、誤差信号は基準信号と比較さ
れ、その結果誤差信号が補償したことを示す時にクロッ
ク周波数は変更される。次に、計測ブリッジ回路が接続
或いは作動中である時に低クロック周波数が保持され
る。

この比較の代案の一つとして、装置の導通後で所定時
間の経過後、クロック周波数を高周波から低周波数レベ
ルに変更できる。

本方法を実行する際に使用される回路の主たる特徴は
装置に関する請求項において述べる。

添付図面に示す略ブロック図の形で示される実施例に
関し、本発明をより詳細に記載する。

図１は誤差信号を補償するための、本発明に従った、
帰還ループを備えた計測ブリッジを示す。

図２は図１の帰還ループをより詳細に示す。

図１に示す装置は、電圧＋Ｖと−Ｖとの間に接続され
る、従来の計測ブリッジ回路１を有する。ブリッジ出力
信号は増幅器２に発信され、その出力信号は次に他入力
端子４において基準信号を受信する比較器３へ送信され
る。増幅器２の出力信号が正であり、比較器３の入力端
子４における基準信号より大きい時、カウンタ７の入力
端子６へ正信号を発信する出力端子５を比較器３は有す
る。

装置は更に、カウンタ７の入力端子９に接続されるク
ロック周波数ソース８を有する。前述のカウンタ入力端
子６における信号が正である時、カウンタ７はソース８
からのクロック周波数と同期し、数を増加させるように
計数する。しかし、増幅器２の出力信号が負である時、
比較器３はカウンタ７の入力端子６へ信号を発信する
が、同信号は前記クロック周波数と同期して数を減少さ
せるように計数するようにカウンタを設定する。

カウンタ７はディジタル−アナログ変換器11の当該入
力に接続される二元出力10を多数有する。変換器11のア
ナログ出力信号は入力増幅器２の負入力に帰還される。

図１に示す回路は次のように動作する。

増幅器２の出力信号は、正であって比較器３の入力端
子４における基準信号より大きい時、カウンタ７へ正出
力信号を発信する。前述したように、このためにカウン
タはソース８からのクロック周波数と同期し、連続的に
大きな数値へと数を増加させるように計数するようにな
るが、この数値はディジタル−アナログ変換器11におい
て、増幅器２の陰極における入力信号を増大させるアナ
ログ信号に変換させられる。増幅器２はこのようにして
平衡状態へ移行する。増幅器の出力信号が負になるよう
に増幅器が設定されると、比較器３はゼロにリセットさ
れ、さらにカウンタ７の入力６もゼロにリセットされ、
その結果カウンタは数を減少させるように計数し、ディ
ジタル−アナログ変換器11からのアナログ帰還信号は減
少する。増幅器２は再度正出力信号等を生成する。増幅
器を平衡点に保持するため、カウンタ７はこのように数
値を増減させて計数する。

高クロック周波数のソース８を選択することにより、
装置が導通される時、増幅器２への誤差信号は迅速に補
償できるが、その時点において計測ブリッジ回路１の誤
差信号は非常に大きい可能性がある。

しかし、当初の計測ブリッジ回路の平衡に引き続き、
所望量の計測とともに、流入する有用な計測信号を補償
すべきではなく、この信号は出力端子17において発信さ
れる。他方、計測ブリッジ回路の構成要素における温度
変化、老朽化或いはそれに類似した現象の結果生じる傾
向にあるものとして、誤差信号におけるそのような緩慢
な変化を補償することが望ましい。

この問題は安定状態での作動のため、カウンタ７に対
し低周波のクロック信号を使用することにより解決でき
る。これは高周波で計測される量の変化に反応する、増
幅器２からの計測信号を、カウンタの速度が遅すぎるた
めに補償できないということである。高周波はこのよう
に負帰還により根本的に影響を受けることなく、出力端
子17へ伝達する。この点において、上限周波数に対し信
号（前記帰還により回路が補償できる）はソース８から
のクロック周波数に完全に依存する。クロック周波数が
高い程、ブリッジ回路は迅速に平衡化され、補償される
信号に対し上限周波数は高くなる。このように、低クロ
ック周波数を選択することにより、非常に緩慢に変化す
る誤差信号のみを補償することが可能である。しかし、
当初にブリッジ回路を平衡させる時、ここで必要とする
時間は大部分のアプリケーションには長すぎるものとな
ることが予想されるため、そのような低値のクロック周
波数は使用できない。

図２は図１に示す帰還ループの更なる態様を示し、当
初のブリッジ平衡と関連する高周波数と、安定状態での
作動中に使用される、遙かに低い周波数との間で、クロ
ック周波数を切り換えできるように構成されている。対
応する構成要素を識別するため、図１で使用するものと
同一の番号を図２において使用している。装置の起動
時、カウンタ７は０位置にあり、フリップフロップ12は
０位置にあり、クロック信号ソース８は例えば1,000Hz
の周波数を有するものとする。この周波数は分周器13に
て、例えば1Hzの周波数に分割される。

装置が起動される時、ブリッジ回路は非平衡状態にあ
ると考えられ、比較器３に正出力信号を発信させ、カウ
ンタ７は数を増加させるべく計数するように設定され
る。そこで周波数1,000Hzのクロック信号は、フリップ
フロップ12に接続される反転入力を有するANDゲート14
を通過し、ORゲート15を通りカウンタ７のクロック入力
へと伝達する。カウンタはこのように迅速に数を増加さ
せるように計数し、ディジタル−アナログ変換器11から
の出力信号により、計数ブリッジ回路１の誤差信号を平
衡させる（図１を参照）。増幅器２が負出力信号に切り
替わると同時に比較器３は切り替わって０に設定され、
そこでカウンタ７が増減計数方法を変更する。比較器３
が０に設定されると、フリップフロップ12も切り換えら
れ、その結果ANDゲート14を閉鎖し、ANDゲート16を開放
する。1000で割られたクロック周波数はANDゲート16及
びORゲート15を通り、カウンタ７へ送信される。そこで
カウンタは初期のアップカウント1000ステップ／秒に対
し、１ステップ／秒の割合で数を減少させるように計数
する。フリップフロップ12は装置が導通状態にある間は
この状態を維持する。

このように、装置が導通される時、高周波数であって
もその負帰還を利用し、前述の接続により計測ブリッジ
回路１は迅速に平衡でき、所定の最大高周波を有する低
周波数信号のみの負帰還の結果、装置の構成要素におけ
る変化が原因といえる緩慢な変化を補償することによ
り、平衡状態に維持される。前記最高周波数（しかし非
常に低い数値の付与が可能）より速い信号であるなら
ば、計測ブリッジ回路はこのように遅い信号を計測する
のにも使用することができる。これは大型コンデンサを
使用することなく実現可能である。

このように、実施にあたり、本発明は0.01Hzの下限周
波数で構成される計測システムを可能とする一方、10pF
を越えないコンデンサを使用する。この点において、前
述の全ての機能は外部構成要素を全く使用することなく
シリコンチップ上に集積可能であり、高度に小型化され
た形態にて計測センサ及び順応電子部品を集積する可能
性を広げる。

本発明を実施例に関して前述のように記載したが、こ
の実施例は請求項を逸脱することなく、幾つかの点にお
いて修正及び変更可能であることを理解されよう。例え
ば、クロック信号の変更を誤差信号と基準信号との比較
に基づくものとするのではなく、装置の導通後、所定時
間の経過後においても、この変更は実施可能である。更
に、例えば誤差信号の大きさにより、２レベル以上のク
ロック周波数を使用及び作動可能である。０から始動す
ることなく、最も可能性のある平衡値に相当する最小値
からカウンタは始動可能である。これは当初の平衡プロ
セス達成に必要な時間を更に短縮可能とする。前記周波
数値は例として挙げただけである。

前記に従って、いわゆる自動車及び列車のアクティブ
サスペンション、温度制御装置、自己較正計量機等のた
めの機構のように、多くの状況において装置を使用可能
である。

同様にして小型コンデンサの必要性が明白でない時、
当初ブリッジ回路を平衡させる時点において、抵抗が短
絡状態たりうるRC回路を有する周波数依存負帰還ループ
を使用することにより、前述の機能に相当する機能を実
施できる。続いて抵抗が接続されると、構成要素の数値
に決定され、且つ、補償がなされるこれらの周波数の限
界周波数を決定する時定数が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 17/06 G01D 3/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】装置を導通させる時には大きく、以降は時
間の経過に従って緩慢に変化する装置から出力される誤
差信号、特に計測センサから出力された計測量から独立
した誤差信号を補償する方法において、装置が導通され
る時は常に導通の直後に、負帰還ループを通して平衡信
号を装置へ出力し、前記平衡信号は当初の誤差信号を迅
速に補償する機能を果たすことと、且つ、装置が導通即
ち作動される間は、誤差信号がほぼ補償された時、帰還
ループを変更することにより、以後当該アプリケーショ
ンにより選択される上限周波数以下の周波数を有する誤
差信号における緩慢な変化のみは帰還され、残りの有用
な信号は影響されずに出力されることとを特徴とする方
法。
【請求項２】アップダウンカウンタから入力信号を得る
ディジタル−アナログ変換器から帰還信号を出力するこ
と、且つ誤差信号の極性によりカウンタの増減いずれか
の計数状態を決定することを特徴とする請求項１に記載
の方法。
【請求項３】当初誤差信号を補償する時は高クロック周
波数、以後は低クロック周波数によりカウンタを制御す
ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】誤差信号を基準信号と比較すること、且
つ、誤差信号が補償されることを同比較がする時にはク
ロック周波数を変更することを特徴とする請求項３に記
載の方法。
【請求項５】装置が導通される間は低クロック周波数を
保持することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】装置の導通後で所定時間の経過後にクロッ
ク周波数を変更することを特徴とする請求項３に記載の
方法。
【請求項７】装置（１）が導通される時には大きく、以
後は時間の経過に従って緩慢に変化する装置から出力さ
れる誤差信号、特に計測センサから出力される，計測量
から独立した誤差信号を補償させる回路において、前記
装置（１）が導通即ち作動される度に当初の誤差信号を
迅速に補償する平衡信号を即座に帰還させる負帰還ルー
プ（7,11）と、装置が導通即ち作動される間は、誤差信
号がほぼ補償された時、帰還ループを変更することによ
り、以後当該アプリケーションにより選択される上限周
波数以下の周波数を有する誤差信号における緩慢な変化
のみ帰還されるように作用する手段（12,13,16）と、影
響を受けない状態で他の有用な計測信号を出力するため
の出力手段（17）とを有することを特徴とする回路。
【請求項８】帰還ループはディジタル−アナログ変換器
（11）と、同変換器の入力側に接続され、誤差信号の極
性に制御されるように計数の増減状態が決定されるアッ
プダウンカウンタ（７）とを有することを特徴とする請
求項７に記載の回路。
【請求項９】当初の誤差信号の平衡中は高クロック周波
数により、以後は低クロック周波数によりカウンタ
（７）を制御するための手段（12〜16）を有することを
特徴とする請求項８に記載の回路。
【請求項１０】誤差信号を基準信号と比較するための比
較手段（３）と、同比較手段の出力信号に応じてクロッ
ク周波数を変更するための手段とを有することを特徴と
する請求項９に記載の回路。