JP3548953B2 - 信号強度検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号強度検出器に関し、特に広いダイナミックレンジと雑音性の振幅確率分布をもつ入力信号に対して高精度な強度データを取得する信号強度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の信号強度検出器の一例が特開平７−２６０８３５号公報に開示されている。この信号強度検出器では、入力アナログ信号を減衰器で減衰し、その出力をプリアンプで増幅し、増幅出力を乗算器で二乗する。得られた二乗出力からローパスフイルタにより高周波成分を除去し、低域成分（ＤＣ成分）を取り出す。この出力はＡＤ変換器６のアナログ入力レンジの最大幅と略同一のレベルまでプリスケーラにより増幅された後、ＡＤ変換器によりクロック信号の周期毎にプリスケーラの出力をディジタルデータに変換される。この変換後のディジタルデータを加算器で順次加算する。
【０００３】
また、上記従来の信号強度検出器は、加算器の加算結果の上位の所定ビットのディジタルデータと予め設定された基準値である信号強度設定値とを比較し、この比較結果に応じてプリアンプに入力される入力アナログ信号を減衰させている。比較動作の結果、減衰器で滅衰動作が行われる場合は、その旨を示す１ビットの情報である動作情報を出カする。そして、加算器の加算結果の上位の所定ビットのディジタルデータと上記動作情報とが検出器の信号強度データとして出カされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の信号強度検出器は、高入力レベルの信号に対しては、減衰器の動作により適性なレベルでＡ／Ｄ変換動作が行われるが、低入力レベルの信号についてはＬＳＢ側の２〜３ビット以下のみでしか検出レベルが表現されない。したがって、低入力レベルの信号に対して十分な検出桁数が確保出来ないことである。
【０００５】
また、得られた信号強度データはＡ／Ｄ変換器の出力データの加算器による加算結果及び減衰器が働いたか否かを知らせるデータから構成されているため、得られた信号強度データがそのまま使用可能なデータとはならない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、広いダイナミックレンジを持つ雑音性入力信号の強度検出の精度及び桁数を、入力レベルの高低に関わらず確保することができる信号強度検出器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による信号強度検出器は、次のような特徴的な構成を採用している。
【０００８】
（１）入力信号を所定の減衰量で減衰し、減衰された信号からＤＣ成分を取り出し、取り出されたＤＣ成分Ａ／Ｄ変換し、得られたデジタルデータに基づいて前記所定の減衰量を制御し、前記Ａ／Ｄ変換の際に用いる参照電圧を選択するとともに、前記制御された減衰量に対応して乗算または除算して当該減衰量を補った信号強度データとして出力する信号強度検出器。
【０００９】
（２）前記入力信号はガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号である上記（１）の信号強度検出器。
【００１０】
（３）前記ガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰量を制御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を切り替える上記（１）の信号強度検出器。
【００１１】
（４）入力信号レベルを減衰させ、その減衰量が可変な減衰器と、
前記減衰器からの出力信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力信号を自乗するアナログ乗算器と、
自乗された信号からＤＣ成分のみを取り出す低域通過フィルタと、
取り出されたＤＣ信号を必要なレベルに増幅する第２の増幅器と、
前記第２の増幅器の出力信号を量子化するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器に対する複数の参照電圧を発生する参照電圧発生部と、
前記参照電圧の中から前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を選択するアナログマルチプレクサと、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力データを一定期間加算する加算器と、
前記加算器の出力結果をもとに前記減衰器の減衰量を制御するとともに、前記アナログマルチプレクサに対し前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値として最適なものを選択するための選択信号を出力するレンジ調整判断部と、
前記加算器の加算結果を、前記レンジ調整判断部からの命令にしたがって前記減衰器の減衰量を補うべく乗算又は除算する乗除演算部と、
を備えて成る信号強度検出器。
【００１２】
（５）前記入力信号はガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号である上記（４）の信号強度検出器。
【００１３】
（６）前記減衰器は、雑音入力信号に対し前記レンジ調整判断部からの命令により選択された減衰量を与えることにより、前記増幅器及びアナログ乗算器がリニア動作を保証された入力範囲内に限定させる上記（５）の信号強度検出器。
【００１４】
（７）前記レンジ調整判断部は、内部に設定された信号強度検出値を前記加算器により集計された値と比較する上記（４）の信号強度検出器。
【００１５】
（８）前記レンジ調整判断部は、最初、前記第１の増幅器及びアナログ乗算器がリニア動作する上限となる雑音信号入力の強度検出値を比較用の設定値とし、前記入力信号レベルがこのしきい値を超えると、前記減衰器に対し所定の減衰量を与えると同時に前記乗除演算部に対して前記与えられた減衰量に対応する演算命令を出力し、以下、同様に前記入力信号レベルがしきい値を超える毎に前記減衰器及び乗除演算部に補正動作の指令を行う上記（４）の信号強度検出器。
【００１６】
（９）前記ガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰器の減衰量を制御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を切り替える上記（４）の信号強度検出器。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による信号強度検出器の好適実施形態例について図１及び図２を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明による信号強度検出器は、雑音入力信号レベルを減衰させ、その減衰量が可変な減衰器１と、減衰器１からの出力信号をアナログ乗算器３へ入力前に増幅する増幅器２と、入力信号を自乗するアナログ乗算器３と、自乗された信号のＤＣ成分のみを取り出すための低域通過フィルタ４と、得られたＤＣ信号をＡ／Ｄ変換器８に入力させる必要なレベルに増幅する高精度増幅器５と、増幅器５の出力信号を量子化するＡ／Ｄ変換器８と、Ａ／Ｄ変換器８の参照電圧発生部（参照電圧１からＮを発生する）６と、この参照電圧の中からＡ／Ｄ変換器８の参照電圧の上限値を選択するアナログマルチプレクサ７と、Ａ／Ｄ変換器８の出力データを加算する加算器９と、加算器９の出力結果をもとに入力信号に対する減衰量を選択する信号又は参照電圧の選択信号及び演算命令信号を出力するレンジ調整判断部１０と、加算器９の加算結果を、レンジ調整判断部１０からの命令にしたがって乗算又は除算する乗除演算部１１から構成される。
【００１９】
減衰器１は、雑音入力信号に対しレンジ調整判断部１０からの命令により選択された減衰量を与えることにより、増幅器２及びアナログ乗算器３がリニア動作を保証された入力範囲内に限定させる。また、参照電圧発生部６及びアナログマルチプレクサ７は、低入力信号レベルに対し強度データの桁数を確保させる効果を持つ。
【００２０】
減衰器１は、複数の減衰要素から成り、外部からの選択信号に応じて必要な減衰量がかけられる構成となっている。レンジ調整判断部１０は、減衰器１に対し増幅器２及びアナログ乗算器３がリニア領域で動作するために必要な減衰量を与えるよう選択信号を出力する。
【００２１】
雑音入力信号は、アナログ乗算器３により自乗処理された後低域通過フィルタ４によりＤＣ成分が取り出された後、高精度増幅器５によりＡ／Ｄ変換器８の入力範囲に合ったレベルに増幅される。参照電圧発生部６は、Ｎ個の参照電圧（１からＮ）を発生し、これらのうち一つの参照電圧がアナログマルチプレクサ７に入力される。レンジ調整判断部１０は、アナログマルチプレクサ７に対しＡ／Ｄ変換器８の参照電圧の上限値として最適なものを選択するための選択信号をアナログマルチプレクサ７に出力する。Ａ／Ｄ変換器８は、高精度増幅器５の出力信号をＡ／Ｄ変換し、その変換データを加算器９に出力する。
【００２２】
加算器９は、Ａ／Ｄ変換器８により得られたデジタルデータを一定期間加算した後、その結果をレンジ調整判断部１０及び乗除演算部１１に送出する。レンジ調整判断部１０は、内部に設定された信号強度検出値を加算器９により集計された値と比較する。レンジ調整判断部１０は、最初、増幅器２及びアナログ乗算器３がリニア動作する上限となる雑音信号入力の強度検出値を比較用の設定値とする。入力信号レベルがこのしきい値を超えると、レンジ調整判断部１０は、減衰器１に対し選択信号を出力することにより、入力信号に強度値換算で６ｄＢの減衰量を与えると同時に乗除演算部１１に対して２倍の演算命令を出力する。この状態で、入力信号レベルが上述のしきい値を超えると、レンジ調整判断部１０は、減衰器１に対し１２ｄＢの減衰量を与ると同時に乗除演算部に対して４倍の演算命令を出力する。以下、同様に入力信号レベルがしきい値を超える毎に減衰器１及び乗除演算部１１に補正動作の指令を行う。入力信号レベルが低下する場合は、参照電圧を切り替えると同時に除算による補正を行う。
【００２３】
次に、本発明の他の実施形態として太陽電波の強度を周期的に検出する場合を図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図２は、太陽電波の信号強度を一定周期毎に検出する場合の全体構成図である。本実施例における構成要素は、図１に示す構成と同様な構成を有する信号強度検出器、クロック発生部３１、基準トリガ発生部３２及び検出周期計測部３３となる。
【００２５】
本実施形態における信号強度検出器の検出周期は、クロック発生部３１から発生するクロック信号をカウントすることにより基準トリガ発生部３２から発生するトリガ信号を基に検出周期計測部３３によって作り出される。信号強度検出器内の減衰器１１は、６ｄＢ、１２ｄＢの減衰量及び減衰機能なしの状態がレンジ調整判断部２０により設定可能となっている。
【００２６】
雑音信号入力としての入力太陽電波は、減衰器１１、増幅器１２、アナログ乗算器１３、低域通過フィルタ１４、高精度増幅器１５を経てＡ／Ｄ変換器１８に入る。アナログマルチプレクサ１７には、３種類の参照電圧１６（参照電圧１〜３）を入力しレンジ調整判断部２０からの参照電圧選択信号に従い選択された参照電圧をＡ／Ｄ変換器１８に出力する。参照電圧１は初期設定値であり、Ａ／Ｄ変換器１８のアナログ入力電圧範囲の上限及び下限をカパーする値に設定される。参照電圧２は、その半値に、参照電圧３は更にその半値に設定される。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換器１８は、設定された参照電圧に従い量子化を行いそのデータを加算器１９に出力すると、加算器１９は検出周期計測部３３が周期を計測している間加算を続け、その結果をレンジ調整判断部２０及び乗除演算部２１に出力する。
【００２８】
乗除演算部２１は、加算器１９から受け取ったデータを２倍、４倍する乗算機能と、１／２、１／４とする除算機能とを持つ。検出周期計測部３３は、加算結果が上記に出力されると同時に加算器１９をリセットする。
【００２９】
レンジ調整判断部２０は、最初、入力信号に対して増幅器１２及びアナログ乗算器１３がリニア動作する上限となる強度検出値を比較用の設定値とする。入力信号レベルがこのしきい値を超えると、レンジ調整判断部２０は、減衰器１１に対し選択信号を出力し入力信号に強度換算で６ｄＢの減衰量を与えると同時に乗除演算部２１に対して２倍の演算命令を出力する。この状態で、入力信号レベルが上述のしきい値を超えると、レンジ調整判断部２１は減衰器に対し１２ｄＢの減衰量を与えると同時に４倍の演算命令を出力する。入力信号が小さく、加算器のデータ桁数の上位から半数が０となった場合は、レンジ調整判断部２１によってアナログマルチプレクサ１７が参照電圧２を選択すると共に、乗除演算部に÷２の演算命令が出力される。この状態で、入力信号レベルが更に低下し加算器のデータ桁数の上位から半数が０となった場合は参照電圧３及び÷４の演算命令が選択される。
【００３０】
以上、本発明の信号強度検出器の好適実施形態例を説明したが、これは単なる例示にすぎず、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の信号強度検出器によれば以下のような顕著な効果が得られる。
【００３２】
すなわち、本発明の信号強度検出器は、低入力信号に対してＡ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を制御しているので、広いダイナミックレンジにわたる信号強度検出精度を向上させることができる。
【００３３】
また、信号強度データそのものが本検出器より取り出せるため従来必要だった後処理が不要になることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による信号強度検出器の一実施形態の構成ブロック図である。
【図２】本発明による信号強度検出器の他の実施形態の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１、１１ 減衰器
２、１２ 増幅器
３、１３ アナログ乗算器
４、１４ 低域通過フィルタ
５、１５ 高精度増幅器
６、１６ 参照電圧部
７、１７ アナログマルチプレクサ
８、１８ Ａ／Ｄ変換器
９、１９ 加算器
１０、２０ レンジ調整判断部
１１、２１ 乗除演算部
３１ クロック発生部
３２ 基準トリガ発生部
３３ 検出周期計測部

Claims (9)

1. 入力信号を所定の減衰量で減衰し、減衰された信号からＤＣ成分を取り出し、取り出されたＤＣ成分Ａ／Ｄ変換し、得られたデジタルデータに基づいて前記所定の減衰量を制御し、前記Ａ／Ｄ変換の際に用いる参照電圧を選択するとともに、前記制御された減衰量に対応して乗算または除算して当該減衰量を補った信号強度データとして出力することを特徴とする信号強度検出器。
2. 前記入力信号はガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号であることを特徴とする請求項１に記載の信号強度検出器。
3. 前記ガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰量を制御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の信号強度検出器。
4. 入力信号レベルを減衰させ、その減衰量が可変な減衰器と、
   前記減衰器からの出力信号を増幅する第１の増幅器と、
   前記第１の増幅器の出力信号を自乗するアナログ乗算器と、
   自乗された信号からＤＣ成分のみを取り出す低域通過フィルタと、
   取り出されたＤＣ信号を必要なレベルに増幅する第２の増幅器と、
   前記第２の増幅器の出力信号を量子化するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器に対する複数の参照電圧を発生する参照電圧発生部と、
   前記参照電圧の中から前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を選択するアナログマルチプレクサと、
   前記Ａ／Ｄ変換器の出力データを一定期間加算する加算器と、
   前記加算器の出力結果をもとに前記減衰器の減衰量を制御するとともに、前記アナログマルチプレクサに対し前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値として最適なものを選択するための選択信号を出力するレンジ調整判断部と、
   前記加算器の加算結果を、前記レンジ調整判断部からの命令にしたがって前記減衰器の減衰量を補うべく乗算又は除算する乗除演算部と、
   を備えて成ることを特徴とする信号強度検出器。
5. 前記入力信号はガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号であることを特徴とする請求項４に記載の信号強度検出器。
6. 前記減衰器は、雑音入力信号に対し前記レンジ調整判断部からの命令により選択された減衰量を与えることにより、前記増幅器及びアナログ乗算器がリニア動作を保証された入力範囲内に限定させることを特徴とする請求項５に記載の信号強度検出器。
7. 前記レンジ調整判断部は、内部に設定された信号強度検出値を前記加算器により集計された値と比較することを特徴とする請求項４に記載の信号強度検出器。
8. 前記レンジ調整判断部は、最初、前記第１の増幅器及びアナログ乗算器がリニア動作する上限となる雑音信号入力の強度検出値を比較用の設定値とし、前記入力信号レベルがこのしきい値を超えると、前記減衰器に対し所定の減衰量を与えると同時に前記乗除演算部に対して前記与えられた減衰量に対応する演算命令を出力し、以下、同様に前記入力信号レベルがしきい値を超える毎に前記減衰器及び乗除演算部に補正動作の指令を行うことを特徴とする請求項４に記載の信号強度検出器。
9. 前記ガウス分布に従う振幅確率分布をもつ雑音性の入力信号のレベルが高い場合は前記減衰器の減衰量を制御し、またレベルが小さい場合は前記Ａ／Ｄ変換器の参照電圧の上限値を切り替えることを特徴とする請求項４に記載の信号強度検出器。

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