JP3945389B2 - Time-voltage converter and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な機器より発せられるデジタル信号のパルス幅時間もしくは周期を、その長さに比例した電圧値に変換することにより、簡易かつ正確に測定するための時間電圧変換器及び、同変換器を用いた時間電圧変換方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、時間電圧変換には定電流回路とコンデンサ及びスイッチを組み合わせた回路が広く用いられている。図3に、その代表的な回路構成及び動作フローを示す。図3の(a)において1は定電流回路、2はコンデンサ、3はスイッチである。今、長さTの幅を持つデジタル信号10によって時間Tの間スイッチ3がオープンになるとした場合、図中Voutにおける電位は11に示す様に変化する。このとき、定電流値をI、コンデンサの容量をCとした場合、時間Tの間にコンデンサに蓄えられる電気量Qは
【式1】
Q=IT=CV
にて与えられる。したがって、電位Vを測定することによって、
【式2】
T=CV/I
より、Tの時間を計算により求めることができる。
【0003】
しかしながらこれは、上記した各素子が全て理想的に動作した場合にのみ適用される式であり、現実には主としてスイッチ3の動作速度の影響により、時間電圧変換線11はその直線性が保証されない。この様子を図3の(b)に示す。図中tは接続状態にあったスイッチ3が完全にオープンになるために必要な時間、Vtは同時間中にコンデンサにチャージされた電位である。このスイッチの状態遷移時間の影響をも含めると、上記式は以下のように表される。
【式3】
V=I/C・(T−t)+Vt
ただし、ここでTに対してtが十分に小さい場合、
t≒0
とおくことで、式3は
【式4】
V=I/C・T
となり式2と一致し、近似式として成立する。
【0004】
しかしながら近年、光ディスク再生記録装置等に代表される各種デジタル機器は高速化の一途にあり、検出すべき信号のパルス幅時間が上記tと同等となり、式4による近似が困難となる場合がある。
【0005】
この問題を解決すためには、例えば(a)の時間電圧変換回路に対して、予め定められたデジタル信号の時間長を徐々に変化させながら入力し、それぞれの時間長に応じて誘導される電位を記録しておくことにより、実際の測定時にこの記録を基に補正をかける方法がある。
あるいは、例えば特許第1460182号「時間電圧変換器」公報に開示されているように、一定の周期で連続的に変化する発振器からの出力電位に対して、被計測信号のスタート時及びストップ時それぞれにおける電位をサンプルし、その電位の差をもって時間に比例した電位を得る方法などが知られている。
【0006】
【特許文献1】
特許第1460182号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法による時間電圧変換方法においては、いずれも回路規模の増大によるコストの増加、また校正時における手順が複雑である等の問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の請求項1に記載の時間電圧変換器は、被測定信号の測定開始エッジに同期して予め定められた時間幅のパルスを生成する手段と、前記パルスの入力を受けその時間幅に応じた電位を誘導する時間電圧変換手段と、前記被測定信号の入力を受け予め定められた時間を遅延させるための手段と、前記遅延手段の出力した被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において前記時間電圧変換手段の出力電位を保持する手段とを有することを特徴とする。
この回路構成を用いれば、基準電位発生器等の回路や、また特殊な校正作業も不要であり、低コストかつ保守性に優れた時間電圧変換器を構成することができる。
【0009】
請求項2に記載の時間電圧変換方法は、請求項1に示す時間電圧変換器を用い、被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において保持された時間電圧変換手段の出力電位の差をもって、前記被測定信号のパルス幅時間もしくは周期の電圧変換結果とすることを特徴とする。
この方法を用いれば、時間電圧変換手段の有する非リニア領域電位をキャンセルすることができ、短い時間でも誤差のない時間に比例した電圧を求めることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の時間電圧変換器の一実施の形態を示す回路の構成図、図2は同回路の動作を説明するためのタイミング図である。ただしここでは入力信号の立ち上がり時間を測定するものと仮定している。
【0011】
図1において、1は定電流回路、2はコンデンサ、また3はスイッチであり、1〜3までをもってパルスの入力を受けその時間幅に応じた電位を誘導する時間電圧変換手段を構成している。以下このブロックを積分器と称する。5は被測定信号の測定開始エッジに同期して予め定められた時間幅のパルスを生成する手段であるモノマルチバイブレータ、4は被測定信号の入力を受け予め定められた時間を遅延させるための手段であり、ここでは必要な遅延時間分の数だけ直列に接続されたデジタルバッファ回路にて構成している。また、6はAND回路、7はNAND回路、8はフリップフロップ、9はサンプルホールド回路であり、6〜9までをもって被測定信号の測定開始エッジ及び測定終了エッジそれぞれの時間において前記時間電圧変換手段の出力電位を保持する手段を構成している。以上のように構成された時間電圧変換器の動作について図2を交えて以下に説明する。
【0012】
まず、図中data_setをHIGHにすることにより、各回路のイニシャライズを行い、被計測信号の入力に備える。pulse_inより入力された信号はモノマルチバイブレータ5を経由して積分器に入力される。一方でpulse_inより入力された信号は遅延回路4を経由した後、6、7、8の各回路により遅延パルスの立ち上がりエッジと立下りエッジそれぞれについてS/H−1及びS/H−2の信号を生成する。上記両タイミング信号はそれぞれ独立したサンプルホールド回路に入力されているため、それぞれ図中VS、VEとして電位を得ることが出来、この両電位の差を入力信号の立ち上がり幅時間Tの電圧変換結果とする。
【0013】
この方法を用いると、積分器のリニアリティが保障されている区間のみを使用するため、入力時間が短くとも、時間に正確に比例した電圧を得ることができる。また実際の運用時における校正作業は以下の通りとなる。立ち上がり幅時間Tc(SEC.)が既知である信号を入力し、得られた時間電圧変換結果が必要に応じて定められる基準値Vc(V)となるよう定電流値及びコンデンサ容量を適当に組み合わせることにより、以下の式を用いて比例係数K(V/SEC.)を求める。
【式5】
Vc=KTc
以後、入力信号に応じて変化する電位をKにて除する事により、入力信号の立ち上がり幅時間を正確に得ることができる。
【0014】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、極めてシンプルな回路構成をもって、入力時間が短くともその時間に正確に比例した電圧を得ることができ、また校正作業も簡易であり取り扱いに優れた、低コストな時間電圧変換器を実現する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる時間電圧変換器のブロック図
【図2】本発明の実施の形態にかかる時間電圧変換器の動作説明図
【図3】時間電圧変換手段の例を示す動作説明図
【符号の説明】
1 定電流回路
2 コンデンサ
3 スイッチ
4 遅延回路
5 モノマルチバイブレータ
6 AND回路
7 NAND回路
8 フリップフロップ回路
9 サンプルホールド回路
10 デジタル信号
11 時間電圧変換線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a time-voltage converter for simply and accurately measuring a pulse width time or period of a digital signal emitted from various devices into a voltage value proportional to its length, and the conversion The present invention relates to a time voltage conversion method using a measuring device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a circuit combining a constant current circuit, a capacitor and a switch has been widely used for time-voltage conversion. FIG. 3 shows a typical circuit configuration and operation flow. In FIG. 3A, 1 is a constant current circuit, 2 is a capacitor, and 3 is a switch. Now, when the switch 3 is opened during the time T by the
Q = IT = CV
Given in Therefore, by measuring the potential V,
[Formula 2]
T = CV / I
Thus, the time T can be obtained by calculation.
[0003]
However, this is an expression that is applied only when all the above-described elements operate ideally. In reality, the linearity of the time-
[Formula 3]
V = I / C · (T−t) + Vt
However, when t is sufficiently small with respect to T,
t ≒ 0
By the way, Formula 3 is [Formula 4]
V = I / C · T
This agrees with
[0004]
However, in recent years, various digital devices typified by an optical disc reproducing / recording apparatus and the like have been accelerating, and the pulse width of a signal to be detected becomes equal to the above t, and approximation by
[0005]
In order to solve this problem, for example, the time voltage conversion circuit of (a) is inputted while gradually changing the time length of a predetermined digital signal, and is induced according to each time length. There is a method of performing correction based on this recording during actual measurement by recording the potential.
Alternatively, as disclosed in, for example, Japanese Patent No. 1460182 “Time Voltage Converter”, the output potential from an oscillator that continuously changes at a constant period is measured at the start and stop of the signal under measurement. There is known a method of sampling a potential at, and obtaining a potential proportional to time by a difference between the potentials.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 1460182 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the time voltage conversion methods according to the conventional methods have problems such as an increase in cost due to an increase in circuit scale and a complicated procedure at the time of calibration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the time-voltage converter according to
If this circuit configuration is used, a circuit such as a reference potential generator or a special calibration operation is not required, and a time voltage converter with low cost and excellent maintainability can be configured.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a time voltage conversion method using the time voltage converter according to the first aspect, wherein the output potential of the time voltage conversion means held at the measurement start edge and measurement end edge of the signal under measurement is measured. The difference is used as a voltage conversion result of the pulse width time or period of the signal under measurement.
By using this method, the non-linear region potential of the time voltage conversion means can be canceled, and a voltage proportional to the time without error can be obtained even in a short time.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a circuit showing an embodiment of a time-voltage converter according to the present invention, and FIG. 2 is a timing diagram for explaining the operation of the circuit. However, it is assumed here that the rise time of the input signal is measured.
[0011]
In FIG. 1, 1 is a constant current circuit, 2 is a capacitor, and 3 is a switch, and constitutes time voltage conversion means for receiving a pulse input and inducing a potential according to its time width. . Hereinafter, this block is referred to as an integrator. 5 is a mono multivibrator which is a means for generating a pulse having a predetermined time width in synchronization with the measurement start edge of the signal under measurement, and 4 is for receiving a signal under measurement and delaying the predetermined time. Here, it is configured by digital buffer circuits connected in series by the number of necessary delay times. Also, 6 is an AND circuit, 7 is a NAND circuit, 8 is a flip-flop, and 9 is a sample-and-hold circuit. The time-voltage conversion means at each of the measurement start edge and measurement end edge of the signal under measurement is from 6 to 9. Means for holding the output potential. The operation of the time voltage converter configured as described above will be described below with reference to FIG.
[0012]
First, by setting data_set in the figure to HIGH, each circuit is initialized to prepare for input of a signal to be measured. The signal input from pulse_in is input to the integrator via the
[0013]
When this method is used, only the interval in which the linearity of the integrator is guaranteed is used. Therefore, even if the input time is short, a voltage that is accurately proportional to the time can be obtained. In addition, the calibration work during actual operation is as follows. A signal having a known rise time Tc (SEC.) Is input, and a constant current value and a capacitor capacity are appropriately combined so that the obtained time-voltage conversion result becomes a reference value Vc (V) determined as necessary. Thus, the proportionality coefficient K (V / SEC.) Is obtained using the following equation.
[Formula 5]
Vc = KTc
Thereafter, by dividing the potential changing according to the input signal by K, the rising width time of the input signal can be obtained accurately.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even with a short input time, a voltage that is accurately proportional to the input time can be obtained with a very simple circuit configuration, and the calibration work is simple and excellent in handling and low cost. A simple time-voltage converter can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a time voltage converter according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the time voltage converter according to an embodiment of the present invention. Operation explanation diagram [Explanation of symbols]
1 constant
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