JP3994433B2 - 2値化回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2値化回路に関し、より詳細には、レーザ測長器等の測定器に用いられ、センサからの入力アナログ信号を変換し、ハザード又はグリッチの影響の無い2値化信号を発生する2値化回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
レーザ測長器は、レーザの干渉性を利用して、移動距離を高精度で測定する装置である。入射方向からのレーザは、ハーフミラーで固定方向及び移動方向の2つに分割され、固定方向にある固定ミラー、及び、移動方向にあり移動する移動ミラーで夫々反射され、再びハーフミラーで1つに合成されて、反射方向にあるセンサ上に干渉縞を発生させる。レーザ測長器は、センサが検出する干渉縞に基づいて入力アナログ信号を発生し、内蔵される電子装置が入力アナログ信号に基づいて、移動距離を測定する。電子装置は、2値化回路を有し、内部で発生するハザード又はグリッチを低減し、入力アナログ信号に基づいて、正確に干渉縞をカウントする。
【0003】
2値化回路に一般的なヒステリシス・コンパレータ回路を採用すると、入力端子へ直列に接続される抵抗、及び、入力端子に存在する浮遊容量の影響により、入力アナログ信号の伝播速度が遅れる。この場合、低い抵抗値を採用し伝播速度の遅れを抑えても、コンパレータのドライブ能力が不足する問題があり、ヒステリシス・コンパレータ回路に代わる高精度の2値化回路が求められている。
【0004】
図3は、特開平8−285528号公報に記載の2値化回路の回路図である。2値化回路(ゼロ交差検出回路)は、ステッパ等で精密に位置を決定するレーザ干渉計測定システムの電子装置に採用される。入力アナログ信号101は、センサから入力された正弦波の信号電圧であり、移相器31の入力端子、コンパレータ36の非反転入力端子、及び、コンパレータ37の非反転入力端子に入力される。
【0005】
移相器31は、入力アナログ信号101を90度遅らせ、移相信号109を発生する。ダイオード32は、移相信号109の正極側をコンパレータ36の反転入力端子に入力し、下降ゼロ交差信号110を発生する。ダイオード33は、移相信号109の負極側をコンパレータ37の反転入力端子に入力し、上昇ゼロ交差信号111を発生する。
【0006】
コンパレータ36は、入力アナログ信号101と下降ゼロ交差信号110とを比較し、比較結果信号112をR−Sフリップフロップ38のセット入力端子に入力する。コンパレータ37は、入力アナログ信号101と上昇ゼロ交差信号111とを比較し、比較結果信号113をR−Sフリップフロップ38のリセット入力端子に入力する。R−Sフリップフロップ38は、比較結果信号112に基づいてセット動作を行い、比較結果信号113に基づいてリセット動作を行って、2値化信号108を発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の2値化回路では、コンパレータ36及び37が入力アナログ信号101の半周期の期間毎に、一方が比較動作を他方が動作停止を行うことを交互に繰り返すことにより、R−Sフリップフロップ38が入力アナログ信号101の半周期に1度だけセット動作又はリセット動作を行うので、ハザード又はグリッチの影響の無い2値化信号108を発生する。この場合、入力アナログ信号101の正極性の領域と負極性の領域とで比較動作を2つに分けて、入力アナログ信号101に重畳するノイズによる影響を抑えるので、等価的なS/N比が2倍改善されるものである。
【0008】
上記従来の2値化回路は、移相器31による移相動作、ダイオード32と33による導通遮断動作、及び、コンパレータ36と37によるしきい値判別動作に際して、これらの要素の特性変動の影響を受ける。つまり、移相器31の移相特性、ダイオード32と33の順方向電圧降下特性、及び、コンパレータ36と37のしきい値判別特性は、温度変化や経年変化等により影響を受ける。このため、安定な2値化動作を長期間維持できないという問題がある。
【0009】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、周囲温度の変化や経年変化に際してもハザードやグリッチによる影響を受けない安定な2値化動作を維持できる2値化回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の2値化回路は、入力アナログ信号と所定の基準電圧とを比較し、その比較結果を非反転出力端子及び反転出力端子に出力するコンパレータと、前記非反転出力端子及び反転出力端子の信号を夫々所定時間遅延させる第1及び第2の遅延素子と、データ端子が所定の電源ラインに、クロック端子が前記コンパレータの非反転出力端子に、リセット端子が前記第1の遅延素子の出力に夫々接続された第1のD型フリップフロップと、データ端子が所定の電源ラインに、クロック端子が前記コンパレータの反転出力端子に、リセット端子が前記第2の遅延素子の出力に夫々接続された第2のD型フリップフロップと、セット端子が前記第1のD型フリップフロップの出力に、リセット端子が前記第2のD型フリップフロップの出力に夫々接続されたR−Sフリップフロップとを備えることを特徴とする。
【0011】
本発明の2値化回路は、第1又は第2のD型フリップフロップが、入力アナログ信号の半周期毎に、一方がラッチ動作を他方がリセット動作を繰り返し行い、1つのコンパレータのしきい値判別動作に基づく単純な2値化動作が行えるので、周囲温度の変化や経年変化に際してもハザードやグリッチによる影響を受けない安定な2値化動作を維持できる。
【0012】
本発明の2値化回路では、前記所定時間が、前記入力アナログ信号の半周期より小さいことが好ましい。この場合、一般に2値化動作に影響を与えるハザード又はグリッチは、入力アナログ信号の半周期毎に発生するので、安定な2値化動作が最適に行われる。
【0013】
前記第1及び第2のD型フリップフロップは、非同期のリセット動作を行うことも本発明の好ましい態様である。この場合、双方のD型フリップフロップがハザード又はグリッチの影響を受ける所定時間内には、一方のD型フリップフロップがラッチ動作を数回行い、他方のD型フリップフロップがリセット動作を継続的に行う。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例に基づいて、本発明の2値化回路について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態例の2値化回路の回路図である。2値化回路は、コンパレータ1、電圧源2、D型フリップフロップ3(第1のD型フリップフロップ)、4(第2のD型フリップフロップ)、R−Sフリップフロップ5、ディレイライン6(第1の遅延素子)、7(第2の遅延素子)で構成される。
【0015】
D型フリップフロップ3及び4は、クロック入力端子の立上りで、ラッチ動作を行うエッジトリガード方式であり、非同期のリセット動作を行う。D型フリップフロップ3及び4のラッチ動作は、クロック入力端子の立上りで、データ入力端子の信号をラッチ内容としてラッチする。
【0016】
ディレイライン6及び7は、入力するパルス信号を遅延時間Tαだけ遅らせ、出力する。電圧源2は、予め設定された基準電圧Vrを発生する。
【0017】
2値化回路の入力端子は、コンパレータ1の非反転入力端子に接続される。コンパレータ1の反転入力端子は、電圧源2を介してグランドに接続される。コンパレータ1の非反転出力端子は、D型フリップフロップ3のクロック入力端子に接続され、ディレイライン6を介してD型フリップフロップ3のリセット入力端子に接続される。D型フリップフロップ3のデータ入力端子は、電源電圧Vccに接続される。D型フリップフロップ3のデータ出力端子は、R−Sフリップフロップ5のセット入力端子に接続される。
【0018】
コンパレータ1の反転出力端子は、D型フリップフロップ4のクロック入力端子に接続され、ディレイライン7を介してD型フリップフロップ4のリセット入力端子に接続される。D型フリップフロップ4のデータ入力端子は、電源電圧Vccに接続される。D型フリップフロップ4のデータ出力端子は、R−Sフリップフロップ5のリセット入力端子に接続される。R−Sフリップフロップ5のデータ出力端子は、2値化回路の出力端子に接続される。
【0019】
図示されないセンサは、入力アナログ信号101を2値化回路の入力端子に入力する。コンパレータ1は、入力アナログ信号101と基準電圧Vrとを比較し、非反転出力端子から比較結果信号102をD型フリップフロップ3及びディレイライン6に入力し、反転出力端子から比較結果信号103をD型フリップフロップ4及びディレイライン7に入力する。
【0020】
コンパレータ1は、入力アナログ信号101の電圧が基準電圧Vrより大きいと、比較結果信号102をHレベルにし、入力アナログ信号101の電圧が基準電圧Vrより小さいと、比較結果信号102をLレベルにする。比較結果信号103は、比較結果信号102の反転信号である。
【0021】
ディレイライン6は、比較結果信号102を遅延時間Tαだけ遅らせて遅延信号104を発生し、D型フリップフロップ3に入力する。ディレイライン7は、比較結果信号103を遅延時間Tαだけ遅らせて遅延信号105を発生し、D型フリップフロップ4に入力する。
【0022】
遅延時間Tαは、ハザード又はグリッチが発生するグリッチ発生期間Tgより長く、入力アナログ信号101の半周期より短い時間が設定される。
【0023】
D型フリップフロップ3は、比較結果信号102の立上りで、ラッチ動作によりデータ入力端子のHレベル状態をラッチし、遅延信号104がHレベルになると、非同期のリセット動作によりラッチ内容をLレベル状態にクリアして、データ出力端子からラッチ内容に応じたラッチ信号106をR−Sフリップフロップ5に入力する。
【0024】
D型フリップフロップ4は、比較結果信号103の立上りで、ラッチ動作によりデータ入力端子のHレベル状態をラッチし、遅延信号105がHレベルになると、非同期のリセット動作によりラッチ内容をLレベル状態にクリアして、データ出力端子からラッチ内容に応じたラッチ信号107をR−Sフリップフロップ5に入力する。
【0025】
R−Sフリップフロップ5は、非同期のセット動作及びリセット動作を行い、データ出力端子から2値化信号108を2値化回路の出力端子に入力する。
【0026】
図2は、図1の2値化回路の動作を示す各信号のタイムチャートである。時刻t1及びt3は、上昇及び下降する入力アナログ信号101が基準電圧Vrと夫々等しくなる時刻である。時刻t2及びt4は、時刻t1及びt3から遅延時間Tαだけ夫々経過した時刻である。
【0027】
時刻t1では、入力アナログ信号101は、上昇する過程で基準電圧Vrを越える。コンパレータ1は、比較結果信号102をLレベルからHレベルに変化させ、比較結果信号103をHレベルからLレベルに変化させる。
【0028】
センサからの入力アナログ信号101は、微弱であり伝送経路上でノイズが混入する。入力アナログ信号101は、ノイズが重畳することにより、電圧が上下に変動するので、基準電圧Vrを数回通過する。
【0029】
ハザード又はグリッチは、比較結果信号102及び103の時刻t1、t3、及び、t5の直後からグリッチ発生期間Tgに発生し、遅延信号104及び105の時刻t2及びt4の直後からのグリッチ発生期間Tgに発生する。
【0030】
比較結果信号102は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Hレベルの状態で安定する。遅延信号104は、遅延時間Tαの間、Lレベルの状態で安定する。
【0031】
D型フリップフロップ3は、比較結果信号102の1回目の立上りでラッチ動作を行い、ラッチ信号106をLレベルからHレベルに変化させ、グリッチ発生期間Tgが経過するまで、2回目以降の立上りでラッチ動作を行うが、1回目の立上りと同様にHレベルの状態がラッチされるので、ラッチ内容が変化しない。
【0032】
比較結果信号103は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Lレベルの状態で安定する。遅延信号105は、遅延時間Tαの間、Hレベルの状態で安定する。
【0033】
D型フリップフロップ4は、非同期のリセット動作により、ラッチ内容が変化せずにラッチ信号107をそのままLレベルに維持する。
【0034】
R−Sフリップフロップ5は、非同期のセット動作により2値化信号108をLレベルからHレベルに変化させる。
【0035】
時刻t2では、ディレイライン6は、比較結果信号102を遅延時間Tαだけ遅らせ、遅延信号104をLレベルからHレベルに変化させる。ディレイライン7は、比較結果信号103を遅延時間Tαだけ遅らせ、遅延信号105をHレベルからLレベルに変化させる。
【0036】
比較結果信号102は、Hレベルの状態で安定する。遅延信号104は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Hレベルの状態で安定する。
【0037】
D型フリップフロップ3は、1回目の立上りで非同期のリセット動作により、ラッチ信号106をHレベルからLレベルに変化させ、グリッチ発生期間Tgが経過するまで、2回目以降の立上りでリセット動作を行うが、1回目の立上りと同様に非同期のリセット動作が行われる。
【0038】
比較結果信号103は、Lレベルの状態で安定する。遅延信号105は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Lレベルの状態で安定する。
【0039】
D型フリップフロップ4は、1回目の立上りで非同期のリセット動作により、ラッチ信号107をそのままLレベルに維持し、グリッチ発生期間Tgが経過するまで、2回目以降の立上りでリセット動作を行うが、1回目の立上りと同様に非同期のリセット動作が行われる。
【0040】
時刻t3では、入力アナログ信号101は、下降する過程で基準電圧Vrを越える。コンパレータ1は、比較結果信号102をHレベルからLレベルに変化させ、比較結果信号103をLレベルからHレベルに変化させる。
【0041】
比較結果信号102は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Lレベルの状態で安定する。遅延信号104は、遅延時間Tαの間、Hレベルの状態で安定する。
【0042】
D型フリップフロップ3は、非同期のリセット動作により、ラッチ内容が変化せずにラッチ信号106をそのままLレベルに維持する。
【0043】
比較結果信号103は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Hレベルの状態で安定する。遅延信号105は、遅延時間Tαの間、Lレベルの状態で安定する。
【0044】
D型フリップフロップ4は、比較結果信号103の1回目の立上りでラッチ動作を行い、ラッチ信号107をLレベルからHレベルに変化させ、グリッチ発生期間Tgが経過するまで、2回目以降の立上りでラッチ動作を行うが、1回目の立上りと同様にHレベルの状態がラッチされるので、ラッチ内容が変化しない。
【0045】
R−Sフリップフロップ5は、非同期のリセット動作により2値化信号108をHレベルからLレベルに変化させる。
【0046】
時刻t4では、ディレイライン6は、遅延信号104をHレベルからLレベルに変化させる。ディレイライン7は、遅延信号105をLレベルからHレベルに変化させる。
【0047】
比較結果信号102は、Lレベルの状態で安定する。遅延信号104は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Lレベルの状態で安定する。
【0048】
D型フリップフロップ3は、1回目の立上りで非同期のリセット動作により、ラッチ信号106をそのままLレベルに維持し、グリッチ発生期間Tgが経過するまで、2回目以降の立上りでリセット動作を行うが、1回目の立上りと同様に非同期のリセット動作が行われる。
【0049】
比較結果信号103は、Hレベルの状態で安定する。遅延信号105は、LレベルからHレベルの立上りが数回発生し、グリッチ発生期間Tgが経過すると、Hレベルの状態で安定する。
【0050】
D型フリップフロップ4は、1回目の立上りで非同期のリセット動作により、ラッチ信号107をHレベルからLレベルに変化させ、グリッチ発生期間Tgが経過するまで、2回目以降の立上りでリセット動作を行うが、1回目の立上りと同様に非同期のリセット動作が行われる。
【0051】
D型フリップフロップ3及び4は、時刻t1〜t2及びt3〜t4に、一方がラッチ動作を他方がリセット動作を遅延時間Tαが経過するまで行い、時刻t2〜t3及びt4〜t5に、双方がラッチ動作を行わない。R−Sフリップフロップ5は、D型フリップフロップ3及び4の何れか一方が行うラッチ動作に基づいて、非同期のセット動作又はリセット動作を行うので、ハザード又はグリッチによる影響の無い2値化信号108を発生する。
【0052】
上記実施形態例によれば、第1又は第2のD型フリップフロップが、入力アナログ信号の半周期毎に、一方がラッチ動作を他方がリセット動作を繰り返し行い、1つのコンパレータのしきい値判別動作に基づく単純な2値化動作が行えるので、周囲温度の変化や経年変化に際してもハザードやグリッチによる影響を受けない安定な2値化動作を維持できる。
【0053】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の2値化回路は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した2値化回路も、本発明の範囲に含まれる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の2値化回路では、第1又は第2のD型フリップフロップが、入力アナログ信号の半周期毎に、一方がラッチ動作を他方がリセット動作を繰り返し行い、1つのコンパレータのしきい値判別動作に基づく単純な2値化動作が行えるので、周囲温度の変化や経年変化に際してもハザードやグリッチによる影響を受けない安定な2値化動作を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例の2値化回路の回路図である。
【図2】図1の2値化回路の動作を示す各信号のタイムチャートである。
【図3】特開平8−285528号公報に記載の2値化回路の回路図である。
【符号の説明】
1、36、37 コンパレータ
2 電圧源
3 D型フリップフロップ(第1のD型フリップフロップ)
4 D型フリップフロップ(第2のD型フリップフロップ)
5、38 R−Sフリップフロップ
6 ディレイライン(第1の遅延素子)
7 ディレイライン(第2の遅延素子)
31 移相器
32、33 ダイオード
34、35 抵抗
101 入力アナログ信号
102、103、112、113 比較結果信号
104、105 遅延信号
106、107 ラッチ信号
108 2値化信号
109 移相信号
110 下降ゼロ交差信号
111 上昇ゼロ交差信号
Claims (3)
- 入力アナログ信号と所定の基準電圧とを比較し、その比較結果を非反転出力端子及び反転出力端子に出力するコンパレータと、
前記非反転出力端子及び反転出力端子の信号を夫々所定時間遅延させる第1及び第2の遅延素子と、
データ端子が所定の電源ラインに、クロック端子が前記コンパレータの非反転出力端子に、リセット端子が前記第1の遅延素子の出力に夫々接続された第1のD型フリップフロップと、
データ端子が所定の電源ラインに、クロック端子が前記コンパレータの反転出力端子に、リセット端子が前記第2の遅延素子の出力に夫々接続された第2のD型フリップフロップと、
セット端子が前記第1のD型フリップフロップの出力に、リセット端子が前記第2のD型フリップフロップの出力に夫々接続されたR−Sフリップフロップとを備えることを特徴とする2値化回路。 - 前記所定時間が、前記入力アナログ信号の半周期より小さい、請求項1に記載の2値化回路。
- 前記第1及び第2のD型フリップフロップは、非同期のリセット動作を行う、請求項1又は2の何れかに記載の2値化回路。
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