JP4195520B2 - Phase measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの信号間の位相差を測定する位相測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、信号間の位相差を測定する方式として、排他的論理和回路方式とフリップフロップ方式とが用いられている。排他的論理和方式は、位相差を測定する2つの信号をそれぞれ受ける2つの波形成形回路と、これらの2つの波形成形された信号を2つの入力に受ける排他的論理和ゲートと、このゲートの出力を受ける積分回路と、そして積分出力を受けるメータと、から構成されている。この回路方式では、2つの波形成形出力の排他的論理和を取るため、一方の波形のみがハイとなる期間の長さに比例した値を位相差としてメータ表示している。
【0003】
一方、フリップフロップ方式では、同じく、位相差を測定すべき2つの信号をそれぞれ受ける2つの波形成形回路と、波形成形回路の一方の出力をセット端子に受け他方の出力をリセット端子に受けるRSフリップフロップと、このフリップフロップのQ出力を受ける積分回路と、積分出力を受けるメータと、から構成されている。このフリップフロップ方式では、2つの波形成形出力の一方の前縁(または後縁)から他方の前縁(または後縁)までの期間の長さに関係した値を位相差としてメータ表示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の排他的論理和回路方式は、回路が簡単でしかもノイズに強いという利点があるが、測定信号の波形の形状すなわちその波形成形信号のデューティー比の変動により位相差の測定誤差が発生するという欠点がある。また、排他的論理和ゲートの出力が、位相差の絶対値のみに関係しているため、位相の遅れ進みの判別ができない。
【0005】
一方、上記従来のフリップフロップ方式においては、やはり回路が簡単であり、また波形のデューティー比による影響を受けず、また測定エッジ(前縁または後縁)の選択ができるという利点がある。しかし、RSフリップフロップのセット/リセットのタイミングがノイズの影響を受けて変動することがあるため、ノイズに対する考慮が必要となるという欠点がある。また、位相の遅れと進みとの間では、セットのタイミングとリセットのタイミングが前後に逆転するため、フリップフロップ出力が大きく変化し、したがって位相差が0度の付近でメータ出力が不安定となる欠点がある。
【0006】
したがって、本発明の目的は、簡単な回路で位相差の絶対値に加えて遅れ進みすなわち位相差の極性の検出が可能な、位相測定装置を提供することである。
【0007】
本発明の別の目的は、ノイズの影響を受けにくい位相測定装置を提供することである。
【0008】
本発明の別の目的は、位相差の連続的な変化に対し連続的に変化する位相差測定出力を発生できる位相測定装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明による位相測定装置は、イ)位相差を測定すべき第1と第2の入力信号を受けるように接続しており、それら信号の波形を成形した第1と第2の成形信号を発生する波形成形手段と、ロ)前記第1および第2の成形信号を受けるように接続しており、前記第1および第2の成形信号の間の位相差の絶対値に関係したパルス幅のパルスを含む第1論理信号を発生する位相差絶対値検出手段と、ハ)前記第1および第2の成形信号を受けるように接続しており、前記第1および第2の成形信号の間の位相差の極性を示す第2論理信号を発生する位相差極性検出手段と、ニ)前記第1論理信号と前記第2論理信号とを受けるように接続した結合論理手段であって、前記第2論理信号が正と負の内の一方の極性を示す場合にのみ、前記第1論理信号を第1出力論理信号として発生し、前記第2論理信号が正と負の内の他方の極性を示す場合にのみ、前記第1論理信号を第2出力論理信号として発生する、前記の結合論理手段と、ホ)前記結合論理手段からの前記第1出力論理信号を受けるように接続しており、前記第1出力論理信号を積分してその結果を第1積分信号として発生する第1の積分手段と、ヘ)前記結合論理手段からの前記第2出力論理信号を受けるように接続しており、前記第2出力論理信号を積分してその結果を第2積分信号として発生する第2の積分手段と、ト)前記第1積分信号を受けるように接続した第1の入力と、前記第2積分信号を受けるように接続した第2の入力とを有し、前記第1積分信号と前記第2積分信号との差を表す差信号を発生する結合手段と、チ)前記差信号を受けるように接続しており、前記差信号に応答して前記位相差の指示を発生する表示手段と、から成る。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の1実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
図1は、本発明による位相測定装置であり、これは、大きく分けて、波形成形部1と、位相差絶対値/極性検出部2と、結合論理部3と、積分回路部4と、結合部5と、そして表示部6とで構成している。詳しくは、波形成形部1は、2つの波形成形回路10,12から成り、その各成形回路は、任意の既知の回路構成のものでよい。これら回路10,12はそれぞれ、位相差を測定すべき2つの入力Ain,Binを受ける入力を有しており、そしてその各々の出力には、波形を二値化して波形成形した成形出力As,Bsを発生する。
【0012】
次の位相差絶対値/極性検出部2は、排他的論理和ゲート20とD型フリップフロップ22とで構成している。排他的論理和ゲート20は、1つの入力が波形成形回路10の出力に接続して出力Asを受け、また別の入力が波形成形回路12の出力に接続して出力Asを受ける。このゲート20は、出力に、それら2入力、すなわち出力As、Bsの排他的論理和演算の結果である位相差絶対値を表す出力Paを発生する。すなわち、出力Paは、出力Asと出力Bsの一方のみがハイのときにハイとなり、それ以外はローとなって、ハイの期間の長さでそれら出力の位相のずれの大きさを表す信号を形成する。D型フリップフロップ22は、D入力が成形回路10の出力に接続して出力Asを受け、CLK入力が成形回路12の出力に接続して出力Bsを受け、そしてQ出力には、位相差の極性を表す出力Ppを発生する。すなわち、出力Ppは、出力Bsの例えば前縁または立上りエッジのときに出力Asがハイのときハイとなって、基準入力Ainよりも入力Binが位相が遅れていること(すなわち、位相差極性が負)を示し、逆に、出力Bsの前縁または立上りエッジのときに出力Asがローのときローとなって、基準入力Ainよりも入力Binが位相が進んでいること(すなわち、位相差極性が正)を示す。
【0013】
次に、結合論理部3は、2つのANDゲート30,32と、1つのインバータとから成る論理回路で構成している。ANDゲート30,32は、各々の1つの入力が排他的論理和ゲート20の出力に接続して位相差絶対値出力Paを受け、そしてゲート30の他方の入力はインバータ34の出力に接続している。ゲート32の他方の入力は、インバータ34の入力と共にフリップフロップ22のQ出力に接続して位相差極性出力Ppを受けるようになっている。ANDゲート30は、位相差極性出力Ppがローのときすなわち進相状態を示すときのみ位相差絶対値出力Paを通過させることにより、進相量出力Pleadを発生する。一方、ANDゲート32は、位相差極性出力Ppがハイのときすなわち遅相状態を示すときのみ位相差絶対値出力Paを通過させることにより、遅相量出力Plagを発生する。
【0014】
次に、積分回路部4は、2つの積分回路40,42から構成しており、各積分回路は、任意の既知の回路構成のものでよい。積分回路40は、入力がANDゲート30の出力に接続して進相量出力Pleadを受け、そしてこれを積分した進相量積分出力Ileadをその出力に発生する。一方、積分回路42は、入力がANDゲート32の出力に接続して遅相量出力Plagを受け、そしてこれを積分した遅相量積分出力Ilagをその出力に発生する。
【0015】
次に、これら出力を受ける結合部5は、差動増幅器から成っており、これは、演算増幅器50と一群の抵抗器R1,R2,R3,R4とから成る構成のものである。詳しくは、演算増幅器50の反転入力は、抵抗器R1を介して積分回路42の出力に接続して出力Ilagを受けるようになっており、そして非反転入力は、抵抗器R3を介して積分回路40の出力に接続して出力Ileadを受けるようになっている。抵抗器R2は、演算増幅器の反転入力と出力との間に接続し、抵抗器R4は、非反転入力と接地との間に接続している。この差動増幅器は、R1−R4の値の設定により、反転入力と非反転入力のゲインを等しくしている。したがって、差動増幅器は、受ける2つの入力の間の差すなわち(Ilead−Ilag)をアナログ的に求め、そしてこの差に比例した位相差出力Pdを発生する。
【0016】
最後に、表示部6は、アナログ式で位相差の指示を行うメータ60で構成し、このメータは、結合部5からの位相差出力Pdを受ける入力を備えている。
【0017】
次に、図2を参照して、本発明による位相測定装置の動作について説明する。説明のため、基準となる正弦波の入力Ainに対し、入力Ainと同じ周期の正弦波入力Binが角度θだけ遅れているとする。この場合、波形成形部1は、所定のしきい値、本例では正弦波の中間値である0ボルトで二値化することにより波形成形する。したがって、これら成形波形As,Bsのデューティー比は50%である。この結果、次の排他的論理和ゲート20では、入力Ainの周期を基準にしたとき、0度〜θ度と180度〜(180+θ)度の間ハイとなる出力Paを発生する。また、フリップフロップ22は、CLK端子の成形出力Bsの前縁時すなわち立上り時に成形入力Asが正であるため、位相差極性出力Ppは位相の遅れを示すハイとなる。出力Ppがハイのときには、ANDゲート30は閉じて、進相量出力Pleadはローなる一方、ゲート32が開いて、位相差絶対値出力Paが遅相量出力Plagとなる。これにより、積分出力Ileadはゼロとなり、積分出力Ilagは、正のある値を取る。このとき、差動増幅器の出力Pdは、積分出力Ilagに比例した値となって、これが表す正の位相差をメータ60を指示する。
【0018】
一方、入力Ainに対し入力Binの位相が進んでいる場合には、上記の場合と逆になって、出力Ppがロー、ANDゲート32が閉じて遅相量出力Plagはローなる一方、ゲート30が開いて位相差絶対値出力Paが進相量出力Pleadとなり、また、積分出力Ilagはゼロ、積分出力Ileadは正のある値を取る。これにより、差動増幅器の出力Pdは、積分出力Ileadに比例した値となり、メータ60はその値が表す負の位相差を指示する。
【0019】
入力Ainと入力Binとが同相の場合には、出力Ppがわずかなタイミングの違いによりローまたはハイのいずれか一方となるため、ANDゲート30または32のいずれか一方が開く。しかし、同相の場合には、位相差絶対値出力Pa、PleadとPlagは完全にローあるいはほとんどローに留まり、したがって積分出力IleadとIlagはゼロまたはほぼゼロになる。この結果、差動増幅器の出力Pdしたがってメータ60が示す位相差もゼロまたはほぼゼロとなる。
【0020】
これにより、図3に示すように、位相差が負から正へあるいは正から負へとゼロを交差して連続的に変化するときでも、差動増幅器の出力Pdは連続的に変化し、ゼロを交差する連続的変化時においても、差動増幅器出力Pdに何ら不連続は生じない。このように、本発明の位相測定装置によれば、簡単な回路構成で、位相差の絶対値および極性について、不連続のない指示を提供する。
【0021】
以上に説明した本発明の実施例においては、以下のような変更が可能である。第1に、排他的論理和ゲート20とD型フリップフロップ22とは、これと等価の機能を果すものであれば、その他の任意の回路構成で実現してもよい。また、結合論理部も、2つのANDゲートと1つのインバータとで構成したが、これと等価の機能を果す任意のその他の回路構成で実現することも可能である。第2に、メータ60は、アナログ式ではなく、デジタル式の指示器とすることもできる。
【0022】
【発明の効果】
以上、本発明による位相測定装置によれば、結合論理部と結合部との組み合せにより、連続した位相差測定出力が発生可能である。また、位相差の絶対値検出と極性検出を行うことにより、位相差の遅れ進みの検出も可能となる。さらに、排他的論理和ゲートの使用により、ノイズの影響を受けにくい回路構成を実現している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による位相測定装置を示すブロック回路図。
【図2】図1の位相測定装置内に現れる出力の波形を示すタイミング図。
【図3】図1の位相測定装置における、差動増幅器出力とこれが表す位相差との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1:波形成形部
2:位相差絶対値/極性検出部
3:結合論理部
4:積分回路部
5:結合部
6:表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase measurement device that measures a phase difference between two signals.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for measuring a phase difference between signals, an exclusive OR circuit method and a flip-flop method are used. The exclusive OR method includes two waveform shaping circuits that respectively receive two signals for measuring a phase difference, an exclusive OR gate that receives these two waveform shaped signals at two inputs, An integrating circuit that receives the output and a meter that receives the integrated output. In this circuit system, in order to obtain an exclusive OR of two waveform shaping outputs, a value proportional to the length of a period during which only one waveform is high is displayed as a phase difference as a meter.
[0003]
On the other hand, in the flip-flop method, similarly, two waveform shaping circuits each receiving two signals whose phase difference is to be measured, and an RS flip-flop that receives one output of the waveform shaping circuit at the set terminal and the other output at the reset terminal And an integration circuit that receives the Q output of the flip-flop, and a meter that receives the integration output. In this flip-flop method, a value related to the length of a period from one leading edge (or trailing edge) to the other leading edge (or trailing edge) of two waveform shaping outputs is displayed as a phase difference by a meter. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned conventional exclusive OR circuit system has an advantage that the circuit is simple and resistant to noise, but a phase difference measurement error occurs due to a change in the waveform shape of the measurement signal, that is, the duty ratio of the waveform shaping signal. There is a drawback. Further, since the output of the exclusive OR gate is related only to the absolute value of the phase difference, it is not possible to determine the phase delay advance.
[0005]
On the other hand, the conventional flip-flop system has advantages that the circuit is simple, is not affected by the duty ratio of the waveform, and the measurement edge (leading edge or trailing edge) can be selected. However, the RS flip-flop set / reset timing may fluctuate due to the influence of noise, so that there is a drawback that it is necessary to consider noise. Also, since the set timing and reset timing are reversed back and forth between the phase lag and advance, the flip-flop output changes greatly, and therefore the meter output becomes unstable near a phase difference of 0 degrees. There are drawbacks.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a phase measuring apparatus capable of detecting the lag advance, that is, the polarity of the phase difference in addition to the absolute value of the phase difference with a simple circuit.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a phase measuring device that is less susceptible to noise.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a phase measurement device capable of generating a phase difference measurement output that continuously changes with respect to a continuous change in phase difference.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the phase measuring apparatus according to the present invention is connected to the first and second input signals to be measured for phase difference, and the first and second waveforms obtained by shaping the waveforms of these signals are provided. A waveform shaping means for generating a second shaping signal; b) an absolute value of a phase difference between the first and second shaping signals, connected to receive the first and second shaping signals; A phase difference absolute value detecting means for generating a first logic signal including a pulse having a pulse width related to (c), and c) receiving the first and second shaping signals, and connecting the first and second shaping signals. Phase difference polarity detection means for generating a second logic signal indicating the polarity of the phase difference between the shaping signals of the first and second signals; and d) coupling logic means connected to receive the first logic signal and the second logic signal. And the second logic signal indicates one of positive and negative polarity. Only when the first logic signal is generated as the first output logic signal and the second logic signal indicates the other of the positive and negative polarities, the first logic signal is generated as the second output logic signal. The coupling logic means generated as a signal; and e) connected to receive the first output logic signal from the coupling logic means, integrating the first output logic signal and obtaining the result as a first A first integrating means for generating an integrated signal; and f) connected to receive the second output logic signal from the coupling logic means, and integrating the second output logic signal to obtain a second result. A second integrating means for generating an integrated signal; and g) a first input connected to receive the first integrated signal, and a second input connected to receive the second integrated signal. , Representing the difference between the first integral signal and the second integral signal Coupling means for generating a signal, h) connected to receive said difference signal, and display means for generating an indication of the phase difference in response to said difference signal consists.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 shows a phase measuring apparatus according to the present invention, which is roughly divided into a waveform shaping unit 1, a phase difference absolute value /
[0012]
The next phase difference absolute value /
[0013]
Next, the
[0014]
Next, the integrating circuit unit 4 is composed of two integrating
[0015]
Next, the
[0016]
Finally, the
[0017]
Next, the operation of the phase measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. For explanation, it is assumed that a sine wave input B in having the same period as the input A in is delayed by an angle θ with respect to the reference sine wave input A in . In this case, the waveform shaping unit 1 performs waveform shaping by binarizing at a predetermined threshold value, 0 volt which is an intermediate value of a sine wave in this example. Therefore, the duty ratio of these shaping waveforms A s and B s is 50%. As a result, in the next exclusive OR
[0018]
On the other hand, when the phase of the input B in is advanced with respect to the input A in , the output P p is low, the AND
[0019]
When the input A in and the input B in are in phase, the output P p becomes either low or high due to a slight difference in timing, so that either the AND
[0020]
As a result, as shown in FIG. 3, even when the phase difference continuously changes from negative to positive or from positive to negative across zero, the output P d of the differential amplifier continuously changes. Even during continuous changes crossing zero, there is no discontinuity in the differential amplifier output P d . As described above, according to the phase measuring device of the present invention, an indication without discontinuity is provided for the absolute value and polarity of the phase difference with a simple circuit configuration.
[0021]
In the embodiment of the present invention described above, the following modifications are possible. First, the exclusive OR
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the phase measurement apparatus of the present invention, a continuous phase difference measurement output can be generated by combining the combination logic unit and the combination unit. In addition, by detecting the absolute value of the phase difference and detecting the polarity, it is possible to detect the lag advance of the phase difference. In addition, the use of an exclusive OR gate realizes a circuit configuration that is less susceptible to noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a phase measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing an output waveform appearing in the phase measuring apparatus of FIG. 1;
3 is a graph showing the relationship between the differential amplifier output and the phase difference represented by it in the phase measurement device of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1: Waveform shaping unit 2: Phase difference absolute value / polarity detection unit 3: Coupling logic unit 4: Integration circuit unit 5: Coupling unit 6: Display unit
Claims (5)
イ)位相差を測定すべき第1と第2の入力信号を受けるように接続しており、それら信号の波形を成形した第1と第2の成形信号を発生する波形成形手段と、
ロ)前記第1および第2の成形信号を受けるように接続しており、前記第1および第2の成形信号の間の位相差の絶対値に関係したパルス幅のパルスを含む第1論理信号を発生する位相差絶対値検出手段と、
ハ)前記第1および第2の成形信号を受けるように接続しており、前記第1および第2の成形信号の間の位相差の極性を示す第2論理信号を発生する位相差極性検出手段と、
ニ)前記第1論理信号と前記第2論理信号とを受けるように接続した結合論理手段であって、前記第2論理信号が正と負の内の一方の極性を示す場合にのみ、前記第1論理信号を第1出力論理信号として発生し、前記第2論理信号が正と負の内の他方の極性を示す場合にのみ、前記第1論理信号を第2出力論理信号として発生する、前記の結合論理手段と、
ホ)前記結合論理手段からの前記第1出力論理信号を受けるように接続しており、前記第1出力論理信号を積分してその結果を第1積分信号として発生する第1の積分手段と、
ヘ)前記結合論理手段からの前記第2出力論理信号を受けるように接続しており、前記第2出力論理信号を積分してその結果を第2積分信号として発生する第2の積分手段と、
ト)前記第1積分信号を受けるように接続した第1の入力と、前記第2積分信号を受けるように接続した第2の入力とを有し、前記第1積分信号と前記第2積分信号との差を表す差信号を発生する結合手段と、
チ)前記差信号を受けるように接続しており、前記差信号に応答して前記位相差の指示を発生する表示手段と、
を備えた位相測定装置。A phase measuring device comprising:
A) Waveform shaping means connected to receive the first and second input signals whose phase difference is to be measured, and which generates first and second shaping signals obtained by shaping the waveforms of these signals;
B) a first logic signal connected to receive the first and second shaped signals and including a pulse having a pulse width related to an absolute value of a phase difference between the first and second shaped signals; Phase difference absolute value detecting means for generating
C) Phase difference polarity detection means connected to receive the first and second shaping signals and generating a second logic signal indicating the polarity of the phase difference between the first and second shaping signals. When,
D) coupled logic means connected to receive the first logic signal and the second logic signal, and only when the second logic signal indicates one of positive and negative polarity; Generating one logic signal as a first output logic signal and generating the first logic signal as a second output logic signal only when the second logic signal indicates the other of the positive and negative polarities; A combination logic means of
E) first integrating means connected to receive the first output logic signal from the coupling logic means, integrating the first output logic signal and generating the result as a first integration signal;
F) second integration means connected to receive the second output logic signal from the coupling logic means, integrating the second output logic signal and generating the result as a second integration signal;
G) having a first input connected to receive the first integrated signal and a second input connected to receive the second integrated signal, the first integrated signal and the second integrated signal; Coupling means for generating a difference signal representative of the difference between
H) display means connected to receive the difference signal and generating an indication of the phase difference in response to the difference signal;
A phase measuring device.
前記結合手段は、前記第1の入力に接続した非反転入力と、前記第2の入力に接続した反転入力とを有する差動増幅器手段を備えたこと、
を特徴とする位相測定装置。The phase measuring device according to claim 1,
The coupling means comprises differential amplifier means having a non-inverting input connected to the first input and an inverting input connected to the second input;
A phase measuring device characterized by the above.
前記位相差絶対値検出手段は、前記第1成形信号を受ける第1の入力と、前記第2成形信号を受ける第2の入力と、前記第1と第2の成形信号の排他的論理和を表す排他的論理和信号を前記第1論理信号として発生する出力と、を有する排他的論理和ゲートを備えたこと、
を特徴とする位相測定装置。The phase measuring device according to claim 1 or 2,
The phase difference absolute value detecting means obtains an exclusive OR of a first input for receiving the first shaping signal, a second input for receiving the second shaping signal, and the first and second shaping signals. An exclusive OR gate having an output that generates an exclusive OR signal representing the first logic signal;
A phase measuring device characterized by the above.
前記位相差極性検出手段は、前記第1成形信号を受けるD入力と、前記第2成形信号を受けるCLK入力と、前記第2論理信号を発生するQ出力と、を有するD型フリップフロップを備えたこと、
を特徴とする位相測定装置。The phase measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The phase difference polarity detection means includes a D-type flip-flop having a D input for receiving the first shaping signal, a CLK input for receiving the second shaping signal, and a Q output for generating the second logic signal. Was it,
A phase measuring device characterized by the above.
前記結合論理手段は、
イ)前記第1論理信号を受けるように接続した第1の入力と、第2の入力と、出力と、を有する第1のANDゲートと、
ロ)前記第1論理信号を受けるように接続した第1の入力と、前記第2論理信号を受けるように接続した第2の入力と、出力と、を有する第2のANDゲートと、
ハ)前記第2論理信号を受けるように接続した入力と、前記第1ANDゲートの前記第2入力に接続した出力と、を有するインバータと、
を備えたこと、を特徴とする位相測定装置。The phase measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The combination logic means includes:
A) a first AND gate having a first input connected to receive the first logic signal, a second input, and an output;
B) a second AND gate having a first input connected to receive the first logic signal, a second input connected to receive the second logic signal, and an output;
C) an inverter having an input connected to receive the second logic signal and an output connected to the second input of the first AND gate;
A phase measuring device characterized by comprising:
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