JP4299785B2 - 信号の振幅を検出するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、信号の振幅を検出するための方法及び装置に関する。より具体的には、本発明は、バイナリ信号のような第１の信号レベル及び第２の信号レベルをもつ信号の振幅を決定する（determine，測定する）ための方法及び装置に関する。

この種類の信号は、通常、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの中間にある平均信号レベルをもつ。この平均信号レベルは、特に、第１のレベル及び第２のレベルがゼロボルトレベルについて対称であるとき、すなわち、第１のレベル及び第２のレベルがそれぞれ＋Ｖ及び−Ｖである場合は、ゼロボルトであり得る。上述された信号の振幅は、第１のレベルと第２のレベルとの間の差の半分として定義される。

多くの用途において、信号の振幅を簡単なやり方で決定することが必要であるか又は望ましい。更に、信号を処理する回路の任意の電源電圧（supply voltage,供給電圧）との互換性を保つために、平均信号レベルを基準として相対的に信号レベルを制御することが望ましい。平均信号レベルは、信号の直流（ＤＣ）成分を決定する。

従って、本発明の目的は、第１の信号レベル及び第２の信号レベルをもつ信号の振幅を決定するための方法であって、
上記信号からあらゆる直流成分を除去して、基準レベルに等しい平均レベルをもつ中間信号を生成するステップと、
中間信号をシフト量の分シフトして、基準レベルに等しい第１の信号レベルをもつシフトされた信号を生成するステップと、
上記シフト量を、信号の振幅の指標（indication，目安）として提供するステップと、
を含む方法を提供することにある。

第１の信号レベルが、好ましくは予め決められた基準レベルに等しくなるように、信号をシフトすることによって、平均信号レベルは、この信号の振幅に等しい量の分シフトされる。その結果、信号シフトの量は、信号の振幅を表す。

更に、平均信号レベルをシフトすることは、全ての信号レベルの制御を可能にし、それゆえ、信号レベルが適切な限界の範囲内にとどまることを可能にする。

好ましくは、シフト量は、シフトされた信号及び基準レベルに基づいて決定される。すなわち、信号シフトの量は、シフトされた信号自体及び基準レベルから得られる。これには、通常、フィードバックの使用を必要とする。

有利なことに、シフト量は継続的に決定される。このように、信号レベルは、何らかの変化する外的環境に関わりなく、正しい量の分シフトされ、信頼できる振幅測定が得られる。

元の信号がゼロに等しい直流レベルをもつ状況においては、信号からあらゆる直流成分を除去するステップが省略され得ることは理解されるであろう。

本発明は、更に、第１の信号レベル及び第２の信号レベルをもつ信号の振幅を決定するための装置であって、
上記信号からあらゆる直流成分を除去して、基準レベルに等しい平均レベルをもつ中間信号を生成するためのデカップリング回路と、
中間信号をシフト量の分シフトして、基準レベルに等しい第１の信号レベルをもつシフトされた信号を生成するためのシフト回路と、
上記シフト量を、上記信号の振幅の指標として提供するための出力端子と、
を有する装置を提供する。

このような装置は、上記に説明された方法と同じ発明の概念、すなわち、信号の振幅に等しい量にわたって信号レベルをシフトすることによって、振幅自体が得られるという発明の概念を採用する。

好ましくは、シフト回路が、シフトされた信号のパワーの指標及び基準レベルを受け取るように結合される、差動増幅器の出力に結合される。

有利なことに、信号パワー決定回路が、シフト回路と差動増幅器との間に結合される。

元の信号がゼロに等しい直流レベルをもつ状況においては、デカップリング回路が省略され得ることは理解されるであろう。

好ましい実施形態では、基準レベルが、正電源電圧のような電源電圧に等しい。但し、専用回路によって生成された基準レベルのような他の基準レベルが、使用されることもできる。

本発明は、添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して、以下に更に説明されるであろう。

図１に限定されない実施例として単に示される振幅検出器１は、デカップリング回路２と、シフト回路３と、出力端子４と、差動増幅器５と、信号パワー（power，電力）決定回路６と、入力端子７と、カップリング回路８と、を有している。

デカップリング回路２は、２つのキャパシタによって構成され、これらのキャパシタが、入力端子７に供給される信号に存在するあらゆる直流成分を除去する。シフト回路３については、それ自体が知られているけれども、有利な一実施形態が、図４を参照して下記に説明されるであろう。出力端子４は、差動増幅器５の出力に接続されている。差動増幅器５の各入力端子は、信号パワー決定回路６及び基準電圧Ｖ_ｒｅｆにそれぞれ接続されている。基準電圧は、便宜的に、この回路の電源電圧又は接地であり得る。

信号パワー決定回路６については、それ自体が知られているけれども、有利な一実施形態が、図４を参照して下記に説明されるであろう。信号パワー決定回路６は、信号を整流し、好ましくは、いわゆる、信号の実効値、つまり、信号に含まれるエネルギーに関してよく知られた測度（measure，大きさ）を決定する。２つの抵抗器によって構成されるカップリング回路８は、中間信号（すなわち、そこから直流成分が既に取り除かれている入力信号）を、差動増幅器５の非反転入力に結合させる。

図１の振幅検出器１の動作は、例示的な信号を示す図２及び図３を参照してここで説明されるであろう。

図２は、第１の（例えば、上部の）入力端子７に供給される第１の信号Ａと、第２の（例えば、下部の）入力端子７に供給される第２の信号Ｂと、を示している。これらの信号は、一緒に、入力信号Ｖ_ｉｎを構成する。図２から分かるように、第２の信号Ｂは、第１の信号Ａを逆にしたものであり、すなわち、第１の信号Ａと互いに逆位相の関係にある。あらゆる不要な複雑化を避けるために、 相補信号Ａ及びＢの平均信号レベル（直流成分）はゼロであると仮定される。

シフト回路３は、この特定の実施形態において、シフト回路に入力される制御信号Ｖ_ｃｏｎがゼロである場合、信号シフトが生じないように設けられている。図に示されるように、この実施形態では、制御信号Ｖ_ｃｏｎは差動増幅器５の出力電圧である。従って、信号パワー決定回路６の出力信号Ｖ_ｒｍｓが基準電圧Ｖ_ｒｅｆに等しい場合、信号シフトは無いであろう。

図３は、制御信号Ｖ_ｃｏｎが、最初に割り込みをかけられた後、 シフト回路３に入力（feed，フィード）されるときの信号レベルの推移（progression，プログレッション）を示す。この特定の実施例では、Ｖ_ｒｅｆがＶ_ｒｍｓより低い値をもつと仮定される。例えば、Ｖ_ｒｅｆはゼロボルト（接地）に等しい可能性がある。この実施例では、平均信号値は、最初のうち、Ｖ_ｒｅｆに等しい。

Ｖ_ｒｍｓがＶ_ｒｅｆより大きくなるのにつれて、差動増幅器５は、負の制御信号Ｖ_ｃｏｎを生成する。図３に示されるように、この負の制御信号Ｖ_ｃｏｎは、入力信号Ｖ_ｉｎの１周期後、シフト回路３に渡される（図２も参照）。これは、次に、入力信号に負の信号シフトを生じさせ、それゆえ、この信号自体の平均値を下げる。このことが、図３に示されている。数周期後、平均値は、制御信号Ｖ_ｃｏｎのレベルで安定化され、この絶対値が、まさに入力信号Ｖ_ｉｎの振幅である。それゆえに、出力端子４（図１参照）の信号は、信号振幅の信頼できる指標である。

図に示されるように、本発明の装置は比較的簡単であり、この装置のフィードバックループが継続的な調整を提供する限りは、例えば、振幅のいかなる変化をも追従することを可能にするか、又は温度変化のような何らかの不都合な環境影響を補償することを可能にする。

図４の実施形態は、図１の全ての回路を含む。デカップリング回路２は、ここでも、２つのキャパシタＣ１及びＣ２によって構成され、抵抗器Ｒ１及びＲ２が、カップリング回路８を構成する。シフト回路３は、トランジスタＴ３及びＴ４を含み、これらのトランジスタが、トランジスタＴ１及びＴ２のベース電圧に影響を及ぼし、次に入力信号を整流する。この信号の実効（Root Mean Square;RMS）値は、この回路の差動増幅器（「ゲイン」）部に結合された２つの抵抗器Ｒ３及びＲ４と、キャパシタＣ３と、によって実現される。当技術分野においてよく知られている電流源が、適切な電流Ｉを供給するために示されている。出力抵抗器Ｒ５は、出力端子４の出力信号Ｖ_ａｍｐを供給する。

上記に説明されたように、図１及び図４の振幅検出器１は、本発明の方法を具現化する。

本発明は、信号の平均信号レベル（直流レベル）を、最大信号値又は最小信号値が基準レベル（例えば、ゼロボルト）に等しい量の分シフトすることによって、この信号振幅の優れた指標がもたらされるという洞察に基づいている。本発明は、平均信号レベルのこのシフティングを実現する非常に効率的なやり方が、フィードバックループの使用によって行われるという他の洞察にも基づいている。

当業者であれば、本発明が上記に説明された実施形態に限定されるものではなく、多くの変更形態及び追加態様が、添付する特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく、作成されることが可能であることは理解されるであろう。

本発明による振幅検出器の回路図を概略的に示す図である。 図１の回路に加えられ得る入力信号を概略的に示す図である。 図１の回路によってもたらされる、図２の信号を概略的に示す図である。 本発明の振幅検出器の一実施形態を概略的に示す図である。

Claims (7)

1. 第１の信号レベル及び第２の信号レベルをもつ信号の振幅を決定するための方法であって、
   前記信号からあらゆる直流成分を除去して、基準レベルに等しい平均レベルをもつ中間信号を生成するステップと、
   前記中間信号をシフト量の分シフトして、前記基準レベルに等しい前記第１の信号レベルをもつシフトされた信号を生成するステップと、
   前記シフト量を、前記信号の前記振幅の指標として提供するステップと、
   を含む方法。
2. 前記シフトされた信号及び前記基準レベルが、前記シフト量を決定する、請求項１に記載の方法。
3. 前記シフト量が、継続的に決定される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 第１の信号レベル及び第２の信号レベルをもつ信号の振幅を決定するための装置であって、
   前記信号からあらゆる直流成分を除去して、基準レベルに等しい平均レベルをもつ中間信号を生成するためのデカップリング回路と、
   前記中間信号をシフト量の分シフトして、前記基準レベルに等しい前記第１の信号レベルをもつシフトされた信号を生成するためのシフト回路と、
   前記シフト量を、前記信号の前記振幅の指標として提供するための出力端子と、
   を有する装置。
5. 前記シフト回路が、前記シフトされた信号のパワーを示す信号及び前記基準レベルを受け取るように結合される、差動増幅器の出力に結合される、請求項４に記載の装置。
6. 信号パワー決定回路が、前記シフト回路と前記差動増幅器との間に結合される、請求項５に記載の装置。
7. 前記基準レベルが、電源電圧に等しい、請求項４、５又は６に記載の装置。

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