JP6653916B2

JP6653916B2 - 位相検出回路及び弾性表面波センサ

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Publication number: JP6653916B2
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Inventors: 治長谷川
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Description

本発明は、弾性表面波（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ：ＳＡＷ）センサ等の出力信号のＩＱコンスタレーション形状を補正することで位相検出特性を改善する位相検出回路及び弾性表面波センサに関する。

ＳＡＷセンサは、水晶などの圧電性基板の表面上に、櫛型電極（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＤＴ）及び弾性表面波素子が配置されたセンサであり、例えば、液体の濃度、粘性率、導電率、誘電率等の特性を測定するために用いられるものである。すなわち、対象物である液体をＳＡＷセンサの弾性表面波素子に滴下し、ＳＡＷセンサに入力信号を入力して、ＳＡＷセンサからの出力信号の振幅および位相を検出することで、液体の特性を測定する。

このようなＳＡＷセンサでは、ベースバンド信号がバースト回路にてバースト信号に変換されてＳＡＷセンサに入力され、ＳＡＷセンサから出力された信号に対して、受信回路にてアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換を行い、その後に直交検波されて２チャネルの信号として出力される位相検出回路が用いられている。

例えば、図４に示す位相検出回路１００は、入力されたＲＦ信号をローカル信号の周波数に従って直交検波を行う直交検波器１０１と、Ｉチャネル信号及びＱチャネル信号に対して所定の周波数帯域の信号を通過させるフィルタ１０２，１０３と、Ｉチャネル信号及びＱチャネル信号のアナログ／デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器１０４，１０５とを備えている。この位相検出回路１００では、ＳＡＷセンサから出力されたＲＦ信号が直交検波され、所定の周波数帯域の信号のみ通過されたＩチャネル信号、Ｑチャネル信号がそれぞれＡ／Ｄ変換され、出力されている。

また、図５に示す位相検出回路２００は、入力されたＲＦ信号とローカル信号とに対して乗算処理を行うミキサ２０１と、所定の周波数帯域の信号を通過させるフィルタ２０２と、入力信号のアナログ／デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器２０３と、Ａ／Ｄ変換された信号を直交検波する直交検波回路２０４とを備えている。この位相検出回路２００では、ＳＡＷセンサから出力されたＲＦ信号が乗算処理により差分が検出され、所定の周波数帯域の信号のみ通過された入力信号がＡ／Ｄ変換され、変換後の信号が直交検波されてＩチャネルとＱチャネルとの２チャネルの出力信号としてそれぞれ出力されている。

ここで、このような位相検出回路１００，２００のＡ／Ｄ変換におけるサンプルレートは、通常、入力信号の２倍以上必要とされている。しかし、サンプルレートが高くなると回路構成が複雑になり、低消費電力化及び小型化が出来なくなる。そのため、アンダーサンプリングすることで出力信号の周波数よりも低いサンプルレートでデジタル変換を行うことが可能な弾性表面波センサの特性測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この弾性表面波センサの特性測定装置では、アンダーサンプリングを行う際に、直交検波回路の出力周波数がサンプルレートの１／４に設定されている。すなわち、図５において、直交検波回路２０４の出力周波数がｆｓ／４になるように構成されている。この直交検波回路２０４は、一定周期ごとに出力される制御信号に従って、位相が０°の場合に正の同相成分に、９０°の場合に正の直交成分に、１８０°の場合に負の同相成分に、２７０°の場合に負の直交成分にそれぞれ分け、それぞれの制御信号のときの出力値を用いて直交検波を行うものである。これにより、演算精度の低下を招くことなく数値制御発信器や乗算器を省略することが可能になり、簡易な構成の直交検波回路を実現するものである。

特開２０１５−０８７２７１号公報

ところで、図４及び図５に示すような位相検出回路１００，２００では、例えば、図６に示すようなＩ軸とＱ軸とを有する座標系において、Ｉチャネル信号がＩ軸に、Ｑチャネル信号がＱ軸にそれぞれ表現されるＩＱコンスタレーションＬ１０のように、４５°の箇所と２２５°の箇所において強くなり、１３５°の箇所と３１５°の箇所において弱くなり、全体として斜めに偏りのある楕円形の形状に出力されることがある。また、図７に示すようなＩＱコンスタレーションＬ２０のように、９０°の箇所と２７０°の箇所において強くなり、０°の箇所と１８０°の箇所において弱くなり、全体として縦方向に偏りのある楕円形の形状に出力されることがある。これらのようなＩＱコンスタレーション形状の歪みは、例えば、直交度誤差、ＩＱゲインアンバランス、及びＤＣオフセット等の劣化要因によるものである。

そこで本発明は、上述のようなＩＱコンスタレーション形状の歪みを補正することにより、位相検出特性を改善する位相検出回路及び弾性表面波センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ＩチャネルとＱチャネルとの２チャネルの入力信号の特性が、Ｉ軸及びＱ軸の座標系に表現されるＩＱコンスタレーション形状を補正することで位相検出特性を改善する位相検出回路であって、前記Ｉチャネルから入力され、Ａ／Ｄ変換されたＩチャネル信号を２つ以上のＩチャネルパラレル信号に変換する第１のシリアルパラレル変換部と、前記Ｑチャネルから入力され、Ａ／Ｄ変換されたＱチャネル信号を２つ以上のＱチャネルパラレル信号に変換する第２のシリアルパラレル変換部と、前記２つ以上のＩチャネルパラレル信号及び前記２つ以上のＱチャネルパラレル信号を、それぞれ所定の位相角度だけシフトさせる１つ以上の位相シフト部と、前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｉチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｉチャネルパラレル信号を合成する第１の合成部と、前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｑチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｑチャネルパラレル信号を合成する第２の合成部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、入力信号が直交検波されてＩチャネルとＱチャネルとの２チャネルに変換された信号の特性が、Ｉ軸及びＱ軸の座標系に表現されるＩＱコンスタレーション形状を補正することで位相検出特性を改善する位相検出回路であって、Ａ／Ｄ変換された前記入力信号を２つ以上のパラレル信号に変換するシリアルパラレル変換部と、前記２つ以上のパラレル信号を直交検波して２つ以上のＩチャネルパラレル信号及び２つ以上のＱチャネルパラレル信号に変換する複数の直交検波部と、前記２つ以上のＩチャネルパラレル信号及び前記２つ以上のＱチャネルパラレル信号を、それぞれ所定の位相角度だけシフトさせる１つ以上の位相シフト部と、前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｉチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｉチャネルパラレル信号を合成する第１の合成部と、前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｑチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｑチャネルパラレル信号を合成する第２の合成部と、を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の位相検出回路において、前記直交検波部が出力するＩチャネルパラレル信号及びＱチャネルパラレル信号の出力周波数は、前記入力信号のサンプルレートの１／ｍ（ｍは整数）である、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、所定の周波数の連続信号を出力する信号発生器と、前記連続信号を断続したバースト信号に変換して出力するバースト回路と、前記バースト信号の入力により弾性表面波を発生させ、測定対象物が滴下され、前記弾性表面波を伝搬させて電気信号に変換して測定信号を出力する弾性表面波素子と、前記測定信号から前記測定対象物の特性を算出する受信回路と、を備え、前記受信回路は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の位相検出回路を備えた、ことを特徴とする弾性表面波センサである。

本願発明者は、上述の位相検出回路のシミュレーション解析及び実験によって、入力信号を２つ以上のパラレル信号に変換し、所定の位相角度だけシフトし、位相角度がシフトされた１つ以上の入力信号とシフトされていない入力信号とを合成することにより、ＩＱコンスタレーション形状の歪みを補正することで位相検出特性を改善することが可能であることを確認した。

請求項１、及び請求項２に記載の発明によれば、シリアルパラレル変換部により入力信号が２つ以上の信号に変換され、１つ以上の位相シフト部により所定の位相角度だけシフトされ、位相角度がシフトされた１つ以上の入力信号とシフトされていない入力信号とが第１の合成部及び第２の合成部により合成される。そのため、信号の偏りが均一化されてＩＱコンスタレーション形状の歪みが補正されることにより、位相検出特性を改善することが可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、例えば、０°〜３６０°の位相内において、バースト回路にて位相が０°、（３６０／ｍ）°、２＊（３６０／ｍ）°、・・・、（ｍ−１）＊（３６０／ｍ）°（ｍは整数）のときにバースト信号を送信し、受信回路にてｍ個のバースト信号を１セットにして直交検波を行い、または１つのバースト信号の中で（３６０／ｍ）°ごとにサンプリングを行って直交検波を行ったり、１つのバースト信号の中で任意の周期ごとに０°、（３６０／ｍ）°、２＊（３６０／ｍ）°、・・・、（ｍ−１）＊（３６０／ｍ）°のサンプリングを行って直交検波を行ったりすることで、最終的に位相を算出することにより、出力周波数をサンプルレートの１／ｍにし、演算精度の低下を招くことなく数値制御発信器や乗算器を省略することが可能になるので、簡易な構成にてＩＱコンスタレーション形状の歪みが補正することが可能になる。

請求項４に記載の発明によれば、入力信号のＩＱコンスタレーション形状の歪みを補正することで位相検出特性を改善することが可能になるので、精度の高い測定を行える弾性表面波センサを提供することが出来る。

この発明の実施の形態１に係る弾性表面波センサ１の概略を示す構成図である。図１の位相検出回路６１として使用される位相検出回路１０を示す構成図（ａ）、及び出力信号のＩＱコンスタレーションＬ１を示すグラフ（ｂ）である。この発明の実施の形態２に係る、図１の位相検出回路６１として使用される位相検出回路２０を示す構成図（ａ）、及び出力信号のＩＱコンスタレーションＬ２を示すグラフ（ｂ）である。従来例に係る位相検出回路１００を示す構成図である。従来例に係る位相検出回路２００を示す構成図である。従来例に係る出力信号のＩＱコンスタレーションＬ１０を示すグラフである。従来例に係る出力信号のＩＱコンスタレーションＬ２０を示すグラフである。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
この発明の実施の形態１に係る弾性表面波センサ１は、ＳＡＷを利用して、例えば液体の濃度、粘性率、導電率、誘電率等の特性を測定するために使用される装置であり、測定対象物である液体を滴下し、入力信号を入力して出力信号の振幅および位相を検出することで、液体の特性を測定するセンサである。このような弾性表面波センサ１は、図１に示すように、主として信号発生器２と、増幅器３と、バースト回路４と、弾性表面波素子５と、受信回路６とを備えている。

信号発生器２は、正弦波の高周波信号のように所定周波数の連続する信号を発生し、この信号を電気信号として出力する装置である。増幅器３は、信号発生器２からの電気信号を増幅して出力する装置であり、信号発生器２の出力方向に接続されている。バースト回路４は、増幅器３から電気信号を受け取ると、連続する電気信号を断続した電気信号に変換し、バースト信号として出力する回路であり、増幅器３の出力方向に接続されている。

弾性表面波素子５は、バースト回路４からバースト信号が入力されるとＳＡＷが発生し、ＳＡＷの伝搬路に液状の検体を滴下するとＳＡＷの表面波速度や位相が変化するので、この値を検出することで検体の抗原の濃度等を測定することが可能な装置である。このような弾性表面波素子５は、２つのＩＤＴ及び伝搬路を備え、バースト回路４の出力方向に接続されている。

受信回路６は、弾性表面波素子５から出力された、正弦波の高周波信号のような所定周波数の連続する測定信号から、表面波速度の速度変化や位相の変化を検出し、液体の濃度、粘性率、導電率、誘電率等の特性を算出する装置である。この受信回路６は、位相検出回路６１を有している。位相検出回路６１は、入力信号に対してＡ／Ｄ変換を行い、入力信号を２つ以上の信号に変換して所定の位相角度だけシフトし、２つ以上の信号を合成して出力する回路である。

このような位相検出回路６１として、例えば、図２（ａ）に示す位相検出回路１０が使用される。この位相検出回路１０は、ＳＡＷセンサから出力されたＲＦ信号を直交検波し、フィルタリング及びＡ／Ｄ変換、２つ以上の信号への変換、所定の位相角度のシフトを行い、それぞれ合成してＩチャネルとＱチャネルとの２チャネル信号を出力する回路であり、主として直交検波器１１と、フィルタ１２１，１２２と、Ａ／Ｄ変換器１３１，１３２と、シリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換器（第１のシリアルパラレル変換部）１４１及びＳ／Ｐ変換器（第２のシリアルパラレル変換部）１４２と、位相シフト回路（位相シフト部）１５２，・・・，１５ｎ（ｎは整数）と、合成回路（第１の合成部）１６１と、合成回路（第２の合成部）１６２と、乗算器１７１，１７２とを備えている。

直交検波器１１は、弾性表面波素子５から出力されたＲＦ信号をローカル信号のサンプルレートに従って直交検波して、ＩチャネルとＱチャネルとの２チャネルからなる複素ベースバンド信号に変換する回路である。フィルタ１２１，１２２は、Ｉチャネル信号及びＱチャネル信号に対して所定の周波数帯域の信号のみ通過させる回路であり、直交検波器１１の出力側に、フィルタ１２１にはＩチャネル信号が入力され、フィルタ１２２にはＱチャネル信号が入力されるように配置されている。

Ａ／Ｄ変換器１３１，１３２は、フィルタ１２１，１２２から出力された出力信号を、オーバーサンプリングして所定のサンプルレートでデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器であり、Ａ／Ｄ変換器１３１にはＩチャネル信号が入力され、Ａ／Ｄ変換器１３２にはＱチャネル信号が入力されるように配置されている。Ｓ／Ｐ変換器１４１，１４２は、１つのシリアル信号を複数のパラレル信号に変換するシリアルパラレル変換器である。Ｓ／Ｐ変換器１４１は、Ａ／Ｄ変換器１３１の出力側に配置され、Ｉチャネル信号が入力されて２つ以上のＩチャネルパラレル信号が出力する装置である。Ｓ／Ｐ変換器１４２は、Ａ／Ｄ変換器１３２の出力側に配置され、Ｑチャネル信号が入力されて２つ以上のＱチャネルパラレル信号が出力する装置である。

位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎは、入力された信号を所定の位相角度、例えば、９０°だけシフトする回路であり、Ｓ／Ｐ変換器１４１，１４２の出力側に所定の整数ｎ個配置されている。この所定の位相角度は、後述するように、出力されるＩＱコンスタレーション形状の歪みにより決定される。この位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎは、Ｓ／Ｐ変換器１４１が出力する２つ以上のＩチャネルパラレル信号のうちの１信号と、Ｓ／Ｐ変換器１４２が出力する２つ以上のＱチャネルパラレル信号のうちの１信号とがそれぞれ入力されるように配置されている。

合成回路１６１，１６２は、入力された複数の信号を合成する回路である。合成回路１６１は、Ｓ／Ｐ変換器１４１及び位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎの出力側に配置され、Ｓ／Ｐ変換器１４１から出力されたＩチャネルパラレル信号のうちの１信号と、位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎからそれぞれ出力されたＩチャネルパラレル信号とが入力されて合成されたＩチャネル信号を出力する装置である。合成回路１６２は、Ｓ／Ｐ変換器１４２及び位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎの出力側に配置され、Ｓ／Ｐ変換器１４２から出力されたＱチャネルパラレル信号のうちの１信号と、位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎからそれぞれ出力されたＱチャネルパラレル信号とが入力されて合成されたＱチャネル信号を出力する装置である。

乗算器１７１，１７２は、入力された信号の出力を所定の割合（例えば、１／ｎ）で減少させる装置である。乗算器１７１は、合成回路１６１の出力側に配置されて合成回路１６１から出力されたＩチャネル信号を１／ｎに減少させる装置である。乗算器１７２は、合成回路１６２の出力側に配置されて合成回路１６２から出力されたＱチャネル信号を１／ｎに減少させる装置である。なお、この乗算器１７１，１７２は必須の構成ではなく、合成回路１６１，１６２から出力される合成されたＩチャネル信号及びＱチャネル信号で問題なければ、なくても良い。

次に、この位相検出回路１０の作用等について説明する。

本願発明者は、上述の位相検出回路１０のシミュレーション解析及び実験によって、入力されたＩチャネル信号及びＱチャネル信号を２つ以上のＩチャネルパラレル信号及びＱチャネルパラレル信号に変換し、所定の位相角度、例えば９０°だけシフトし、位相角度がシフトされた１つ以上のＩチャネルパラレル信号及びＱチャネルパラレル信号とシフトされていないＩチャネルパラレル信号及びＱチャネルパラレル信号とをそれぞれ合成することにより、ＩＱコンスタレーション形状の歪みを補正することで位相検出特性を改善することが可能であることを確認した。この結果について、図２（ｂ）を用いて説明する。

例えば、図６に示すＩＱコンスタレーションＬ１０は、４５°の箇所と２２５°の箇所において強くなり、１３５°の箇所と３１５°の箇所において弱くなり、全体として右上、左下方向に偏りのある楕円形の形状を有している。このようなＩＱコンスタレーションＬ１０は、４５°の箇所と２２５°の箇所において弱くなり、１３５°の箇所と３１５°の箇所において強くなり、全体として左上、右下方向に偏りのある楕円形の形状の信号と合成することにより、全体として略円形になると考えられる。そこで、図２（ａ）に示す位相検出回路１０のように、Ｓ／Ｐ変換器１４１，１４２を備えることで、入力信号が２つ以上の信号に変換され、位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎを備えることで、４５°の箇所と２２５°の箇所において強くなっている信号と、位相が９０°シフトされて４５°の箇所と２２５°の箇所において弱くなっている信号とが出力され、これらの信号が合成回路１６１，１６２によって合成されることにより、全体として均一な強さとなり、図２（ｂ）に示すＩＱコンスタレーションＬ１のように、略円形に出力されることになる。

また、図７に示すＩＱコンスタレーションＬ２０は、９０°の箇所と２７０°の箇所において強くなり、０°の箇所と１８０°の箇所において弱くなり、全体として縦方向に偏りのある楕円形の形状を有している。このようなＩＱコンスタレーションＬ２０は、９０°の箇所と２７０°の箇所において弱くなり、０°の箇所と１８０°の箇所において強くなり、全体として横方向に偏りのある楕円形の形状の信号と合成することにより、全体として略円形になると考えられる。そこで、図２（ａ）に示す位相検出回路１０のように、Ｓ／Ｐ変換器１４１，１４２を備えることで、入力信号が２つ以上の信号に変換され、位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎを備えることで、９０°の箇所と２７０°の箇所において強くなっている信号と、位相が９０°シフトされて９０°の箇所と２７０°の箇所において弱くなっている信号とが出力され、これらの信号が合成回路１６１，１６２によって合成されることにより、全体として均一な強さとなり、図２（ｂ）に示すＩＱコンスタレーションＬ１のように、略円形に出力されることになる。

以上のように、この位相検出回路１０によれば、Ｓ／Ｐ変換器１４１，１４２によって入力信号が２つ以上の信号に変換され、位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎによって、所定の位相角度、例えば４５°の箇所と２２５°の箇所において強くなっている信号と、位相がシフトされて４５°の箇所と２２５°の箇所において弱くなっている信号とが出力され、これらの信号が合成回路１６１，１６２によって合成され、全体として均一な強さとなり、ＩＱコンスタレーションＬ１のように、略円形の形状に出力される。これにより、ＩＱコンスタレーションＬ１０，Ｌ２０のような偏りをＩＱコンスタレーションＬ１のように補正することが可能になるので、位相検出特性を改善することが可能になる。

また、このような位相検出回路１０を備えることにより、弾性表面波センサ１は、精度の高い測定を行うことが可能になる。

（実施の形態２）
この発明の実施の形態２に係る弾性表面波センサ１は、位相検出回路６１として、例えば、図３（ａ）に示す位相検出回路２０が使用される点において、発明の実施の形態１と異なる。この位相検出回路２０は、ＳＡＷセンサから出力されたＲＦ信号を乗算処理、Ａ／Ｄ変換、２つ以上の信号への変換、直交検波、所定の位相角度だけシフトし、それぞれ合成してＩチャネルとＱチャネルとの２チャネル信号を出力する回路であり、主としてミキサ２１と、フィルタ２２と、Ａ／Ｄ変換器２３と、Ｓ／Ｐ変換器（シリアルパラレル変換部）２４と、直交検波器（直交検波部）２５１，２５２，・・・，２５ｎと、位相シフト回路（位相シフト部）２６２，・・・，２６ｎと、合成回路（第１の合成部）２７１と、合成回路（第２の合成部）２７２と、乗算器２８１，２８２とを備えている。

ミキサ２１は、弾性表面波素子５から出力されたＲＦ信号とローカル信号とに対して乗算処理を行い差分を検出する回路である。フィルタ２２は、検出された信号に対して所定の周波数帯域の信号のみ通過させる回路であり、ミキサ２１の出力側に配置されている。

Ａ／Ｄ変換器２３は、フィルタ２２から出力された出力信号を、オーバーサンプリングまたはアンダーサンプリングして所定のサンプルレートでデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器であり、フィルタ２２の出力側に配置されている。Ｓ／Ｐ変換器２４は、１つのシリアル信号を複数のパラレル信号に変換するシリアルパラレル変換器であり、Ａ／Ｄ変換器２３の出力側に配置され、Ａ／Ｄ変換された入力信号が入力されて２つ以上のパラレル信号に変換するシリアルパラレル変換器である。直交検波器２５１，２５２，・・・，２５ｎは、入力信号を直交検波してＩチャネル信号とＱチャネル信号に変換する装置であり、Ｓ／Ｐ変換器２４の出力側に所定の整数ｎ個配置され、Ｓ／Ｐ変換器２４から出力された２つ以上のパラレル信号がそれぞれ入力され、２つ以上のＩチャネルパラレル信号及び２つ以上のＱチャネルパラレル信号がそれぞれ出力する装置である。

なお、この直交検波器２５１，２５２，・・・，２５ｎは、直交検波回路の出力周波数がサンプルレートと同一のｆｓになっているが、前述のように、直交検波回路の出力周波数がサンプルレートの１／ｍ、すなわちｆｓ／ｍ（ｍは整数）になるように構成しても良い。これは、例えば、０°〜３６０°の位相内において、図１に示すバースト回路４にて位相が０°、（３６０／ｍ）°、２＊（３６０／ｍ）°、・・・、（ｍ−１）＊（３６０／ｍ）°のときにバースト信号を送信し、直交検波器２５１，２５２，・・・，２５ｎにてｍ個のバースト信号を１セットにして直交検波を行い、最終的に位相を算出することにより行われる。具体的には、例えば、ｍ＝４にし、０°〜３６０°の位相内において、バースト回路４にて位相が０°、９０°、１８０°、２７０°のときにバースト信号を送信し、直交検波器２５１，２５２，・・・，２５ｎにて４個のバースト信号を１セットにして直交検波を行う。なお、これ以外に、１つのバースト信号の中で（３６０／ｍ）°ごとにサンプリングを行って直交検波を行っても良く、さらに、１つのバースト信号の中で任意の周期ごとに０°、（３６０／ｍ）°、２＊（３６０／ｍ）°、・・・、（ｍ−１）＊（３６０／ｍ）°のサンプリングを行って直交検波を行っても良い。これにより、演算精度の低下を招くことなく数値制御発信器や乗算器を省略することが可能になり、簡易な構成にてＩＱコンスタレーション形状の歪みが補正することが可能になる。

位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎは、入力された信号を所定の位相角度、例えば９０°だけシフトする回路であり、直交検波器２５２，・・・，２５ｎの出力側に所定の整数（ｎ−１）個配置されている。この所定の位相角度は、後述するように、出力されるＩＱコンスタレーション形状の歪みにより決定される。この位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎは、直交検波器２５２，・・・，２５ｎが出力する２つ以上のＩチャネルパラレル信号のうちの１信号と、２つ以上のＱチャネルパラレル信号のうちの１信号とがそれぞれ入力されるように配置されている。

合成回路２７１，２７２は、入力された複数の信号を合成する装置である。合成回路２７１は、直交検波器２５１及び位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎの出力側に配置され、直交検波器２５１から出力されたＩチャネルパラレル信号と、位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎからそれぞれ出力されたＩチャネルパラレル信号とが入力されて合成されたＩチャネル信号を出力する装置である。合成回路２７２は、直交検波器２５１及び位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎの出力側に配置され、直交検波器２５１から出力されたＱチャネルパラレル信号と、位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎからそれぞれ出力されたＱチャネルパラレル信号とが入力されて合成されたＱチャネル信号を出力する装置である。

乗算器２８１，２８２は、入力された信号の出力を所定の割合（例えば、１／ｎ）で減少させる装置である。乗算器２８１は、合成回路２７１の出力側に配置されて合成回路２７１から出力されたＩチャネル信号を１／ｎに減少させる装置である。乗算器２８２は、合成回路２７２の出力側に配置されて合成回路２７２から出力されたＱチャネル信号を１／ｎに減少させる装置である。なお、この乗算器２８１，２８２は必須の構成ではなく、実施の形態１の乗算器１７１，１７２と同様に、合成回路２７１，２７２から出力される合成されたＩチャネル信号及びＱチャネル信号で問題なければ、なくても良い。

この位相検出回路２０の作用等は、実施の形態１に係る位相検出回路１０と同様であり、図３（ｂ）に示すＩＱコンスタレーションＬ２のように、略円形に出力されることになる。

以上のように、この位相検出回路２０によれば、Ｓ／Ｐ変換器２４によって入力信号が２つ以上の信号に変換され、直交検波器２５１，２５２，・・・，２５ｎによってＩチャネル信号とＱチャネル信号に変換され、位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎによって、所定の位相角度において強くなっている信号と、位相がシフトされて弱くなっている信号とが出力され、これらの信号が合成回路２７１，２７２によって合成され、全体として均一な強さとなり、ＩＱコンスタレーションＬ２のように、略円形の形状に出力される。これにより、ＩＱコンスタレーションＬ１０，Ｌ２０のような偏りをＩＱコンスタレーションＬ２のように補正することが可能になるので、位相検出特性を改善することが可能になる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、位相シフト回路１５２，・・・，１５ｎでは位相角度を９０°シフトさせ、位相シフト回路２６２，・・・，２６ｎでも位相角度を９０°シフトさせたが、この位相角度に限られない。

また、補正可能なＩＱコンスタレーション形状は、ＩＱコンスタレーションＬ１０，Ｌ２０のような形状に限られず、所定の整数ｎと所定の位相角度とを適切に設定することにより、他の形状においても適用可能である。

１弾性表面波センサ
２信号発生器
３増幅器
４バースト回路
５弾性表面波素子
６受信回路
１０，２０位相検出回路
１１直交検波器
１２１，１２２フィルタ
１３１，１３２Ａ／Ｄ変換器
１４１Ｓ／Ｐ変換器（第１のシリアルパラレル変換部）
１４２Ｓ／Ｐ変換器（第２のシリアルパラレル変換部）
１５２，・・・，１５ｎ位相シフト回路（位相シフト部）
１６１合成回路（第１の合成部）
１６２合成回路（第２の合成部）
１７１、１７２乗算器
２１ミキサ
２２フィルタ
２３Ａ／Ｄ変換器
２４Ｓ／Ｐ変換器（シリアルパラレル変換部）
２５１，２５２，・・・，２５ｎ直交検波器（直交検波部）
２６２，・・・，２６ｎ位相シフト回路（位相シフト部）
２７１合成回路（第１の合成部）
２７２合成回路（第２の合成部）
２８１、２８２乗算器
Ｌ１，Ｌ２ＩＱコンスタレーション

Claims

ＩチャネルとＱチャネルとの２チャネルの入力信号の特性が、Ｉ軸及びＱ軸の座標系に表現されるＩＱコンスタレーション形状を補正することで位相検出特性を改善する位相検出回路であって、
前記Ｉチャネルから入力され、Ａ／Ｄ変換されたＩチャネル信号を２つ以上のＩチャネルパラレル信号に変換する第１のシリアルパラレル変換部と、
前記Ｑチャネルから入力され、Ａ／Ｄ変換されたＱチャネル信号を２つ以上のＱチャネルパラレル信号に変換する第２のシリアルパラレル変換部と、
前記２つ以上のＩチャネルパラレル信号及び前記２つ以上のＱチャネルパラレル信号を、それぞれ所定の位相角度だけシフトさせる１つ以上の位相シフト部と、
前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｉチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｉチャネルパラレル信号を合成する第１の合成部と、
前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｑチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｑチャネルパラレル信号を合成する第２の合成部と、
を備えたことを特徴とする位相検出回路。
入力信号が直交検波されてＩチャネルとＱチャネルとの２チャネルに変換された信号の特性が、Ｉ軸及びＱ軸の座標系に表現されるＩＱコンスタレーション形状を補正することで位相検出特性を改善する位相検出回路であって、
Ａ／Ｄ変換された前記入力信号を２つ以上のパラレル信号に変換するシリアルパラレル変換部と、
前記２つ以上のパラレル信号を直交検波して２つ以上のＩチャネルパラレル信号及び２つ以上のＱチャネルパラレル信号に変換する複数の直交検波部と、
前記２つ以上のＩチャネルパラレル信号及び前記２つ以上のＱチャネルパラレル信号を、それぞれ所定の位相角度だけシフトさせる１つ以上の位相シフト部と、
前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｉチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｉチャネルパラレル信号を合成する第１の合成部と、
前記位相シフト部によりシフトされた１つ以上の前記Ｑチャネルパラレル信号、及び前記位相シフト部によりシフトされていない前記Ｑチャネルパラレル信号を合成する第２の合成部と、
を備えたことを特徴とする位相検出回路。
前記直交検波部が出力するＩチャネルパラレル信号及びＱチャネルパラレル信号の出力周波数は、前記入力信号のサンプルレートの１／ｍ（ｍは整数）である、
ことを特徴とする請求項２に記載の位相検出回路。
所定の周波数の連続信号を出力する信号発生器と、
前記連続信号を断続したバースト信号に変換して出力するバースト回路と、
前記バースト信号の入力により弾性表面波を発生させ、測定対象物が滴下され、前記弾性表面波を伝搬させて電気信号に変換して測定信号を出力する弾性表面波素子と、
前記測定信号から前記測定対象物の特性を算出する受信回路と、を備え、
前記受信回路は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の位相検出回路を備えた、
ことを特徴とする弾性表面波センサ。