JP7002667B2 - 較正回路と、関連する信号処理回路ならびにチップ - Google Patents

Description

本出願は、較正回路に関し、特に、信号処理回路の較正回路と、関連する信号処理回路およびチップに関する。

超音波流量計の応用では、流体の流速を測定して流量を導出する必要があり、流速を測定するための最も重要な測定パラメータは流体中の超音波の遅延時間である。遅延時間を測定するための既存の技術には比較的大きな誤差があり、それゆえ、高精度の遅延時間を得ることは実現不可能である。上記に鑑みて、この事態に対処するために、さらなる改善および革新が必要である。

本出願の１つの目的は、上述の問題に対処するための較正回路、特に、信号処理回路の較正回路と、関連する信号処理回路およびチップを開示することである。

本出願の一実施形態は、基準信号と遅延基準信号とを受信することによって、利得係数を生成するように構成された較正回路であって、上記遅延基準信号が、上記基準信号を第一の遅延時間だけ遅延させることから生成される、較正回路を開示し、この実施形態は、第二の所定遅延時間に基づいて、上記遅延基準信号をデフォルト遅延基準信号に調整するように構成された遅延モジュールと、窓関数に従って、上記基準信号を第一の変換後基準信号に変換するように構成された第一の窓関数モジュールと、上記窓関数に従って、上記遅延基準信号を第一の変換後遅延基準信号に変換するように構成された第二の窓関数モジュールと、上記窓関数に従って、所定遅延基準信号を変換後所定遅延基準信号に変換するように構成された第三の窓関数モジュールと、上記第一の変換後基準信号と上記第一の変換後遅延基準信号とを受信することによって、第一の較正対象遅延時間を生成する第一の遅延時間計算モジュールであって、上記第一の較正対象遅延時間と上記第一の遅延時間との間に第一の遅延誤差が存在する、第一の遅延時間計算モジュールと、上記第一の変換後基準信号と上記変換後所定遅延基準信号とを受信することによって、第二の較正対象遅延時間を生成する第二の遅延時間計算モジュールと、上記第一の較正対象遅延時間および上記第二の較正対象遅延時間に基づいて、上記利得係数を計算するように構成される計算モジュールと、を備えることを特徴とする。

本出願の一実施形態は、信号処理回路を開示し、上記信号処理回路は、上記較正回路と、上記較正回路に結合され、上記第一の較正対象遅延時間および上記利得係数に従って、較正後遅延時間を生成する遅延時間較正モジュールと、を備える。

本出願の一実施形態は、信号処理回路であって、上記窓関数に従って、上記基準信号を第二の変換後基準信号に変換するように構成された第四の窓関数モジュールと、上記窓関数に従って、上記遅延基準信号を第二の変換後遅延基準信号に変換するように構成された第五の窓関数モジュールと、上記第四の窓関数モジュールおよび上記第五の窓関数モジュールに結合され、上記第二の変換後基準信号と上記第二の変換後遅延基準信号とを受信することによって、第三の較正対象遅延時間を生成する第三の遅延時間計算モジュールであって、上記第三の較正対象遅延時間と上記第一の遅延時間との間に第三の遅延誤差が存在する、第三の遅延時間計算モジュールと、上記較正回路と、上記第三の遅延時間計算モジュールおよび上記較正回路に結合され、上記第三の較正対象遅延時間および上記利得係数に従って、較正後遅延時間を生成する遅延時間較正モジュールと、を備える、信号処理回路を開示する。

本出願の一実施形態は、チップを開示する。上記チップは、上記較正回路を備える。

本出願の一実施形態は、チップを開示する。上記チップは、上記信号処理回路を備える。

本出願で開示される信号処理回路は、窓関数モジュールを含む。窓関数モジュールが組み込まれているため、信号処理回路が生成することによって生成される第一の較正対象遅延時間は、第一の較正対象遅延時間に対する第一の遅延誤差の比が、実質的に固定された値であることを特徴とする。比が実質的に固定された値であるという特徴に鑑みれば、較正回路を使用して、その比に相関する利得係数を生成し、次いで、利得係数に従って第一の較正対象遅延時間を較正し、それによって較正後遅延時間を生成することが実現可能である。較正後遅延時間が変化すると、較正後遅延時間の遅延誤差は、実質的にゼロまたはゼロに近い状態に保たれる。このようにして、較正後遅延時間は、第一の遅延時間の遅延レベルに関係なく、比較的正確な方法で第一の遅延時間を反映させることができる。したがって、較正後遅延時間は、比較的高い精度を有する。

基準信号と遅延信号の信号包絡線の終点がゼロ以外の値である場合の波形を示す。 遅延誤差と遅延時間との関係を示す概略シミュレーション図であり、遅延誤差は、図１の基準信号と遅延信号とに対して相互相関計算を直接実施することによって得られる。 本出願の信号処理回路を示す概略ブロック図である。 本出願の信号処理回路によって生成される第三の較正対象遅延時間と、第三の較正対象遅延時間の遅延誤差との関係を示す概略シミュレーション図である。 本出願による信号処理回路の較正回路を示す概略ブロック図である。 図２および図４に従って得られた遅延誤差と遅延時間との関係を示す概略シミュレーション図である。 本出願の別の信号処理回路を示す概略ブロック図である。

図面で使用される参照番号を以下に要約する。
１０ 信号処理回路
１０１ 第一の窓関数モジュール
１０２ 第二の窓関数モジュール
１０３ 第三の窓関数モジュール
１０４ 第四の窓関数モジュール
１０５ 第五の窓関数モジュール
１２１ 第一の遅延時間計算モジュール
１２２ 第二の遅延時間計算モジュール
１２３ 第三の遅延時間計算モジュール
１４０ 較正回路
１６０ 遅延時間較正モジュール
２０ 信号処理回路
２２１ 第六の遅延時間計算モジュール
Ｓ_ｒｅｆ 基準信号
Ｓ_Ｄ１ 遅延基準信号
Ｓ_Ｄ２ 所定遅延基準信号
Ｓ_１ 第一の変換後基準信号
Ｓ_２ 第一の変換後遅延基準信号
Ｓ_３ 第二の変換後所定遅延基準信号
Ｓ_４ 第四の変換後基準信号
Ｓ_５ 第五の変換後遅延基準信号
Ｔ_１ 第一の較正対象遅延時間
Ｔ_２ 第二の較正対象遅延時間
Ｔ_３ 第三の較正対象遅延時間
Ｔ_Ｋ 較正後遅延時間
λ 利得係数
Ｅ_Ｐ１ 終点
Ｅ_Ｐ２ 終点

以下の開示は、本発明の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または例を提供する。以下、本開示を簡略化するために、構成要素および配置の具体例を説明する。理解されるように、これらは、当然、単なる例であり、限定を意図するものではない。例えば、以下の説明において、第二の特徴の全体に、またはその上に第一の特徴を形成することは、第一および第二の特徴が直接接触して形成される実施形態を含むことができ、また第一および第二の特徴が直接接触しないように、第一および第二の特徴の間に追加の特徴を形成し得る実施形態を含むこともできる。さらに、本開示では、様々な例において、参照番号および／または文字を繰り返すこともある。この繰り返しは、単純化および明確化を目的としており、それ自体では、議論される様々な実施形態および／または構成の間の関係を指示するものではない。

さらに、「下方に」、「下に」、「下部」、「上に」、「上部」などの空間的に相対的な用語は、本明細書では、説明を容易にするために、１つの要素または特徴について、図面に示すような別の要素または特徴に対する関係を説明するために使用することもある。空間的に相対的な用語は、図に描かれている向きに加えて、使用または動作中のデバイスの異なる向きを包含することが意図されている。装置は、別の向きを向いていてもよく（例えば、９０°回転されてもよいし、他の向きに回転されてもよい）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、同様に、それに応じて解釈されてもよい。

本発明の広い範囲を記載する数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の具体例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、それぞれの試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。また、本明細書で使用される場合、「約」という用語は、一般に、所与の値または範囲の１０％、５％、１％、または０．５％以内を意味する。あるいは、用語「約」は、当業者によって考慮される場合、平均の許容可能な標準誤差内を意味する。理解されるように、動作／作業の例以外では、または特に明記されない限り、本明細書で開示される材料の量、持続時間、温度、動作条件、量の比率などの数値範囲、量、値、およびパーセンテージのすべては、すべての場合において、「約」という用語によって修飾されるものと理解されるべきである。したがって、反対の指示がない限り、本開示および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、所望に応じて変化し得る近似値である。少なく見積もっても、各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効数字の桁数に照らして、通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。範囲は、本明細書では、１つの終点から別の終点まで、または２つの終点の間として表すことができる。本明細書に開示される全ての範囲は、特に明記しない限り、終点を含む。

現在、相互相関技術は、２つの信号間の遅延時間を測定するために一般的に使用されている。相互相関技術を実装するためのハードウェアは、例えば、相互相関モジュールと、ピーク探索モジュールと、タップ遅延を遅延時間に変換するための変換モジュールとを含む。相互相関技術の動作は、例えば、相互相関モジュールが、まず、基準信号および遅延信号に対して相互相関計算を実施し、遅延基準信号は、基準信号を遅延時間だけ遅らせることによって生成される。次いで、ピーク探索モジュールは、相互相関結果のピーク値を探索する。変換モジュールは、ピーク値に対応する指標をサンプリング頻度に応じて、時間に変換することにより、上述の遅延時間を得ることができる。

理想的には、基準信号と遅延信号の唯一の違いは、その間の遅延時間である。また、例えば、２つの波形と振幅は実質的に同じであるため、その間の相互相関のレベルは比較的高くなる。しかしながら、実世界の応用では、基準信号および遅延信号を格納するためのメモリの各王空間は、コストのために制限され、したがって、技術の応用が制限されている。したがって、基準信号の信号包絡線の終点の振幅および格納空間に格納された遅延信号の信号包絡線の終点の振幅は、ゼロでなくてもよく、場合によっては、図１に示すように、その２つの終点の差が基準信号のピーク値または遅延信号のピーク値に近くなってもよい。

図１は、基準信号と遅延信号の信号包絡線の終点が非ゼロ値である場合の波形を示している。横軸は時間で、単位は秒であり、縦軸は振幅で、単位は任意の単位である。図１を参照すると、基準信号の終点Ｅ_Ｐ１の振幅は非ゼロ値であり、遅延信号の終点Ｅ_Ｐ２の振幅は非ゼロ値である。

この場合、両終点Ｅ_Ｐ１およびＥ_Ｐ２の振幅は非ゼロ値であるため、基準信号と遅延信号との相互相関レベルは比較的低い。このような基準信号と遅延信号に対して相互相関計算を直接実施すると、図２に示すように、このようにして取得された遅延時間の遅延誤差は非常に予測できなくなる。したがって、このようにして取得された遅延時間の精度は、比較的低い。

図２は、遅延誤差と遅延時間との関係を示す概略シミュレーション図であり、遅延誤差は、図１の基準信号と遅延信号とに対して相互相関計算を直接実施することによって得られる。縦軸は遅延時間で、単位は秒であり、横軸は遅延誤差で、単位は秒である。図２を参照すると、遅延誤差と遅延時間との関係は比較的複雑である。これは、終点Ｅ_Ｐ１とＥ_Ｐ２の振幅に依存して、遅延誤差が変化することもあるからである。以上の点を鑑みると、振幅が非ゼロ値である終点を有する基準信号と遅延信号とに対して相互相関計算を直接実施して取得される遅延時間の精度は、比較的低い。ある程度の精度、例えば、１００ピコ秒（ｐｓ）程度の遅延誤差を取得することは困難である。

上記課題は、以下の２つのアプローチによって解決することができる。第一のアプローチは、メモリの格納空間を増やして、完了基準信号および完了遅延信号を格納することを含む。完了基準信号と完了遅延信号のそれぞれの始点と終点の振幅は、ゼロに近くなる。したがって、図２で識別される問題は発生しない。第二のアプローチに関しては、超音波トランスデューサの励起源によって生成されるパルスからの数が減少され、それによって、基準信号の長さおよび遅延信号の長さが短くなり、こうして、短縮基準信号および短縮遅延信号を所与の格納空間に完全に格納することができる。

しかしながら、第一のアプローチで規定されるようにメモリの格納空間を大きくすると、コストが増すばかりでなく、システム全体の動作時間も長くなり、システム全体の消費電力も増大する。第二のアプローチに関しては、基準信号の長さと遅延信号の長さは短くなるが、システム全体の雑音は同じに保たれる。したがって、基準信号の雑音対信号比および遅延信号の雑音対信号比は著しく減少し、そのため、遅延誤差が増加する。

図３は、本出願の信号処理回路１０を示す概略ブロック図である。図３を参照すると、信号処理回路１０は、第四の窓関数モジュール１０４と、第五の窓関数モジュール１０５と、第三の遅延時間計算モジュール１２３と、較正回路１４０と、遅延時間較正モジュール１６０とを含む。

第四の窓関数モジュール１０４は、窓関数に従って、基準信号Ｓ_ｒｅｆを第四の変換後基準信号Ｓ_４に変換するように構成される。いくつかの実施形態では、窓関数は、三角形窓、ハン窓、ハミング窓、ブラックマン窓、ブラックマン・ハリス窓、フラットトップ窓、コサイン窓、またはガウス窓を含む。窓関数の原理によれば、第四の変換後基準信号_Ｓ４の信号包絡線の始点および終点の振幅は、ゼロに近い。

第五の窓関数モジュール１０５は、窓関数に従って、遅延基準信号Ｓ_Ｄ１を第五の変換後遅延基準信号Ｓ_５に変換するように構成される。遅延基準信号Ｓ_Ｄ１は、基準信号Ｓ_ｒｅｆを第一の遅延時間だけ遅延させることによって生成される。第一の遅延時間は、回路設計者が取得しようとするパラメータである。同様に、窓関数の原理によれば、第五の変換後遅延基準信号Ｓ_５の信号包絡線の始点および終点の振幅は、ゼロに近い。本実施の形態では、第四の窓関数モジュール１０４と第五の窓関数モジュール１０５とは、互いに独立した２つの構成要素として示している。しかしながら、本出願は、このような数に限定されるものではない。いくつかの実施形態では、２つの互いに独立した構成要素、第四の窓関数モジュール１０４と第五の窓関数モジュール１０５とは、単一の窓関数モジュールで置き換えることもできる。代替として、第四の窓関数モジュール１０４および第五の窓関数モジュール１０５は、３つ以上の窓関数モジュールによって実装および置換されてもよい。

第三の遅延時間計算モジュール１２３は、第四の窓関数モジュール１０４および第五の窓関数モジュール１０５に結合され、第四の変換後基準信号Ｓ_４および第五の変換後遅延基準信号Ｓ_５を受信することによって、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３を生成するように構成される。第三の較正対象遅延Ｔ_３と第一の遅延時間との間には、第三の遅延誤差が存在する。具体的には、第三の遅延時間計算モジュール１２３は、動作のために相互相関技術を採用する。相互相関技術の動作は、例えば、最初に、第四の変換後基準信号Ｓ_４と第五の変換後遅延基準信号Ｓ_５とに対して、相互相関計算を実行することを含む。次いで、相互相関結果のピーク値を探索する。このピーク値に対応する指標をサンプリング頻度に応じて、時間に変換することにより、上述した第三の較正対象遅延時間Ｔ_３を得ることができる。

さらに、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３は窓関数に基づいているため、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３に対する比の線形性は、上記の使用された窓関数に相関している。具体的には、窓関数によれば、第四の変換後基準信号Ｓ_４に相関する終点の振幅と、第五の変換後遅延基準信号Ｓ_５に相関する終点の振幅とは、ゼロに近い。したがって、第四の変換後基準信号Ｓ_４と第五の変換後遅延基準信号Ｓ_５との相互相関レベルは、比較的高くなる。このような第四の変換後基準信号Ｓ_４と第五の変換後遅延基準信号Ｓ_５とに対して相互相関計算を行って得られる第三の較正対象遅延時間Ｔ_３の遅延誤差は、図４に示すように、より予測可能である。

図４は、本出願の信号処理回路１０の第三の遅延時間計算モジュール１２３によって生成される第三の較正対象遅延時間Ｔ_３と、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３の遅延誤差との関係を示す概略シミュレーション図である。縦軸は第三の較正対象遅延時間Ｔ_３を表し、単位は秒である。横軸は第三の較正対象遅延時間Ｔ_３の第三の遅延誤差を表し、単位は秒である。図４を参照すると、第三の遅延誤差と第三の較正対象遅延時間Ｔ_３との間の関係は、遅延誤差と較正後遅延時間との間の関係を示す図２に比べて比較的シンプルである。以下の説明において、遅延時間に対する遅延時間の遅延誤差の比を、適宜「利得」と呼ぶことがある。いくつかの実施形態では、第三の較正対象遅延時間に対する第三の遅延誤差のＴ_３の比は、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３が変化しても、実質的に変化しないままである。すなわち、第三の較正対象遅延時間に相関する誤差利得が０に近くなる。第三の遅延誤差と第三の較正対象遅延時間Ｔ_３と間の関係が比較的シンプルであるという特徴を鑑み、この比に相関した利得係数を生成して、その後、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３とその利得係数とに基づいて、較正後遅延時間Ｔ_Ｋを生成することができる。較正後遅延時間Ｔ_Ｋの遅延誤差は、較正後遅延時間Ｔ_Ｋが変化するとき、実質的にゼロに保たれるか、またはゼロに近い。詳細な議論については図６を参照されたい。このようにして、較正後遅延時間Ｔ_Ｋは、第一の遅延時間における遅延のレベルにかかわらず、比較的正確な方法で、第一の遅延時間を反映することができる。したがって、較正後遅延時間Ｔ_Ｋは、比較的高い精度を有する。

再び図３を参照すると、較正回路１４０は、基準信号Ｓ_ｒｅｆおよび遅延基準信号Ｓ_Ｄ１を受信することによって、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３に対応する利得係数λを生成するように構成されている。

遅延時間較正モジュール１６０は、較正回路１４０および第三の遅延時間計算モジュール１２３に結合され、較正係数λおよび第三の較正対象遅延時間Ｔ_３に基づいて較正後遅延時間Ｔ_Ｋを生成するように構成される。第三の遅延誤差と第三の較正対象遅延時間Ｔ_３との関係は比較的シンプルであるので、較正後遅延時間Ｔ_Ｋは、第一の遅延時間における遅延のレベルに関係なく、比較的正確な方法で第一の遅延時間を反映することができる。

図５は、本出願による信号処理回路１０の較正回路１４０を示す概略ブロック図である。図５を参照すると、較正回路１４０は、第一の窓関数モジュール１０１と、第二の窓関数モジュール１０２と、第三の窓関数モジュール１０３と、第一の遅延時間計算モジュール１２１と、第二の遅延時間計算モジュール１２２と、遅延モジュール１８０と、計算モジュール１９０とを含む。

第一の窓関数モジュール１０１は、窓関数に従って、基準信号Ｓ_ｒｅｆを第一の変換後基準信号Ｓ_１に変換するように構成される。窓関数の原理によれば、第一の変換後基準信号Ｓ_１の信号包絡線の始点および終点の振幅は、ゼロに近い。

第二の窓関数モジュール１０２は、窓関数に従って、遅延基準信号Ｓ_Ｄ１を第二の変換後遅延基準信号Ｓ_２に変換するように構成される。窓関数の原理によれば、第二の変換後遅延基準信号Ｓ_２の信号包絡線の始点および終点の振幅は、ゼロに近い。

第三の窓関数モジュール１０３は、窓関数に従って、所定遅延基準信号Ｓ_Ｄ２を第三の変換後所定遅延基準信号Ｓ_３に変換するように構成され、遅延モジュール１０８は、第二の所定遅延時間に基づいて、遅延基準信号Ｓ_Ｄ１を所定遅延基準信号Ｓ_Ｄ２に調整する。第二の遅延時間は既知であり、回路設計者が適切と考えるように決定できる。いくつかの実施形態では、第二の遅延時間は、１つまたは複数のサンプリングサイクルである。

第一の遅延時間計算モジュール１２１は、第一の変換後基準信号Ｓ_１と第二の変換後遅延基準信号Ｓ_２を受信することによって、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１を生成する。第一の較正対象遅延時間Ｔ_１と第一の遅延時間との間には、第一の遅延誤差が存在する。いくつかの実施形態では、第一の遅延誤差は、第三の遅延誤差と実質的に同じである。第一の遅延時間計算モジュール１２１の動作原理は、第三の遅延時間計算モジュール１２３の動作原理と同じであるので、ここでは、簡潔にするために、その詳細な説明を省略する。さらに、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１は窓関数に基づいているので、第一の較正対象遅延時間に対する第一の遅延誤差の比の線形性は、使用される窓関数と相関し、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１の時間特性は、比較的正確な方法で、第一の遅延時間の時間特性を反映することができる。

第二の遅延時間計算モジュール１２２は、第一の変換後基準信号Ｓ_１と第三の変換後所定遅延基準信号Ｓ_３とを受信することによって、第二の較正対象遅延時間Ｔ_２を生成する。第二の遅延時間と第一の遅延時間の和と、第二の較正対象遅延時間Ｔ_２との間には、第二の遅延誤差が存在する。第二の遅延時間計算モジュール１２２の動作原理は、第三の遅延時間計算モジュール１２３の動作原理と同じであるので、ここでは、簡潔にするために、詳細な説明を省略する。さらに、第二の較正対象遅延時間Ｔ_２は窓関数に基づいているので、第二の較正対象遅延時間Ｔ_２に対する第二の遅延誤差の比の直線性は、使用される窓関数と相関する。第二の較正対象遅延時間Ｔ_２の時間特性は、第一の遅延時間と第二の遅延時間の和の時間特性を、比較的正確に反映することができる。いくつかの実施形態では、第二の較正対象遅延時間Ｔ_２に対する第二の遅延誤差の比は、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１に対する第一の遅延誤差の比と実質的に同じであり、また第三の較正対象遅延時間Ｔ_３に対する第三の遅延誤差の比と実質的に同じである。

計算モジュール１９０は、第一の遅延時間計算モジュール１２１および第二の遅延時間計算モジュール１２２に結合され、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１および第二の較正対象遅延時間Ｔ_２に基づいて、利得係数λを計算するように構成される。いくつかの実施形態では、計算モジュール１９０は、利得係数λを計算するために、以下の式（１）を実装するための複数の論理計算回路を含む。利得係数λは、以下の式：

で表すことができる。ここで、λは利得係数、Ｔ_１は第一の較正対象遅延時間、Ｔ_２は第二の較正対象遅延時間、Ｍは第二の遅延時間を表す。

第一の較正対象遅延時間Ｔ_１に相関する利得係数は実質的に定数であり、第二の較正対象遅延時間Ｔ_２に相関する利得係数は実質的に定数であるので、利得係数λは定数と考えることができる。このように、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１と第二の較正対象遅延時間Ｔ_２との差は、第二の遅延時間Ｍに比例する。また、第二の遅延時間Ｍは実質的に定数であるため、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１と第二の較正対象遅延時間Ｔ_２との差は、利得係数λに比例する。

また、利得係数λは、以下の式（２）：
λ＝（１＋Ｇ） （２）
で表すこともできる。ここで、Ｇは、第一の較正対象遅延時間に対する第一の遅延誤差の比を表す。

再び図３を参照すると、遅延時間較正モジュール１６０は、較正係数λと、第三の較正対象遅延時間Ｔ_３とに基づいて、較正後遅延時間Ｔ_Ｋを生成するように構成される。いくつかの実施形態では、遅延時間較正モジュール１６０は、較正後遅延時間Ｔ_Ｋを計算するために、以下の式（３）を実施するための複数の論理計算回路を含む。較正後遅延時間Ｔ_Ｋは、

で表される。ここで、Ｔ_Ｋは、較正後遅延時間を表す。

本実施形態では、第一の遅延時間計算モジュール１２１および第二の遅延時間計算モジュール１２２のそれぞれは、相互相関モジュールを含み、相互相関モジュールのピーク探索モジュールに結合され、ピーク探索モジュールの変換モジュールに結合される。

第一の遅延時間計算モジュール１２１の相互相関モジュールは、第一の変換後基準信号Ｓ_１と第二の変換後遅延基準信号Ｓ_２との相互相関計算を実施する。第一の遅延時間計算モジュール１２１の相互相関モジュールは、第一の遅延時間計算モジュール１２１の相互相関モジュールによって提供される相互相関結果のピーク値を探索する。第一の遅延時間計算モジュール１２１の変換モジュールは、第一の遅延時間計算モジュール１２１のピーク探索モジュールのピーク値を、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１に変換する。

第二の遅延時間計算モジュール１２２の相互相関モジュールは、第三の変換後所定遅延基準信号Ｓ_３に対して、第一の変換後基準信号Ｓ_１の相互相関計算を実施する。第二の遅延時間計算モジュール１２２のピーク探索モジュールは、第二の遅延時間計算モジュール１２２の相互相関モジュールによって提供される相互相関結果のピーク値を探索する。第二の遅延時間計算モジュール１２２の変換モジュールは、第二の遅延時間計算モジュール１２２のピーク探索モジュールから与えられるピーク値を第二の較正対象遅延時間Ｔ_２に変換する。

図６は、図２および図４により得られた遅延誤差と遅延時間との関係を示す。シミュレーション結果１は、図２のシミュレーション結果、すなわち、基準信号および遅延信号に対して直接相互相関計算を実施して、窓関数変換ステップを用いずに得られた遅延誤差と遅延時間との関係に対応する。シミュレーション結果２は、図４の較正シミュレーション結果、すなわち、窓関数変換後の遅延誤差と遅延時間との関係に対応する。図６を参照すると、縦軸は遅延時間を表し、単位は秒であり、横軸は遅延時間の遅延誤差を表し、単位は秒である。図６に示すように、シミュレーション結果１では、較正後遅延時間Ｔ_Ｋが変化すると、較正後遅延時間Ｔ_Ｋの遅延誤差の変化は、較正対象でないシミュレーション結果２に比べて小さくなる。いくつかの実施形態では、シミュレーション結果１では、較正後遅延時間Ｔ_Ｋが変化すると、較正後遅延時間Ｔ_Ｋの遅延誤差は、実質的に同じか、またはゼロに近い。このようにして、較正後遅延時間Ｔ_Ｋは、第一の遅延時間における遅延のレベルにかかわらず、比較的正確な方法で第一の遅延時間を反映することができる。したがって、較正後遅延時間Ｔ_Ｋは、比較的高い精度を有する。

これに対し、基準信号と遅延信号に対して直接的に相互相関計算を実施して計算した遅延時間は、終点の振幅のレベルが変化すると、遅延誤差が変化する。したがって、このような終点を有する基準信号と遅延信号に対して、直接的に相互相関計算を実施して得られる遅延時間の精度は比較的低い。約１００ピコ秒のようなある程度の精度で遅延誤差を達成することは困難である。

図７は、本出願の別の信号処理回路２０を示す概略ブロック図である。図７を参照すると、信号処理回路２０は、同じ機能を有する図５の較正回路１４０と図３の信号処理回路１０とにブロックおよび回路を集積して得られたものである。集積後、信号処理回路２０の回路構成は、図５の較正回路１４０の回路構成と同様であるが、信号処理回路２０が第六の遅延時間計算モジュール２２１を含む点で異なる。

第六の遅延時間計算モジュール２２１の機能は、図５の第一の遅延時間計算モジュール１２１の機能と同様であるが、第六の遅延時間計算モジュール２２１が、第一の較正対象遅延時間Ｔ_１を遅延時間較正モジュール１６０に提供するだけでなく、計算モジュール１９０にも提供する点で異なる。

いくつかの実施形態では、上述の信号処理回路１０は、半導体プロセスを使用して実現することができる。例えば、本出願は、信号処理回路１０を含むチップをさらに提供し、そのチップは、異なるプロセスを使用して実現される半導体チップとすることができる。

いくつかの実施形態では、上述の信号処理回路２０は、半導体プロセスを用いて実現することができ、例えば、本出願は、信号処理回路２０を含むチップをさらに提供し、チップは、異なるプロセスを用いて実現される半導体チップとすることができる。

いくつかの実施形態では、上述の較正回路１４０は、半導体プロセスを使用して実装することができる。例えば、本出願は、較正回路１４０を含むチップをさらに提供し、チップは、異なるプロセスを用いて実現される半導体チップとすることができる。

上記は、当業者が本開示の様々な態様をより良く理解することができるように、いくつかの実施形態の特徴を概説したものである。当業者は本明細書で紹介された実施形態の同じ目的を実行するために、および／または同じ利点を達成するために、他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として、本開示を容易に使用することができることを理解すべきである。当業者は、また、そのような同等の実施形態が依然として本開示の精神および範囲内にあり、それらは、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、それらに対して種々の変更、置換、および改変を行うことができることを理解すべきである。

Claims (15)

1. 基準信号と遅延基準信号とを受信し、前記基準信号と前記遅延基準信号とに応じた利得係数を生成するように構成された較正回路であって、前記遅延基準信号が、前記基準信号を第一の遅延時間だけ遅延させることから生成され、前記較正回路が、
   所定の第二の遅延時間に基づいて、前記遅延基準信号を所定遅延基準信号に調整するように構成された遅延モジュールと、
   窓関数に従って、前記基準信号を第一の変換後基準信号に変換するように構成された第一の窓関数モジュールと、
   前記窓関数に従って、前記遅延基準信号を第一の変換後遅延基準信号に変換するように構成された第二の窓関数モジュールと、
   前記窓関数に従って、所定遅延基準信号を変換後所定遅延基準信号に変換するように構成された第三の窓関数モジュールと、
   前記第一の変換後基準信号と前記第一の変換後遅延基準信号とを受信することによって、第一の較正対象遅延時間を生成する第一の遅延時間計算モジュールであって、前記第一の較正対象遅延時間と前記第一の遅延時間との間に第一の遅延誤差が存在する、第一の遅延時間計算モジュールと、
   前記第一の変換後基準信号と前記変換後所定遅延基準信号とを受信することによって、第二の較正対象遅延時間を生成する第二の遅延時間計算モジュールと、
   前記第一の較正対象遅延時間および前記第二の較正対象遅延時間に基づいて、前記利得係数を計算するように構成される計算モジュールと、
   を備えることを特徴とする、較正回路。
2. 前記第一の遅延時間計算モジュールおよび前記第二の遅延時間計算モジュールのそれぞれは、相互相関モジュールと、前記相互相関モジュールに結合されたピーク探索モジュールと、前記ピーク探索モジュールに結合された変換モジュールとを備え、
   前記第一の遅延時間計算モジュールの前記相互相関モジュールは、前記第一の変換後基準信号および前記第一の変換後遅延基準信号に対して相互相関計算を実行し、前記第一の遅延時間計算モジュールの前記ピーク探索モジュールは、前記第一の遅延時間計算モジュールの前記相互相関モジュールによって提供される相互相関結果のピーク値を探索し、前記第一の遅延時間計算モジュールの前記変換モジュールは、前記第一の遅延時間計算モジュールの前記ピーク探索モジュールによって提供される前記ピーク値を、前記第一の較正対象遅延時間に変換し、
   前記第二の遅延時間計算モジュールの前記相互相関モジュールは、前記第一の変換後基準信号および前記変換後所定遅延基準信号に対して相互相関計算を実行し、前記第二の遅延時間計算モジュールの前記ピーク探索モジュールは、前記第二の遅延時間計算モジュールの前記相互相関モジュールによって提供される相互相関結果のピーク値を探索し、前記第二の遅延時間計算モジュールの前記変換モジュールは、前記第二の遅延時間計算モジュールの前記ピーク探索モジュールによって提供される前記ピーク値を前記第二の較正対象遅延時間に変換する、請求項１に記載の較正回路。
3. 第二の遅延時間と前記第一の遅延時間の和と、前記第二の較正対象遅延時間との間に、第二の遅延誤差が存在する、請求項１に記載の較正回路。
4. 前記第一の較正対象遅延時間に対する前記第一の遅延誤差の比は、前記第二の較正対象遅延時間に対する前記第二の遅延誤差の比と実質的に等しい、請求項３に記載の較正回路。
5. 前記第一の較正対象遅延時間と前記第二の較正対象遅延時間との間の差は、第二の遅延時間に比例する、請求項１に記載の較正回路。
6. 前記第一の較正対象遅延時間と前記第二の較正対象遅延時間との間の差は、前記利得係数に比例する、請求項５に記載の較正回路。
7. 前記利得係数は、
   

   

   で表され、
   Ｔ２は前記第二の較正対象遅延時間を表し、Ｔ１は前記第一の較正対象遅延時間を表し、λは前記利得係数を表し、Ｍは前記第二の遅延時間を表す、請求項６に記載の較正回路。
8. 前記利得係数は、
   λ＝（１＋Ｇ）
   で表され、
   Ｇは、前記第一の較正対象遅延時間に対する前記第一の遅延誤差の比を表す、請求項７に記載の較正回路。
9. 前記第一の較正対象遅延時間に対する前記第一の遅延誤差の比の線形性は、前記窓関数と相関する、請求項１に記載の較正回路。
10. 前記窓関数は、三角形窓、ハン窓、ハミング窓、ブラックマン窓、ブラックマン・ハリス窓、フラットトップ窓、コサイン窓、またはガウス窓を備える、請求項９に記載の較正回路。
11. 前記第一の遅延時間計算モジュールは、前記第一の変換後基準信号および前記第一の変換後遅延基準信号に対して相互相関計算を実行して、前記第一の較正対象遅延時間を生成し、前記第二の遅延時間計算モジュールは、前記第一の変換後基準信号および前記変換後所定遅延基準信号に対して前記相互相関計算を実行して、前記第二の較正対象遅延時間を生成する、請求項１に記載の較正回路。
12. 信号処理回路であって、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の較正回路と、
    前記較正回路に結合され、前記第一の較正対象遅延時間および前記利得係数に従って、較正後遅延時間を生成する遅延時間較正モジュールと、
    を備えることを特徴とする、信号処理回路。
13. 前記較正後遅延時間は、
    

    

    で表され、
    ＴＫは前記較正後遅延時間を表し、λは前記利得係数を表し、Ｔ１は前記第一の較正対象遅延時間を表す、請求項１２に記載の信号処理回路。
14. 信号処理回路であって、
    前記窓関数に従って、前記基準信号を第二の変換後基準信号に変換するように構成された第四の窓関数モジュールと、
    前記窓関数に従って、前記遅延基準信号を第二の変換後遅延基準信号に変換するように構成された第五の窓関数モジュールと、
    前記第四の窓関数モジュールおよび前記第五の窓関数モジュールに結合され、前記第二の変換後基準信号と前記第二の変換後遅延基準信号とを受信することによって、第三の較正対象遅延時間を生成する第三の遅延時間計算モジュールであって、前記第三の較正対象遅延時間と前記第一の遅延時間との間に第三の遅延誤差が存在する、第三の遅延時間計算モジュールと、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の較正回路と、
    前記第三の遅延時間計算モジュールおよび前記較正回路に結合され、前記第三の較正対象遅延時間および前記利得係数に従って、較正後遅延時間を生成する遅延時間較正モジュールと、
    を備えることを特徴とする、信号処理回路。
15. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の較正回路を備えることを特徴とする、チップ。

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