JPH01502933A - 周波数カウント装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 周波数カウント装置および方法 １１へたｌ この発明は、高い分解能の周波数カウント技術に関するものである。この技術は 、加速度計その他のセンサのような、周波数変調出力信号を生成させるものに使 用して特に好適なものである。

光ｊＦと１１− ある共通するタイプの機器は、その周波数が物理的な入力変数に対して、しばし ば非線形であるような、何等かの関数的な態様で関連している信号を生成させる センサである。このようなセンサをデジタル装置において使用するためには、該 センサの信号の周波数が一連のデジタル・サンプル値に変換されねばならない０ 周波数を測定するための最も簡単で率直なやり方は、既知の時間インタバルに対 して、センサ信号である入力信号のサイクルをカウントすることである。しかし ながら、多くの適用に対しては、受は入れ不能な長期の時間ベースが使用されな い限り、このような技術によって生成される分解能は低すぎるものである。より 複雑な技術が分解能を改善させるために使用されてきているけれども、このよう な先行技術の多くによっては、連続的なデータ取得のリアル・タイムによる処理 、または、サンプリング周波数に対するデータの同期等を行うことができない。

発１１Ｌ震ＪＬ この発明によって提供されるものは、連続したサンプリング時点の間のサンプル ・インタバルにおいて生じる入力信号のサイクル数を正確に測定することによる 、入力信号の周波数を測定するための装置および方法である。

ある好適な局面においては、サンプル・インタバルに関して同期している入力信 号から、リアル・タイムで連続的なデータの取得がなされる。

ある１個の局面において、この発明によって提供される周波数測定装置は、入力 信号のそれよりも高い周波数のクロック信号を生成させる手段、整数カウント手 段、分数測定手段、および、処理手段からなるものである。

整数カウント手段に含まれているものは、入力信号の周期的な特性を検知して、 サンプリング・インタバルにおいて生じる入力信号のサイクルの予測される整数 Ｎを表わす整数信号を、この周期的な特性から生成させるための手段である０分 数測定手段で決定されるものは、第１の測定時点ｔ、から第２の測定時点ｔ、ま で伸長する時間周期において、各サンプリング時点ｔゎが生じる時点である。第 １の測定時点ｔ、はｔゎに先行する入力信号の特性の生起に対応しており、また 、第２の測定時点ｔ、はｔ、に追従する入力信号の特性の生起に対応している。

分数測定手段を構成するものは、第１、第２のカウント手段および訂正回路であ る。第１のカウント手段においては、時点ｔ、とｔ、どの間で生じるクロック信 号のサイクル数をカウントすることにより第１カウント値が決定されて、対応す る第１カウント信号Ｘいが生成される。第２のカウント手段においては、測定時 点の間で生じるクロック信号のサイクル数をカウントすることにより第２カウン ト値が決定されて、対応する第２カウント信号Ｙ、が生成される。訂正回路で生 成される位相信号＆ゎおよびす、は、それぞれに、測定時点ｔ、およびｔ。

におけるクロック信号の位相を表わすものである。処理手段で受け入れるものは 、各サンプリング時点に対する整数信号、カウント信号および位相信号である。

該処理手段に含まれているものは、当該サンプリング時点に対する位相信号に基 づく、各サンプリング時点のためのカウント信号ＸゎおよびＹｏの調整手段であ って、これにより、各サンプリング時点に対する訂正されたカウント信号Ｘ１ｌ （およびＹａｃが生成される。また、この処理手段には、サンプリング・インタ バルにおいて生じる入力信号のサイクル数Ｃ１を測定するための手段も含まれて いて、Ｎに対して第１サンプリング時点に対する商Ｘ、ＪＹ、。を加え、第２サ ンプリング時点に対する商Ｘ□／Ｙ、、！を減することにより決定するようにさ れている。

好適な実施例において訂正回路を構成するものは、電荷蓄積手段、を流源手段、 第１、第２のスイッチ手段、および、制御手段である。第１のスイッチ手段は電 流源手段と基準電位との間に接続されており、また、第２のスイッチ手段は電流 源手段と電荷蓄積手段との間に接続されている。制御手段に含まれているものは 、クロック信号の周期的な特性の検知手段、および、各測定時点において動作す る手段であって、該測定時点において電流源手段を基準電位から切り離させ、該 測定時点後のクロック信号の前記特性の生起に基づいて電流源手段を電荷蓄積手 段から切り離させ、前記特性の生起後に電荷蓄積手段での電圧を測定させ、そし て、当該測定時点に対応する位相信号をこれから生成させるものである。較正手 段も設けられていて、構成部品のドリフトその他に基づくエラーを減少させるた めに、各サンプリング時点における訂正回路の較正を行うようにされる。

その第２の局面において、この発明によれば、第１の測定時点ｔ、から第２の測 定時点ｔ、まで伸長する時間周期において、サンプリング時点ｔ、が生じる時点 を決定するための装置および方法が提供される。その第３の局面において、この 発明によれば、ある所定の時点における周期的な基準またはクロック信号の位相 を決定するための装置および方法が提供されるが、該所定の時点は周波数測定装 置のサンプリング時点に対応するものである。

の　ｔ− 第１図は、この発明のカウント回路を含んでいるセンナ装置のブロック図である 。

第２図は、該カウント回路のブロック図である。

第３図は、第２図の回路に関連した波形を示すグラフ図である。

第４図は、訂正回路のブロック図である。

第５図は、較正技術を例示する部分的な波形のグラフ図である。

１肌９１」６ｍ 始めに第１図を参照すると、この発明のカウント回路１０を含む機器または装置 が示されている。この機器に含まれているものは、センサ１２、クロック１４、 デバイダ１６およびデータ・プロセッサ２０である。センサ１２で生成される入 力信号Ｉの周波数は、該センナによって検知または測定される変数の関数である 。該入力信号の周波数を、データ・プロセッサ２０による使用のための、一連の デジタル・バイト・サンプルに変換することにより、この変数の値をサンプルす ることが所望される。

この変換はカウント回路１０によって実行される。カウント回路１０への入力に 含まれているものは、入力信号Ｉ、サンプリング・インタバルを規定するサンプ ル信号Ｓ、および、基準クロック信号ＣＬＫである。クロック信号は、好適には 方形波のような周期信号であって、入力信号工のそれよりも実質的に高い周波数 を有している。

クロック信号はデバイダ１６に入力されており、このデバイダにおいては、該ク ロック信号をある整数で除算してサンプル信号Ｓを生成するようにされる。サン プル信号Ｓの周波数は入力信号工の周波数よりも低いものである。

このサンプル信号によって、一連の連続的なサンプリング・インタバルが規定さ れる。各サンプリング・インタバルに関連した時間周期の間は、より詳細に後述 されるように、カウント回路１０によって、入力信号工のサイクルおよびクロッ ク信号ＣＬＫのサイクルがカウントされる。サンプリング・インタバルの終了時 には、累積されたカウント値が蓄積されて、次に続くサンプリング・インタバル に対するカウント操作が直ちに再開される。

次のサンプリング・インタバルの間には、カウント回路１０からバス１８上に対 して、蓄積されたカウント値に対応するデジタル信号が出力される。第１図に示 された好適な配列においては、サンプル信号はクロック信号から導出されるもの であり、従って、サンプル信号およびクロック信号は同位相のものである。後述 されるように、この特徴によりカウント操作が簡略化される。入力信号Ｉの周波 数の変動は、センサ１２によって検知される変数の変動にともなうことから、ク ロック信号およびサンプル信号は、入力信号に対して非同期のものである。

カウント回路１０の好適な実施例について、第２図にはブロック形式で図示され ており、また、第３図には関連の波形が例示されている。第２図に示されている ように、カウント回路１０を構成するものは、整数カウンタ３１、部分カウンタ ３２、フル・カウンタ３３および訂正回路３４である。このカウント回路が受け 入れるものは、入力信号■、サンプル信号Ｓおよびクロック信号ＣＬＫである。

これらのクロック信号、サンプル信号および入力信号の波形は、それぞれに、第 ３図における上部の３列に例示されており、それとともに、これらの信号間の周 波数差が、例示を容易にするために（典型的な実施例と対比して）減少されて示 されている。前述されたように、好適な実施例においては、クロック信号は低周 波のサンプル信号に対しである所定の位相関係を保持している。即ち、サンプル 信号の各上昇エツジはクロック信号の一方の上昇エツジと合致するようにされて いる。

入力信号工はクロック信号およびサンプル信号とは非同期の中間周波信号である 。ここで説明される好適な実施例においては、サンプル信号の上昇エツジによっ て連続的なサンプリング時点Ｌ−，およびｔ、が規定されるものであり、カウン ト回路１０の目的は、このような連続的なサンプリング時点間のサンプリング・ インタバルにおいて生じる入力信号■のサイクル数を正確に決定することである 。

整数カウンタ３１はバッファ・カウンタであって、そのクロック入力部に入力信 号を受け入れ、そのリセット入力部にサンプル信号を受け入れるものである。サ ンプル信号の各上昇エツジにおいて、整数カウンタ３１は１、　その累積された カウント値を出力バッファに伝送して、そのカウント値をゼロにリセットする。

その後で、整数カウンタ３１は、入力信号の各上昇エツジに対して、そのカウン ト値を１だけ増加させる。かくして、各サンプリング・インタバルの終了時にお いて、整数カウンタの出力バッファにロードされるカウント値Ｎは、該当のサン プリング・インタバルにおける入力信号のサイクル数に近似したものである。該 当のサンプリング時点の後で、次に続くサンプリング時点に先立つ任意の時点に おいて、整数カウンタ３１は、その出力バッファからの値Ｎを、バス１８を介し てデータ・プロセッサ２０に伝送する。

部分カウンタ３２およびフル・カウンタ３３は共同の動作をして、各サンプリン グ・インタバルの間に生じる入力信号の部分的なサイクル数の予測をする。がく して、第３図における部分（ＰＡＲＴＩＡＬ）およびフル（ＦＵＬＬ）と記され たラインを参照すると、各サンプリング時点ｔ９において、部分カウンタ３２で カウントされるクロック信号のサイクルは、該サンプリング時点ｔ、と、入力信 号の次の上昇エツジが生じる後続の測定時点ｔ、との間で生じるクロック信号の ものである。フル・カウンタ３３でカウントされるクロック信号のサイクルは、 サンプル時点ｔゎの直前および直後に生じる入力信号の上昇エツジ間において、 即ち、測定時点ｔ、からｔ、までに生じるクロック信号のものである。これらの カウント値は、それぞれに、れおよびＹ、と記されている。かくして、分数Ｘ、 ／Ｙ、で表されるものは、サンプリング時点ｔ９の後で生じる入力信号の第Ｎサ イクルの一部である１部分カウンタ３２は、クロック信号のサイクルをカウント するバッファ・カウンタとして動作することができる。

この部分カウンタはゼロにリセットされて、サンプル信号の各上昇エツジによっ て可能化され、また、入力信号の各上昇エツジによって更にカウントすることが 不可能にされる。また、部分カウンタ３２は非バッファ・カウンタとしても動作 することができて、サンプル信号の各上昇エツジによって可能化され、そして、 サンプル信号の上昇エツジの次に続く入力信号の上昇エツジによって更にカウン トすることが不可能にされる。このような非バッファ・カウンタは、累積された カウント値Ｘ、がデータ・プロセッサに伝送されてからリセットすることができ る。フル・カウンタ３３は、クロック信号のサイクルをカウントするバッファ・ カウンタとして動作することができて、入力信号の各上昇エツジによってリセッ トされるものである。また、フル・カウンタ３３は非バッファ・カウンタとして も動作することができて、サンプル信号の上昇エツジに先行する入力信号の各上 昇エツジによってリセットされ、そして、サンプル信号の上昇エツジの直後に続 く入力信号の上昇エツジによって更にカウントすることが不可能にされる。この 非バッファ式のフル・カウンタは、累積されたカウント値Ｙ、がデータ・プロセ ッサに伝送されてから可能化されることができる。

第３図を点検することにより、時点ｔ、−１およびｔ。

で規定されるサンプリング・インタバルに対して認められることは、整数カウン タ３１で規定される整数カウント値Ｎの調整が、分数Ｘ−＋／Ｙ−＋を加えるこ と、および、分数Ｘ、／Ｙ、を減することによってなされるべきということであ る。即ち、時点ｔ、で終了するサンプリング・インタバルにおける入力信号のサ イクル数のカウント値らは次のようになる。

Ｃ，＝　Ｎ　＋　Ｘ、、／Ｙ、、　−Ｘ、／Ｙ、　（１）この計算は、各サンプ リング・インタバルに対して、データ・プロセッサにより行われる。ここで注意 されるべきことは、サンプリング時点ｔ１において計算から減じられる分数Ｘ、 ／Ｙ、が、後続のサンプリング時点ｔ、ｌにおける計算に対しては加えられると いうことである。

かくして、各分数的なカウント値Ｘ、／Ｙゎは１回の決定を必要とするだけで、 以降のサンプリング・インタバルのために蓄積して、再使用することができる。

上記の説明から明らかであるように、クロック信号およびカウンタ３２．３３の 使用により、入力信号の周波数で除されたクロック信号の周波数に等しいファク タによって、入力信号の周波数の決定における改良が提供される。典型的には、 クロック信号に対する１２ＭＨｚの周波数および入力信号に対する３４ＫＨｚの 周波数について、３５０を超える分解能の改良が達成される０分解能の更なる改 良は訂正回路３４によってなされる。第３図を再び参照すると、サンプル信号と クロック信号との間の固定した位相関係のために、部分カウンタ３２によって行 われるカウントが、クロック信号の上昇エツジにおいて正確に開始することが保 証される。しかしながら、測定時点ｔ、およびｔ、は一般的にクロック信号とは 非同期であるが、その理由は、これらが入力信号の上昇エツジの生起の時点で決 定されるからである。かくして、部分およびフル・カウントＸゎおよびＹ、のそ れぞれの決定には不確定性があり、この不確定性の程度はクロック信号の周期に よって定められる。この不確定性については、第３図の底部に例示されている。

ここに、入力信号の伸長部、および、部分（ＰＡＲＴＩＡＬ）およびフル（ＦＩ ＩＬＬ）波形の伸長部は１時点ｔ、およびｔ、の間で示されている。

時点ｔ、とクロック信号の後続する上昇エツジとの間には、位相オフセットまた は時間ディレィａ、があり、また、時点ｔ１とクロック信号の次に後続する上昇 エツジとの間には、同様な位相オフセットまたは時間ディレィｂ、がある。サン プル信号とクロック信号との間の固定した位相関係のために、時点ｔ、とクロッ ク信号の次に後続する上昇エツジとの間には、位相オフセットまたは時間ディレ ィは存在しない。

訂正回路３４においては、各サンプリング時点ｔ７に関連した位相オフセットａ 、およびｂゎを測定することにより、カウント回路の分解能が改良される。好適 な技術において、訂正回路でなされる位相オフセットの決定は、各測定時点ｔ１ 、ｔ、とクロック信号の周期的特性の生起との間の経過時間を測定することによ ってなされる０例えば、各測定時点とクロック信号の次の上昇工・ンジとの間の 経過時間を測定することによってなされる。

第４図には、訂正回路３４の好適な実施例が示されている。訂正回路３４を精成 するものは、スイッチ５０、定電流源５２、スイッチ５４、キャパシタ５６、バ ッファ・アンプ５８、アナログ−デジタル・コンバータ（Ａ／Ｄ’）６０、メモ リ６２、および、コントロール回路６６である。スイッチ５０は定電流源５２と 基準電位（接地）との間に接続されており、また、スイッチ５４は定電流源５２ とキャパシタ５６との間に接続されている。また、アンプ５８はキャパシタ５６ にも接続されており、このアンプ５８の出力はＡ／Ｄ　６０に対する入力である 。　Ａ／Ｄ６０の出力はバス６４を介してメモリ６２に結合されている。コント ロール回路６６はライン８０．８２を介してスイッチ５０．５４をコントロール し、また、ライン８４を介してメモリ６２をコントロールする。

スイッチ５０．５４の双方が初期的に閉にされていると仮定することによって、 訂正回路の動作を容易に理解することができる。この状態においては、キャパシ タ５６および一定ＫＭ源５２の双方が並列に接地されており、従って、キャパシ タには電荷が蓄積されていない、コントロール回路６６は、入力信号工の上昇エ ツジにおいてスイッチ５０を開にする。このときに、一定電流源５２は、既知の 一定比率でキャパシタ５６の充電を開始する。

コントロール回路は、クロック信号ＣＬＫの次の上昇エツジにおいてスイッチ５ ４を開にして、キャパシタ５６の充電を停止する。キャパシタは定電流源より充 電されたことから、スイッチ５４が開にされた後のキャパシタにおける電圧は、 入力信号の上昇エツジとクロック信号の次の上昇エツジとの間の時間に直接比例 している。従って、例示されている訂正回路は、位相オフセットａ。およびす、 の直接的な測定のために使用される。スイッチ５０および５４は、入力信号の次 の降下エツジにおけるような、任意の適当な時点で閉にされる。一般的に、これ らのスイッチは、後述されるように、入力信号の次の上昇エツジに先立って定電 流源５２の安定化を許容するため、キャパシタ５６における電圧の読み取りに必 要な最小限の時間だけ開に留められるべきである。

キャパシタ５６における電圧はバッファ・アンプ５８に入力される。キャパシタ ５６に累積された電圧が、測定されるまでその値に留まるように、このアンプの 漏洩電流は極めて低いものであるべきである。アンプ５８はキャパシタ５６を横 切る電圧のレンジを定めて、Ａ／Ｄ６０に対するフル・レンジを付与するように される。このＡ／Ｄ６０は、その適用に合致するように、充分なビットを有する 任意の高速アナログ−デジタル・コンバータであればよい、かくして、Ａ／Ｄ６ ０の出力は並列８−ビット・バイトのものであって、バス６４を介してメモリ６ ２に伝送される。第４図に例示されているように、メモリ６２に含まれているも のは、それぞれに、位相オフセットａゎおよびｂ９に対するメモリ・ロケーショ ン７１．７２、および、それぞれに、ゲイン値Ｇｈおよびバイアス値Ｂｎに対す るメモリ・ロケーション７３．７４である。なお、これらのゲイン値およびバイ アス値については後述される。ある適当な動作シーケンスにおいて、コントロー ル回路６６から受け入れられた信号が、サンプル信号の上昇エツジが生じたばか りであることを指示していない限り、当面のゲイン値およびバイアス値を無視し て、メモリ６２においてはＡ／Ｄ６０から受け入れられた各値がバス６４を介し てメモリ・ロケーション７１に蓄積する。この場合に、メモリ・ロケーション７ ２に蓄積される値はパラメータｂ１としてである。かくして、サンプル時点が生 じるまでは、値ａ、はメモリ・ロケーション７１において連続的に更新される。

パラメータｂ、がメモリ・ロケーション７２に蓄積された後で、値ａｍおよびす 、がバス１８を介してデータ・プロセッサに読み取られる。

第３図の点検により認められることは、値ａ、およびす、は部分カウント×７お よびフル・カウントＹ０を修正するために使用して、次のような訂正された部分 カウント回路。および訂正されたフル・カウントＹ、。を生成できるということ である。

Ｘ、ｃ、　Ｘ、　−ｂ、　（２） Ｙ、、　：Ｙ、、＋　ａ、　−ｂ−（３）次いで、訂正された部分カウントおよ びフル・カウントが式（１）で使用されて、サンプリング・インタバルにおける 入力信号のサイクル数のカウント値Ｃゎを決定するようにされる。従って、部分 カウント値、フル・カウント値および位相オフセットの項からなるＣ７の完全な 表現は次のようになる。

Ｃ，＝　Ｎ　＋　（Ｘ、−、−ｂ、−１）／（Ｙ、−、＋　−＋　−ｂ、−１） −（χ−−ｂ−）／（Ｙ、　”　ａ、　−ｂ、）　（４）式（４）によって表現 される分解能の改良は、一般的に、Ａ／Ｄ６０におけるビット数に依存している 。

その好適な実施例において、訂正回路３４には各サンめの手段が含まれている。

その較正動作は第５図の信号図を参照することで理解される。ここで、サンプル 信号Ｓは低であり、また、サンプリング時点ｔｌ、において上昇エツジに近接し ているものとする。入力信号工の上昇、エツジ１００および１０２において、第 ４図に関して上述されたように、コントロール回路６６はスイッチ５０および５ ２を動作させる。かくして、入力信号の上昇エツジとクロック信号（クロック信 号は第５図には示されていない）の次の上昇エツジとの間の位相オフセットＩＬ 、。

の測定がなされる。Ａ／Ｄ６０によって生成された対応の値はメモリ６２内のメ モリ・ロケーション７１に蓄積される。ただし、時点ｔ１におけるサンプル信号 の上昇エツジに続く、Ａ／Ｄ６０による次の値は位相オフセットｂ、、としてメ モリ・ロケーション７２に蓄積される。

一旦すわが蓄積されると、コントロール回路６６は較正サイクルを開始する。こ の較正サイクルにおいては、サンプリング時点ｔ。に対する訂正回路のゲインＧ 、およびバイアスＢ、が決定されて、それぞれに、メモリ・ロケーション７３お よび７４に蓄積される。

ここに、ゲインはキャパシタ５６での電圧を意味するものと規定されていて、こ のときのキャパシタはタロツク信号の完全な１サイクルに対する充電が許容され ている。バイアスについては、キャパシタ５６が接地に対して短絡されたときに 、Ａ／Ｄ６０によって読み取られたゲインを測定するために、クロック信号の上 昇エツジでスイッチ５０を開にし、また、クロック信号の次の上昇エツジでスイ ッチ５４を開にする。このタイミング・シーケンスをもって、キャパシタ５６の 充電がクロック信号の完全な１サイクルに対してなされ、また、その結果として の値はＡ／Ｄ６０によって読み取られて、メモリ・ロケーション７３に蓄積され る。コントロール回路６６は、バイアスを測定するために、クロック信号の同じ 上昇エツジでスイッチ５０．５４を開にし、そして、結果としての”ゼロ”電圧 がＡ／Ｄ６０によって読み取られて、この結果としての電圧はメモリ・ロケーシ ョン７４に蓄積される。この結果としてのバイアスの読み取りに含まれているも のは、スイッチ抵抗、スイッチ電荷伝送、アンプ・オフセット等の何等かのエラ ー源である。

パラメータａイおよびす、のそれぞれに対する訂正された位相値、＋、およびｂ ′ｏを決定するために、ゲインおよびバイアスはデータ・プロセッサ２０によっ て使用される。これらの訂正された位相値は次のようになる。

ａ　、’　：（１１，−Ｂ、）／（Ｇ、　−Ｂ、）　（５）ｂ’、　＝　（ｂ、 　−Ｂ−／（Ｃ，−Ｂ、）　（６）これらの訂正により、測定中の全てのエラー 源に対する補償がなされ、また、部分カウント値およびフル・カウント値しおよ びＹ、のそれぞれについて、同じ単位を有するように位相値のスケールが定めら れる。ここに説明された較正技術はサンプリング時点間にリアル・タイムで行う ことが可能であり、その唯一の正確上の制限は、入力信号の周期（例えば、１０ ０マイクロ秒）に類似した短期インタバルにわたる回路の反復性にある。

この発明の利点は、特定の例に対する分解能の改良を決定することによって評価 することができる。この例においては、入力信号の周波数は３４ＫＨｚであり、 また、クロック信号の周波数は１２ＭＨｚであるとされている。

第２図を参照すると、整数カウンタ３１を用いるだけで、各サンプリング・イン タバルに対する分解能は±１カウントにされることになる０部分カウンタ３２お よびフル・カウンタ３３を用いることにより、式（１）を用いるカウント値Ｃ， の決定におけるエラーは、次のように決定される。

（ＥＸＢ−１）／（Ｙ、−１）　−（ＥＸ、）バＹ、）−（Ｘ、−、−ＥＹ、− １）／（Ｙ、−１）’　＋　（Ｘ、、ＥＹ、）／（Ｙ、）”　＜７）ここに、Ｅ ＸはＸの決定におけるエラーを表わすものであって、０クロツク・カウントと１ クロツク・カウントとの間で変動することができる。また、ＥＹはＹの決定にお けるエラーを表わすものであって、−１クロツク・カウントから＋１クロツク・ カウントまで変動することができる。かくして、上述された特定の周波数に対し て、カウンタ３１−３３を用いるときの分解能は±０．００８５カウントである 。

この発明の訂正回路３４の使用により、式（４）におけるエラーは次のようにな る。

（ＥＢ−−＋）／（ＹＲ−＋　＋ＪＬｅ−１−ｂ−１）−（ＥＢ、）／（Ｙ、　 十ａゎ−ｂイ）−（Ｅａａ−１−Ｅｂ、−＋）／（Ｙ−＋　÷−１−ｂ−＋）” 　（Ｅａ、　−Ｅｂ、、）／（Ｙ、　＋　＊、、−ｂ−（８）ここに、Ｅａおよ びＥｂは、それぞれに、ａおよびｂの決定におけるエラーである。８ビツトのＡ ／Ｄに対して、ＥａおよびＥｂは土０．００４カウントである。この結果として 、訂正回路３４を用いたときの分解能は±０．００００６８カウントとなって、 更に高度の改良がなされる。

この発明の好適な実施例について説明されたけれども、当業者にとって、その変 更は自明のことである。従って、この発明の範囲は以下の請求の範囲を参照して 決定されるべきである。

呻・２ 国際調査報告

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. （１）ある所定の時点における周期的な基準信号の位相を決定するための装置で あって： 電荷蓄積手段； 電流源手段； 該電流源手段と基準電位との間に接続された第１のスイッチ手段； 該電流源手段と該電荷蓄積手段との間に接続された第２のスイッチ手段；および 該基準信号および該所定の時点を表わす信号を受け入れるように接続されたコン トロール手段であって、該基準信号の周期的な特性を検知するための手段、該所 定の時点において該電流源手段を該基準電位から切り離すための手段、該所定の 時点後の前記特性の生起に基づき該電流源手段を該電荷蓄積手段から切り離すた めの手段、および、前記特性の生起の後で該電荷蓄積手段におけろ電圧を測定し て、該所定の時点における該基準信号の位相を表わす位相信号ａｎを該電圧から 生成させるための手段が含まれている前記コントロール手段；が含まれている前 記装置。
2. （２）該コントロール手段に更に含まれている較正手段には、ゲイン開始時点に おいて該電流源手段が該基準電位から切り離させるための手段、後続のゲイン停 止時点において該電流源手段が該電荷蓄積手段から切り離させるための手段、お よび、該停止時点の後で該電荷蓄積手段における電圧を測定して、ゲイン信号Ｇ をこの電圧から生成させるための手段が含まれており、該装置には、位相信号お よびゲイン信号を受け入れ、該ゲイン信号に基づく位相信号ａｎのスケールを定 めて、較正された位相信号ａ′ｎを生成させるための処理手段が更に含まれてい る、請求項１の装置。
3. （３）該ゲイン停止時点は、該基準信号の周期に実質的に等しい時間インタバル をもって該ゲイン開始時点に追従する、請求項２の装置。
4. （４）該較正手段には、該基準電位および該電荷蓄積手段から該電流源手段を同 時に切り離すための手段、および、前記同時の切り離しの後で該電荷蓄積手段に おける電圧を測定して、バイアス信号Ｂをこの電圧から生成させるための手段が 含まれており、また、該処理手段には、位相信号、ゲイン信号およびバイアス信 号を受け入れて、下記め式により、較正された位相信号ａ′ｎを生成させるため の手段が含まれている、請求項３の装置。 ａ′ｎ＝（ａｎ−Ｂ）／（Ｇ−Ｂ）
5. （５）ある所定の時点における周期的な基準信号の位相を決定するための方法で あつで： 該所定の時点において既知の比率をもって電荷蓄積手段の充電を開始すること； 該所定の時点の後で生じる基準信号の周期的な特性の生起に基づいて該電荷蓄積 手段の充電を停止すること；および 前記特性の生起の後で該電荷蓄積手段における電圧を測定して、該所定の時点に おける該基準信号の位相を表わす位相信号ａｎを該電圧から生成させること；が 含まれている前記方法。
6. （６）該基準信号の周期に実質的に等しい時間周期に対して既知の比率をもって 該電荷蓄積手段を充電し、これに続けて該電荷蓄積手段における電圧を測定して 、ゲイン信号をこの電圧から生成させ、そして、該ゲイン信号に基づく位相信号 ａｎのスケールを定めて、較正された位相信号ａ′ｎを生成させるためのステッ プが更に含まれている、請求項５の方法。
7. （７）第１の測定時点ｔａから第２の測定時点ｔｂまで伸長する時間周期におい て、サンプリング時点ｔｎの生起する時点を決定するための装置であって：該測 定時点間の時間周期よりも短い周期を有する周期的なクロック信号を生成させる ための手段；時点ｔｎとｔｂとの間で生起するクロック信号のサイクル数をカウ ントして、対応する第１のカウント信号Ｘｎを生成させることにより、第１のカ ウント値を決定するための第１のカウンタ手段； 該測定時点間で生起するクロック信号のサイクル数をカウントして、対応する第 ２のカウント信号Ｙｎを生成させることにより、第２のカウント値を決定するた めの第２のカウンタ手段； 測定時点ｔａおよびｔｂのそれぞれにおいて、該クロック信号の位相を表わす位 相信号ａｎおよびｂｎを生成させるための訂正回路；および カウント信号および位相信号を受け入れ、該位相信号に基づきカウント信号Ｘｎ およびＹｎを調整し、訂正されたカウント信号ＸｎｃおよびＹｎｃを生成させて 、商Ｘｎｃ／Ｙｎｃを決定することにより、ｔａに対するサンプリング時点ｔｎ を決定するための処理手段；が含まれている前記装置。
8. （８）訂正されたカウント値が該処理手段により下記のように決定される、請求 項７の装置。 Ｘｎｃ＝Ｘｎ−ｂｎ Ｙｎｃ＝Ｙｎ＋ａｎ−ｂｎ
9. （９）該訂正回路には、該クロック信号の周期的な特性を検知するための手段、 および、該測定時点と該クロック信号の前記周期的を特性の次の生起との間の経 過時間を測定して、当該測定時点に対応する位相信号をこの経過時間から生成さ せるように、各測定時点において動作する手段が含まれている、請求項７の装置 。
10. （１０）該訂正回路には、電荷蓄積手段、電流源手段、該電流源手段と基準電位 との間に接続された第１のスイッチ手段、該電流源手段と該電荷蓄積手段との間 に接続された第２のスイッチ手段、および、クロック信号とサンプリング時点お よび測定時点を表わす信号とを受け入れるように接続されたコントロール手段が 含まれており、該コントロール手段には、該クロック信号の周期的な特性を検知 するための手段、各測定時点において動作して、該測定時点で該電流源手段を該 基準電位から切り離すための手段、該測定時点の後で前記特性の生起に基づき該 電流源手段を該電荷蓄積手段から切り離すための手段、および、前記特性の生起 の後で該電荷蓄積手段における電圧を測定して、当該測定時点に対応する位相信 号を該電圧から生成させるための手段が含まれている、請求項７の装置。
11. （１１）該コントロール手段には、該サンプリング時点に関連するゲイン信号Ｇ を生成させるための較正手段であって、ゲイン開始時点において該電流源手段を 該基準電位から切り離すための手段が含まれている前記較正手段、後続のゲイン 停止時点において該電流源手段を該電荷蓄積手段から切り離すための手段、およ び、該ゲイン停止時点の後で該電荷蓄積手段における電圧を測定して、該ゲイン 信号Ｇをこの電圧から生成させるための手段が更に含まれており、また、該処理 手段には、位相信号およびゲイン信号を受け入れ、該ゲイン信号に基づき位相信 号ａｎおよびｂｎのスケールを定めて、それぞれに較正された位相信号ａ′ｎお よびｂ′ｎを生成させるための手段、および、該較正された位相信号に基づいて 該カウント信号を調整するための手段が含まれている、請求項１０の装置。
12. （１２）該ゲイン停止時点は、該基準信号の周期に実質的に等しい時間インタバ ルをもって該ゲイン開始時点に追従する、請求項１１の装置。
13. （１３）該較正手段には、該サンプリング時点に関連したバイアス較正時点にお いて、該基準電位および該電荷蓄積手段から該電流源手段を同時に切り離すため の手段、および、前記同時の切り離しの後で該電荷蓄積手段における電圧を測定 して、バイアス信号Ｂをこの電圧から生成させるための手段が含まれており、ま た、該処理手段には、位相信号、ゲイン信号およびバイアス信号を受け入れ、位 相信号ａｎおよびｂｎを調整して、次の式により、それぞれに較正された位相信 号ａ′ｎおよびｂ′ｎを生成させるための手段が含まれている、請求項１２の装 置。 ａ′ｎ＝（ａｎ−Ｂ）／（Ｇ−Ｂ） ｂ′ｎ＝（ｂｎ−Ｂ）／（Ｇ−Ｂ）
14. （１４）第１の測定時点ｔａから第２の測定時点ｔｂまで伸長する時間周期にお いて、サンプリング時点ｔｎの生起する時点を決定するための方法であって：該 測定時点間の時間周期よりも短い周期を有する周期的なクロック信号を生成させ ること；時点ｔｎとｔｂとの間で生起するクロック信号のサイクル数をカウント して、対応する第１のカウント信号Ｘｎを生成させることにより第１のカウント 値を決定すること； 該測定時点間で生起するクロック信号のサイクル数をカウントして、対応する第 ２のカウント信号Ｙｎを生成させることにより第２のカウント値を決定すること ； 測定時点ｔａおよびｔｂのそれぞれにおいて、該クロック信号の位相を表わす位 相信号ａｎおよびｂｎを生成させること；および 位相信号に基づきカウント信号ＸｎおよびＹｎを調整し、訂正されたカウント信 号ＸｎｃおよびＹｎｃを生成させて、商Ｘｎｃ／Ｙｎｃを決定することにより、 ｔａに対するサンプリング時点ｔｎを決定すること；が含まれている前記方法。
15. （１５）訂正されたカウント値が該処理手段により下記のように決定される、請 求項１４の方法。 Ｘｎｃ＝Ｘｎ−ｂｎ Ｙｎｃ＝Ｙｎ＋ａｎ−ｂｎ
16. （１６）位相信号を生成させるステップには、各測定時点において、該測定時点 とクロック信号の周期的な特性の次の生起との間の経過時間を測定して、当該測 定時点に対応する位相信号をこの経過時間から生成させるステップが含まれてい る、請求項１４の方法。
17. （１７）位相信号を生成させるステップには、各測定時点において、該測定時点 において既知の比率をもって電荷蓄積手段の充電を開始して、該測定時点の後で 生じるクロック信号の周期的な特性の生起に基づいて該電荷蓄積手段の充電を停 止し、そして、該クロック信号の前記特性の生起の後で該電荷蓄積手段における 電圧を測定して、当該測定時点に対応する位相信号を該電圧から生成させるステ ップが更に含まれている、請求項１４の方法。
18. （１８）該基準信号の周期に実質的に等しい既知の比率をもって該電荷蓄積手段 の充電を行い、これに後続して該電荷蓄積手段における電圧を測定して、該サン プリング時点に関連したゲイン信号Ｇをこの電圧から生成させ、該ゲイン信号に 基づき位相信号ａｎおよびｂｎのスケールを定めて、それぞれに較正された位相 信号ａ′ｎおよびｂ′ｎを生成させ、そして、該較正された位相信号に基づいて 該カウント信号を調整するステップが更に含まれている、請求項１７の方法。
19. （１９）第１および第２のサンプリング時点の間で生じる入力信号のサイクル数 を測定することにより、入力信号の周波数を測定するための装置であって：該入 力信号の周波数よりも高い周波数を有する周期的なクロック信号を生成させるた めの手段；該入力信号の周期的な特性を検知する手段を含み、該サンプリング・ インタバルにおいて生じる入力信号のサイクルについての予測された整数Ｎを表 わす整数信号を該周期的な特性から生成させるための整数カウンタ手段； ｔｎに先行する該入力信号の特性の生起に対応する第１の測定時点ｔａから、ｔ ｎに追従する該入力信号の特性の生起に対応する第２の測定時点ｔｂまで伸長す る時間周期において、各サンプリング時点ｔｎの生起する時点を決定するための 部分測定手段であって：（ｉ）時点ｔｎとｔｂとの間で生起するクロック信号の サイクル数をカウントして、対応する第１のカウント信号Ｘｎを生成させること により、第１のカウント値を決定するための第１のカウンタ手段；（ｉｉ）該測 定時点間で生起するクロック信号のサイクル数をカウントして、対応する第２の カウント信号Ｙｎを生成させることにより、第２のカウント値を決定するための 第２のカウンタ手段；および（ｉｉｉ）測定時点ｔａおよびｔｂのそれぞれにお いて、該クロック信号の位相を表わす位相信号ａｎおよびｂｎを生成させるため の訂正回路；が含まれている前記部分測定手段；および各サンプリング時点に対 する整数信号とカウント信号および位相信号とを受け入れるための処理手段であ って、該当のサンプリング時点に対する位相信号に基づいて各サンプリング時点 に対するカウント信号ＸｎおよびＹｎを調整して、これにより、各サンプリング 時点に対する訂正されたカウント信号ＸｎｃおよびＹｎｃを生成させるための手 段、および、第１のサンプリング時点に対する商Ｘｎｃ／Ｙｎｃを加え、第２の サンプリング時点に対する商Ｘｎｃ／Ｙｎｃを減じるＮを決定することにより、 該サンプリング・インタバルにおいて生じる入力信号のサイクル数ｃｎを測定す るための手段；が含まれている前記装置。
20. （２０）訂正されたカウント値が該処理手段により下記のように決定される、請 求項１９の装置。 Ｘｎｃ＝Ｘｎ−ｂｎ Ｙｎｃ＝Ｙｎ＋ａｎ−ｂｎ
21. （２１）該訂正回路には、該クロック信号の周期的な特性を検知するための手段 、および、該測定時点と該クロック信号の前記周期的な特性の次の生起との間の 経過時間を測定して、当該測定時点に対応する位相信号をこの経過時間から生成 させるように、各測定時点において動作する手段が含まれている、請求項１９の 装置。
22. （２２）該訂正回路には、電荷蓄積手段、電流源手段、該電流源手段と基準電位 との間に接続された第１のスイッチ手段、該電流源手段と該電荷蓄積手段との間 に接続された第２のスイッチ手段、および、クロック信号と入力信号およびサン プリング時点を規定するサンプル信号を受け入れるように接続されたコントロー ル手段が含まれており、該コントロール手段には、該クロック信号の周期的な特 性を検知するための手段、各測定時点において動作して、該測定時点で該電流源 手段を該基準電位から切り離し、該測定時点の後でクロック信号の前記特性の生 起に基づき該電流源手段を該電荷蓄積手段から切り離し、そして、クロック信号 の前記特性の生起の後で該電荷蓄積手段における電圧を測定して、当該測定時点 に対応する位相信号を該電圧から生成させるための手段が含まれている、請求項 １９の装置。
23. （２３）該コントロール手段には、各サンプリング時点に対するゲイン信号Ｇを 生成させるための較正手段であって、ゲイン開始時点において該電流源手段を該 基準電位から切り離すための手段が含まれている前記較正手段、後続のゲイン停 止時点において該電流源手段を該電荷蓄積手段から切り離すための手段、および 、該ゲイン停止時点の後で該電荷蓄積手段における電圧を測定して、該サンプル 時点に対するゲイン信号Ｇをこの電圧から生成させるための手段が更に含まれて おり、また、該処理手段には、該サンプル時点に対するゲイン信号に基づき各位 相信号のスケールを定めるための手段が含まれている、請求項２２の装置。
24. （２４）各サンプリング時点に対して、該ゲイン停止時点は、該クロック信号の 周期に実質的に等しい時間インタバルをもって該ゲイン開始時点に追従する、請 求項２３の装置。
25. （２５）該較正手段には、それぞれのサンプリング時点に関連したバイアス較正 時点において、該基準電位および該電荷蓄積手段から該電流源手段を同時に切り 離すための手段、および、各バイアス較正時点に対する前記同時の切り離しの後 で該電荷蓄積手段における電圧を測定して、該サンプリング時点に対するバイア ス信号Ｂをこの電圧から生成させるための手段が含まれており、また、該処理手 段には、位相信号、ゲイン信号およびバイアス信号を受け入れ、各サンプリング 時点に対する位相信号ａｎおよびｂｎを調整して、次の式により、それぞれに該 サンプリング時点に対して較正された位相信号ａ′ｎおよびｂ′ｎを生成させる ための手段が含まれている、訴求項２４の装置。 ａ′ｎ＝（ａｎ−Ｂ）／（Ｇ−Ｂ） ｂ′ｎ＝（ｂｎ−Ｂ）／（Ｇ−Ｂ） ここに、ＧおよびＢは、それぞれに、関連のサンプリング時点に対するゲイン信 号およびバイアス信号。
26. （２６）第１および第２のサンプリング時点の間のサンプル・インタバルにおい て生じる入力信号のサイクル数を測定することにより、入力信号の周波数を測定 するための方法であって： 入力信号の周波数よりも高い周波数を有する周期的なクロック信号を生成させる こと；入力信号のある所定の周期的な特性を検知して、該サンプル・インタバル において生じる入力信号の予測されるサイクル数Ｎを表わす整数を、前記の特性 から生成させること； ｔｎに先行する該入力信号の特性の生起に対応する第１の測定時点ｔａから、ｔ ｎに追従する該入力信号の特性に対応する第２の測定時点ｔｂまで伸長する時間 周期において、各サンプリング時点ｔａの生起する時点を決定することであって 、各サンプリング時点ｔｎの生起する時点を決定するための該ステップには：（ ｉ）時点ｔｎとｔｂとの間で生起するクロック信号のサイクル数をカウントして 、対応する第１のカウント信号Ｘｎを生成させることにより、第１のカウント値 を決定すること； （ｉｉ）該測定時点間で生起するクロック信号のサイクル数をカウントして、対 応する第２のカウント信号Ｙｎを生成させることにより、第２のカウント値を決 定すること；および （ｉｉｉ）測定時点ｔａおよびｔｂのそれぞれにおいて、該クロック信号の位相 を表わす位相信号ａｎおよびｂｎを生成させること； が含まれている前記決定ステップ；および該当のサンプリング時点に対する位相 信号に基づいて各サンプリング時点に対するカウント信号ＸｎおよびＹｎを調整 して、これにより、各サンプリング時点に対する訂正されたカウント信号Ｘｎｃ およびＹｎｃを生成させ、そして、第１のサンプリング時点に対する商Ｘｎｃ／ Ｙｎｃを加え、第２のサンプリング時点に対する商Ｘｎｃ／Ｙｎｃを減じるＮを 決定することにより、該サンプリング・インタバルにおいて生じる入力信号のサ イクル数ｃｎを測定すること； が含まれている前記方法。
27. （２７）訂正されたカウント値が該処理手段により下記のように決定される、請 求項２６の方法。 Ｘｎｃ＝Ｘｎ−ｂｎ Ｙｎｃ＝Ｙｎ＋ａｎ−ｂｎ
28. （２８）位相信号を生成させるステップには、各測定時点において、該測定と時 点とクロック信号の周期的な特性の次の生起との間の経過時間を測定して、当該 測定時点に対応する位相信号をこの経過時間から生成させるステップが含まれて いる、請求項２６の方法。
29. （２９）位相信号を生成させるステップには、各測定時点において、該測定時点 において既知の比率をもって電荷蓄積手段の充電を開始して、該測定時点の後で 生じるクロック信号の周期的な特性の生起に基づいて該電荷蓄積手段の充電を停 止し、そして、該クロック信号の前記特性の生起の後で該電荷蓄積手段における 電圧を測定して、当該測定時点に対応する位相信号を該電圧から生成させるステ ップが更に含まれている、請求項２６の方法。
30. （３０）各サンプリング時点に対して、該クロック信号の周期に実質的に等しい 既知の比率をもって該電荷蓄積手段の充電を行い、これに後続して該電荷蓄積手 段における電圧を測定して、関連のサンプリング時点に対するゲイン信号Ｇをこ の電圧から生成させ、該ゲイン信号に基づき位相信号ａｎおよびｂｎのスケール を定めて、それぞれに各サンプリング時点に対して較正された位相信号ａ′ｎお よびｂ′ｎを生成させ、そして、関連の較正された位相信号に基づいて各サンプ リング時点に対するカウント信号を調整するステップが更に含まれている、請求 項２９の方法。