JPH02136753A - アナログ信号対数包絡線検波器 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、アナログ信号対数包絡線検波器に関するもの
である。すなわち、本発明は、入力アナログ信号のレベ
ルの瞬間的な変化ではなく、ゆっくりとした全体的な変
化を表す信号を出力する検波器に関するものである。入
力信号の全体的な変化を表す信号は、入力信号の最大値
の輪郭に大体従っており、そのため、この種の検波器を
当業者は信号の包絡線検波器の呼んでいる。

しかし、本発明が係わる検波器は、対数検波器、すなわ
ち、信号の全体的な変化を対数スケールで測定する検波
器である。従って、信号入力が小レベルの場合には、そ
の変化が大きくすなわち高い係数で評価され、そして、
信号レベルが増大すればするほど、その変化は低い係数
で評価される。

例示するならば、アナログ信号対数包絡線検波器は、包
絡線を測定すべき信号が音声信号である音声分析に有効
である。この場合、入力音声の音としての平均レベルを
知ることができる。アナログ信号対数包絡線検波器の極
めて具体的な使用例としては、増幅受話機能を有する電
話機に使用することをを挙げることができる。電話回線
に出力される信号の平均レベルが、電話回線から受信さ
れる信号のレベルと比較される。そして、送信信号また
は受信信号が雑音信号であるか音声信号であるか判別さ
れ、その判別結果に基づいて送信用増幅器及び受信用増
幅器の利得を調整して、ラーセン（Ｌａｒｓｅｎ）効果
を防止する。対数包絡線検波器は、瞬間瞬間の受信また
は送信の平均レベルを決定するために使用される。対数
包絡線検波器は、大きな信号を飽和させる危険なく小さ
い信号の検波及び比較動作を改善する対数特性を有して
いる。

従来の技術 対数特性を有するアナログ信号包絡線検波器は、従来、
第１図に示すように構成されていた。

図示のアナログ信号対数包絡線検波器は、レベルを制御
しなければならないアナログ信号を受信する対数利得増
幅器ｌＯを備でいる。入力信号が正および負の半周期を
持つとき、この増幅器の後に全波整流器１２が続く。こ
の整流器の後に、平滑用ＲＣ積分器１４が続く。このＲ
Ｃ積分器１４の時定数は、信号の高速変動を消し、包絡
線の低速変動を保存するように選択される。

対数包絡線検波器の出力は、ＲＣ積分器の出力から取出
される。

対数利得増幅器１０は、互いに逆方向に並列に接続され
た２つのダイオードにより出力と入力の間が接続されて
いる作動増幅器である。これらのダイオードは、直流モ
ードにあるとき対数的な電流／電圧特性曲線を有してお
り、また、あらゆる時点で、２つのダイオードの少なく
とも１つは直流モードにあることから、増幅器１０は、
増幅率が大きい信号より小さい信号に対する方がはるか
に大きい対数的な増幅率を有する。

第２図Ａは、第１図の包絡線検出器の入力Ａに受信され
たアナログ信号の波形を例示している。

第２図Ｂは、増幅器１０の出力Ｂに現れる対数的に圧縮
された信号を表している。信号変動の範囲は減少してい
ることがわかろう。また、増幅器１０の出力Ｂにおける
小さい信号と大きい信号との間の振幅比は、包絡線検出
器の入力へにおける振幅比よりかなり小さく、信号変動
の範囲は減少している。第２図Ｃは整流器１２からの出
力信号を表している。最後に、第２図りはＲＣ積分器１
４の出力信号を表している。ＲＣ積分器１４の出力では
、入力信号の高速変動成分は消えている。残ったものは
、入力アナログ信号の包絡線もしくはその平均レベルを
対数目盛で表す低速変動成分だけである。

発明が解決しようとする課題 価格及び寸法を小さくすることが望まれる場合にしばし
ば必要とされる集積回路の形式をとる例の場合、この種
の対数包絡線検波器を形成することは場合により困難で
ある。

なぜならば、標準的なＭＯ３技術を使用する場合、互い
に逆方向で並列な２つのダイオードを集積回路に形成す
る方法が知られていないために、対数包絡線検波器を作
ることが実際にはできない。

現在のＭＯ５技術は、あらゆる種類の論理回路を実現す
るためには非常に有効であるが、ＭＯ３論理回路とその
ＭＯ３論理回路を制御するために必要である可能性があ
る包絡線検波器との両方を同一の集積回路内に集積化す
ることができない。

バイポーラ技術を使用すれば、互いに逆方向のダイオー
ドを集積化することが可能であることは確かである。し
かし、集積回路の数千の素子の以外にたった２つのダイ
オードを集積化することは、バイポーラ技術に制約を加
えなければならなず、避けたい。

更に、使用する技術がＭＯ３技術及びバイポーラ技術の
どちらでも、第１図の回路は、平滑用に大きい値の容量
が必要であり、そのような容量を集積化することはでき
ない。

課題を解決するための手段 そこで、従来技術の上記した問題を解消するために、本
発明は、対数圧縮型アナログ−デジタルエンコーダ（対
数圧縮型Ａ／Ｄ変換器）を基本要素として使用するアナ
ログ信号対数包絡線検波器を提案する。

周知のように、“コフィデック（ＣＯＦＩＤＥＣ）”と
称される回路は、大量に生産されている。そして、コフ
ィデックは、電話機用に設計された集積回路であり、同
一の集積回路にアナログ−デジタルコーダーデコーダ機
能と信号フィルタ機能とを集積化している。

現在、コフィデックのアナログ−デジタルコーダは、完
全な対数またはほぼ対数関係で圧縮するエンコーダであ
る。

本発明の特徴は、ＭＯ３技術で製造することができる基
本的な低価格の素子として上記したエンコーダを使用し
て、アナログ信号包絡線検波器を実現しようとするもの
である。

包絡線検波器は、標準的なコフィデックと同一の回路で
構成された、コフィデックのエンコーダ部分は使用する
が、デコーダ部分は使用しない。

平均レベルを測定したいアナログ信号は、エンコーダの
入力に印加され、エンコーダの出力からは、入力信号の
振幅（絶対値で示す）を表すデコーダ信号が出力され、
カウンタのカウント値と比較される。エンコーダにより
デジタル化されたアナログ入力信号がカウンタの内容よ
り大きい場合には、カウンタは比較的高い周波数Ｆ１で
インクリメントされる。反対に、デジタル化されたアナ
ログ入力信号がカウンタの内容より小さくなれば、カウ
ンタは低い周波数Ｆ２でデクリメントされる。

このカウンタの内容が、入力信号の包絡線のデジタル近
似値を表している。

従来技術のように整流器は全く必要ない。標準的なコフ
ィデックはデジタル信号を出力し、そのデジタル信号の
ＭＳＢビットは、符号を表し、その他のビットは信号振
幅を絶対値で表している。

それ故、デジタル化されたアナログから符号ビットを除
いた振幅ビットをカウンタの内容と比較する。

また、どのようなＲＣ積分器も必要ない。第１図に示す
整流器及びＲＣ積分器により実現されるピーク値検出機
能は、コフィデックでは、カウンタ（カウンタのインク
リメントの頻度はデクリメントの頻度より大きい）と、
ＭＯ３技術により完全な集積化が非常に容易にできる比
較器とにより実現される。しかし、本発明による包絡線
検波器の出力信号は、デジタル信号であり、アナログ信
号ではない。これは、殆どの場合、重要ではない。

なぜならば、最終的な目的は、包絡線信号のレベルを所
定の値またはほかの信号と比較することであり、その比
較自体は、アナログ信号の場合と同様にデジタル信号の
場合も行うことができる。

本発明によるならば、アナログ信号対数包絡線検波器は
、アナログ信号入力端子とデジタル信号出力端子とを有
する対数圧縮型アナログ−デジタルエンコーダと、カウ
ントアツプ入力とカウントダウン入力とを有するデジタ
ルカウンタと、前記アナログ−デジタルエンコーダの前
記デジタル信号出力端子と前記カウンタの出力とに接続
されたデジタル比較器と、該デジタル比較器の出力に接
続された制御論理回路とを具備しており、該制御論理回
路は、前記カウンタの状態に応じて、第１の周波数で前
記カウンタのインクリメントを制御し且つ前記第１の周
波数と異なる第２の周波数で前記カウンタのデクリメン
トを制御し、前記カウンタの出力がアナログ信号対数包
絡線検波器の出力に接続されていることを特徴とする。

カウントアツプの周波数はカウントダウンの周波数より
原則として高い。例えば、８倍の高さである。

また、カウントアツプの周波数は、カウンタが入力信号
の変化に追従すべき速度にも関係する。

一方、カウントダウンの周波数は、包絡線信号の変化が
遅いことが望ましいほど、低くされる。

このカウントダウンの周波数は、第１図のＲＣ積分器の
カプトオフ周波数と同様に機能する。

本発明のその他の特徴及び効果は、以下の添付図面を参
照しての詳細な説明から明らかになろう。

実施例 第３図に示す包絡線検波器の入力Ｅには、平均レベルを
制御したいアナログ信号が印加される。

図示のアナログ信号対数包絡線検波器は、参照番号２０
で示す対数圧縮型のアナログ−デジタルエンコーダ（Ａ
／Ｄ変換器）を有している。このアナログ−デジタルエ
ンコーダ２０は、標準的なコフィデック回路２２の一部
で構成されており、コフィデック回路の他の部分２４は
、デジタル−アナログデコーダであり、本実施例では使
用しない。電話機で使用されるコフィデックは、対数圧
縮の変換特性を有しているので、本実施例のアナログ−
デジタルエンコーダとして完全に適している。本実施例
では、低価格で標準的な回路である効果を有するコフィ
デック回路全体を組み込んで、但し、デジタル−アナロ
グデコーダの部分を使用しないままにしても、コフィデ
ック回路のアナログ−デジタルコーダの部分と同一の回
路２０だけを使用しても、いずれでもよい。

アナログ−デジタルエンコーダ２０は、アナログ入力端
とデジタル出力側とを有している。

入力Ｅは、アナログ−デジタルエンコーダ２０のアナロ
グ入力に接続されている。そして、アナログ−デジタル
エンコーダ２０の出力は、２進シリアル出力であり、例
えば、８ビツトに符号化され、１ビツトの符号ビットを
有する２進符号ワードである。ここで再び入力アナログ
信号の符号化を検討する。

シリアル出力は、シリアル−パラレル変換器２６の入力
に供給され、各シリアル８ビツトはパラレル８ビツトの
ワードに変換される。当然ながら、アナログ−デジタル
エンコーダ２０の出力がパラレル出力を直接出力する場
合には、シリアル−パラレル変換器２６は必要ない。こ
のことは、現在のコフィデックはほとんどシリアル出力
であると思われるが、留意されたい。

シリアル−パラレル変換器２６０８つのパラレル出力に
は、アナログ信号の符号ビットの出力も含まれている。

しかし、この出力は信号の包絡線を検出するためには使
用しない。ほかの７つの出力は、対数圧縮されたアナロ
グ信号の振幅を、絶対値で、且つ２進符号の定義に従っ
て、示している。

標準的なコフィデックの場合のアナログ信号の振幅の２
進符号化を第４図に図解する。

第４図において、横軸は、比例目盛（線型目盛）でアナ
ログ信号の振幅を表している。但し、その比例目盛は、
任意のものでよく、図示の例では最小振幅を０とし、最
大振幅を１としている。縦軸は、２進出力（デジタル信
号）を１０進表示で示した比例目盛である。換言するな
らば、７ビツトの出力は、２進数ｏｏｏｏｏｏｏから１
１１１１１１までのどのような値もとることができるの
で、これらを、１０進数０から１２７で表している。

図面かられかるように、はぼ対数曲線（しかし実際は階
段状に変化している）を描いている曲線は、入力アナロ
グ信号の振幅を関数として出力２進符号のデジタル値を
示している。

対数曲線は、８つのほぼ真っ直ぐな線分に分割されてい
る。これら８つの線分は、２進出力の上位３ビツトで符
号化して表したものである。すなわち、最初の線分は、
０から１５までのデジタル値に対応し、第２の線分は１
５から３１までのデジタル値に対応し、第３の線分は３
２から４７までの値に対応し、以下同様にして、第８の
線分は１１１から１２７のデジタル値に対応している。

所与の振幅範囲に対応する線分を規定する３ビツトの符
号は、第４図にプロットした曲線の実質的な対数曲線を
維持する程度に実質的な対数である。そして、連続する
線分は、対数数列で変化する傾きを有している。第４図
に明瞭に示しているように、非常に小さい信号（最大値
の１％未満）の場合、傾きは非常に急峻である。それに
対して大きな信号の場合、傾きは非常に僅かである。実
際、第１の線分は、最大値の０％から１％の間の振幅を
有する信号だけを符号するために使用され、最後の線分
は、最大値の５０％から１００％の間の振幅を有する信
号を符号化するために使用される。

８つの線分の各々にふいて、残りの下位４ビツトは、ア
ナログ信号の値を正確に表示するために使用される。そ
して、この下位４ビツトの符号化は、線型的であり、対
数的ではない。すなわち、アナログ信号が１つの所与の
ステップ（各線分ごと１６の同じ大きさのステップがあ
る）増大した場合、デジタル値は１単位（すなわちＩＬ
ＳＢビット）インクリメントされる。

再び第３図に戻るならば、包絡線検波器は７ビツトのデ
ジタル比較器２８とデジタルカウンタ３０とを更に有し
ている。

シリアル−パラレル変換器２６のパラレル出力はデジタ
ル比較器２８の一方の入力に接続され、カウンタ３０の
上位７ビツトは、デジタル比較器２８の他方の入力に接
続されている。

デジタルカウンタ３０は、例えば、１１ビツトカウンタ
であり、カウントアツプ入力（＋）とカウントダウン入
力（−）とを有している。

デジタル比較器２８は、２つの出力（または、１つの出
力と、互いに反転した２つの出力を発生する１つの論理
回路）を有している。その２つの出力の一方は、アナロ
グ信号の対数圧縮デジタル化振幅Ａが（上記７ビツトで
特定される）デジタルカウンタ３０の内容Ｂより大きい
とき、デジタルカウンタをインクリメントを許可する信
号を出力する。２つの出力の内の他方の出力は、アナロ
グ信号のデジタル化振幅へがデジタルカウンタ３０の内
容Ｂより小さいとき、デジタルカウンタをデクリメント
を許可する信号を出力する。

周波数Ｆｌのインクリメント用クロック信号は、デジタ
ル比較器から出力されるインクリメント信号により制御
される有効化ゲート３２を介してデジタルカウンタ３０
のインクリメント入力に供給される。一方、周波数Ｆ２
のデクリメント用クロック信号は、デジタル比較器から
出力されるデクリメント信号により制御される有効化ゲ
ート３４を介してデジタルカウンタ３０のデクリメント
入力に供給される。

インクリメント周波数Ｆ１はデクリメント周波数Ｆ２よ
りかなり高い。

アナログ−デジタルエンコーダが１２５ミリ秒ごとに８
ビツトからなる１ワードを出力する実施例では、インク
リメント周波数を３２ＫＨｚとし、デクリメント周波数
を４ＫＨｚとした。

包絡線検波器の出力は、デジタルカウンタ３０の上位７
ビツトから得られるデジタル出力信号である。

上記した回路は以下のように動作する。

対数的にデジタル化された値Ａがデジタルカウンタの上
位７ビツトで表されるレベルを越えるほどにアナログ信
号が大きくなった場合、デジタルカウンタは急速にイン
クリメントされ、デジタルカウンタは、カウントアツプ
周波数により規定される応答時間でアナログ信号のレベ
ルに追従しようとする。しかし、デジタルカウンタの内
容が最終的にアナログ信号のレベルに追いついたために
、または、アナログ信号レベルが低下したために、アナ
ログ信号がデジタルカウンタの内容より小さくなった場
合には、デジタルカウンタはデクリメントされる。しか
し、そのデクリメントは非常にゆっくりしており、デク
リメントカウンタは、アナログ信号が前に到達していた
最大レベルを、その時定数で記憶保持する。かかる意味
において、図示の包絡線検波器の出力は、アナログ信号
のゆっくりとした変化の包絡線をデジタル式に表示する
。

発明の効果 本発明による包絡線検波器は、他の回路と共にＭＯ３技
術により完全に集積化できる。また、第１図に示す従来
例と異なり、容量を全く必要としない。時定数はクロッ
ク周波数で規定され、容量、抵抗、または電流の値によ
り時定数が決定される場合に比較して、相当正確である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のアナログ信号対数包絡線検波器の構成
を例示する回路図、 第２図は、第１図に示す回路の各部の波形を示す波形図
、 第３図は、本発明によるアナログ信号対数包絡線検波器
の実施例を示すブロック図、 第４図は、アナログ入力をデジタル出力に変換する際の
対数圧縮を図解するコフィデックの標準的な変換曲線を
示す図である。 〔主な参照番号〕 １０・・対数利得増幅器 １２・・全波整流器 １４・・平滑用ＲＣ積分器 ２０・・アナログ−デジタルエンコーダ２２・・コフィ
デック ２６・・シリアル−パラレル変換器 ２８・・デジタル比較器 ３０・・デジタルカウンタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）アナログ信号入力端子とデジタル信号出力端子と
   を有する対数圧縮型アナログ−デジタルエンコーダと、
   カウントアップ入力とカウントダウン入力とを有するデ
   ジタルカウンタと、前記アナログ−デジタルエンコーダ
   の前記デジタル信号出力端子と前記カウンタの出力とに
   接続されたデジタル比較器と、該デジタル比較器の出力
   に接続された制御論理回路とを具備しており、該制御論
   理回路は、前記カウンタの状態に応じて、第１の周波数
   で前記カウンタのインクリメントを制御し且つ前記第１
   の周波数と異なる第２の周波数で前記カウンタのデクリ
   メントを制御し、前記カウンタの出力がアナログ信号対
   数包絡線検波器の出力に接続されていることを特徴とす
   るアナログ信号対数（２）請求項１に記載の包絡線検波
   器であって、前記アナログ−デジタルエンコーダは、標
   準的なコフィデック回路のアナログ−デジタルコーダで
   あることを特徴とする包絡線検波器。 （３）請求項１または２に記載の包絡線検波器であって
   、前記第１の周波数は前記第２の周波数より相当高いこ
   とを特徴とする包絡線検波器。 （４）請求項１または２に記載の包絡線検波器であって
   、前記アナログ−デジタルエンコーダは、１つの符号ビ
   ットと、アナログ信号の振幅を絶対値で示す複数のビッ
   トとを含む２進数ワードを出力し、後者のアナログ信号
   の振幅を絶対値で示すビットのみが前記デジタル比較器
   に供給されることを特徴とする包絡線検波器。 （５）前記デジタルカウンタは、上位ビット出力と下位
   ビット出力とを有し、上位ビット出力のみが前記デジタ
   ル比較器に供給されることを特徴とする包絡線検波器。