JPH0364216A - アナログ信号を正確にディジタル化するための方法と装置 - 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】 本発明の目的は、極めて正確なディジタル値を得ること
の出来るアナログ信号をディジタル語に変換するための
方法と装置を提供することにある。

アナログ信号を得てディジタル語に変換することは、多
くの分野で行われている。たとえば、ンでピックアップ
した地下反射器由来のアナログ信号を記録して下層土を
表すサイズミツクセクシロンを決定する。信号は、通常
、増幅、サンプルし、ディジタル化して様々な処理が出
来るようにする。サイズミック信号は、探査地域がしば
しば相当広い範囲にわたるため、極めて広い動きの変動
を示す。こうした変動は、せいぜいｌＢビビッまででし
か稼動しない取得文字列のアナログ・ディジタル変換器
の容量をこえることが多い。

仏国特許第２１１ｉ２５Ｇ３４号は、極めて安定した基
準電圧を印加する入力をもつタイプのディジタル・アナ
ログ変換器を使ってディジタル化されたアナログシグナ
ルのダイナミックスを拡大する方法を開示している。本
先行方法は、主として、この入力に符号が反対であるが
モジュールが同一の二つの電圧を発生する電圧発生器を
接続することから成る。ディジタル化するべき入力信号
の符号によって、プラスの規準電圧か又はマイナスの電
圧が印加される。

この方法により、ダイナミックスビットが得られる。仏
国特許第２Ｂ２６４２３号の明細書は他のダイナミック
ス拡張システムについて記載しているが、これによると
、固定利得増幅器とサンプラーとアナログ・ディジタル
変換器（ＡＤＣ）から成るシステムであって、同一の補
正電圧を小分割して取得した一連の安定した電圧から選
んだ固定した規準電圧を入力するようになっている。規
準電圧の選択は、サンプルしたアナログ電圧と補正電圧
から派生した上記安定した電圧を比較することにより行
う。このシステムは、比較的弱い入力信号をディジタル
化する際に精度を高く保つことができ、ディジタル化の
対象である入力信号があまり弱くなく変換器が起こすノ
イズのレベルと合致性がない場合にかぎるが、変換ダイ
ナミックスの範囲を相当拡張することができる。

サイズミック波捕捉に使用される二進・利得増幅器は、
しばしば、Ａ−Ｄ変換器でディジタル化可能な最大電圧
よりも低い浮動小数点仮数と、通常数字２の累乗である
べき指数とで限定される増幅信号を発生する設計になっ
ている。

この結果生ずる数列は、ベキ指数の２進デイジタル値が
加算されるべき仮数のディジタル値を表すビットの一定
の数から成る。浮動小数点増幅器は、増幅のいろいろな
段階の増幅電圧の指数を与える利得が正確にわかってい
る場合は、大変よい成績を出す。しかし、いつもそうし
た条件であるとは限らない。組立時に正確にわかるのは
調整の難しさがあるためステージの利得は、温度と時間
によって変動する。利得ジャンプが生じた結果、ディジ
タル化したサンプル信号の精度が変わってくる。変換器
が従動する増幅器の総体的な一次性は、通常、変換器単
独のものとは異なる。

本発明にかかるアナログ信号取得の方法は、信号を増幅
すること、サンプルすること、サンプルした信号をディ
ジタル化することより成り、その結果得られたディジタ
ル語は精度が極めて高い。本発明にかかる方法は、一連
のディジタル化サイクルから戊り、各サイクルが、第一
のディジタル値を求めるため増幅していないアナログ信
号からとったサンプルをディジタル化すること、少くと
も第二のディジタル値を求めるために、公称の利得で増
幅した信号のサンプルをディジタル化すること、ディジ
タル値を一つ選んで各第二のディジタル化値の第一のデ
ィジタル値との比をとることにより実際にかけられた利
得を計測し対応する公称の利得との偏差を測ること、増
幅手段によりかけられた各増幅利得を調整して公称値を
復元することを特徴とする。

第一と第二のディジタル値は、各サイクル内で連続して
求めてもよい。

本発明にかかるアナログ信号（Ｖｅ）取得の装置は、増
幅器とサンプル手段と少くとも一つの該サンプル手段か
ら得たサンプル信号をディジタル化するアナログ・ディ
ジタル変換器から成る。この装置は、−宇の公称値の周
辺に利得を調整するための手段を備えた少くとも一つの
増幅ユニットから増幅器が成り、サンプル手段は非増幅
アナログ信号を直接サンプルする第一のサンプラーと各
増幅ユニットから信号をサンプルする少くとも一つの第
二サンプラーとから成ること、さらに、本装置はサンプ
ラー出力を該変換器の入力に連続して接続する転流手段
と、各サンプルに一つのディジタル値を選び各増幅ユニ
ットの利得を、公称利得と信号に実際にかけられた実際
の利得との差に補正するための手段をも含むことを特徴
とする。

選択と補正の手段は、たとえば、該サンプラーがサンプ
ルした信号の中から使用されている変換器と合致するレ
ベルのものを各サイクルごとに選択するようになってい
る少くとも一つの電圧コンバラタ−と第一サンプラーの
サンプルのディジタル化した値と第二のサンプラーのサ
ンプルしたディジタル化した値の比率を求めて公称利得
値と計測した実際の利得値との間の偏差に比例した値を
各サイクルごとに決定する論理ユニットと、該利得調整
手段と接続した該偏差に加重するための手段とから成る
。

論理ユニットは、該変換器の出力にそれぞれ接続されて
いる第一と第二のシフトレジスターと、第一と第二のシ
フトレジスターの内容を減算する手段とから成る。加重
する手段は、たとえば、積分器から成る。

加重手段は、各増幅ユニットの公称利得と実際の利得と
の間の平均の比率を第一と第二のシフトレジスターの内
容であるディジタル化した値から計算して求める、処理
ユニットであってもよい。処理ユニットは、たとえば、
該比率の連続する値を一定の数、格納するメモリーから
成ってもよい。

本発明にかかる方法と装置のその他の特徴と利点は、以
下の説明を添付の図面と併せて読めば明白である。

第１図において、アナログ信号Ｖｅは第一のサンプラー
１の入力と、公称利得Ｇｎをかける増幅器２の入力に印
加される。増幅器２よりの信号は第二のサンプラー３に
印加される。二つのサンプラー１，３の出力は、電子ス
イッチ４の二つの入力に接続されている。該スイッチの
出力はアナログ・ディジタル変換器５　（Ａ、　　Ｄ。

Ｃ，）の入力に接続されていて、一定の長さ、たとえば
！６ビツトの数値語を生成する。同期ユニット６は、各
サンプルのディジタル化サイクルごとに、サンプラー１
，３とＡ−Ｄ変換器５とを制御するためのクロック信号
を発生する。また同期ユニットは、スイッチ４を制御し
てＡ−り変換器５にサンプラー１からの非増幅のサンプ
ル又は増幅器２からの増幅したサンプルを連続して印加
するために各サイクルごとに信号を生成する。

本装置は、さらに、変換器５からディジタル化した語を
受けて、後述する補正信号を生成する論理ユニット７か
ら成る。これらの信号は、積分器８の入力に印加される
。増幅器２の利得は、出力Ｓと逆方向人力ｅ−との間に
接続された第一のレジスタＲ１と二つの抵抗器Ｒ２と同
じ、逆方向の入力ｅ−を接地するための直列のｒとで構
成される、逆方向の帰還ネットワークにより従来方法で
制御されている。抵抗器ｒは、一方の抵抗器に並行に、
接続されているチャンネルをもつＦＥＴ）ランデスタ９
から成る。トランジスタ９のゲートは積分器８の出力と
接続されている。それ故、抵抗器ｒの値は、該ゲートに
かけられる電圧にしたがって変動する。

（第２図）の制御論理ユニット７は二つのレジスタ１０
．　　ｔｉから成り、レジスタの入力は変換器５の出力
と並行に接続されている。

第一のパルスＣＨ１は、非増幅サンプルをディジタル化
する際に生ずる語Ｎ１のレジスタ１０へのアクセスを制
御する、第二のパルスＣＨ２は、利得Ｇで増幅したサン
プルと対応する語Ｎ２のレジスタ１１へのアクセスを同
様に制御する。

減算器１２はレジスタ１０と１１の内容を比較して、比
較の結果にもとすき、論理値信号Ｏ又は１を生成し積分
器８へ印加する。論理ユニット７は、二つの入力を備え
たしきい値コンバラタ１３から成る。第一の入力は変換
器５の入力に接続している。変換器５がディジタル語に
変換できる最大振幅と対応する規準電圧Ｖｍが第二の入
力に印加される。しきい値コンバラタ１３の出力は第一
ゲートにＡＮＤの制御入力に接続されるとともに、論理
インバータ１５により第ニゲ−）ＡＮＤＩＧの制御入力
にも接続されている。レジスタ１０と１１の各出力はゲ
ート１４と１６の入力へそれぞれ接続されている。二つ
のゲート１４と１６の互いに接続された出力は、比較ユ
ニットの出力となっている。

本装置の操作の原理は、各サンプリングサイクルごとに
２度ディジタル化を行うことにある。

すなわち、第一回のディジタル化はサンプラー１からの
増幅していないサンプルに対して、第二回目はサンプラ
ー３からの増幅したサンプルに対して行うもので、同時
に、増幅器の実際の利得Ｇが公称の利得Ｇｎと同じであ
るか否かを得られた数値語Ｎ２とＮ１との間の比率を設
定することによりチエツクし、もしあればその差を補正
する。利得ＧとＧｎの比較は、公称利得Ｇｎが印加され
ている語Ｎ１と実際に増幅したのちに得られた数値語Ｎ
２を比較することにより等価的に行う。

サンプラー１と３とに記憶されている各アナログサンプ
ルごとに、サンプラー１と３の出力はスイッチ４により
変換器５の入力に連続して接続される。その結果生ずる
ディジタル語は、最初の語が比較ユニット７のレジスタ
１０に二番目の語がもう一つのレジスタ１１へ連続して
入力される。次に第一レベルの比較が行われる。装置の
入力の信号が大きすぎて、利得Ｇで増幅した後変換器５
がディジタル化出来る最大電圧をこえるような振幅をも
つ場合は、比較ユニットが、非増幅サンプルに対応する
第一の数値語Ｎ１を選択する。これには、しきい値コン
バラタ１３がゲー）１４を解放し、ゲー）１Ｂを閉鎖す
ればよい。上記と反対の場合は、つまり増幅した信号が
変換器でディジタル化できる電圧ウィンドウ中にある時
は、比較ユニットは第二の生成されたディジタル語Ｎ２
と第三の語Ｎ３との間で第二の比較を行い、増幅した信
号に印加された実際の利得Ｇが増幅器の最終調整時に計
測した公称利得Ｇｎと実際に対応しているか否かチエツ
クする。上記の第三の語Ｎ３は、（増幅していないサン
プル）のディジタル語Ｎ１にレジスタ１０中に格納され
ている公称利得Ｇｎを乗づることにより得られる。たと
えば公称利得が２のｍ乗（ｍは整数）である場合、公知
のように、乗算の結果、語Ｎ１を含むレジスタの内容の
ｍ−ランクシフトとなる。レジスタ１０の語Ｎ１＊Ｇｎ
は語Ｎ２と同様に減算器１２に印加され、その結果Ｎ２
−Ｎ１＊Ｇｎっまりこれと等価の差Ｎｌ　（Ｎ２／Ｎ１
−Ｇ）　＝Ｎ１　（Ｇ−Ｇｎ）が算出される。

Ｎ２−Ｎ１東Ｇｎ−０であれば、コンバラタ１２は論理
値Ｏを発生し、その他の場合は論理値１を発生する。減
算器！２よりの論理信号は、積分器８に印加される。積
分器８の出力でその結果生ずる電圧の変動によって増幅
器２の利得がわずかに修正されて、公称利得に対応した
利得をこれに与える。

増幅した信号に対応したディジタル語Ｎ２の出力は、ゲ
ートＥＴ１６により制御される。

第３図に示す修正された実施例においては、増幅器６の
実際の利得Ｇと公称利得Ｇｎとの間の偏差の補正は積分
によって行うかわりに一定の回数連続してサンプリング
を行って、二つの値の比率の平均値を求めることによっ
て行う。

比率Ｎ２／Ｎｌにより実際の利得Ｇの値が与えられ、実
際の利得と公称の利得との間の比率ＧＮ／Ｇは、積Ｃ＝
Ｇｎ束Ｎ１／Ｎ２を計算することにより求められる。論
理ユニット７のレジスタ１０．　１１は処理ユニット１
７に接続しており、処理ユニット１７はサンプリングと
増幅のサイクルごとに係数Ｃの値を決定する演算部１８
と、−定の数のディジタル語を記憶することのできる、
本分野の専門家には公知のＦＩＦＯタイプ等のメモリー
１３とから成る。Ｃの連続値は、メモリー１３に格納さ
れる、各サイクルごとに、演算部１８は係数Ｃの最後に
格納された値Ｐの平均値を決定する。比率の平均値を、
次に、後続するサンプルの一つずつのディジタル化した
値を修正するために、使う。演算部１８はこの修正作業
を、各増幅サンプルに対応する数値語Ｎ２に上記の平均
値を乗算することにより行う。

上記においては、調整可能な固定利得増幅器を例にひい
て記述した。しかし記載した補正原理を拡張して複数の
異なる値を中心に調整する利得をもつ増幅器にも本発明
はその範囲内で十分対応できる。その場合は、装置は並
列の多段の異なる利得段階と、マルチプレクサで全ての
階段に連続して各サンプリングサイクル毎に接続されて
いるアナログ・ディジタル変換器と、例示して上記に記
載したものと同様な、異子増幅段階の公称利得と実際の
利得との間の偏差を校正する手段と、使用する変換器に
ついて最もディジタル化値が正確な段階の利得を選択す
る手段とから成る。

第１図は、本発明による装置の第一の実施例の概略図で
あり、利得を校正して平滑化する積分器を使っている。

第２図は、ディジタル化した値を選択し、増幅利得の調
整をするための論理ユニットの概略図である。

第３図は、本発明の第二の実施例の概略図であり、増幅
ユニット中で行う利得校正の値の平滑化のためにディジ
タル格納手段を使用している。

特許出願代理人弁理士　関　根　秀　太９２− 手続補正書（自発） 平成２年８月１７日 １、事件の表示　　平成２年特許願第１７２５２１３号
２、発明の名称 アナログ信号を正確にディジタル化するための方法と装
置３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　　　アンスティテユ　フランセ　デュ　ベトロー
ル４、代理人 住　所　　１０７東京都港区北青山１丁目２番３号自発 ６、補正により増加する発明の数 （２）優先権証明書および同訳文 各１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）各サイクルが、第一のディジタル化した値（Ｎ１
   ）を得るために増幅していないアナログ信号をサンプリ
   ングして直接ディジタル化すること、少くとも第二のデ
   ィジタル化した値（Ｎ２）を得るために各公称利得で増
   幅した信号のサンプルをディジタル化すること、ディジ
   タル化値を一つ選択し、該第一のディジタル化値と各第
   二のディジタル化値との間の比率を決定して実際にかけ
   られた利得（Ｇ）を計測すること、対応する公称値（Ｇ
   ｎ）から偏差している場合は、該公称値を回復するため
   に増幅手段を使って各増幅利得を調整すること、から成
   る一連の連続ディジタル化サイクルを行うことを特徴と
   する、アナログ信号を増幅し、サンプルし、信号サンプ
   ルをディジタル化し極めて正確なディジタル化値を得る
   ことのできる方法。 （２）該ディジタル化値を各サイクル内で連続して求め
   ることのできる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）増幅器とサンプリング手段と該サンプリング手段
   からの信号のサンプルをディジタル化する少くとも一つ
   のアナログ・ディジタル変換器（５）から成る、アナロ
   グ信号（Ｖｅ）を得る装置において、該増幅器が一定の
   公称値（Ｇｎ）の周辺に利得を調整する手段（９）を具
   備する少くとも一つの増幅ユニット（２）から成り、該
   サンプリング手段が増幅していないアナログ信号を直接
   サンプルするための第一のサンプラー（１）と各増幅ユ
   ニット （２）からの信号をサンプルするための少くとも一つの
   第二のサンプラー（３）とから成り、 該装置はサンプラー（１、３）の出力を該変換器の入力
   に連続して接続する整流手段と、各サンプルごとにディ
   ジタル化値を選択し各増幅ユニットの利得を、公称利得
   Ｇｎと信号にかかる実際の利得との間の計測した偏差に
   従って補正するための手段とをさらに含むことを特徴と
   する装置。 （４）選択と補正の手段が該サンプラーからの信号サン
   プルの中から各サイクルごとに該変換器とレベルが合致
   するものを選択する少くとも一つの電圧コンバラタ（１
   ３）と、各第二サンプラーと第一サンプラーとからのサ
   ンプルのディジタル化値の比率を求めて公称利得値（Ｇ
   ｎ）と実際に計測した利得値（Ｇ）との間の偏差に比例
   する量を各サイクルにつき決定するための論理ユニット
   と、該利得調整手段（９）と接続された該偏差に加重す
   るための手段とから成ることを特徴とする、特許請求の
   範囲第３項に記載の装置。 （５）論理ユニット（７）が、該変換器（５）の出力に
   接続されている第一と第二のシフトレジスター（１０、
   １１）と、第一と第二のシフトレジスターの内容を減算
   するための手段とから成ることを特徴とする、特許請求
   の範囲第４項に記載の装置。 （８）加重手段が積分器（８）から成ることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第５項に記載の装置。 （７）加重手段（１７）が、各増幅ユニット（２）の公
   称利得と、第一と第二のシフトレジスター（１０、１１
   ）中にそれぞれ含まれるディジタル化値からの実際の利
   得との間の比率の平均値を計算するための処理ユニット
   （１８）から成ることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ５項に記載の装置。 （８）処理ユニットが該比率の連続値を一定の数量格納
   するメモリー（１９）から成ることを特徴とする、特許
   請求の範囲第７項に記載の装置。 （９）該増幅器ユニットが、積分器（８）の出力に接続
   された電子的に調整可能な抵抗（９）がついた帰還ネッ
   トワークから成ることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ６項に記載の装置。 （１０）処理ユニット（１８）が変換器（５）からのデ
   ィジタル化した値を該平均値に従って補正することの出
   来ることを特徴とする、特許請求の範囲第７項に記載の
   装置。