JPH0476490A - 時間計測装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、第１の信号が生じてから第２の信号が生しる
までの時間を計測する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種の装置としては、第１の信号が生じてから第
２の信号が生ずるまでのクロックパルスをカウンタにて
計数すると共に、第１の信号及び第２の信号が生じてか
ら充電回路を作動させ、次のクロックパルスの立上りエ
ツジ番こより充電を終了させている。

そして、カウンタの計数値とクロックパルスの周期とを
積算することによって、第１の信号が生じてから第２の
信号が生ずるまでの概略時間を求めると共に、充電回路
の充電電圧によって端数時間を求め、概略時間と端数時
間とを合成することによって、第１の信号が生じてから
第２の信号が生じるまでの時間を計測している。

また、第１の信号が生じてから第２の信号が生しるまで
の時間を求める別の構成として、自動発振している信号
（゛時間経過に伴い電圧レベルが変化する）を第１の信
号及び第２の信号が生した時点でサンプル・ホールド回
路により、 第１の信号及び第２の信号が生した時点の自助発振信号
電圧から端数時間を求め、概略時間は自動発振数をカウ
ンタで計数することにより求め、端数時間と概略時間の
合成をする構成が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の構成では、第１の信号及び第２の
信号が生じてから次のクロックパルスの立上りエツジが
生ずるまでの時間を、第１の信号及び第２の信号により
初めて充電を開始する充電回路による充電電圧値に変換
しているので、充電回路を構成するコンデンサ等の素子
自体を安定化させて精度の良い測定を行なうのに、測定
回数を多くする必要がある、という問題点があった。

又別の構成の場合自動発振信号電圧をサンプルホールド
する回路の応答時間が遅いため、自動発振の周波数を低
くしなければいけなくなり、その結果端数時間のグイナ
ミソクレンジが広がり時間分解能が悪くなるため、精度
の良い測定ができない、という問題点があった。

そこで本発明は、少ない測定回数で精度の良い測定を行
なうことのできる時間計測装置、を得ることを目的とす
る。

〔問題点を解決する為の手段〕

そこで本発明は、第１の信号（スタート信号）が生じて
から第２の信号（ストップ信号）が生しるまでのクロッ
クパルスの数を計数するカウンタ手段（２，１６）と、
前記クロックパルスの一周期内の端数値を充電電圧値と
して読み取る読取装置（２，３，４，５，６，７，８，
９，１０，１１１２，１３，１４）と、前記カウンタ手
段の計数値と前記読取装置の充電電圧値とから第】の信
号が生してから第２の信号が生しるまでの時間を求める
時間計測装置において、前記読取装置に、前記クロック
パルスの一周期内での充電と引き続く一周期内での放電
とからなる充放電サイクルを繰り返す第１の充放電回路
（２，３，４，５，６，７）と、前記第１の充放電回路
とは逆の関係にて充放電サイクルを繰り返す第２の充放
電回路（２，８，９，１０，１１，１２）と、前記第１
と第２の充放電回路のうち、充電サイクルにある回路の
充電電圧を選択して出力する選択回路（１３）と、を設
けたことを特徴とする時間計測装置であり、また、前記
読取装置は、前記充放電回路の充放電を停止させ、充放
電回路をサンプルホールド回路として用いることを特徴
とする時間計測装置である。

〔作用〕

本発明では、充放電回路により得られる充放電電圧によ
る定常発振波を端数データとしている為、ウオーミング
アツプ効果により、時間−電圧変換する回路素子自体の
安定化、引いては端数データの安定化向上が計れる。ま
た、同し理由で、測定間隔の長短に関らず、同し精度で
の測定が期待出来る。

更に、充放電回路による定常発振波は、クロ・ンクパル
スをもって生成した発振波であるため、周期が安定して
おり、これにより発振波形そのものの安定化向上が計ら
れ。

更に、充放電回路で定常発進部とサンプルホールド部を
構成することにより、サンプルホールド回路の応答時間
が定常発進部と同じ時間まで速くできるため、端数デー
タの分解能を向上することが可能となり、より高い精度
での測定が期待出来る。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例のブロック図であり、第２図
は第１図の動作を説明するためのタイミングチャートで
ある。

基準発振器１は、第２図（ａ）に示した如きクロックパ
ルスを出力するもので、このクロックパルスは、ゲート
から構成されたコントロール回路２に入力される。コン
トロール回路２は、基準発振器１のクロックパルスを入
力すると共に、第１の測定データを示すスタート信号（
第２図（ｂ））、第２の測定データを示すストップ信号
（第２図（ｋ）Ｌ　ＣＰＵからの測定動作信号（第２図
（ｏ））、そして後述のＡ／Ｄコンバータ１４からの変
換終了信号（第２図（ｊ））を入力し、各種の制御信号
を出力する。すなわち、コントロール回路２の各種制御
信号は、充電スイッチ４．９と放電スイッチ５．１０の
開閉制御信号（第２図（ｃ）、（ｈ）、（ｄ）、（ｉ）
）とスイッチ１３の選択信号（第２図（ｅ））とカウン
タ１６のカウント指令信号（第２図（１））及びカウン
タクロック信号（第２図（ｍ））とＡ／Ｄコンバータ１
４の変換開始信号（第２図（ｎ））とを出力する。

コンデンサ６は充電スイッチ４を介して定電流源３によ
り定電流充電される一方、充電スイッチとは逆位相で開
閉する放電スイッチ５を介して短絡される。それによっ
て、第２図（ｆ）のように充放電される一方の充放電回
路が構成される。また、コンデンサ１１は充電スイッチ
９を介して定電流ｔＡ８により定電流充電される一方、
充電スイッチ９とは逆位相で開閉する放電スイッチ１０
を介して短絡される。それによって、第２図（ｇ）のよ
うに充放電される他方の充放電回路が構成される。

充電スイッチ４と放電スイッチ５とは、コントロール回
路２の開閉制御信号（第２図（Ｃ）、（ｄ））により、
クロックパルスの一周期毎に逆位相で開閉すると共に、
スタート信号（第２図（ｂ））、ストップ信号（第２図
（ｋ））によって、充電スイッチ４が閉していると充電
スイッチ４は強制的に開状態になり、Ａ／Ｄコンバータ
１４からの変換終了信号（第２図（ｊ））が生じた直後
のクロックパルスの立上りにより、充電スイッチ４が前
記閉していた場合には、放電スイッチ５が閉しる。それ
によって、コンデンサ６に充電されていた電荷が放電さ
れる。充電スイッチ４が前記閉していなかった場合には
、充電スイッチ４が閉じて充電が始まる。

他方、充電スイッチ９と放電スイッチ１０とは、コント
ロール回路２の開閉制御信号（第２図（ｈ）、（ｉ））
により、クロックパルスの一周期毎に逆位相で開閉する
と共に、スタート信号（第２図（ｂ））、ストップ信号
（第２図（ｋ））によって、充電スイッチ９が閉じてい
ると充電スイッチ９は強制的に開状態になり、Ａ／Ｄコ
ンバータ１４からの変換終了信号（第２図（ｊ））が生
じた直後のクロックパルスの立上りにより、充電スイッ
チ９が前記閉じていた場合には、放電スイッチ１０が閉
じる。それによって、コンデンサｌｌに充電されていた
電荷が放電される。充電スイッチ９が前記閉じていなか
った場合には、充電スイッチ９が閉じて充電が始まる。

バッファ７はコンデンサ６の充電電圧を端数データＩと
してスイッチ１３の一方の入力端子に入力し、バッファ
１２はコンデンサ１１の充電電圧を端数データ■として
スイッチ１３の他方の入力端子に入力する。

スイッチ１３は、コントロール回路２からの選択信号（
第２図（ｅ））に応じて、２つの入力端子に入力される
端数データＩ、端数データ■を選択して出力端子に出力
する。

Ａ／Ｄコンバータ１４はスイッチ１３の出力端子に出力
されたデータ（端数データ１もしくは端数データ■）を
コントロール回路２からの変換開始信号（第２図（ｎ）
）によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換終了後に変換終了信
号（第２図（ｊ））をＣＰＵ１５とコントロール回路２
に出力する一方、変換データをＣＰＵ１５に出力する。

カラタン１６はコントロール回路２のカウント指令信号
（第２図（１））によりリセットが解除されカウント可
能状態になりコントロール回路２のカウンタクロック信
号（第２図（ｍ））の計数を開始する一方、計数値をＣ
ＰＵ　１５に出力する。

ＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄコンバータ１４から変換終了信号
（第２図（ｊ））が出力されると、Ａ／Ｄコンバータ１
４の変換データ（端数データ■、■に対応する）を読み
込み、メモリに記憶すると共に、カウンタ１６の計数値
を読み込み、メモリに記憶する。そして、ＣＰＵ１５は
、測定動作信号（第２図（０））を測定中止状態にする
と共に、メモリに記憶された変換データから演算した端
数時間と、メモリに記憶されたカウンタｌＧの計数値に
クロックパルスの周期を掛けて求めた時間とを加算して
、スタート信号（第２図（ｂ））が生じてからストップ
信号（第２図（ｋ））が生しるまでの時間を演算する。

ＣＰＵ１５によるこの演算結果は、不図示の表示器で表
示されたり、プリンタによりプリントアウトされたりす
る。

このような構成であるから、装置が作動状態にあるとき
は、基準発振器１からクロックパルスが生じており（第
２図（ａ））、コントロール回路２は充電スイッチ４と
放電スイッチ５とを第２図（Ｃ）、（ｄ）に示すように
、互いに逆の関係にて、クロックパルスに同期させて開
閉する。また、コントロール回路２は充電スイッチ９と
放電スイッチ】Ｏとを第２図（ｈ）、（＋）に示すよう
に、互いに逆の関係にて、クロックパルスに同期させて
開閉する。このとき、充電スイッチ４と充電スイッチ９
とは互いに逆の関係にて開閉する。言い換えれば、充電
スイッチ４と放電スイッチｌＯが同期し、放電スイッチ
５と充電スイッチ９が同期している。その結果、コンデ
ンサ６．１１の充放電は第２図（ｆ）、（ｇ）に示すよ
うに逆の関係にて行なわれる。すなわち、クロックパル
スのある周期でコンデンサ６が充電サイクルにあると、
コンデンサ１１は放電サイクルにある。

このような状態において、時刻１．でスタート信号が生
ずると（第２図（ｂ））、コントロール回路２は、充電
スイッチ４．９のうち閉じていたスイッチを開く信号を
出力すると共に、カウンタ１６にカウンタクロック信号
を人力せしめる。そして、充電スイッチ４．９のうち、
スタート信号が生ずる直前まで閉していたスイッチに接
続されていたコンデンサ６もしくは１１の充電電圧が人
力されているスイッチ端子に、スイッチ１３を接続する
選択信号をスイッチ１３に入力する。第２図の例では充
電スイッチ４が上記閉じていたスイッチである。そして
、スタート信号が生じてから若干後れて（Δ）変換開始
信号（第２図（ｎ））がＡ／Ｄコンバータ１４に入力さ
れるので、スイッチ１３に接続された端子の端数データ
（Ｉ又は■）がＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄコンバータ１
４はＡ／Ｄ変換終了によって変換終了信号（第２図（ｊ
））を出力するから、ＣＰＵ１５は変換終了信号によっ
てＡ／Ｄ変換された端数データを読み込み不図示のメモ
リに記憶する。この端数データは、クロックパルスの立
上りからの時間Ｔ、に対応している（第２図）。

他方、コントロール回路２は、変換終了信号に引き続い
て生じるクロックパルスの立上りによって放電スイッチ
５と充電スイッチ９を閉しると共に、充電スイッチ４と
放電スイッチ１０を開けて、通常の開閉サイクルに復帰
する。そして、スイッチ１３０選択信号も充電及び放電
スイッチ４．５．９、ｌＯの開閉サイクルに同期する。

次に、時刻り、てストップ信号が生じると、コントロー
ル回路２からカウンタ１６に入力されていたカウンタク
ロック信号は無くなり、カウンタ１６は計数を中止する
一方、コドンロール回路２は、充電スイッチ４．９のう
ち閉じていたスイッチ開く信号を出力する。スイッチ１
３はコントロール回路２からの選択信号によって、充電
スイッチ４．９のうちストップ信号が生ずる直前まで閉
じていたスイッチに接続されたコンデンサ６もしくは１
１の充電電圧が入力されている端子に接続される。第２
図の例では、上記閉じていたスイッチは充電スイッチ９
である。そして、コントロール回路２からの変換開始信
号（第２図（ｎ））によってＡ／Ｄコンバータ１４はス
イッチ１３からの端数データ（Ｉ又は■）をＡ／Ｄ変換
する。このＡ／Ｄ変換されたデータは、ストップ信号が
生ずる直前のクロックパルスの立上りからストップ信号
が生ずるまでの時間Ｔ２に対応している（第２図）。

また、カウンタ１６には、スタート信号が生じてからス
トップ信号が生じるまでに発生したクロックパルスの数
を計数しているから、ＣＰＵ１５は、クロックパルスの
数にクロックパルスの周期を掛けて、時間Ｔ、を演算し
、メモリ記憶する。

Ａ／Ｄ変換データは、それぞれ充電電圧値に対応してい
るが、この充電電圧はとりもなおさず、時間Ｔ　３、Ｔ
　！に対応しているから、ＣＰＵ’１５は、時間Ｔ、に
対応したＡ／Ｄ変換データを変換終了信号によって読み
取ってメモリに記憶した後、メモリに先に記憶していた
Ａ／Ｄ変換データと共に時間Ｔ、　、Ｔ、に変換した後
、メモリに記憶していた時間Ｔ、と加算する。つまり、
スター１−信号が生じてからストップ信号が生しるまで
の時間を−Ｔ、　＋Ｔｚ　＋Ｔｉとして演算する。

このようにして、上記実施例によれば、クロックパルス
の一周期内の端数時間も正確に求めることができる。

特に、Ａ／Ｄコンバータ１４の変換中を除いて、コンデ
ンサ６．１１はクロックパルスに同期して充放電が行な
われるので、安定な動作を得ることができ精度が向上す
る。

また、スタート信号、ストップ信号によってコンデンサ
６．１１の充電を停止しているので、高速なサンプル・
ホールドの機能が得られる。すなわち、サンプル・ホー
ルドの機能を充放電回路自体に持たせた事で、充放電回
路の後段にサンプルホールド回路を置いた場合に必要と
なるサンプル・ホールド回路に用いるコンデンサの充放
電の時間計算が不要になる為、見かけ上、充放電回路と
同じスリューレートを持ったサンプリングが出来、高い
スリューレートを持つ為に、高速度でのホールド可能と
なる。この様にサンプル・ホールドの応答時間が高速と
なる為に、端数データの分解能が向上し高精度の測定を
可能とすると共に、ホールド・タイミングそのものの変
動が押さえられる。この様にして、非常に短い周期の端
数データが安定にサンプル・ホールドされる。

なお、以上の実施例では、スタート信号による端数デー
タを求める１対の充放電回路、ストップ信号による端数
データを求める１対の充放電回路とを共用したが、それ
ぞれに専用の１対の充放電回路を用いてもよい。この場
合は一方の対の充放電回路がスタート信号による端数デ
ータを求め、他方の対の充放電回路がストップ信号によ
る端数データを求めるように構成する。この場合には、
スタート信号が生じてからストップ信号が生じるまでの
時間がＡ／ＤコンバータのＡ／Ｄ変換時間より短かくて
も測定が行なえるという利点がある。

また、スタート信号が本装置で決定出来る様なシステム
で本発明を用いると、ストップ信号の時間検出のみ行え
ば良くなり、更に、端数データの充電区間でサンプリン
グ行える様に、スタート信号と端数データ間に既知の位
相差を与える事も可能である。これによって、端数デー
タを１回路のみ有するだけで同じ精度を出せる装置も構
築出来る。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明によって、ウオーミング・アップ効
果による端数データそのものの安定化が計れ、これによ
り、少い測定回数で高い精度を持たせられる。

尚、本発明を用いて、パルス測距装置やタイムインター
バル・アナライザ等の応用が考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図のタイムチャート、である。 （主要部分の符号の説明） ｌ・・・・・・基準発振器、 ２・・・・・・コントロール回路、 ３．８・・・・・・定電流源、 ４．９・・・・・・充電スイッチ、 ５．１０・・・・・・放電スイッチ、 ６．１１・・・・・・コンデンサ、 １３・・・・・・スイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、第１の信号が生じてから第２の信号が生じるま
   でのクロックパルスの数を計数するカウンタ手段と、前
   記クロックパルスの一周期内の端数値を充電電圧値とし
   て読み取る読取装置と、前記カウンタ手段の計数値と前
   記読取装置の充電電圧値とから第１の信号が生じてから
   第２の信号が生じるまでの時間を求める時間計測装置に
   おいて、前記読取装置に、 前記クロックパルスの一周期内での充電と引き続く一周
   期内での放電とからなる充放電サイクルを繰り返す第１
   の充放電回路と、 前記第１の充放電回路とは逆の関係にて充放電サイクル
   を繰り返す第２の充放電回路と、前記第１と第２の充放
   電回路のうち、充電サイクルにある回路の充電電圧を選
   択して出力する選択回路と、 を設けたことを特徴とする時間計測装置。
2. （２）、前記読取装置は、前記充放電回路の充放電を停
   止させ、前記充放電回路をサンプルホールド回路として
   用いることを特徴とする時間計測装置。