JPH07209447A - 経過時間測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定信号の経過時間を測定する回路におい
て、従来技術では測定間隔がが接近していると、測定で
きない場合があった。これは測定回路においてランプ波
信号を発生させた後、このランプ波信号をリセットする
ための時間が必要なためであった。本発明はこの点を鑑
み、被測定信号同士が接近していても経過時間を測定で
きる回路を提供することを目的とする。 【構成】 チャージ時間を制御するフリップ・フロップ
回路１３と、極性が異なるが電流値は等しい２つの定電
流源１７と、定電流源からの電流でチャージするコンデ
ンサ１６と、コンデンサの電圧と上下限値とを比較する
比較器１９と、コンデンサの異なる電圧を測定する２つ
のＡＤ変換器１８と、遅延回路２１と、基準時間を計数
するカウンタ２３と、２つの記憶回路２０と、２つの減
算器２２と、比較器出力により定電流源を切り替えるス
イッチ１４とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】基準となる信号から被測定信号迄
の経過時間を測定する場合において、被測定信号同士の
間隔が接近していても測定できる回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術を図３と図４とを用いて説明す
る。ここで基準とすべき信号は入力端子１１ｂに入力さ
れるクロック信号５２の、第１番目のクロックｔ_C1とす
る。クロックｔ_C1からＴ１時間経過して、被測定信号５
１ａが入力端子１１ａに入力されたとする。先ず初めに
入力端子１１ｂにクロック信号５２が入力され、シーケ
ンサ３２とカウンタ３５に入力される。シーケンサ３２
は被測定信号５１ａが入力された後に入力されたクロッ
ク信号５２のｔ_C3のタイミングで、ＡＤ変換開始信号７
２を、又ｔ_c4のタイミングでランプ波信号７１のリセッ
ト信号７３を出力する。

【０００３】カウンタ３５はクロック信号５２を計数す
るとともに周期ｔｃｋをも測定しクロックの計数値×ｔ
ｃｋなる演算をしてその演算結果値を常時出力する。次
にＴ１時間経過後に入力された被測定信号５１ａは、ラ
ンプ波発生回路３１とシーケンサ３２に入力される。ラ
ンプ波発生回路３１に入力された被測定信号５１ａは、
同回路をトリガし同回路はランプ波信号７１を発生し出
力する。ランプ波信号７１はＡＤ変換器３３に入力され
ＡＤ変換開始信号７２の入力により、その時のランプ波
信号７１の電圧値７１ａを保持しＡＤ変換して、デジタ
ル・データの（ＡＤ−１）７４として出力する。ここで
データ（ＡＤ−１）＝ｔａ を現す。ＡＤ変換開始信号
７２は、またラッチ回路３４にも入力され、そのタイミ
ングでカウンタ３５からの出力データを記憶し、更にデ
ータ（カウンタ−１）７５として出力する。データ（Ａ
Ｄ−１）７４とデータ（カウンタ−１）７５とは、減算
器３６に入力され、ここで（カウンタ−１）−（ＡＤ−
１）＝Ｔ１なる演算が行われ経過時間Ｔ１が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述の方法で
は、ランプ波発生回路３１にリセット信号７３が入力さ
れた後、ランプ波電圧が完全に０Ｖ電圧になるまでには
ｔｓなる時間を要する。このため次の被測定信号５１ｂ
がこのｔｓ時間内に入力されると、これを測定できない
という問題があった。そこで本発明は被測定信号の時間
間隔が短い場合にも対応できる測定回路を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】被測定信号をセット端子
の入力とし、同期回路の出力である同期信号をリセット
端子の入力とするフリップ・フロップ回路を設ける。ク
ロック信号と被測定信号とを入力とし、同期信号を出力
する同期回路を設ける。クロック数を計数し、且つその
周期も測定するカウンタを設ける。同期信号とカウンタ
の出力信号とを入力とする記憶回路Ｂを設けてカウンタ
の出力信号を記憶する。

【０００６】フリップ・フロップ回路の出力信号により
スイッチＢとスイッチＣとの接点のメイク，ブレイクを
制御する。更にスイッチＡを設け定電流源ＡまたはＢを
選択する。スイッチＢには定電流源Ａを、スイッチＣに
は定電流源Ｂをそれぞれ接続し、スイッチの他端は両方
ともコンデンサに接続して、コンデンサをチャージさせ
る。コンデンサにチャージした電圧を測定するＡＤ変換
器ＡとＡＤ変換器Ｂとを設ける。ＡＤ変換器Ａは被測定
信号で測定開始し、ＡＤ変換器Ｂは同期信号で測定開始
する。即ち、測定タイミングを変え、異なるコンデンサ
電圧を測定する。

【０００７】コンデンサにチャージした電圧を、上限下
限電圧を設定してある比較器に入力して比較する。比較
結果として上限値を越えた場合は論理”１”を、また、
下限値を越えた場合は論理”０”を比較器より出力し記
憶回路Ａに記憶し、更にその出力信号を遅延回路を通し
て一定時間遅延する。遅延回路の出力信号によりスイッ
チＡを制御する。ＡＤ変換器Ａの出力信号とＡＤ変換器
Ｂの出力信号とを入力とする減算器Ａを設け、遅延回路
の出力信号の論理値により減算方法をかえて演算を実行
する。減算器Ｂを設け、記憶回路Ｂの出力である基準時
間から、減算器Ａの出力値を減算して、基準時間からの
経過時間を算出する。

【０００８】

【作用】フリップ・フロップ回路出力は、コンデンサに
チャージする時間を制御する。即ち、被測定信号の立ち
上がりエッヂから、被測定信号が入力された直後に入力
されたクロック信号の立ち上がりエッヂまでの間、スイ
ッチＢもしくはＣの接点をメイクしてコンデンサをチャ
ージさせる。同期回路はその出力を、フリップ・フロッ
プ回路のリセット端子に入力して、チャージを停止する
役割をする。更にＡＤ変換器Ｂの測定開始の、又記憶回
路Ａ，Ｂの記憶の指令信号として働く。スイッチＡは、
コンデンサにチャージする定電流の極性を切り替える働
きをなす。

【０００９】コンデンサは定電流源からの電流を貯え
て、その結果Ｖ＝Ｉ・（ｔ／Ｃ）なる電圧を発生する。
ここでＶは発生電圧、Ｉは定電流源から流入する電流、
ｔは電流の流れている時間、Ｃはコンデンサの容量を現
す。そして電流値Ｉとコンデンサの容量ＣとをＩ＝Ｃと
なるように決定すれば、Ｖ＝ｔとなり、電圧Ｖはチャー
ジ時間ｔを示すことになる。ＡＤ変換器Ａはチャージ開
始直前のコンデンサの電圧Ｖを測定し、ＡＤ変換器Ｂは
チャージ終了直後のコンデンサの電圧Ｖを測定し、デジ
タル・データに変換する。

【００１０】比較器は電圧Ｖと下限値、上限値との比較
を行い結果を論理”０”または”１”として出力する。
遅延回路はその入力信号を一定時間遅延して出力する。
比較器と記憶回路Ａと遅延回路との相互作用として、上
下限値を越えた場合に次の測定のために定電流源の切り
替え、即ち、チャージ電流の極性の切り替えを行う。同
時に減算器Ａに対しても減算方法の切り替えを指令する
働きをする。カウンタはクロック数を計数するととも
に、クロックの平均周期ｔｃｋも測定し、計数値×ｔ_ck
なるデータを常時出力する。

【００１１】減算器ＡはＡＤ変換器ＡとＡＤ変換器Ｂと
の出力データ同士の減算を行う。そのとき遅延回路の出
力信号即ち、比較器の出力信号は、論理”０”のとき
（ＡＤＢ）−（ＡＤＡ）なる減算を、また論理”１”の
ときには（ＡＤＡ）−（ＡＤＢ）なる減算を選択する働
きをする。減算器Ｂは記憶回路Ｂの出力信号即ち、カウ
ンタ出力信号値から、減算器Ａの出力信号値を減算す
る。以上の各構成要素の相互作用として、被測定信号の
経過時間を得る。

【００１２】

【実施例】入力端子１１ａに入力した被測定信号をセッ
ト端子の入力とし、同期回路１２の出力である同期信号
６１をリセット端子の入力とするフリップ・フロップ回
路１３を設ける。フリップ・フロップ回路１３の出力を
スイッチＡ・１４のａ端子に接続し、スイッチＡ・１４
のｂ端子につながるラインはスイッチＢ・１５ｂのオ
ン，オフ制御をし、スイッチＡ・１４のｃ端子につなが
るラインはスイッチＣ・１５ｃのオン，オフ制御をす
る。スイッチＢ・１５ｂとスイッチＣ・１５ｃとは、フ
リップ・フロップ回路１３の出力信号によって制御され
る。即ち、その出力が論理”１”のときスイッチはメイ
クとなり、論理”０”のときはブレイク状態になる。但
し一方がメイクのときは、他方はブレイクとなり、両方
同じ状態にはならない。スイッチＡ・１４自体は遅延回
路２１の出力信号５８により制御を受けて、スイッチＢ
・１５ｂもしくはスイッチＣ・１５ｃを選択する。

【００１３】定電流源Ａ・１７ａと定電流源Ｂ・１７ｂ
とを設け両者同一の電流値Ｉに設定する。定電流源の出
力はスイッチＢ・１５ｂ或いはスイッチＣ・１５ｃを介
してコンデンサ１６につなげる。スイッチＢ・１５ｂが
メイクのときはコンデンサ１６には、定電流源Ａ・１７
ａからプラス電流が流れ、また、スイッチＢ・１５ｂが
ブレイクし、スイッチＣ・１５ｃがメイクのときは、定
電流源Ｂ・１７ｂからマイナス電流が流れてコンデンサ
１６をチャージする。コンデンサ１６はＡＤ変換器Ａ・
１８ａとＡＤ変換器Ｂ・１８ｂと更に比較器１９とに接
続される。またＡＤ変換器Ａ・１８ａには、被測定信号
５１が、ＡＤ変換器Ｂ・１８ｂには、同期信号６１がそ
れぞれ測定開始信号として入力され、コンデンサ１６に
チャージされた電圧をＡＤ変換する。

【００１４】比較器１９にはあらかじめ、比較上限値と
比較下限値とが設定されてあり、入力電圧即ち、コンデ
ンサ１６にチャージされた電圧と比較し、その結果を出
力する。記憶回路Ａ・２０ａは、比較器１９の出力信号
を記憶する。遅延回路２１は記憶回路Ａ・２０ａの出力
信号を一定時間遅延して出力し、減算器Ａ・２２ａの入
力信号になるとともに、スイッチＡ・１４を制御する。
減算器Ａ・２２ａはＡＤ変換器Ａ・１８ａの出力である
データ５５とＡＤ変換器Ｂ・１８ｂの出力であるデータ
５６と遅延回路の出力信号とを入力として、減算を行い
その結果をデジタル・データ５９として出力する。

【００１５】一方入力端子１１ｂには、クロック信号５
２が入力されて、これを入力信号とする同期回路１２と
カウンタ２３とを設ける。同期回路１２の出力はフリッ
プ・フロップ回路１３と記憶回路Ｂ・２０ｂとＡＤ変換
器Ｂ・１８ｂとさらに記憶回路Ａ・２０ａとに入力され
る。減算器Ｂ・２２ｂは減算器Ａ・２２ａの出力データ
と記憶回路Ｂ・２０ｂの出力データとを入力信号とし
て、減算を行う。

【００１６】次に図２に示すタイミング・チャートを参
照しながら各部動作について説明する。入力端子１１ｂ
にクロック信号５２が入力される。ここではクロック信
号５２のｔ_c1を基準とする。クロックｔ_c1はカウンタ２
３に入力され、カウンタ２３はそのクロックを計数しは
じめ、その値にクロックの周期ｔ_ckを乗じた値を常時出
力する。クロックｔ_c1の立ち上がりから時間Ｔ１が経過
したとき、被測定信号５１ａが入力されると、同信号は
同期回路１２をリセットし、プリップ・フロップ回路１
３をセットしその出力信号５３を論理”１”にする。更
にＡＤ変換器Ａ・１８ａに測定開始信号として入力され
て、その時のコンデンサ１６のチャージ電圧５４ａを測
定する。測定結果としてデータ５５の（ＡＤＡ−１）が
得られる。

【００１７】今スイッチＡ・１４がスイッチＣ・１５ｃ
側を選択しているとすると、出力信号５３はスイッチＣ
・１５ｃをメイクする。これにより定電流源Ｂ・１７ｂ
からコンデンサ１６にマイナス電流が流れはじめ、信号
ライン５４の電圧はマイナス側へと下降していく。次に
同期回路１２は被測定信号５１ａが入力された直後に入
力したクロックｔ_c2に同期したタイミングで同期信号６
１ａを出力する。この同期信号６１ａはフリップ・フロ
ップ回路１３のリセット端子に入力されて、同回路をリ
セットする。よってその出力信号５３は論理”０”とな
りスイッチＣ・１５ｃをブレイクする。これによりコン
デンサ１６の電圧は５４ｂで下降を停止する。更に同期
信号６１ａはＡＤ変換器Ｂ・１８ｂの測定開始信号とし
て入力されて、その時のコンデンサ１６のチャージ電圧
５４ｂを測定する。測定結果としてデータ５６の（ＡＤ
Ｂ−１）が得られる。

【００１８】比較器１９ではＴ11のタイミングで、比較
下限電圧６４を越えたので、論理”０”の信号を記憶回
路Ａ・２０ａに出力する。同期信号６１ａは，論理”
０”を記憶回路Ａ・２０ａに記憶し、更にカウンタ２３
の出力信号を記憶回路Ｂ・２０ｂにも記憶する。記憶回
路Ａ・２０ａに記憶された信号は遅延回路２１で一定時
間遅延された後に減算器Ａ・２２ａに入力されるととも
に、スイッチＡ１４を制御する。即ち、ｃ端子側をブレ
イクしｂ端子側をメイクする。

【００１９】減算器Ａ・２２ａでは遅延回路２１の出力
信号５８が論理”０”か”１”かによって演算方法を変
えて演算する。即ち、論理”０”のとき（ＡＤＢ−１）
−（ＡＤＡ−１）を、論理”１”のとき（ＡＤＡ−１）
−（ＡＤＢ−１）なる演算を実行する。今、（ＡＤＢ−
１）なるデータを得るタイミングでは、論理”１”であ
るので（ＡＤＡ−１）−（ＡＤＢ−１）を演算する。こ
の演算結果は被測定信号５１ａの立ち上がり時間とクロ
ックｔ_c2の立ち上がり時間までの差ｔ_a を現している。
減算器Ｂ・２２ｂでは記憶回路Ｂ・２０ｂの出力信号６
２即ちデータ（カウンタ−１）からｔ_a データを減算す
る。その結果は基準としたクロックｔ_c1の立ち上がりエ
ッヂから被測定信号５１ａの立ち上がりエッヂまでの経
過時間である。

【００２０】次に経過時間Ｔ２を求める場合について説
明する。遅延回路２１の出力はＴ12のタイミングで論
理”１”から”０”に変わるので、このときスイッチＡ
・１４の接点はｃ端子からｂ端子に切り替わり、この時
以降コンデンサ１６は定電流源Ａ・１７ａからのプラス
電流でチャージされる。経過時間Ｔ２で入力された被測
定信号５１ｂは、同期回路１２をトリガすると同時に、
ＡＤ変換器Ａ・１８ａの測定開始信号として働き、コン
デンサ１６の電圧５４ｂを測定し、その結果としてデー
タ（ＡＤＡ−２）を出力する。コンデンサ１６は正方向
にチャージされその電圧は上昇していく。

【００２１】クロックｔ_c5が入力されたタイミングでチ
ャージは停止し、ＡＤ変換器Ｂ・１８ｂはコンデンサ１
６の電圧５４ｃを測定し、その結果としてデータ（ＡＤ
Ｂ−２）を出力する。カウンタ２３の出力データ（カウ
ンタ−２）も記憶回路Ｂ・２０ｂに記憶される。一方比
較器１９は上限値を越えていないため、前回の出力であ
る論理”０”をそのまま保持する。減算器Ａ・２２ａで
は遅延回路出力が論理”０”であるため、（ＡＤＢ−
２）−（ＡＤＡ−２）なる減算を実行して、ｔ_bなる時
間を出力する。ついで減算器Ｂ・２２ｂは（カウンタ−
２）−ｔ_b なる減算を実行して、経過時間Ｔ２を得る。
以上のように動作して、基準としたクロック信号ｔ_c1の
立ち上がりエッヂから被測定信号５１ｂの立ち上がりエ
ッヂまでの経過時間Ｔ２を測定できた。

【００２２】

【発明の効果】本発明ではランプ波発生回路を止めて、
正負の電流でコンデンサ１６をチャージする方式とし
た。そして２つのＡＤ変換器を用いて、チャージ前の電
圧と、チャージ後の電圧を測定しているので、次の測定
に移るときにコンデンサにチャージしている電圧をその
都度リセットする必要がなくなった。このため同期信号
６１が出力されれば、すぐに次の測定が可能である。即
ち、被測定信号５１の間隔がクロック信号５２の１周期
以上あれば、高速且つ、連続して経過時間を得られ、有
効なデータとして活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示すブロック図である。

【図２】実施例１のタイミング・チャート図である。

【図３】従来技術を示すブロック図である。

【図４】従来技術を示すブロック図のタイミング・チャ
ート図である。

【符号の説明】

１１，１１ａ，１１ｂ 入力端子 １２ 同期回路 １３ フリップ・フロップ（Ｆ
／Ｆ）回路 １４ スイッチＡ １５，１５ｂ，１５ｃ スイッチ １６ コンデンサ １８，１８ａ，１８ｂ，３３ ＡＤ変換器 １９ 比較器 ２０，２０ａ，２０ｂ 記憶回路 ２１ 遅延回路 ２２，２２ａ，２２ｂ，３６ 減算器 ２３，３５ カウンタ ３１ ランプ波発生回路 ３２ シーケンサ ３４ ラッチ回路 ５１，５１ａ，５１ｂ 被測定信号 ５２ クロック信号 ５５ データ（ＡＤＡ） ５６ データ（ＡＤＢ） ６１，６１ａ，６１ｂ 同期信号 ６２ データ（カウンタ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定信号の経過時間を測定する回路に
   おいて、 入力端子（１１ａ）に入力した被測定信号（５１）をセ
   ット端子の入力とし、同期回路（１２）の出力である同
   期信号（６１）をリセット端子の入力とするフリップ・
   フロップ回路（１３）と、 入力端子（１１ｂ）に入力したクロック信号（５２）を
   入力とする同期回路（１２）と、カウンタ（２３）と、 同期信号（６１）とカウンタ（２３）の出力信号を入力
   とする記憶回路Ｂ（２０ｂ）と、 フリップ・フロップ回路（１３）の出力をスイッチＡ
   （１４）のａ端子に接続し、遅延回路（２１）の出力信
   号（５８）により制御を受けるスイッチＡ（１４）を設
   け、該スイッチＡによりスイッチＢ（１５ｂ）とスイッ
   チＣ（１５ｃ）とを制御する手段と、 定電流源Ａ（１７ａ）とスイッチＢ（１５ｂ）とを設け
   てコンデンサ（１６）をチャージする手段と、 定電流源Ｂ（１７ｂ）とスイッチＣ（１５ｃ）とを設け
   てコンデンサ（１６）をチャージする手段と、 被測定信号（５１）を測定開始信号としてコンデンサ
   （１６）にチャージした電圧を測定するＡＤ変換器Ａ
   （１８ａ）と、 同期信号（６１）を測定開始信号としてコンデンサ（１
   ６）にチャージした電圧を測定するＡＤ変換器Ｂ（１８
   ｂ）と、 コンデンサ（１６）にチャージした電圧を２値の設定値
   と比較する比較器（１９）と、 同期信号（６１）で該比較器出力信号を記憶する記憶回
   路Ａ（２０ａ）と、 該記憶回路Ａの出力信号を一定時間遅延する遅延回路
   （２１）と、 該遅延回路の出力信号と、ＡＤ変換器Ａ（１８ａ）の出
   力信号とＡＤ変換器Ｂ（１８ｂ）の出力信号とを入力と
   する減算器Ａ（２２ａ）と、 減算器Ａ（２２ａ）の出力と記憶回路Ｂ（２０ｂ）の出
   力とを入力信号とする減算器Ｂ（２２ｂ）と、を具備し
   たことを特徴とする経過時間測定回路