JPH08201452A - 位相差測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】動作が確定的であり、信頼性の高い位相測定装
置を提供すること。 【構成】第１及び第２入力信号の位相差が所定の不確定
領域にあるか否かを検出する検出回路２４と、上記第１
及び第２入力信号の位相差が上記不確定領域にあること
を検出したとき、上記第１及び第２入力信号の何れか一
方を所定位相角だけシフトする位相シフト回路２０、２
２、３０と、上記第１及び第２入力信号において上記位
相シフト回路によって位相がシフトされた一方の信号と
位相がシフトされない他方の信号との位相差を検出する
位相差検出回路１０とを具え、該位相差検出回路の検出
結果と上記所定位相角とから上記第１及び第２入力信号
間の位相差を求めることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相差測定装置、特に
高精度且つ広範囲に位相差を測定するのに好適な位相差
測定装置に関する。

【０００２】

【従来技術】図３は、従来の位相差測定回路の構成を示
すブロック図である。この回路は、入力端子２及び３に
夫々入力信号Ａ及びＢを受け、これらの入力信号はスイ
ッチ４を介してパルス成形用の比較増幅器８及び９に供
給され、矩形状のパルス信号に成形される。比較増幅器
８及び９の出力パルス信号は、位相比較器１０に夫々入
力される。この位相比較器１０は、例えば、モトローラ
社製のＭＣ４０４４型位相比較ＩＣで良い。この位相比
較器１０は、第１入力Ｒが第２入力Ｖよりも位相が進ん
でいる場合に出力端Ｕに出力パルスを発生し、第２入力
Ｄには出力パルスを発生しない。また、逆に第２入力Ｖ
が第１入力Ｒよりも位相が進んでいる場合には、出力端
Ｄから出力パルスを発生し、出力端Ｕの出力パルスは停
止する。これら出力端Ｕ及びＤの出力パルスをＤＣ変換
器１２及び１３で直流電圧に変換し、減算器１４により
直流電圧Ｖoutを発生する。この電位電圧は、アナログ
・デジタル変換器１６によりデジタル信号に変換され、
μＰ(マイクロ・プロセッサ）１８に送られる。なお、
校正信号発生器６は、既知の位相差の校正信号を発生
し、スイッチ４を介してこの校正信号を回路に供給する
ことにより、回路全体の伝達関数を求めるためのもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】減算器１４の直流出力
電圧Ｖoutと位相比較器１０の２つの入力信号の位相差
ΔΦとの関係を表したのが図４である。理論的には位相
差が−２πから＋２πまでの範囲内で位相差ΔΦと出力
電圧Ｖoutとの関係は直線的になっている。しかし、現
実には、位相差ΔΦが−２π、０、＋２πの付近で不確
定になる領域が発生し、これは特に、入力信号の周波数
が高くなると顕著になる。この理由は、位相比較器１０
が多数の論理ゲートで構成された回路であり、各ゲート
間の信号伝播時間の微妙なずれや、各ゲートのノイズマ
ージン領域での比較動作により理想的な伝達関数から外
れることが原因である。すなわち、図４に示すように、
これらの不確定領域では、位相比較器１０の２つの出力
端Ｕ及びＤの両方に不確定に出力パルスが発生する現象
が生じる。これに対して、図４のそれ以外の領域(確定
領域）では、位相比較器１０は、出力端Ｕ又はＤの何れ
か一方のみからしか出力パルスを発生しないことから動
作は確定的であり、測定精度も劣化しない。

【０００４】本発明の目的は、動作が確定的であり、信
頼性の高い位相測定装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明の位相測定装置は、
第１及び第２入力信号の位相差が所定の不確定領域にあ
るか否かを検出する検出回路と、上記第１及び第２入力
信号の位相差が上記不確定領域にあることを検出したと
き、上記第１及び第２入力信号の何れか一方を所定位相
角だけシフトする位相シフト回路と、上記第１及び第２
入力信号において上記位相シフト回路によって位相がシ
フトされた一方の信号と位相がシフトされない他方の信
号との位相差を検出する位相差検出回路とを具え、該位
相差検出回路の検出結果と上記所定位相角とから上記第
１及び第２入力信号間の位相差を求めることを特徴とす
る。

【０００６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。図３の従来例の要素と同一のものには同
一の参照番号を付している。また、図２は、図１の各部
のパルス信号ａ〜ｆのタイミング波形図の一例を表して
いる。図１では、比較増幅器８の出力パルスａがＰＬＬ
発振器２０に入力され、このＰＬＬ発振器２０から例え
ば、３６倍の周波数を有する同位相の出力パルスｂが出
力される。よって、この実施例の場合には、パルス信号
ｂの一周期は、パルス信号ａの位相角の１０度分の期間
に相当する。もし、ＰＬＬ発振器２０が３６０倍の周波
数のパルス信号を発生するように構成すれば、パルス信
号ｂの一周期分はパルス信号ａの位相角の１度分の期間
に相当する。

【０００７】一方、比較増幅器９の出力パルスｃは、ア
ンド・ゲート２６の一方の入力端に反転入力され、この
アンド・ゲート２６の他方の入力端には、パルス信号ｂ
が供給される。この結果、アンド・ゲート２６の出力ｄ
は、パルス信号ｃの低論理レベルの期間にゲート２６を
通過するパルス信号ｂとなる。カウンタ２２は、パルス
信号ａによりリセットされ、パルス信号ｂを計数するプ
ログラマブル・カウンタであり、μＰ１８によりカウン
ト値がプリッセットされる。カウンタ２４は、パルス信
号ａによりリセットされ、パルス信号ｄを計数する。ラ
ッチ２８は、カウンタ２４のカウント値をラッチし、こ
のラッチした値がμＰ１８に読み込まれる。カウンタ２
２のＲＣ(リップル・キャリー）出力パルスｅは、Ｄフ
リップ・フロップ３０のクロック入力端に供給される。
フリップ・フロップ３０のＤ入力端には、高論理レベル
(ＨＩ）が印加されており、パルス信号ａがリセット入
力端Ｒに入力される。このフリップ・フロップ３０の出
力パルスは、パルス信号ｅに同期した信号であり、分周
器３２により１／２の周波数に分周され、デューティー
比が５０％の信号に成形される。なお、比較増幅器９の
出力パルスｃも同様に分周器３３に入力され、１／２の
周波数に分周され、デューティー比が５０％となる。

【０００８】図２において、パルス信号ａ(入力信号Ａ
に対応）の立ち上がりエッジに応答してＰＬＬ発振器２
０は入力信号の周波数の整数倍、例えば３６倍の周波数
の出力パルスｂを出力する。なお、もっと精度を高めた
い場合には、例えば３６０倍の周波数の出力パルスを発
生するようにしても良い。パルス信号ｃ(入力信号Ｂに
対応）の位相はパルス信号ａの位相と比較的接近してお
り、両信号間の位相差は略１０度以内である。このよう
に両者の位相差が１０度以内の場合には、位相測定の動
作が不確定になる可能性が高い。よって、本発明では入
力信号のＡの位相を所定位相角だけシフトすることによ
り位相測定動作が不確定になるのを防止している。この
所定位相角のシフトをするための回路がＰＬＬ発振器２
０、プログラマブル・カウンタ２２及びフリップ・フロ
ップ３０である。他方、入力信号Ａ及びＢの位相差が所
定の不確定領域にあるか否かを検出する検出回路を構成
するのがアンド・ゲート２６及びカウンタ２４である。

【０００９】上述のように、アンド・ゲート２６は、カ
ウンタ２４がパルス信号ａの立ち上がりエッジでリセッ
トされ、かつパルス信号ｃの低論理レベルの期間中のみ
パルス信号ｂを通過させるので、カウンタ２４は、パル
ス信号ａとｃとの間の位相差に対応する期間中のパルス
信号ｂをカウントする。このカウンタ２４のカウント値
が１以下の場合、又は３５以上の場合には、パルス信号
ａとパルス信号ｃとの間の位相差が０付近又は２π付近
にあることとなり、不確定動作をする可能性がある。μ
Ｐは、ラッチ２８からのデータにより不確定動作の危険
があることを検知すると、プリセット・データをカウン
タ２２に供給し、所定のプリセットを実行する。このプ
リセットにより、カウンタ２２は、所定カウント値毎に
パルス信号ｅを出力することになる。要するにプリッセ
ット・データを選択することにより、図２の信号ａの立
ち上がりエッジから信号ｅの立ち上がりエッジまでの期
間Ｔsを設定することができる。なお、図２では、各信
号が繰り返し信号であることを前提としているので、説
明の便宜上、時間軸を等価時間軸としていることに留意
されたい。すなわち、ラッチ２８のデータをμＰ１８が
読み取ってプリセット・データを設定してカウンタ２２
がカウントする動作に必要な時間が経過した後の１サイ
クル期間中の波形を図２は示している。カウンタ２２の
出力パルスｅに同期してパルス信号ｆがフリップ・フロ
ップ３０から出力される。このパルス信号ｆは分周器３
２で分周され、パルス信号ｃも分周器３３で分周され
る。これらの信号の位相差が従来と同様の回路により測
定される。したがって実際に測定される位相差の期間
は、図２のパルス信号ｃの立ち上がりエッジからパルス
信号ｆの立ち上がりエッジまでの期間Ｔaに相当する期
間である。上述のように、期間Ｔsが所定の既知の時間
なので、実際の測定期間Ｔaの値と所定の位相角に対応
するＴsの値とからパルス信号ａとｃとの間の位相差が
正確に計算できる。図２の例では、Ｔsの期間は、パル
ス信号ａの位相角で１００度に相当する。これだけ位相
角をシフトすれば図４に示すように、不確定領域から確
定領域に位相がシフトされるので、確定した位相角の測
定が行えることとなる。

【００１０】以上、本発明の好適実施例を説明したが、
本発明は、上述の実施例のみに限定されるものではな
く、本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変形及
び修正を加え得ることは当業者には明らかである。

【００１１】

【発明の効果】本発明の位相測定装置は、所定の位相角
だけ入力信号の位相をシフトすることにより不確定動作
を防止できるので、極めて信頼性の高い位相差測定を行
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の装置の動作を説明するためのタイミング
波形図である。

【図３】従来の位相測定器の構成例を示すブロック図で
ある。

【図４】図３の位相測定器の伝達関数特性を説明するた
めの特性図である。

【符号の説明】

２ 第１入力端子 ３ 第２入力端子 ４ スイッチ ８ 比較増幅器 ９ 比較増幅器 １０ 位相比較器 １２ ＤＣ変換器 １３ ＤＣ変換器 １４ 減算器 １６ アナログ・デジタル変換器 １８ マイクロ・プロセッサ ２０ ＰＬＬ発振器 ２２ プログラマブル・カウンタ ２４ カウンタ ２６ アンド・ゲート ２８ ラッチ ３０ フリップ・フロップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１及び第２入力信号の位相差が所定の
   不確定領域にあるか否かを検出する検出回路と、 上記第１及び第２入力信号の位相差が上記不確定領域に
   あることを検出したとき、上記第１及び第２入力信号の
   何れか一方を所定位相角だけシフトする位相シフト回路
   と、 上記第１及び第２入力信号において上記位相シフト回路
   によって位相がシフトされた一方の信号と位相がシフト
   されない他方の信号との位相差を検出する位相差検出回
   路とを具え、 該位相差検出回路の検出結果と上記所定位相角とから上
   記第１及び第２入力信号間の位相差を求めることを特徴
   とする位相差測定装置。
2. 【請求項２】 上記位相シフト回路は、上記第１及び第
   ２入力信号の何れか一方の信号に対して位相が一致し且
   つ周波数が所定整数倍の位相ロック信号を発生する位相
   ロック発振回路と、 上記一方の信号によりリセットされ、上記位相ロック信
   号をカウントするプログラマブル・カウンタと、 該プログラマブル・カウンタの出力に同期した出力パル
   スを発生するフリップ・フロップとを含むことを特徴と
   する請求項１記載の位相差測定装置。
3. 【請求項３】 上記検出回路は、上記第１及び第２入力
   信号の何れか一方の立ち上がりエッジから他方の立ち上
   がりエッジまでの時間差を測定するカウンタ回路を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の位相差測定装置。