JPS5866065A - 信号検出方法 - 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】 本発明は信号のピークを自動的に検出する信号検出方法
に関する。

未知の直流（ＤＣ）電圧レベルまたは時間的に変化する
信号（以下時間変化信号という）の値をオシ四スコープ
または外部電圧計を用いずに求める必要がしばしばある
。更に１これらの値は繰り返し信号用の安定したトリガ
点の決定、ピーク対ピーク電圧値の測定、パルス・エツ
ジの立上り及び立下り時間の測定等の際に、しばしば必
要となる。このような必要性は電子カウンタまたはタイ
！装置を使用する際に生じる。尚、これら装置にシいて
は、周Ｈ数、電気的事象間の経過時間、電気的事象の発
生回数等の特性を決定するために未知の印加信号または
電圧レベルを測定する。一般的にこの電子カウンタ装置
の入力電圧ウィンドウ（範＠ｌ）は正及び負のビーク振
幅を所定のダイナ電ツタ・レンジに制限し、トリガ・レ
ベルはカウンタ回路で計数応答が生じるために信号が通
過するトリガ・ウィンドウ内でなければならない、操作
者は正面パネルの制御手段によりトリガ・レベルを手動
調整して、安定したトリガが得られる点にトリガ・レベ
ルを設定する。もし、全体の信号振幅がトリガ・ウィン
ドウよりも大＠に小さければ、信号の位置を見つけるた
めに正面パネルの制御手段を用いて捜索する必要があり
、次に計数を安定させるため試行錯ａｌｌより調整をす
る。

この問題は尚業者には周知であり、自動レベル検出・ト
Ｖｔｔ装置及び方法が提案されている。このような自動
トリガ回路の１つは本発明の出願人により出願中の特願
昭５３−４７６０９に開示されている。これでは、トリ
ガ・レベル電圧は入力信号電圧レベルと交差するまでト
リガ・ウィンドウを掃引される。しかし、入力信号が時
間変化しているなら、トリガ・レベルの掃引は継続し、
トリガは異なる任意のレベルで起きる。

米国特許第４，０６９，４５１；時間変化信号の中央値
のほかに最大及び最小値の正確な値を自動的に検出する
装置を開示し【いる、これでは、連続した階段状電圧ラ
ンプ波はトリガ・ウィンドウ内の指、示された範四を走
置して、入力信号と交差する。

正及び負のピークのだいたいの幅が決まると、ピークを
正確に捜すために更に小さな階段電圧ランプを使用する
０次に両ピーク値の中央値を計算する。しかし特Ｋ、入
力信号の変化が遅い即ち低周波数繰り返し信号であると
、中央値を求めるためかなり時間がかかる。更に、この
装置は非常に低い繰り返し率で生じる速い電気的スＩ（
イクの検出はできない、また、レンジ外の信号を検出で
きず、また電圧ランプ信号の傾斜方向を変更して両方向
から電圧レベルを掃引するための装備がないのでＤＣ電
圧レベルを決定できない。即ち電圧レベルを検出しても
、それが実際に信号ピークかＤＣ電圧かは解らない。

本発明によれば、所定のダイナさツク・レンジまたはト
リガ・ウィンドウ内の未知の印加電圧またはＤＣ’ｌ圧
の値を自動的且つ正確に検出するため二分探索（ｂｉｎ
ａｒｙ　５ｅａｒｃｈ　）技術を用いる。未知の信号ま
たはＤＣ電圧を電圧比較器の一方の入力端に印加する。

論Ｊ！制御器で生じたｎビットデジタル信号をアナ四グ
基準電圧に変換し、比較器の他の入力端に印加する。比
較器の出力端を、トグル・フリップ・フロップまたはカ
ウンタのような検出記録器として使用するエツジでト、
リガされる装置に接続する。尚、この装置の論理状態は
論理制御器により監視される。記憶器及び演算器は基本
的検出装置を構成する。二分探索技術は、比較器の基準
電圧試験レベルがトリガ・ウィンドウ内で信号のピーク
値に近づくよ５Ｋｎビツトのデジタル試験レベル数値を
論理制御器により選択する試験循環工程を含む。一度、
正及び負の両ピーク値が既知になると、それらの中央値
を計算して、自動トリガを行うためのトリガ・レベルが
決定する。パルス・エツジの立上り及び立下り時間の測
定は信号振幅の１０％及び９０％の点の間の時間を計算
すればよい、必要であれば、低周波数または低衝撃係数
信号を検出するために、各試験レベルを所定時間保持し
てもよい、無信号または範囲外状態も同様に検出する。

正及び負のピーク探索試験循環工程の探索工程は両方の
循環工程を同時に実行するよ５に父互に行な２てもよい
。

本発明に従った特定の構成では、各チャンネルの入力比
較器及び初段カウンタと共にマイク１コンビエータ及び
それに関連した記憶器とを使用して、２チヤンネル・ユ
ニバーサル−カウンタの両チャンネルを同時に試験でき
る。

本発明の目的は二分探案技術を使用して未知の印加信号
の信号レベルを敏速に検出する信号検出方法を提供する
ことである。

本発明の他の目的は外部の試験器を用いずに未知のＤＣ
ｗ圧または時間変化信号の値を決定する信号検出方法を
提供することである。

本発明の他の目的は時間変化信号のタイ電ング及び振幅
特性を予め求めることなく、この信号の安定したトリガ
な自動的に得る信号検出方法を提供することである。

本発明の他の目的は単一の信号探索過程において２つ以
上の時間変化信号の２つ以上のピークを検出する信号検
出方法、を提供することである。

本発明の他の目的及び効果は添付図を参照して行うリポ
の説明より当業者には明らかとなろう。

第１図は本発−の信号検出器の簡略゛的プ■ツク図であ
る。未知のＤＣ電圧または時間変化信号を入力端ａ１を
介して比較器ａｔの一方の入力端に印加し、デジタル・
アナログ変換器（ＤＡＣ）Ｑ４）から他方の入力端に印
加した基準電圧”ＲＥＦと比較する。

比較ＳａＳの出力を遷移検出器即ちエツジ・トリガ・フ
リップ７四ツブａＱの如き検出記録器に印加する。

論理制御！（１１１はｎビットのデジタル信号を発生し
最羨的／ｎビットのデジタル数が、入力端ａαに加えた
ＤＣｉｉ圧または時間変化信号の所定のピーク値に一致
する等価アナｐグ電圧を与えるまで二分探索の間、最上
位ピッ）　（Ｍ２Ｒ）から最下位ピッ）（Ｌ８Ｂ）まで
１ビツトずつ変化させ続ける。検出した入力値に相当す
る１またはそれ以上の鳳ビットのデジタル数を蓄積する
ために記憶器翰を設げる。演算器＠は論理制御器、（ｌ
ｌｋ接続され、例えばパルス・エツジの立上り及び立下
り時間の計算の如き数学的機能とする。検出した信号レ
ペ＾または計算結果を表示器（至）に表示してもよい。

第１図の装置の発明の要旨に関連する二分探索技術は第
２図を参照して理解されるであろう、第２図は電圧下限
１ｘ＋　ｉ　ｎ及び電圧上限Ｉｊｎａｘを有するトリガ
・ウィンドウを示す、トリガ・ウィンドウは検出できる
入力信号のダイナミック・レンジであり、比較器αりの
基準電圧を発生するＤＡＣＱ４１の出力により決定する
０例えば、第２図に示すような通常、トリガ・ウィンド
ウの下手分の範囲で生じる低レベル繰り返し信号の成る
未知の信号の正のピークを決定することが要求され【い
るとする。

更に論理制御器ａ樽は”ｏｏｏｏｏ″のｌ７ｒ１ｉｎか
ら”１１１１１”のｒｔｘまでの範囲で５ビツトのデジ
タル数を発生できる０％定の５ビツトのデジタル数が第
２図の左端の論理図で描かれ、ここで黒は論理″″１′
、白は論理１０”を表わす。

二分探索循環工程の初めにおいて、入力信号は全く未知
であり、入力信号があるかどうかも解らない、そこで論
理制御器舖は図示したように５ビツトのデジタル数を設
定し、基準電圧ＢＲＩＪを価范に設定する。第１工程で
は入力信号の正ピーク値に等しい５ビツトのデジタル数
のＭＳＢを決める。

コノタメに、ＤＡＣ（１４）Ｋ’″０１１１１”（また
は＠１ｏｏｏｏ”）を加えて”１ＬＩＦを正確にＬｍａ
ｘ及び−１ｎの中央値に設定し、第１試験工程ｔ８１を
開始する。第１基準レベルの設定後、ＥＲＥＦが信号電
圧と交差すると７リツプ・フ・エツジａｅの出力状態を
変えるように比較器０３は立上り（ｐｏｓｉｔｉｖｅ−
ｇｏｉｎｇ）　）　９　ｎ　−ｘ　ツシを発生するので
論理制御器賭はフリップ・フロップａｅの出力状態を調
べて、少なくとも１回の遷移が起きたかどうか確認し、
遷移を確認すれば信号が検出されたことを示す。図中の
例では、信号は検出されないが、ＥＲＥＦはタイ２ング
回路即ち論理制御器ｆｉｌに入力されるクロックに応じ
た期間Ｔを経るまでデジタル数”０１１１１”ｋより設
定したレベルを維持する。期間Ｔは予め決められ、例え
ば指定された遮断低周波数の入力信号の１局期に対応す
る期間で−もよい。つまり、正のピーク値が基準レベル
ＥＲ１ｉＦと交差するならばこの期間に交差するはずで
ある０期間Ｔの終わりで、第１試験工程が完了し、５ビ
ツトのデジタル数を０１１１１”から“１１１１１”に
変化させてＥＲＩＦを’Ｌｘｎａｘに再設定する。フリ
ップ・フ日ツブ翰の出力状態が工程ｔＢ１の終わりで変
わっていなければ、トリガ・ウィンドウの上半分に信号
はない。従って、被検出値のＭＳＢは論理１０′″であ
る。よって＠０”が記憶器（２）内にＭ２Ｒとして置数
され、残りの４ビツトについてはまだ未定である。

次の試験工程ｔＳ２は第２Ｍ５Ｂを決定するために５ビ
ツトのデジタル数を１００１０”ｋ設定することにより
開始され、論理制御器Ｑ８はフリップ・フ曹ツブ霞の出
力状態を調べる。第２図の例ではＥＲＩＦが試験レベル
に向う際に信号と交差するので、比較器ａりはフリップ
・フロップＱｅの出力状態を変化させる。このよ５に信
号またはＤＣ電圧がＩｒｎ１ｎ及び−献の間で、％及び
Ｈの間のどこに存在するかが解る０期間Ｔの間中、試験
レベル＠ｏ。

１１１″を維持する必要はない。試験工程ｔＢ２が完了
すると、　”］ｌ］Ｃ］ｉ’を’Ｌｘｎａｘに再設定す
る。検出した論１１＠ｌ”は第、２Ｍ８Ｂとして蓄積さ
れる。

同様に残った３ビツトは試験工１！ｔｇｓｓｔ８４及び
ｔＢｓで夫々”０”１”及び′″１”ｋ決定する。最終
的検出信号′″０１０１１’は、正のピーク値を第２図
の左側に示された論理図と比較することｋより確められ
る。

もし、トリガ・ウィンドウ内に信号が無いなら、ＤＡＣ
ｇ４）Ｋ印加されたｎビットのデジタル数はＭ２Ｒから
Ｌ８Ｂの順序で１ビツトを変化され、比較器ａコに印加
された基準電圧ＥＩＩＩＦはトリガ・ウィンで示すよ５
　ｋｃｌｍｍから始まり、ｂｉＫ到達するよ５に二分探
索を行う、このように、無信号状態及びレンジ限界状態
を検出及び指示できる。仮りに、未知信号が第２図の例
よりも大幅に小さくまたは全＜１）Ｃレベル、だけであ
っても、正確なレベルが得られるだろう、このことは本
発明に従った検出装置がフリップ・７０ツブｔｔｅで認
識される単一の遷移のみを必要とするからであり、傾斜
が正確に選ばれるので、ＥＲＥＦが負の方向に変化する
未知信号と交差するとき（または未知信号が正の方向に
変化するＢＲＩ８Ｆと交差するとき）計数可能な遷移が
生じる。

第２図は信号の正のピーク値を検出する二分探索技術を
示しているが、負のピーク値に関しても同４＃！に反対
の傾斜設定で、Ｌｍｌｎから始めてトリガ・ウィンドウ
の上方に向って移動すればよいことは明らかである。エ
ツジでトリガされるフリップ・フＵツブ（Ｑの動作にお
いて、正しい極性を監視するため、負のピーク値を探索
中の立上り（正方向に変化する）基準電圧ＥＲＥＦが、
正のピーク値を探索中の立下り（負方向に変化する）基
準電圧”ＲＩｅＦにより発生すると同じ極性のトリガな
確実に発生するために傾斜制御をしなければならない、
この傾斜制御は当業者には周知であり、比較器ａりの十
及び−入力端の一方への切換え、または負のピーク値の
探索中に比較器の出力を反転させるととにより達成でき
る。しかし、正及び負のピーク検出と関連した傾斜制御
を含むことは本発明の％徴であることに注意されたい。

上述したよ５に、信号の正及び負の両ピークの検出値を
記憶器−に蓄積する。これらの値は論理制御ＷａＳ＜よ
り演算器＠に移し、ここで例えば、両ピークの５０％の
点を計算し°て、入力信号の安定したトリガを得るため
のトリガレベルを発生する。比較器ａａ及び遷移検出器
ａｅでデジタル・カウンタの入力段部分を形成するなら
、笑際の信号処！１に使用する構成要素で、信号レベル
の検出もできる・このことは、本発明の重要な特徴であ
る。

このよ５な２つの役割により、構成要素整合またはドリ
フト補償の如き設計上の問題がなくなる。

更にホスト機器の偵格要因及び電力消費は減る。

演算器のは信号ピークの１０％及び９０％の点を計算し
、パルス変動の立上り及び立下り時間の測定を容易にす
る。演算器口はＤＣ電圧レベルの検出を確認する際に用
いてもよく、仁のような場合、検出した正及び負のピー
ク値は互いに等しい。

第３図は本発明の自動信号検出装置を用いた２チヤンネ
ル・ユニバーサル・カウンタの入力段を示すブロック図
である。チャンネル人は、入力端を入力端チー及びトリ
ガ電圧源−に夫々接続した比較器（４＋）、比較器Ｇ４
０の出力を選択的に反転する傾斜選択回路−及び従来の
エツジでトリガされるカウンタ連鎖回路−を含む、同様
に、チャンネルＢは入力端を入力端チロ及びトリガ電圧
源−に夫々に接続した比較器−、比較器−の出力を選択
的に反転する傾斜選択回路−及び従来のエツジでトリガ
されるカウンタ連鎖回路脅を含む。トリガ電圧＃−及び
□□□はプログラム可能な電圧源として動作する従来の
ＤＡＣが好適である。プロ七ツサ及び記憶器を含むマイ
クロ・コンピューターは従来の市販のものでよく両チャ
ンネル人及びＢへの入力信号の正及び負のピーク値のた
めの二分探索を制御する。チャンネル人及びＢの動作は
略等しく、マイク費・コンピューターはカウンタ連鎖回
路用の適当なトリガ・エツジを発生させるために比較器
の出力の極性（傾Ｎ）を選択し、比較器の基準電圧を設
定し、計数に変化が起きたかどうかを判断するためカウ
ンタ連鎖回路内のカウンタｉ監視する。各カウンタ連鎖
回路の状態は二分探索の循環工程の各試験工程ごとにそ
れらの状態をリセットするかまたは新しい値を読み出し
及び蓄積することでカウンタ連鎖回路の内容を記憶する
ととｋより決定する。

第４図は印加された未知の時間変化信号の正及び負のピ
ーク値に関して交互に繰り返す二分探索を説明するため
の波形図である。二分探索循環工楊は工程１［より説明
できる。ここでマイクロ・コンピュータ■からトリガ電
圧ｆｌｊ＠４）及び６４１に印加するデジタル数のビッ
ト数ｎについて、１くｉくｎとすると、このデジタル数
のＭＳＢＫ関しては五＝１、第２Ｍ８ＢＫ関してはｉ＝
２、同様にして下降し、ＬＳＢに関してｌ　ｗ　Ｈの各
工程で求まる。各試験工程量は正のピーク探索ｔｓ、ｐ
ｔ及び負のピーク探索ｔｓ、ｖｔに分かれる。探索循環
工程はトリガ電圧５１［Ｇ１４１及び輪の出力をＬｔｎ
ａｘ　ＩＩｃ　ｅ定し。

入力信号がトリガ基準電圧を超すと立上りエツジ・パル
スが発生するように傾斜選択回路−及び（至）を設定す
ることｋより各チャンネルに対して開始する。続いて個
々に制御されるトリガ基準電圧Ｌ１ヲＬｔ　＝　（Ｉｊ
ｎｍ　−１−ｈｎｉｎ）／　２　ｋ：設定する。マイク
ロ・コンピューターはカウンタ連鎖回路（ハ）及び情の
内容を読み、試験工、ｌ！　ｔｓ、ｐｔは、信号が存在
すれば計数発生後に１またはトリガ・ウィンドウの上半
分く信号が存在しなければ期間Ｔ後に終了する。

次に、トリガ・レベルをＩｍｎに且つ傾斜を負に設定し
て負ピーク探索工８ｔＢ、ｖ＊を始める。信号が存在す
ればトリガ・ウィンドウの下半分に存在することがすで
に解っているので、ゑ＝１の間トリガ・レベルを（Ｉ７
ｎａｘ　＋Ｉｊ１１１！ｎ　）／　２　Ｋ設定し、信号
全体がトリガ・ウィンドウ内に入るかど５かを判断する
。ここでは信号はＩｍｎ及びＬｌの間で検出される。そ
の結果、Ｍ２Ｒは信号の正のピークＶｍａｘ及び負のピ
ークＶｍｉｎの両方に関して決定する。

五＝２の工程において、正及び負のピーク値の第２Ｍ５
Ｂを決定する際に上述の工程を繰り返し、最終的ｋ　ｉ
　＝ｘ　１３に関する値を決定するまで繰り返す。

常に負のピークは連続する正のピークの間に生じるので
両チャンネル人及びＢｋ関して正及び負のピークに対す
る各二分探索を交互に繰り返すことにより計算時間を有
効に利用できる。このことは低周波入力信号に対して％
ｉｃＨ著であり、新しいトリガ・レベルの設定後４Ｉｃ
ｉ機時間となる。待機時間中、例えば上述の期間Ｔｋコ
ンピューターは他の′機能を行なう。この機能とは他の
チャンネルでのトリガ基準電圧レベルの設定、カウンタ
連鎖回路の内容の読み出し等である０例えば、カウンタ
連鎖回路−及び鏝は同時Ｋまたは交互に動作可能状Ｉｌ
ｋなりｂ　”５）ＰＳ工程の完了と共Ｋ　）　９ガ・レ
ベル電圧を１１ｍ１ｎ　Ｋ変化させるので、第１試験工
１１　ｔｓ、ｐｔはチャンネルＡ及びＢｌｆＣ＠１．て
同時に進行する。正及び負のピークの二分探索は、上述
したように両チャンネル忙対して全く同数の工程で奥行
され、二分探索処理により決定する実際の値はチャンネ
ル人の信号の正のピーク（ｖＡＩｎｊｌｘ）、負のピー
ク（ＶＡｍｉｎ）と、チャンネルＢの信号の正のピーク
（ＶＢｍａｘ）　、負のピーク（ＶＢｍｉｎ）　Ｋ相当
するｎビットのデジタル数の二進ビットの値であること
に留意されたい。これらの値から、５０％のトリガ点を
計算してもよくまた、立上り及び立下り時間測定を容易
にするため、立上りまたは立下りエツジの１０％及び９
０％の点を計算してもよい。

ＤＣ電圧または低周波遮断点より低い周波数の時間変化
信号は二分探索循環工程の各試験工程でトリガ・レベル
を交互にＩｊｎｉｎ及びＬｍａｘに設定することで確実
に検出できる。

自動トリガ・レベルを、自動信号レベル検出装置を含む
機器の低周波数遮断点より低い周波数の時間変化信号用
に利用してもよい、しかし、このトリガ・レベルは信号
のピーク間の５０％の点になるように計算したものであ
っても、またはそ５でなくてもよい。低速変化信号がト
リガ・ウィンドウ内にあると、たとえトリガ基準電圧が
ピーク値に一致しなくても、比Ｖ器は正のピーク及び負
のピークを探索する間中、カウンタを動作させる遷移信
号を発生する。しかし、正のピークを探索する間に検出
するレベルは負のピークよりも正でなければならない、
同１ｉＩＫ負のピークを探索する間に検出するレベルは
正のピークよりも負でなければならない。従って、２つ
の検出値はこれらの間の成る点で自動トリガ・レベルを
形成する際に使用してもよい。

上記説明は本発明の好適な実施例について行なったが、
本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更及び変形を
成し得ることは当業者には明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１閏は本発明を実施する信号検出装置を示すブロック
図、ＪＩ２図は未知の時間変化信号の正のピークを検出
するために使用する二分探索技術を説明するための波形
図、ｍ３図は本発明を実施する信号検出装置を使用した
２チヤンネル・カウンタを示すブロック図、第４図は未
知の時間変化信、号の正及び負のピークを検出するため
の二分探索を説明するための波形図である。 図中において、ａ’ａは比較器、ＩはＤＡＣ，（１Ｇは
スリップ・フロップ、鰻は論理制御器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定ビット数のデジタル数に附応する基準信号を発生し
   、該基準信号を入力信号と比較して検出信号を発生し、
   該検出信号により上記デジタル数を変化させ、上記基準
   信号のレベルが上記入力信号のビータ値に相当するよ５
   に上記デジタル数を最上位ピッＦから最下位ビットまで
   順次１ビツト毎に決定することを特徴とする信号検出方
   法。