JPS596395B2 - 電気回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気回路に関するものであつて、詳細にいえば
変化する電流によつて表されたデータをディジタル化す
る回路に関するものである。

変化する電流によつて表されたデータをディジタル化で
きる回路装置は既知のものであつて、これらは交流と直
流の両方に適用可能である。制限要因は普通に用いられ
るアナログ−ディジタル変換器の標本化速度に関連する
電流の変化の最大速度である。この制限を避けるために
、コンデンサを充電する電流を使つて、普通の方法でコ
ンデンサの電圧をディジタル化することは既知である。
このような回路においては、間欠的にコンデンサを放電
する何らかの機構を備えることが必要であつて、これは
非常に正確なデイジタル化が必要な場合には誤差を生ず
る可能性がある。本発明の目的は、電流によつて表され
たデータを高精度でデイジタル化する電気回路を提供す
ることである。

本発明によれば、可変電流によつて表されたデータをデ
イジタル化する電気回路が提供され、その回路は可変量
の瞬時値に比例する可変直流が印加されるコンデンサと
、上側と下側の電圧レベルを限定するために使用でき、
コンデンサの電圧に応答して上記電圧が上側電圧レベル
に達するたびに第１の制御信号を出し、上記電圧が下側
電圧レベルに達するたびに第２の制御信号を出す参照段
と、第１と第２の制御信号のいずれか１つに応答して、
コンデンサにかかる電圧が他方の制御信号を発生させる
電圧レベルに近い値に変わるような向きに既知の一定電
荷のパルスを加える充電機構と、充電機構によつてコン
デンサに加えられた充電パルスの数と極性を計数する計
数機構と、次々の標本の間の時間間隔が充電パルスの持
続時間より大きいような速度で、コンデンサの電圧を標
本化するのに使えるアナログーデイジタル変換器と、計
数機構の出力をアナログーデイジタル変換器の瞬時出力
と結合する加算器とを具備している。

充電機構は、一定の既知振幅の電流を出すのに使える電
流源と制御信号に応答して電流源の出力を既知の時間コ
ンデンサに接続するスイツチ機構とから成つていてもよ
い。本発明の１実施例を添付図面を参照して例として次
に説明する。

第１図は、速度のデイジタル表示を加速度を表すアナロ
グ入力から導くのに適する回路を示したものである。

この回路への入力は、いかなる瞬間においても加速度計
によつて測定した加速度の値に比例する電流１（ｔ）で
ある。

この電流は、入力と接地の間に接続したコンデンサに加
えられる。またそのコンデンサに高入力インピーダンス
緩衝増幅器１１が接続されている。増幅器１１の出力は
、参照段１２に接続されている。この参照段は、上側と
下側の電圧レベルを限定するように構成されて、コンデ
ンサ１０の電圧ＶＫ（ｔ）が２つの電圧レベルのどちら
かを超えるたびに適当な制御信号を出す。制御信号は、
どちらの電圧レベルに到達したかを示す。参照段１２の
出力は、スイツチ回路１３を介して定電流発生装置１４
に接続され、この後者の２つが本発明の充電機構を構成
している。定電流発生装置１４の出力は、スイツチ１５
を介してコンデンサ１０に接続されている。各電流出力
の向きを示す定電流発生装置１４からの第２の出力は、
計数器１６に加えられる。増幅器１１の出力は、また増
幅器の出力を標本化するアナログーデイジタル変換器１
７に加えられる。

この標本化は、次々の標本間の時間が充電パルスの持続
時間より長いような固定速度で生ずるのが好ましい。な
お、充電パルスが実際に加わつている間は標本化を止め
なければならない。計数器１６の内容とアナログーデイ
ジタル変換器１７の出力は、加算器１８によつて加算さ
れて、慣性系の場合に速度を示す入力加速度の全時間積
分を示すデイジタル出力Ｄ（ｔ）を与える。これは、記
憶装置１９の中に記憶されて、望むならば、移動した距
離の測定値を得るためにさらに積分されてもよい。スイ
ツチ回路１３と定電流発生装置１４を非常に詳しく第２
図に示してある。

第２図について説明すると、定電流発生装置は、電源−
Ｖに接続したエミツタと定電流発生装置の１つの出力端
子Ｘとなつているコレクタを有するＮＰＮトランジスタ
Ｔを含む。

他の端子Ｙは、抵抗器Ｒを経て電源＋Ｖに接続されてい
る。また零基準ダイオードＺと抵抗器から成る基準分圧
器が同じ電源間にある。ツエナ・ダイオードと抵抗の間
の結合点は、比較器として働く演算増幅器５０の反転入
力に接続されている。増幅器の非反転入力は、定電流発
生装置の端子Ｙに接続されている。比較器５０は、出力
と反転入力の間に接続された負帰還抵抗を持つていて、
その出力は、トランジスタＴのベースに接続されている
。第２図の残りの部分は、第１図のスイツチ回路を示し
ている。

スイツチ１５は、高速動作用ＦＥＴによつて供給される
ベース電流を有するトランジスタを備えている。スイツ
チ１５は、定電流発生装置の出力端子の１つ、こ＼では
端子Ｙとなつている、に接続され、スイツチ２３と２４
，２２と２５の対がスイツチ１５と他力の端子Ｘに接続
されている。スイツチ２３と２４の共通点は、接地電位
に接続されるが、スイツチ２２と２５の共通点は、コン
デンサ１０に接続される。スイツチ１５および２２ない
し２５は、参照段１２によつて与えられた制御信号に応
答する簡単なタイミング回路によつて操作することがで
きる。

第１の制御信号は、スイツチ２２と２３またはスイツチ
２４と２５の対の中の１つの動作を生じさせる。選択さ
れたスイツチ対が閉じたときは、スイツチ１５は、既知
の一定時間閉じ、そのあとで開く。最後に選択されたス
イツチがまた開く。他の制御信号があるとき、他方のス
イツチ対が用いられるほかは、同様の結果である。定電
流発生装置は、抵抗Ｒを通つて流れる電流による抵抗Ｒ
の電圧降下が比較器５０によつてツエナ・ダイオードＺ
の電圧と比較されるように働く。

どんな相違も比較器の出力、したがつてトランジスタＴ
のベース電流の変化をもたらす。ツエナ・ダイオード２
１は、スイツチ１５が開いているとき、一定電流を通す
ために必要である。電荷転送の間電流の方向は、つねに
コンデンサ電圧を制御信号を発生させた電圧レベルから
離して他の電圧レベルへ向つて動かすようになつている
。いま説明した定電流発生装置が用いられる装置が別の
可変電流によつて充電された１つより多いコンデンサを
持つている場合は、単一定電流発生装置を種々のコンデ
ンサの間に時分割してもよい。第２図に破線で第２のコ
ンデンサ１０′およびスイツチ２２′と２５″を示して
ある。スイツチ１５，２３および２４は共通である。次
に第３図は、上記の回路の動作中のコンデンサ電圧を示
している。

上側の電圧レベルＶｕ，と下側の電圧レベルｔは、共に
参照段によつて一定の値に限度されていて、共に正であ
るとして示されている。コンデンサに加えられた電流は
、一定であると仮定している。コンデンサの電圧は、加
速度入力の時間積分を示している。最初、コンデンサの
電圧ＶＫ（ｔ）は、ある値Ｖｃにある。

コンデンサに加えられた電流１によつてコンデンサの電
圧は、直線的に上昇し、上側の電圧レベルＶｕに達して
点Ａで止まる。この時に、参照段は、上側の電圧レベル
に到達したことを示す制御信号を作る。これがスイツチ
１５およびスイツチ回路の適当なスイツチ対２２と２３
または２４と２５を既知時間閉じさせる。既知の電荷が
定電流装置からコンデンサヘコンデンサの電圧を下側の
レベルＶｔに向つて減少させる方向に転送される。コン
デンサの電圧を正確にレベルＶｔまで減らす必要はない
。したがつて、コンデンサの電圧は、点Ｂに示された値
まで落ちる。電荷の転送に要する時間は、非常に少ない
。加えた電流がつねに一定である場合は、コンデンサの
電圧は、第３図に示すような波形になる。コンデンサへ
の電荷の転送が行なわれるたびごとに、定電流発生装置
は、第１図の計数器１６によつて計数される信号パルス
を生じ、信号パルスがまた電荷転送の極性を示し、加速
度入力の積分の粗い増分を表わしている。第１図のアナ
ログーデイジタル変換器１７は、コンデンサの電圧を一
定間隔で、すなわち上述の電荷転送を行うに要する時間
よりゆつくりした速度で標本化する。

変換器の瞬時出力は、加速度入力の積分の微増分を表わ
す。第３図の波形の始めと点Ａの間ではコンデンサの電
圧を直接に測ることができる。点Ｂと点Ｃの間では、電
圧の真値は、コンデンサの測定電圧にＡ点とＢ点の間の
電圧降下を加えたものである。したがつて任意の時間に
おける電圧の真値は、アナログーデイジタル変換器によ
つて測定された値に電荷転送の総回数による電圧変化の
合計を加えたもので、すなわちすべての粗増分に加速度
入力の積分の瞬時微増分を加えたものである。実際には
、コンデンサに加えられる電流は、一定でないであろう
し、事実向きおよび大きさとも非常に早く変化すること
がある。

電流の向きがコンデンサの電圧を下側の電圧レベルＶｔ
に落とすようなものである場合は、定電流発生装置から
の電荷転送は、同じ既知の量だけコンデンサの電圧を上
側の電圧限界ｕに向つて増すような方向になる。しばし
ば上側と下側の電圧レベルは、接地電位の両側に配置さ
れる。第４図は、加えられた電流が向きと大きさの両方
で変化するときの第１図の回路の動作を示している。

ある点に加速度計が取付けられている物体が一定加速度
で動いていると仮定する。

コンデンサの電圧が点Ｄで上側電圧レベルＶｕに達する
とき、電荷の転送が上述のように起つてコンデンサの電
圧を点Ｅに示された電圧まで下げる。一定加速度が続き
、したがつてコンデンサの電圧が再び上昇し点Ｆに達す
ると加速度が止まると仮定されている。ＦからＧまでの
曲線は、物体が何んの加速度も全く受けていない期間を
示している。点Ｇから身体は、一定減速度を受け、した
がつて電流が逆転しコンデンサ電圧が下がる。点Ｈにお
いて電圧は下側レベルＶｔまで下がり、コンデンサが既
知の電荷転送によつて充電されて、電圧を点Ｊの電圧ま
で上げる。減速度が続く限り、コンデンサ電圧は繰返し
下側電圧レベルｔに落ちる。垂直の線は、コンデンサ電
圧がアナログーデイジタル変換器によつて標本化される
時点を単に例として示す。

第５図は、略図形式で、第１図の参照段１２に適する回
路構成を示している。

図示のように、これは比較器ＣＭｌとＣＭ２および抵抗
器とツエナ・ダイオードからそれぞれが構成されている
１対の分圧器から成つている。緩衝増幅器１１の出力は
、比較器ＣＭｌの非反転入力に接続され、一方その反転
入力は抵抗器Ｒ１と第１の分圧器のツエナ・ダイオード
Ｚ１の間の結合点に接続されている。緩衝増幅器１１の
出力は、また、抵抗器Ｒ２と第２の分圧器のツエナ・ダ
イオードＺ２の間の結合点に接続された非反転入力を有
する第２の比較器ＣＭ２の反転入力に接続される。２つ
の分圧器回路は、上側と下側の電圧レベルを決めるよう
に動作する。

緩衝増幅器１１の出力が２つのしきい値レベルの間にあ
る場合は、両方の比較器が低レベルすなわち負の出力を
与える。

緩衝増幅器の出力が上側電圧レベルまで上がる場合は、
比較器ＣＭｌの出力が正の値に上がり、この出力が第１
の制御信号になる。同様に、緩衝増幅器１１の出力がツ
エナ・ダイオードによつて決められる第２の電圧レベル
より下に下がる場合は、比較器ＣＭ２の出力は正の値に
上がり、この出力が第２の制御信号となる。アナログー
デイジタル変換器１７はアナログ入力がデイジタル化さ
れレジスタに記憶されている次々のデイジタル値と一致
するのが見つかるまで比較される１順次近似１型である
のが便利であることがある。この形式の変換器は、第５
図のアナログ参照段をデイジタル装置と置き換えること
を可能にする。これがなされると、第１図の段１２が取
り除かれて、緩衝増幅器の出力が変換器１７にだけ接続
された状態になる。変換器は、ゲートされて、今度はデ
ジタル形式で記憶された上側と下側の電圧レベルとの関
係を決めることができる。このゲート回路の出力は緩衝
増幅器出力と２つの記憶レベルの間に差があるとその差
の符号を示すもので、スイツチ回路１３に前述のように
加えられる第１および第２の制御信号を形成する。既述
の通り、本回路は、その出力として加速度計を付けてい
る物体の加速度の瞬間積分のデイジタル表示を与える。
これを積分して物体が移動した距離を指示できる。上記
の例は、可変量として加速度をもつているが、電流によ
つて表すことができる限り、他の物理量を適用すること
ができる。

コンデンサに転送された電荷の量が分つているので、上
記回路は、コンデンサを特定の電圧まで充放電すること
を考える既知の回路の問題を避けている。

上記回路の精度は、したがつて既知の回路の精度より大
きい。一定電荷のパルスを作る他の回路を使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気回路のプロツク線図、第２図は第１図の
部分詳細図、第３図は本発明の動作原理、第４図は第１
および２図の回路の動作、および第５図は参照段の１形
式を示す。 １０，１０″・・・・・・コンデンサ、１１・・・・・
・緩衝増幅器、１２・・・・・・参照段、１３・・・・
・・スイツチ回路、１４・・・・・・定電流発生装置、
１５，２２，２３，２４，２５，２２′，２５′・・・
・・・スイツチ、１６・・・・・・計数器、１７・・・
・・・アナログーデイジタル変換器、１８・・・・・・
加算器、１９・・・・・・記憶装置、２１，Ｚ，Ｚ１，
Ｚ２・・・・・・ツエナ・ダイオード、５０，ＣＭ１，
ＣＭ２・・・・・・比較器、Ｒ，Ｒｌ，Ｒ２・・・・・
・抵抗器、Ｔ・・・・・・ＮＰＮトランジスタ、ｕ・・
・・・・上側電圧レベル、Ｖｔ・・・・・・下側電圧゛
レベル、ＶＯ・・・・・・開始電圧、Ｘ，Ｙ・・・・・
・端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力データを表す可変入力電流〔ｉ（ｔ）〕を時間
   積分して、データの積分値を表すディジタル化出力電圧
   信号〔Ｖ＿Ｄ（ｔ）〕を与える電気回路であつて、（ａ
   ）入力電流〔ｉ（ｔ）〕を受けて両端子間にコンデンサ
   電圧〔Ｖ＿Ｋ（ｔ）〕を生ずる積分コンデンサと、（ｂ
   ）前記コンデンサ電圧〔Ｖ＿Ｋ（ｔ）〕の許容上限電圧
   （Ｖ＿Ｕ）および許容下限電圧（Ｖ＿Ｌ）を限定する働
   きをし、前記コンデンサ電圧〔Ｖ＿Ｋ（ｔ）〕を受けて
   、前記コンデンサ電圧〔Ｖ＿Ｋ（ｔ）〕が前記上限電圧
   （Ｖ＿Ｕ）に達するたびに第１の制御信号を出し、前記
   コンデンサ電圧〔Ｖ＿Ｋ（ｔ）〕が前記下限電圧（Ｖ＿
   Ｌ）に達するたびに第２の制御信号を出す参照段と、（
   ｃ）前記第１または第２の制御信号のいずれか一方を受
   けると、全電荷が既知の一定値を有する調節電流パルス
   を前記コンデンサ電圧〔Ｖ＿Ｋ（ｔ）〕が他方の制御信
   号を発生させる電圧レベルに近い電圧値に変移する極性
   で、前記コンデンサに加える充電機構と、（ｄ）前記充
   電機構によつて前記コンデンサに加えられた調節電流パ
   ルスの数を極性とともに計数する計数機構と、（ｅ）前
   記コンデンサに生じた電圧〔Ｖ＿Ｋ（ｔ）〕を次々の標
   本の間の時間間隔が前記充電機構の調節電荷パルスの持
   続時間より大きいような所定の標本化速度で標本化する
   動作のできるアナログ−ディジタル変換器と、（ｆ）前
   記アナログ−ディジタル変換器の瞬時標本化出力を前記
   計数機構の正味出力に比例する電圧と結合して合計ディ
   ジタル化出力電圧信号〔Ｖ＿Ｐ（ｔ）〕を作る加算器と
   、を具備する電気回路。 ２ 前記充電機構が一定の既知振幅の電流を出す動作の
   できる電流源と、前記制御信号に応答して前記電流源の
   出力を既知の時間コンデンサに接続するスイッチ機構と
   から成る特許請求の範囲第１項に記載の電気回路。 ３ 前記入力データが加速度であり、前記電気回路の出
   力がその加速度の時間積分である特許請求の範囲第１項
   に記載の電気回路。