JPS62284525A - M系列乱数を用いるa/d変換法 - Google Patents

M系列乱数を用いるa/d変換法

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JPS62284525A
JPS62284525A JP12737486A JP12737486A JPS62284525A JP S62284525 A JPS62284525 A JP S62284525A JP 12737486 A JP12737486 A JP 12737486A JP 12737486 A JP12737486 A JP 12737486A JP S62284525 A JPS62284525 A JP S62284525A
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JP
Japan
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JP12737486A
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Katsu Kashiwagi
柏木 濶
Isamu Takahashi
勇 高橋
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TERENIKUSU KK
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TERENIKUSU KK
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Publication date
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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】 3、発明の詳細な説明 (発明の分野) 本発明は、電圧や電流等のアナログ量をディジタル量に
変換する方法に関するものである。
(発明の目的) 一般に電圧や電流等のアナログ量を測定するのに、アナ
ログの電圧計等のように針の振れによって表示測定する
方法と、数値に直してディジタル量として表示測定する
方法とがあるが、近年電子計算器の発達普及に伴って、
ディジタル量として扱う場合が増えてきている。その際
、アナログ量を何らかの方法でディジタル量に変換する
ことが必要である。このA/D変換法には、逐次比較法
といって第1(a)図、第1 (b)図に示すように、
測定器からの測定信号に対して鋸歯状波発生回路2によ
°て鋸歯状波を発生させ・比較回路3H81t%iJ比
較し、両者が一致する時点でゲート4を閉じ、その間の
時間をゲートを通過したクロックパルス発生器5からの
クロックパルスの数をカウンター6で計数し、これを数
値で表し、これを以ってディジタル量とする方法が用い
られてきた。しかしこの方法は、以下の欠点を有してい
る。
(1)変換速度が遅く、測定されたアナログ量の時間的
変化が速い場合には不便である。
(2)予め定められた時間単位で発生するクロックパル
スによって数値表示を行う為、変換の精度が変えられな
い。
(3)測定信号が常に鋸歯状波と比較される訳ではない
ので、時間的に断片的な情報しか得られないときは使用
できない。
又、乱数電圧法(モンテカロル法)といって、乱数を数
多く発生させて、各々と測定値とを比較し、測定値より
小さい乱数の数を数え、これによってみ1一定値を数値
表現する方法もあるが、この方法は、以下の欠点を有し
ている。
(1)精度が保証されない、即ち必要な精度を得るのに
乱数をどのくらい用いたら良いかという点に関して確固
たる定説はない。
(2)得られるディジタル量が使用する乱数の性質に依
存する。
本発明は1M系列による乱数を利用したA/D変換を行
って、上に述べた逐次比較法や乱数電圧法のもつ欠点を
改善することを目的とする。
(発明の構成) 発明の詳細な説明の前提として、M系列について筒単に
述べる。
M系列(maximum  length  5equ
ence)とは、第2図に示すような、一定の投数を有
する線形シフトレジスタ回路で1発生され得る最大周期
の数の系列(ai)と定義されている0通常擬似不規則
信号として利用されているM系列は、第2図において、
ht=o又はlであり、かつai=o又はlであって、
主たる特性は以下のとおりである。
(i1周期は2fi−1である(H= 1. ’211
 a II)(−1)シフトレジスタの内容1周期(a
o 、  az 、  ・・・an−t)からなる2”
−1組の長さnのパターン(at、aI++  @・&
 IIl1−1)(i=O,111・、2”−2)には
、すべて零。
以外の長さnのパターンの全てが一度ずつ表れる。従っ
て(at 、 a++t  @ a * at +!1
−1)を2進法の数と見做すと、10進法に変換した場
合lから2fi−1までの全ての数が1個ずつ表れる。
(IIl)−周期ニハ、0 ハ2 ”−1−141,1
ハ211−’(IV存在し、従って、Oと1とはほぼ2
分の1の割合で含まれる。
上記(ii)は、n段のシフトレジスタの内容(以下こ
れをnタラプルという)を2進法の数値と見做し、これ
を10進法に変換した場合、nタラプルによるM系列乱
数は、1周期のM系列において。
■から2”−1の範囲の乱数が一様に分布していること
を意味する0本願は、このようなM系列乱数の一様分布
を利用するものである。
本発明の基本構成は、シフトレジスタにより発生ずるM
系列の乱数群を順次発生させ、D/A変換器を介してア
ナログ量に変換した後、測定値による入力値と比較し、
入力値より小さいM系列乱数群の数を計数器により計数
し、当該計数値を。
その間に使用したM系列の乱数群の数で除した数を、測
定の範囲値に乗することによってなる。
以下第3図によって説明する。
第3図に於る測定値e1が取り得る範囲を0〜Eとし、
又、D/A変換器2による変換においてn段のシフトレ
ジスタlが一周期のM系列について取り得る数値の範囲
である 2n−1に対応するフルスケールの値をEfとすれば、
Ef=aEとなるように一定の調整係数aをEに乗算を
行うことが必要である。
従って、nタラプルをD/A変換したことによるアナロ
グ量をerとし、これを測定値elと比較するには、測
定値e1は、修正器8によってaelに変換されること
が必要となる。尚、erは1.2・・−2fi−1に対
応したディスクリートの値を取ることは自明である。
比較器3に於てael≧erとなるnタップ□ルー゛i
 ゛ の数Rを求めれば、 RO: IL elが成立する(但し工は、比例関係を
表す。)。
コノ点は、ael≧e「となるsrが1.2・・・2n
−1に対応してR個一様に分布することからも明らかで
あろう、他方、21−1ocaEとなることは自明であ
る。従って、 e + * E 11R/ (211−1) カdt−
立シ、測定値e1は測定範囲Eに、ael以下のnタラ
プルの数Rの2fi−1に対する比率を掛合わせた数値
でディジタル表示を行うことができることになる。この
場合aelの精度は、 (被測定値の測定範囲)Xi/ (2m−1)となる。
第3図に於てこのような計算を行うには、シフトレジス
タ1が乱数を発生する毎にクロックパルス発生器9の同
期パルスを、カウンター6で計数し、発生した乱数の数
を数える一方、比較器3に於てael≧srが成立する
場合に出力信号を発生させ、これをクロックパルス発生
器9からの向、。
i 期パルスとAnd回路4で合成することによって前式を
満たす場合のみパルス信号を発生させて、これをカウン
ター5で計数してae1≧erを満たすnタラプルの数
を求め、計算器7・でカウンター5の計数値をカウンタ
ー6の計数値で割り、これに測定値の最大値であるEを
乗ずれば良い。
ところで1M系列ではnタラプル10進法で表示した数
字が1から2n−1までの大きさの順に表れるのではな
く(大きさの順に現れる場合は逐次比較法と同じになる
。)、不規則に現れる。
このような場合、シフトレジスタから発生するnタラプ
ルにつき1M系列の一周期である21−1個全数につい
て、aelとの比較をせずに、−岡期の途中の段階、即
ちN′個のnタラプルにつきtel と比較を行って、
N′個のnタラプルのael≧e「となるnタラプルの
数をR゛とした場合、E−R’/N’は、elのディジ
タル表示の近似値となり得る。
何故ならば、前述のとおり、各erに対応するnタラプ
ルの10進法の表示が、大きさの順序で、。
はなく不規則に表れる以上、第4(a)図に示すように
、2”−1個の全nタフプルの内1時間の経緯に応じて
任意にピックアップしたN°個のnタラプル集団は、N
′が一定以上の数値の場合には、lO進法で表示した1
から2−−1の数値につき2n−1個の全てのnタラプ
ルの集団と統計的に近い分布をなすので、N′個のnタ
ラプルの内、ael に対応した数値よりも小さいnタ
ラプルが占める比率は、2n−1個の全nタフプルの内
、入力値aelに対応した数値よりも小さいnタラプル
が占める比率と近似したものとなるからである。
尚、第4(a)図は、nタラプルを10進表示した場合
の乱数が時間の進行と共に分布する状態を示し、第4(
b)図は、これを大きさの順に並べた状態を示す。
但し、第4(a)図、第4(b)図では、一定時間以内
に発生されたN゛個のnタラプルの乱数を黒丸で表し、
これ以外の乱数を白丸で表している。
ップルのaelに対応した数値を表す。
従って、本願の基本発明においては、nタラプルをD/
A変換したことによるアナログler とael との
比較を、2”−1の全nタフプルについて行う必要はな
く、一定の制限した時間内にシフトレジスタ1から発生
した乱数の数であるN。
個について比較を行って、前述のようなディジタル表示
を行うことも可ス距である。
他方、A/D変換を行う時間が一周期に到底満たないば
かりでなく、前記のように入力信号ael と比較を行
う乱数の数N°が極めて小さい場合等断片的にしか、a
elとの比較による情報が得られない場合でも、このよ
うにして得られた複数個のディジタル量につき、加算平
均を取ることによって測定値elにつき、精度の良いデ
ィジタル量を得ることができる。
何故ならば、上記のような断片的な情報によるディジタ
ル量は本来のディジタル量に対し、数値的に大き過ぎる
か小さ過ぎるかの何れかの誤差を有しているが、一方に
偏在することはあり得す、このような誤差は断片的な情
報に基づく、夫々相異なるディジタル量を平均する際、
相互にキャンセルされ、キャンセルの後に残る誤差は4
平均計算を行うことによって、少ない誤差しか残らない
からである。
このような点に着目して、本願の第2発明は、上記基本
発明によって得られた複数個ディジタル量を平均するこ
とによって構成される。
このような平均と典型的実施例として加算する平均及び
幾何平均とが考えられる。
(発明の効果) このように、本発明のA/D変換法は、M系列の一周期
をかけて測定すれば、従来の逐次比較法と同じ精度が保
証され、又、M系列の一周期より短い時間で測定すれば
、相応の精度で11一定でき、又時間的に断片的にしか
測定できない場合でも、それらを積算することにより、
良い精度が得られるので、工業用のA/D変換法として
広く適用されるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
第1(a)図:従来の逐次比較法によるA/Dの変換の
ブロック回路図 第1(b)図:従来の逐次比較法によるA/Dの変換の
各波形を示すグラフ(尚、第t(b)図の各グラフの左
側の数字は各波形を発生する第1(a)図に示す各ブロ
ックの番号を示す、) 1−測定器 21鋸南状波発生回路 3・比較回路 4・ゲート 5Φクロックパルス発生器 6拳カウンター 第2図二M系列を低減する為のシフトレジスタ回路のブ
ロック図 hO,h、・・・h 11−1・O又はlによって表示
されるるシフトレジスタ回路のフィ ードパツク部分の係数 a□、Itl・・・a a−tΦレジスタ回路の記憶さ
れたO又はlの数で要素を表わし、 本考案に於てはn個のこれら の要素による乱数群がnタラ プルを構成する。 第3図二本発明の構成を示すブロック回路図1−シフト
レジスタ 2・D/A変換器 3・比較器 4・And回路 5.6舎カウンター 7・計算器 8・修正器 9・クロックパルス発生器 第4(a)図、第4(b)図;nタラプルの部分的な乱
数群についても一定の精度のあるA/D変換が得られる
ことを説明するグラフ 出願人代理人弁護士弁理士 赤 尾 直 人第1(a)
図 3 「ニーー丁−t− 第2図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シフトレジスタにより発生するM系列の乱数群を
    、順次D/A変換器を介してアナログ量に変換した後、
    測定器による入力と比較し、上記アナログ量が入力値よ
    り小さいM系列乱数群の数を計数器により計数し、当該
    計数値をこの間に使用したM系列の乱数群の数で除した
    数を測定の範囲値に乗することによるM系列乱数を用い
    るA/D変換法
  2. (2)シフトレジスタにより発生するM系列の乱数群を
    順次D/A変換器を介してアナログ量に変換した後、測
    定器による入力と比較し、上記アナログ量が入力値より
    小さいM系列乱数群の数を計数器により計数し、当該計
    数値をこの間に使用したM系列の乱数群の数で除した数
    を測定の範囲値に乗じ、且つこのようにして得られた複
    数のディジタル量を平均することによるM系列乱数を用
    いるA/D変換法
  3. (3)加算平均を用いたことによる特許請求の範囲(2
    )記載のM系列乱数を用いるA/D変換法
  4. (4)幾何平均を用いたことによる特許請求の範囲(2
    )記載のM系列乱数を用いるA/D変換法
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2132019A1 (es) * 1997-03-17 1999-08-01 Univ Sevilla Contador estatico de energia electrica basado en el procedimiento de señales aleatorias.

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4922160A (ja) * 1972-06-16 1974-02-27
JPS5068258A (ja) * 1973-10-17 1975-06-07

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Cited By (1)

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