KR20150134405A - 신호 처리 장치 - Google Patents

Abstract

1 PPS 신호 수신부(101)가 1 PPS 신호를 수신하고, 클럭 생성부(102)가 클럭 신호를 생성하고, 클럭 편차 측정부(103)가, 클럭 신호의 1 PPS 신호에 대한 주파수 편차인 클럭 편차를 측정한다. 편차 측정값 유지부(301)는 클럭 편차 측정부에 있어서의 복수회의 측정에 의해 얻어진 복수의 클럭 편차 측정값을 유지한다. 클럭 편차값 생성부(302)는 편차 측정값 유지부(301)에 유지되어 있는 복수의 클럭 편차 측정값 중 최신의 클럭 편차 측정값과, 다른 클럭 편차 측정값을 비교하고, 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 일치하는 경우에 최신의 클럭 편차 측정값을 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력하고, 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 일치하지 않는 경우에 다른 클럭 편차 측정값 중 어느 하나의 클럭 편차 측정값을 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력한다.

Description

신호 처리 장치{SIGNAL PROCESSING DEVICE}

본 발명은 시각(時刻) 동기 제어 기술에 관한 것으로, 특히 송전선이나 모선의 전기량을 수집하는 장치에 있어서의 시각 동기 제어 기술에 관한 것이다.

송전선이나 모선의 전기량(전압값, 전류값)을 복수 개소에서 수집하고, 그 전기량으로부터 이상을 검출하면 즉시 계통을 차단하여, 사고의 파급을 억제하는 보호 제어 시스템이 있다.

이 보호 제어 시스템에서는, 수집한 전기량의 위상 어긋남을 저감하기 위해서, 수집 지점 사이에서 동기가 취해진 신호를 전기량 수집의 기준으로서 필요로 한다.

최근의 보호 릴레이 장치에서는, 1대의 연산 장치(이하, IED: Intelligent Electronic Device라고도 함)에 대해, 로컬 에리어 네트워크(프로세스 버스)를 거쳐서 복수의 데이터 수집 장치(이하, MU: Merging Unit이라고도 함)가 접속된다.

각 MU는 동기 신호(1 PPS 신호: 1 Pulse Per Second 신호)에 근거하여, 타이밍 동기를 취하는 것에 의해, MU간의 데이터 샘플링 타이밍이나 타임 스탬프값을 일치시킨다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2001-305177호 공보

1 PPS 신호의 수신 주기는 1초 간격이다.

이 때문에, 각 MU는 고정밀도 수정(水晶) 발진기(주파수 편차: ±수ppm)를 클럭 발생 회로에 탑재하여 주파수 편차가 작은 고정밀도 클럭을 생성하고, MU간의 샘플링 타이밍의 어긋남을 1초 동안에서 ±수마이크로초 이하로 억제할 필요가 있다.

그 때문에, 디지털 회로에서 일반적으로 사용되고 있는 저가의 범용 발진 회로(주파수 편차 정밀도 ±50ppm 정도)는 사용할 수 없어, 비용이 증가한다고 하는 과제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 주파수 편차가 ±50ppm 정도인 범용 발진 회로를 사용하여도, 고정밀의 동기 제어를 행할 수 있도록 하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 발명에 따른 신호 처리 장치는, 1 PPS(1 Pulse Per Second) 신호를 수신하는 1 PPS 신호 수신부와, 1초간에 비해 미소한 클럭 주기의 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성부와, 상기 1 PPS 신호 수신부로부터 상기 1 PPS 신호를 입력받고, 상기 클럭 생성부로부터 상기 클럭 신호를 입력받고, 상기 1 PPS 신호를 입력받을 때마다, 상기 클럭 신호의 상기 1 PPS 신호에 대한 주파수 편차인 클럭 편차를 측정하는 클럭 편차 측정부와, 상기 클럭 편차 측정부에 있어서의 복수회의 측정에 의해 얻어진 복수의 클럭 편차 측정값을 유지하는 편차 측정값 유지부와, 상기 편차 측정값 유지부에 유지되어 있는 복수의 클럭 편차 측정값 중 최신의 클럭 편차 측정값과, 다른 클럭 편차 측정값을 비교하여, 상기 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 소정의 허용 범위 내에서 일치하는 경우에 상기 최신의 클럭 편차 측정값을 출력처에 출력하고, 상기 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 상기 허용 범위 내에서 일치하지 않는 경우에 상기 다른 클럭 편차 측정값 중 어느 하나의 클럭 편차 측정값을 상기 출력처에 출력하는 편차 측정값 선택부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 1초간에 비해 미소한 클럭 주기의 클럭 신호와 1 PPS 신호간의 클럭 편차를 이용하기 때문에, 주파수 편차가 ±50ppm 정도인 범용 발진 회로를 사용하여도, 고정밀의 동기 제어를 행할 수 있다.

또한, 클럭 편차 측정값을 복수 유지하고, 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 일치하지 않는 경우에, 최신의 클럭 편차 측정값이 아니라 다른 클럭 편차값을 선택하기 때문에, 1 PPS 신호의 수신에 이상이 발생한 경우에도 이상이 샘플링 신호의 생성에 파급되지 않는다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 데이터 수집 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 2는 실시 형태 1에 따른 데이터 수집 장치의 동작예를 나타내는 도면.
도 3은 실시 형태 2에 따른 데이터 수집 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 4는 실시 형태 2에 따른 데이터 수집 장치의 동작예를 나타내는 도면.
도 5는 실시 형태 1, 2에 따른 데이터 수집 장치의 전제로 되는 구성을 나타내는 도면.
도 6은 실시 형태 1, 2에 따른 데이터 수집 장치의 동작 원리를 설명하는 도면.
도 7은 실시 형태 1, 2에 따른 데이터 수집 장치의 동작 원리를 설명하는 도면.
도 8은 실시 형태 1, 2에 따른 데이터 수집 장치의 동작 원리를 설명하는 도면.
도 9는 실시 형태 1 및 2에 따른 데이터 수집 장치의 하드웨어 구성예를 나타내는 도면.

실시 형태 1

본 실시 형태에서는, 전기량을 샘플링하는 주기를 결정하는 카운터(샘플링 신호 생성 카운터)의 보정값을 클럭 편차 측정값에 따라 계산하는 데이터 수집 장치(MU)를 설명한다.

이것에 의해, 주파수 편차가 ±50ppm 정도인 범용 발진 회로를 사용하여도, 고정밀도의 동기를 취할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 데이터 수집 장치는 클럭 편차 측정값을 복수 유지하고, 최신의 클럭 편차 측정값이 직전의 클럭 편차 측정값과 일치하면 최신의 클럭 편차 측정값을 선택하고, 일치하지 않으면 최신의 클럭 편차 측정값이 아니라 직전의 클럭 편차값을 선택한다.

이 때문에, 1 PPS 신호가 중단되는 등의 이상이 발생한 경우에도 이상이 샘플링 신호의 생성에 파급되지 않는다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 데이터 수집 장치(100)의 구성예를 나타낸다.

데이터 수집 장치(100)는 신호 처리 장치의 예에 상당한다.

본 실시 형태에 따른 데이터 수집 장치(100)는 복수의 클럭 편차 측정값을 유지하는 편차 측정값 유지부(301)와, 편차 측정값 유지부(301)에 유지되어 있는 복수의 클럭 편차 측정값 중에서 후단의 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력하는 클럭 편차 측정값을 선택하는 클럭 편차값 생성부(302)를 구비하는 것을 주된 특징으로 하고 있다.

이해의 용이성을 고려하여, 우선 편차 측정값 유지부(301) 및 클럭 편차값 생성부(302)가 포함되지 않는 구성의 데이터 수집 장치를 이용하여, 본 실시 형태에 따른 데이터 수집 장치(100)의 동작 원리를 설명한다.

도 5는 본 실시 형태에 따른 데이터 수집 장치(100)로부터 편차 측정값 유지부(301) 및 클럭 편차값 생성부(302)를 제외한 데이터 수집 장치(150)의 구성을 나타낸다.

데이터 수집 장치(150)는 1 PPS 신호를 수신하고, 또한 측정한 전기량을 나타내는 데이터를 연산 장치(200)에 송신한다.

IED인 연산 장치(200)는 전력 계통의 이상을 검출하고, 계통을 차단하는 것에 의해 사고의 파급을 억제한다.

1 PPS 신호의 송신원은 연산 장치(200)이더라도 좋고, GPS(Global Positioning System) 리시버를 갖는 별개의 장치라도 좋다.

데이터 수집 장치(150)에서, 1 PPS 신호 수신부(101)는 1 PPS 신호를 수신한다.

클럭 생성부(102)는 데이터 수집 장치(150)의 동작 클럭 신호(이하, 간단히 클럭 신호라고 함)를 생성한다.

클럭 신호의 클럭 주기는 1초간에 비해 미소하다.

클럭 편차 측정부(103)는 1 PPS 신호의 주기에 대한 데이터 수집 장치(150)의 클럭 신호와의 주파수 편차인 클럭 편차를 측정한다.

편차 측정값 유지부(104)는 클럭 편차 측정부(103)에서 측정된 클럭 편차 측정값을 유지한다.

편차 측정값 유지부(104)는 도 1의 편차 측정값 유지부(301)와 달리, 1개의 클럭 편차 측정값만을 유지한다.

샘플링 주기 카운트부(105)는 전기량을 샘플링하는 타이밍의 시간 간격을 카운트한다.

샘플링 주기 카운트부(105)는 1 PPS 신호 수신부(101)로부터 1 PPS 신호를 입력받고, 클럭 생성부(102)로부터 클럭 신호를 입력받아, 1 PPS 신호의 입력시에 클럭 신호의 클럭 주기에 맞춘 카운트를 개시하고, 카운트 완료값까지의 카운트를 종료하면 카운트 개시값으로부터의 카운트를 개시한다.

또, 샘플링 주기 카운트부(105)는 카운터의 예에 상당한다.

샘플링 신호 생성부(106)는 샘플링 주기 카운트부(105)의 카운트값으로부터 샘플링 타이밍을 나타내는 펄스인 샘플링 타이밍 신호(샘플링 신호라고도 함)를 생성한다.

전기량 측정부(107)는 샘플링 신호 생성부(106)에서 생성한 펄스(샘플링 신호)의 타이밍에 전력 계통의 전기량을 측정한다.

데이터 생성부(108)는 전기량 측정부(107)에서 측정한 전기량을 로컬 에리어 네트워크(프로세스 버스)에 송신 가능한 통신 프레임 형식의 디지털 데이터로 변환한다.

통신부(109)는 데이터 생성부(108)에서 생성한 디지털 데이터를 로컬 에리어 네트워크(프로세스 버스)를 경유하여 연산 장치(200)에 송신한다.

다음으로, 데이터 수집 장치(150)의 동작예를 설명한다.

데이터 수집 장치(150)에는, 광파이버 케이블이나 전기 신호 케이블 등의 전송 수단을 이용하여, 연산 장치(200)로부터 1 PPS 신호가 입력된다.

1 PPS 신호는 절대 시각의 1초 동안의 주기를 나타내는 펄스 신호이며, 주기 오차는 수ppm 이하로 매우 작다.

1 PPS 신호는 1 PPS 신호 수신부(101)에서 수신되고, 클럭 편차 측정부(103)와 샘플링 주기 카운트부(105)에 전달된다.

클럭 생성부(102)에서는, 데이터 수집 장치(150)의 클럭 신호가 생성되고, 클럭 편차 측정부(103)와 샘플링 주기 카운트부(105)에 전달된다.

클럭 편차 측정부(103)에서는, 1 PPS 신호의 수신 타이밍과, 데이터 수집 장치(150)의 클럭 신호로 카운트한 1초간과의 어긋남인 클럭 편차를 계측하고, 계측 결과는 편차 측정값 유지부(104)에서 유지된다.

샘플링 주기 카운트부(105)는 클럭 생성부(102)에서 생성된 클럭 신호로 카운트업 또는 카운트다운하는 카운터이다.

여기서, 샘플링 주기를 생성하는 카운트값의 상한값(카운트 완료값)은 편차 측정값 유지부(104)에 유지되어 있는 클럭 편차 측정값을 기초로, 1 PPS 신호의 정밀도와 일치하도록 결정된다.

예를 들면, 전력 계통의 교류 주파수가 50㎐, 1 교류 주기당의 샘플링 횟수가 80회인 경우, 샘플링 주기는 250마이크로초로 된다.

1 PPS 신호의 정밀도가 0ppm인 경우, 250마이크로초는 80㎒ 카운터에서 20000회의 카운트와 일치한다.

여기서, 클럭 신호의 주파수 편차가 -50ppm인 경우, 20000회의 카운트는 250.0125마이크로초로 되어, 샘플링 주기가 12.5나노초 길어진다.

그 때문에, 편차 측정값 유지부(104)에 유지되어 있는 클럭 편차 측정값이 -50ppm인 경우는, 80㎒ 카운터의 카운트 상한값을 19999회로 하는 것에 의해, 샘플링 주기의 시간폭을 250마이크로초(0ppm에서의 시간폭)에 일치시킨다.

샘플링 신호 생성부(106)는, 샘플링 주기 카운트부(105)가 생성한 카운트값을 이용하여, 전기량 측정부(107)에 인가하는 샘플링 타이밍 신호를 생성한다.

전기량 측정부(107)는 샘플링 신호 생성부(106)가 생성한 샘플링 타이밍 신호의 수신으로 전력 계통의 전기량(전류, 전압)을 계측한다.

디지털 데이터 생성부(108)는 샘플링 신호 생성부(106)에서 측정된 전기량을 연산 장치(200)에 송신하기 위해서, 통신부(109)에서 송신 가능한 통신 프레임의 형식으로 구성한다.

통신부(109)는 디지털 데이터 생성부(108)가 생성한 통신 프레임을 연산 장치(200)에 송신한다.

다음으로, 클럭 편차 측정부(103), 편차 측정값 유지부(104), 샘플링 주기 카운트부(105)의 동작을 도 6을 이용하여 설명한다.

클럭 편차 측정부(103)는, 1 PPS 신호의 수신시를 기점으로 하여 클럭 신호를 카운트원으로 하는 10밀리초 주기 펄스의 생성을 개시한다.

10밀리초 주기 펄스에 의해 카운트업하는 10밀리초 펄스 카운트의 값이 99에 도달한 단계에서, 클럭 편차 측정부(103)는 클럭 신호를 카운트원으로 하는 클럭 편차 측정 카운터의 카운트를 개시한다.

카운트 개시 후, 1 PPS 신호의 수신시에, 클럭 편차 측정부(103)는 클럭 편차 측정 카운터의 카운트를 정지한다.

클럭 편차 측정 카운터의 카운트값으로부터 10밀리초의 이상(理想) 카운트값(클럭 편차 0ppm시의 카운트값)을 감산하는 것에 의해, 1 PPS 신호 수신 동안에 있어서의 클럭 신호의 클럭 주파수 편차 축적량(예를 들면 도 6의 부호 500의 직사각형에 상당하는 시간)을 얻을 수 있다.

클럭 편차 측정부(103)에서 얻어진 편차 축적량(클럭 편차 측정값)은 편차 측정값 유지부(104)에 유지된다.

클럭 편차 측정부(103)의 동작을 도 7을 이용하여 보다 상세하게 설명한다.

1 PPS 신호가 클럭 편차 측정부(103)에 입력되면, 클럭 신호의 클럭 주기에 따라 카운트하는 10밀리초의 카운터가 동작한다.

예를 들면, 클럭 신호가 80㎒인 경우에는, 12.5나노초 단위의 카운트로 되기 때문에, 800000카운트로 10밀리초가 된다.

이 10밀리초의 카운트가 99번째일 때에, 카운터가 800000카운트로 되면 데이터 수집 장치(150)의 클럭 신호의 계측에서는 1초간으로 된다.

이 클럭 신호에 의해 카운트한 1초간과, 1 PPS 신호의 수신 타이밍의 차이가 클럭 편차의 측정값으로 된다.

도 6에서는, 10밀리초의 카운터가 798400카운트의 시점에서 1 PPS 신호가 수신되고 있기 때문에, 클럭 신호는 1초간에서 20마이크로초((800000-798400)×12.5나노초) 늦게 카운트되고 있으며, 이 값이 클럭 편차의 측정값이다.

이러한 동작으로, 클럭 편차 측정부(103)는 1 PPS 신호에 대한 클럭 신호의 1초당의 괴리 시간인 클럭 편차를 측정하고, 편차 측정값 유지부(104)에 클럭 편차 측정값을 저장한다.

클럭 신호에 의한 1초간의 카운트가, 1 PPS 신호보다 20마이크로초 늦은 경우는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 샘플링 신호는 1초간에서 3999회밖에 출력되지 않고, 250마이크로초의 주기로 샘플링 신호를 출력할 수 없게 된다.

이 때문에, 20마이크로초분의 보정을 행하기 위해서, 샘플링 주기 카운터의 상한값(카운트 완료값)을 변경할 필요가 있다.

샘플링 주기 카운트부(105)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 샘플링 신호 생성 카운터를 내장하고 있다.

샘플링 주기 카운트부(105)는 편차 측정값 유지부(104)에 유지되어 있는 1초간의 편차 축적량(클럭 편차 측정값)으로부터 샘플링 주기당의 편차 축적량(클럭 편차 측정값)을 산출한다.

예를 들면, 샘플링 주기가 전술한 바와 같이 250마이크로초이면, 샘플링 신호 생성 카운터에서는, 1초간에 4000회의 샘플링이 행해지기 때문에, 편차 측정값 유지부(104)에 유지되어 있는 1초 동안의 편차 축적량(클럭 편차 측정값)을 4000으로 제산하여, 샘플링 주기당의 편차 축적량(클럭 편차 측정값)을 구한다.

샘플링 주기 카운트부(105)는 산출한 편차 축적량을 샘플링 주기 카운트의 이상(理想)값(클럭 편차 0ppm시의 카운트값)으로부터 가산 또는 감산하고, 이 값을 샘플링 신호 생성 카운터의 상한값(카운트 완료값)으로서 설정한다.

도 6에서는, 부호 600이 샘플링 신호 생성 카운터의 상한값을 나타내고 있다.

샘플링 신호 생성부(106)는 샘플링 신호 생성 카운터의 카운트값을 감시하고, 카운트값이 0(카운트 개시값)으로 된 타이밍에서 전기량 측정부(107)에 대한 샘플링 타이밍 신호를 인에이블로 한다.

또, 부호 600은 샘플링마다 다른 값으로 하여도 좋다. 1초간의 편차 축적량(클럭 편차 측정값)이 샘플링 횟수로 나누어지지 않는 경우나 1보다 작은 경우는, 샘플링마다 샘플링 신호 생성 카운터의 상한값을 바꿈으로써, 미세한 조정을 행할 수 있다. 예를 들면, 3회의 샘플링에서 부호 600의 값을 이상값(클럭 편차 0ppm시의 카운트값)을 1회, 이상값보다 2 적은 값을 2회로 한다. 이 경우, 샘플링 3회 중에 4클럭분의 조정을 행하게 되어, 1샘플링당 1.33클럭분의 조정을 행할 수 있다.

이렇게 해서, 도 5에 나타내는 데이터 처리 장치(150)는 1 PPS 신호에 대한 클럭 신호의 편차량을 측정하고, 측정 결과를 이용하여 샘플링 주기 카운트부(105)의 카운트 상한값을 결정함으로써, 샘플링 주기의 시간폭을 이상 시간폭(0ppm로의 시간폭)과 일치시킨다.

다음에, 도 1의 데이터 수집 장치(100)에 의해, 1 PPS 신호 입력이 일시적으로 중단되는 수신 이상이 발생한 경우에, 잘못된 클럭 편차 측정값에 의한 잘못된 샘플링 주기가 생성되는 것을 회피 가능한 것을 설명한다.

도 1의 구성과 도 5의 구성의 차이는, 도 1에서 편차 측정값 유지부(104) 대신에 편차 측정값 유지부(301)가 배치되고, 또한 클럭 편차값 생성부(302)가 추가되어 있는 점이다.

편차 측정값 유지부(301) 및 클럭 편차값 생성부(302) 이외는 도 5에 나타낸 것과 동일하다.

편차 측정값 유지부(301)는 클럭 편차 측정부(103)에서 계측한 클럭 편차 측정값을 복수 유지한다.

즉, 편차 측정값 유지부(301)는 클럭 편차 측정부(103)에 있어서의 복수회의 측정에 의해 얻어진 복수의 클럭 편차 측정값을 유지한다.

클럭 편차값 생성부(302)는 편차 측정값 유지부(301)의 복수의 클럭 편차 측정값을 비교하고, 출력처인 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력하는 클럭 편차 측정값을, 복수의 클럭 편차 측정값 중에서 선택한다.

클럭 편차값 생성부(302)는 편차 측정값 선택부의 예에 상당한다.

다음에, 데이터 수집 장치(100)의 동작예를, 도 2를 이용하여 설명한다.

편차 측정값 유지부(301)는 복수의 유지부(기억 영역)를 갖고, 최신의 클럭 편차 측정값을 유지부(1)에, 1개 전의 클럭 편차 측정값을 유지부(2)에, 2개 전의 클럭 편차 측정값을 유지부(3)에 저장한다.

1 PPS 신호에 대한 클럭 신호의 편차량은, 예를 들면 밤낮의 온도차라고 하는 환경 요인 등에 의해 변동하지만, 수초간이라는 짧은 시간 내에 변화하는 것은 아니다.

이 때문에, 편차 측정값 유지부(301) 내의 3개의 클럭 편차 측정값은 일치할 것이다.

클럭 편차값 생성부(302)는 편차 측정값 유지부(301)의 복수의 클럭 편차 측정값을 비교하고, 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 일치하고 있는 경우는, 최신의 클럭 편차 측정값이 정상적이다라고 판정하고, 최신의 클럭 편차 측정값을 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력하는 값으로서 선택한다.

최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 일치하지 않는 경우는, 클럭 편차값 생성부(302)는, 예를 들면 1 PPS 신호가 중단되는 등 이상 발생이 있었다고 판단하고, 클럭 편차 측정값의 갱신은 행하지 않고, 현상(現狀)의 값을 유지한다.

즉, 클럭 편차값 생성부(302)는 유지부(2)에 유지되어 있는 클럭 편차 측정값을 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력하는 값으로서 선택한다.

그리고, 클럭 편차값 생성부(302)는 선택한 클럭 편차 측정값을 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력한다.

이것에 의해, 1 PPS 신호 수신에 이상이 생긴 경우에도, 이상이 샘플링 신호 생성에 영향을 주는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

또, 도 1 및 도 2에서는, 편차 측정값 유지부(301) 내의 유지부는 3개로 하여 설명했지만, 2개 이상의 임의의 값이어도 좋다.

또한, 이상에서는, 편차 측정값 유지부(301) 내의 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 완전하게 일치하는 경우에만, 최신의 클럭 편차 측정값을 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력하는 것으로 하였다.

이에 반해, 소정의 허용 범위를 마련하고, 최신의 클럭 편차 측정값이, 허용 범위 내에서 다른 클럭 편차 측정값과 일치하는 경우에는, 최신의 클럭 편차 측정값을 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력하도록 해도 좋다.

실시 형태 2

이상의 실시 형태 1에서는, 1 PPS 신호에 대한 클럭 신호의 편차량을 측정하고, 측정 결과를 이용하여 샘플링 주기 카운트부의 카운트 상한값을 결정함으로써, 샘플링 주기의 시간폭을 이상 시간폭(0ppm에서의 시간폭)에 일치시키는 것을 설명하였다.

또한, 실시 형태 1에서는, 1 PPS 신호 수신에 이상이 있었던 경우에 잘못된 클럭 편차 측정값에 의한 샘플링 신호의 생성을 방지하는 예를 나타냈다.

본 실시 형태에서는, 1 PPS 신호의 두절이 장시간에 이른 경우나, 데이터 수집 장치의 전원 투입 후에 1 PPS 신호를 처음 수신한 경우에, 샘플링 타이밍 신호의 생성 개시 위치를 1 PPS 신호 수신 타이밍에 맞추는 방식을 나타낸다.

도 3에 있어서, 샘플링 위치 맞춤부(501)는 샘플링 신호 생성부(106)가 생성하는 샘플링 타이밍 신호의 생성 개시 위치를 1 PPS 신호 수신 타이밍에 맞추기 위한 타이밍 보정량을 생성한다.

보다 구체적으로는, 샘플링 위치 맞춤부(501)는 샘플링 주기 카운트부(105)로의 1 PPS 신호의 입력 타이밍과 샘플링 주기 카운트부(105)에 있어서의 카운트 개시값의 타이밍을 감시한다.

그리고, 카운트 개시값의 타이밍이 1 PPS 신호의 입력 타이밍과 일치하고 있지 않는 경우에, 샘플링 위치 맞춤부(501)는 카운트 개시값의 타이밍을 1 PPS 신호의 입력 타이밍과 일치시키기 위한 타이밍 보정값을 산출한다.

그리고, 샘플링 주기 카운트부(105)는 샘플링 위치 맞춤부(501)에 의해 산출된 타이밍 보정값을 이용하여 카운트 상한값(카운트 완료값)을 변경하여, 카운트 개시값의 타이밍을 1 PPS 신호의 입력 타이밍에 일치시킨다.

또, 샘플링 위치 맞춤부(501)는 타이밍 보정값 산출부의 예에 상당한다.

또한, 샘플링 위치 맞춤부(501) 이외의 요소는 도 1에 나타낸 것과 동일하다.

다음에, 본 실시 형태에 따른 데이터 수집 장치(100)의 동작예를, 도 4를 이용하여 설명한다.

복수의 데이터 수집 장치간에서 샘플링 타이밍을 일치하기 위해서는, 샘플링 주기의 시간폭이 일치하는 것에 부가하여, 샘플링 타이밍 신호의 개시 위치가 1 PPS 신호의 수신 타이밍과 일치하고 있는 것이 필요하다.

그 때문에, 샘플링 신호 생성 카운터의 상한값을 결정하는 산출식에는, 샘플링 주기의 시간폭을 클럭 편차 측정값에 맞추어 설정하는 (2)에 부가하여, 샘플링 타이밍 신호의 생성 타이밍을 늦추기 위한 (3)이 필요하다.

<샘플링 신호 생성 카운터 상한값의 결정식>

카운터 상한값=(1) 카운터 베이스값(0ppm시의 주기 카운트값)

± (2) 클럭 편차값 ± (3) 타이밍 보정량

1 PPS 신호의 두절이 장시간에 이른 경우나, 데이터 수집 장치의 전원 투입 후에 1 PPS 신호를 처음 수신한 경우는, 도 4 중의 동기 어긋남량(샘플링 타이밍 신호 위치와 1 PPS 신호 수신 위치간의 어긋남)이 존재하고 있으며, 이 동기 어긋남량은 데이터 수집 장치마다 다른 값으로 되어 있다.

샘플링 위치 맞춤부(501)는 1 PPS 수신시의 샘플링 신호 생성 카운터의 카운트값으로부터 동기 어긋남량을 산출한다.

그리고, 샘플링 위치 맞춤부(501)는 산출한 동기 어긋남량을 타이밍 보정량으로서 샘플링 주기 카운트부(105)에 출력한다.

샘플링 주기 카운트부(105)는 상기한 샘플링 신호 생성 카운터 상한값의 결정식에 근거하여 카운터 상한값을 변경함으로써, 동기 어긋남량을 0으로 조정할 수 있다.

샘플링 위치 맞춤부(501)는 1 PPS 신호 수신시의 샘플링 신호 생성 카운터의 카운트값에 의해서, 샘플링 타이밍 신호를 조정하는 방향, 즉 상기한 (3) 타이밍 보정량을 가산할지 감산할지를 결정한다.

도 4에 있어서, 1 PPS 신호의 수신 타이밍이 샘플링 신호 생성 카운터의 중간값보다 이전이고 카운트 개시값보다 이후인 경우(도 4의 (1))는, 샘플링 위치 맞춤부(501)는 카운트 상한값으로부터 타이밍 보정량을 감산함으로써 샘플링 타이밍 신호를 1 PPS 신호 수신 타이밍과 일치시킨다.

또한, 1 PPS 신호의 수신 타이밍이 샘플링 신호 생성 카운터의 중간값보다 이후이고 카운트 상한값보다 이전인 경우(도 4의 (2))는, 샘플링 위치 맞춤부(501)는 카운트 상한값에 타이밍 보정량을 가산함으로써 샘플링 타이밍 신호를 1 PPS 신호 수신 타이밍과 일치시킨다.

또, 상기한 (3) 타이밍 보정량의 조정은 1회 행하지 않고, 복수회로 분할하여 행해도 좋다.

예를 들면, 샘플링 타이밍 신호 간격의 변화를 75나노초 이하로 제한하고자 하는 경우에 동기 어긋남량이 750ns인 경우, 1회의 조정량을 최대 75ns(80㎒ 카운터에서 4카운트분)로 하고, 카운터 상한값의 조정을 10회 행해도 좋다.

또한, 매회의 조정량이 동일하지 않아도 된다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 1 PPS 신호의 두절이 장시간에 이른 경우나, 데이터 수집 장치의 전원 투입 후에 1 PPS 신호를 처음 수신한 경우에, 샘플링 타이밍 신호의 생성 개시 위치를 1 PPS 신호 수신 타이밍에 맞추는 것이 가능하게 된다.

또, 실시 형태 1 및 2에서는, 샘플링 주기 카운트부(105)가 인크리먼트(increment)에 의해 카운트하는 예를 설명했으므로, 카운트 개시값이 샘플링 주기 카운트부(105)의 하한값이고, 카운트 완료값이 상한값이었다.

샘플링 주기 카운트부(105)가 디크리먼트에 의해 카운트하는 경우는, 카운트 개시값이 샘플링 주기 카운트부(105)의 상한값으로 되고, 카운트 완료값이 하한값으로 된다.

마지막으로, 실시 형태 1, 2에 나타낸 데이터 수집 장치(100)의 하드웨어 구성예를 도 9를 참조하여 설명한다.

데이터 수집 장치(100)는 컴퓨터이고, 데이터 수집 장치(100)의 각 요소를 프로그램으로 실현할 수 있다.

데이터 수집 장치(100)의 하드웨어 구성으로서는, 버스에, 제어 장치(901), 외부 기억 장치(902), 주기억 장치(903), 통신 장치(904), 입출력 장치(905), 클럭 발생 회로(906), 카운터(907)가 접속되어 있다.

제어 장치(901)는 프로그램을 실행하는 CPU이다.

외부 기억 장치(902)는, 예를 들면 ROM(Read Only Memory)이나 플래시 메모리, 하드디스크 장치이다.

주기억 장치(903)는 RAM(Random Access Memory)이다.

편차 측정값 유지부(301)는, 예를 들면 주기억 장치(903)에 의해 실현된다.

통신 장치(904)는 1 PPS 신호 수신부(101) 및 통신부(109)의 물리층에 대응한다.

입출력 장치(905)는, 예를 들면 마우스, 키보드, 디스플레이 장치 등이다.

클럭 발생 회로(906)는 수정 발진기를 구비하고, 데이터 수집 장치(100)의 클럭 신호를 생성한다.

클럭 생성부(102)는 클럭 발생 회로(906)에 의해 실현된다.

또한, 샘플링 주기 카운트부(105)는 카운터(907)에 의해 실현된다.

프로그램은, 통상은 외부 기억 장치(902)에 기억되어 있고, 주기억 장치(903)에 로드된 상태에서, 순차적으로 제어 장치(901)에 판독되어 실행된다.

프로그램은 도 1, 도 3에 나타내는 「~부」(단, 클럭 생성부(102), 편차 측정값 유지부(301)을 제외함, 이하도 마찬가지)로서 설명하고 있는 기능을 실현하는 프로그램이다.

또한, 외부 기억 장치(902)에는 오퍼레이팅 시스템(OS)도 기억되어 있고, OS의 적어도 일부가 주기억 장치(903)에 로드되고, 제어 장치(901)는 OS를 실행하면서, 도 1에 나타내는 「~부」의 기능을 실현하는 프로그램을 실행한다.

또한, 실시 형태 1, 2의 설명에 있어서, 「~의 측정」, 「~의 카운트」, 「~의 변경」, 「~의 결정」, 「~의 설정」, 「~의 지정」, 「~의 계산」, 「~의 판단」, 「~의 판정」, 「~의 선택」, 「~의 생성」, 「~의 입력」, 「~의 수신」 등으로서 설명하고 있는 처리의 결과를 나타내는 정보나 데이터나 신호값이나 변수값이 주기억 장치(903)에 파일로서 기억되어 있다.

또, 도 9의 구성은 어디까지나 데이터 수집 장치(100)의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 것이며, 데이터 수집 장치(100)의 하드웨어 구성은 도 9에 기재의 구성에 한정되지 않고, 다른 구성이어도 좋다.

100: 데이터 수집 장치
101: 1 PPS 신호 수신부
102: 클럭 생성부
103: 클럭 편차 측정부
104: 편차 측정값 유지부
105: 샘플링 주기 카운트부
106: 샘플링 신호 생성부
107: 전기량 측정부
108: 데이터 생성부
109: 통신부
301: 편차 측정값 유지부
302: 클럭 편차값 생성부
501: 샘플링 위치 맞춤부

Claims (7)

1 PPS(1 Pulse Per Second) 신호를 수신하는 1 PPS 신호 수신부와,
1초간에 비해 미소한 클럭 주기의 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성부와,
상기 1 PPS 신호 수신부로부터 상기 1 PPS 신호를 입력받고, 상기 클럭 생성부로부터 상기 클럭 신호를 입력받고, 상기 1 PPS 신호를 입력받을 때마다, 상기 클럭 신호의 상기 1 PPS 신호에 대한 주파수 편차인 클럭 편차를 측정하는 클럭 편차 측정부와,
상기 클럭 편차 측정부에 있어서의 복수회의 측정에 의해 얻어진 복수의 클럭 편차 측정값을 유지하는 편차 측정값 유지부와,
상기 편차 측정값 유지부에 유지되어 있는 상기 복수의 클럭 편차 측정값 중 최신의 클럭 편차 측정값과, 다른 클럭 편차 측정값을 비교하고, 상기 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 소정의 허용 범위 내에서 일치하는 경우에 상기 최신의 클럭 편차 측정값을 출력처에 출력하고, 상기 최신의 클럭 편차 측정값이, 다른 클럭 편차 측정값과 상기 허용 범위 내에서 일치하지 않는 경우에 상기 다른 클럭 편차 측정값 중 어느 하나의 클럭 편차 측정값을 상기 출력처에 출력하는 편차 측정값 선택부를 가지는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.

제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리 장치는,
상기 1 PPS 신호 수신부로부터 상기 1 PPS 신호를 입력받고, 상기 클럭 생성부로부터 상기 클럭 신호를 입력받고, 상기 클럭 신호의 클럭 주기에 맞추어 카운트 개시값으로부터 카운트 완료값까지의 카운트를 행하고, 상기 카운트 완료값까지의 카운트를 종료하면 상기 카운트 개시값으로부터의 카운트를 개시하는 카운터와,
상기 카운터로의 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍과 상기 카운터에 있어서의 상기 카운트 개시값의 타이밍을 감시하고, 상기 카운트 개시값의 타이밍이 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍과 일치하고 있지 않는 경우에, 상기 카운트 개시값의 타이밍을 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍에 일치시키기 위한 타이밍 보정값을 산출하는 타이밍 보정값 산출부를 더 가지며,
상기 카운터는,
상기 타이밍 보정값 산출부에 의해 산출된 타이밍 보정값을 이용하여 상기 카운트 완료값을 변경하고, 상기 카운트 개시값의 타이밍을 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍에 일치시키는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.

제 2 항에 있어서,
상기 타이밍 보정값 산출부는,
상기 카운터로의 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍이 상기 카운트 개시값과 상기 카운트 완료값 사이의 중간값보다 이후이고 상기 카운트 완료값보다 이전인 경우에, 상기 카운터에 상기 카운트 완료값으로부터 타이밍 보정값을 감산시키도록 하고,
상기 카운터로의 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍이 상기 카운트 개시값보다 이후이고 상기 중간값보다 이전인 경우에, 상기 카운터에 상기 카운트 완료값에 타이밍 보정값을 가산시키도록 하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.

제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 타이밍 보정값 산출부는,
산출한 타이밍 보정값을 n개(n은 2 이상의 정수) 분할하고,
상기 카운터는,
상기 타이밍 보정값의 분할값을 n회의 카운트 완료값으로 이용하여 상기 n회의 카운트 완료값을 변경해서, 상기 카운트 개시값의 타이밍을 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍에 일치시키는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.

1 PPS(1 Pulse Per Second) 신호를 수신하는 1 PPS 신호 수신부와,
1초에 비해 미소한 클럭 주기의 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성부와,
상기 1 PPS 신호 수신부로부터 상기 1 PPS 신호를 입력받고, 상기 클럭 생성부로부터 상기 클럭 신호를 입력받고, 상기 클럭 신호의 클럭 주기에 맞추어 카운트 개시값으로부터 카운트 완료값까지의 카운트를 행하고, 상기 카운트 완료값까지의 카운트를 종료하면 상기 카운트 개시값으로부터의 카운트를 개시하는 카운터와,
상기 카운터로의 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍과 상기 카운터에 있어서의 상기 카운트 개시값의 타이밍을 감시하고, 상기 카운트 개시값의 타이밍이 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍과 일치하고 있지 않는 경우에, 상기 카운트 개시값의 타이밍을 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍에 일치시키기 위한 타이밍 보정값을 산출하는 타이밍 보정값 산출부를 가지며,
상기 카운터는,
상기 타이밍 보정값 산출부에 의해 산출된 타이밍 보정값을 이용하여 상기 카운트 완료값을 변경하고, 상기 카운트 개시값의 타이밍을 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍에 일치시키는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.

제 5 항에 있어서,
상기 타이밍 보정값 산출부는,
상기 카운터로의 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍이 상기 카운트 개시값과 상기 카운트 완료값 사이의 중간값보다 이후이고 상기 카운트 완료값보다 이전인 경우에, 상기 카운터에 상기 카운트 완료값으로부터 타이밍 보정값을 감산시키도록 하고,
상기 카운터로의 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍이 상기 카운트 개시값보다 이후이고 상기 중간값보다 이전인 경우에, 상기 카운터에 상기 카운트 완료값에 타이밍 보정값을 가산시키도록 하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.

제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 타이밍 보정값 산출부는,
산출한 타이밍 보정값을 n개(n은 2 이상의 정수) 분할하고,
상기 카운터는,
상기 타이밍 보정값의 분할값을 n회의 카운트 완료값으로 이용하여 상기 n회의 카운트 완료값을 변경해서, 상기 카운트 개시값의 타이밍을 상기 1 PPS 신호의 입력 타이밍에 일치시키는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.

Images