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JP2005051540A - Analog / digital conversion method and apparatus - Google Patents

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JP2005051540A
JP2005051540A JP2003281852A JP2003281852A JP2005051540A JP 2005051540 A JP2005051540 A JP 2005051540A JP 2003281852 A JP2003281852 A JP 2003281852A JP 2003281852 A JP2003281852 A JP 2003281852A JP 2005051540 A JP2005051540 A JP 2005051540A
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JP
Japan
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signal
analog
digital
voltage value
predetermined voltage
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Application number
JP2003281852A
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Japanese (ja)
Inventor
Kimio Sasaki
公男 佐々木
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
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Publication date
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Abstract

【課題】 信号の変化スピードを考慮したアナログ/デジタル変換方法を提供する。
【解決手段】 アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換処理において、アナログ信号の振幅値が所定電圧値だけ変化したか否か及び前記変化の方向が増方向または減方向であるかを検出すると共に、アナログ信号が前記所定電圧値だけ変化する間の時間を計測し、前記変化の方向を示す符号及び前記計測した時間を表すデジタル符号で前記デジタル信号を構成する。
【選択図】 図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analog / digital conversion method in consideration of a signal change speed.
In an analog / digital conversion process for converting an analog signal into a digital signal, it is detected whether the amplitude value of the analog signal has changed by a predetermined voltage value and whether the direction of the change is an increasing direction or a decreasing direction. At the same time, the time during which the analog signal changes by the predetermined voltage value is measured, and the digital signal is composed of a code indicating the direction of the change and a digital code indicating the measured time.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換方法及びその装置に関する。   The present invention relates to an analog / digital conversion method and apparatus for converting an analog signal into a digital signal.

現在の電子機器の多くは、コンピュータに代表されるように、信号をデジタル的に処理するデジタル機器となっている。このため、デジタル機器の入力段には、時間的に変化するアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換装置が設けられる。   Many of the current electronic devices are digital devices that digitally process signals, as represented by computers. For this reason, an analog / digital conversion device that converts an analog signal that changes over time into a digital signal is provided at the input stage of the digital device.

従来のアナログ/デジタル変換装置は、下記の非特許文献1に記載されている様に、シャノン(C.E.Shannon)と染谷勲が提唱した標本化定理に基づいて、アナログ信号をデジタル信号に変換している。即ち、従来のアナログ/デジタル変換装置では、変換対象となるアナログ信号の最高周波数の2倍以上の高レートでこのアナログ信号を時間的に等間隔にサンプリングし、各サンプリング点における信号値を量子化しデジタル信号としている。   As described in Non-Patent Document 1 below, a conventional analog / digital conversion device converts an analog signal into a digital signal based on the sampling theorem proposed by Shannon (CE Shannon) and Isao Someya. It has been converted. That is, in the conventional analog / digital conversion device, this analog signal is sampled at equal intervals in time at a high rate that is at least twice the maximum frequency of the analog signal to be converted, and the signal value at each sampling point is quantized. It is a digital signal.

C. E. Shannon: Communications in the presence of noise, Proc. IRE, Vol.37, No.1, pp.10-21, 1949.C. E. Shannon: Communications in the presence of noise, Proc.IRE, Vol.37, No.1, pp.10-21, 1949. 染谷 勲:波形伝送、修教社、1949.Isaya Isao: Waveform transmission, Shukyosha, 1949.

変換対象となるアナログ信号にも種々あり、例えば音楽信号の様に、信号の一部にのみ高周波成分が局在し、他の部分の周波数が低い信号もある。斯かるアナログ信号を従来のアナログ/デジタル変換装置でデジタル信号に変換する場合、アナログ信号中の高周波部分が高精度にデジタル信号に変換される様に高レートの等時間間隔が設定されるため、この高レートの等時間間隔で低周波部分も一律にサンプリングされ、余分な採取データと無駄な処理が多くなるという問題がある。   There are various analog signals to be converted. For example, there is a signal such as a music signal in which a high frequency component is localized only in a part of the signal and the frequency of the other part is low. When converting such an analog signal into a digital signal with a conventional analog / digital converter, a high-rate equal time interval is set so that a high-frequency portion in the analog signal is converted into a digital signal with high accuracy. There is a problem that the low-frequency portion is uniformly sampled at this high rate at equal time intervals, and there is a lot of extra collected data and wasteful processing.

また、従来のアナログ/デジタル変換装置でデジタル信号の一層の高精度化を図るには、量子化誤差を低減するためにデジタル信号の高ビット化を図らなければならない。しかし、高ビット化には、アナログ/デジタル変換装置の回路規模の増大と処理の高速化が不可欠であり、コスト的に実現が困難になってきている。   In order to further improve the accuracy of a digital signal with a conventional analog / digital converter, it is necessary to increase the bit of the digital signal in order to reduce the quantization error. However, in order to increase the bit rate, it is indispensable to increase the circuit scale of the analog / digital conversion device and to increase the processing speed, and it has become difficult to realize in terms of cost.

本発明の目的は、従来の標本化定理によらずにアナログ信号を精度良く且つ低コストでデジタル信号に変換できるアナログ/デジタル変換方法及びその装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an analog / digital conversion method and apparatus capable of converting an analog signal into a digital signal with high accuracy and low cost without using the conventional sampling theorem.

本発明のアナログ/デジタル変換方法は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換方法において、前記アナログ信号の振幅値が所定電圧値だけ変化したか否か及び前記変化の方向が増方向または減方向であるかを検出すると共に、前記アナログ信号が前記所定電圧値だけ変化する間の時間を計測し、前記変化の方向を示す符号及び前記計測した時間を示すデジタル符号で前記デジタル信号を構成することを特徴とする。   The analog / digital conversion method of the present invention is an analog / digital conversion method for converting an analog signal into a digital signal, and whether or not the amplitude value of the analog signal has changed by a predetermined voltage value and the direction of the change is an increasing direction or While detecting whether the direction is decreasing, the time during which the analog signal changes by the predetermined voltage value is measured, and the digital signal is composed of a code indicating the direction of the change and a digital code indicating the measured time It is characterized by doing.

この構成により、アナログ信号が所定電圧値だけ信号変化するスピードに応じて時間計測値が標本化されると共に、その値が高速クロック周期で量子化され、アナログ信号が高精度にデジタル信号に変換される。   With this configuration, the time measurement value is sampled according to the speed at which the analog signal changes by a predetermined voltage value, and the value is quantized with a high-speed clock period, and the analog signal is converted into a digital signal with high accuracy. The

本発明のアナログ/デジタル変換方法は、前記アナログ信号の最高周波数、信号値の変化範囲であるダイナミックレンジ、並びに予め決めた前記所定電圧値の大きさにより前記時間計測で用いるクロックの下限周波数を決めることを特徴とする。   According to the analog / digital conversion method of the present invention, the lower limit frequency of the clock used for the time measurement is determined by the maximum frequency of the analog signal, the dynamic range which is a change range of the signal value, and the predetermined voltage value determined in advance. It is characterized by that.

この構成により、変換対象のアナログ信号に応じて適切に所定電圧値と時間計測用のクロック周波数が設定でき、適応的で、且つ更に高精度なデジタル信号への変換が可能となる。   With this configuration, it is possible to appropriately set a predetermined voltage value and a clock frequency for time measurement according to the analog signal to be converted, and it is possible to convert the digital signal adaptively and with higher accuracy.

本発明のアナログ/デジタル変換装置は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換装置において、前記アナログ信号の振幅値が所定電圧値だけ変化したか否かを検出する比較器と、前記変化の方向が増方向または減方向であるかを検出する増減検出手段と、前記アナログ信号が前記所定電圧値だけ変化する間の時間を計測する計測手段と、前記変化の方向を示す符号及び前記計測した時間を表すデジタル符号を逐次格納しては出力するレジスタ手段とを備えることを特徴とする。   The analog / digital conversion device according to the present invention is an analog / digital conversion device that converts an analog signal into a digital signal, a comparator that detects whether an amplitude value of the analog signal has changed by a predetermined voltage value, and the change Increase / decrease detecting means for detecting whether the direction of the signal is increasing or decreasing, measuring means for measuring the time during which the analog signal changes by the predetermined voltage value, a sign indicating the direction of the change, and the measurement And a register means for sequentially storing and outputting digital codes representing the measured time.

この構成により、アナログ信号が所定電圧値だけ信号変化するのに応じて時間計測値が逐次標本化され、小さな回路規模でアナログ信号変化のスピードに応じて適応的且つ高精度にデジタル信号に変換される。   With this configuration, the time measurement value is sampled sequentially as the analog signal changes by a predetermined voltage value, and is converted into a digital signal adaptively and with high accuracy according to the speed of the analog signal change with a small circuit scale. The

本発明のアナログ/デジタル変換装置の前記計測手段は、クロック信号を計数し前記比較器からの出力信号をリセット信号とするカウンタからなることを特徴とする。   The measuring means of the analog / digital conversion apparatus of the present invention is characterized by comprising a counter that counts clock signals and uses an output signal from the comparator as a reset signal.

この構成により、クロック計測という簡単な手段によって時間計測の高精度化を図ることが可能となる。   With this configuration, it is possible to improve the accuracy of time measurement by a simple means of clock measurement.

本発明によれば、アナログ信号を、その変化スピードに応じて適応的に精度良く且つ低コストでデジタル信号に変換でき、しかも、回路規模の増大を招くことなく高精度な標本化が実現可能となる。   According to the present invention, an analog signal can be adaptively converted into a digital signal with high accuracy and low cost according to the speed of change, and high-precision sampling can be realized without increasing the circuit scale. Become.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るアナログ/デジタル変換方法の処理概要を説明する図である。曲線は変換対象のアナログ信号波形であり、横軸が時間、縦軸が信号振幅(電圧値)を示している。従来は、サンプリングの時間間隔を等間隔に設定し、各サンプリング点における信号値を量子化していたのに対し、本実施形態では、縦軸の信号振幅が予め定めた所定電圧値Vrefだけ変化する方向及び時間間隔を検出し、変化の方向を示す符号及び検出時間間隔のクロック計数値をデジタル信号としている。   FIG. 1 is a diagram for explaining the processing outline of an analog / digital conversion method according to an embodiment of the present invention. The curve is an analog signal waveform to be converted, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing signal amplitude (voltage value). Conventionally, sampling time intervals are set at equal intervals, and the signal value at each sampling point is quantized. In the present embodiment, the signal amplitude on the vertical axis changes by a predetermined voltage value Vref. The direction and time interval are detected, and the code indicating the direction of change and the clock count value of the detection time interval are used as digital signals.

即ち、図1のある点A1から所定電圧値Vrefだけ変化する方向、図示の例では信号振幅が増加する「正方向」と、点A1から所定電圧値Vrefだけ変化した点A2に至るまでの時間間隔T1とを検出し、この「正方向」と時間間隔T1におけるクロック計数値との組をデジタル信号とし、次に、点A2から点A3まで所定電圧値Vrefだけ変化する方向(図示の例では「正方向」)及び点A2から点A3に至るまでの時間間隔T2を検出しては、上記と同様にそれら符号とクロック計数値の組を次のデジタル信号とし、次に、点A3から点A4まで所定電圧値Vrefだけ変化する方向(図示の例では「負方向」)及び点A3から点A4に至るまでの時間間隔T3を検出しては、同様にそれら符号とクロック計数値の組を次のデジタル信号とし、……、アナログ信号を一連のデジタル信号(正方向+時間間隔T1のクロック計数値,正方向+時間間隔T2のクロック計数値,負方向+時間間隔T3のクロック計数値,…)に変換する。当然のことながら、時間間隔T1,T2,T3,…は、不等間隔、従ってそれらのクロック計数値も不等間隔となる。   That is, the time from the point A1 in FIG. 1 in the direction of changing by the predetermined voltage value Vref, the “positive direction” in which the signal amplitude increases in the illustrated example, and the time from the point A1 to the point of change A2 by the predetermined voltage value Vref. The interval T1 is detected, and a set of the “positive direction” and the clock count value in the time interval T1 is used as a digital signal. Next, the direction changes from the point A2 to the point A3 by a predetermined voltage value Vref (in the illustrated example, "Positive direction") and the time interval T2 from the point A2 to the point A3 are detected, and the pair of the sign and the clock count value is set to the next digital signal in the same manner as described above, and then from the point A3 to the point A3. A direction (a negative direction in the illustrated example) that changes by a predetermined voltage value Vref up to A4 and a time interval T3 from the point A3 to the point A4 are detected. Next digital signal ... The analog signal sequence of digital signals (forward + clock count value of the time interval T1, clock count value in the positive direction + time interval T2, the clock count value of the negative direction + time interval T3, ...) into a. Naturally, the time intervals T1, T2, T3,... Are unequal intervals, and therefore their clock count values are also unequal intervals.

図2は、図1の詳細説明図である。本実施形態のアナログ/デジタル変換装置では、高速クロック信号をカウンタで計数すると共に、このカウンタの動作とは別に、常時、アナログ信号の振幅値が前回値から正(増)方向或いは負(減)方向に所定電圧値Vrefだけ変化したか否かを精度良く検出している。   FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of FIG. In the analog / digital conversion device of this embodiment, the high-speed clock signal is counted by a counter, and the amplitude value of the analog signal is always positive (increase) or negative (decrease) from the previous value separately from the operation of the counter. Whether the direction has changed by a predetermined voltage value Vref is detected with high accuracy.

そして、アナログ信号の信号振幅値が前回値に対して所定電圧値Vrefだけ変化した点A1に達したことを検出した時点でクロック計数用カウンタをリセットしては新たな計数を開始し、点A1から所定電圧値Vrefだけ変化した点A2に達したことを検出した時点までのカウンタ計数値を、検出時間間隔T1をクロック周期単位で量子化した値にすると共に、カウンタをリセットして次の時間間隔T2の計測に入る。図2に示す例では、検出時間間隔T1におけるクロック計数値は十進数で“4”(二進数で“100”)である。   Then, when it is detected that the signal amplitude value of the analog signal has reached a point A1 where it has changed by a predetermined voltage value Vref with respect to the previous value, the clock counting counter is reset, and a new counting is started. The counter count value until the point at which the point A2 having changed by the predetermined voltage value Vref is detected is set to a value obtained by quantizing the detection time interval T1 in units of clock cycles, and the counter is reset to the next time. Measurement of the interval T2 starts. In the example shown in FIG. 2, the clock count value in the detection time interval T1 is “4” in decimal (“100” in binary).

図3は、本実施形態に係るアナログ/デジタル変換装置のブロック構成の一例を示す図である。このアナログ/デジタル変換装置は、入力される高速クロック信号を二進数で計数する例えば8ビット構成のカウンタ1と、カウンタ1にリセット信号が入力されたときカウンタ1の計数値(十進数で“4”の場合には二進数で“00000100”)の転送を受けると共にこの8ビットの計数値に更に信号変化方向を示す1ビットの符号が書き込まれるレジスタ2とを備える。レジスタ2内の計9ビットのデジタル信号は、後述のモノステーブルマルチバイブレータ11からパルス信号が出力される度にカウンタ1からレジスタ2へ、またレジスタ2からデジタル機器のインタフェースボード3の入力バッファへ転送される構成となっている。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a block configuration of the analog / digital conversion apparatus according to the present embodiment. This analog / digital conversion device includes, for example, an 8-bit counter 1 that counts an input high-speed clock signal in binary numbers, and a counter value when the reset signal is input to the counter 1 (decimal number “4”). In the case of "," a binary number "00000100") is received and a register 2 in which a 1-bit code indicating a signal change direction is further written in the 8-bit count value. A total of 9-bit digital signal in the register 2 is transferred from the counter 1 to the register 2 every time a pulse signal is output from the monostable multivibrator 11 described later, and from the register 2 to the input buffer of the interface board 3 of the digital device. It becomes the composition which is done.

本実施形態のアナログ/デジタル変換装置は上記のカウンタ1及びレジスタ2の他に、変換対象のアナログ信号が入力されるサンプルホールド回路5と、変換対象のアナログ信号がプラス端子に入力されサンプルホールド回路5でホールドされた前回値のアナログ信号がマイナス端子に入力される加算器6と、設定された所定電圧値Vrefを発生させる参照電圧値発生器7と、加算器6の出力信号をプラス端子に入力し参照電圧値発生器7の出力電圧値をマイナス端子に入力する第1比較器8と、加算器6の出力信号をマイナス端子に入力し参照電圧値発生器7の出力電圧値をプラス端子に入力する第2比較器9と、第1比較器8の出力信号と第2比較器9の出力信号とを入力信号とする2入力オアゲート10とを備える。   In addition to the counter 1 and the register 2 described above, the analog / digital conversion device of this embodiment includes a sample hold circuit 5 to which an analog signal to be converted is input, and a sample and hold circuit to which the analog signal to be converted is input to a plus terminal. 5, an adder 6 to which the analog signal of the previous value held at 5 is input to the minus terminal, a reference voltage value generator 7 for generating the set predetermined voltage value Vref, and an output signal of the adder 6 to the plus terminal The first comparator 8 that inputs and outputs the output voltage value of the reference voltage value generator 7 to the negative terminal, and the output signal of the adder 6 is input to the negative terminal and the output voltage value of the reference voltage value generator 7 is the positive terminal And a two-input OR gate 10 having the output signal of the first comparator 8 and the output signal of the second comparator 9 as input signals.

アナログ/デジタル変換装置は、更に、2入力オアゲート10の出力信号をトリガ信号としてパルス変換するモノステーブルマルチバイブレータ11と、第1比較器8の出力信号とモノステーブルマルチバイブレータ11の出力パルス信号とを入力信号とする第1の2入力アンドゲート12と、第2比較器9の出力信号とモノステーブルマルチバイブレータ11の出力パルス信号とを入力信号とする第2の2入力アンドゲート13と、モノステーブルマルチバイブレータ11の出力パルス信号を第1所定時間だけ遅延する第1遅延回路14及び第2所定時間だけ遅延する第2遅延回路15とを備える。   The analog / digital converter further converts the monostable multivibrator 11 that performs pulse conversion using the output signal of the 2-input OR gate 10 as a trigger signal, the output signal of the first comparator 8, and the output pulse signal of the monostable multivibrator 11. A first two-input AND gate 12 as an input signal, a second two-input AND gate 13 as an input signal, the output signal of the second comparator 9 and the output pulse signal of the monostable multivibrator 11, and a monostable A first delay circuit 14 that delays the output pulse signal of the multivibrator 11 for a first predetermined time and a second delay circuit 15 that delays the second predetermined time.

モノステーブルマルチバイブレータ11の出力パルス信号は、第1遅延回路14及び第2遅延回路15に与えられる他に、サンプルホールド回路5にも与えられ、また、カウンタ1のデジタルデータのレジスタ2への書き込み信号として与えられる。レジスタ2に設けられた符号(sign)格納用メモリ2aはアンドゲート12,13の出力が接続され、アンドゲート12から“1”信号が出力されたとき信号変化の正方向を示す“0”が符号ビット格納用メモリ2aに書き込まれ、アンドゲート13から“1”信号が出力されたとき信号変化の負方向を示す“1”が書き込まれる。また、第1遅延回路14からはカウンタ1にリセット信号が出力され、第2遅延回路15からはインタフェースボード3の入力バッファに、符号ビット格納用メモリ2aを含むレジスタ2の内容であるデジタルデータを転送するためのセット信号が出力される。   The output pulse signal of the monostable multivibrator 11 is supplied not only to the first delay circuit 14 and the second delay circuit 15 but also to the sample hold circuit 5, and the digital data of the counter 1 is written to the register 2. Given as a signal. The sign storage memory 2 a provided in the register 2 is connected to the outputs of the AND gates 12 and 13, and when the “1” signal is output from the AND gate 12, “0” indicating the positive direction of signal change is displayed. When the “1” signal is output from the AND gate 13 and written in the sign bit storage memory 2a, “1” indicating the negative direction of the signal change is written. The first delay circuit 14 outputs a reset signal to the counter 1, and the second delay circuit 15 receives digital data that is the contents of the register 2 including the sign bit storage memory 2 a in the input buffer of the interface board 3. A set signal for transfer is output.

次に、上述した構成の本実施形態に係るアナログ/デジタル変換装置の動作を説明する。変換対象となるアナログ信号は、予め図示しないガードフィルタを通されることで信号解析帯域以上の高周波の信号成分や計測加法ノイズが除去され、加算器6及びサンプルホールド回路5に入力される。また、スタート信号がモノステーブルマルチバイブレータ11に入力されると、その出力であるパルス信号により入力アナログ信号の初期値をサンプルホールド回路5でサンプルすると共に、第1の遅延回路14からの出力信号によりカウンタ1をリセットし、以後、所定のアナログ/デジタル変換動作を繰り返す。   Next, the operation of the analog / digital conversion apparatus according to this embodiment having the above-described configuration will be described. The analog signal to be converted is passed through a guard filter (not shown) in advance to remove high-frequency signal components and measurement additive noise that exceed the signal analysis band, and are input to the adder 6 and the sample hold circuit 5. When the start signal is input to the monostable multivibrator 11, the initial value of the input analog signal is sampled by the sample hold circuit 5 using the pulse signal that is output, and the output signal from the first delay circuit 14 is used. The counter 1 is reset, and thereafter a predetermined analog / digital conversion operation is repeated.

本実施形態では、アナログ信号を先ずガードフィルタに通すことで、先ず信号解析対象とするアナログ信号中に含まれる最高周波数を予測する。次に信号値の変化範囲を示すダイナミックレンジを何等分して信号値を近似するかを表す等価量子化ビット数により所定電圧値Vrefを定め、この値と上記最高周波数の値とを用いて、カウンタ1で計数する高速クロック信号の周波数下限値を定める。   In this embodiment, an analog signal is first passed through a guard filter, so that the highest frequency included in the analog signal to be analyzed is first predicted. Next, a predetermined voltage value Vref is determined by the number of equivalent quantization bits indicating how the signal value is approximated by dividing the dynamic range indicating the change range of the signal value, and using this value and the value of the highest frequency, The lower frequency limit value of the high-speed clock signal counted by the counter 1 is determined.

加算器6からは、サンプルホールド回路5にホールドされている前回値のアナログ信号振幅値に対する今回値のアナログ信号振幅値の差分が出力され、この差分が、第1比較器8及び第2比較器9に入力される。第1比較器8及び第2比較器9には、参照電圧値発生器7から所定電圧値Vrefが与えられており、アナログ信号の振幅値が前回値より所定電圧値Vrefだけ高くなったとき第1比較器8から“1”信号が出力され、アナログ信号の振幅値が前回値より所定電圧値Vrefだけ低くなったとき第2比較器9から“1”信号が出力される。   The adder 6 outputs the difference between the analog signal amplitude value of the current value and the analog signal amplitude value of the previous value held in the sample hold circuit 5, and this difference is the first comparator 8 and the second comparator. 9 is input. The first comparator 8 and the second comparator 9 are given a predetermined voltage value Vref from the reference voltage value generator 7, and when the amplitude value of the analog signal is higher than the previous value by the predetermined voltage value Vref, A “1” signal is output from the first comparator 8, and a “1” signal is output from the second comparator 9 when the amplitude value of the analog signal is lower than the previous value by a predetermined voltage value Vref.

2入力オアゲート10は、第1比較器8と第2比較器9のいずれか一方から“1”信号が出力されたとき“1”信号を出力し、モノステーブルマルチバイブレータ11は2入力オアゲート10から出力される“1”信号をトリガ信号として動作する。   The 2-input OR gate 10 outputs a “1” signal when a “1” signal is output from either the first comparator 8 or the second comparator 9, and the monostable multivibrator 11 is output from the 2-input OR gate 10. The output “1” signal operates as a trigger signal.

モノステーブルマルチバイブレータ11は、2入力オアゲート10から“1”が出力されたとき所定期間“1”となる2値パルス信号を出力し、この2値パルス信号が、アンドゲート12,13及び遅延回路14,15に与えられると共に、サンプルホールド回路5に与えられて今回値のアナログ信号値を次回における前回値としてホールドさせ、更に、カウンタ1のデジタルデータをレジスタ2へ書き込んだ後、そのデータをインタフェースボード3の入力バッファに転送させる。   The monostable multivibrator 11 outputs a binary pulse signal that is “1” for a predetermined period when “1” is output from the two-input OR gate 10, and the binary pulse signal is output from the AND gates 12 and 13 and the delay circuit. 14 and 15 and also supplied to the sample-and-hold circuit 5 to hold the analog signal value of the current value as the previous value of the next time. Further, after the digital data of the counter 1 is written to the register 2, the data is interfaced. Transfer to the input buffer of board 3.

アンドゲート12には、第1比較器8の出力信号とモノステーブルマルチバイブレータ11からの2値パルス信号とが入力され、両者が共に“1”となったときレジスタ2の符号ビット格納用メモリ2aに“0”(信号変化が正方向)を書き込む。また、アンドゲート13は、第2比較器9の出力信号とモノステーブルマルチバイブレータ11からの2値パルス信号とが入力され、両者が共に“1”となったときレジスタ2の符号ビット格納用メモリ2aに“1”(信号変化が負方向)を書き込む。   The AND gate 12 receives the output signal of the first comparator 8 and the binary pulse signal from the monostable multivibrator 11, and when both become "1", the sign bit storage memory 2a of the register 2 is stored. "0" (signal change is positive direction) is written in The AND gate 13 receives the output signal of the second comparator 9 and the binary pulse signal from the monostable multivibrator 11, and when both become “1”, the sign bit storage memory of the register 2 Write "1" (signal change is in negative direction) to 2a.

カウンタ1には、モノステーブルマルチバイブレータ11から出力される2値パルス信号を第1遅延回路14で第1所定時間遅延させた遅延信号が入力される。即ち、モノステーブルマルチバイブレータ11の出力タイミングでカウンタ1の内容がレジスタ2に確実に転送された後に、カウンタ1には、上記第1遅延回路14からの遅延信号が入力され、リセットされる。と同時に、カウンタ1には、上記の時間間隔Tnを計数する高速クロック信号が入力される。以上のことにより、カウンタ1は、リセット信号入力から次のリセット信号入力までの間の高速クロック信号の入力数を計数する。その計数値は常時レジスタ2の、カウンタ1からのデジタル符号受け入れ部に連結されており、正負両方向に背反動作を行なう2つの比較器8,9のいずれか一方の出力タイミングと同期して出力されるモノステーブルマルチバイブレータ11からの出力2値パルス信号のタイミングで、レジスタ2に転送される。   The counter 1 receives a delay signal obtained by delaying the binary pulse signal output from the monostable multivibrator 11 by the first delay circuit 14 for a first predetermined time. That is, after the contents of the counter 1 are reliably transferred to the register 2 at the output timing of the monostable multivibrator 11, the delay signal from the first delay circuit 14 is input to the counter 1 and reset. At the same time, a high-speed clock signal for counting the time interval Tn is input to the counter 1. As described above, the counter 1 counts the number of high-speed clock signals input from the reset signal input to the next reset signal input. The count value is always connected to the digital code receiving unit from the counter 1 of the register 2 and is output in synchronization with the output timing of one of the two comparators 8 and 9 that perform a reverse operation in both positive and negative directions. The data is transferred to the register 2 at the timing of the output binary pulse signal from the monostable multivibrator 11.

以上の動作により、アナログ信号振幅値が所定電圧値Vrefだけ変化する毎に、次々と9ビット構成のデジタル信号がレジスタ2からインタフェースボード3の入力バッファに転送される。その際、第2遅延回路15によって前記と同様、タイミング合わせが行われた転送指示信号によりインタフェースボード3の入力バッファに書き込まれると共に、当該バッファを介して更に後段のデジタル機器に送られ、デジタル処理される。   With the above operation, every time the analog signal amplitude value changes by the predetermined voltage value Vref, a digital signal having a 9-bit configuration is successively transferred from the register 2 to the input buffer of the interface board 3. At this time, the second delay circuit 15 is written in the input buffer of the interface board 3 by the transfer instruction signal whose timing is adjusted in the same manner as described above, and is sent to the subsequent digital device via the buffer for digital processing. Is done.

本実施形態のアナログ/デジタル変換装置では、上述したように、時間的に不等間隔な標本化系列からなるデジタル信号を生成しているため、このデジタル信号を従来のデジタル信号(時間的に等間隔にサンプリングして得たデジタル信号)と同じ処理アルゴリズムでデジタル処理することはできず、新たな処理アルゴリズムを構築する必要がある。   As described above, the analog / digital conversion apparatus according to the present embodiment generates a digital signal composed of sampling sequences with unequal intervals in time. Therefore, the digital signal is converted into a conventional digital signal (temporal etc. Digital processing cannot be performed with the same processing algorithm as a digital signal obtained by sampling at intervals, and a new processing algorithm needs to be constructed.

しかし、デジタル機器でデジタル処理する前に、本実施形態の不等間隔標本化系列からなるデジタル信号を、従来の任意等間隔系列からなるデジタル信号に変換することで、既存資産のデジタル処理アルゴリズムをそのまま利用することができる。その変換方法として、例えば、本出願人が先に出願し出願公開された特開2001―292990号公報記載の変換方法を利用することができるが、この変換方法に限られるものではない。   However, before digital processing by the digital device, the digital processing algorithm of the existing asset is converted by converting the digital signal consisting of the unequal interval sampling sequence of the present embodiment into the digital signal consisting of the conventional arbitrary equidistant sequence. It can be used as it is. As the conversion method, for example, the conversion method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-292990, which was previously filed by the present applicant and published, is not limited to this conversion method.

このように、本実施形態のアナログ/デジタル変換方法及び装置によれば、信号値標本化の間隔を決める所定電圧値Vrefは現在の技術をもってすれば非常に高精度に設定でき、また、本実施形態では、電圧値のみを用意して後は入力アナログ信号が正,負のいずれの方向に所定電圧値Vrefだけ変化したかを精確に判定すればよいので、小さな回路規模で、入力アナログ信号の変化スピードに応じて適応的且つ簡便にデジタル信号を生成することができる。   As described above, according to the analog / digital conversion method and apparatus of the present embodiment, the predetermined voltage value Vref that determines the interval of sampling the signal value can be set with very high accuracy with the current technology. In the embodiment, since only the voltage value is prepared, it is only necessary to accurately determine whether the input analog signal has changed by the predetermined voltage value Vref in the positive or negative direction. A digital signal can be generated adaptively and simply according to the speed of change.

また、本実施形態では、隣接する不等間隔標本化時間を、クロック周期を単位としてカウンタの計数によって量子化しているため、従来の量子化器が不要となり、回路構成が極めて簡単となる。しかも、時間計測精度が現在では著しく向上しているため、量子化精度を低コストで更に高めることが可能となる。   Further, in the present embodiment, adjacent unequal interval sampling times are quantized by counting the counter in units of clock cycles, so that a conventional quantizer is unnecessary and the circuit configuration is extremely simple. In addition, since the time measurement accuracy is significantly improved at present, the quantization accuracy can be further increased at low cost.

尚、当然のことながら、本発明のアナログ/デジタル変換方法は、原理的に、アナログ信号が直流信号のときには適用できない。   Of course, the analog / digital conversion method of the present invention cannot be applied in principle when the analog signal is a DC signal.

本発明は、極めて簡単な回路構成でアナログ信号を高精度にデジタル信号に変換できるため、デジタル機器の入力段に用いるアナログ/デジタル変換装置として有用であり、種々の適応的処理や制御に応用可能である。   Since the present invention can convert an analog signal into a digital signal with a very simple circuit configuration with high accuracy, it is useful as an analog / digital conversion device used in an input stage of a digital device, and can be applied to various adaptive processing and control. It is.

本発明の一実施形態に係るアナログ/デジタル変換方法の処理概要の説明図である。It is explanatory drawing of the process outline | summary of the analog / digital conversion method which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の詳細説明図である。FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of FIG. 1. 本発明の一実施形態に係るアナログ/デジタル変換装置のブロック構成図である。1 is a block configuration diagram of an analog / digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 カウンタ
2 レジスタ
2a 信号変化の符号ビット格納用メモリ
5 サンプルホールド回路
6 加算器
7 参照電圧値(所定電圧値Vref)発生器
8,9 比較器
10 2入力オアゲート
11 モノステーブルマルチバイブレータ
12,13 2入力アンドゲート
14,15 遅延回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Counter 2 Register 2a Signal bit storage memory of signal change 5 Sample hold circuit 6 Adder 7 Reference voltage value (predetermined voltage value Vref) generator 8, 9 Comparator 10 2 input OR gate 11 Monostable multivibrator 12, 13 2 Input and gate 14, 15 delay circuit

Claims (4)

アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換方法において、前記アナログ信号の振幅値が所定電圧値だけ変化したか否か及び前記変化の方向が増方向または減方向であるかを検出すると共に、前記アナログ信号が前記所定電圧値だけ変化する間の時間を計測し、前記変化の方向を示す符号及び前記計測した時間を表すデジタル符号で前記デジタル信号を構成することを特徴とするアナログ/デジタル変換方法。 In the analog / digital conversion method for converting an analog signal into a digital signal, the amplitude value of the analog signal is changed by a predetermined voltage value, and whether the direction of the change is an increasing direction or a decreasing direction is detected. An analog / digital conversion characterized in that a time during which the analog signal changes by the predetermined voltage value is measured, and the digital signal is constituted by a code indicating the direction of the change and a digital code indicating the measured time. Method. 前記アナログ信号の最高周波数、信号値の変化範囲であるダイナミックレンジ、並びに予め決めた前記所定電圧値の大きさにより前記時間計測で用いるクロックの下限周波数を決めることを特徴とする請求項1に記載のアナログ/デジタル変換方法。 The lower limit frequency of the clock used for the time measurement is determined by the maximum frequency of the analog signal, the dynamic range which is a change range of the signal value, and the predetermined voltage value determined in advance. Analog / digital conversion method. アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換装置において、前記アナログ信号の振幅値が所定電圧値だけ変化したか否かを検出する比較器と、前記変化の方向が増方向または減方向であるかを検出する増減検出手段と、前記アナログ信号が前記所定電圧値だけ変化する間の時間を計測する計測手段と、前記変化の方向を示す符号及び前記計測した時間を表すデジタル符号を逐次格納して出力するレジスタ手段とを備えることを特徴とするアナログ/デジタル変換装置。 In an analog / digital conversion device that converts an analog signal into a digital signal, a comparator that detects whether or not the amplitude value of the analog signal has changed by a predetermined voltage value, and the direction of the change is an increasing or decreasing direction An increase / decrease detecting means for detecting the above, a measuring means for measuring the time during which the analog signal changes by the predetermined voltage value, a code indicating the direction of the change, and a digital code indicating the measured time are sequentially stored. And an analog / digital converter characterized by comprising: register means for outputting the output. 前記計測手段は、クロック信号を計数し前記比較器からの出力信号をリセット信号とするカウンタからなることを特徴とする請求項3に記載のアナログ/デジタル変換装置。 4. The analog / digital conversion apparatus according to claim 3, wherein the measuring means includes a counter that counts a clock signal and uses an output signal from the comparator as a reset signal.
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