JPH0426716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は時間の測定を、クロツク信号を計数し
て行なう際に、そのクロツク周期に対する端数を
拡大して測定する場合に適用される時間測定装置
に関する。

（従来の技術） この種の時間測定装置として、本出願人は第３
図に示すものを同時に提案した。図中１０１は被
測定信号入力端子、１０２はタイミング信号形成
回路、１０３は発振器、１０４は第１フリツプフ
ロツプ、１０５は三角波形成手段、１０６はアン
ドゲート、１０７は計数手段、１０８ａは第１サ
ンプルホールド回路、１０８ｂは第２サンプルホ
ールド回路、１０９ａは第２フリツプフロツプ、
１０９ｂは第３フリツプフロツプ、１１０ａは第
1A／Ｄ（アナログ／デジタル）変換手段、１１０
ｂは第2A／Ｄ変換手段、１１１は演算手段、１
１２は表示器、２０１は被測定信号、２０２はリ
セツト信号、２０３は第１タイミング信号、２０
４は第２タイミング信号、２０５は第１クロツク
信号、２０６は第２クロツク信号、２０７は三角
波、２０８は計数クロツク信号、２０９ａは第１
ホールド電圧、２０９ｂは第２ホールド電圧、２
１０ａは第１判別信号、２１０ｂは第２判別信号
である。

この動作は、発振器１０３が常に第４図Ｅに示
す周期Teの第１クロツク信号２０５を出力して
いる。この信号を第１フリツプフロツプ１０４で
分周し、第４図Ｆに示す第２クロツク信号２０６
を得る。更にこの信号より次段の三角波形成回路
１０５で、第４図Ｇに示すピーク間電圧がV₀の
三角波２０７をつくり出しておく。タイミング信
号形成回路１０２に第４図Ｂのリセツト信号２０
２が入力されてから、最初に入力端子１０１に第
４図Ａの時間間隔Txの被測定信号２０１が入力
されると、その立ち上がり端を示す第４図Ｃの第
１タイミング信号２０３が、またその立下がり端
を示す第４図Ｄの第２タイミング信号２０４をそ
れぞれ出力する。まず第１タイミング信号２０３
が出力されると、その時点の三角波２０７の電圧
である第４図Ｇの電圧V₁を、第１サンプルホー
ルド回路１０８ａにて第４図Ｇの第１ホールド電
圧２０９ａとして保持する。またこのときの三角
波２０７のスロープの極性を、第２フリツプフロ
ツプ１０９ａにて演算条件として必要な第４図
の第１判別信号２１０ａとして検出する。

これとは別に被測定信号２０１の時間間隔Tx
の間ゲート１０６を開け、周期T₀の第１クロツ
ク信号２０５を通し、それに比例したパルス数ｎ
１を有する第４図Ｈの計数クロツク２０８を得
る。更に被測定信号２０１の時間間隔Txの終り
の時点を示す第２タイミング信号２０４が出力さ
れた時点の三角波２０７の電圧である第４図Ｇの
電圧V₂を、第２サンプルホールド回路１０８ｂ
にて第４図Ｇの第２ホールド電圧２０９ｂとして
保持する。またこのときの三角波２０７のスロー
プの極性を、第３フリツプフロツプ１０９ｂにて
演算条件として必要な第４図Ｊの第２判別信号２
１０ｂとして検出する。次に計数クロツク２０８
を計数手段１０７にて計数する。また第１ホール
ド電圧２０９ａは第1A／Ｄ変換手段１１０ａに
て数値化し、第２ホールド電圧２０９ｂは第
2A／Ｄ変換手段１１０ｂにて数値化し、それぞ
れの重み付けをし、加算動作を演算手段１１１に
て行なう。その結果を表示１１２にて表示する。

ここで三角波のスロープの極性が負のとき、第
２フリツプフロツプの出力はＨ論理、同様に第３
フリツプフロツプの出力の出力もＨ論理、三角波
のスロープの極性が正のとき、第２、第３フリツ
プフロツプの出力はＬ論理で２つのフリツプフロ
ツプの出力をそれぞれP₁，P₂と表わし、それが
Ｈ論理のとき“０”、Ｌ論理のとき“１”とする。
また被測定信号２０１の立ち上がり端から最初に
くる第１クロツク信号２０５までの時間をΔt₁、
その立ち下がり端とその直前にあつた第１クロツ
ク信号２０５まで時間をΔt₂、計数手段１０７よ
り得られた値をｎ１、第1A／Ｄ変換手段１１０
ａより得られた値をｎ２、第2A／Ｄ変換手段１
１０ｂより得られた値をｎ３、第１、第2A／Ｄ
変換手段のフルスケールをｎ４（この値と三角波
のピーク間の電圧V₀は等価とする）としたとき、
求める被測定信号の時間間隔Txは Tx＝T₀×(n1-1)＋Δt₁＋Δt₂ ＝T₀×(n1-1)＋(T₀/n4)×｜n4×P₁ −n2｜＋(T₀/n4)×｜n4×P₂−n3｜ で求められる。上記TXの式で、（n1−１）と△
ｔ１、△ｔ２を求めたデジタル値では、互いに意
味する大きさが異なるが、これらの大きさの意味
が互いに異なると上記TXの式の計算ができない
ので、この計算が行われる被加算項の意味する大
きさを合わせることを、「重み付け」といつてい
る。ここでTXの式の３つの被加算項のＴ０、各
Ｔ０／ｎ４は上記重み付けにそれぞれ用いられる
「重み」である。またＰ１，Ｐ２はTXの両端の
時点での三角波のスロープの極性を示す。

しかしながらこのものは、端数時間Δt₁，Δt₂
を求める手段としている三角波の直線性が直接計
測誤差となり、精度を左右し、高分解能を得るた
めには三角波の電圧V₀の拡大も必要となり、こ
の三角波の直線性を広域にわたり一定にするのが
極めて困難である欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、三
角波を用いて、計測に用いるクロツク信号の周期
よりも短い時間間隔を、従来のものより高精度に
測定できる時間測定装置を提供しようとするもの
である。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用） 本発明は、測定したい時間間隔の始まり端を示
す信号と終り端を示す信号とを出力する第１の手
段と、ある周期をもつ基準クロツク信号を発生さ
せる第２の手段と、前記基準クロツク信号より既
知の周期をもつ第１のクロツク信号とそれとは位
相のずれた第２のクロツク信号を得る第３の手段
と、前記第１、第２のクロツク信号からそれぞれ
に同期した三角波を得る第４の手段と、前記測定
したい時間間隔の始まり端及び終り端での各三角
波のそれぞれの電圧を保持する第５の手段と、該
第５の手段で保持された電圧のうち前記三角波の
直線性のよいスロープに入つているものだけをデ
ジタル値に変える第６の手段と、前記測定したい
時間間隔の間にある既知の周期をもつ信号を計数
する第７の手段と、該手段より得られた値と前記
デジタル値に変換された値に対しそれぞれに必要
な重み付けをして加算する第８の手段とを具備し
たことを特徴とし、クロツク信号に同期した位相
の違う三角波を一対用いることにより、三角波の
直線性のよいその電圧の中間付近を常に使えるこ
とで、計測時間の高速性を損なうことなく、高分
解能、高精度計測が行なえるようにしたものであ
る。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。第１図は同実施例の構成図であるが、ここで
第３図のものと対応する個所には同一符号を付し
て説明を省略する。第１図において３０１は発振
器、３０２〜３０５は第１〜第４のフリツプフロ
ツプ、３０６ａ〜３０６ｂは第１、第２の三角波
成形回路、３０７ａ〜３０７ｂは第３、第４サン
プルホールド回路、３０８ａ〜３０８ｄは第１〜
第４スイツチ、３０９は第５フリツプフロツプ、
３１０は計数クロツク形成手段、３１１〜３１４
は第１〜第４ゲート、３１５〜３２２は第６〜第
13フリツプフロツプ、３２３〜３２６は第５〜第
８ゲート、４０１は基準クロツク信号、４０２〜
４０４は第３〜第５クロツク信号、４０５ａ〜４
０５ｂは第１、第２三角波、４０６ａ，４０６ｂ
は第３、第４ホールド電圧、４０７は第６クロツ
ク信号、４０８〜４１１は第１〜第４ゲート信
号、４１２〜４１９は第１〜第８判別信号であ
る。

発振器３０１は常に第２図Ａの基準クロツク信
号４０１を出力している。その基準クロツク信号
４０１を第１フリツプフロツプ３０２〜第５フリ
ツプフロツプ３０９にて分周する。第３フリツプ
フロツプ３０４から得られた第２クロツク信号２
０６を使つて第１三角波形成回路３０６ａで第１
三角波４０５ａを出力、また第４フリツプフロツ
プ３０５から得られた第５クロツク信号４０４を
使つて第２三角波形成回路３０６ｂで第２三角波
４０５ｂを出力する。

被測定信号２０１からその立ち上がり端を示す
第１タイミング信号２０３とその立ち下がり端を
示す第２タイミング信号２０４を出力するタイミ
ング信号形成回路１０２、第４クロツク信号４０
３から第１クロツク信号２０５をつくる計数クロ
ツク形成手段３１０、被測定信号２０１の時間間
隔Txの間第１クロツク信号２０５を通すゲート
１０６とそれより得られた計数クロツク信号２０
８を計数する計数手段１０７、第１タイミング信
号２０３或いは第２タイミング信号２０４の発生
する時点の三角波のスロープの極性を検出するた
めの第１〜第４ゲート３１１〜３１４、２つの三
角波のうちどちらを使用するのか、またそのとき
の三角波のスロープの極性を判別する第６〜第13
フリツプフロツプ３１５〜３２２、第１タイミン
グ２０３の時点の第１三角波の電圧をホールドす
る第１サンプルホールド回路１０８ａと、その時
点の第２三角波４０５ｂの電圧をホールドする第
３サンプルホールド回路３０７ａ、また第２タイ
ミング信号２０４の時点の第１三角波４０５ａの
電圧２０９ｂをホールドする第２サンプルホール
ド回路１０８ｂと、第２三角波４０５ｂの電圧４
０６ｂをホールドする第４サンプルホールド回路
３０７ｂ、第１タイミング信号２０３でホールド
された２つの電圧、第１ホールド電圧２０９ａか
第３ホールド電圧４０６ａのいずれか計測に必要
な方を通す第１、第２スイツチ３０８ａ，３０８
ｂと、それをコントロールする信号をつくる第
５、第６ゲート３２３，３２４、第２タイミング
信号２０４でホールドされた２つに電圧、第２ホ
ールド電圧２０９ｂが第４ホールド電圧４０６ｂ
のいずれか計測に必要な方を通す第３、第４スイ
ツチ３０８ｃ，３０８ｄと、それをコントロール
する信号をつくる第７、第８ゲート３２５，３２
６、第１ホールド電圧２０９ａか第３ホールド電
圧４０６ａのいずれかをデジタル値にかえる第
1A／Ｄ変換手段１１０ａ、第２ホールド電圧２
０９ｂか第４ホールド電圧４０６ｂのいずれかを
デジタル値にかえる第2A／Ｄ変換手段１１０ｂ、
この２つのＡ／Ｄ変換手段より得られた値と第１
〜第８判別信号４１２〜４１９、計数手段１０７
より得られた値とから被測定信号２０１の時間間
隔Txを求める演算手段１１１と、その結果を表
示する表示器１１２が設けられる。

第１図の動作は、発振器３０１からは常に第２
図Ａの基準クロツク信号４０１が出力されてい
る。この基準クロツク信号４０１を第１フリツプ
フロツプ３０２に入力し、第２図Ｂの第３クロツ
ク信号４０２を出力、第２フリツプフロツプ３０
３はそれを入力として第２図Ｃの第４クロツク信
号４０３を出力、第３フリツプフロツプ３０４は
それを入力として第２図Ｄの第２クロツク信号２
０６を、これを入力とする第４フリツプフロツプ
３０５からは、それから見て位相が90゜遅れてい
る第２図Ｅの第５クロツク信号４０４を得てい
る。更に第２クロツク信号２０６に同期した第２
図Ｊのピーク間値がv₀の第１三角波４０５ａを第
１三角波形成回路３０６ａで、第５クロツク４０
４に同期し第１三角波４０５ａに対し位相が90゜
遅れている第２図Ｋのピーク間値がv₀の第２三角
波４０５ｂを第２三角波形成回路３０６ｂより出
力している。

また第４クロツク信号４０３から見て位相が
90゜遅れている第２図Ｎの第６クロツク信号４０
７を、第３クロツク信号４０２と第４クロツク信
号４０３とを使い第５フリツプフロツプ３０９よ
り得ている。第１ゲート３１１からは第１三角波
４０５ａの負のスロープの直線性のよい時間にし
てT₀／４で、そのスロープの中間を中心とする
パルス列で形成された第２図Ｏに示す第１ゲート
信号４０８を、第２ゲート３１２からは第１三角
波４０５ａの正のスロープの直線性の良い時間に
してT₀／４で、そのスロープの中間を中心とす
るパルス列で形成された第４図Ｐに示す第２ゲー
ト信号４０９を、第３ゲート３１３からは第２三
角波４０５ｂの負のスロープの直線性のよい時間
にしてT₀／４で、そのスロープの中間を中心と
するパルス列で形成された第２図Ｑの第３ゲート
信号４１０を、第４ゲート３１４からは第２三角
波４０５ｂの正のスロープの直線性のよい時間に
してT₀／４で、そのスロープの中間を中心とす
るパルス列で形成された第２図Ｒの等４ゲート信
号４１１を得ている。

ここでタイミング信号形成回路１０２に第２図
Ｇのリセツト信号２０２が入力されてから、入力
端子１０１より第２図Ｆの時間間隔Txの被測定
信号２０１が入力されると、被測定信号２０１の
時間間隔Txの始まり端を示す第２図Ｈの第１タ
イミング信号２０３が出力される。またその終り
の端を示す第２図Ｉの第２タイミング信号２０４
も出力される。計数クロツク形成手段３１０で
は、第４クロツク信号４０３より第２図Ｌの第１
クロツク信号２０５を得て、被測定信号２０１の
時間間隔Txの間ゲート１０６より第１クロツク
信号２０５を通し、第２図Ｍの計数クロツク信号
２０８を得て計数手段１０７にて計数すること
で、時間間隔Txの基本的な時間長を、この計数
値をｎ１とするとT₀（n1−１）として求めること
ができる。このとき求められなかつた時間とし
て、第２図ＬのΔt₁とΔt₂の端数時間が残余値と
して残る。これらは以下に示す方法で求めること
ができる。

まず端数時間Δt₁の部分は、第１タイミング信
号２０３が出力されると、第１サンプルホールド
回路１０８ａにてその時点の第１三角波４０５ａ
の電圧v₁を第１ホールド電圧２０９ａとしてホー
ルドし、第３サンプルホールド回路３０７ａで
は、第２三角波４０５ｂのその時の電圧v₂を第３
ホールド電圧４０６ａとしてホールドする。この
ホールドされたv₁，v₂の電圧より三角波の正のス
ロープまたは負のスロープの直線性のよいどちら
かの中間のT₀／４の間に相当する方の電圧を第
１スイツチ３０８ａと第２スイツチ３０８ｂを使
つて選択し出力させるために、第１ゲート信号４
０８〜第４ゲート信号４１１がそれぞれ入力され
ている第６フリツプフロツプ３１５〜第９フリツ
プフロツプ３１８に第１タイミング信号２０３を
入力し、それぞれから得られる第２図Ｓ，Ｔ，
Ｕ，Ｖの第１判別信号４１２、第２判別信号４１
３、第３判別信号４１４、第４判別信号４１５よ
り、第１判別信号４１２と第２判別信号４１３と
の論理和で第１スイツチ３０８ａを、第３判別信
号４１４と第４判別信号４１５との論理和で第２
スイツチ３０８ｂを、論理和がＨ論理となつたと
き閉じ、そのスイツチと接続されている電圧を出
力し、第1A／Ｄ変換手段１１０ａにてデジタル
値に変換する。これにより被測定信号２０１の始
まり端を示す第１タイミング信号２０３から第１
クロツク信号２０５までの端数時間Δt₁は、第１
判別信号４１２がＨ論理のときは変換されたデジ
タル値に比例したT₀×v₁／v₀として、第２判別
信号４１３がＨ論理のときは変換されたデジタル
値に反比例したT₀（１−v₁／v₀）として、第３判
別信号４１４がＨ論理のときは変換されたデジタ
ル値がv₀／２を越えるものはT₀（v₂／v₀−１／
２）として、それがv₀／２以下の時はT₀（v₂／V₀
＋１／２）として、第４判別信号４１５がＨ論理
のときは変換されたデジタル値がv₀／２以下のも
のはT₀（１／２−v₂／v₀）、それがv₀／２を越え
るときはT₀（３／２−v₂／v₀）として求められ
る。

次に端数時間Δt₂の求め方は、端数時間Δt₁の
部分と同様で、第２タイミング信号２０４が出力
されると第２サンプルホールド回路１０８ｂにて
その時点の第１三角波４０５ａの電圧v₃を第２図
Ｊの第２ホールド電圧２０９ｂとしてホールド
し、第４サンプルホールド回路３０７ｂでは、第
２三角波４０６ｂのその時の電圧v₄を第２図Ｋの
第４ホールド電圧４０６ｂとしてホールドする。
このホールドされたv₃，v₄の電圧より、２つの三
角波の正のスロープまたは負のスロープの直線性
のよいどちらかの中間のT₀／４に相当する方の
電圧を、第３スイツチ３０８ｃと第４スイツチ３
０８ｄを使つて選択出力させるために、第１ゲー
ト信号４０８〜第４ゲート信号４１１がそれぞれ
入力されている第10フリツプフロツプ３１９〜第
13フリツプフロツプ３２２に第２タイミング信号
２０４を入力し、それぞれから得られる第２図
Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚに示す第５判別信号、第６判別信
号４１６、第６判別信号４１７、第７判別信号４
１８、第８判別信号４１９より、第５判別信号４
１６と第６判別信号４１７との論理和をとる第７
ゲート３２５を通し、第３スイツチ３０８ｃを、
第７判別信号４１８と第８判別信号４１９との論
理和をとる第８ゲート３２６を通し、第４スイツ
チ３０８ｄを、論理和がＨ論理となつたとき閉
じ、そのスイツチと接続されているサンプルホー
ルド回路よりそれにホールドされている電圧を出
力し、第2A／Ｄ変換手段１１０ｂにてデジタル
値に変換する。これにより被測定信号２０１の終
りの端を示す第２タイミング信号２０４とその直
前にあつた第１クロツク信号２０５までの端数時
間Δt₂は、第５判別信号４１６がＨ論理のときは
変換されたデジタル値に反比例したT₀（１−v₃／
v₀）として、第６判別信号４１７がＨ論理のとき
は変換されたデジタル値に比例したT₀・v₃／v₀
として、第７判別信号４１８がＨ論理で変換され
たデジタル値がv₀／２を越えるときはT₀（３／２
−v₄／v₀）、それがv₀／２以下のときはT₀（１／
２−v₄／v₀）として、第８判別信号４１９がＨ論
理で変換されたデジタル値がv₀／２以下のときは
T₀（１／２＋v₄／v₀）、それがv₀／２を越えると
きはT₀（v₄／v₀−１／２）として求められる。

このようにして計数手段１０７より求め得られ
た計数値T₀（n1−１）とΔt₁，Δt₂の端数時間をそ
れぞれに必要な重み付けをして加算することによ
り、被測定信号２０１の時間間隔Txを求めるこ
とができる。その演算を演算手段１１１にて行な
い、その結果を表示器１１２で表示する。

以上のように被測定信号２０１の時間間隔Tx
を、第１クロツク信号２０５で計数したとき残る
端数時間Δt₁，Δt₂を求めるのに、位相が例えば
90゜違う２つの三角波を用い、常に三角波の直線
性のよい電圧の中間付近だけを計測に用いること
で、第１クロツク信号２０５より短い時間間隔を
高精度に測定できる。

なお本発明は実施例のみに限定されるものでは
なく、種々の応用が可能である。例えば本発明を
信号の周期、周波数の測定にも利用できる。

〔発明の効果〕

時間間隔を測定するタイミングに関係ない一つ
のクロツク信号と、それに同期した一つの三角波
だけで、クロツク信号の周期よりも短い時間間隔
を測定する方法があるが、この三角波の直線性を
全ての範囲で良くしないと高精度化が極めて困難
である。本発明の如くクロツク信号に同期した位
相のちがう各三角波を用いることにより、三角波
の直線性の良いその電圧の中間付近を常に使える
ことで、計測時間の高速性を損なうことなく、高
分解能、高精度の計測が行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は
同構成の作用を説明するためのタイムチヤート、
第３図は改良前の時間測定装置の構成図、第４図
は同構成の作用を説明するためのタイムチヤート
である。 １０１…入力端子、１０２…タイミング信号形
成回路、１０６…ゲート、１０７…計数手段、１
０８ａ，１０８ｂ…サンプルホールド回路、１１
０ａ，１１０ｂ…Ａ／Ｄ変換器、１１１…演算手
段、３０１…発振器、３０２〜３０５…フリツプ
フロツプ、３０６ａ，３０６ｂ…三角波形成回
路、３０７ａ，３０７ｂ…サンプルホールド回
路、３０８ａ〜３０８ｄ…スイツチ、３０９…フ
リツプフロツプ、３１０…計数クロツク形成手
段、３１１〜３１４…ゲート、３１５〜３２２…
フリツプフロツプ、３２３〜３２６…ゲート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定したい時間間隔の始まり端と終り端を示
   す信号をそれぞれ出力する第１の手段と；ある周
   期をもつ基準クロツク信号を発生させる第２の手
   段と；前記基準クロツク信号より既知の周期をも
   つ第１のクロツク信号と、該クロツク信号と同じ
   周期でかつ第１のクロツク信号とは位相のずれた
   第２のクロツク信号を得る第３の手段と；前記第
   １、第２のクロツク信号からそれぞれに同期した
   三角波を得る第４の手段と；前記測定したい時間
   間隔の始まり端及び終り端での各三角波のそれぞ
   れの電圧を保持する第５の手段と、該第５の手段
   で保持された電圧のうち前記三角波の直線性のよ
   いスロープに入つている方をデジタル値に変える
   第６の手段と；前記測定したい時間間隔の間にあ
   る既知の周期をもつ信号を計数する第７の手段
   と；該手段より得られた値、前記デジタル値を前
   記三角波のスロープの極性に応じて変換した値に
   対し、必要な重み付けをして演算する第８の手段
   とを具備したことを特徴とする時間測定装置。