JPH1048266A - ピークホールド回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズが混入している場合でも入力信号から
確実にピーク値を検出する。 【解決手段】 （ａ）に示すように、入力信号波形１５
にパルス性のノイズ１８が含まれていると、ピーク値と
して最大値１６や最小値１７よりも、ノイズ１８のピー
クを検出するおそれがある。（ｂ）に示すように、入力
信号波形１５に対してノイズ判定レベル１９を設定して
おき、入力信号がノイズ判定レベル１９をピーク値側に
超えたら、×印で示すように、一旦上昇し、次に下降
し、再び上昇するまではノイズと判定して、ピーク値検
出の対象から除外する。これによって、最大値１６を確
実にピーク値として検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノイズ信号を含む
入力信号中からピーク値を検出して保持するピークホー
ルド回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からの典型的なピークホールド回路
の構成を図９に示す。入力信号はアナログ／デジタル変
換（以下「Ａ／Ｄ」と略称する）回路１に入力され、一
定のサンプリング時間間隔でデジタルデータに変換され
る。この時間間隔は、入力信号の変化の周期に対して充
分に短くなるように選定する。Ａ／Ｄ回路１の出力は、
ＣＰＵ２に与えられる。ＣＰＵ２は、入力信号のピーク
値をピーク値記憶回路３に記憶しながら、検出し保持す
る。ＣＰＵ２によって検出されるピーク値は、インタフ
ェイス（以下「Ｉ／Ｆ」と略称する）回路４を介して出
力される。

【０００３】図１０は、図９に示すＣＰＵ２の動作を示
す。（ａ）は入力信号の最大値を検出して保持する動作
を示す。また（ｂ）は入力信号の最小値を検出して保持
する動作を示す。まず最大値を検出する動作としては、
ステップＡ１から動作を開始し、ステップＡ２では最大
値Ｘ_max の初期値として−∞の値を代入する。一般に
は、対象とするデータのビット数で表現可能な最小値を
代入する。ステップＡ３では、Ｘのデータについてのデ
ータ読込みを行う。次にステップＡ４で、読込まれたデ
ータＸが予め設定される最大値Ｘ_maxより大きいか否か
を判断する。Ｘ_maxは最大値の候補であり、読込まれた
データが大きいときにはステップＡ５で新たに読込まれ
たデータを最大値の候補Ｘ_max に代入する。以下ステッ
プＡ３からＡ５までを繰返し、最大値の候補Ｘ_max とし
て最終的に残っている値を最大値とする。（ｂ）に示す
ように、最小値を検出して保持する場合は、ステップＢ
１から動作を開始し、ステップＢ２で最小値の候補Ｘ
_min に＋∞の値を代入して初期化する。ステップＢ３で
は、新たなデータ読込みを行う。ステップＢ４では、読
込まれたデータＸが最小値の候補Ｘ_min より小さいか否
かを判断する。小さいと判断されるときには、読込まれ
たＸの値を最小値の候補Ｘ_min に代入する。以下ステッ
プＢ３からステップＢ５までの処理を繰返す。

【０００４】図１０の（ａ）および（ｂ）に示すような
処理で、図１１に示すような入力信号のピーク値を検出
する場合を想定する。図１１に示す入力信号波形５は基
本的に正弦波であり、正弦波としての最大値６および最
小値７を有する。図１１では、最大値６に先行してノイ
ズ８が発生し、図１０（ａ）に示すような動作では、ノ
イズ８のピークの電圧が検出すべき最大値Ｘ_max として
記憶され、Ｉ／Ｆ回路４から外部に導出されるおそれが
ある。このように入力信号にノイズが乗っている場合に
は、ノイズをそのままサンプリングしてピーク値として
検出してしまうおそれがあり、真のピーク値を検出する
ことができない。

【０００５】ノイズが多い環境下で信号の測定を行う先
行技術は、たとえば実開昭５９−６０５６３や特開平５
−４５３８６などに開示されている。実開昭５９−６０
５６３の先行技術では、パルス状のノイズが含まれてい
る周期性の信号から濾波器や移相器を用いてノイズを検
出し、ノイズが検出されている期間を除外して計測を行
うようにしている。特開平５−４５３８６の先行技術で
は、入力される波形信号をアナログ／デジタル変換し、
微分値が所定範囲を超えるとノイズと判定して除外し、
波形信号のピーク値を測定するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９および図１０に示
すような先行技術では、図１１に示すようなノイズが重
畳している入力信号に対して、ノイズをそのままサンプ
リングしてしまい、真のピーク値を計測することができ
ない。実開昭５９−６０５６３の先行技術では、濾波器
や移相器を用いるので、入力信号の仕様は予め確定して
いる必要がある。特開平５−４５３８６の先行技術で
は、波形信号の微分値が大きいときにノイズと判定して
計測対象から除外するので、ランダムなノイズに対して
は除去の効果はあるけれども、ある程度持続するノイズ
に対しては誤って計測する可能性がある。

【０００７】本発明の目的は、ノイズを含む入力信号か
らノイズを確実に除去してピーク値を検出し保持するこ
とができるピークホールド回路を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号のピ
ーク値を検出して保持するピークホールド回路におい
て、ノイズ判定レベルを設定する判定レベル設定手段
と、入力信号のレベルと判定レベル設定手段に設定され
るノイズ判定レベルとを比較する比較手段と、比較手段
からの出力に応答し、入力信号のレベルがノイズ判定レ
ベルから検出すべきピーク値の方向に外れるとき、入力
信号のレベルがノイズ判定レベルから外れる方向からノ
イズ判定レベルに入る方向に変化し、さらに外れる方向
まで変化するまでの期間をノイズ期間として検出するノ
イズ検出手段と、入力信号のピーク値を、ノイズ期間検
出手段によって検出されるノイズ期間を除外して、検出
して保持するピーク検出保持手段とを含むことを特徴と
するピークホールド回路である。本発明に従えば、入力
信号のレベルがノイズ判定レベルから検出すべきピーク
値の方向に外れるときには、入力信号の変化がノイズ判
定レベルに入る方向に変化し、さらに外れる方向に変化
するまでの期間を、入力信号のピーク値を検出するため
の期間から除外する。一旦入力信号の大きな変化が生じ
た後、その変化が終了するまでをノイズ期間と判定して
検出対象から除外するので、途中では緩慢な変化を示す
ようなノイズも確実に除去することができる。

【０００９】また本発明で前記判定レベル設定手段は、
既に入力されている入力信号のレベルから一定値だけ検
出すべきピーク値の方向に離れるレベルを、前記ノイズ
判定レベルとして設定することを特徴とする。本発明に
従えば、判定レベル設定手段は、既に入力されている入
力信号のレベルから一定値だけ検出すべきピーク値の方
向に離れるレベルをノイズ判定レベルとして設定するの
で、入力信号の変化に対応してノイズ判定レベルを設定
することができ、入力信号に重畳するノイズを確実に検
出して計測対象から除外することができる。

【００１０】さらに本発明は、入力信号のピーク値を検
出して保持するピークホールド回路において、ピーク判
定用の基準レベルを設定する基準レベル設定手段と、入
力信号のレベルと基準レベル設定手段に設定される基準
レベルとを比較し、入力信号のレベルが検出すべきピー
ク値側に基準レベルを外れる期間をピーク期間として検
出するピーク期間検出手段と、ピーク手段検出手段によ
って検出されるピーク期間中に、入力信号のレベルが基
準レベルから最も離れるように変化するレベルを検出
し、検出されたレベルと基準レベルとの間を複数のレベ
ル区間に分割し、分割されたレベル期間のうちで入力信
号のレベルが存在する時間が最長のレベル区間の基準レ
ベルから離れる方の境界レベルをピーク値として検出
し、保持するピーク検出保持手段とを含むことを特徴と
するピークホールド回路である。本発明に従えば、入力
信号のレベルが検出すべきピーク値側に基準レベルを超
える範囲で、入力信号として計測される最も離れるレベ
ルと基準レベルとの間を複数のレベル区間に分割する。
入力信号の本来のピーク値付近では、入力信号のレベル
の変化は緩やかであり、比較的長時間にわたって同一の
レベル区間内に留まることが期待される。ノイズによる
入力信号の変化時点では、ノイズ信号がパルス性である
ので、各レベル区間に留まる時間は短い。したがって、
分割されたレベル区間のうちで、入力信号のレベルの存
在する時間が最長のレベル区間にピーク値が含まれる可
能性が大きく、ノイズが多くても確実に入力信号のピー
ク値を検出して保持することができる。

【００１１】また本発明は、前記入力信号を、その波形
の変化よりも短い周期でサンプリングして、デジタル値
に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記ピーク
値を記憶して保持するメモリとを含むことを特徴とす
る。本発明に従えば、入力信号はアナログ／デジタル変
換手段でデジタル値に変換され、ピーク値がメモリに記
憶されるので、ピーク値の保持やノイズの除去などの処
理をデジタル演算処理によって行うことができ、確実に
ピーク値を検出して保持することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態に
よるピークホールド回路を示す。判定レベル設定回路１
０は、入力信号中に含まれるパルス性のノイズを想定
し、ノイズ除外のための処理を行う基準となるノイズ判
定レベルを設定する。入力信号はアナログ信号としてＡ
／Ｄ回路１１に与えられ、デジタル値に変換されてＣＰ
Ｕ１２にデータとして入力される。予め設定されるプロ
グラムで比較手段、ノイズ検出手段およびピーク検出保
持手段として動作するＣＰＵ１２が検出するピーク値
は、ピーク値記憶回路１３に記憶される。ピーク値記憶
回路１３の記憶内容は、入力信号中に新たなピーク値が
含まれていれば更新され、最終的な結果がＩ／Ｆ回路１
４を介して外部に導出される。

【００１３】Ａ／Ｄ回路１１に与えられる入力信号は、
たとえば自動車のエンジンのノッキング防止のために使
用されるノックセンサからの出力や、自動車の車速セン
サからの出力などが対象となる。これらの出力波形は、
基本的には正弦波に近いけれども、自動車のエンジンか
らのイグニションノイズなどが大きき重畳されている。
また、エンジンの回転速度や自動車の走行速度の変化に
応じて、出力波形の周期も変化するので、特定の周波数
に固定される濾波器や移相器などを使用することはでき
ない。

【００１４】図２は、（ａ）で図１のＡ／Ｄ回路１１に
与えられる入力信号の一例を示し、（ｂ）でＡ／Ｄ回路
１１でデジタル値としてサンプリングされたＣＰＵ１２
への入力データと、判定レベル設定回路１０から設定さ
れるノイズ判定レベルとの関係を示す。図２（ａ）に示
す入力信号波形１５中には、本来の最大値１６および最
小値１７の他に、ノイズ１８が含まれる。最大値１６を
ピーク値として検出して保持しようとしても、図９およ
び図１０に示すような従来技術ではノイズ１８の最大値
の方をピーク値として検出してしまう。本実施形態で
は、図２（ｂ）に示すように、入力信号波形１５から一
定のレベルだけ離れたノイズ判定レベル１９を設定し、
入力信号のレベルがノイズ判定レベル１９を超えて検出
すべきピーク値側に変化しているとき、その変化が逆方
向に変わってさらに変化の方向が変わるまでの×印で示
す区間はノイズ区間と判定してピーク値検出の対象から
除外する。

【００１５】図３は、図２に示すようにしてノイズ除外
を行い、最大値Ｘ_max をピーク値として検出し保持する
動作を示す。ステップａ１では、初期ノイズ判定レベル
をαとして動作を開始する。最大値Ｘ_max の初期値とし
ては、最小の値を設定しておく。ステップａ２ではＡ／
Ｄ回路１１からデータＸ_n を読込む。ステップａ３で
は、読込まれたデータＸ_n がノイズ判定レベルＮよりも
小さいか否かを判断する。ノイズ判定レベルは、１サン
プリングタイム前のデータをＸ_n-1 とすると、Ｎ＝Ｘ
_n-1＋αである。

【００１６】ステップａ３で、データＸ_n がノイズ判定
レベルＮよりも小さいと判定されるときには、ステップ
ａ４でデータＸ_nがピーク値Ｘ_maxよりも大きいか否かを
判断する。大きいと判断されるときには、データＸ_nを
ピーク値Ｘ_maxに代入する。ステップａ５の代入処理が
終了し、あるいはステップａ４でピーク値よりも大きく
ないと判断されるときには、ステップａ６で新たなノイ
ズ判定レベルを決定し、ステップａ２に戻る。ノイズ判
定レベルＮはＸ_n＋αに更新される。

【００１７】ステップａ３で、データＸ_n がノイズ判定
レベルよりも小さくないと判定されるときには、ステッ
プａ７で次のサンプリングデータをＸ_n として読込む。
ステップａ８では、前のデータをＸ_n-1として、新たな
データＸ_n がＸ_n-1よりも小さいか否かを判断する。小
さくないと判断されるときにはステップａ７に戻り、さ
らに新たなデータＸ_nを読込んで前のデータをＸ_n-1とす
る。ステップａ８で、新たなデータＸ_nが１つ前のデー
タＸ_n-1よりも小さいと判断されるときには、ノイズに
よるレベルのピークが過ぎたと判断され、ステップａ９
で新たなデータＸ_nを読込む。ステップａ１０で、読込
まれたデータＸ_nが前のデータＸ_n-1よりも大きくない間
はステップａ９のデータ読込みを繰返し、大きくなれば
ステップａ４に移る。ステップａ１０でデータＸ_nが１
つ前のデータＸ_n-1よりも大きくなることは、ノイズと
判定した後、データ上昇後下降し、再び上昇するまで読
込みデータを無視することを意味する。

【００１８】図４は、図３で最大値をピーク値として検
出する代わりに最小値Ｘ_min をピーク値として検出する
動作を示す。ステップｂ１からステップｂ１０までの動
作は、図３のステップａ１〜ステップａ１０までの動作
に対応する。ただしステップｂおよびステップｂ６のノ
イズ判定レベルは、それぞれＮ＝Ｘ_n-1−α，Ｎ＝Ｘ_n−
αであり、ステップｂ４，ｂ５におけるピーク値はＸ
_minである。またステップｂ３，ｂ４，ｂ８およびステ
ップｂ１０における大小の判断も、不等号の向きが逆に
なる。このような動作によって、ノイズと判定した後
は、データ下降後上昇し、再び下降するまで読込みデー
タを無視することができる。

【００１９】図５は、本発明の実施の他の形態によるピ
ークホールド回路を示す。本実施形態は図１の実施形態
に類似し、対応する部分には同一の参照符を付して重複
した説明を省略する。本実施形態では、基準レベル設定
回路２０から設定される基準レベルＫを越えて、検出す
べきピーク値の方向に入力信号のレベルが変化している
期間だけ、ＣＰＵ２２がメモリ２３にデジタル値に変換
された入力信号を記憶する。記憶された入力信号に、図
６に示すような変化がある場合を想定する。ピーク期間
検出手段およびピーク検出保持手段としてのＣＰＵ２２
は、基準レベル３０に対し、入力信号変化のピークまで
のレベルを区間３１，３２，３３，３４に分割する。各
区間３１〜３４のうち、入力信号波形２５が存在する時
間が最も長い区間３３に最大値２６が含まれている可能
性が最も高いので、区間３３の上限のレベルをピーク値
として検出し保持する。ノイズ２８によるレベルは、最
大の区間３４まで及び、レベルとしては最大値２６より
も高くなるけれども、パルス性ノイズのために区間３４
に存在する時間は短く、ノイズをピーク値と誤判断する
ことを防ぐことができる。

【００２０】図７は、図５の実施形態による最大値をピ
ーク値として検出する動作を示す。ステップｃ１では初
期値として基準値Ｋを設定する。ステップｃ２ではＡ／
Ｄ回路１１からデータＸ_nを読込む。ステップｃ３でＸ_n
と基準値Ｋとを比較し、データＸ_nの方が基準値Ｋより
も大きければステップｃ４で既に設定されている最大値
Ｘ_maxとデータＸ_n とを比較し、最大値Ｘ_maxの方が小さ
ければステップｃ５でデータＸ_nを新たな最大値に代入
する。ステップｃ４で最大値Ｘ_maxの方がデータＸ_n よ
りも小さくないと判断されるとき、あるいはステップｃ
５の代入が終了したときステップｃ２に戻る。

【００２１】ステップｃ３で、データＸ_n が基準値Ｋよ
りも大きくないと判断されるときには、入力信号のレベ
ルが基準レベルよりも小さくなっている場合であり、ス
テップｃ６でそれまでの基準値Ｋを超えているデータＸ
_nのうちの最大値Ｘ_maxと基準値Ｋとの間を複数の区間に
分割する。ステップｃ７では、一番サンプリングデータ
が多い区間を探す。サンプリング区間が多いデータは、
その区間に入力レベルが存在する時間が最も長いことに
ある。ステップｃ８では一番データが多い区間である最
大値（ＭＡＸ）値を、新たな最大値Ｘ_maxとする。

【００２２】図７の動作では、入力データＸ_n が設定さ
れる基準値Ｋよりも大きくなったら基準値Ｋより小さく
なるまでサンプリングを行い、そのデータのＭＡＸ値と
基準値Ｋとの間を分割して一番データが多い区間のＭＡ
Ｘデータ値をピーク値として検出する。

【００２３】図８は、図７で最大値をピーク値として検
出している代わりに、最小値をピーク値として検出する
動作を示す。図８のステップｄ１からステップｄ８まで
の各ステップは、図７のステップｃ１からステップｃ８
までの各ステップに対応し、ステップｄ３およびステッ
プｄ４での比較の際の不等号の向きがステップｃ３およ
びステップｃ４の比較の際の不等号の向きと逆になるこ
とと、図７で図８のステップｄ４およびステップｄ５で
図７のステップｃ４およびステップｃ５の最大値Ｘ_max
の代わりに最小値Ｘ_minを使用することが異なる。

【００２４】図８の動作では、入力信号のレベルが設定
される基準値Ｋよりも小さくなったら、基準値Ｋより大
きくなるまでサンプリングを行い、そのデータの最小値
ＭＩＮ値と基準値Ｋとの間を分割して、一番データが多
い区間のＭＩＮデータ値を最小値のピークとする負のピ
ークホールド回路が実現される。

【００２５】以上説明した各実施形態では、Ａ／Ｄ回路
１１で入力信号をデジタル値に変換しているけれども、
アナログ信号のまま最大値や最小値を検出することもで
きる。たとえば通常のピークホールド回路の入力側にゲ
ート回路を設け、ノイズ区間では入力を遮断してノイズ
の影響を除去することができる。また、複数のコンパレ
ータなどで複数のレベル区間に分割し、各区間内に信号
が存在する時間をカウンタなどで計数し、最小の区間を
検出することもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力信号
中に検出すべきピーク値側に変化するパルス性のノイズ
が重畳されていても、パルス性のノイズレベルがノイズ
判定レベルを超えた時点で計測対象から除外することが
できるので、パルス性ノイズの影響を受けずに入力信号
のピーク値を確実に検出して保持することができる。

【００２７】また本発明によれば、ノイズ判定レベル
は、入力信号のレベルに対応して変化するので、入力信
号のレベルが変動しても確実にノイズを除去することが
できる。

【００２８】さらに本発明によれば、検出すべきピーク
値の方向に入力信号が基準レベルを超えている期間中で
入力信号が存在する時間が最も長いレベルをピーク値の
レベル区間と判定するので、パルス性のノイズによるピ
ーク値の誤検出の可能性を低減させ、精度のよいピーク
値の検出および保持を行うことができる。

【００２９】また本発明によれば、入力信号をデジタル
値に変換してからピーク値検出およびその保持のための
処理を行うので、デジタル演算処理によってノイズの確
実な除去を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のピークホールド回路を
示すブロック図である。

【図２】図１のピークホールド回路で計測される入力信
号波形とノイズ除去のための処理過程を示すグラフであ
る。

【図３】図１の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図４】図１の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図５】本発明の実施の他の形態のピークホールド回路
を示すブロック図である。

【図６】図５の実施形態の動作を示すグラフである。

【図７】図５の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図８】図５の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図９】従来からのピークホールド回路を示すブロック
図である。

【図１０】図９の回路の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１１】パルス性のノイズが重畳している入力信号波
形を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 判定レベル設定回路 １１ Ａ／Ｄ回路 １２ ＣＰＵ １３ ピーク値記憶回路 １５ 入力信号波形 １６，２６ 最大値 １７ 最小値 １８，２８ ノイズ １９ ノイズ判定レベル ２０ 基準レベル設定回路 ２３ メモリ ３０ 基準レベル ３１，３２，３３，３４ 区間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号のピーク値を検出して保持する
   ピークホールド回路において、 ノイズ判定レベルを設定する判定レベル設定手段と、 入力信号のレベルと判定レベル設定手段に設定されるノ
   イズ判定レベルとを比較する比較手段と、 比較手段からの出力に応答し、入力信号のレベルがノイ
   ズ判定レベルから検出すべきピーク値の方向に外れると
   き、入力信号のレベルがノイズ判定レベルから外れる方
   向からノイズ判定レベルに入る方向に変化し、さらに外
   れる方向まで変化するまでの期間をノイズ期間として検
   出するノイズ検出手段と、 入力信号のピーク値を、ノイズ期間検出手段によって検
   出されるノイズ期間を除外して、検出して保持するピー
   ク検出保持手段とを含むことを特徴とするピークホール
   ド回路。
2. 【請求項２】 前記判定レベル設定手段は、既に入力さ
   れている入力信号のレベルから一定値だけ検出すべきピ
   ーク値の方向に離れるレベルを、前記ノイズ判定レベル
   として設定することを特徴とする請求項１記載のピーク
   ホールド回路。
3. 【請求項３】 入力信号のピーク値を検出して保持する
   ピークホールド回路において、 ピーク判定用の基準レベルを設定する基準レベル設定手
   段と、 入力信号のレベルと基準レベル設定手段に設定される基
   準レベルとを比較し、入力信号のレベルが検出すべきピ
   ーク値側に基準レベルを外れる期間をピーク期間として
   検出するピーク期間検出手段と、 ピーク手段検出手段によって検出されるピーク期間中
   に、入力信号のレベルが基準レベルから最も離れるよう
   に変化するレベルを検出し、検出されたレベルと基準レ
   ベルとの間を複数のレベル区間に分割し、分割されたレ
   ベル期間のうちで入力信号のレベルが存在する時間が最
   長のレベル区間の基準レベルから離れる方の境界レベル
   をピーク値として検出し、保持するピーク検出保持手段
   とを含むことを特徴とするピークホールド回路。
4. 【請求項４】 前記入力信号を、その波形の変化よりも
   短い周期でサンプリングして、デジタル値に変換するア
   ナログ／デジタル変換手段と、 前記ピーク値を記憶して保持するメモリとを含むことを
   特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のピークホー
   ルド回路。