JPS6178227A - 信号の高分解能デイジタル化方法と装置 - Google Patents

信号の高分解能デイジタル化方法と装置

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JPS6178227A
JPS6178227A JP60203223A JP20322385A JPS6178227A JP S6178227 A JPS6178227 A JP S6178227A JP 60203223 A JP60203223 A JP 60203223A JP 20322385 A JP20322385 A JP 20322385A JP S6178227 A JPS6178227 A JP S6178227A
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JP
Japan
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converter
signal
value
segment
measurement
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JP60203223A
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ハカン、エルムクビスト
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アナログ−ディジタル変換器(A−D変換器
)により大きなダイナミックレンジを有する信号を高分
解能でディジタル化するための方法、およびその方法を
実施するための装置に関する。
〔従来の技術〕
ディジタル化のためには、必要な高い分解能で全測定範
囲をカバーする十分に大きなビット数を有する変換器が
使用され得よう。しかし、この方法は妥当でない長い変
換時間を要し、また非常に高価なA−D変換器を必要と
する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、冑頭に記載した種類の方法であって、
高速かつ経済的にディジタル化を行い得る方法を提供す
ることである。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第1項に
記載の方法により達成される。この本発明による方法で
は、測定範囲が一層小さい測定セグメントに分割され、
また減ぜられたビット数を有する1つのA−D変換器が
使用され、そのビット数に相当する測定範囲は選択され
た測定セグメントの大きさに相当している。その際、A
−D変換器のディジタル出力信号は1つの測定セグメン
ト選択器を、変換すべき信号が選択された測定セグメン
ト内に位置するように制御する。その際、個々の測定セ
グメントの間の境界で出力信号内になお不連続性が生ず
る。なぜならば、全測定範囲内の測定セグメントの位置
を設定し得る精度はA−D変換器の高分解能の精度に相
当しないからである。測定セグメントの重なりにより先
ず一旦、変換すべき信号が確実に1つの測定セグメント
内に位置することが保証される。少なくともA−D変換
器の最後の2つの情報から1つの新しいディジタル信号
値が外挿されることによって、不連続性はほぼ消去され
る。最も簡単な場合には、外挿は最後の2つの値の間の
直線外挿であってよい。
しかし、一層多くの情報値を使用し、実際の曲線経過を
一層良好に近似するアルゴリズムを使用することもでき
る。A−D変換器のサンプリング周波数が変換すべき信
号の周波数範囲に比較して十分に高ければ、実際の信号
値と先行の外挿された信号値との間の誤差は十分に小さ
くされ得る。それによって、外挿された信号値は新しい
測定セグメント内の後続の信号値に対する1つの基準を
示す。
すなわち、この方法により、実際上一定に保たれる高い
分解能で信号のディジタル化を全測定範囲にわたって行
う高速かつ経済的なA−D変換器が得られる。その際、
外挿された信号値は直接に変更された測定セグメント内
の第1の値として、すなわち本来ならば測定精度に関し
て不確実さを有する境界で、使用され得る。
それによって、信号の連続的な差は全測定範囲内の測定
セグメント内の絶対位置に無関係に測定され得る。所望
の出力信号、すなわち所望のディジタル値がこれらの差
の加算により、絶対基準なしに、得られる。
本発明の1つの実施態様では、測定セグメントの変更の
直後に測定された外挿されない信号値が次回の差形成に
対する出発値として用いられる。
絶対値測定のためには、測定セグメントの境界に存在し
得る誤差が、外挿された信号値と新しい測定セグメント
内で検出された第1の信号値との間の差が形成されかつ
この測定セグメントの位置の補正のために使用されるこ
とにより、消去され得る。絶対値は、この補正された信
号値から測定セグメントの位置に関する値と結びつけて
得られる。
本発明による方法を実施するための有利な装置では、測
定セグメントを設定するため、1つの差増幅器および1
つのディジタル−アナログ変換器(D−A変換器)を有
する1つの測定範囲選択器が設けられており、差増幅器
の一方の入力端には変換すべき信号が、また他方の入力
端にはD−A変換器の出力信号が与えられており、また
A−D変換器の出力信号内の限界値の超過の際にD−A
変換器が必要とされる測定セグメント変更に相応するビ
ットだけ切換えられる。この装置では、使用されるD−
A変換器の分解能がA−D変換器の分解能よりもはるか
に低くてもよいようにすることが有利に実現される。D
−A変換器の分解能は選択された測定セグメントに相当
していることしか必要としない。もし本発明による方法
を使用しなければ、原理的にD−A変換器が最下位ビッ
トの1/2に相当する誤差を伴うことを甘受しなければ
ならない。従って、本発明による方法を使用しなければ
、このような回路は有意義でないであろう。
本発明により得られる利点を特に顕著にする1つの実施
態様では、A−D変換器の出力信号を与えられる1つの
論理回路が設けられており、この論理回路が必要な値を
記憶し、差および外挿された信号値を計算し、これらを
場合によっては加算しかつ(または)変換すべき値の補
正のために使用し、また設定可能な限界値に関係してD
−A変換器を測定セグメント切換のために制御し、また
場合によってはD−A変換器の値が1つの絶対ディジタ
ル信号値の形成のために使用される。上記の論理回路と
してマイクロプロセッサが設けられていることは特に有
利である。また、本発明の1つの有利な実施態様では、
A−D変換器がD−A変換器を介して較正されている。
〔実施例〕 以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。
第1図のブロック回路図を参照すると、変換すべき信号
は1つの測定セグメント選択器2を介してA−D変換器
1に与えられる。A−D変換器1の出力信号は論理回路
3に与えられ、この論理回路は一方では測定セグメント
選択器2を制御し、他方では所望のディジタル信号を出
力線4上に与える。
第2図には下部に、時間を横軸にとってアナログ信号経
過の一例が示されている。柱5の長さは全測定範囲、す
なわちダイナミックレンジを意味する。それとならんで
同一の尺度で示されている柱6の長さは、使用される測
定セグメントの大きさを表している。信号の中央範囲内
に一連の測定セグメントが曲線に沿って示されている。
図示されているように、個々の測定セグメントは重なり
合っている。
第2図の上部には、このセグメントが拡大して示されて
いる。図面を簡単にするため、変換すべき信号が直線的
経過を有する1つのセグメントが選ばれている。左の測
定セグメントは“n”で、続く4つの測定セグメントは
“fi+l”で、また最後の右の測定セグメントは″n
千2″で示されている。この拡大された部分かられかる
ように、測定値が測定セグメントの(破線で示されてい
る)限界範囲に到達するっど次の測定セグメントへの切
換が行われる。異なる測定セグメントが、この実施例で
は、それぞれ測定セグメントの大きさの1/4だけ重な
り合っている。本発明の範囲内で測定セグメントの他の
ずらし方も可能である。
変換すべき信号が測定セグメントの大きさの1/4より
も°小さければ、または測定セグメントの大きさの3/
4よりも大きければ、測定セグメント選択器が、■ステ
ップ上方もしくは1ステツプ下方にずらされている他の
1つの測定セグメントを選択する。信号が測定セグメン
トの中央範囲内で変化するかぎり、測定セグメントは不
変に保たれる。
第3図により再び本発明による方法を一層詳細に説明す
る。同じく3つの測定セグメント7〜9ならびに3つの
信号値5n−1、SnおよびS。
+1が示されている。同じく直線的な信号経通が仮定さ
れている。さらに、測定値Snが測定セグメント8の限
界範囲内に位置し、従って測定セグメントの切換が行わ
れることが仮定されている。
破線で、理論的に正しくずらされた測定セグメント9が
示されている。それに対して実線で、測定セグメント選
択器に誤差がある時にずらされる測定セグメント9の実
際の位置が示されている。Seで、外挿された信号値が
示されており、これは外挿の際の誤差を無視すれば実際
の信号値に相当する。S9で、位置に誤差のある測定セ
グメントにより測定された信号値が示されており、これ
は著しく実際の信号値から偏差している可能性があ1す る。δ′で、隣接する信号値の間の差が示されている。
Δは、変更された測定セグメントの位置の誤差を示して
いる。
この第3図かられかるように、決定すべき信号値は、隣
接する信号値の間の差δ′を連続的に加算すること、も
しくは外挿された信号値と実際に測定された信号値との
間の差δを決定して、新たに設定された測定セグメント
内で得られた信号値の補正のために利用することにより
得られる。
第4図には、第1図中の部分と同一の部分が同一の参照
符号を付して示されている。この具体的な例では、18
ビツトの分解能を有するディジタル化が8ビツトの1つ
のA−D変換器1と、11ビツトの1つのD−A変換器
10および1つの差増幅器11から成る1つの測定セグ
メント選択器2とを使用して行われる。D−A変換器1
0の最上位ビットは、D−A変換器10の値がA−D変
換器1の測定範囲の1/2に相当する1ステツプずつ変
更されることにより、測定セグメントの選沢を決定する
。第4図の下部には、2つの柱としてA−D変換器1お
よびD−A変換器10が再び示されている。再変換器は
合わせて18ビツトをカバーしており、これは全ダイナ
ミックレンジにわたり必要とされる分解能に相当する。
D−A変換器10の最下位ビットは、この変換器におけ
る参照電圧が非常に高いために、変換すべき信号にA−
D変換器の測定範囲の所望の1/4に正確に相当する差
増幅器11内の大きさだけレベルずれを生ぜしめるアナ
ログ値を与える。その際、A−D変換器1の最上位ビッ
トは論理回路3を介して、D−A変換器の値、従ってま
た測定セグメントがどの時点でまたどの方向に変更され
るべきかを決定する。
第5図には、第4図による論理回路を実現するコントロ
ール過程が示されている。第1の過程では、ブロック1
2により示されているように、情報(Syl)がA−D
変換器から読み出される。値SnがA−D変換器の限界
範囲の外側に位置するならば、この値から、ブロック1
3により示されているように、直接にこの値Snと先行
の値5n−1との間の新しい差が形成される。その後に
再編成が、最後に入力された値Snが新しい値5n−1
になるように行われる。次回には再び値Snが更新され
、差が形成される(以下同様)。ブロック14により示
されているように、これらの差はたとえば1つのバッフ
ァ回路内で加算される。
もう1つの回路15を介して、すべての差の和、従って
また変換すべき信号の交流電圧成分に相当するバッファ
回路のそのつどの信号が送り出される。その後に導線1
6を介してA−D変換器から1つの新しい値の読み込み
が開始される。
読み込まれた値Snが測定セグメントの3/4よりも大
きければ、または1/4よりも小さければ、すなわち変
換すべき値がD−A変換器の限界範囲内に位置すれば、
差形成器への直接アクセスは阻止されている。この場合
には、ブロック17または18を介して、D−A変換器
の値が減少または増大される。新しい差が形成されない
ので、最後に存在する差がバッファ回路に与えられ、従
ってまた既に存在する値に加算される。同一の差の2回
の利用は1つの新しい信号値への直線外挿に相当する。
【図面の簡単な説明】
第1図は信号のディジタル化のための装置のブロック回
路図、第2図は下部に時間を横軸にとってアナログ信号
経過の例を示し、また上部に測定セグメントの位置およ
び変更の例を拡大して示す図、第3図は測定セグメント
および測定点の理論的位置および実際位置を同じく拡大
して示す図、第4図は第1図による装置を若干詳細に示
すブロック回路図、第5図は第4図による装置で進行す
る経過をコントロールするためのフローダイアダラムで
ある。 1・・・A−D変換器、2・・・測定セグメント選択器
、3・・・論理回路、4・・・出力線、7〜9・・・測
定セグメント、10・・・D−A変換器、11・・・差
増幅器。 Lc/′)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)アナログ−ディジタル変換器(A−D変換器)によ
    り大きなダイナミックレンジを有する信号を高分解能で
    ディジタル化するための方法において、信号の全測定範
    囲よりも小さい測定範囲に相当するビット数を有する1
    つのA−D変換器(1)が使用され、この測定範囲が一
    層小さい測定セグメントに分割され、これらの測定セグ
    メントは重なり合っておりかつ大きさがA−D変換器(
    1)の測定範囲に相当しており、A−D変換器(1)の
    情報が測定セグメント選択器(2)を、ディジタル化す
    べき信号が選択されたセグメント内に位置するように制
    御し、また少なくともA−D変換器(1)の最後の2つ
    の情報から1つの新しいディジタル信号値が外挿される
    ことを特徴とする信号の高分解能ディジタル化方法。 2)外挿された信号値が、変更された測定セグメント内
    で第1の値として使用されることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 3)現在の検出または外挿された信号値と先行の信号値
    との間の差が形成されかつ連続的に加算されることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の方法
    。 4)測定セグメントの変更の直後に測定された外挿され
    ない信号値が次回の差形成に対する出発値であることを
    特徴とする特許請求の範囲第2項または第3項記載の方
    法。 5)外挿された信号値と新しい測定セグメント内で検出
    された第1の信号値との間の差が形成されかつこの測定
    セグメントの位置の補正のために使用されることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 6)アナログ−ディジタル変換器(A−D変換器)によ
    り大きなダイナミックレンジを有する信号を高分解能で
    ディジタル化するための装置において、測定セグメント
    を設定するため、1つの差増幅器(11)および1つの
    D−A変換器(10)を有する1つの測定範囲選択器(
    2)が設けられており、差増幅器(11)の一方の入力
    端には変換すべき信号が、また他方の入力端にはD−A
    変換器(10)の出力信号が与えられており、またA−
    D変換器(1)の出力信号内の限界値の超過の際にD−
    A変換器(10)が、必要とされる測定セグメント変更
    に相応するビットだけ切換えられることを特徴とする信
    号の高分解能ディジタル化装置。 7)A−D変換器(1)の出力信号を与えられる1つの
    論理回路(3)が設けられており、この論理回路(3)
    が必要な値を記憶し、差および外挿された信号値を計算
    し、これらを場合によっては加算しかつ(または)変換
    すべき値の補正のために使用し、また設定可能な限界値
    に関係してD−A変換器(10)を測定セグメント切換
    のために制御し、また場合によってはD−A変換器(1
    0)の値が1つの絶対ディジタル信号値の形成のために
    使用されることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載
    の装置。 8)論理回路としてマイクロプロセッサが設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の装置。 9)A−D変換器(1)がD−A変換器(10)を介し
    て較正されていることを特徴とする特許請求の範囲第6
    項または第7項記載の装置。
JP60203223A 1984-09-14 1985-09-13 信号の高分解能デイジタル化方法と装置 Pending JPS6178227A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3433898 1984-09-14
DE3433898.5 1984-09-14

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JPS6178227A true JPS6178227A (ja) 1986-04-21

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ID=6245467

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Country Status (4)

Country Link
US (1) US4788528A (ja)
EP (1) EP0177803B1 (ja)
JP (1) JPS6178227A (ja)
DE (1) DE3582992D1 (ja)

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EP0177803B1 (de) 1991-05-29
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US4788528A (en) 1988-11-29

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