JPS6270930A - Signal processing method and device - Google Patents

Signal processing method and device

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JPS6270930A
JPS6270930A JP60210732A JP21073285A JPS6270930A JP S6270930 A JPS6270930 A JP S6270930A JP 60210732 A JP60210732 A JP 60210732A JP 21073285 A JP21073285 A JP 21073285A JP S6270930 A JPS6270930 A JP S6270930A
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JP
Japan
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signal
level
amplifier
resistor
composite
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JP60210732A
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Yoshihito Seki
関 美仁
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Iwatsu Electric Co Ltd
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Iwatsu Electric Co Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は微弱な電気信号、たとえば微弱な光信号を光−
電気変換した微弱信号を高利得の増幅器で増幅し、それ
をAD変換して処理するための方法と装置に関する。ざ
らには、微弱信号を増幅するために交流増幅器を用い、
増幅される信号波形や振幅の変化にもかかわらず、信号
波形のOとなるレベル(Oレベル)を常に一定に保つよ
うに補償し、増幅器の直線性を改善し、ダイナミック・
レンジの変動を極めて小ざくし、増幅された信号を高速
にサンプリングし、AD変換して処理する方法と装置に
関する。具体的には、オプチカル・タイム・ドメイン・
リフレクトメータ(OTDR)の、信号の増幅およびそ
の処理のために好適な改良された方法と装置を提供する
ものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention converts weak electrical signals, such as weak optical signals, into optical signals.
The present invention relates to a method and apparatus for amplifying an electrically converted weak signal using a high-gain amplifier, and processing it by AD converting it. In general, an AC amplifier is used to amplify weak signals,
It compensates so that the O level of the signal waveform (O level) is always kept constant despite changes in the amplified signal waveform and amplitude, improving the linearity of the amplifier and improving dynamic performance.
The present invention relates to a method and apparatus for extremely minimizing range fluctuations, sampling amplified signals at high speed, and performing AD conversion and processing. Specifically, optical time domain
An improved method and apparatus suitable for signal amplification and processing of a reflectometer (OTDR) is provided.

[従来の技術] 最近の光通信技術等の先端技術は高速半導体技術に支え
られて著るしい発展をしているが、これらの分野におい
て広帯域でしかも低雑音かつ高利得の増幅器の必要性が
高まっており、その高性能化は重要な問題となっている
[Prior art] Recently, cutting-edge technologies such as optical communication technology have made remarkable progress supported by high-speed semiconductor technology, but in these fields, there is a need for broadband, low-noise, and high-gain amplifiers. Increasingly high performance has become an important issue.

光信号は光−電気変換したのち増幅されるが、その信号
は微弱であるため、その増幅には高利1qが要求され、
そのためには避は難いドリフト問題を内蔵する直流増幅
器を多段接続するよりは、十分に低い低域遮断周波数を
有する交流増幅器を用いるのが性能面のみならず価格面
においても有利である。
The optical signal is amplified after optical-to-electrical conversion, but since the signal is weak, a high interest rate of 1q is required for its amplification.
To this end, it is advantageous not only in terms of performance but also in terms of cost, to use an AC amplifier with a sufficiently low low cutoff frequency, rather than connecting multiple stages of DC amplifiers that have the inevitable drift problem.

光通信等においては、直流増幅器を用いる必要性もない
ことから、ドリフト問題もなく、単一電源で動作し、小
型、低消費電力化が可能な交流増幅器が用い倒れている
In optical communications and the like, since there is no need to use a DC amplifier, AC amplifiers are increasingly being used because they do not have drift problems, operate from a single power supply, are compact, and have low power consumption.

しかるに、光信号の計測等、たとえばファイバ特性の計
測や破断点の探知などにおいて、ファイバの一端から光
パルスを送出し、ファイバの各点から戻ってくる反射波
を増幅し観測する装置(以下、0TDRという)の場合
には、その反射波でおる微弱信号のOレベルを正確に知
ることが必要であり、直流増幅器を用いる必要があった
However, in measuring optical signals, for example, measuring fiber characteristics or detecting break points, a device (hereinafter referred to as In the case of 0TDR), it is necessary to accurately know the O level of the weak signal transmitted by the reflected wave, and it is necessary to use a DC amplifier.

しかし、現実には直流増幅器は、ドリフトの問題や多段
接続の困難性、複数の電源を要する点など微小信号の増
幅には必ずしも適当な増幅器であるとはいえなかった。
However, in reality, DC amplifiers are not necessarily suitable for amplifying minute signals due to problems with drift, difficulty in multi-stage connections, and the need for multiple power supplies.

とくに、0TDRの場合は、測定端の近傍からの反射波
の振幅は極めて大きく、遠方からの反射波の振幅は微小
なものであり、その両極端の信号を同時に増幅する増幅
器、すなわらダイナミックレンジの広い増幅器をj写る
ことば弔要課題であつ′た。
In particular, in the case of 0TDR, the amplitude of the reflected wave from near the measurement end is extremely large, and the amplitude of the reflected wave from far away is minute. A wide range of amplifiers was the most important issue.

0TDRでは、ファイバのレイリー散乱による後方散乱
光と、ファイバの接続点や破断点など不連続部分におけ
るフレネル反射による反射波を増幅しており、ダイナミ
ックレンジを大きくとるためおよび、ファイバの減衰特
性の観測の都合上、対数増幅器が用いられる。
0TDR amplifies the backscattered light due to fiber Rayleigh scattering and the reflected wave due to Fresnel reflection at discontinuous parts such as fiber connections and breaks, in order to widen the dynamic range and observe the attenuation characteristics of the fiber. For convenience, a logarithmic amplifier is used.

ところが、0TDRでは、前記の理由から、広帯域、高
利得、広ダイナミツクレンジの増幅器が要求されるので
あるが、従来のものは高価であるばかりか、交流増幅器
の特性に起因して入力信号の波形、たとえばパルス波形
である場合には、そのデユーティ比等の変動により増幅
器の動作レベルが変動するため、ダイナミックレンジや
精度に重大な影響を及ぼすという欠点があった。
However, for 0TDR, for the reasons mentioned above, an amplifier with a wide band, high gain, and wide dynamic range is required. When the waveform is a pulse waveform, for example, the operating level of the amplifier fluctuates due to fluctuations in its duty ratio, etc., which has the drawback of seriously affecting the dynamic range and accuracy.

とくに、対数増幅器の場合には、その対数特性から動作
レベルの変動は測定精度の著しい悪化をもたらすために
、この動作レベルの安定化のための補償なしには、十分
な性能を達成できなかったのである。
In particular, in the case of a logarithmic amplifier, fluctuations in the operating level due to its logarithmic characteristics cause a significant deterioration in measurement accuracy, so sufficient performance could not be achieved without compensation to stabilize the operating level. It is.

この問題について、以下第5図(a>ないしくd)を用
いて具体的に説明する。
This problem will be specifically explained below using FIG. 5 (a> to d).

第5図において、(a)は従来の広帯域受光回路の一例
を示す。11は直流増幅器である前置増幅器、42は交
流増幅器で、たとえば、対数増幅器用IC(集積回路)
である42a、42bおよび結合コンデンサ44.45
を含み、直流増幅器11の出力端子15から結合コンデ
ンサ43を介して信号を加えられる。14はAPD (
アバランシェ・ホ1〜ダイオード)等の受光素子てV、
はそのバイアス電源であり、受光素子14の出力は前置
増幅器11の入力端子13を経て、前置増幅器11およ
び交流増幅器42により増幅されて交流増幅器42の出
力端子49にその出力を得ることができる。
In FIG. 5, (a) shows an example of a conventional broadband light receiving circuit. 11 is a preamplifier which is a DC amplifier, and 42 is an AC amplifier, such as a logarithmic amplifier IC (integrated circuit).
42a, 42b and coupling capacitor 44.45
A signal is applied from the output terminal 15 of the DC amplifier 11 via the coupling capacitor 43. 14 is APD (
A light receiving element such as an avalanche (1~diode) V,
is its bias power supply, and the output of the light receiving element 14 passes through the input terminal 13 of the preamplifier 11, is amplified by the preamplifier 11 and the AC amplifier 42, and the output can be obtained at the output terminal 49 of the AC amplifier 42. can.

ここで、対数増幅器用ICである42a、42bなどの
段数は必要に応じて増加され、さらに高利1qのものも
可能である。
Here, the number of stages of the logarithmic amplifier ICs 42a, 42b, etc. may be increased as necessary, and a high-interest 1q IC is also possible.

受光素子14が、前述した0TDRにおいて、後方散乱
光を受光すると、前置増幅器11で増幅され、その出力
端子15には第5図(C)に示すような波形が得られる
。(C)において点線は後方散乱光が零となるレベル(
Oレベル)である。
When the light-receiving element 14 receives backscattered light in the 0TDR described above, it is amplified by the preamplifier 11, and a waveform as shown in FIG. 5(C) is obtained at its output terminal 15. In (C), the dotted line is the level (
O level).

ところがこの信号を、交流増幅器の各段間の結合コンデ
ンサCと入力インピーダンスRを等価的に示す回路であ
る(b)を通すと、(d)に示すようになり、(C)の
波形に対してSだけシフトすることとなる。このシフト
の量Sは後方散乱光の量やフレネル反射光の大きさ、光
パルスのくり返し、すなわちデユーティサイクルの変化
などで変動する。このようにOレベルが変動すると、対
数増幅器のごとく信号のレベルによって利j1が変化す
る場合には、正確な増幅を期待することができない。と
くに対数増幅器を多段接続するほど、その増幅誤差は相
乗的に増加するため、使用可能なダイナミックレンジは
著るしく狭いものとなる。
However, when this signal is passed through a circuit (b) that equivalently shows the coupling capacitor C between each stage of the AC amplifier and the input impedance R, it becomes as shown in (d), and the waveform in (C) is This results in a shift of S. The amount S of this shift varies depending on the amount of backscattered light, the magnitude of Fresnel reflected light, the repetition of optical pulses, that is, changes in the duty cycle, etc. If the O level fluctuates in this way, accurate amplification cannot be expected if the gain j1 changes depending on the signal level, such as in a logarithmic amplifier. In particular, as logarithmic amplifiers are connected in multiple stages, the amplification error increases synergistically, and the usable dynamic range becomes significantly narrower.

また一般の交流増幅器を使用した場合においても、Oレ
ベルの変動のため、精度を要するアナログディジタル変
換器等の用途においては、精度劣化の原因となっていた
Furthermore, even when a general AC amplifier is used, fluctuations in the O level cause precision deterioration in applications such as analog-to-digital converters that require precision.

交流増幅器に信号が印加されると、その波形によって増
幅器の動作レベルが変動し、増幅度の誤差を生じ、かつ
ダイナミック・レンジの変動をもたらすという問題点が
おった。
When a signal is applied to an AC amplifier, the operating level of the amplifier fluctuates depending on the waveform, resulting in an error in the amplification degree and a fluctuation in the dynamic range.

この問題点を解決するために、本願出願人は特願昭59
〜149146.同59−149147および同59−
149148を出願した。
In order to solve this problem, the applicant filed a patent application in 1983.
~149146. 59-149147 and 59-
149148 was filed.

信号波形を交流増幅器に印加した場合にOレベルの変動
を生ずる一原因は、その信号波形の正方向の振幅成分(
正方向の波形の面積)と負方向の1辰幅成分(負方向の
波形の面積)とが等しくないためであり、このような両
娠幅成分が等しくない場合、たとえば第5図(C)に示
すような波形の場合、これがそのまま交流増幅器42に
印加されると交流増幅器42の動作レベルが変動する。
One reason for fluctuations in the O level when a signal waveform is applied to an AC amplifier is the positive amplitude component of the signal waveform (
This is because the area of the waveform in the positive direction) and the one-line width component in the negative direction (area of the waveform in the negative direction) are not equal.If these width components are not equal, for example, as shown in Figure 5(C) In the case of a waveform as shown in , if this waveform is directly applied to the AC amplifier 42, the operating level of the AC amplifier 42 will fluctuate.

そこで、たとえば前記の特願昭り9−149147では
、第6図(a>に示す前置増幅器11の出力があったと
き、その反転信号(第6図(b))を作り、(a ) 
c15よび(b)に示した両波形から交互に信号をとり
出して、第6図(C)に示すような、正方向の振幅成分
に等しい負方向の振幅成分を合成し、この合成された信
号(C)を交流増幅器42に印加し、増幅された信号を
得ている。
Therefore, for example, in the above-mentioned patent application No. 9-149147, when there is an output from the preamplifier 11 shown in FIG. 6 (a), an inverted signal (FIG. 6 (b)) is created, and (a)
Signals are taken out alternately from both waveforms shown in c15 and (b), and a negative amplitude component equal to the positive amplitude component is synthesized as shown in Fig. 6 (C). A signal (C) is applied to an AC amplifier 42 to obtain an amplified signal.

増幅された信号の(a)に示した信号に対応する部分、
すなわら、(C)に示した合成信号の正方向の振幅成分
をサンプリング()、AD変換してノイズ除去のための
平均化処理などをしていた。
A portion of the amplified signal corresponding to the signal shown in (a),
That is, the positive amplitude component of the composite signal shown in (C) is sampled (), AD converted, and averaged to remove noise.

[発明が解決しようとする問題点] 長距離ファイバを0TDRで測定する場合に、信号は微
小なものとなるから、雑音に埋もれたものとなる。そこ
で、くり返す信号波形の同一点を多数回サンプリングし
、AD変換して平均化処理を行うことによって、この雑
音の除去を行っている。
[Problems to be Solved by the Invention] When measuring a long-distance fiber with 0TDR, the signal becomes minute and is therefore buried in noise. Therefore, this noise is removed by sampling the same point of a repeating signal waveform many times, performing AD conversion, and performing averaging processing.

しかるに、第6図(a>に示す前置増幅器11の出力が
あっても、交流増幅器42で正確に増幅するために第6
図(C)に示すような合成波として増幅し、これの正方
向の振幅成分のみをサンプリングし、AD変換して平均
化処理をしていたから、第6図(a>に示した波形の半
分の波形が測定に利用されるのみであり、測定には2倍
の時間を必要とするという問題点があった。
However, even if there is an output from the preamplifier 11 shown in FIG.
Since the synthesized wave shown in Figure (C) was amplified, only the positive amplitude component of this wave was sampled, AD converted, and averaged, half of the waveform shown in Figure 6 (a) There is a problem in that only the waveform is used for measurement, and measurement requires twice as much time.

〔問題点を解決するための手段] 本発明は、このような問題点を解決するためになされた
ものでおる。
[Means for Solving the Problems] The present invention has been made to solve these problems.

前置増幅器の出力(第6図(a〉〉と反対の極性の信号
を得て(第6図(b))両信号を合成しく第6図(C)
)、これをサンプリングしAD変換し、負方向の振幅成
分(第6図(b)に対応する部分〉については極性を反
転せしめて平均化処理をすることにした。
The output of the preamplifier (Fig. 6 (a)) is obtained with a signal of opposite polarity (Fig. 6 (b)), and both signals are synthesized (Fig. 6 (C)).
), this was sampled and AD converted, and the polarity of the negative amplitude component (the part corresponding to FIG. 6(b)) was reversed and averaged.

[作用] これによって、合成信号(第6図(C))の負方向の振
幅成分についても、正方向の振幅成分(第6図(a〉)
と同様に平均化処理が行われるために、従来技術にくら
べ半分の時間で平均化処理することが可能となった。
[Effect] As a result, the amplitude component in the negative direction of the composite signal (FIG. 6(C)) also becomes the amplitude component in the positive direction (FIG. 6(a)).
Since the averaging process is performed in the same way as above, it is now possible to perform the averaging process in half the time compared to the conventional technology.

微小信号を交流増幅器でOレベルの変動なく十分に増幅
することができ、しかも負方向の振幅成分については、
AD変換後に極性を反転して利用するから、高速に平均
化処理をすることが可能となるものでおる。
It is possible to sufficiently amplify minute signals with an AC amplifier without fluctuations in the O level, and for negative amplitude components,
Since the polarity is reversed and used after AD conversion, it is possible to perform averaging processing at high speed.

[実施例] 本発明の一実施例の構成を示す第一図、およびその動作
を説明するための各部の波形を示す第2図により説明す
る。ここで、第5図の構成要素に対応するものについて
は、同一の符号を付しである。
[Embodiment] This will be explained with reference to FIG. 1 showing the configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 showing waveforms of various parts for explaining its operation. Here, components corresponding to those in FIG. 5 are given the same reference numerals.

第1図において、17は反転増幅器で、前置増幅器11
の出力とは極性が反対で同一振幅の信号を1qている。
In FIG. 1, 17 is an inverting amplifier, and a preamplifier 11
It outputs 1q of signals with the opposite polarity and the same amplitude as the output of .

20および30は、ともにレベル制御回路で、それぞれ
オペアンプ21,31.スイッチ22,32、コンデン
サ23,33、抵抗25.26,35.36および参照
電圧28.38を含んでいる。41はスイッチで、そこ
には2つのスイッチ41aおよび41bを含み、スイッ
チ41aおよび41bは一方がオンのときには他方がオ
フ、一方がオフのときには他方がオンとなっており、2
つのレベル制御回路20および30によってOレベル制
御された極性の異なる2つの信号がこのスイッチ418
.41bによって、交互に取り出されて合成される。4
2はスイッチ41で合成された合成信号を、結合コンデ
ンサ43を介して印加されて、増幅するための交流増幅
器である。50はスイッチ制御回路で、クロック51を
受けて、スイッチ22.32.41a、41bをそれぞ
れオン、オフせしめるための制御信号52.53,54
.55を出力する。61は交流増幅器42の出力をサン
プリングし、AD変換してディジタル信号を出力するた
めのサンプリングAD変換器である。63はデータ処理
回路で、サンプリングAD変換器61からのディジタル
信号を受けて、負方向成分のディジタル信号については
極性を反転して、正方向成分のディジタル信号とともに
処理して平均値を1qることにより雑音の除去をし、前
置増幅器11の入力端子13に印加された入力信号の波
形を雑音の影響なくディジタル的に再現するものである
20 and 30 are both level control circuits, and operational amplifiers 21, 31 . It includes switches 22, 32, capacitors 23, 33, resistors 25.26, 35.36, and reference voltage 28.38. 41 is a switch, which includes two switches 41a and 41b; when one of the switches 41a and 41b is on, the other is off; when one is off, the other is on;
This switch 418 receives two signals of different polarities that are O-level controlled by two level control circuits 20 and 30.
.. 41b, the signals are taken out alternately and combined. 4
Reference numeral 2 designates an AC amplifier for amplifying the composite signal synthesized by the switch 41, which is applied via the coupling capacitor 43. 50 is a switch control circuit which receives a clock 51 and receives control signals 52, 53, 54 for turning on and off the switches 22, 32, 41a, 41b, respectively.
.. Outputs 55. A sampling AD converter 61 samples the output of the AC amplifier 42, performs AD conversion, and outputs a digital signal. 63 is a data processing circuit which receives the digital signal from the sampling AD converter 61, inverts the polarity of the negative direction component digital signal, processes it together with the positive direction component digital signal, and averages it by 1q. This eliminates noise and digitally reproduces the waveform of the input signal applied to the input terminal 13 of the preamplifier 11 without the influence of noise.

つぎに、各部の波形を示す第2図を用いて、第1図に示
す回路構成の動作を説明する。
Next, the operation of the circuit configuration shown in FIG. 1 will be explained using FIG. 2 showing waveforms of various parts.

第2図において、(a)はクロック51であり、このク
ロック51に同期して、たとえば、図示されていないレ
ーザ・ダイオードが駆動され、ファイバの後方散乱光の
光−電気変換された信号が前置増幅器11で増幅され、
出力端子15には(f)に示される波形が得られる。こ
の出力端子15の信号は、利得が1の反転増幅器17に
印130され信号の極性が反転されて、(CI>に示す
ように(、f)とは逆極性の波形を得る。
In FIG. 2, (a) is a clock 51. In synchronization with this clock 51, for example, a laser diode (not shown) is driven, and a signal obtained by optical-to-electrical conversion of the backscattered light of the fiber is transmitted to the front. is amplified by a stationary amplifier 11,
A waveform shown in (f) is obtained at the output terminal 15. The signal at the output terminal 15 is applied to an inverting amplifier 17 with a gain of 1 at 130, and the polarity of the signal is inverted to obtain a waveform with a polarity opposite to that of (, f) as shown in (CI>).

スイッチ22と32はそれぞれ(d)および(e)に示
す制御信号52および53によって制御されており、(
f)および(q)に示す信号のレベルが十分に小さくな
った時点で、スイッチ22および32はその位相をずら
して短時間オンとなる。このとき、抵抗25および35
を通してそれぞれスイッチ41aおよび41bに印加さ
れる前置増幅器11の出力(f)および反転増幅器17
の出力(q)はコンデンサ23および33にそれぞれ蓄
積し記憶される。
The switches 22 and 32 are controlled by control signals 52 and 53 shown in (d) and (e), respectively.
When the levels of the signals shown in f) and (q) become sufficiently low, switches 22 and 32 are turned on for a short time with their phases shifted. At this time, resistors 25 and 35
The output (f) of preamplifier 11 and inverting amplifier 17 applied to switches 41a and 41b, respectively, through
The output (q) of is accumulated and stored in capacitors 23 and 33, respectively.

この蓄積した電圧とOボルトを含む参照電圧2Bおよび
38とは、それぞれオペアンプ21および31で比較さ
れる。その結果、オペアンプ21および31には、誤差
電圧が増幅されてあられれ、抵抗26および36、スイ
ッチ22および32を介してコンデンサ23および33
にそれぞれ負帰還されるから、コンデンサ2jおよび3
3に蓄積された信号のレベル(Oレベル)は、参照電圧
28および38にそれぞれ等しくなる。これによって、
信号のOレベルが設定される。すなわち、この負帰還ル
ープを含む回路はレベル制御回路として動作する。
This accumulated voltage and reference voltages 2B and 38 containing O volts are compared by operational amplifiers 21 and 31, respectively. As a result, the error voltage is amplified and applied to the operational amplifiers 21 and 31 via the resistors 26 and 36 and the switches 22 and 32 to the capacitors 23 and 33.
Since negative feedback is provided to capacitors 2j and 3,
The level (O level) of the signal accumulated in 3 becomes equal to the reference voltages 28 and 38, respectively. by this,
The O level of the signal is set. That is, the circuit including this negative feedback loop operates as a level control circuit.

かくして、(f)および(q)に示した信号波形の十分
に減衰した時点のレベル(Oレベル)は、たとえば0ボ
ルトである参照電圧28および38に、それぞれクラン
プされる。
Thus, the fully attenuated levels (O levels) of the signal waveforms shown in (f) and (q) are clamped to reference voltages 28 and 38, respectively, which are, for example, 0 volts.

スイッチ41aおよび41bは、制御信号54および5
5によってそれぞれ制御されており、スイッチ41aに
印加された信号とスイッチ41bに印加された信号とが
クロック51 (a>ごとに切替えられて(f)および
(g)に示す波形の合成信号(h)が得られる。スイッ
チ41は信号合成スイッチとして動作する。
Switches 41a and 41b control signals 54 and 5
The signal applied to the switch 41a and the signal applied to the switch 41b are switched every clock 51 (a>) to produce a composite signal (h) with the waveform shown in (f) and (g). ) is obtained.The switch 41 operates as a signal combining switch.

この合成信号(h)は結合コンデンサ43を介して交流
増幅器42に印加される。ここで、(h)に示す合成信
号は、そのOレベルを等しくする(f)および(g)に
示す波形を合成したものであるから、Oレベルの上下の
面積は等しく、交流増幅器42で増幅されても、レベル
変動を生ずることもなく、精度の高い増幅を可能とする
This composite signal (h) is applied to the AC amplifier 42 via the coupling capacitor 43. Here, since the composite signal shown in (h) is a composite of the waveforms shown in (f) and (g) that make the O level equal, the areas above and below the O level are equal, and the signal is amplified by the AC amplifier 42. Even when amplification is performed, highly accurate amplification is possible without causing level fluctuations.

もしも、レベル制御回路20および30の負帰還ループ
がないならば、交流増幅器42に印加される合成信号は
(k)に示すように正側と負側の波形の面積は同じであ
っても、SであられすOレベルのシフトを生じた波形と
なるのである。第2図(h>に示す波形は、交流増幅器
42で増幅されて、サンプリングAD変換器61に印加
され、サンプリングされてディジタル値に変換され、デ
ータ処理回路63に印加される。
If there is no negative feedback loop of the level control circuits 20 and 30, the composite signal applied to the AC amplifier 42 will have the same waveform area as shown in (k) on the positive side and the negative side. This results in a waveform that causes a shift in the O level at S. The waveform shown in FIG.

データ処理回路63では、スイッチ4’1bを経由して
きた信号については、その極性を反転して(第2図(」
)の点線で示した波形〉平均化処理を行う。したがって
、データ処理回路63の内部にあけるディジタル値で示
された波形は第2図(j>に示すようになり、高速平均
化処理が可能となる。
The data processing circuit 63 inverts the polarity of the signal that has passed through the switch 4'1b (see Figure 2).
)> Perform averaging processing. Therefore, the waveform represented by the digital value inside the data processing circuit 63 becomes as shown in FIG. 2 (j>), and high-speed averaging processing becomes possible.

第1図に示したスイッチ41として、第3図に示すよう
なトランスファ型のものを用いてもよいことは明らかで
あろう。
It is clear that a transfer type switch as shown in FIG. 3 may be used as the switch 41 shown in FIG. 1.

前置増幅器11として第4図に示すような、出力として
正負両極性が得られる増幅器を用いる場合には、その出
力端子15aおよび15bをそれぞれ抵抗25および3
5に接続すればよいから、反転増幅器17を省略するこ
とができる。
When using an amplifier capable of obtaining both positive and negative polarities as an output as shown in FIG. 4 as the preamplifier 11, its output terminals 15a and 15b are connected to resistors 25 and 3, respectively.
5, the inverting amplifier 17 can be omitted.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、
くり返す入力信号から、2つの互いに極性の異る信号を
つくり、Oレベルをクランプして交互に極性の異る信号
をとり出して合成し、交流増幅器で精度よく増幅し、サ
ンプリングしてAD変換し、ディジタル値にする。ここ
で、一方の極性の信号のディジタル信号の極性を反転せ
しめて他方の極性の信号のディジタル信号とともにノイ
ズ除去のための平均化処理を行なうから、従来技術に対
比して2倍の速度で平均化処理をすることができ、その
効果は極めて大きい。
[Effect of the invention] As is clear from the above explanation, according to the present invention,
Create two signals with different polarities from the repeated input signals, clamp the O level, take out the signals with different polarities alternately, combine them, accurately amplify them with an AC amplifier, sample them, and perform AD conversion. and convert it into a digital value. Here, since the polarity of the digital signal of one polarity is inverted and the averaging process is performed together with the digital signal of the other polarity to remove noise, the averaging process is twice as fast as in the conventional technology. The effect of this treatment is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第2図は
第1図の動作を説明するための波形図、第3図および第
4図は別の実施例を説明するための図、第5図および第
6図は従来例を説明するための図である。 11・・・前置増幅器   13・・・入力端子14・
・・受光素子    15・・・出力端子17・・・反
転増幅器 20.30・・・レベル制御回路 21.31・・・オペアンプ 22.32・・・スイッチ 25.26,35.36・・・抵抗 28.38・・・参照電圧 41・・・スイッチ    42・・・交流増幅器43
〜45・・・結合コンデンサ 49・・・出力端子    50・・・スイッチ制御回
路51・・・クロック    52〜55・・・制御信
号61・・・サンプリングAD変換器 63・・・データ処理回路。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining another embodiment. FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams for explaining conventional examples. 11... Preamplifier 13... Input terminal 14.
... Light receiving element 15 ... Output terminal 17 ... Inverting amplifier 20.30 ... Level control circuit 21.31 ... Operational amplifier 22.32 ... Switches 25.26, 35.36 ... Resistor 28.38...Reference voltage 41...Switch 42...AC amplifier 43
~45...Coupling capacitor 49...Output terminal 50...Switch control circuit 51...Clock 52-55...Control signal 61...Sampling AD converter 63...Data processing circuit.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)くり返す入力信号を増幅して第1の信号と、この
第1の信号と同一の振幅で逆極性の第2の信号とを得て
、 前記第1の信号の0レベルを所定の電圧にクランプし、 前記第2の信号の0レベルを所定の電圧にクランプし、 クランプされた、くり返す前記第1の信号と、クランプ
された、くり返す前記第2の信号とから、両信号を、そ
のくり返し毎に、交互にとり出して合成信号を得て、 前記合成信号を交流増幅器で増幅し、 増幅された前記合成信号をディジタル値に変換し、 ディジタル値に変換された前記合成信号のうち、前記第
2の信号に対応する部分のディジタル値の極性を反転せ
しめて、前記合成信号のデータ処理を行うことを特徴と
する信号処理方法。
(1) Amplify the repeated input signal to obtain a first signal and a second signal with the same amplitude and opposite polarity as the first signal, and set the 0 level of the first signal to a predetermined value. clamp the 0 level of the second signal to a predetermined voltage, and obtain both signals from the clamped and repeated first signal and the clamped and repeated second signal. are taken out alternately each time to obtain a composite signal, the composite signal is amplified by an AC amplifier, the amplified composite signal is converted to a digital value, and the composite signal converted to the digital value is A signal processing method characterized in that data processing of the composite signal is performed by inverting the polarity of a digital value of a portion corresponding to the second signal.
(2)くり返す入力信号を増幅し、第1の信号と、この
第1の信号と同一の振幅で逆極性の第2の信号とを出力
するための前置増幅手段と、 前記第1の信号の0レベルを所定の電圧にクランプする
ための第1のレベル制御回路と、 前記第2の信号の0レベルを所定の電圧にクランプする
ための第2のレベル制御回路と、 前記第1のレベル制御回路からのくり返す第1の信号と
、前記第2のレベル制御回路からのくり返す第2の信号
とを受けて、両信号を、そのくり返し毎に、交互に通過
せしめて合成信号を得るための信号合成スイッチ手段と
、 前記合成信号を増幅するための交流増幅器と、前記交流
増幅器によって増幅された合成信号をディジタル値に変
換するためのAD変換手段と、前記AD変換器からのデ
ィジタル値を受けて、前記合成信号のうち前記第2の信
号に対応する部分のディジタル値の極性を反転せしめて
、ディジタル化された前記合成信号のデータ処理をする
ためのデータ処理手段とを含むことを特徴とする信号処
理装置。
(2) preamplifying means for amplifying a repeated input signal and outputting a first signal and a second signal having the same amplitude and opposite polarity as the first signal; a first level control circuit for clamping the 0 level of the signal to a predetermined voltage; a second level control circuit for clamping the 0 level of the second signal to a predetermined voltage; After receiving a repeated first signal from the level control circuit and a repeated second signal from the second level control circuit, both signals are alternately passed through each repetition to generate a composite signal. an AC amplifier for amplifying the composite signal; an AD converter for converting the composite signal amplified by the AC amplifier into a digital value; and data processing means for receiving the value and inverting the polarity of the digital value of a portion of the composite signal corresponding to the second signal, and processing the data of the digitized composite signal. A signal processing device characterized by:
(3)前記前置増幅手段が、前記くり返す入力信号を増
幅するための増幅器と、利得が1の反転増幅器とを含み
、前記増幅器の出力を前記第1の信号とし、前記増幅器
の出力を入力とする前記反転増幅器の出力を前記第2の
信号として出力するものである特許請求の範囲第2項記
載の信号処理装置。
(3) The preamplification means includes an amplifier for amplifying the repeated input signal and an inverting amplifier with a gain of 1, the output of the amplifier being the first signal, and the output of the amplifier being the first signal. 3. The signal processing device according to claim 2, wherein the output of the inverting amplifier that is input is output as the second signal.
(4)前記第1のレベル制御回路が、前記第1の信号を
通過せしめるための第1の信号用抵抗と、前記第1の信
号用抵抗の出力側に接続されて前記くり返す入力信号の
0レベルをとり出すためのスイッチと、 前記とり出された0レベルを蓄積するためのコンデンサ
と、 前記コンデンサに蓄積された前記とり出された0レベル
をクランプするための0ボルトを含む参照電圧と、 前記とり出された0レベルと前記参照電圧とを、比較す
るためのオペアンプと、 前記オペアンプの出力と前記第1の信号用抵抗の出力側
との間に接続されて負帰還ループを構成するための第1
の帰還抵抗とを含み、 前記第2のレベル制御回路が、前記第2の信号を通過せ
しめるための第2の信号用抵抗と、前記第2の信号用抵
抗の出力側に接続されて前記くり返す入力信号の0レベ
ルをとり出すためのスイッチと、 前記とり出された0レベルを蓄積するためのコンデンサ
と、 前記コンデンサに蓄積された前記とり出された0レベル
をクランプするための0ボルトを含む参照電圧と、 前記とり出された0レベルと前記参照電圧とを比較する
ためのオペアンプと、 前記オペアンプの出力と前記第2の信号用抵抗の出力側
との間に接続されて負帰還ループを構成するための第2
の帰還抵抗とを含むものである特許請求の範囲第2項記
載の信号処理装置。
(4) The first level control circuit includes a first signal resistor for passing the first signal, and is connected to the output side of the first signal resistor to control the repeated input signal. a switch for extracting the 0 level; a capacitor for accumulating the extracted 0 level; and a reference voltage containing 0 volt for clamping the extracted 0 level accumulated in the capacitor. , an operational amplifier for comparing the extracted 0 level and the reference voltage; and a negative feedback loop connected between the output of the operational amplifier and the output side of the first signal resistor. 1st for
a feedback resistor, the second level control circuit is connected to a second signal resistor for passing the second signal, and an output side of the second signal resistor, and the second level control circuit is connected to the output side of the second signal resistor. A switch for extracting the 0 level of the returned input signal, a capacitor for accumulating the extracted 0 level, and a 0 volt for clamping the extracted 0 level accumulated in the capacitor. an operational amplifier for comparing the extracted 0 level and the reference voltage; and a negative feedback loop connected between the output of the operational amplifier and the output side of the second signal resistor. The second to configure
3. The signal processing device according to claim 2, further comprising a feedback resistor.
(5)前記信号合成スイッチ手段がトランスファ型のス
イッチを含むものである特許請求の範囲第2項記載の信
号処理装置。
(5) The signal processing device according to claim 2, wherein the signal synthesis switch means includes a transfer type switch.
(6)前記AD変換手段が、前記交流増幅器によって増
幅された合成信号をサンプリングし、ディジタル値に変
換するものである特許請求の範囲第2項記載の信号処理
装置。
(6) The signal processing device according to claim 2, wherein the AD conversion means samples the composite signal amplified by the AC amplifier and converts it into a digital value.
(7)前記データ処理手段が、すくなくとも、ノイズ除
去の目的で、前記ディジタル化された合成信号を平均化
処理するものである特許請求の範囲第2項記載の信号処
理装置。
(7) The signal processing device according to claim 2, wherein the data processing means averages the digitized composite signal at least for the purpose of noise removal.
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