(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦続接続された一対の演算増幅器の段間に第１のダイオードとコンデンサとから成るピーク検出回路が設けられ、上記各演算増幅器の反転入力端子にはそれぞれに出力側から帰還が施されて非反転端子と反転端子とが同電位となるように動作するピークホールド回路を有するピーク測定装置において、
上記演算増幅器の前段側の演算増幅器の非反転入力端子を信号入力端子とコモン電位に接続する第１切換スイッチを設け、
前段の演算増幅器の出力側に第２切換スイッチを設け、この第２切換スイッチにより上記第１切換スイッチがコモン電位を選択するとき、上記ピーク検出回路を構成する第１のダイオードをショートすると共に、前段の増幅器の出力端子を上記第２のダイオードを通じて自己の反転入力端子に接続する回路を切断し、上記第１切換スイッチが信号入力端子を選択する状態では上記第１のダイオードのショート状態を解き、前段の増幅器の出力端子を上記第２のダイオードを通じて自己の反転入力端子に接続する構成とし、
上記第１切換スイッチをコモン電位側に切り換えることにより、上記一対の演算増幅器のオフセット電圧を測定して記憶させ、この記憶したオフセット電圧を測定したピーク値より差し引いて信号の正しいピーク値を算出することを特徴とするピーク測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のピーク測定装置において、上記第１切換スイッチ及び第２切換スイッチが上記オフセット電圧を測定する状態に切換られている状態において、上記ピーク検出回路を構成するダイオードに対してこれとは逆向きのダイオードを並列に接続し、この並列接続したダイオードにより上記ピーク検出回路を構成するダイオードを等価的にショートすることを特徴とするピーク測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のピーク測定装置において、上記前段の演算増幅器の前段側に高速動作可能な電圧比較器で構成した高速ピークホールド回路を接続し、この高速ピークホールド回路の入力側に上記第１切換スイッチを接続し、この第１切換スイッチにより上記高速ピークホールド回路の入力にコモン電位を与えることにより、上記高速ピークホールド回路とその後段に接続した２段縦続接続した演算増幅器のオフセット電圧を測定し、この測定したオフセット電圧をピーク測定値から差し引いてピーク値の真値を求めることを特徴とするピーク測定装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のピーク測定装置において、入力端子を共通接続した一対のピークホールド回路を設け、一方のピークホールド回路は正側のピーク値をホールドし、他方のピークホールド回路は負側のピーク値をホールドし、これらのピークホールド回路がホールドした正と負のピーク値を差動増幅器によってピーク間電圧として取り出すと共に、上記共通接続した入力端子に上記第１スイッチを接続し、この第１スイッチにより上記一対のピークホールド回路にコモン電位を与えることにより、上記差動増幅器から上記一対のピークホールド回路のオフセット電圧の差を取り出し、この差のオフセット電圧を測定して上記ピーク間電圧から差し引いて真のピーク間電圧を求める構成としたことを特徴とするピーク測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は各種の測定器等に利用されるピークホールド回路に関し、特にピークホールド回路を構成する演算増幅器のオフセット電圧がピーク検出値に混入することを阻止し、正しいピーク値を測定することができるピークホールド回路を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来のピークホールド回路を示す。図中Ａ１，Ａ２は演算増幅器を示す。これらの演算増幅器Ａ１とＡ２は前段側がＡ１，後段側がＡ２とする２段の縦続接続とされ、その段間にダイオードＤ１とコンデンサＣｈとから成るピーク検出回路ＰＡが接続される。つまり、ピーク検出回路ＰＡは演算増幅器Ａ１の出力端子にアノードが接続されたダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソードとコモン電位間に接続されたコンデンサＣｈと、このコンデンサＣｈに並列接続されたスイッチＳ１とによって構成され、ダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣｈの接続点を次段の演算増幅器Ａ２の非反転入力端子に接続して、２つの演算増幅器Ａ１とＡ２が縦続接続される。
【０００３】
演算増幅器Ａ１の出力端子と反転入力端子との間にはダイオードＤ２を接続し、ピーク検出回路ＰＡがピーク電圧ＰＶを検出した後に、演算増幅器Ａ１の出力電圧Ｖ1 がＰＶ（図１２参照）より低下している間、このダイオードＤ２を導通させ、演算増幅器Ａ１の出力端子に電流を供給し、コンデンサＣｈの電圧をピーク電圧ＰＶに維持させる。
【０００４】
演算増幅器Ａ２の出力端子と反転入力端子との間に帰還回路を接続する。演算増幅器Ａ２の反転入力端子と演算増幅器Ａ１の反転入力端子との間には抵抗器Ｒ１を接続する。演算増幅器Ａ２の出力端子はＡＤ変換器ＡＤＣに接続される。ＡＤ変換器ＡＤＣの出力はコンピュータシステムＣＰＵに入力され、コンピュータシステムＣＰＵにピーク電圧値が取り込まれ、そのピーク電圧値を表示器ＤＰに表示する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示したピークホールド回路では演算増幅器Ａ１の非反転入力端子を入力端子Ｔinに接続し、この入力端子Ｔinに入力信号Ｖi を入力すると、演算増幅器Ａ２の出力電圧Ｖ2 は Ｖis＞Ｖ2 の場合は（Ｖisはサンプル時のＶi ）
Ｖ2 ＝Ｖis＋ｅ１                    ……………………  （１）
Ｖis＜Ｖ2 のときは、
Ｖ2 ＝Ｖh ＋ｅ２＝Ｖis＋ｅ１        ……………………  （２）
ここでｅ１：演算増幅器Ａ１のオフセット電圧
ｅ２：演算増幅器Ａ２のオフセット電圧
（１）式及び（２）式に示したように、従来は演算増幅器Ａ２の出力端子に出力される電圧Ｖ２には演算増幅器Ａ１のオフセット電圧ｅ１が混入し、このオフセット電圧ｅ１によって誤差が発生する。
【０００６】
このオフセット電圧ｅ１の値が小さい演算増幅器を用いることが考えられるが、オフセット電圧が小さい演算増幅器は高価である欠点がある。また、オフセット電圧ｅ１を予め測定し、値を既知の値にしておくことにより、オフセット電圧ｅ１を除去した値を求めることができる。
しかしながら、オフセット電圧ｅ１を測定して既知の値にしても、動作中にオフセット電圧ｅ１は温度変化等によって変動してしまうため、必ずしも正しく除去することができない不都合もある。
【０００７】
この発明の目的は演算増幅器Ａ１のオフセット電圧ｅ１が温度変化等により変動したとしても、常に正しいオフセット電圧ｅ１を除去することができるピークホールド回路を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明では縦続接続された２つの演算増幅器の段間にピーク検出回路を配置して構成したピークホールド回路において、
前段側の演算増幅器の入力端子に被測定電圧とコモン電位とを選択的に与える第１切換スイッチを設け、この第１切換スイッチによって前段側の演算増幅器にコモン電位を与えた状態でオフセット電圧を測定し、このオフセット電圧を記憶器に記憶させ、この記憶器に記憶したオフセット電圧を測定値から減算して正しいピーク値を得る構成とすると共に、オフセット電圧の測定を定期的に繰り返し、記憶器に記憶しているオフセット電圧を常に最新のオフセット電圧に更新する構成としたものである。
【０００９】
従って、この発明によればオフセット電圧が存在する演算増幅器を用いても、常に正しいピーク電圧を測定することができる。また、オフセット電圧が存在する演算増幅器を用いても正しいピーク電圧を測定できるから安価な演算増幅器を用いて精度の高いピーク測定装置を構成することができる利点が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の一実施例を示す。図１１と対応する部分には同一符号を付して示す。この発明では縦続接続された演算増幅器Ａ１とＡ２の段間にピーク検出回路ＰＡを接続して構成したピークホールド回路において、前段側の演算増幅器Ａ１の非反転入力端子を入力端子Ｔinとコモン電位に接続変更することができる第１切換スイッチＳ２を設け、この第１切換スイッチＳ２をコモン電位側に切り換えた状態で、後段の演算増幅器Ａ２から出力される電圧Ｖ2 ＝ＤAZを測定（ＡＤ変換）し、この電圧ＤAZをオフセット電圧として記憶させる。
【００１１】
なお、オフセット電圧を測定する場合、演算増幅器Ａ１の出力端子とダイオードＤ２との接続を切離し、更にダイオードＤ１をショートさせる第２切換スイッチＳ３を設け、この第２切換スイッチＳ３をダイオードＤ１をショートする状態に切り換えてオフセット電圧ＤAZを測定すると正確にオフセット電圧を測定することができる。つまり、演算増幅器Ａ１の出力端子がダイオードＤ２のカソードに接続されている状態のままオフセット電圧を測定した場合は、ｅ１が負の場合ダイオードＤ２を通じて電流が流れ、演算増幅器Ａ１とＡ２の各反転入力端子の電位が同電位の状態でなくなるため、正しいオフセット電圧ＤAZを測定できないことになるからである。
【００１２】
オフセット電圧ＤAZをピーク測定値ＤX から差し引くことによりオフセット電圧ｅ１を除去できる理由を以下に数式を用いて説明する。
第１及び第２切換スイッチＳ２，Ｓ３を接点ａ側に切り換えて入力端子Ｔinを演算増幅器Ａ１の非反転入力端子に接続し、演算増幅器Ａ１の出力端子をダイオードＤ２のカソードに接続する。
【００１３】
このとき、演算増幅器Ａ１の非反転入力端子に入力される電圧Ｖisが演算増幅器Ａ２の出力電圧Ｖ2 より大きいＶis＞Ｖ2 のとき、Ｖ2 は入力される電圧Ｖisをピークホールドする。
Ｖ2 ＝Ｖis＋ｅ１
Ｖh ＝Ｖis＋ｅ１−ｅ２
Ｖ1 ＝Ｖis＋ｅ１−ｅ２＋ＶF1
ｅ１：Ａ１のオフセット電圧
ｅ２：Ａ２のオフッセト電圧
Ｖh ：コンデンサＣｈの充電電圧
ＶF1：ダイオードＤ１の順方向電圧
Ｖih≦Ｖ2 のとき（Ｖihはホールド状態で入力される電圧）はＶ2 はコンデンサＣｈに充電された電圧Ｖh に等しくなる。つまり、
0003720623.tif 000002
ＶF2：ダイオードＤ２の順方向電圧
よって、ピークホールド電圧ＤX は
ＤX ＝Ｖ2 ＝Ｖis＋ｅ１
となる。
【００１４】
オフセット電圧ＤAZの測定時は第１及び第２切換スイッチＳ２，Ｓ３を接点ｂに切換、切換スイッチＳ２によりダイオードＤ１をショートさせ、コンデンサＣｈの充電電圧Ｖh を放電させた状態で演算増幅器Ａ２の出力電圧Ｖ2 を測定する。
この状態では
Ｖ2 ＝ｅ１
Ｖh ＝ｅ１−ｅ２
Ｖ1 ＝Ｖh ＝ｅ１−ｅ２
結局、オフセット電圧ＤAZは
ＤAZ＝ｅ１
となる。
【００１５】
以上から入力電圧Ｖi の真値ｙは
ｙ＝ＤX −ＤAZ＝Ｖis
となり、入力電圧Ｖisの値を測定することができる。オフッセト電圧ＤAZの測定は、ピーク電圧ＤX を測定する直前または直後に実行し、ピーク電圧ＤX を測定する直近のオフッセト電圧ＤAZを求めればよい。
【００１６】
図２の例では、ピーク電圧ＤX を測定する直前に、図２ＡとＢに示すように第１及び第２切換スイッチＳ２とＳ３を接点ｂに接続し、この接続状態でＡＤ変換器ＡＤＣは図２Ｃに示すようにオフセット電圧ＤAZを測定する。オフセット電圧ＤAZの測定後に第１及び第２切換スイッチＳ２とＳ３を接点ａ側に切換え、ＡＤ変換器ＡＤＣは電圧ＤX を測定する。
【００１７】
このように、ピーク電圧ＤX を測定する直前または直後にオフセット電圧ＤAZを測定し、この測定結果ＤAZをピーク電圧ＤX から差し引くことによりオフセット電圧が多少変動する場合であっても、オフセット電圧ＤAZを正確に除去することができる。
図３はこの発明の変形実施例を示す。この実施例では第２切換スイッチＳ３を接点ｂ側に切り換えた場合に、ダイオードＤ１をショートする代わりにダイオードＤ１と逆向きにダイオードＤ３を並列接続する構成にすると共に、オフセット電圧ＤAZを測定した後に第２切換スイッチＳ３を接点ａ側に戻すタイミングを図４Ｂに示すように第１切換スイッチＳ２の転換タイミングより少し遅らせて接点ａ側に戻すように制御する構成とした場合を示す。
【００１８】
この図３に示した構成によれば、第２切換スイッチＳ３が接点ｂから接点ａに切り換える際に、スイッチＳ３の接点ａとｂは同電位に維持されるのでスイッチＳ３を切り換えても演算増幅器Ａ１の出力電圧Ｖ１が変動（突変）しない。この結果、第２切換スイッチＳ３を第１切換スイッチＳ２よりわずかに遅らせて切り換えることにより、出力電圧Ｖ1 がＶi に対応した電圧に到達した状態で第２切換スイッチＳ３を切り換えることができ、オフセット電圧ＤAZを測定した状態からピーク電圧ＤX を測定する状態への応答時間を短くできる利点が得られる。
【００１９】
図５はこの発明の更に他の実施例を示す。この実施例では演算増幅器Ａ１の前段側にレンジ切換用増幅器Ａ０を設けた場合を示す。この場合もレンジ切換用増幅器Ａ０の前段側に第１切換スイッチＳ２を設け、この第１切換スイッチＳ２によってレンジ切換用増幅器Ａ０に被測定電圧Ｖi と共通電位を選択的に供給し、共通電位を与えた状態で第２切換スイッチＳ３も接点ｂ側に切り換えて演算増幅器Ａ２の出力電圧Ｖ2 をＡＤ変換器ＡＤＣで測定することにより、レンジ切換用増幅器Ａ０のオフセット電圧ｅ０を含めたオフセット成分を測定することができる。従って、レンジ切換用増幅器Ａ０のオフセット成分を含めて全ての増幅器のオフセット成分を除去できる効果が得られる。
【００２０】
図６はこの発明の更に他の実施例を示す。この実施例では演算増幅器Ａ１とＡ２によって構成されるピークホールド回路Ｐ１の前段に高速応答型のピークホールド回路Ｐ２を接続した場合を示す。つまり、演算増幅器Ａ１，Ａ２は一般に動作が安定している代わりに応答帯域が狭く、動作速度が遅い欠点を持つ、これに対して前段側に設けたピークホールド回路Ｐ２は増幅器Ａ３として電圧比較器を用いることによって高速応答を可能とした構成とし、高速応答が可能なピークホールド回路Ｐ２で高速に変化する信号のピーク値をピークホールドし、そのピークホールド値を次段の低速型のピークホールド回路Ｐ１でホールドすることにより、そのピークホールド電圧を比較的長い時間（ＡＤ変換の周期）維持させることができ、高速現象波形のピーク値を正確に測定することができる利点が得られる。
【００２１】
この図６に示した構成の場合も、前段側のピークホールド回路Ｐ２の入力側に第１切換スイッチＳ２を設け、オフセット電圧ＤAZを測定する場合は第１切換スイッチＳ２を共通電位側に切り換え、電圧比較器Ａ３の非反転入力端子に共通電位を与えることによりオフセット電圧ＤAZを測定することができる。これにより、演算増幅器Ａ１，Ａ２と電圧比較器Ａ３，Ａ４の全てのオフセット電圧分を正確に除去することができる。
【００２２】
なお、図６において、前段側のピークホールド回路Ｐ２において、ピークホールド用のコンデンサＣｈ2 と並列に放電用スイッチＳ４を設け、オフセット電圧ＤAZの測定を開始する直前に図７Ｂに示すように、このスイッチＳ４をオンにし、コンデンサＣｈ2 を放電させてオフに戻し、このオフ状態でオフセット電圧ＤAZを測定する。
【００２３】
図８はこの発明の更に他の実施例を示す。この実施例ではダイオードＤ１とＤ２を逆方向に接続して負方向のピーク値を測定する構成とした場合を示す。その他の構成は図１と同じであるから、これ以上の詳細説明は省略する。
図９はこの発明の更に他の実施例を示す。この実施例では正方向のピークホールド回路Ｐ３と、負方向のピークホールド回路Ｐ４を設け、これらのピークホールド回路Ｐ３とＰ４の各ピークホールド出力を差動増幅器ＤＦに入力し、差動増幅器ＤＦの出力側から正と負のピーク値間の値（ピークＴＯピーク）を得るように構成した場合を示す。正方向のピークホールド回路Ｐ３は図１，図３，図５，図６に示したピークホールド回路と同じ回路で構成される。負方向のピークホールド回路Ｐ４は、図８に示した回路又は図１，図３，図５，図６に示した回路においてダイオードＤ１とＤ２，Ｄ３を逆向に接続した構成とすることができる。
【００２４】
この場合も、ピークホールド回路Ｐ３とＰ４の入力端子を共通接続し、その共通接続点のスイッチＳ２を接続し、このスイッチＳ２を通じてピークホールド回路Ｐ３とＰ４にコモン電位を与えることにより、正側と負側のオフッセト電圧ＤAZ1 とＤAZ2 の差ＤAZ1 −ＤAZ2 を差動増幅器ＤＦの出力側に得ることができる。このオフッセト電圧の差ＤAZ1 −ＤAZ2 をＡＤ変換して正と負のピーク値間の測定値ＤX （図１０）から差し引くことにより、各演算増幅器のオフセット電圧成分を除去することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によればピーク値ＤX の測定の直前または直後にオフセット電圧ＤAZを測定し、このオフセット電圧ＤAZをピーク値ＤX から差し引くことにより、ピーク値ＤX に含まれるオフセット電圧ＤAZを除去する構成としたから、オフセット電圧ＤAZが多少変動する増幅器を用いても、極く短い時間の範囲内で測定し、減算するから、オフセット電圧の変動による影響を受けることはない。従ってオフセット電圧が変動するような安価な増幅器を用いてピーク値測定装置を構成しても精度の高い測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するための接続図。
【図２】図１の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】この発明の変形実施例を説明するための接続図。
【図４】図３の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図５】この発明の更に他の実施例を説明するための接続図。
【図６】この発明の更に他の実施例を説明するための接続図。
【図７】図６の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図８】この発明の更に他の実施例を説明するための接続図。
【図９】この発明の更に他の実施例を説明するための接続図。
【図１０】図９の動作を説明するための波形図。
【図１１】従来の技術を説明するための接続図。
【図１２】図１１の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２      演算増幅器
Ｄ１，Ｄ２      ダイオード
Ｓ２      第１切換スイッチ
Ｓ３      第２切換スイッチ
ＰＡ      ピーク検出回路
【図１】
0003720623.tif 000003
【図２】
0003720623.tif 000004
【図３】
0003720623.tif 000005
【図４】
0003720623.tif 000006
【図５】
0003720623.tif 000007
【図６】
0003720623.tif 000008
【図７】
0003720623.tif 000009
【図８】
0003720623.tif 000010
【図９】
0003720623.tif 000011
【図１０】
0003720623.tif 000012
【図１１】
0003720623.tif 000013
【図１２】
0003720623.tif 000014