(57)【要約】【課題】２値化されたデジタル信号がアナログ信号に重畳されたCPFSK信号のみを入力することにより、CPFSK信号と復調された２値化信号も観測できる信号解析装置を提供すること。【解決手段】復調されたCPFSK信号の出力信号を測定する信号解析装置において、  入力されるCPFSK信号のエッジを検出するエッジ検出手段と、検出されたエッジに基づき２値化信号の遷移点を検出する遷移点検出手段と、検出された遷移点に基づき２値化信号を復調する２値化信号復調手段、を備えたことを特徴とするもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
復調されたCPFSK信号の出力信号を測定する信号解析装置において、
入力されるCPFSK信号のエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出されたエッジに基づき２値化信号の遷移点を検出する遷移点検出手段と、
検出された遷移点に基づき２値化信号を復調する２値化信号復調手段、
を備えたことを特徴とする信号解析装置。
【請求項２】
前記信号解析装置は入力されるCPFSK信号も表示することを特徴とする請求項１記載の信号解析装置。
【請求項３】
前記信号解析装置はデジタルオシロスコープであることを特徴とする請求項２記載の信号解析装置。
【請求項４】
前記CPFSK信号はHARTプロトコルに基づくものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の信号解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号解析装置に関し、詳しくは、シリアル通信の解析に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御システムには、プラント現場に設置された差圧伝送器、流量計などの発信器や調節弁などの操作端を含むフィールド機器と制御室に設置された上位システムとをデジタル回線を介して接続し、フィールド機器と上位システムとの間でシリアル通信を行うことにより、設定データや測定データなどの各種情報を授受するように構成されたものがある。
【０００３】
このようなシリアル通信の一種に、HART（Highway Addressable Remote Transducer）通信がある。HART通信は、アナログ信号（たとえば直流電流４〜２０ｍＡ）にデジタル信号を重畳させる通信方法であり、HART協会の規定するHARTプロトコルが使用され、デジタル信号に検出器測定値、温度測定値、シリアル番号などの機器情報などを載せることができる。HART通信の変調方式としては、たとえば位相連続周波数偏移変調(continuous phase frequency-shift keying、以下CPFSKという)が用いられる。
【０００４】
ところで、プラント現場に設置されるこれらフィールド機器のシリアル通信機能の保守点検にあたっては、たとえばプロトコルアナライザや類似の機器が用いられ、通信データの解析が行われている。
【０００５】
また、他の方法として、図６に示すように、シリアル通信の解析機能を備えたデジタルオシロスコープ１を用いることも行われている。デジタルオシロスコープ１の外部前段には、CPFSK復調装置２が設けられている。デジタルオシロスコープ１には、CPFSK復調装置２に入力されるCPFSK信号とCPFSK復調装置２で復調された出力信号の２つが入力され、デジタルオシロスコープ１は復調済みの２値化されたデジタル信号を通信データとして解析する。
【０００６】
特許文献１には、通信プロトコルに合わせてプログラムにより通信信号検出の論理回路を変更できる通信ラインモニター装置の構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９０５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前者の方法によれば、プロトコルアナライザや類似の機器が解析対象とする信号はアナログ信号に２値化されたデジタル信号が重畳された通信データであり、変調される前のアナログ信号がどのような状態になっているのかまでは観測できない。
【０００９】
また、後者の方法によれば、２値化されたデジタル信号を復調して解析するためには、作業者がデジタルオシロスコープ１の操作パネルに設けられているボタンやスイッチなどを操作しなければならず、かなりの作業工数がかかってしまう。
【００１０】
さらに、後者の場合には、デジタルオシロスコープ１にはCPFSK復調装置２に入力されるCPFSK信号とCPFSK復調装置２で復調された出力信号の２つの信号が入力されることから２つの入力チャネルを消費することになり、取り回しも悪い。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、２値化されたデジタル信号がアナログ信号に重畳されたCPFSK信号のみを入力することにより、CPFSK信号と復調された２値化信号も観測できる信号解析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
復調されたCPFSK信号の出力信号を測定する信号解析装置において、
入力されるCPFSK信号のエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出されたエッジに基づき２値化信号の遷移点を検出する遷移点検出手段と、
検出された遷移点に基づき２値化信号を復調する２値化信号復調手段、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の信号解析装置において、
前記信号解析装置は入力されるCPFSK信号も表示することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の信号解析装置において、
前記信号解析装置はデジタルオシロスコープであることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の信号解析装置において、
前記CPFSK信号はHARTプロトコルに基づくものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
これらにより、比較的簡単な操作で、復調されたCPFSK信号の出力信号を観測できる。
また、復調時に誤差が累積しないことから、連続した長い信号波形でも正しく復調できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】図２のCPFSK信号の復調処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】フィールド機器通信(HART)への適用例を示すフローチャートである。
【図５】CPFSK復調の高精度化の説明図である。
【図６】従来のシリアル通信解析機能の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、デジタルオシロスコープの例を示している。図１において、フィールド機器の通信信号として用いられるCPFSK信号、たとえば２周波励磁方式で励磁される電磁流量計の測定データが２値化されて２周波励磁信号に重畳されたCPFSK信号は、増幅器１１を介してＡ／Ｄ変換器１２に入力され、デジタル信号に変換されてメモリ１３の所定の領域に格納される。
【００１９】
エッジ検出器１４は、エッジ検出のために設定される所定の閾値にしたがって、メモリ１３に格納されているCPFSK信号のエッジを検出する。本実施例では、エッジ検出器１４としてデジタルオシロスコープのエッジ検出機能を使用する。
【００２０】
ＣＰＵ１５は、メモリ１３に格納されている所定のプログラムおよびエッジ検出器１４で検出される検出エッジに基づいてCPFSK信号を構成する２周波励磁の高い周波数成分と低い周波数成分を求め、それぞれに対応する２値化信号の値を算定する。これらの算定結果は、表示部１６に表示される。
【００２１】
なお、Ａ／Ｄ変換器１２、メモリ１３、エッジ検出器１４、ＣＰＵ１５および表示部１６はバス１７により共通に接続され、デジタルオシロスコープ１０を構成している。
【００２２】
図２は、図１の動作を説明するタイミングチャートである。図２において、（ａ）は閾値であり、（ｂ）に示すCPFSK信号のエッジを検出するために用途に応じて所定の値に設定される。本実施例では、エッジ間の時間を求め（ｔ1〜ｔ7）、エッジで区切られた領域を（Ａ）〜（Ｉ）とする。
【００２３】
その後、（ｃ）に示すパス１からパス２を経てパス３に至る過程で、２値化を行う。
【００２４】
＜パス１＞  エッジ間の時間がＴH、ＴLに一致する領域
ここで、ｔ1＝ＴL、ｔ3＝ＴH、ｔ6＝ＴH、ｔ7＝ＴHであることから、領域（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｇ）、（Ｈ）の２値化ができる。
なお、各領域の時間が、ＴL、ＴHに完全に一致することは稀であり、実際にはＴL、ＴHに十分に近い値であればよい。
【００２５】
＜パス２＞  エッジ間の時間がＴHより長くＴL未満の領域
周波数の高い側、低い側の割合を次式で求める。
ｔL＝ＴL＊（ｔ−ＴH）／（ＴL−ＴH）→領域に含む周波数低で２値化Ｈの時間
ｔH＝ＴH＊(ＴL−ｔ）／（ＴL−ＴH）→領域に含む周波数高で２値化Ｌの時間
ｔ:エッジ間の時間
隣接する領域と周波数が連続するので、そこから対象領域の周波数が高→低、低→高のいずれで遷移したかを決定する。
【００２６】
領域（Ｃ）は隣接する領域（Ｂ）（パス１で周波数低、２値ではＨと確定)と連続することから周波数が高→低と遷移したと判断でき、割合は上式から求まる。同様にして領域（Ｅ）、（Ｆ）も決定する。
【００２７】
領域の時間がＴL、ＴHに近い場合は、ジッタによる誤差で遷移ではない可能性がある。この場合、隣接領域との非連続にならないようにする。たとえば、領域（Ｃ）は（Ｄ）が周波数高であるから遷移していると判断する。仮に領域（Ｄ）が周波数低であればジッタと考えて遷移しない。
【００２８】
＜パス３＞  エッジ間の時間がＴL以上の領域あるいは両端の領域（（Ａ）と（Ｉ）
隣接するエッジの位置からキャリアの開始、終了位置を求める。
領域（Ａ）でキャリアの開始ｔbは隣接するエッジ（領域（Ｃ））のｔaから次式で求める。
ｔb＝（ｔa／ＴH）＊ＴL
同様にしてキャリア停止ｔdはｔcから求める。
ｔd＝（ｔc／ＴL）＊ＴH
【００２９】
このような構成によれば、CPFSK信号の復調が行える。特に、既成のデジタルオシロスコープが持つエッジ検出機能を使用することで、最も時間のかかるエッジ検出を高速に行うことができ、ハードウェアの追加が不要であることからコストがかさむこともない。
【００３０】
復調のために必要は情報は少なくてよく、機器に組み込んだ時にユーザが指定する情報も少なくて済むので、一連の操作を容易に行うことができる。
【００３１】
すなわち、CPFSK信号の高低の周波数は規格から一意に決まるものであり、エッジを検出する閾値は信号波形と交わる任意の電圧でよく、多くの場合はトリガレベルでよい。
【００３２】
さらに、復調時に誤差が累積しないことから、連続した長い信号波形でも正しく復調できる。
【００３３】
図３は、図２のCPFSK信号の復調処理の流れを説明するフローチャートである。はじめに、エッジを検出してエッジ間の時間を求める（ステップＳ１）。
【００３４】
次に、エッジ間の時間がＴHの領域を２値化Ｌとし（ステップＳ２）、エッジ間の時間がＴLの領域を２値化Ｈとし（ステップＳ３）、エッジ間の時間がＴLよりも長い領域をキャリアなしとする（ステップＳ４）。
【００３５】
続いて、ＴH＜エッジ間時間＜ＴLの領域の有無を確認する（ステップＳ５）。
ＴH＜エッジ間時間＜ＴLの領域がある場合には、ＴH＜エッジ間時間＜ＴLの領域におけるＨとＬの割合を計算する（ステップＳ６）。
【００３６】
そして、隣接する領域から、Ｈ→ＬなのかＬ→Ｈなのかを求める（ステップＳ７）。ＨとＬの割合と変化の方向から、領域におけるＨとＬの遷移を決定する（ステップＳ８）。
【００３７】
全てのＴH＜エッジ間時間＜ＴLの領域について処理したかどうかを確認する（ステップＳ９）。
【００３８】
全てのＴH＜エッジ間時間＜ＴLの領域について処理が完了したら、キャリアなしの区間に隣接するＨ/Ｌの変化点を探す（ステップＳ１０）。
【００３９】
変化点があった場合、変化点の位置からキャリアなしの領域に存在するＨ/Ｌの時間を求める（ステップＳ１１）。
【００４０】
ステップＳ５において、ＴH＜エッジ間時間＜ＴLの領域がない場合には、ステップＳ１０に遷移する。
【００４１】
ステップＳ９において、全てのＴH＜エッジ間時間＜ＴLの領域について処理が完了していない場合にはステップＳ６に戻り、ステップＳ６以降の処理ステップを繰り返して実行する。
【００４２】
図４は、フィールド機器通信(HART)への適用例を示すフローチャートである。
具体的には、オシロスコープの入力設定をＡＣカップリングとし、４−２０ｍＡの直流成分をカットする（ステップＳ１）。
【００４３】
周波数高（２２００Ｈｚ）を０とし、周波数低（１２００Ｈｚ）を１としてCPFSK復調を行い（ステップＳ２）、結果をオシロスコープの演算メモリに展開する。
【００４４】
そして、演算メモリに対してUART解析を適用し、HART通信の解析を行う（ステップＳ３）。
【００４５】
図５は、CPFSK復調の高精度化の説明図である。
（Ａ）は両エッジ検出に基づく復調例であり、時間ｔ1〜ｔ6を測定する。この場合、周波数の遷移点は２つの領域に含まれるため、統計処理を行うことで、遷移点の位置精度が向上する。特にジッタが多い場合に、測定精度を高めることができる。
【００４６】
（Ｂ）は２レベルでエッジ検出を行う場合の復調例であり、時間ｔ1〜ｔ7を測定する。この場合には、サンプルポイントが増えるため、測定精度が向上する。
【００４７】
なお、上記実施例では、信号解析装置がデジタルオシロスコープとして構成されている例を説明したが、実質的に本願発明の解析機能を備えていればこれに限るものではなく、他の測定装置に本願発明の解析機能を組み込んでもよい。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、２値化されたデジタル信号がアナログ信号に重畳されたCPFSK信号のみを入力することにより、CPFSK信号と復調された２値化信号も観測できる信号解析装置が実現できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  デジタルオシロスコープ
１１  増幅器
１２  Ａ／Ｄ変換器
１３  メモリ
１４  エッジ検出器
１５  ＣＰＵ
１６  表示部
１７  バス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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