(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相又は周波数変調された正弦波信号の測定に用いられる、測定信号を発生するアナログ電気信号のディジタル測定回路であって、該回路は、正弦波信号を受け取り且つ制御信号により制御される利得を有する増幅器と、該増幅器から増幅信号を受け取る直角位相復調器と、該直角位相復調器から２つのベースバンド信号の一方を夫々受け取り、ディジタル値を発生する一定のパワーを有する２つのアナログ−ディジタル変換器と、少なくとも２つの状態で前記制御信号を発生するための制御ユニットとを備えており、前記利得が前記制御信号の状態に応じて少なくとも２つの値をとり、前記制御ユニットが測定サイクル中にその少なくとも２つの状態で順次該制御信号を発生し、
前記制御ユニットが、前記２つのアナログ−ディジタル変換器により与えられる２つのディジタル値の二乗の和の平方根をとることによりディジタルデータを生成し、
前記制御ユニットが、同じアナログ電気信号について、前記少なくとも２つの状態に対応する複数の前記ディジタルデータの値を記憶し、記憶された該複数のディジタルデータの値から前記測定信号を発生するための手段を備えることを特徴とするアナログ電気信号のディジタル測定回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は電気信号のディジタル値を与える測定回路に係る。
【０００２】
測定すべき電気信号は最大値と最小値との間で種々の値をとり得るアナログ信号である。最大値と最小値との比はこの信号のダイナミックレンジ（以下、本願明細書では「パワー」と呼ぶ）を規定する。したがって、このような信号のディジタル測定値を得るためには、信号のパワーよりも大きい固有パワーを有するアナログ−ディジタル変換器を使用することが知られている。変換器のパワーは信号のパワーと同様に規定され、生成可能な最大数に対応し、最小数は１単位に対応する。したがって、パワーは該変換器のビット数に依存する。
【０００３】
信号が例えば８ビツト変換器に対応する比較的小さいパワーを有するとき、この型の変換器は普及されており、経済的であるのでこの方法は好適である。これに対して信号がより大きいパワーを有する場合、より大きいパワー（例えば１２ビット）を有する変換器を使用するので非常に費用がかかることは明らかである。
【０００４】
この方法は有利ではないので、特に米国特許第４３８３２４７号に記載されているような別の方法が開発され、この方法によると電気信号を受け取つて低パワーのアナログ−ディジタル変換器に転送する可変利得増幅器を使用し、該変換器から発生されるディジタルデータが利得の値を決定する。したがって、利得の制御は制御ループで行われ、このような装置は被制御システムに固有の既知の制限がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は可変利得増幅器とアナログ−ディジタル変換器とを備える電気信号のディジタル値を与える測定回路を提供することであり、該回路は制御ループを使用しない。
【０００６】
本発明のアナログ電気信号のディジタル測定回路は測定信号を発生するものであり、このアナログ電気信号を受け取り且つ制御信号により制御される利得を有する増幅器と、該増幅器に後続して配置されており、ディジタルデータを発生する一定のパワーを有する少なくとも１つのアナログ−ディジタル変換器と、該利得が少なくとも２つの値をとり得るように少なくとも２つの状態で前記制御信号を発生するための制御ユニットとを備えており、該制御ユニットが測定サイクル中に少なくともその２つの状態で順次該制御信号を発生するものにおいて、該制御ユニットが、同じアナログ電気信号について、該少なくとも２つの状態に対応する複数の該ディジタルデータの値を記憶し、記憶された該複数のディジタルデータの値から該測定信号を発生するための手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
更に、アナログ電気信号のディジタル測定回路において、測定信号は利得の少なくとも２つの値に関連するディジタルデータ（Ｎ）の平均値から計算される。
【０００８】
電気信号のディジタル測定回路の一実施態様によると、制御ユニットは飽和閾値をメモリに保持し、増幅器の利得Ｇ１のために変換器からの値Ｎ１を記憶し、増幅器の利得Ｇ２（Ｇ１＜Ｇ２）のために変換器からの値Ｎ２を記憶し、Ｎ２が飽和閾値よりも大きい場合はＮ１／Ｇ１に等しく、逆の場合はＮ２／Ｇ２に等しい測定信
号を発生する。
【０００９】
アナログ電気信号のディジタル測定回路は、制御ユニットが２つのディジタル値の二乗の和の平方根をとることによりディジタルデータを生成するような位相又は周波数変調された正弦波信号の測定に適用すると有利であり、これらのディジタル値は２つのベースバンド信号の一方を直角位相復調器から夫々受け取る２つのアナログ−ディジタル変換器に由来し、該復調器は増幅器を介して正弦波信号を受け取る。
【００１０】
本発明のその他の目的及び特徴は添付図面に関する以下の非限定的な実施例の説明から明らかになろう。
【００１１】
なお、２つの図面に共通のエレメントには同一の参照符号を付した。
【００１２】
【実施例】
本発明は可変信号に適用されるが、まず最初は信号が測定時間中、一定の値を維持すると仮定しよう。
【００１３】
図１に示すディジタル測定回路はアナログ入力信号Ｉを受信し、ディジタル形態の測定信号Ｍを発生する。該回路は主に、増幅器１と、これに後続して配置されているアナログ−ディジタル変換器２と、該変換器に後続して配置されている制御ユニット３とを備える。
【００１４】
入力信号Ｉは最小値Ｉｍと最大値ＩＭとの間を変動する。
【００１５】
増幅器１は制御信号Ｃにより不連続に制御することが可能な利得を有する回路である。このような回路は既知であり、例えば演算増幅器と抵抗列とから構成されており、これらの抵抗を切り替えて利得を変化させるように構成されている。増幅器はまた、減衰量の可変な減衰器を後続又は先行する位置に備える固定利得増幅器であってもよい。更に、図面では単一モジユールとして示したが、この可変増幅器を測定系に沿って配置された複数のエレメントに物理的に分割することができ、各エレメントは可変利得又は可変減衰を有し得る。図例ではこの増幅器１は単一であり、２つの利得の値Ｇ１及びＧ２（Ｇ１＜Ｇ２）をとり得る。
【００１６】
アナログ−ディジタル変換器２は検出可能な最小の信号に相当する感度Ｓを有する。該変換器はパワーＤを有しており、即ちＳとＳ×Ｄとの間に含まれる全信号を区別することができる。該変換器はディジタル値Ｎを発生する。
【００１７】
発生される種々のディジタル値は入力信号Ｉの規格を考慮して所定の関係：
Ｉｍ×Ｇ２≧Ｓ
ＩＭ×Ｇ１≦Ｓ×Ｄ
を満足しなければならない。
【００１８】
制御ユニット３は入力信号の値であるディジタル測定信号Ｍを発生する。測定が行われる観測時間間隔は測定サイクルを規定する４部分に分割され、第１の部分では、制御ユニットは増幅器１に利得Ｇ１を割り当てる制御信号Ｃを発生し、次に制御ユニットは変換器２からの値Ｎ１を記憶し第３の部分で制御ユニットは制御信号Ｃを介して増幅器の利得を値Ｇ２に切り替え、最後に変換器２からの値Ｎ２を記憶する。
【００１９】
制御ユニットは更に飽和閾値をメモリに保持しており、値Ｎ２はこの閾値に比較される。Ｎ２がこの閾値よりも大きいならば、測定は無効であると宣言され、制御ユニットはＮ１／Ｇ１に等しい測定信号Ｍを発生する。そうでないならば、制御ユニットはＮ２／Ｇ２の値の信号を発生する。本発明の範囲内で制御ユニットは他の任意の方法で制御信号を発生することができる。制御ユニットは例えば２つの所定の値の間に含まれる全入力信号Ｉに単一の値を対応させることができる。
【００２０】
したがって、４８ｄＢのパワーを有する８ビット変換器を使用することにより、６４ｄＢのパワーの入力信号を測定することができ、通常ではこのような信号を測定するには１１ビット変換器を使用することが必要であった。この構造によると、ＧｌとＧ２との偏差が４８ｄＢであったとするなら、ディジタル測定回路は９６ｄＢのパワーの入力信号を理論的に許容し得るという点に留意すべきである。この構造は増幅器１を３以上の利得に切り替えることができる場合にも容易に適応できる。更に、８ビット変換器の使用は限定的ではない。
【００２１】
以上、制御ユニット３が所与の利得値でただ１回しか獲得しないと見なすことにより本発明を説明した。例えば変換器のサンプリング周波数を操作することにより観測時間間隔中におけるこの獲得回数を増やすことにより、測定の信頼性を高めることができる。このとき、制御ユニットは平均値である結果を発生する。
【００２２】
ここまで、入力信号Ｉは観測時間間隔中一定であると仮定した。本発明はそうでない場合にも適用される。
【００２３】
例えば周期信号のピーク値を測定する場合、この信号はディジタル測定回路に入力する以前に既知のピーク検出回路に注入される。
【００２４】
本発明は、位相又は周波数変調された正弦波信号のレベルを測定する必要がある場合に適用すると特に有利である。
【００２５】
図２に概略的に示すこのような適用の場合、この信号Ｓは上記と同一の増幅器１に注入される。この増幅器に後続して直角位相復調器２０が配置されており、該復調器は増幅信号Ｓを受け取り、信号Ｓの搬送周波数に対してπ／２位相のずれた２つのベースバンド信号Ｊ，Ｑを発生する。これらの信号Ｊ，ＱはディジタルデータＤ，Ｄ’を発生する図１の変換器２と同一の２つのアナログ−ディジタル変換器２１，２２に夫々注入される。
【００２６】
これらのディジタルデータを受け取る制御ユニッ卜３１は、Ｄ及びＤ’の二乗の和の平方根をとることにより予め規定されたディジタル値Ｎを生成し、これは入力信号の正弦波特性に由来する。次に、既述手順にしたがってディジタル処理が実施される。
【００２７】
本発明は変調周波数が搬送周波数よりも著しく低いという条件で適用される。実際に、入力信号Ｓはこの搬送周波数の４分の１周期に等しい時間中、同相を維持すると見なす必要がある。この仮定により導入される誤差は測定信号Ｍが多数の獲得データの平均の結果である場合に著しく減少され、この点についても本発明が適応できることは上記に規定した通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアナログ電気信号のディジタル測定回路の第１の実施態様を示す説明図である。
【図２】該ディジタル測定回路の適用例を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｍ  測定信号
Ｉ  電気信号
Ｃ  制御信号
Ｎ  ディジタルデータ
Ｓ  正弦波信号
１  増幅器
２，２１，２２  アナログ−ディジタル変換器
３，３１  制御ユニット
【図１】
0003547144.tif 000002
【図２】
0003547144.tif 000003