(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定データをＡＤ変換するΔΣ変調器を備え、前記測定データに含まれる定周期のノイズを前記ＡＤ変換の結果からフィルタリングするＡＤ変換回路であって、
前記ＡＤ変換を繰り返す測定周期内に割り当てられた測定期間の複数回分の前記測定データを保存する記憶部と、
前記測定周期あたりの前記測定期間を前記ノイズの周期より短くなるように前記ΔΣ変調器と前記記憶部のタイミング制御を行う測定期間制御部と、
前記測定期間制御部の制御に基づき、前記記憶部から前記測定周期あたりの複数回の測定期間の測定データを読み取り、整数周期分のノイズ波形の平均値を算出するように移動平均演算により前記測定データのｎ−１次移動平均を得、更に、前記ｎ−１次移動平均の結果に対して前記複数回の測定期間の測定データの移動平均演算を行ってｎ（但し、ｎは正の整数）次移動平均を得るｎ次移動平均演算手段と、
を有することを特徴とするＡＤ変換回路。
【請求項２】
前記測定期間制御部は、
前記測定期間内に割り当てられた前記複数の測定期間を足し合わせたときに、前記ｎ次移動平均演算部で行う移動平均演算が整数周期分のノイズ波形の平均値を算出するように、前記測定期間と前記測定周期とを制御することを特徴とする請求項１記載のＡＤ変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定データをＡＤ（Analog-Digital）変換するΔΣ変調器を備え、測定データに含まれる定周期ノイズをＡＤ変換結果からフィルタリングするＡＤ変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子計測器は、入力された大小様々な電気信号を増幅し、演算し、そして表示を行う。また、必要に応じて計測値を記録する。この電子計測器において、電気信号の処理はアナログ式とデジタル式とがあるが、現在ではデジタル処理を行い、表示のみならず電子記録ができるデジタル式が一般的である。ところで、ΔΣ型のＡＤ変換回路は、より高精度にＡＤ変換を行うために開発された変換方式を持つＡＤ変換回路である。特徴として、逐次変換やフラッシュ変換型に比べラインノイズの影響が少なく、高い精度で測定でき、記録計等において多用されている。
【０００３】
ところで、アナログデバイセズ社のＡＤ７７９４は、高精度計測アプリケーション向けの低消費電力、低ノイズ、全機能内蔵型のフロントエンドであり、６つの差動入力を備えた２４ビットのΔΣ型のＡＤ変換回路を内蔵しており、低ノイズのオンチップ計装アンプにより、微少な振幅信号をＡＤ変換回路に直接インタフェースすることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「ＡＤ７７９４」＜インターネットＵＲＬ：ｗｗｗ．ａｎａｌｏｇ．ｃｏｍ／ｓｔａｔｉｃ／ｉｍｐｏｒｔｅｄ−ｆｉｌｅｓ／ｊｐ／ｄａｔａ＿ｓｈｅｅｔｓ／ＡＤ７７９４＿ＪＰ．ｐｄｆ＞（２０１１年１２月２６日閲覧）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図３に示すように、ΔΣ型のＡＤ変換回路１００は、ΔΣ変調器１０１と、ｎ次移動平均フィルタ（ｎ次ｓｉｎｃフィルタ）１０２とにより構成される。ΔΣ変調器１０１は、測定入力を高いサンプリングレートで連続してサンプリングを行い、ｎ次ｓｉｎｃフィルタ１０２は、そのビットストリームを処理してデシメーションを行ない複数ビットの変換結果を生成する。また、ｎ次ｓｉｎｃフィルタは、商用電源周波数ノイズ等、測定入力に含まれる定周期ノイズをＡＤ変換結果から除去する。ここで、ｎは、正の整数でフィルタの次数を表す。
【０００６】
図４に、フィルタ次数ｎが２の場合の従来のＡＤ変換回路１００の動作タイミング図が示されている。縦軸に測定入力が、横軸に時間軸が割り当てられている。△Σ変調器１０１が測定入力をサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う期間が測定期間（ｔ１）である。図４に示すように、測定入力に含まれる定周期ノイズをＡＤ変換結果から除去するためには、測定期間（ｔ１）を、ｓｉｎｃフィルタ１０２の次数ｎ×除去したいノイズの周期に設定する必要がある。△Σ変換器１０１がＡ／Ｄ変換動作を繰り返す周期が測定周期（Ｔ）であり、この測定周期（Ｔ）は測定期間（ｔ１）より短くすることはできない。
【０００７】
このように従来のＡＤ変換回路１００によれば、除去したいノイズの周期×フィルタ次数ｎ分の測定期間（ｔ１）が必要であり、このため、測定周期（Ｔ）を除去したいノイズの周期よりも短くすることができない。広い周波数範囲、大きな減衰量といった大きなノイズ除去効果を得るためにはフィルタ次数ｎを大きくする必要があり、したがって長い測定期間（ｔ１）が必要になる。その結果、測定周期（Ｔ）も長くなるといった課題があった。
【０００８】
本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、測定期間を短縮しながら大きなノイズ除去効果を得るＡＤ変換回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために本発明は、測定データをＡＤ変換するΔΣ変調器を備え、前記測定データに含まれる定周期のノイズを前記ＡＤ変換の結果からフィルタリングするＡＤ変換回路であって、前記ＡＤへ変換を繰り返す測定周期内に割り当てられた測定期間の複数回分の前記測定データを保存する記憶部と、前記測定周期あたりの前記測定期間を前記ノイズの周期より短くなるように前記ΔΣ変調器と前記記憶部のタイミング制御を行う測定期間制御部と、前記測定期間制御部の制御に基づき、前記記憶部から前記測定周期あたりの複数回の測定期間の測定データを読み取り、整数周期分のノイズ波形の平均値を算出するように移動平均演算により前記測定データのｎ−１次移動平均を得、更に、前記ｎ−１次移動平均の結果に対して前記複数回の測定期間の測定データの移動平均演算を行ってｎ（但し、ｎは正の整数）次移動平均を得るｎ次移動平均演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記測定期間制御部は、前記測定期間内に割り当てられた前記複数の測定期間を足し合わせたときに、前記ｎ次移動平均演算部で行う移動平均演算が整数周期分のノイズ波形の平均値を算出するように、前記測定期間と前記測定周期とを制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記測定期間制御部は、前記測定周期内に割り当てられた前記複数の測定期間を足し合わせたときに、測定した前記ノイズの位相が１周期の整数倍分だけ均一になるように、前記測定期間と前記測定周期とを制御することを特徴とする。本発明によれば、１測定周期あたりの測定期間を除去したいノイズの周期より短くすることが出来、測定期間を短くすることで測定周期を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定期間を短縮しながら大きなノイズ除去効果を得るＡＤ変換回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るＡＤ変換回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＡＤ変換回路の動作を示すタイミング図である。
【図３】従来のＡＤ変換回路の構成を示すブロック図である。
【図４】従来のＡＤ変換回路の動作を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための実施の形態（以下、単に本実施形態という）について詳細に説明する。
【００１５】
（実施形態の構成）
図１は、本実施形態に係るＡＤ変換回路の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係るＡＤ変換回路１は、ΔΣ変調器１０と、フィルタ回路２０と、により構成される。ΔΣ変調器１０は、測定入力を高いサンプリングレートで連続してサンプリングを行いＡＤ変換の結果をフィルタ回路２０に出力する。フィルタ回路２０は、測定データに含まれる定周期のノイズをＡＤ変換の結果からフィルタリングする。このため、フィルタ回路２０は、記憶部２１と、測定時間制御部２２と、ｎ次移動平均演算部（ここでは、１次移動平均演算部２３と２次移動平均演算部２４）と、を含み構成される。
【００１６】
記憶部２１は、ＡＤ変換を繰り返す測定周期内に割り当てられた複数回分の測定期間の測定データを保存する。測定期間制御部２２は、測定周期あたりの複数回分の測定期間をノイズの周期より短くなるようにΔΣ変調器１０と記憶部２１のタイミング制御を行う。１次移動平均演算部２３は、測定期間制御部２２の制御に基づき、記憶部２１から測定周期あたりの複数回の測定期間の測定データを読み取り、移動平均演算により測定データの１次移動平均を得て２次移動平均演算部２４に出力する。２次移動平均演算部２４は、１次移動平均の結果に対して複数回の測定期間の測定データの移動平均演算を行なって２次移動平均を得、測定結果として不図示のコントローラ等、外部へ出力する。
【００１７】
なお、測定期間制御部２２は、測定周期内に割り当てられた複数の測定期間を足し合わせたときに、測定したノイズの位相が１周期の整数倍分だけ均一になるように、測定期間と測定周期とを制御する。
【００１８】
（実施形態の動作）
図２は、本実施形態に係るＡＤ変換回路１の動作を示す動作タイミング図である。以下、図２の動作タイミング図を参照しながら、図１に示すＡＤ変換回路１の動作について詳細に説明する。
【００１９】
ここでは、測定周期等の制約により、測定期間に使用可能な時間が除去したいノイズ周期に満たない状況を想定している。測定期間制御部２２は、想定周期の複数回（Ｎｐ）にわたる測定期間（ｔ１）を足し合わせたとき、測定したノイズの位相が１周期の整数倍均一になるように、測定期間（ｔ１）と測定周期（Ｔ）とを選択する。図２の動作タイミング図に示す例では、Ｎｐ＝４の測定期間（ｔ１）で、除去したいノイズ周期の１周期分となる。
【００２０】
まず、ΔΣ変調器１０は、外部（例えば、センサ）から測定入力を得、ＡＤ変換した結果をフィルタ回路２０に出力する。フィルタ回路２０は、測定期間制御部２２による制御の下、記憶部２１で、不連続な測定データを保存する。ここでは、測定周期×Ｎｐ回分の測定データを保存する。測定周期制御部２２は、上記した所望の測定期間（ｔ１）、および測定周期（Ｔ）を実現するように、ΔΣ変調器１０、および記憶部２１のリードライトタイミングを制御する。
【００２１】
１次移動平均演算部２３は、測定期間制御部２２の制御に基づき、記憶部２１から測定周期（Ｔ）あたりの複数回（Ｎｐ回）の測定期間（ｔ１）の測定データを読み取り、測定期間分（Ｎｐ回）の移動平均演算を行ない、１次移動平均を得て２次移動平均演算部２４へ出力する。２次移動平均演算部２４は、１次移動平均演算部２３から出力された１次移動平均の結果に対し、更に測定期間分（Ｎｐ回）の移動平均演算を行い、結果を外部（コントローラ）へ出力する。
【００２２】
図２に示すフィルタ回路２０は、２次移動平均の結果を測定結果として外部へ出力する構成として説明しているが、さらに移動平均を重ねてｎ次（但し、ｎは正の整数）の移動平均を得ることもできる。このような移動平均演算により、高次ｓｉｎｃフィルタ並みのノイズ除去効果を得ることができる。
【００２３】
（実施形態の効果）
以上説明のように本発明によれば、測定期間制御部２２が、ＡＤ変換を繰り返す測定周期内に割り当てられた複数回分の測定期間の測定データを記憶部２１に保存し、測定周期あたりの複数回分の測定期間をノイズの周期より短くなるようにΔΣ変調器１０と記憶部２１のタイミング制御を行なう。そして、ｎ次移動平均演算部（１次移動平均演算部２３と２次移動平均演算部２４）が、複数の測定周期にわたるＡＤ変換の結果を組み合わせて周期ノイズを除去するための移動平均処理を行う。このため、１測定周期あたりの測定期間を除去したいノイズの周期より短くすることが出来、測定期間（ｔ１）を短くすることで測定周期（Ｔ）を短縮することができる。したがって、広い周波数範囲、大きな減衰量といった大きなノイズ除去効果を得ながらも測定周期（Ｔ）の短縮が可能になる。
【００２４】
なお、上記した本実施形態に係るＡＤ変換回路１において、ｎ次移動平均演算部（１次移動平均演算部２３と２次移動平均演算部２４）は専用ハードウェアで実現するものとして説明したが、マイコン等を使用してソフトウェアにより実現してもよい。
【００２５】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００２６】
１・・ＡＤ変換回路、１０・・ΔΣ変調器、２０・・フィルタ回路、２１・・記憶部、２２・・測定期間制御部、２３・・１次移動平均演算部、２４・・２次移動平均演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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