(57)【要約】【課題】  アナログ信号を変換して得られるデジタル信号の処理の精度を維持させつつ、その処理にかかる負荷を軽減するための技術を提供する。【解決手段】  コンデンサ１４には、直前にサンプリングしたアナログ信号Ａｉｎが基準信号としてチャージされる。コンパレータ１１は、その基準信号とアナログ信号Ａｉｎを比較し、それらの間の差分が予め定めた範囲でない場合に、出力信号をアクティブにする。それにより、Ａ／Ｄコンバータ１２はアナログ信号Ａｉｎのサンプリングを行い、それによって得られたデジタル信号ＤｏｕｔをＣＰＵ２０に出力する。【選択図】図３
2006135436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するための方法において、
前記デジタル信号に直前に変換したアナログ信号を基準信号として、以降に入力されるアナログ信号と該基準信号との間の差分を監視し、
該差分が予め定めた範囲外となった場合に、その時点で入力されるアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する、
ことを特徴とするアナログ／デジタル変換方法。
【請求項２】
アナログ信号をサンプリングして変換することにより得られるデジタル信号を取得するための方法において、
直前に取得の前記デジタル信号、及び該デジタル信号に変換されたアナログ信号の一方を基準信号として、以降に得られるデジタル信号、及び該デジタル信号に変換されるアナログ信号の一方と該基準信号との間の差分を監視し、
該差分が予め定めた範囲外となった場合に、その時点で入力されるアナログ信号を変換して得られるデジタル信号を取得する、
ことを特徴とするアナログ／デジタル変換方法。
【請求項３】
アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するための方法において、
前記アナログ信号の時間変化に着目して、該アナログ信号を前記デジタル信号に変換するタイミングを動的に変更し、
該動的に変更するタイミングで前記アナログ信号をサンプリングして前記デジタル信号に変換する、
ことを特徴とするアナログ／デジタル変換方法。
【請求項４】
アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路において、
前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段が直前に変換したアナログ信号を保持する信号保持手段と、
前記信号保持手段に保持されたアナログ信号を、以降に入力されるアナログ信号と比較する比較手段と、
前記比較手段が比較するアナログ信号間の差分が予め定めた範囲外となった場合に、その時点で入力されるアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換手段により前記デジタル信号に変更させ、該アナログ信号を前記信号保持手段に保持させる制御手段と、
を具備することを特徴とするアナログ／デジタル変換回路。
【請求項５】
アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路において、
前記アナログ信号の時間変化に着目して、該アナログ信号を前記デジタル信号に変換するタイミングを動的に決定するタイミング決定手段と、
前記タイミング決定手段が動的に決定するタイミングに従って、前記アナログ信号をサンプリングしてデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
を具備することを特徴とするアナログ／デジタル変換回路。
【請求項６】
前記Ａ／Ｄ変換手段が前記デジタル信号への変換を行ってから次の変換を行うまでの時間間隔を計時する計時手段、
を更に具備することを特徴とする請求項４、または５記載のアナログ／デジタル変換回路。
【請求項７】
前記デジタル信号を取得する信号取得手段と、
前記信号取得手段が前記デジタル信号を取得してから次のデジタル信号を取得するまでの時間間隔を示す時間情報を取得する情報取得手段と、
前記信号取得手段が取得したデジタル信号、及び前記情報取得手段が取得した時間情報を用いて、予め定められた一定期間におけるデジタル信号の値を算出する値算出手段と、
を具備することを特徴とする請求項４、または５記載のアナログ／デジタル変換回路。
【請求項８】
前記値算出手段は、前記信号取得手段が取得したデジタル信号の値に対して前記情報取得手段が取得の時間情報に応じた加重を行い、前記一定期間におけるデジタル信号の値として平均化した値、及び累算した値の少なくとも一方を算出する、
ことを特徴とする請求項７記載のアナログ／デジタル変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子製品の多くは、アナログ信号をＡ／Ｄ変換によりデジタル信号（デジタル値）に変換してデータ処理を行い、その制御に反映させるようになっている。そのアナログ信号は、例えばセンサから出力されるものである。
【０００３】
そのアナログ信号は、非常にノイズの影響を受けやすい。そのため、ノイズが重畳したアナログ信号をＡ／Ｄ変換することも多いのが実情である。このことから、図１に示すような加重平均の演算を行い、一定期間におけるデジタル信号（サンプリング値）を算出することが一般的に行われている。図１に示す例は、一定期間内に７回のサンプリングを行う場合のものである。図中、「変換値」はアナログ信号を変換して得られるデジタル信号の値（サンプリング値）を示している。平均値としては、それまでに得られたデジタル信号の値から求められる平均値も併せて示してある。加重平均の演算では、Ａ／Ｄ変換によって得たデジタル信号（サンプリング値）毎にそれぞれ一定の数値を付加（加重）する形で積分を行うことにより、ノイズの影響が軽減される。
【０００４】
従来のアナログ／デジタル変換回路は、その演算のために、一定期間内に複数回、サンプリングを予め定めた時間間隔で行うようになっていた。その時間間隔は、一つのデジタル信号を得る一定期間の数分の一であるために、非常に小さいのが普通である。そのため、サンプリングによって得られるデジタル信号を処理するＣＰＵ等のデータ処理装置の負荷が重いという問題点があった。
【０００５】
現在では、電子製品に対する多機能化や低コスト化が強く求められている。それにより、デジタル信号を処理するデータ処理装置には、その処理以外の処理も併せて行わせる必要性が高まっている。このことから、デジタル信号の処理にかかる負荷をより低減させることは非常に重要であると考えられる。その処理の精度を維持させることも非常に重要である。
【０００６】
アナログ信号へのノイズの重畳に対応させた従来のアナログ／デジタル変換回路としては、特許文献１に記載されたものがある。その特許文献１に記載された従来のアナログ／デジタル変換回路では、アナログ信号が入力される端子、及びグラウンドに接続した端子を有するスイッチをＡ／Ｄ変換器の前段に設け、ノイズの検出結果に応じてそのスイッチの切り換えを行うようにしている。それにより、ノイズを検出した際にはＡ／Ｄ変換器にグラウンドを接続させて、ノイズが重畳したアナログ信号のサンプリングを行わないようにさせている。
【０００７】
特許文献１に記載された従来のアナログ／デジタル変換回路では、上記スイッチの切り換えによってサンプリングする対象が変化するために、データ処理装置にはその変化に対応させる処理を行わせなければならない。このため、デジタル信号の処理にかかる負荷はより重くなることとなる。
【特許文献１】特開平７−２１０３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、アナログ信号を変換して得られるデジタル信号の処理の精度を維持させつつ、その処理にかかる負荷を軽減するための技術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】
本発明の第１の態様のアナログ／デジタル変換方法は、アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するために適用されることが前提であり、デジタル信号に直前に変換したアナログ信号を基準信号として、以降に入力されるアナログ信号と該基準信号との間の差分を監視し、該差分が予め定めた範囲外となった場合に、その時点で入力されるアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。
【００１０】
本発明の第２の態様のアナログ／デジタル変換方法は、アナログ信号をサンプリングして変換することにより得られるデジタル信号を取得するために適用されることが前提であり、直前に取得のデジタル信号、及び該デジタル信号に変換されたアナログ信号の一方を基準信号として、以降に得られるデジタル信号、及び該デジタル信号に変換されるアナログ信号の一方と該基準信号との間の差分を監視し、該差分が予め定めた範囲外となった場合に、その時点で入力されるアナログ信号を変換して得られるデジタル信号を取得する。
【００１１】
本発明の第３の態様のアナログ／デジタル変換方法は、アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するために適用されることが前提であり、アナログ信号の時間変化に着目して、該アナログ信号をデジタル信号に変換するタイミングを動的に変更し、該動的に変更するタイミングでアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。
【００１２】
本発明の第１の態様のアナログ／デジタル変換回路は、アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換することを前提とし、アナログ信号をサンプリングしてデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が直前に変換したアナログ信号を保持する信号保持手段と、信号保持手段に保持されたアナログ信号を、以降に入力されるアナログ信号と比較する比較手段と、比較手段が比較するアナログ信号間の差分が予め定めた範囲外となった場合に、その時点で入力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換手段によりデジタル信号に変更させ、該アナログ信号を信号保持手段に保持させる管理手段と、を具備する。
【００１３】
本発明の第２の態様のアナログ／デジタル変換回路は、アナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換することを前提とし、アナログ信号の時間変化に着目して、該アナログ信号をデジタル信号に変換するタイミングを動的に決定するタイミング決定手段と、タイミング決定手段が動的に決定するタイミングに従って、アナログ信号をサンプリングしてデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、を具備する。
【００１４】
本発明の第３の態様のアナログ／デジタル変換回路は、上記第１、或いは第２の態様における構成に加えて、Ａ／Ｄ変換手段がデジタル信号への変換を行ってから次の変換を行うまでの時間間隔を計時する計時手段、を更に具備する。
【００１５】
本発明の第４の態様のアナログ／デジタル変換回路は、上記第１、或いは第２の態様における構成に加えて、デジタル信号を取得する信号取得手段と、信号取得手段がデジタル信号を取得してから次のデジタル信号を取得するまでの時間間隔を示す時間情報を取得する情報取得手段と、信号取得手段が取得したデジタル信号、及び情報取得手段が取得した時間情報を用いて、予め定められた一定期間におけるデジタル信号の値を算出する値算出手段と、を更に具備する。
【００１６】
なお、上記値算出手段は、信号取得手段が取得したデジタル信号の値に対して情報取得手段が取得の時間情報に応じた加重を行い、一定期間におけるデジタル信号の値として平均化した値、及び累算した値の少なくとも一方を算出する、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、アナログ信号の時間変化に着目、例えばデジタル信号に直前に変換したアナログ信号を基準信号として、以降に入力されるアナログ信号と基準信号との間の差分に着目して、アナログ信号をデジタル信号に変換するタイミングを動的に変更し、動的に変更するタイミングでアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。
【００１８】
そのタイミングを動的に変更することにより、必要な時に必要なデジタル信号を取得することができるようになる。デジタル信号を取得する必要が無い時、或いはその必要性が低い時にはその取得を回避させることができる。このため、アナログ信号を変換して得られるデジタル信号の処理の精度を維持させつつ、その処理にかかる負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本実施の形態によるアナログ／デジタル変換回路が適用されたサンプリングシステムの構成を説明する図である。図２中、本実施の形態によるアナログ／デジタル変換回路は、コンパレータ１１、Ａ／Ｄコンバータ１２、スイッチ１３、コンデンサ１４、及びタイマ１５により構成される。
【００２０】
アナログ信号Ａｉｎは、例えば不図示のセンサから出力されるものであり、Ａ／Ｄコンバータ１２、及びコンパレータ１１の非反転入力端子（＋）に入力される。そのコンバータ１２は、コンパレータ１１の出力信号を起動信号としてサンプリング動作を行い、その動作によってアナログ信号Ａｉｎをデジタル信号（サンプリング値）Ｄｏｕｔに変換して出力する。
【００２１】
スイッチ１３は、Ａ／Ｄコンバータ１２とタイマ１５の間に配置されている。コンデンサ１４の２つの端子の一方はグラウンドに接続され、他方はそのスイッチ１３、及びコンパレータ１１の反転入力端子（−）とそれぞれ接続されている。
【００２２】
スイッチ１３が閉となると、コンデンサ１４にはアナログ信号Ａｉｎがチャージされる。そのため、コンパレータ１１は、コンデンサ１４にチャージされたアナログ信号Ａｉｎを基準信号として、それ以降に非反転入力端子に入力するアナログ信号Ａｉｎと基準信号の間で比較（例えば電圧値での比較）を行い、その比較結果を出力信号に反映させるようになっている。
【００２３】
本実施の形態では、非反転入力端子に入力したアナログ信号Ａｉｎと基準信号との間の差分が予め定めた範囲内であるか否かに応じて、出力信号（比較結果）を変化させるようにしている。それにより、その出力信号は、アナログ信号Ａｉｎの電圧値が基準信号のそれよりも一定値以上、大きいか、或いは一定値以上、小さい場合にのみアクティブとさせて、Ａ／Ｄコンバータ１２にアナログ信号Ａｉｎのデジタル信号Ｄｏｕｔへの変換を行わせている。
【００２４】
データ処理装置であるＣＰＵ２０は、実行するプログラムや各種制御用データを格納したＲＯＭ２１、及びワークに用いるＲＡＭ２２を備えたものである。そのＲＯＭ２１に格納されたプログラムを実行することにより、デジタル信号Ｄｏｕｔの処理、及び不図示の機器、或いはデバイスなどの制御のための処理を行う。
【００２５】
図３は、本実施の形態によるアナログ／デジタル変換回路が適用されたサンプリングシステムの動作を説明する図である。ここで図３を参照して、そのシステムの動作について具体的に説明する。
【００２６】
サンプリングシステムの動作は、３状態に分けることができる。つまりサンプリングを行っているサンプリング状態、コンデンサ１４にアナログ信号Ａｉｎをチャージするチャージ状態、及び基準信号とアナログ信号Ａｉｎの比較を行っている比較実行状態、に分けることができる。図３中、上段のサンプリングシステムはサンプリング状態時、中段のそれはチャージ状態時、下段のそれは比較実行状態時、の動作をそれぞれ表している。
【００２７】
コンパレータ１１の出力信号がアクティブになると、Ａ／Ｄコンバータ１２はアナログ信号Ａｉｎをサンプリングし、デジタル信号Ｄｏｕｔを出力する。それにより、ＣＰＵ２０は、そのデジタル信号Ｄｏｕｔを入力しＲＡＭ２２に格納する。その一方では、タイマ１５からタイマ値を取得してＲＡＭ２２に併せて格納し、タイマ１５には時間の計時を終了させ、そのタイマ値をクリアさせるために停止信号を出力する。
【００２８】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、サンプリングが終了すると、その旨を示す割り込み信号を出力する。その割り込み信号は、ＣＰＵ２０の他にスイッチ１３にも出力される。スイッチ１３は、その割り込み信号の出力により開から閉となる。それにより、チャージ状態に遷移し、アナログ信号Ａｉｎはスイッチ１３を介してコンデンサ１４、及びタイマ１５に出力される。その結果、コンデンサ１４はアナログ信号Ａｉｎをチャージし、タイマ１５は時間の計時を新たに開始する。
【００２９】
割り込み信号の出力が終了すると、チャージ状態から比較実行状態に遷移する。その比較実行状態では、コンパレータ１１は基準信号とアナログ信号Ａｉｎの比較を行い、その比較結果を出力信号として出力している。それにより、アナログ信号Ａｉｎの変化は基準信号と比較する形で監視される。この結果、アナログ信号Ａｉｎと基準信号との間の差分が予め定めた範囲内でなくなると、コンパレータ１１からアクティブの出力信号がＡ／Ｄコンバータ１２に出力されて、サンプリング状態に遷移することになる。
【００３０】
図４は、アナログ信号Ａｉｎによるサンプリングタイミングを説明する図である。図中、サンプリングタイミングは「Ａ／Ｄ変換タイミング」と表記している。それにより、図４は、波形で示す時間変化をするアナログ信号Ａｉｎを入力している間に３回、サンプリングを行ったことを表している。
【００３１】
アナログ信号Ａｉｎの波形を描いた領域には、時間軸に平行に破線を複数、引いている。それらの破線は、直前のサンプリングタイミングでサンプリングしたアナログ信号Ａｉｎを基準信号として、次のサンプリングを行う対象となるアナログ信号Ａｉｎのレベル（アナログ値（電圧値））を示したものである。それにより、図４に示すタイミングでサンプリングが行われる。
【００３２】
破線間は、アナログ信号Ａｉｎの変化を無視できるキャンセル幅として作用する。そのため、基準信号と比較して、アナログ信号Ａｉｎが或る程度、変化しなければサンプリングは行われない。それにより、多少のノイズや、アナログ信号Ａｉｎのノイズ以外の原因による一時的な小さい変動によってサンプリング頻度が不要に高くなるのを確実に防止することができる。
【００３３】
例えば、自動車に搭載されるエアバックは、必要な時にのみ動作させれば良いものである。それ以外にも、必要な時にのみ動作させれば良いものは多い。そのようなものの動作制御を行うために、従来はセンサからのアナログ信号を変換して得られるデジタル信号を常に監視していた。
【００３４】
しかし、本実施の形態では、その監視はデータ処理装置側でなく、アナログ／デジタル変換回路側で行わせることができる。このため、データ処理装置側では、アナログ／デジタル変換回路からデジタル信号が出力されたときにのみ、それに応じた処理を行えば済むようになる。その処理は、割り込み処理として行わせることも容易となる。それにより、必要な時のみに必要な動作を行わせるための用途に適用させた場合には、処理精度を維持させつつ、データ処理装置側の処理にかかる負荷を大きく低減させることができる。この結果、データ処理装置を別の用途にもより容易に用いることができることとなる。
【００３５】
一定時間におけるデジタル信号の値（ここでは便宜的に平均値を仮定する）を求めるといったデジタル信号の常時の監視が必要とされる場合であっても、処理精度は少なくとも維持させることができる。アナログ信号Ａｉｎの時間変化が比較的に穏やかであれば、サンプリング間隔は大きくなるが、その時間変化が小さいために平均値は高い精度で求めることができる。処理にかかる負荷は大きく低減する。その時間変化が比較的に大きければ、サンプリング間隔は小さくなることから、平均値は高い精度で求めることができる。
【００３６】
図５は、一定時間内に得られるデジタル信号Ｄｏｕｔの値から平均値を求める方法を説明する図である。図中のＡ／Ｄ変換タイミング、及び破線を共に図４と同じことを意味している。
【００３７】
サンプリング間隔がどうなるかは事前に知ることはできない。そのため、その間隔を示すタイマ値によるデジタル信号Ｄｏｕｔの値（変換値）に対する加重を行い、平均値を求めるようになっている。図５では、最終的に求められた平均値は４であることを表している。
【００３８】
図６は、デジタル信号入力処理のフローチャートである。Ａ／Ｄコンバータ１２からのデジタル信号Ａｉｎの入力、及び一定時間におけるデジタル信号Ａｉｎの平均値を算出するために実行される処理である。次に図６を参照して、その入力処理について詳細に説明する。その入力処理は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ１２がサンプリング開始時に出力する割り込み信号、或いは一定時間の経過によって出力されるタイマ割り込み信号によって起動される。入力処理自体は、ＲＯＭ２１に格納されたプログラムをＣＰＵ２０が実行することで実現される。
【００３９】
先ず、ステップＳ１では、デジタル信号（図中「サンプリング値」）Ｄｏｕｔを入力する状況か否か判定する。この入力処理がＡ／Ｄコンバータ１２からの割り込み信号によって起動されていた場合、判定はＹＥＳとなってステップＳ２に移行する。そうでない場合には、判定はＮＯとなってステップＳ４に移行する。
【００４０】
ステップＳ２では、Ａ／Ｄコンバータ１２からデジタル信号Ｄｏｕｔを入力し、タイマ１５からタイマ値を取得する。続くステップＳ３では、入力したデジタル信号Ｄｏｕｔ、及びタイマ値をＲＡＭ２２に格納する。その後はステップＳ４に移行して、一定時間が経過したか否か判定する。この入力処理がタイマ割り込み信号によって起動されていた場合、判定はＹＥＳとなってステップＳ５に移行し、ＲＡＭ２２に格納されているデジタル信号Ｄｏｕｔ、及びタイマ値を用いて平均値を算出した後、一連の処理を終了する。そうでない場合には、判定はＮＯとなり、ここで一連の処理を終了する。
【００４１】
アナログ信号Ａｉｎの時間変化に着目することにより、Ａ／Ｄコンバータ１２がデジタル信号Ｄｏｕｔを出力する時間間隔は動的に、その変化の程度に応じて変化する。通常、その時間間隔は従来と比較してより大きくなる。そのため、上記デジタル信号入力処理はより小さい頻度で実行すれば済むようになる。この結果、従来と比較して、処理の負荷は大幅に軽減することとなる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、コンパレータ１１の出力信号によりＡ／Ｄコンバータ１２を動作させるようにしているが、Ａ／Ｄコンバータ１２をそれ以外の出力信号により動作させるようにしても良い。それにより、例えば図７に示すように、コンパレータ１１の出力信号がアクティブになってサンプリングを行うと、その出力信号に係わらず、続けて短い間隔でサンプリングを１回以上、行わせるようにしても良い。その１回以上のサンプリングは、ＣＰＵ２０により行わせても良い。
【００４３】
また、本実施の形態では、コンデンサ１４にチャージしたアナログ信号Ａｉｎである基準信号をアナログ信号Ａｉｎと比較することにより、サンプリングすべきタイミングを動的に決定するようにしているが、その基準信号は別に用意しても良い。それにより、アナログ信号Ａｉｎが固定的に用意した基準信号の何れかを越えた、或いは下回った場合にサンプリングを行わせても良い。
【００４４】
一定期間におけるデジタル信号Ｄｏｕｔの値としては、その平均値を算出するようにしているが、その累算した値を算出するようにしても良い。また、コンパレータ１１の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２の起動に用いる他に、そのコンバータ１２から出力されるデジタル信号ＤｏｕｔのＣＰＵ２０への入力に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】一定時間内に得られるデジタル信号の値から平均値を求める従来における方法を説明する図である。
【図２】本実施の形態によるアナログ／デジタル変換回路が適用されたサンプリングシステムの構成を説明する図である。
【図３】本実施の形態によるアナログ／デジタル変換回路が適用されたサンプリングシステムの動作を説明する図である。
【図４】アナログ信号によるサンプリングタイミングを説明する図である。
【図５】一定時間内に得られるデジタル信号の値から平均値を求める方法を説明する図である。
【図６】デジタル信号入力処理のフローチャートである。
【図７】アナログ信号によるサンプリングタイミングを説明する図である（他の実施の形態）。
【符号の説明】
【００４６】
１１    コンパレータ
１２    Ａ／Ｄコンバータ
１３    スイッチ
１４    コンデンサ
１５    タイマ
２０    ＣＰＵ
２１    ＲＯＭ
２２    ＲＡＭ
【図１】
2006135436.tif 000003
【図２】
2006135436.tif 000004
【図３】
2006135436.tif 000005
【図４】
2006135436.tif 000006
【図５】
2006135436.tif 000007
【図６】
2006135436.tif 000008
【図７】
2006135436.tif 000009