(57)【要約】サンプル毎に適切にレベル制御されたデジタル信号を得ることを可能にする。入力信号は利得１倍、２倍、４倍、８倍の各増幅器へ供給され、これら増幅器の出力はそれぞれ、同一特性の対応するＡＤ変換器でデジタル信号に同時に変換されてデータ選択部に入力される。データ選択部では入力信号が大きい時、大きい利得の増幅器を通過した信号に対するＡＤ変換器はオーバフローしてオーバビットが“１”となる。ＡＤ変換器のオーバビットが“０”のＡＤ変換器に接続された増幅器中の最大利得の増幅器と接続されたＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択して出力する。そのデジタル信号をスケール補正して出力する。
2003067764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号のレベルを制御する少なくとも１つのレベル制御器と、
少なくとも１つのＡＤ変換器と、
入力信号をデジタル変換した信号又は入力信号がレベル制御され、かつデジタル変換された信号を、上記入力信号のレベルの大きさに応じて出力させる選択手段と、
を具備することを特徴とするＡＤ変換装置。
【請求項２】
上記ＡＤ変換器として、レベル制御されていない上記入力信号をデジタル信号に変換する１つのＡＤ変換器と、対応するレベル制御器でレベル制御された信号をデジタル信号に変換する少なくとも１つのＡＤ変換器とが設けられ、
上記選択手段は、上記複数のＡＤ変換器で変換されたデジタル信号に応じて、これらデジタル信号の１つを選択し、出力する手段である
ことを特徴とする請求項１に記載のＡＤ変換装置。
【請求項３】
上記選択手段は、上記複数のＡＤ変換器がその入力信号のレベルの大きさの順に順番付けされた場合に、出力デジタル信号のオーバビットが“１”であるＡＤ変換器の次の順番のオーバビットが“０”であるＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択する手段である
ことを特徴とする請求項２に記載のＡＤ変換装置。
【請求項４】
上記選択手段は、上記各ＡＤ変換器よりのデジタル信号と基準値とを比較する複数の比較器と、上記複数のＡＤ変換器がその入力信号のレベルの大きさの順に順番付けされた場合に、比較器出力が基準値以上である比較器と対応するＡＤ変換器の、次の順番の比較器出力が基準値以下である比較器と対応するＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択する手段である
ことを特徴とする請求項２に記載のＡＤ変換装置。
【請求項５】
上記ＡＤ変換器として、レベル制御されていない上記入力信号をデジタル信号に変換する第１ＡＤ変換器と、対応するレベル制御器でレベル制御された信号をデジタル信号に変換する第２ＡＤ変換器とが設けられ、
上記選択手段は、レベル制御された信号をデジタル信号に変換する上記第２ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号のオーバビットが“０”から“１”になると、上記第１ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号を直ちに選択出力し、上記第２ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号のオーバビットが“１”から“０”になっても、この“０”の状態が予め設定された時間内に“１”に変わったときには上記第１ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号の選択を保持する手段である
ことを特徴とする請求項１に記載のＡＤ変換装置。
【請求項６】
上記ＡＤ変換器として１個の主ＡＤ変換器が設けられ、
上記選択手段は、上記入力信号が入力され、上記主ＡＤ変換器よりも分解能が小さいレンジ選択用ＡＤ変換器と、このレンジ選択用ＡＤ変換器によって変換されたデジタル信号に応じて１つのレベル制御器からの出力信号又はレベル制御されていない上記入力信号を上記主ＡＤ変換器へ供給する選択スイッチ部とを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のＡＤ変換装置。
【請求項７】
上記デジタル信号の選択状態を表わす選択情報を生成する選択情報生成部と、
上記レベル制御器毎にその出力補正特性が記憶されているルックアップテーブルと、
上記選択されたデジタル信号の特性を、上記選択情報に応じて上記ルックアップテーブルの１つを参照して補正する特性補正部と、
を具備することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１つに記載のＡＤ変換装置。
【請求項８】
上記レベル制御器の選択状態を表わす選択情報を生成する選択情報生成部と、
上記レベル制御器毎にその出力補正特性が記憶されているルックアップテーブルと、
上記主ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号の特性を、上記選択情報に応じて上記ルックアップテーブルの１つを参照して補正する特性補正部と、
を具備することを特徴とする請求項６に記載のＡＤ変換装置。
【請求項９】
上記デジタル信号の選択状態を表わす選択情報を生成する選択情報生成部と、
入力信号のレベルに応じたスケール補正データが記憶されているルックアップテーブルと、
上記選択されたデジタル信号を、上記選択情報に応じて上記ルックアップテーブルの１つを参照して入力信号のレベルの大きさに応じたデジタル信号に補正するスケール補正部と、
を具備することを特徴とする請求項２乃至５及び７の何れか１つに記載のＡＤ変換装置。
【請求項１０】
上記レベル制御器の選択状態を表わす選択情報を生成する選択情報生成部と、
入力信号のレベルに応じたスケール補正データが記憶されているルックアップテーブルと、
上記主ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号を、上記選択情報に応じて上記ルックアップテーブルの１つを参照して入力信号のレベルの大きさに応じたデジタル信号に補正するスケール補正部と、
を具備することを特徴とする請求項６又は８に記載のＡＤ変換装置。
【請求項１１】
上記レベル制御器はその利得が固定であることを特徴とする請求項１に記載のＡＤ変換装置。
【請求項１２】
上記レベル制御器はその利得が予め設定可能であることを特徴とする請求項１に記載のＡＤ変換装置。
【請求項１３】
レベルの小さい入力信号はレベル制御した後、レベルの大きい入力信号はレベル制御することなく又はレベル制御した後、それぞれデジタル信号に変換する段階と、
上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“１”であるときには上記レベルの大きい入力信号に基づくデジタル信号を選択し、上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“０”であるときには上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号を選択する段階と、
を含むことを特徴とするＡＤ変換方法。
【請求項１４】
上記選択段階は、上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“０”から“１”になると、直ちに上記レベルの大きい入力信号に基づくデジタル信号を選択し、上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“１”から“０”になっても、この“０”の状態が予め設定された時間内に“１”に変わったときには上記レベルの大きい入力信号に基づくデジタル信号の選択を保持する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のＡＤ変換方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は入力信号をデジタル信号に変換するＡＤ（アナログ−デジタル）変換装置及び方法に関し、詳しく言うと、信号レベルのダナミックレンジが広く、かつ周波数が比較的高い入力信号をデジタル信号に変換することができるＡＤ変換装置及び方法に関する。
背景技術
例えばスペクトラムアナライザ、ネットワークアナライザなどにおいては、入力信号を、例えば１〜２１．４ＭＨｚ程度の中間周波数の信号に変換し、この中間周波数の信号をデジタル信号に変換して処理することが行われている。この場合、入力信号をデジタル信号に変換するＡＤ（アナログ−デジタル）変換装置として、１００ｄＢを越えるダイナミックレンジと、４２．８Ｍサンプル／秒以上の高いサンプリングレートを有するものが要求される。このような要求を満たすＡＤ変換装置は著しく高価なものとなる。
このような問題を解決するＡＤ変換装置が米国特許第５，８４４，５１２号（１９９８年１２月１日発行）において提案されている。図１はこの米国特許第５，８４４，５１２号の図４に示されたＡＤ変換装置を簡単化して示すブロック図であり、以下、図１を参照してこのＡＤ変換装置の概略の構成及び動作について説明する。
図１に示すように、入力端子１１よりの入力信号はアンチエイリアシング・フィルタ１２と包絡線検波器１４とに供給される。アンチエイリアシング・フィルタ１２を通過した入力信号は可変利得増幅器１３へ供給される。一方、包絡線検波器１４に入力された入力信号はその包絡線が検出され、その検出出力は推奨利得として利得調整器１５に入力される。利得調整器１５は包絡線検波器１４の出力レベルと可変利得増幅器１３に設定されている利得とを参照して、可変利得増幅器１３の出力レベルが所定の範囲に入るように、可変利得増幅器１３の利得を変更設定する。なお、包絡線検波器１４は上記米国特許第５，８４４，５１２号の図４に示された推奨利得検出器４８に対応し、また、利得調整器１５は米国特許第５，８４４，５１２号の図４に示された利得設定ルールプロセッサ５０に対応する。
このようにして入力信号は可変利得増幅器１３により所定のレベル範囲の信号に増幅されてサンプルアンドホールド回路１６に供給される。このサンプルアンドホールド回路１６において可変利得増幅器１３からの出力信号はサンプリングクロックＣＫＳによりサンプリングされ、そのサンプル値が保持される。サンプルアンドホールド回路１６に保持されたサンプル値はＡＤ変換器１７によってデジタル信号（デジタル値）に変換され、補正処理部１８に供給される。この補正処理部１８は入力されたデジタル信号を、利得調整器１５からの出力信号に応じてルックアップテーブル１９を参照することにより、補正する。例えば、可変利得増幅器１３の入出力特性の理想特性からのずれによって生じるデジタル信号の誤差を補正し、さらに、可変利得増幅器１３に対する設定利得に応じて、この可変利得増幅器１３によって増幅される前の入力信号のレベルを示すデジタル信号に補正する。この補正されたデジタル信号は補正処理部１８の出力端子２１に出力される。なお、補正処理部１８は上記米国特許第５，８４４，５１２号の図４に示されたスケーリングプロセッサ６４に対応する。
図１に示した先行技術のＡＤ変換装置においては、包絡線検波器１４により入力信号のレベルを検出し、その検出レベルに応じて可変利得増幅器１３の利得を設定している。包絡線検波器１４は時定数を持ち、遅れを伴うために、先行技術では可変利得増幅器１３の前段にアンチエイリアシング・フィルタ１２を挿入してエイリアシングを除去すると共に、入力信号を遅延させてタイミングを合せ、入力信号のレベルを、可変利得増幅器１３により制御している。しかしながら、アンチエイリアシング・フィルタ１２や遅延線は群遅延が一定で、かつ振幅の周波数特性が一定でないと、入力信号はこのアンチエイリアシング・フィルタ１２や遅延線により歪みを受け、入力信号を精度よくデジタル信号に変換することができない。
また、入力信号の包絡線検波によりそのレベルを検出しているため、例えば図２Ａに示すように、実線２２で示す入力信号に対し、利得は破線２３で示すようにレベルＬ１で８倍、レベルＬ２で４倍、レベルＬ３で２倍、レベルＬ４で１倍に設定され、複数のサンプルごとに変化される。図２Ａ中にサンプル点２４の例を黒丸で示す。このため、入力信号の周波数を掃引した（変化させた）信号を入力し、アナログ−デジタル変換を行ない、このデジタル信号にデジタル正弦波信号と余弦波信号を乗算し、これら乗算値の二乗和を取り、入力信号の振幅周波数特性を求めると、例えば図２Ｂに示すように、可変利得増幅器１３の利得の切替え箇所２５でレベルがステップ的に変化した波形、つまり、不連続的な波形となり、正しい表示が得られない。
さらに、可変利得増幅器１３の利得を切替えた際に増幅出力信号に髪状の雑音（インパルス状のノイズ）が発生するが、この雑音部分がサンプルアンドホールド回路１６におけるサンプリング時点と一致すると雑音をサンプリングしてしまい、誤ったデジタル信号を出力してしまう。
発明の開示
この発明の１つの目的は、上述した先行技術の課題を解決することができるＡＤ変換装置を提供することである。
この発明の他の目的は、上述した先行技術の課題を解決することができるＡＤ変換方法を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一面においては、少なくとも１つのＡＤ変換器と、入力信号をデジタル変換した信号又は入力信号がレベル制御され、かつデジタル変換された信号を、上記入力信号のレベルの大きさに応じて出力させる選択手段とを具備するＡＤ変換装置が提供される。
この発明の一形態によれば、上記ＡＤ変換器として、レベル制御されていない上記入力信号をデジタル信号に変換する１つのＡＤ変換器と、対応するレベル制御器でレベル制御された信号をデジタル信号に変換する少なくとも１つのＡＤ変換器とが設けられ、上記選択手段は、上記複数のＡＤ変換器で変換されたデジタル信号に応じて、これらデジタル信号の１つを選択出力する。
上記選択手段は、上記複数のＡＤ変換器がその入力信号のレベルの大きさの順に順番付けされた場合に、出力デジタル信号のオーバビットが“１”であるＡＤ変換器の次の順番のオーバビットが“０”であるＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択する手段であっても、或いは上記各ＡＤ変換器よりのデジタル信号と基準値とを比較する複数の比較器と、上記複数のＡＤ変換器がその入力信号のレベルの大きさの順に順番付けされた場合に、比較器出力が基準値以上である比較器と対応するＡＤ変換器の、次の順番の比較器出力が基準値以下である比較器と対応するＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択する手段であってもよい。
この発明の他の形態によれば、上記ＡＤ変換器として、レベル制御されていない上記入力信号をデジタル信号に変換する第１ＡＤ変換器と、対応するレベル制御器でレベル制御された信号をデジタル信号に変換する第２ＡＤ変換器とが設けられ、上記選択手段は、レベル制御された信号をデジタル信号に変換する上記第２ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号のオーバビットが“０”から“１”になると、上記第１ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号を直ちに選択出力し、上記第２ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号のオーバビットが“１”から“０”になっても、この“０”の状態が予め設定された時間内に“１”に変わったときには上記第１ＡＤ変換器から出力されるデジタル信号の選択を保持する。
この発明のさらに他の形態によれば、上記ＡＤ変換器として１個の主ＡＤ変換器が設けられ、上記選択手段は、上記入力信号が入力され、上記主ＡＤ変換器よりも分解能が小さいレンジ選択用ＡＤ変換器と、このレンジ選択用ＡＤ変換器によって変換されたデジタル信号に応じて１つのレベル制御器からの出力信号又はレベル制御されていない上記入力信号を上記主ＡＤ変換器へ供給する選択スイッチ部とを備えている。
上記レベル制御器としてその利得が固定であるもの、或いはその利得が予め設定可能であるものを使用することができる。
この発明の他の面においては、レベルの小さい入力信号はレベル制御した後、レベルの大きい入力信号はレベル制御することなく又はレベル制御した後、それぞれデジタル信号に変換する段階と、上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“１”であるときには上記レベルの大きい入力信号に基づくデジタル信号を選択し、上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“０”であるときには上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号を選択する段階とを含むＡＤ変換方法が提供される。
この発明の好ましい一形態においては、上記選択段階は、上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“０”から“１”になると、直ちに上記レベルの大きい入力信号に基づくデジタル信号を選択し、上記レベルの小さい入力信号に基づくデジタル信号のオーバビットが“１”から“０”になっても、この“０”の状態が予め設定された時間内に“１”に変わったときには上記レベルの大きい入力信号に基づくデジタル信号の選択を保持する段階をさらに含む。
この発明によれば、入力信号の各サンプル毎に、入力信号に対して適切なレベル範囲が決定され、それに応じて入力信号をレベル制御して或いはレベル制御せずにデジタル信号に変換するから、先行技術のように包絡線検波器や利得調整器を使用する必要がなくなり、入力信号を高い精度でデジタル信号に変換することができる。また、先行技術のように、複数のサンプル毎に増幅器の利得を制御するのではなく、各増幅器で増幅され、デジタル信号に変換されたものを選択するため、より精度の高いデジタル信号が得られ、しかも、利得の制御に伴う髪状雑音が発生する恐れもない。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明の好ましい実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、この発明は多くの異なる形態で実施可能であるから、以下に述べる実施例にこの発明が限定されると解釈するべきではない。後述の実施例は、以下の開示が十分で、完全なものであり、この発明の範囲をこの分野の技術者に十分に知らせるために提供されるものである。
まず、図３乃至図７を参照してこの発明によるＡＤ変換装置の第１実施例について詳細に説明する。
図３はこの発明によるＡＤ変換装置の第１実施例を示すブロック図であり、入力端子３１よりの入力信号はアンチエイリアシング・フィルタ３２を通過した後、互いに利得が異なるこの第１実施例では４つの増幅器（又は互いに制御量が異なる４つのレベル制御器）３３−１〜３３−４へ供給される。これら増幅器３３−１〜３３−４の利得は固定であり、この例では第１増幅器３３−１は利得が１に、第２増幅器３３−２は利得が２に、第３増幅器３３−３は利得が４に、第４増幅器３３−４は利得が８に設定されている。これら利得は単なる一例であり、他の値に設定しても、或いはこのように２のべき乗にしなくてもよい。
これら増幅器３３−１〜３３−４の出力は対応するＡＤ変換器３４−１〜３４−４へそれぞれ供給される。これらＡＤ変換器３４−１〜３４−４は同一特性のものであり、つまり、変換可能なレベル範囲が同一であり、かつ同一の分解能を持ち、クロック端子３５から供給される同一のクロックＣＫＳにより動作され、対応する増幅器３３−１〜３３−４の出力を、変換レベル範囲内では要求される分解能でデジタル信号にそれぞれ変換するものである。また、これらＡＤ変換器３４−１〜３４−４には、図示していないが、図１に示した先行技術のＡＤ変換装置のサンプルアンドホールド回路１６が内蔵されている。なお、サンプルアンドホールド回路が内蔵されていない場合には、ＡＤ変換器３４−１〜３４−４の前段にサンプルアンドホールド回路を設ける。
ＡＤ変換器３４−１〜３４−４よりの各出力デジタル信号はデータ選択部３６に入力される。データ選択部３６は、入力端子３１よりの入力信号のレベルの大きさに対応した適切なデジタル信号を選択して補正処理部３７へ供給する。この実施例では、データ選択部３６はＡＤ変換器３４−１〜３４−４からのデジタル信号を利用して、入力信号のレベルの大きさに応じたＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択する。つまり、入力信号レベルの予測される変動範囲を複数個に、この例では４つに、分割した分割レベル範囲（レンジ）の何れに入力信号のレベルが属するかに応じて、対応するＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択する。
周知のように、ＡＤ変換器３４−１〜３４−４はその入力信号のレベルがその変換可能レベル範囲より大きいと、オーバフローしてしまい、変換された出力デジタル信号のオーバビットが“１”となる。つまり、入力端子３１よりの入力信号を、ＡＤ変換器３４−１〜３４−４の動作範囲よりも大きくなるように増幅し過ぎた増幅器を入力とするＡＤ変換器の出力にはオーバビット“１”が立つ。従って、利得が大きい増幅器の出力を入力する順にＡＤ変換器３４−１〜３４−４を順序付け、この例では第４ＡＤ変換器３４−４を１番目、第３ＡＤ変換器３４−３を２番目とし、以下同様に順番を付け、これらＡＤ変換器３４−１〜３４−４中でオーバビット“１”が立っているＡＤ変換器を前記順番に調べ、最初にオーバビットが立っていない、即ち、オーバビットが“０”のＡＤ変換器の出力を選択すれば、適切なＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択することができる。
このオーバビットを調べることは逆にオーバビットが立っていない“０”のＡＤ変換器から順に調べ、最初にオーバビット“１”が立っているＡＤ変換器の１つ前のＡＤ変換器の出力を選択するようにしてもよい。要するに、オーバビットが“１”のＡＤ変換器に接続された増幅器のうちで利得が最小のものよりも、１段階利得が小さい増幅器が接続されたＡＤ変換器の出力データを選択する。逆に言えば、オーバビットが“０”のＡＤ変換器に接続された増幅器のうちで利得が最大のものに接続されたＡＤ変換器の出力データを選択すればよい。
このようにオーバビットを利用する選択は、例えば図４に示す回路構成のデータ選択部３６を使用することによって実施できる。図４に示すように、第１〜第４ＡＤ変換器３４−１〜３４−４の各出力デジタル信号を対応する第１〜第４ゲート３８−１〜３８−４へそれぞれ供給し、第４ＡＤ変換器３４−４のオーバビットを、インバータ３９−４を通じて第４ゲート３８−４の制御端子へ供給すると共に第３ＡＮＤ回路３９−３の非反転入力端子へも供給し、この第３ＡＮＤ回路３９−３の反転入力端子には第３ＡＤ変換器３４−３のオーバビットを供給する。また、第３ＡＤ変換器３４−３のオーバビットを第２ＡＮＤ回路３９−２の非反転入力端子へも供給し、この第２ＡＮＤ回路３９−２の反転入力端子には第２ＡＤ変換器３４−２のオーバビットを供給する。この第２ＡＤ変換器３４−２のオーバビットを第１ＡＮＤ回路３９−１の非反転入力端子へも供給し、この第１ＡＮＤ回路３９−１の反転入力端子には第１ＡＤ変換器３４−１のオーバビットを供給する。そして、これら第１〜第３ＡＮＤ回路３９−１〜３９−３の各出力を第１〜第３ゲート３８−１〜３８−３の各制御端子へ供給する。
上記構成によれば、入力信号レベルが分割された範囲（レンジ）のどれに入るかに応じて、適切な利得の増幅器に接続された１つのＡＤ変換器の出力デジタル信号のみが４つのゲート３８−１〜３８−４の１つを通過することになる。例えば、第２増幅器３３−２によって増幅された入力信号のレベルが第２ＡＤ変換器３４−２に対して適切なレベル範囲になる場合には、第３及び第４ＡＤ変換器３４−３及び３４−４の各オーバビットは“１”となり、インバータ３９−４の出力と第３ＡＮＤ回路３９−３の各出力は共に“０”となるから、第４及び第３ゲート３８−４及び３８−３は開らかれない。また、第１及び第２ＡＤ変換器３４−１及び３４−２の各オーバビットは共に“０”となり、従って、第１ＡＮＤ回路３９−１の出力は“０”となるから、第１ゲート３８−１も開らかれない。しかし、第２ＡＮＤ回路３９−２には第３ＡＤ変換器３４−３からのオーバビット“１”と、第２ＡＤ変換器３４−２からのオーバビット“０”が入力され、後者は反転されて“１”となるため、第２ＡＮＤ回路３９−２の出力は“１”となり、第２ゲート３８−２のみが開らかれる。よって、第２ＡＤ変換器３４−２の出力デジタル信号のみが出力されることになる。
ＡＤ変換器はその変換可能レベル範囲中の限界レベルに近い部分では変換の直線性が悪くなる場合がある。このような点も考慮して、例えば図５に示すような回路構成のデータ選択部３６を使用して適切なＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択するようにしてもよい。
図５に示す回路構成では、基準値を設定したレジスタ４１と第１〜第４の４つのデジタル比較器４２−１〜４２−４を設け、レジスタ４１に設定した基準値と、第１〜第４ＡＤ変換器３４−１〜３４−４の各出力デジタル信号とを対応するデジタル比較器４２−１〜４２−４においてそれぞれ比較する。第１〜第３比較器４２−１〜４２−３の出力をそれぞれ第１〜第３ＡＮＤ回路４３−１〜４３−３の反転入力端子へ供給し、第２〜第４比較器４２−２〜４２−４の出力をそれぞれ第１〜第３ＡＮＤ回路４３−１〜４３−３の非反転入力端子へ供給する。また、第４比較器４２−４の出力を、インバータ４３−４を通じて、第４ゲート３８−４の制御端子へ供給し、第１〜第３ＡＮＤ回路４３−１〜４３−３の出力をそれぞれ第１〜第３ゲート３８−１〜３８−３の制御端子へ供給する。
ここで、レジスタ４１に設定される基準値は、例えば各ＡＤ変換器３４−１〜３４−４の変換レベル範囲の上限値の８０％程度の値に選定する。また、第１〜第４比較器４２−１〜４２−４は、対応する第１〜第４ＡＤ変換器３４−１〜３４−４からのデジタル信号の方が基準値より大であれば“１”を出力し、小であれば“０”を出力するものとする。
上記構成によれば、図４を参照して上述したデータ選択部と同様に、例えば第２増幅器３３−２の出力が第２ＡＤ変換器３４−２の適切な変換レベル範囲内にあったとすると、第１及び第２比較器４２−１及び４２−２の各出力は“０”となり、第３及び第４比較器４２−３及び４２−４の各出力は“１”となるから、第１〜第３ＡＮＤ回路４３−１〜４３−３、及びインバータ４３−４の入力状態は、図４に示したデータ選択部の第１〜第３ＡＮＤ回路３９−１〜３９−３、及びインバータ３９−４の入力状態と同一となり、第２ゲート３８−２のみが開らかれる。よって、第２ＡＤ変換器３４−２の出力デジタル信号のみが選択されることになる。なお、上述した第１〜第４比較器４２−１〜４２−４の出力を利用したデジタル信号の選択に、前記オーバビットを利用した各種の選択手法を同様に用いることもできる。
第１〜第４ＡＤ変換器３４−１〜３４−４の出力デジタル信号から以上のようにして選択された１つのデジタル信号は補正処理部３７に送られる。この補正処理部３７には、この実施例では特性補正部４６とスケール補正部４８とが設けられており、入力されたデジタル信号は、必要に応じて、スケール補正部４８において入力端子３１に伝送されてきた入力信号を直接デジタル信号に変換した場合と同一値となるように、スケール合せが行なわれ、また、特性補正部４６において、増幅器３３−１〜３３−４の入出力特性が必ずしも所定の利得になっていない場合に、その補正も行なわれるように構成されている。
これらの補正は第１〜第４増幅器３３−１〜３３−４にそれぞれ対応して設けられた第１〜第４ルックアップテーブル４５−１〜４５−４を参照することによって行なわれる。例えば、第２増幅器３３−２と対応した第２ルックアップテーブル４５−２は、第２ＡＤ変換器３４−２の出力デジタル信号がデータ選択部３６によって選択されると、この第２ＡＤ変換器３４−２の出力デジタル信号が選択されたことを指示する選択情報がデータ処理部３６から補正処理部３７に送られることによって参照される。補正処理部３７の特性補正部４６は、対応する第２ルックアップテーブル４５−２を参照して第２増幅器３３−２の特性に関する補正データを入手し、第２増幅器３３−２の入力信号を、その増幅器３３−２に設定された本来の正しい利得で増幅した信号、この例では２倍に増幅した信号、を第２ＡＤ変換器３４−２でデジタル信号に変換したものと同じデジタル信号が読み出されるように、入力されたデジタル信号の特性を補正し、また、スケール補正部４８は、同じく第２ルックアップテーブル４５−２を参照してスケールに関する補正データを入手し、特性が補正されたデジタル信号を、入力端子３１に伝送されてきた入力信号に対応するデジタル信号にスケール補正するように構成されている。
データ選択部３６から補正処理部３７に供給される上述の選択情報を生成するために、例えば図４及び図５に示す回路構成では、第１〜第４ゲート３８−１〜３８−４の各制御端子へ供給される制御信号を選択情報生成部４７にも入力する。この選択情報生成部４７は、例えば入力された４ビットの制御信号を２ビットの符号に変換するエンコーダであり、選択情報生成部４７は入力された４ビットの制御信号を、例えば図６に示すように２ビットの選択情報に符号化する。具体的には、選択情報生成部４７は、利得１の第１増幅器３３−１に接続された第１ＡＤ変換器３４−１の出力が選択された場合には選択情報００を出力し、利得２の第２増幅器３３−２に接続された第２ＡＤ変換器３４−２の出力が選択された場合には選択情報０１を出力し、利得４の第３増幅器３３−３に接続された第３ＡＤ変換器３４−３の出力が選択された場合には選択情報１０を出力し、そして利得８の第４増幅器３３−４に接続された第４ＡＤ変換器３４−４の出力が選択された場合には選択情報１１を出力する。
従って、この第１実施例の場合には、例えば第２ＡＤ変換器３４−２の出力デジタル信号が選択されると、選択情報０１がデータ選択部３６から補正処理部３７に供給されるから、補正処理部３７の特性補正部４６及びスケール補正部４８は入力された選択情報０１に基づき、利得２の第２増幅器３３−２に対応する第２ルックアップテーブル４５−２を参照することになる。
スケール補正部４８におけるスケール補正処理、つまり、入力端子３１に到来した入力信号に対応するデジタル信号にスケールを補正する処理は、供給された選択情報に基づいてルックアップテーブルを参照し、データ選択部３６が選択したデジタル信号を出力したＡＤ変換器と接続されている増幅器の利得で選択されたデジタル信号を割算することによって実施できる。例えば、増幅器の利得が２であればデジタル信号を２で割算する。これは、スケール補正部４８においてデジタル信号をそれが格納されているレジスタ上において１ビット右へシフトすればよい。前述したように、第１〜第４増幅器３３−１〜３３−４の各利得を１、２、４、８のように２のべき乗に設定しておけば、このスケール補正はそのべき乗する数だけデジタルデータをレジスタ上において右へシフトすればよく、スケール補正処理が簡単になる。
なお、選択情報は補正処理部３７において、データ選択部３６が選択したデジタル信号を出力したＡＤ変換器と接続されている増幅器の利得を知ることができる情報であればどのようなものでもよい。図６に示したように４つのＡＤ変換器３４−１〜３４−４を２進数で番号付けした場合には、各番号に応じてスケール補正する利得と２進数番号との関係をルックアップテーブルに予め記載しておけばよい。或いは、補正処理部３７に各番号に応じてスケール補正する利得と２進数番号との関係を設けておけば、ルックアップテーブルを参照しなくても補正処理部３７のスケール補正部４８においてスケール補正を行なうことができる。
上述したように、この第１実施例においては、ＡＤ変換器３４−１〜３４−４から各サンプル毎に出力されるデジタル出力を利用して、入力信号に対して最も適切なレンジ（入力信号のレベル範囲）に対応した増幅器で増幅され、対応するＡＤ変換器で変換されたデジタル信号を選択するように構成されている。例えば、図７Ａに実線２２で示すような入力信号が入力端子３１に供給された場合、この入力信号２２が黒丸２４で示す点でサンプリングされるものとして、それらサンプル点２４の近傍を、特に時間軸を拡大して図７Ｂに示し、また、入力信号のレベル範囲の切替えレベル、つまり、何れの増幅器の出力をＡＤ変換するかの演算レベルを図７Ｂに示すようにＬ４、Ｌ３、Ｌ２とすると、入力信号のレベルがＬ４以上の場合には利得１の第１増幅器３３−１の出力をＡＤ変換したデジタル信号が選択され、レベルＬ３〜Ｌ４の範囲の場合には利得２の第２増幅器３３−２の出力をＡＤ変換したデジタル信号が選択され、レベルＬ２〜Ｌ３の範囲の場合には利得４の第３増幅器３３−３の出力をＡＤ変換したデジタル信号が選択され、レベルＬ２以下の場合には利得８の第４増幅器３３−４の出力をＡＤ変換したデジタル信号が選択されることになる。
このように、各サンプル毎にそのレベルに応じた利得の増幅器で増幅され、対応するＡＤ変換器の適切な変換可能レベル範囲内とされてデジタル信号に変換されたものが選択されるから、図２Ａに示した先行技術のように、複数のサンプル毎に増幅器の利得を制御する場合と比較して、より精度の高いデジタル信号が得られ、しかも、図２Ｂに示したような表示をする場合には、波形がステップ的に変化することなく、アナログ処理と同様な連続的に変化する精度のよい波形が得られる。また、増幅器の利得を制御するのではなく、各増幅器で増幅され、デジタル信号に変換されたものを選択するため、利得の制御に伴う髪状雑音が発生する恐れもない。
なお、ＡＤ変換器３４−１〜３４−４として１４ビットのものを用いれば、スケールを補正した後においては、レベルＬ４以上の入力信号に対する量子化誤差は２１４分の１であり、レベルＬ３〜Ｌ４の入力信号に対する量子化誤差は２１４分の１のさらに１／２であり、レベルＬ２〜Ｌ３の入力信号に対する量子化誤差は２１４分の１のさらに１／４であり、レベルＬ２以下の入力信号に対する量子化誤差は２１４分の１のさらに１／８である。
次に、図８乃至図１０を参照してこの発明によるＡＤ変換装置の第２実施例について詳細に説明する。
図８はこの発明によるＡＤ変換装置の第２実施例を示すブロック図であり、上記第１実施例と対応する部分や素子には同一参照符号を付け、必要のない限りそれらの説明を省略する。この第２実施例においては、入力端子３１よりの入力信号はアンチエイリアシング・フィルタ３２を通過した後、互いに利得が異なる第１〜第４増幅器（又は互いに制御量が異なる４つのレベル制御器）３３−１〜３３−４に供給されるが、これら第１〜第４増幅器３３−１〜３３−４から出力される信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換器は１つの主ＡＤ変換器３４だけである。ただし、第１〜第４増幅器３３−１〜３３−４から出力される信号は選択スイッチ５１により１つのみが選択されて主ＡＤ変換器３４へ供給されるように構成されている。なお、第１〜第４増幅器３３−１〜３３−４の利得は上記第１実施例の場合と同じであり、第１増幅器３３−１は利得が１に、第２増幅器３３−２は利得が２に、第３増幅器３３−３は利得が４に、第４増幅器３３−４は利得が８に設定されている。また、主ＡＤ変換器３４は図３に示した第１〜第４ＡＤ変換器３４−１〜３４−４と同様に、変換可能なレベル範囲内では要求される高分解能で入力信号をデジタル信号に変換する。
選択スイッチ５１は入力信号のレベルの大きさ、つまり、到来した入力信号のレベルが属するレンジ（レベル範囲）に応じて制御される。このため、アンチエイリアシング・フィルタ３２を通過した入力信号は分岐されてレンジ選択用ＡＤ変換器５２へ供給される。このレンジ選択用ＡＤ変換器５２は主ＡＤ変換器３４の分解能よりもかなり分解能が低いが、主ＡＤ変換器３４に対するサンプリング周波数よりも高い周波数のサンプリングパルスにより動作し、かつ主ＡＤ変換器３４が１つのサンプル点の信号を受信する前に、選択スイッチ５１による増幅器出力の選択が終了し、主ＡＤ変換器３４が次のサンプル点の信号を受信する前に、選択スイッチ５１が次の増幅器出力の選択を行なうことができるように、その動作速度が選定されている。
例えば、クロック発生器５３から、主ＡＤ変換器３４に供給するサンプリングクロックＣＫＳの周波数の２倍の周波数のクロックＣＫＡを発生させ、このクロックＣＫＡをレンジ選択用ＡＤ変換器５２に供給してレンジ選択用ＡＤ変換器５２をサンプリング動作させる。同時に、このクロックＣＫＡをサンプリングクロック生成部５４にも供給し、ここでその周波数を２分の１に分周すると共に位相を調整して、サンプリングクロックＣＫＳとして主ＡＤ変換器３４へ供給する。
上述した主ＡＤ変換器３４及びレンジ選択用ＡＤ変換器５２の動作について図１０を参照して具体的に説明する。例えば、図１０Ａに示すように、周期ＴＰのクロックＣＫＡがクロック発生器５３から発生され、各クロックＣＫＡ毎にレンジ選択用ＡＤ変換器５２において入力信号がサンプリングされてデジタル信号に変換され、その変換に要する時間がＴ１であるとする。この場合には、図１０Ｂに示すように、周期が２ＴＰのサンプリングクロックＣＫＳは各クロックＣＫＡより時間Ｔ１以上位相が遅れた時点でサンプリングクロック生成部５４から主ＡＤ変換器３４へ供給される。一方、主ＡＤ変換器３４においては、一般に、その動作をなるべく高速にするために、各サンプリング毎にそれのデジタル変換に要する時間がＴ２であるとすると、主ＡＤ変換器３４のサンプリング周期２ＴＰを、デジタル変換に要する時間Ｔ２よりも僅かに大に設定している。
レンジ選択用ＡＤ変換器５２のデジタル出力はスイッチ制御部５５に供給されるが、図１０Ａ及びＢから理解できるように、クロックＣＫＡの１つおきのデジタル出力に対応する制御信号がスイッチ制御部５５を通じて選択スイッチ５１に供給され、この選択スイッチ５１の切替えを制御する。つまり、レンジ選択用ＡＤ変換器５２のデジタル出力がスイッチ制御部５５に入力され、入力端子３１の入力信号のレベルがどのレンジに属するかが決定され、この決定に基づき、増幅器３３−１〜３３−４のどの出力を選択するかを指示する制御信号がスイッチ制御部５５において生成され、選択スイッチ５１に印加される。これにより選択スイッチ５１は印加された制御信号によって指示された増幅器を選択するように制御される。
上記第１実施例のように第１〜第４の４つの増幅器３３−１〜３３−４が使用されている場合には、入力信号のレベルが４つのレンジの何れに属するかを決定すればよく、従って、レンジ選択用ＡＤ変換器５２は４つのレンジに対応する４つのレンジ選択用デジタル信号を出力すればよいので、入力信号のレベルを最低２ビットのデジタル信号に変換できるものであればよい。２ビットのデジタル信号に変換する場合には、“００”、“０１”、“１０”、“１１”の４つのレンジ選択用デジタル信号がレンジ選択用ＡＤ変換器５２から出力されてスイッチ制御部５５に供給されることになる。よって、例えば図９に示すように、出力デジタル信号が“００”の場合には利得８の増幅器３４−４を、“０１”の場合には利得４の増幅器３３−３を、“１０”の場合には増幅器３３−２を、“１１”の場合には増幅器３３−１をそれぞれ選択する制御信号をスイッチ制御部５５から発生させて選択スイッチ５１に印加し、この制御信号に対応する増幅器を主ＡＤ変換器３４に接続するように選択スイッチ５１を制御すればよい。
このように構成すれば、主ＡＤ変換器３４が各サンプリングを行なう直前の入力信号が、そのレベルに応じて対応する増幅器によって適切な増幅が与えられて主ＡＤ変換器３４に入力される。よって、前述した第１実施例の場合と同様の作用及び効果が得られることは明白であるのでその説明を省略する。
選択スイッチ５１は高速度で動作する必要があるので、例えばピン（ＰＩＮ）ダイオードを用いたスイッチ回路により構成することができ、その場合にはスイッチ制御部５５は選択スイッチ５１の各ピンダイオードをオンオフ制御する制御信号を生成することになる。
主ＡＤ変換器３４からの出力デジタル信号は補正処理部３７で上記第１実施例と同様に補正処理される。その場合の選択情報はスイッチ制御部５５からの制御信号又はレンジ選択用ＡＤ変換器５２の出力信号を用いることができる。レンジ選択用ＡＤ変換器５２は低ビットの変換器であるから、高速動作するものでも安価に入手することができる。よって、図１０Ｃに示すように、クロック発生器５３から発生されるクロックＣＫＡを、サンプリングクロック生成部５４から出力されるサンプリングクロックＣＫＳと同一周期２ＴＰとし、図１０Ｄに示すように、サンプリングクロックＣＫＳを、時間Ｔ１よりも僅かに大きい時間だけクロックＣＫＡよりも遅延させてサンプリングクロック生成部５４から出力させるように構成してもよい。
なお、上記第２実施例において、選択スイッチ５１の切替えにより髪状雑音が発生する恐れがある場合には、選択スイッチ５１の切替え制御周期はサンプリングクロックＣＫＳの周期と同一であるから、その位相を髪状雑音の影響を受けない程度にずらせばよい。
上記第１実施例及び第２実施例は、入力信号を互いに利得が異なる複数の増幅器に同時に入力し、入力信号のレベルが属するレンジに応じて対応する増幅器の出力をデジタル変換したデジタル信号を選択出力させるように構成した点で共通している。これら実施例において、利得１の第１増幅器３３−１は使用しなくてもよい。つまり、図３及び図８に破線で示すように、アンチエイリアシング・フィルタ３２の出力を直接第１ＡＤ変換器３４−１又は選択スイッチ５１へ供給するように接続してもよい。しかし、入出力インピーダンスや位相特性を揃えるなどの点から、利得１の増幅器３３−１を使用することが好ましい。また、上述したように、増幅器の数は４つに限定されない。利得１の増幅器３３−１が省略できることを考慮すれば、少なくとも１個の１より大きい利得の増幅器を用いればよい。増幅器の数を多くすれば、選択された１つの増幅器の出力をデジタル変換するＡＤ変換器として出力ビット数が少ない高速、安価なものを用いることができるという利点がある。或いは、出力ビット数が同じである（少なくしない）場合にはＡＤ変換器の分解能を向上させることができる。
さらに、上記第１実施例及び第２実施例においては、入力信号のレベル制御を増幅器により行なったが、減衰器によって行なってもよいし、増幅器と減衰器の両者を用いても行なってもよい。要するに、レベル制御器を少なくとも１つ用いればよい。また、上記第１実施例及び第２実施例において、レベル制御器の制御を正確に要求通りに行なうことができる場合には、補正処理部３７における特性補正は省略してもよい。
次に、図１１乃至図１３を参照してこの発明によるＡＤ変換装置の第３実施例について詳細に説明する。
図１１はこの発明によるＡＤ変換装置の第３実施例を示すブロック図であり、上記第１及び第２実施例と対応する部分や素子には同一参照符号を付け、必要のない限りそれらの説明を省略する。この第３実施例においては、入力端子３１よりの入力信号はアンチエイリアシング・フィルタ３２を通過した後、互いに利得が異なる第１及び第２増幅器（又は互いに制御量が異なる２つのレベル制御器）６１−１及び６１−２に供給される。これら増幅器６１−１及び６１−２の利得は固定であり、この第３実施例では第１増幅器６１−１は利得が１に、第２増幅器６１−２は利得が８に設定されている。これら利得は単なる一例であり、他の値に設定しても、或いはこのように２のべき乗にしなくてもよい。
これら増幅器６１−１及び６１−２の出力は対応する第１及び第２ＡＤ変換器６２−１及び６２−２へそれぞれ供給される。ＡＤ変換器６２−１及び６２−２は同一特性のものであり、つまり、変換可能なレベル範囲が同一であり、かつ同一の分解能を持ち、クロック端子３５から供給される同一のクロックＣＫＳにより動作され、対応する増幅器６１−１及び６１−２の出力を、変換レベル範囲内では要求される分解能でデジタル信号にそれぞれ変換するものである。また、これらＡＤ変換器６２−１及び６２−２には、図示しないが、図１に示した先行技術のＡＤ変換装置のサンプルアンドホールド回路１６が内蔵されている。なお、サンプルアンドホールド回路が内蔵されていない場合には、ＡＤ変換器６２−１及び６２−２の前段にサンプルアンドホールド回路を設ける。
ＡＤ変換器６２−１及び６２−２よりの各出力デジタル信号はデータ選択部６３に入力される。このデータ選択部６３はマルチプレクサ６３−１と選択信号発生部６３−２とから構成されており、ＡＤ変換器６２−１及び６２−２から出力されるデジタル信号はマルチプレクサ６３−１に入力される。データ選択部６３は、入力端子３１からの入力信号のレベルの大きさに対応した適切なデジタル信号を選択して補正処理部３７へ供給する。この補正処理部３７には、上記第１実施例と同様に、図示しないが、特性補正部とスケール補正部とが設けられており、入力されたデジタル信号は、第１ルックアップテーブル４５−１又は第２ルックアップテーブル４５−２を参照することによって、特性補正部において、増幅器６１−１及び６１−２の入出力特性が必ずしも所定の利得になっていない場合に、その補正が行なわれ、また、スケール補正部において入力端子３１に伝送されてきた入力信号を直接デジタル信号に変換した場合と同一値となるように、スケール合せが行なわれるように構成されている。
この第３実施例では、入力信号レベルの予測される変動範囲を２つに分割し、これら分割レベル範囲（レンジ）の何れに入力信号のレベルが属するかに応じて対応するＡＤ変換器の出力デジタル信号を選択するように構成されている。このレンジの切替えは、第２ＡＤ変換器６２−２に対する入力信号のレベルがその変換可能レベル範囲より大きいときに、この第２ＡＤ変換器６２−２がオーバフローして出力デジタル信号のオーバビットが“１”になることを利用して行なわれる。具体的には、第２ＡＤ変換器６２−２から出力されるデジタル信号をデータ選択部６３の選択信号発生部６３−２にも入力し、この選択信号発生部６３−２において第２ＡＤ変換器６２−２から出力されるデジタル信号のオーバビットが“０”であるときには第２ＡＤ変換器６２−２を選択する選択信号ＳＥＬ２（例えば論理高レベルの信号）をマルチプレクサ６３−１に供給して第２ＡＤ変換器６２−２のデジタル信号を選択させ、第２ＡＤ変換器６２−２がオーバフローしてデジタル信号のオーバビットが“１”になったときには第１ＡＤ変換器６２−１を選択する選択信号ＳＥＬ１（例えば論理低レベル信号）を直ちにマルチプレクサ６３−１に供給して第１ＡＤ変換器６２−１の出力デジタル信号を選択させる。また、第１ＡＤ変換器６２−１のデジタル信号が選択されているときに、第２ＡＤ変換器６２−２の出力デジタル信号のオーバビットが“０”になり、このオーバビット“０”が予め設定された時間Ｔ１０内に“１”にならないときには、選択信号発生部６３−２は選択信号ＳＥＬ２をマルチプレクサ６３−１に供給して第２ＡＤ変換器６２−２の出力デジタル信号を選択させる。なお、第２ＡＤ変換器６２−２から出力されるデジタル信号のオーバビットのみを選択信号発生部６３−２に入力してもよい。
例えば、図１２に実線７０で示すような入力信号が入力端子３１に供給された場合、この入力信号７０のレベル範囲の切替えレベル、つまり、何れの増幅器の出力をＡＤ変換するかの演算レベルを図示するようにＬ１とすると、入力信号のレベルがＬ１以下であるうちは利得８の第２増幅器６１−２の出力をＡＤ変換したデジタル信号が選択され、入力信号のレベルがＬ１以上になると、利得１の第１増幅器６１−１の出力をＡＤ変換したデジタル信号が直ちに選択される。また、入力信号のレベルがＬ１以上になったため、利得１の第１増幅器６１−１の出力をＡＤ変換したデジタル信号が選択されているときに、第２ＡＤ変換器６２−２の出力デジタル信号のオーバビットが“０”になり、このオーバビット“０”が予め設定された時間Ｔ１０内に“１”にならないときには、利得８の第２増幅器６１−２の出力をＡＤ変換したデジタル信号が選択される。
この第２ＡＤ変換器６２−２のオーバビットと選択信号発生部６３−２から出力される選択信号との関係を図１３のタイムチャートに示す。第２ＡＤ変換器６２−２のオーバビットが“０”であるとき、及び“１”から“０”になり、かつ予め設定された時間Ｔ１０経過しても“０”であるときには、選択信号発生部６３−２は第２ＡＤ変換器６２−２の出力デジタル信号を選択する選択信号ＳＥＬ２を出力してマルチプレクサ６３−１に供給する。一方、第２ＡＤ変換器６２−２のオーバビットが“０”から“１”になると、選択信号発生部６３−２は直ちに第１ＡＤ変換器６２−１の出力デジタル信号を選択する選択信号ＳＥＬ１を出力してマルチプレクサ６３−１に供給し、たとえオーバビットが“１”から“０”になってもこの“０”に留まる時間が予め設定された時間Ｔ１０より短いときには、選択信号ＳＥＬ１を出力したままに保持するということが容易に理解されよう。
なお、上記予め設定される時間Ｔ１０は測定すべき信号や測定装置の種々の要件を勘案した最適な時間に設定されることになるが、例えば１／ＲＢＷ（分解能帯域幅）に設定することができる。
このように、この第３実施例は、入力信号を互いに利得が異なる２つの増幅器に同時に入力し、第２ＡＤ変換器６２−２から各サンプル毎に出力されるデジタル信号のオーバビットを利用して、入力信号に対して最も適切なレンジ（入力信号のレベル範囲）に対応した増幅器で増幅され、対応するＡＤ変換器で変換されたデジタル信号を選択するように構成されている。従って、各サンプル毎にそのレベルに応じた利得の増幅器で増幅され、対応するＡＤ変換器の適切な変換可能レベル範囲内とされてデジタル信号に変換されたものが選択されるから、図２Ａに示した先行技術のように、複数のサンプル毎に増幅器の利得を制御する場合と比較して、より精度の高いデジタル信号が得られる。また、増幅器の利得を制御するのではなく、各増幅器で増幅され、デジタル信号に変換されたものを選択するため、利得の制御に伴う髪状雑音が発生する恐れもない。
なお、上記第３実施例においても、利得１の第１増幅器６１−１は使用しなくてもよい。つまり、上記第１及び第２実施例のように、アンチエイリアシング・フィルタ３２の出力を直接第１ＡＤ変換器６２−１へ供給するように接続してもよい。しかし、入出力インピーダンスや位相特性を揃えるなどの点から、利得１の増幅器６１−１を使用することが好ましい。また、利得１の増幅器６１−１が省略できることを考慮すれば、少なくとも１個の１より大きい利得の増幅器を用いればよい。さらに、入力信号のレベル制御を増幅器により行なったが、減衰器によって行なってもよいし、増幅器と減衰器の両者を用いても行なってもよい。要するに、レベル制御器を少なくとも１つ用いればよい。この場合、レベル制御器の制御を正確に要求通りに行なうことができるならば、補正処理部３７における特性補正は省略してもよい。
上記第３実施例では第２増幅器６１−２として固定利得の増幅器を使用したが、可変利得の増幅器を第２増幅器６１−２として使用し、測定装置の測定分解能帯域幅の設定が変えられたときに、測定開始前にこの可変利得増幅器の利得を最適な固定値に変更設定するように構成してもよい。
図１４はこの発明によるＡＤ変換装置の第４実施例を示すブロック図であり、上記したように可変利得の増幅器を第２増幅器として使用し、測定装置の測定分解能帯域幅の設定が変えられたときに、測定開始前にこの可変利得増幅器の利得を最適な固定値に設定するように構成したものである。
図１４から明瞭なように、この第４実施例は、第１及び第２の２つの増幅器６１−１及び６１−２と、これら増幅器６１−１及び６１−２の出力をデジタル信号にそれぞれ変換する第１及び第２の２つのＡＤ変換器６２−１及び６２−２が設けられ、第１増幅器６１−１は利得が１に設定され、第２増幅器６１−２は利得（Ｎ）が可変である点を除くと、他の構成は前述した第１実施例と同様であるので、上記第１実施例及び第３実施例と対応する部分や素子には同一参照符号を付け、必要のない限りそれらの説明を省略する。
上述したように、第２増幅器６１−２の利得（Ｎ）は、測定装置の測定分解能帯域幅の設定が変えられたときに、測定開始前にその利得が最適な固定値（例えば２、４、又は８のような測定分解能帯域幅の設定に対応する特定の固定値）に予め設定される。データ選択部３６によって選択されたデジタル信号は、補正処理部３７において補正処理された後、後段のデジタル信号処理部でさらに必要な処理が行なわれるが、例えば分解能帯域幅フィルタの帯域幅が狭くなるほど、ＡＤ変換器６２−１、６２−２のダイナミックレンジが広いことが要求される。従って、この第４実施例のように第２増幅器６１−２の利得を可変にし、測定開始前に、測定分解能帯域幅を設定したときに、同時に、第２増幅器６１−２の利得をこの設定された測定分解能帯域幅に対応する最適な値（固定値）に設定しておけば、入力信号を高い精度でデジタル信号に変換することができる。
このように構成すれば、ＡＤ変換器６２−１、６２−２から各サンプル毎に出力されるデジタル出力を利用して、入力信号に対して最も適切なレンジ（入力信号のレベル範囲）に対応した増幅器で増幅され、対応するＡＤ変換器で変換されたデジタル信号を選択することができる。従って、前述した第１実施例の場合と同様の作用及び効果が得られることは明白であるのでその説明を省略する。
なお、上記第４実施例においても、利得１の第１増幅器６１−１は使用しなくてもよい。つまり、上記第１及び第２実施例のように、アンチエイリアシング・フィルタ３２の出力を直接第１ＡＤ変換器６２−１へ供給するように接続してもよい。しかし、入出力インピーダンスや位相特性を揃えるなどの点から、利得１の増幅器６１−１を使用することが好ましい。また、入力信号のレベル制御を増幅器により行なったが、減衰器によって行なってもよいし、増幅器と減衰器の両者を用いても行なってもよい。要するに、レベル制御器を少なくとも１つ用いればよい。この場合、レベル制御器の制御を正確に要求通りに行なうことができるならば、補正処理部３７における特性補正は省略してもよい。
以上の説明で明白なように、この発明によれば、入力信号の各サンプル毎に、入力信号に対して適切なレベル範囲が決定され、それに応じて入力信号をレベル制御して或いはレベル制御せずにデジタル信号に変換するから、先行技術のように包絡線検波器や利得調整器を使用する必要がなくなり、入力信号を高い精度でデジタル信号に変換することができるという顕著な利点が得られる。また、各レベル制御器でレベル制御され、デジタル信号に変換されたものを選択するため、より精度の高いデジタル信号が得られ、しかも、利得の制御に伴う髪状雑音が発生する恐れもない。
以上、この発明を図示した好ましい実施例について記載したが、この発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、上述した実施例に関して種々の変形、変更及び改良が生かし得ることはこの分野の技術者には明らかであろう。従って、この発明は例示の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲によって定められるこの発明の範囲内に入る全てのそのような変形、変更及び改良をも包含するものであるということを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
図１は先行技術のＡＤ変換装置を示すブロック図である。
図２Ａは図１に示したＡＤ変換装置における入力信号波形と、利得制御の状態を説明するための波形図である。
図２Ｂは図１に示したＡＤ変換装置における入力信号の振幅−周波数特性の一例を示す図である。
図３はこの発明によるＡＤ変換装置の第１実施例を示すブロック図である。
図４は図３に示されたＡＤ変換装置のデータ選択部の一例を示すブロック図である。
図５は図３に示されたＡＤ変換装置のデータ選択部の他の例を示すブロック図である。
図６はデータ選択部の選択情報の一例を示す図である。
図７Ａはこの発明の効果を説明するための波形とサンプル点を示す図である。
図７Ｂはこの発明によるＡＤ変換装置における利得制御の状態を説明するための図である。
図８はこの発明によるＡＤ変換装置の第２実施例を示すブロック図である。
図９は図８に示したＡＤ変換装置のレンジ選択用ＡＤ変換器の出力と、選択する増幅器の利得との関係例を示す図である。
図１０は図８に示したＡＤ変換装置の主ＡＤ変換器に対するサンプリングクロックＣＫＳとレンジ選択用クロックＣＫＡとの関係例を示す図である。
図１１はこの発明によるＡＤ変換装置の第３実施例を示すブロック図である。
図１２は図１１に示したＡＤ変換装置の動作を説明するための図である。
図１３は図１１に示したＡＤ変換装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
図１４はこの発明によるＡＤ変換装置の第４実施例を示すブロック図である。
【図１】
2003067764.tif 000003
【図２Ａ】
2003067764.tif 000004
【図２Ｂ】
2003067764.tif 000005
【図３】
2003067764.tif 000006
【図４】
2003067764.tif 000007
【図５】
2003067764.tif 000008
【図６】
2003067764.tif 000009
【図７Ａ】
2003067764.tif 000010
【図７Ｂ】
2003067764.tif 000011
【図８】
2003067764.tif 000012
【図９】
2003067764.tif 000013
【図１０】
2003067764.tif 000014
【図１１】
2003067764.tif 000015
【図１２】
2003067764.tif 000016
【図１３】
2003067764.tif 000017
【図１４】
2003067764.tif 000018
【国際調査報告】
2003067764.tif 000019
2003067764.tif 000020
2003067764.tif 000021
2003067764.tif 000022