(57)【要約】【課題】より少ない演算量で、フィルタ回路の出力応答遅れを補償できる信号処理装置を提供する。【解決手段】信号処理装置１１は、センサ素子２より出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換器４によりＡ／Ｄ変換すると、Ａ／Ｄ変換されたデータにつき前記アナログ信号の特性を補正するための演算をデジタル演算器５により行う。デジタル演算器５より出力されるデータは、信号特性補正回路６により、ＥＣＵ８の入力部に配置されているＣＲフィルタ９の遅延特性，すなわち、ＣＲ時定数に応じた補正係数Ａが乗じられてＤ／Ａ変換器７に出力され、Ｄ／Ａ変換されたアナログ信号をＥＣＵ８に入力する。これにより、ＣＲフィルタ９の信号応答特性をデジタルフィルタよりも少ない演算量で改善・補償できる。【選択図】図１
2015146553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号源（２）より出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（４）と、
このＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたデータについて、前記アナログ信号の特性を補正するためのデジタル演算を行うデジタル演算器（５）と、
このデジタル演算器より出力されるデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器（７）とを備え、このＤ／Ａ変換器によりＤ／Ａ変換されたアナログ信号を、入力部にフィルタ回路（９，１２）が配置されている外部の制御装置（８）に出力する信号処理装置において、
前記デジタル演算器と前記Ｄ／Ａ変換器との間に配置され、前記デジタル演算器より出力されるデータに前記フィルタ回路の遅延特性に応じた補正係数を乗じて、前記フィルタ回路の信号応答特性を改善する信号特性補正回路（６）を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記フィルタ回路はＣＲフィルタ（９，１２）で構成され、
前記信号特性補正回路の補正係数は、前記ＣＲフィルタの時定数に基づいて決定されていることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記信号特性補正回路は、電源投入時及び／又はリセット解除時に、前記補正係数を乗じる処理を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記信号特性補正回路は、前記デジタル演算器より入力される今回のデータ値と前回のデータ値との差分が所定の閾値を超えると、前記補正係数を乗じる処理を実行することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号源より出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換したデータについて前記アナログ信号の特性を補正するためのデジタル演算を行うと、その演算結果をＤ／Ａ変換したアナログ信号を、入力部にフィルタ回路が配置されている外部の制御装置に出力する信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、音声用のＤ／Ａコンバータについて測定手段により測定を行う際に、以下の構成を採用している。Ｄ／Ａコンバータのアナログ特性を改善するため、Ｄ／Ａ変換された信号を、アナログフィルタを介して測定手段に入力する。すると、アナログフィルタの時定数により応答遅れが発生することから、Ｄ／Ａコンバータの入力側にデジタルフィルタを配置して、上記の応答遅れを補償している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５８６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ある種のセンサについては、センサ信号の特性を補償する目的で、アナログのセンサ信号を一旦Ａ／Ｄ変換してデジタル演算処理により特性を補正した後、Ｄ／Ａ変換したアナログ信号を外部の装置に出力するように構成されているものがある。その場合、前記装置の入力部には、ノイズを除去する目的でアナログフィルタが配置されていることが多い。すると、やはり前記アナログフィルタにおいて応答遅れが発生する。
【０００５】
アナログフィルタの時定数が、Ｄ／Ａコンバータの更新時間に比較して十分に長ければ問題ないが、高速な処理応答が要求されるセンサの場合は、フィルタの時定数と前記更新時間とが近い値になることがある。すると、アナログフィルタの応答遅れを補償する必要がある。ここで、特許文献１のように応答遅れを補償するためデジタルフィルタを用いると演算量が多くなり、デジタルフィルタにおける出力応答遅れが新たな問題となる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より少ない演算量で、フィルタ回路の出力応答遅れを補償できる信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の信号処理装置によれば、アナログ信号源より出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換すると、Ａ／Ｄ変換されたデータについて、前記アナログ信号の特性を補正するためのデジタル演算をデジタル演算器により行う。デジタル演算器より出力されるデータはＤ／Ａ変換器によりＤ／Ａ変換されて、アナログ信号として外部の制御装置に出力される。この制御装置には、入力部にアナログフィルタ回路が配置されていることを前提とする。
【０００８】
そこで、信号特性補正回路により、デジタル演算器より出力されるデータに対し、制御装置の前記アナログフィルタ回路の遅延特性に応じた補正係数を乗じて、前記アナログフィルタ回路の信号応答特性を改善する。すなわち、制御装置の入力部に配置されるアナログフィルタ回路の遅延特性は既知であるから、Ｄ／Ａ変換器の前段において、遅延特性に応じた補正係数をデジタルデータに乗じれば、アナログフィルタ回路の信号応答特性を少ない演算量で改善・補償できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態であり、センサモジュール及びＥＣＵの構成を示す機能ブロック図
【図２】ＣＲフィルタの構成を示す回路図
【図３】信号特性補正回路による補正の有無に応じたＣＲフィルタの出力信号変化を示す図
【図４】第２実施形態であり、センサモジュールの処理手順を示すフローチャート
【図５】第３実施形態を示す図２相当図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
図１に示すように、センサモジュール１はセンサ素子２（アナログ信号源）を含むと共に、センサ素子２が出力するアナログのセンサ信号を処理するための各種演算部等を含んでいる。センサ素子２は、例えばモータの固定子巻線に流れる電流を検出するための電流センサなどであり、磁気デバイス等を用いて構成されている。アナログ演算器３は、センサ素子２の出力信号を増幅して感度を調整し、次段のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）４に出力する。
【００１１】
Ａ／Ｄ変換器４は、アナログ演算器３の出力信号をＡ／Ｄ変換して、次段のデジタル演算器５に出力する。デジタル演算器５は、例えばセンサ素子２の温度特性等を補償するため、入力されるデジタルデータに演算処理を行い、演算結果データを次段の信号特性補正回路６に出力する。この信号特性補正回路６については、後述する。信号特性補正回路６が出力したデータは、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）７によりＤ／Ａ変換されて、アナログ信号としてセンサモジュール１の外部に出力される。
【００１２】
センサモジュール１の出力端子には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit，制御装置）８の入力端子が接続されている。ＥＣＵ８は、車両に搭載されて車載機器を制御するもので、マイクロコンピュータなどで構成されている。ＥＣＵ８の入力部には、入力信号インターフェイスとしてＣＲフィルタ９（フィルタ回路）が配置されている。このＣＲフィルタ９は、センサモジュール１より入力されるセンサ信号のノイズを除去するために設けられている。ＣＲフィルタ９の出力信号は、次段のＡ／Ｄ変換器１０を介して図示しないＣＰＵに読み込まれる。尚、以上の構成において、Ａ／Ｄ変換器４，デジタル演算器５，信号特性補正回路６，Ｄ／Ａ変換器７は、信号処理装置１１を構成している。
【００１３】
信号特性補正回路６は、ＣＲフィルタ９の信号応答特性を補正するために配置されており、デジタル演算器５より入力されるデータに、ＣＲフィルタ９の時定数に応じた補正係数Ａを乗じることで上記補正を行う。ここで、図２に示すように、ＣＲフィルタ９が１次のローパスフィルタで構成されているとする。ＣＲフィルタ９の伝達関数Ｇ（ｓ）は、（１）式となる。
【数１】
2015146553.tif 000003
尚、（１）式中の「１／ＣＲ」は、厳密には「１／（ＣＲ）」である。ＣＲフィルタ９の入力電圧Ｖinは、Ｄ／Ａ変換器７の出力信号であるから離散値となる。その電圧変化はΔＶのステップ応答Ｃ（ｓ）になる。
【数２】
2015146553.tif 000004
（２）式を逆ラプラス変換すると、（３）式が得られる。
【数３】
2015146553.tif 000005
【００１４】
ここで、信号特性補正回路６が補正係数Ａを乗じることで、時間Δｔが経過した時点でＣＲフィルタ９の出力信号がΔＶと同じになるとすれば（４）式が得られ、（４）式から補正係数Ａが決まる。
【数４】
2015146553.tif 000006
具体数値例として、ＣＲ時定数Ｔ＝１０μｓ，Δｔ＝５μｓ，ΔＶ＝１Ｖとすると、補正係数Ａは、
Ａ＝２．５４１４９…
となる。また、Ａ／Ｄ変換器１０は１２ビットであり、５Ｖで動作すると１ビットの電圧レベルは約１．２２ｍＶになる。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、センサモジュール１が出力するアナログ信号に補正係数Ａを乗じなければ出力電圧は１Ｖのままであり、アナログ信号に補正係数Ａを乗じた場合、出力電圧は時間５μｓだけ２．５４Ｖになる。そして、図３（ｂ）に示すように、補正しない場合のＣＲフィルタ９の出力信号（ＡＤＣ入力）は、１Ｖに到達するまで約６７．１μｓを要している。これに対して、補正した場合のＣＲフィルタ９の出力信号は５μｓ程度で１Ｖに到達しており、出力応答特性が改善されている。
【００１６】
以上のように本実施形態によれば、信号処理装置１１は、センサ素子２より出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換器４によりＡ／Ｄ変換すると、Ａ／Ｄ変換されたデータにつき前記アナログ信号の特性を補正するための演算をデジタル演算器５により行う。デジタル演算器５より出力されるデータは、信号特性補正回路６により、ＥＣＵ８の入力部に配置されているＣＲフィルタ９の遅延特性，すなわち、ＣＲ時定数に応じた補正係数Ａが乗じられると、Ｄ／Ａ変換器７によりＤ／Ａ変換されたアナログ信号がＥＣＵ８に出力される。したがって、ＣＲフィルタ９の信号応答特性を、デジタルフィルタよりも少ない演算量で改善・補償できる。
【００１７】
（第２実施形態）
図４に示すように、第２実施形態では、信号特性補正回路６による補正処理（補正係数Ａの乗算）を常時行わず、特定のタイミングで行う。例えばセンサモジュール１が含まれるシステムに電源が投入された場合や、リセットが解除された場合、又はデジタル演算器５の出力データの値が大きく変化した場合に補正を行う。例えば電源が投入されると、センサモジュール１は起動時の処理を行い（Ｓ１）、続いて通常の動作を開始する（Ｓ２）。
【００１８】
先ず、Ａ／Ｄ変換器４によりＡ／Ｄ変換を行い（Ｓ３）、デジタル演算器５によりデジタル演算を行う（Ｓ４）。次に、通常動作を開始した初回の処理（最初の演算周期）か否かを判断し（Ｓ５）、初回の処理であれば（ＹＥＳ）信号特性補正回路６による補正を行う（Ｓ６）。それから、Ｄ／Ａ変換器７によりＤ／Ａ変換を行うと（Ｓ７）、アナログ信号をＥＣＵ８に出力し（Ｓ８）、ステップＳ３に戻る。
【００１９】
以降の処理では、ステップＳ５で「ＮＯ」と判断してステップＳ９に移行する。ステッＳ９では、デジタル演算器５が出力するデータについて今回と前回との差分を演算し、その差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する。閾値よりも大きければ（ＹＥＳ）ステップＳ６に移行し、閾値以下であれば（ＮＯ）ステップＳ７に移行する。
【００２０】
すなわち、デジタル演算器５が出力するデータ値の変化が小さい場合は、ＣＲフィルタ９の出力信号の応答遅れは問題とならないが、データ値の変化が大きくなると前記応答遅れが問題になる。したがって、ステップＳ９で「ＹＥＳ」と判断した場合に補正処理を行う。同様に、電源の投入時や、リセット解除時に初回の処理を行った場合もデジタル演算器５が出力するデータ値の変化は大きくなるので、補正処理を行っている。
【００２１】
以上のように第２実施形態によれば、信号特性補正回路６は、電源投入時及びリセット解除時に、又はデジタル演算器５より入力される今回のデータ値と前回のデータ値との差分が所定の閾値を超えると、補正係数Ａを乗じる処理を実行する。したがって、ＣＲフィルタ９の出力信号の応答遅れが問題となるケースに対応して補正処理を行うことができる。
【００２２】
（第３実施形態）
図５に示すように、第３実施形態では、ＣＲフィルタ９に替わるＣＲフィルタ１２が、２次のローパスフィルタとして構成されており、この場合の補正係数Ａを求める。ＣＲフィルタ１２の伝達関数Ｇ（ｓ）は、（６）式となる。
【数５】
2015146553.tif 000007
尚、（６）式中の「１／Ｒ１Ｒ２Ｃ１Ｃ２」は、第１実施形態と同様、厳密には「１／（Ｒ１Ｒ２Ｃ１Ｃ２）」である。以降の他の分数表現も同じである。電圧変化ΔＶのステップ応答Ｃ（ｓ）は、（７）式となる。
【数６】
2015146553.tif 000008
（７）式を逆ラプラス変換すると、（８）式が得られる。
【数７】
2015146553.tif 000009
【００２３】
補正係数Ａを乗じることで、時間Δｔが経過した時点でＣＲフィルタ１２の出力信号がΔＶと同じになるとすれば（９）式が得られ、（９）式から補正係数Ａが決まる。
【数８】
2015146553.tif 000010
以上のように第３実施形態によれば、ＣＲフィルタ１２が、２次のローパスフィルタとして構成されている場合も、信号特性補正回路６により出力応答特性を改善することができる。
【００２４】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
アナログ信号源は、センサ素子２に限る必要はない。
制御装置は、車載のＥＣＵ８に限ることはない。
制御装置の入力部に配置されるフィルタは、ＣＲフィルタに限らず、ＬＣフィルタでも良い。また、ローパスフィルタに限らず、ノッチフィルタやバンドパスフィルタ，ハイパスフィルタでも良い。
アナログ演算器３は、必要に応じて設ければ良い。
第２実施形態において、ステップＳ５，Ｓ９の何れか一方を削除しても良い。
【符号の説明】
【００２５】
図面中、１はセンサモジュール、２はセンサ素子（アナログ信号源）、４はＡ／Ｄ変換器、５はデジタル演算器、６は信号特性補正回路、７はＤ／Ａ変換器、８はＥＣＵ（制御装置）、９はＣＲフィルタ（フィルタ回路）、１１は信号処理装置を示す。
【図１】
2015146553.tif 000011
【図２】
2015146553.tif 000012
【図３】
2015146553.tif 000013
【図４】
2015146553.tif 000014
【図５】
2015146553.tif 000015