(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号を基準クロックに同期させるとともに測定結果を出力するサンプリング周期内に現れる被測定信号の周波数を複数の区間に分けて測定し、それら複数区間の測定周波数の平均を算出することにより被測定信号の周波数を求めるように構成された複区間平均型カウンタと、
前記被測定信号にディザを付加するディザ回路、
とで構成されたことを特徴とする周波数カウンタ。
【請求項２】
前記複区間平均型カウンタは、前記ディザ回路の少なくとも一部を内蔵することを特徴とする請求項１記載の周波数カウンタ。
【請求項３】
周波数カウンタを内蔵したフィールド機器において、前記周波数カウンタとして請求項１または請求項２記載の周波数カウンタを内蔵したことを特徴とするフィールド機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数カウンタおよび周波数カウンタを内蔵したフィールド機器に関し、詳しくは、周波数カウンタの量子化誤差の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来から用いられている周波数カウンタの一例を示すブロック図である。複区間平均型カウンタ１の被測定信号の入力端子には測定信号源２の出力信号が入力され、クロックの入力端子には基準クロック源３から出力される基準クロックが入力されている。
【０００３】
図６は、図５のカウンタの内部処理を説明するタイミングチャートである。図５に示す複区間平均型カウンタ１は、測定信号源２から出力される（ａ）に示す被測定信号を基準クロック源３から出力される（ｃ）に示す基準クロックに同期させ、カウンタ１が測定結果を出力するサンプリング周期内に現れる被測定信号の周波数を複数の区間（τ１、τ２、τ３、・・・）に分けて測定し、（ｅ）に示すそれら測定周波数の平均を算出することによって測定結果を求める。（ｂ）は被測定信号のカウント数を表し、（ｄ）は基準クロックのカウント数を表している。
【０００４】
この周波数測定方法は、測定区間が１つのみの周波数カウンタと比べ、被測定信号に含まれるジッタを除去する性能に優れることから高精密度の周波数測定が可能であり、Λ型窓関数を持つ複区間平均型のカウンタと呼ばれている。
【０００５】
非特許文献１には、所定のゲート区間内を前半と後半に分け、前半は信号検出時間を減算した値を信号検出時間累積用のレジスタに累積し、後半は加算した値を累積するように構成されているΛ型窓関数を使用した周波数カウンタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ  ＯＮ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ，ＡＮＤ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ，Ｖｏｌ．６４，Ｍａｙ  ２００７，ｐｐ．９１８−９２５「Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ  ｅｉｔｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｕｎｔｅｒｓ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、タイムスタンプ型の周波数カウンタによる周波数測定において、周波数カウンタ１に基準クロック源３から入力される基準クロックの周波数と測定精密度は、トレードオフの関係にある。すなわち、基準クロック周波数が高いほど測定精密度は改善され、基準クロック周波数が低いほど測定精密度は悪化する。
【０００８】
一般的に、タイムスタンプ型の周波数カウンタが搭載された電子デバイスでは、測定精密度を向上させるために、高周波数の基準クロック源が用いられる。
【０００９】
ところが、高周波数の基準クロック源はそれ自体の消費電力が大きく、また、周波数カウンタを構成する論理回路の消費電力も供給される基準クロック周波数に比例して大きくなる。
【００１０】
そこで、低電力での動作が必要とされる携帯用機器やフィールド機器などの電子デバイスでは低周波数の基準クロック源が用いられ、周波数カウンタにも低周波数の基準クロックを使用する必要が生じる。
【００１１】
図７は従来型の複区間平均型カウンタを用いたときの量子化誤差による影響を示す特性例図であり、（Ａ）は122875〜122885Hzまで線形に掃引した被測定信号を動作クロック1.2288MHzの複区間平均型カウンタで測定したときの測定値を示し、（Ｂ）は周波数軸に沿ったカウンタ測定値の被測定信号周波数の真値からの乖離の程度を示しており、量子化誤差の大きさを示している。
【００１２】
図７の量子化誤差に注目すると、複区間平均型カウンタの場合、被測定信号の周波数と基準クロックの周波数が整数倍近傍になる中央付近で特に大きくなる。そして、誤差が大きくなる箇所は、被測定信号の周波数軸に対して周期性を持っている。
【００１３】
しかし、周波数カウンタに低周波数の基準クロックを使用した場合、従来の構成では、量子化誤差の影響による測定精密度の低下を防ぐことは困難である。
【００１４】
そして、このような周波数カウンタが内蔵されたフィールド機器では、周波数カウンタの測定結果に基づいて制御対象である制御弁の開閉制御や、比例/微分/積分演算に基づく調節制御などを行うことになることから、高精度の制御動作が困難になる。
【００１５】
本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、低周波数の基準クロックを用いたときの測定に対する量子化誤差の影響を軽減し、測定精密度を向上させることができる周波数カウンタおよび周波数カウンタを内蔵したフィールド機器を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
被測定信号を基準クロックに同期させるとともに測定結果を出力するサンプリング周期内に現れる被測定信号の周波数を複数の区間に分けて測定し、それら複数区間の測定周波数の平均を算出することにより被測定信号の周波数を求めるように構成された複区間平均型カウンタと、
前記被測定信号にディザを付加するディザ回路、
とで構成されたことを特徴とする周波数カウンタである。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の周波数カウンタにおいて、
前記複区間平均型カウンタは、前記ディザ回路の少なくとも一部を内蔵することを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、周波数カウンタを内蔵したフィールド機器において、
前記周波数カウンタとして、請求項１または請求項２記載の周波数カウンタを内蔵することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
これらにより、周波数カウンタの基準クロックとして低周波数の基準クロックを用いたときの周波数の測定結果に対する量子化誤差の影響を軽減でき、測定精密度を向上させることができる。
【００２０】
そして、このような周波数カウンタが内蔵されたフィールド機器によれば、高い精度で各種の制御動作が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１のディザ回路４の動作を説明する被測定信号の波形図である。
【図３】本発明に基づく複区間平均型カウンタを用いたときの量子化誤差による影響を示す特性例図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図５】従来から用いられている周波数カウンタの一例を示すブロック図である。
【図６】図５のカウンタの内部処理を説明するタイミングチャートである。
【図７】従来型の複区間平均型カウンタを用いたときの量子化誤差による影響を示す特性例図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。図１が図５と異なる点は、複区間平均型カウンタ１と測定信号源２との間に、被測定信号にディザを付加するディザ回路４が接続されていることである。
【００２３】
図２は、図１のディザ回路４の動作を説明する被測定信号の波形図である。図２において、実線Ａは測定信号源２から複区間平均型カウンタ１に出力される被測定信号の波形を示し、破線Ｂはディザ回路４により被測定信号にディザが付加された波形を示している。
【００２４】
実線Ａの波形と破線Ｂの波形の違いは、周波数一定時における被測定信号の理想的なゼロクロス点が時間軸に対し、前後に変動しているか否かである。すなわち、実線Ａの波形はゼロクロス点が時間軸に対して一定であるのに対し、破線Ｂの波形はゼロクロス点が時間軸に対して前後に変動している。
【００２５】
被測定信号のゼロクロス点が時間軸に対して前後に変動していることは、被測定信号に周波数変調や位相変調をかけていることに相当する。ここで、被測定信号に変調をかける変調信号は、すべての周波数成分の強度が等しい雑音であるホワイトノイズやその他の帯域をもつ信号であってもよいし、単一周波数信号などでもよい。
【００２６】
図３は本発明に基づく複区間平均型カウンタを用いたときの量子化誤差による影響を示す特性例図であり、（Ａ）は122875〜122885Hzまで線形に掃引した被測定信号を、動作クロック1.2288MHzの複区間平均型カウンタで測定したときの測定値を示し、（Ｂ）は周波数軸に沿った量子化誤差の大きさを示している。
【００２７】
図３の量子化誤差と図７の量子化誤差を比較すると、図３の量子化誤差は図７の量子化誤差に比べて大幅に軽減されている。
【００２８】
一般的に周波数カウンタは、被測定信号にジッタがあることにより測定精密度が悪化するが、複区間平均型カウンタを使用することでジッタによる影響も平均化されることになり、測定精密度の悪化を大幅に抑えることができる。
【００２９】
被測定信号にジッタを付加するように構成することで、量子化誤差とジッタの２つの要因による測定精密度の悪化を２つとも抑制することができ、低周波数の基準クロックを使用した低消費電力で高精密度の周波数測定が実現できる。
【００３０】
このように本発明に基づいて構成される周波数カウンタを周波数測定手段としてフィールド機器に内蔵することにより、周波数カウンタの高精密度の周波数測定結果に基づいて制御対象である制御弁の開閉制御や、比例/微分/積分演算に基づく調節制御などを行うことができ、高精度の制御動作が実現できる。
【００３１】
図４は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図４の実施例では、ディザ回路４が複区間平均型カウンタ１と基準クロック源３との間に接続されていて、基準クロックにディザを付加するように構成されている。
【００３２】
図４の構成においても、図１と同様に、量子化誤差とジッタの２つの要因による測定精密度の悪化を２つとも抑制することができ、低周波数の基準クロックを使用した低消費電力で高精密度の周波数測定が実現できるとともに、このように構成される周波数カウンタを周波数測定手段としてフィールド機器に内蔵することにより、高精度の制御動作が実現できる。
【００３３】
なお、図１または図４の各実施例において、ディザ回路４の一部または全体を複区間平均型カウンタ１に内蔵するように構成してもよい。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、低周波数の基準クロックを用いたときの測定に対する量子化誤差の影響を軽減し、測定精密度を向上させることができる周波数カウンタおよび周波数カウンタを内蔵したフィールド機器を実現できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  複区間平均型カウンタ
２  測定信号源
３  基準クロック源
４  ディザ回路
【図１】
0006519776.tif 000002
【図２】
0006519776.tif 000003
【図３】
0006519776.tif 000004
【図４】
0006519776.tif 000005
【図５】
0006519776.tif 000006
【図６】
0006519776.tif 000007
【図７】
0006519776.tif 000008