(57)【要約】【課題】外部機器に電圧発生器を必要とせず、モード切り換えが不要で常に補正値が更新され、安定して精度良く量子化誤差を補正することができるＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法を提供する。【解決手段】データ補正に必要な初期値設定（ＳＴ１０）の後、Ａ／Ｄ変換回路において入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力し（ＳＴ２０）、デジタル信号をＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周期で  ｐ  個遅延し（ＳＴ３０）、遅延したデジタル信号と１演算周期前に算出して求めた予測フィルタ係数とを積和計算することにより予測値を算出し（ＳＴ４０）、予測値を補正されたデジタルデータとして出力し（ＳＴ５０）、デジタル信号と前記予測値との差分により補正値を算出し（ＳＴ６０）、ＬＭＳ法式を用いて、補正値を係数として次の演算周期で用いる新たな予測フィルタ係数を算出する（ＳＴ７０）。【選択図】    図１
2005020648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ／Ｄ変換回路を用いてアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換装置において、
該Ａ／Ｄ変換装置のデータ補正に必要な初期値を設定するステップと、
入力されたアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換して出力するステップと、
前記デジタル信号を前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周期で  ｐ  個遅延した遅延デジタル信号をｎｎ個取得するステップと、
前記遅延デジタル信号と１演算周期前に算出して求めておいた予測フィルタ係数とを積和計算することにより前記デジタル信号の予測値を算出するステップと、
前記予測値を補正されたデジタルデータとして出力するステップと、
さらに、前記デジタル信号と前記予測値との差分により補正値を算出するステップと、
前記補正値を係数としてＬＭＳ法式を用いて、次の演算周期で用いる新たな予測フィルタ係数を算出して更新するステップと、
を備えたことを特徴とするＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械やＯＡ機器等に組み込まれるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る回路構成を示すブロック図であり、図６は従来のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法の処理手順を示すフローチャート、図７は従来のＡ／Ｄ変換装置のＡ／Ｄ変換特性を示す説明図である。（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１４５２３１（明細書第４頁−第６頁  図１−図３  式１−３参照）
【０００４】
以下、図５〜図７を用いて従来例を述べる。
図５において、１はプラント３０などからＡ／Ｄ変換装置１０３及びＣＰＵ１０２を備えたプラントコントローラ１００へ入力されるアナログ信号であり、複数入力される。２はアナログ信号１を受け取るアナログ入力回路、３は複数チャンネルあるアナログ信号の内の１つを選択するためのマルチプレクサ回路、４はマルチプレクサ回路３へのチャンネルセレクト信号、５はマルチプレクサ回路３よりセレクトされたアナログ信号、６はアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換回路、８はＡ／Ｄ変換回路６でデジタル化されたデジタル信号７を処理しプラントコントローラのＣＰＵ１０２へデータ９を送信するＣＰＵである。
次にＡ／Ｄ変換装置１０３のデータ補正方法の処理手順について説明する。なお、図６中のＳＴ番号はフローチャートの各ステップを示す。
１．ステップＳＴ３０１  Ａ／Ｄ変換装置１０３の持つモードとしては、“補正値算出モード”及び“Ａ／Ｄ変換モード”の２モードを用意しておく。
２．ステップＳＴ３０２  “補正値算出モード”では、まず複数あるチャンネルの内、どのチャンネルの補正値を算出するかを決めるため、ＣＰＵ８よりチャンネルセレクト信号４を出力する。このとき、アナログ信号１には正確な値を入力する必要があるためアナログ入力回路２に図示しない電圧発生器を接続しておく。
３．ステップＳＴ３０３  前記電圧発生器（不図示）より図７の点ｂ１に対応する正確なアナログ値を入力する。
４．ステップＳＴ３０４  Ａ／Ｄ変換後のデジタル値をリードする。このデジタル値は図７の点ａ１となる。同じ方法を他のポイントについても行ない図７の点ａ２〜ａ５の値を求める。点ａ１〜ａ５により得られたものが図７の特性曲線１７となる。
５．ステップＳＴ３０５  次に、これらの値より最小二乗法を用いて図７の直線１６を求め、その最小値の点ａ１１と最大値の点ａ５１を求める。
６．ステップＳＴ３０６  この２点ａ１１，ａ５１及び理想特性直線１８上の最小値の点ｂ１，最大値の点ｂ５が分かれば特許文献１の数式２および数式３により補正値Ａ，Ｂを求めることができる。
７．ステップＳＴ３０７  求められた補正値Ａ，ＢはメモリＩＣ等に格納しておく。
８．ステップＳＴ３０１  補正値が算出できれば、Ａ／Ｄ変換装置１０３の動作モードを“Ａ／Ｄ変換モード”に切り換える。
９．ステップＳＴ３０８  Ａ／Ｄ変換後のデジタル値に下記数式１の補正演算を施す。
Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ・・（１）
ここで、Ｙは補正演算後のデジタル値、Ｘは補正演算前のデジタル値であり、Ａ、Ｂは前述の補正値である。
１０．ステップＳＴ３０９  次に、補正演算後のデジタル値をプラントコントローラＣＰＵ１０２へ送出する。
以下上記ステップＳＴ３０８およびステップＳＴ３０９が繰り返される。
このように、従来のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法では、Ａ／Ｄ変換装置１０３の動作モードを“補正値算出モード”及び“Ａ／Ｄ変換モード”に分け、“補正値算出モード”において、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号７を最小二乗法を用いて算出したデジタル信号と、電圧発生器を接続して求められた入力アナログ値に対する理想デジタル値との差分により補正値を予め求めておき、次にＡ／Ｄ変換装置１０３を“Ａ／Ｄ変換モード”で動作させ、前記補正値を用いて補正処理を行なう、という手順がとられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、Ａ／Ｄ変換装置１０３にＡ／Ｄ変換以外の機能である“補正値算出モード”を設け、電圧発生器（不図示）により既知の正確なアナログ信号をＡ／Ｄ変換装置１０３に入力し、さらに、前記入力されたアナログ値に対するＡ／Ｄ変換された高精度の理想デジタル値を求めておき、Ａ／Ｄ変換装置１０３に記憶しておかなければならず、“Ａ／Ｄ変換モード”で動作している時は新しい補正値に更新できないという問題があった。
さらに、連続するアナログデータをＡ／Ｄ変換回路６に取り込みデジタルデータとして出力する場合、Ａ／Ｄ変換前のアナログデータと  Ａ／Ｄ変換後のデジタルデータには、誤差を必ず生じる（量子化誤差）が、従来のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法では、この量子化誤差を補正できないという問題があった。
図４は量子化誤差を説明する説明図であり、図４（ａ）は入力信号のスペクトル、図４（ｂ）は従来のＡ／Ｄ変換後のスペクトルである。
例えば、連続するアナログデータとして１０ＫＨｚ周期の正弦波を  Ａ／Ｄ変換回路６に入力する場合、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号のスペクトルが図４（ａ）であるとすると、量子化誤差により、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号のスペクトルは図４（ｂ）に示すように、１０ＫＨｚを中心に新たなスペクトルが両脇に発生する。
そこで、本発明は、外部機器に電圧発生器を必要とせず、モード切り換えが不要で常に補正値が更新され、安定して精度良く量子化誤差を補正することができるＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明はＡ／Ｄ変換回路を用いてアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換装置において、該Ａ／Ｄ変換装置のデータ補正に必要な初期値を設定するステップと、入力されたアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換して出力するステップと、前記デジタル信号を前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周期で  ｐ  個遅延した遅延デジタル信号をｎｎ個取得するステップと、前記遅延デジタル信号と１演算周期前に算出して求めておいた予測フィルタ係数とを積和計算することにより前記デジタル信号の予測値を算出するステップと、前記予測値を補正されたデジタルデータとして出力するステップと、さらに、前記デジタル信号と前記予測値との差分により補正値を算出するステップと、前記補正値を係数としてＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）法式を用いて、次の演算周期で用いる新たな予測フィルタ係数を算出して更新するステップと、を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る具体的実施例について図に基づいて説明する。
先ず、本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る具体的実施例の概要について、前述の図４（ａ）（ｂ）を用いて述べる。なお、図４（ｃ）は本発明によるＡ／Ｄ変換後のスペクトルである。
例えば、連続するアナログデータとして１０ＫＨｚ周期の正弦波を  Ａ／Ｄ変換回路に入力する場合、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号のスペクトルが図４（ａ）であるとすると、量子化誤差により、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号のスペクトルは図４（ｂ）に示すように、１０ＫＨｚを中心に新たなスペクトルが両脇に発生する。
この量子化誤差を予測しＡ／Ｄ変換後のデータから差し引けば、図４（ｃ）に示すように１０ＫＨｚを中心に両脇に発生した新たなスペクトルは減少し、Ａ／Ｄ変換後のデータの持つ精度はよくなる。
量子化誤差を予測しＡ／Ｄ変換後のデータから差し引く手段として、本発明では予測フィルタを用いてＡ／Ｄ変換後のデータのスペクトルを強めて、Ａ／Ｄ変換前のアナログデータのもつスペクトルに近づけることで、Ａ／Ｄ変換装置の高精度化を可能としている。
【０００８】
次に、本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る具体的実施例の構成について述べる。
図２は、本発明のＡ／Ｄ変換装置の構成を示すブロック図である。
図２において、２は入力されたアナログ信号１を受け取るアナログ入力回路、６はアナログ入力回路２の出力であるアナログ信号５をデジタル信号７に変換して出力するＡ／Ｄ変換回路である。３８は適応信号処理部であり、この適応信号処理部３８において、３４はＬＭＳ法式を用いた予測フィルタ係数を算出する予測フィルタ係数計算部であり、３１はデジタル信号７をＡ／Ｄ変換回路６のサンプリング周期で  ｐ  個遅延する入力値遅延部であり、３２は入力値遅延部３１で遅延したデジタル信号と予測フィルタ係数計算部３４で計算したｎｎタップの予測フィルタ係数とを積和計算処理し予測値  Ｙｔを求め、前記予測値Ｙｔを補正されたデジタルデータ４０として出力し、デジタル信号７と予測値Ｙｔとの値の差分により補正値を求める予測値計算部である。
【０００９】
次に本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る具体的実施例の詳細について述べる。
図３は、本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る適応信号処理部３８の詳細ブロック図である。
時刻ｔでのデジタル信号値Ｘｔを入力値遅延部３１で、Ａ／Ｄ変換回路６のサンプリング周期でｐ個遅延したデジタル信号値をＸｉ［０］として出力する。
但し、この遅延器の数は本発明での目的に合うよう決定するのだが、実時間処理を行なうことを考慮すれば、経験的に３〜１０個とする。
予測値計算部３２において、入力値遅延部３１から出力されたＸｉ［０］を順に１サンプル毎に遅延した（ｎｎ−１）個のデジタル信号値Ｘｉ［１］・・・Ｘｉ［ｎｎ−１］を作成する。
さらに、１演算周期前に予測フィルタ係数計算部３４で作成されたｎｎ個の予測フィルタ係数  Ｋ［０］・・・Ｋ［ｎｎ−１］と前記デジタル信号値Ｘｉ［０］・・・Ｘｉ［ｎｎ−１］とを、下記数式４を用いてそれぞれ乗算し、それらの結果を加算して時刻ｔのときの予測値  Ｙｔを得る。
Ｙｔ＝ΣＫ［ｉ］＊Ｘｉ［ｉ］、０≦ｉ≦（ｎｎ−１）・・（４）
前記予測値Ｙｔを補正されたデジタルデータとして出力する。
次に、下記数式５を用いて、時刻  ｔ  でのデジタル信号値  Ｘｔと時刻ｔでの予測値Ｙｔとの差分ＥＲＲｔを計算する。
ＥＲＲｔ＝Ｘｔ−Ｙｔ・・（５）
さらに、前記差分ＥＲＲｔを用いて、ＬＭＳ法式を導入し、時刻（ｔ＋１）での予測フィルタ係数Ｋ＿１［ｉ］を下記数式６に従い計算する。
Ｋ＿１［ｉ］＝Ｋ［ｉ］＋ｕ＊ＥＲＲｔ＊Ｘｉ［ｉ］・・（６）
０≦ｉ≦（ｎｎ−１）
ここで、ｕは最終予測値にいたるまでの収束スピードを決める乗算係数で、本発明での目的に合うよう予め実験にて決定し、乗算係数記憶部３６に記憶しておく。
以上を繰り返して作成される時刻ｔでの予測値Ｙｔは、数式５および数式６により、正弦波または余弦波のアナログ信号をＡ／Ｄ変換した後のデジタル信号７のもつ正弦波または余弦波の線スペクトルが強調され平滑化でき、さらに白色ノイズも低減されるので、Ａ／Ｄ変換回路６での変換時に生じる量子化誤差が補正されたデータとなるのである。
【００１０】
図１は、本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法の処理手順を示すフローチャートであり、プログラムでも対応できる。なお、図中ＳＴ番号はフローチャートの各ステップを示す。
１．ステップＳＴ１０  Ａ／Ｄ変換回路６のサンプリング周期、遅延数ｐ、予測値計算部３２、予測フィルタ係数計算部３４、乗算係数ｕ、Ｋ［０］・・・Ｋ［ｎｎ−１］など本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に必要な初期値を設定する  。なお、Ｋ［０］・・・Ｋ［ｎｎ−１］の初期値は０である。
２．ステップＳＴ２０  Ａ／Ｄ変換回路６によりアナログ信号５をデジタル信号４０に変換する。
３．ステップＳＴ３０  入力値遅延部３１で、デジタル信号値ＸｔをＡ／Ｄ変換回路６のサンプリング周期でｐ個遅延し、Ｘｉ［０］として出力する。
４．ステップＳＴ４０  予測値計算部３２において、入力値遅延部３１から出力されたＸｉ［０］を順に１サンプル毎に遅延した（ｎｎ−１）個のデジタル信号値Ｘｉ［１］・・・Ｘｉ［ｎｎ−１］を作成し、予測フィルタ係数計算部３４で作成されたｎｎ個の予測フィルタ係数Ｋ［０］・・・Ｋ［ｎｎ−１］とそれぞれ乗算し、それらの結果を加算して予測値Ｙｔを算出する（式１）。
５．ステップＳＴ５０  時刻ｔでの予測値Ｙｔを補正されたデジタルデータとして出力する  。
６．ステップＳＴ６０  時刻ｔでのデジタル信号値  Ｘｔと時刻ｔでの予測値Ｙｔとの差分により補正値ＥＲＲｔを計算する（式２）。
７．ステップＳＴ７０  予測フィルタ係数計算部３４において、ＬＭＳ法式に基づき、次の演算周期で用いる新たな予測フィルタ係数を算出する（式３）。
以降、ステップＳＴ２０〜ステップＳＴ７０を繰り返す。
【００１１】
したがって、本発明の実施例は、Ａ／Ｄ変換回路６を用いてアナログ信号５をデジタル信号７に変換して出力するＡ／Ｄ変換装置１０７において、該Ａ／Ｄ変換装置のデータ補正に必要な初期値を設定するステップＳＴ１０と、入力されたアナログ信号５をＡ／Ｄ変換回路６でデジタル信号７に変換して出力するステップＳＴ２０と、デジタル信号７をＡ／Ｄ変換回路６のサンプリング周期で  ｐ  個遅延した遅延デジタル信号をｎｎ個取得するステップＳＴ３０と、前記遅延デジタル信号と１演算周期前に算出して求めておいた予測フィルタ係数とを積和計算することにより前記デジタル信号７の予測値を算出するステップＳＴ４０と、前記予測値を補正されたデジタルデータ４０として出力するステップＳＴ５０と、さらに、デジタル信号７と前記予測値との差分により補正値を算出するステップＳＴ６０と、前記補正値を係数としてＬＭＳ法式を用いて、次の演算周期で用いる新たな予測フィルタ係数を算出して更新するステップＳＴ７０とを備えたので、外部機器に電圧発生器を必要とせず、モード切り換えが不要で常に補正値が更新され、安定して精度良く量子化誤差を補正することができる。
さらに、適応信号処理部３８での処理過程において、白色ノイズも周波数分散が強いので低減でき、Ａ／Ｄ変換装置１０３から出力される補正されたデジタルデータ４０の精度をより向上させることができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法によれば、Ａ／Ｄ変換回路を用いてアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換装置において、該Ａ／Ｄ変換装置のデータ補正に必要な初期値を設定するステップと、入力されたアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換して出力するステップと、前記デジタル信号を前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周期で  ｐ  個遅延した遅延デジタル信号をｎｎ個取得するステップと、前記遅延デジタル信号と１演算周期前に算出して求めておいた予測フィルタ係数とを積和計算することにより前記デジタル信号の予測値を算出するステップと、前記予測値を補正されたデジタルデータとして出力するステップと、さらに、前記デジタル信号と前記予測値との差分により補正値を算出するステップと、前記補正値を係数としてＬＭＳ法式を用いて、次の演算周期で用いる新たな予測フィルタ係数を算出して更新するステップと、を備えたので、外部機器に電圧発生器を必要とせず、モード切り換えが不要で常に補正値が更新され、正弦波または余弦波のアナログ信号をＡ／Ｄ変換した後のデジタル信号のもつ正弦波または余弦波の線スペクトルを強調でき、スペクトルを平滑化できるので、安定して精度良く量子化誤差を補正することができる。
さらに、適応信号処理部での処理過程において、白色ノイズも周波数分散が強いので低減でき、その結果、Ａ／Ｄ変換装置から出力される補正されたデジタルデータの精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明のＡ／Ｄ変換装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る適応信号処理部３８の詳細ブロック図である。
【図４】量子化誤差を説明する説明図であり、図４（ａ）は入力信号のスペクトル、図４（ｂ）は従来のＡ／Ｄ変換後のスペクトル、図４（ｃ）は本発明によるＡ／Ｄ変換後のスペクトルである。
【図５】従来のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法に係る回路構成を示すブロック図である。
【図６】従来のＡ／Ｄ変換装置のデータ補正方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】従来のＡ／Ｄ変換装置のＡ／Ｄ変換特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１、５：アナログ信号
２：アナログ入力回路
３：マルチプレクサ回路
４：チャンネルセレクト信号
６：Ａ／Ｄ変換回路
７：デジタル信号
８：ＣＰＵ
９：データ
３０：プラント
３１：入力値遅延部
３２：予測値計算部
３３：加算器
３４：予測フィルタ係数計算部
３５：遅延器
３６：乗算係数記憶部
３７：乗算器
３８：適応信号処理部
４０：補正されたデジタルデータ
１００：プラントコントローラ
１０２：プラントコントローラのＣＰＵ
１０３、１０７：Ａ／Ｄ変換装置
【図１】
2005020648.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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