(57)【要約】【課題】外部同期クロックによって、計測機器内の被サンプリング回路をサンプリングする際に外部同期クロック信号の減衰を抑え、同期処理中のノイズの混入を防止可能な外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法を得る。【解決手段】計測機器１Ａ、１ＢのサンプリングクロックＣ３を外部の同期クロックＣ０に同期した外部同期サンプリング装置に於いて、同期クロックＣ０を得るべきサンプリングクロックＣ３の周波数の１／Ｎに分周した第１の分周クロックＣ１を計測機器１Ａ、１Ｂ内の外部入力クロック同期部Ｔ１に供給し、第１の分周クロックＣ１に対し同期クロックＣ０のＭ倍の周波数の第２のクロックＣ２により同期をとり、第２のクロックＣ２を１／Ｍに分周し、外部同期クロックＣ０の周波数相当のサンプリングクロックＣ３を生成可能な外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測機器のサンプリング周波数を外部同期クロック信号部からの同期クロックの周波数に同期させた外部同期サンプリング装置に於いて、
前記外部同期クロック信号部からの前記同期クロック周波数を１／Ｎの低速の第１の分周クロックの周波数に分周して前記計測機器のサンプリング入力部に供給する第１の分周部と、
前記計測機器内に配設された前記同期クロックの周波数のＭ倍の高速の第２のクロックを生成する内部クロック発生部と、
前記第１の分周部の前記第１の分周クロックの周波数に前記内部クロック発生部の第２のクロックを供給して同期をとる外部入力クロック同期部と、
前記第１の分周クロックに同期して、前記第２のクロックの周波数を１／Ｍに分周し、前記同期用クロックの周波数に相当するサンプリングクロックの周波数を生成する第２の分周部と、
前記第２の分周部の前記サンプリングクロックの周波数を１／Ｎに分周し、前記外部入力クロック同期部をリセットするリセット部と、
前記第２の分周部と前記リセット部の分周比を設定するクロック分周設定部とより成ることを特徴とする外部同期サンプリング装置。
【請求項２】
計測機器のサンプリング周波数を外部同期クロック信号部からの同期クロックの周波数に同期させた外部同期サンプリング方法に於いて、
前記外部同期クロック信号部からの前記同期クロックの周波数を１／Ｎの低速の第１のクロックに分周して前記計測機器のサンプリング入力部に供給し、
前記計測機器内に配設され、前記外部の同期クロックの周波数のＭ倍の高速の第２のクロックの周波数を生成し、
前記第１の分周部からの第１の分周クロックの周波数に前記内部クロック発生部で得た第２のクロックを供給して外部の前記同期クロックに同期させ、
前記第１の分周クロックの周波数に同期して、前記第２のクロックの周波数を１／Ｍに分周し、前記同期クロックの周波数に相当するサンプリングクロックを生成し、
前記サンプリングクロック周波数を１／Ｎに分周し、前記同期クロックをリセットし、
前記第２のクロックと前記サンプリングクロックの分周比を設定してなることを特徴とする外部同期サンプリング方法。
【請求項３】
前記外部同期クロック信号部をマスタとなる前記計測機器内に配するとともに該外部同期クロック信号部からの前記第１の分周クロックをスレーブとなる他の計測機器内に配設した同期部にて該第１の分周クロックに同期したサンプリングクロックを生成してなることを特徴とする請求項１記載の外部同期サンプリング装置。
【請求項４】
マスタとなる前記計測機器内からの前記第１の分周クロックをスレーブとなる他の計測機器内に伝送する伝送手段を有線或いは無線で行うように成したことを特徴とする請求項３記載の外部同期サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、計測機器の外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法に係わり、特に、計測機器を高速な外部の同期クロックでサンプリング制御する場合の外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種物理量を計測するための各種計測機器に於いて、外部の同期クロックに同期してサンプリングを行う場合には計測用サンプリングクロックを１台の計測機器に直接接続する。或いは、複数の計測機器を外部同期クロック発生部からの高速サンプリングクロックで制御する場合には計測機器に直列あるいは並列に接続した同期計測が行われている。
【０００３】
例えば、振動計測用チャージアンプや温度計測用アンプ等の複数の計測機器１Ａ、１Ｂは図４に示す様に計測信号９Ａ、９Ｂを入力信合用アンプ８Ａ、８Ｂを介してアナログーデジタル変換器（以下Ａ／Ｄと記す）６Ａ、６Ｂに供給し、Ａ／Ｄ６Ａ、６Ｂによりデジタル変換された計測信号９Ａ、９Ｂはメモリ７Ａ、７Ｂに記憶される。
【０００４】
１個の外部同期クロック信号源２から発振される高速クロックは複数の計測機器１Ａ、１Ｂに並列接続したクロックライン３とラインインピーダンス整合器４Ａ、４Ｂを介して計測機器１Ａ、１Ｂ内に設けたクロック入力コンパレータ５Ａ、５Ｂに供給されてＡ／Ｄ６Ａ、６Ｂに供給されてサンプリング制御される。
【０００５】
上述の計測機器の同期計測では外部同期クロック信号部２からのクロックが高速になると直列或いは並列に接続した複数の計測機器１Ａ、１Ｂ間のクロックライン３のインピーダンスＺ１、Ｚ２の違いにより同期クロックが減衰して計測機器１Ａ、１Ｂへ正確な同期クロックが送れなくなる。又、計測機器１Ａ、１Ｂの入力部にアナログ入力コンパレータ５Ａ、５Ｂ用のアンプが必要となる等の課題があった。
【０００６】
又、クロックライン３にノイズが混入した場合にサンプリング処理が誤動作しないようにした計測機器の同期計測装置も良く知られている。
【０００７】
図４に於いて、計測機器１Ａ、１Ｂ内にはＡ／Ｄ６Ａ、６Ｂ、メモリ７Ａ、７Ｂ、入力信号用アンプ８Ａ、８Ｂを有し、入力信号用アンプ８Ａ、８Ｂには計測信号９Ａ、９Ｂが供給され、デジタル変換されて、メモリ７Ａ、７Ｂに格納される。又、同期クロック信号源２からの同期クロックはクロックライン３を介して、計測機器１Ａ、１Ｂのクロック入力コンパレータ５Ａ、５Ｂに入力されるがクロックライン３に破線で示す様に外来ノイズ１０が乗ると、この外来ノイズ１０を防止するために従来ではクロック入力側にフィルタ１１Ａ、１１Ｂを追加していたが、この様なフィルタの挿入により高速クロックの伝送が困難になる課題を有していた。
【０００８】
図４に説明した計測機器１Ａ、１Ｂに対応したＰＣＩ絶縁型低価格高精度アナログ入出力ボードが非特許文献１に開示されている。非特許文献１はコンテック社ＰＣＩ絶縁型低価格高精度アナログ入出力ボードＡＤ１６−８／２（ＬＰＣＩ）Ｌの製品説明書を示すもので、１頁の特長欄には外部信号の接続を容易にするためのフィルタ機能が搭載され、アナログ入力の外部制御信号にはチャタリングを防止することの出来るデジタルフィルタを挿入している旨の記載がある。又、７頁に示されるデジタル入出力信号、カウンタ信号、制御信号の接続用のデジタル接続入力の説明回路図には図５に示すアンプが付加された制御信号としてのサンプリングクロック入力信号が供給される接続回路構成が示されている。
【０００９】
図５のＰＣＩ絶縁型高精度アナログ入出力ボードＡＤ１６−８／２（ＬＰＣＩ）ＬのＣＮ１には４デジタル入力／４デジタル出力／外部トリガ入力／カウンタ入力／出力が入出力されている。コールド側はデジタルグランドに落とされ、ホット側はターゲット側のアンプ１３からクロックライン３を介しＣＮ１の入力端子に供給され、１０ＫΩの抵抗Ｒでプルアップされ、アンプ１４を介して計測機器１Ａ、１Ｂ等のボード内に供給されている。
【非特許文献１】２００６年１月１６日更新の株式会社コンテックのインネット［http://www2.contec.co.jp/prod_data/adai1682lpcil/c01.pdf］のＬｏｗＰｒｏｆｉｌｅＰＣＩ対応の絶縁型低価格高精度アナログ入出力ボード形式ＡＤＡ１６−８／２（ＬＰＣＩ）Ｌの製品説明書１頁及び７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は外部同期クロックにより少なくとも１台の計測機器のデータをサンプリングするときのサンプリング同期装置に於いて、同期サンプリング用のクロックラインを長くのばしても安定した同期制御が可能で外来ノイズがクロックラインに混入しても計測結果に影響を与えない外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法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】
【００１１】
第１の本発明の外部同期サンプリング装置は、計測機器のサンプリング周波数を外部同期クロック信号部からの同期クロックの周波数に同期させた外部同期サンプリング装置に於いて、外部同期クロック信号部からの同期クロック周波数を１／Ｎの低速の第１の分周クロックの周波数に分周して計測機器のサンプリング入力部に供給する第１の分周部と、計測機器内に配設された同期クロックの周波数のＭ倍の高速の第２のクロックを生成する内部クロック発生部と、第１の分周部の前記第１の分周クロックの周波数に内部クロック発生部の第２のクロックを供給して同期をとる外部入力クロック同期部と、第１の分周クロックに同期して、第２のクロックの周波数を１／Ｍに分周し、同期用クロックの周波数に相当するサンプリングクロックの周波数を生成する第２の分周部と、第２の分周部のサンプリングクロックの周波数を１／Ｎに分周し、外部入力クロック同期部をリセットするリセット部と、第２の分周部とリセット部の分周比を設定するクロック分周設定部とより成るものである。
【００１２】
第２の本発明の外部同期サンプリング方法は、計測機器のサンプリング周波数を外部同期クロック信号部からの同期クロックの周波数に同期させた外部同期サンプリング方法に於いて、外部同期クロック信号部からの同期クロックの周波数を１／Ｎの低速の第１のクロックに分周して計測機器のサンプリング入力部に供給し計測機器内に配設され、外部の同期クロックの周波数のＭ倍の高速の第２のクロックの周波数を生成し、第１の分周部からの第１の分周クロックの周波数に内部クロック発生部で得た第２のクロックを供給して外部の前記同期クロックに同期させ、第１の分周クロックの周波数に同期して、第２のクロックの周波数を１／Ｍに分周し、同期クロックの周波数に相当するサンプリングクロックを生成し、サンプリングクロック周波数を１／Ｎに分周し、同期クロックをリセットし、第２のクロックとサンプリングクロックの分周比を設定して成るものである。
【発明の効果】
【００１３】
斯かる、本発明に依れば、外部同期クロック信号部からの同期用クロック周波数が１／Ｎに逓降されるためクロックライン上の減衰が低減され、クロックラインを延長することが可能な外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の１形態例を示す計測機器の外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法を図１乃至図３によって説明する。尚、以下の説明には従来構成の図４及び図５のとの対応部分には同一符号を付して説明を進める。
【００１５】
図１は本発明の外部同期サンプリング装置の１形態例を示す全体的系統図、図２は本発明の外部同期サンプリング装置の１形態例を示す動作説明用のタイミング波形図、図３は本発明の外部同期サンプリング装置の他の形態例を示す系統図である。
【００１６】
図１に於いて、外部同期クロック信号部２は同期クロック発振部２ａと、この同期クロック発振部２ａからの同期クロックの周波数を１／Ｎに分周する第１の分周部２ｂ等からなり、同期クロック発振部２ａからは同期クロック周波数Ｃ０（例えば、５００ＫＨｚ）の同期クロック（以下、同期クロックＣＯと記す）が発振され、分周部２ｂにより同期クロックＣ０は１／Ｎ（例えば、１ＫＨｚ）に分周されて、低速の周波数Ｃ１とされた第１の分周クロック（以下、第１の分周クロックＣ１と記す）に分周される。
【００１７】
第１の分周部２ｂにより分周された第１の分周クロックＣ１はクロックライン３を介して１つ或いは複数の計測機器１Ａ、１Ｂのサンプリング入力部を構成する外部入力クロック同期部Ｔ１の第１のフリップフロップ部（以下、ＦＦ１と記す）の入力端子に供給される。
【００１８】
ＦＦ１のデータ端子Ｄには＋電圧が供給され、肯定出力端子Ｑからは第２のフリップフロップ部（以下、ＦＦ２と記す）のデータ端子Ｄに信号Ｓ１が供給される。ＦＦ１のクリヤー端子ＣＬＲには後述する同期リセット部Ｔ３の出力ＯＵＴが信号Ｓ３として供給される。
【００１９】
ＦＦ２の入力端子及び第２の分周部Ｔ２を構成する分周カウンタの入力端子並びに同期リセット部Ｔ３を構成するリセットカウンタの入力端子には内部クロック発生部Ｔ５からの同期クロックＣ０のＭ倍の高速の第２のクロックＣ２が供給される。
【００２０】
ＦＦ２の肯定端子Ｑは第２の分周部Ｔ２のクリヤー端子ＣＬＲ及びリセット部Ｔ３のＣＬＲ端子に供給され、クロック分周設定部Ｔ４からの設定信号Ｓ４に基づいて肯定出力端子ＯＵＴからＡ／Ｄ６Ａ、６ＢにサンプリングクロックパルスＣ３を供給する。
【００２１】
リセットカウンタを構成するリセット部Ｔ３には入力端子に内部クロック発生部Ｔ５からの内部クロックＣ２が、又、ＣＬＲ端子にはＦＦ２の肯定出力端子Ｑの出力が供給され、スイッチやＣＰＵを含むクロック分周設定部Ｔ４からはクロック分周設定信号Ｃ４が供給されて、否定出力ＯＵＴから前記したＦＦ１のＣＬＲ端子にクリヤー信号Ｓ３が供給されている。
【００２２】
上述のブロック構成に於ける本例の外部同期サンプリング装置の外部同期サンプリング方法の動作を図２の波形に基づいて説明する。図２の波形に於いて、外部同期クロック信号部２の同期クロック発信部２ａで発振した発振周波数ＣＯのサンプリング用の同期クロックＣＯの波形を図２（Ａ）に示す。
【００２３】
図２（Ａ）の同期クロックＣＯは第１の分周部２ｂで図２（Ｂ）波形で示す様に同期クロックＣＯの１／Ｎ［図２（Ｂ）ではＮ＝４］の周波数に分周される。第１の分周部２ｂで分周された第１の分周クロックＣ１は計測装置１Ａ、１Ｂの外部入力クロック同期部Ｔ１のＦＦ１の入力端子に供給されると第１のクロックＣ１の立ち上がり部１５によりＦＦ１の肯定出力端子Ｑは図２（Ｄ）に示す立ち上がり部１６の様にハイ（Ｈ）に立ち上がり、同期出力Ｓ１の様にラッチされる。
【００２４】
同期処理開始でＦＦ１の肯定出力端子ＱがＨになると内部クロック発振部Ｔ５からの図２（Ｃ）に示す様に内部クロックを構成する第２のクロックＣ２（ＣＯ×Ｍ、Ｍ＝４）と同期してＦＦ２の肯定出力端子Ｑの出力Ｓ２は図２（Ｅ）［Ｓ１がＨ期間内のＣ２の２同期］に示す様に立ち上がり部１７でＨとなり内部クロック発生部Ｔ５が動作を開始する。
【００２５】
外部入力クロック同期部Ｔ１のＦＦ２の肯定出力端子Ｑの出力Ｓ２がＨになると第２の分周部Ｔ２では内部クロック発生部Ｔ５の第２のクロックＣ２（ＣＯ×Ｍ）をＭ分周し、計測機器１Ａ、１Ｂ内のＡ／Ｄ６Ａ、６ＢをサンプリングするサンプリングクロックＣ３を図２（Ｇ）［Ｓ２がＨ期間内のＴ２の出力］の点１８に示す様に生成する。
【００２６】
リセット部Ｔ３では第２の分周部Ｔ２のサンプリングクロックＣ３を（Ｎ−１）分周し、否定出力端子ＯＵＴから外部入力クロック同期部Ｔ１のＦＦ１のＣＬＲ端子に供給されクリヤー信号Ｓ３によって外部入力クロック同期部Ｔ１に図２（Ｆ）（Ｔ３の出力、Ｎ×Ｍ−１）に示すクリヤー信号Ｓ３の立ち下がり部１９により外部入力クロック同期部Ｔ１をリセットすることで、次の同期クロック入力の準備に入ることになる。
【００２７】
上記した外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法によれば、ＦＦ１に第１の分周クロックＣ１が入力され、クリヤー信号Ｓ３が出力されるまでクロックライン３に外来ノイズ１０が混入されても計測機器１Ａ、１Ｂ内に入力されることは無く、ノイズから保護することが出来る。
【００２８】
又、クリヤー信号Ｓ３による外部入力クロック同期部Ｔ１の同期リセット後次に第１の分周クロックＣ１が入力されるまでクロックライン３にノイズ１０が混入されても同期クロック発生部２ａで発振する同期クロックＣ０と第１の分周部２ｂの分周比１／Ｎが大きく、この分周比１／Ｎが許容誤差範囲であれば問題を発生しないことは明らかである。
【００２９】
更に、本例の外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法は外部の同期クロックＣＯごとに初期化されるため、第２のクロックＣ２である内部クロックの誤差が加算されることはない。外部の同期クロックＣ０が１／Ｎに逓降されたためクロックライン３のインピーダンスによる減衰は周波数は軽減され、クロックライン３を長く伸ばすことが可能となる効果を生ずる。
【００３０】
次に本例の他の形態例を図３によって説明する。上述の外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法は計測機器１Ａ、１Ｂ外に設けた外部同期クロック信号部２によって計測機器内のＡ／Ｄ等をサンプリングしたが、複数の計測機器１Ａ、１Ｂ・・・の１台をマスタとし、他の計測機器１Ｂをスレーブとして本機能により同期サンプリングを行うようにする様に成したものである。
【００３１】
図３に於いて、マスタ用の計測機器１Ａ内には図１で説明したと同様の同期クロック発生部２ａと第１の分周部２ｂから成る外部同期クロック信号部２と同一構成の同期クロック信号部２０を有し、同期クロックＣ０を１／Ｎに分周したサンプリング用の第１の分周クロックＣ１がマスタ用の計測機器１Ａのサンプリング用の同期クロック出力部２１に供給される。この同期クロック出力部２１はマスタ用計測機器１Ａとスレーブ用計測機器１Ｂをつなぐ伝送路２３に接続されている。この伝送路２３としては有線或いは無線の通信手段を用いることが出来る。又、入力信号用アンプ８Ａに計測信号９Ａが供給され、Ａ／Ｄ６ＡにサンプリングクロックＣ３を供給する。
【００３２】
スレーブ用計測機器１Ｂ側には伝送路２３に接続されマスタ用計測機器からのサンプリング用の第１のクロックＣ１に相当する速度を送信する。
【００３３】
このスレーブ用計測機器１Ｂ側のインタフェースには図１で説明したと同様の外部入力クロック同期部Ｔ１、第２の分周部Ｔ２、リセット部Ｔ３、クロック分周設定部Ｔ４並びに内部クロック発生部Ｔ５からなる同期部２２を有する。スレーブ用計測機器１Ｂ内には図４で説明したと同様の入力信号用アンプ８Ｂ、Ａ／Ｄ６Ｂ、メモリ７Ｂ等を有する。
【００３４】
上記構成のスレーブ用計測機器１Ｂはマスタ用計測機器１Ａからのサンプリング用クロックの速度に基づき同期部２２のサンプリング速度を設定するように成されている。
【００３５】
上記した分周カウンタＴ２、リセットカウンタＴ３に用いるカウンタＩＣとしてはＦＦを組み合わせたＮ進カウンタを同期型或いは非同期型に構成することが出来る。又、外部周期クロック信号部２はプログラマブル１／Ｎカウンタであっても良い。
【００３６】
本例の外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法によれば、外部クロックを同期クロックＣ０の１／Ｎに逓降することが出来るのでクロックライン上でのインピーダンスの減衰が軽減され、クロックラインを延設可能なものが得られる。
【００３７】
本例の外部同期サンプリング装置及び外部同期サンプリング方法によれば、外部クロックライン上にノイズが混入しても、入力側にフィルタを挿入が可能となり  又、同期処理中はノイズの混入を受け付けないので対ノイズ性に優れたものを提供可能となる。
【００３８】
更に、外部同期クロックとサンプリングとのタイミングの誤差はＮサンプル毎に校正されるので積算されることは無く、外部同期クロックとサンプリングクロックの揺らぎはサンプリングの同期クロックＣＯの１／Ｍに抑えることが出来る効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の１形態例を示す外部同期サンプリング装置の系統図である。
【図２】本発明の１形態例を示す外部同期サンプリング装置の動作説明用の波形図である。
【図３】本発明の他の形態例を示す同期サンプリング装置の系統図である。
【図４】従来の外部同期サンプリング装置の系統図である。
【図５】従来の絶縁型高精度アナログ入出力ボードの要部の回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
１Ａ、１Ｂ‥‥計測機器、２‥‥外部同期クロック信号部、３‥‥クロックライン、４Ａ、４Ｂ‥‥インピーダンス、５Ａ、５Ｂ‥‥クロック入力コンパレータ、６Ａ、６Ｂ‥‥Ａ／Ｄ、８Ａ、８Ｂ‥‥入力信号用アンプ、９Ａ、９Ｂ‥‥計測信号、１０‥‥外来ノイズ、１３、１４‥‥アンプ、Ｔ１‥‥外部入力クロック同期部、Ｔ２‥‥第２の分周部、Ｔ３‥‥リセット部、Ｔ４‥‥クロック分周設定部、Ｔ５‥‥内部クロック発生部、Ｃ１‥‥第１の分周クロック、Ｃ２‥‥第２のクロック、Ｃ３‥‥サンプリングクロック、Ｃ４‥‥クロック分周設定信号、Ｓ３‥‥クリヤー信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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