(57)【要約】【課題】時間間隔の計測精度を向上させる。【解決手段】開始時点から各クロック信号の直近の立ち上がり時点までの時間間隔及び各クロック信号の直近の立ち上がり時点から終了時点までの時間間隔を計測する細時間測定手段（２０）と、第１クロック信号を利用して開始時点から終了時点までの周期をカウントする第１カウンタ（１２ａ）と、第２クロック信号を利用して開始時点から終了時点までの周期をカウントする第２カウンタ（１２ｂ）と、第３クロック信号を利用して開始時点から終了時点までの周期をカウントする第３カウンタ（１２ｃ）と、細時間および粗時間を選択する選択手段（３１）と、選択手段で選択された粗時間と細時間とから開始時点から終了時点までの時間間隔を演算する演算手段（３２）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号により特定される開始時点から終了時点までの時間間隔を測定する時間間隔計測装置であって、
同一周期かつ位相の異なる複数のクロック信号を利用して当該クロック信号の周期を細分化した時間分解能で前記開始時点から各クロック信号の直近の立ち上がり時点までの時間間隔及び各クロック信号の直近の立ち上がり時点から前記終了時点までの時間間隔を計測する細時間測定手段と、
前記複数のクロック信号から選択されたクロック信号である第１クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントする第１カウンタと、
前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号と位相が異なるクロック信号である第２クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントする第２カウンタと、
前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号及び第２クロック信号と位相が異なるクロック信号である第３クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントする第３カウンタと、
クロック信号の立ち上がりを含む所定の範囲内に前記開始時点及び前記終了時点が含まれる場合、当該クロック信号以外のクロック信号を利用して計測された時間間隔を細時間として選択するとともに、前記第１カウンタ、前記第２カウンタ又は前記第３カウンタにおいて当該クロック信号以外のクロック信号を利用してカウントされた値を粗時間として選択する選択手段と、
選択手段で選択された粗時間と、前記選択手段で選択された細時間とから前記開始時点から前記終了時点までの時間間隔を演算する演算手段と、
を備える時間間隔計測装置。
【請求項２】
入力信号により特定される開始時点から終了時点までの時間間隔を測定する時間間隔計測方法であって、
同一周期かつ位相の異なる複数のクロック信号を利用して当該クロック信号の周期を細分化した時間分解能で前記開始時点から各クロック信号の直近の立ち上がり時点までの時間間隔を計測するステップと、
同一周期かつ位相の異なる前記複数のクロック信号を利用して当該クロック信号の周期を細分化した時間分解能で各クロック信号の直近の立ち上がり時点から前記終了時点までの時間間隔を計測するステップと、
前記複数のクロック信号から選択されたクロック信号である第１クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントするステップと、
前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号と位相が異なるクロック信号である第２クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントするステップと、
前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号及び第２クロック信号と位相が異なるクロック信号である第３クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントするステップと、
クロック信号の立ち上がりを含む所定の範囲内に前記開始時点及び前記終了時点が含まれる場合、当該クロック信号以外のクロック信号を利用して計測された時間間隔を細時間として選択するステップと、
当該クロック信号以外のクロック信号を利用してカウントされた値を粗時間として選択するステップと、
選択された粗時間と細時間とから前記開始時点から前記終了時点までの時間間隔を演算するステップと、
を備える時間間隔計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は時間間隔を計測する時間間隔計測装置及び時間間隔計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
時間間隔の計測には、ＴＤＣ回路を利用する方法がある。ＴＤＣ回路を利用した時間間隔の計測は、粗時間を計測するカウンタと、粗時間より短い細時間を計測するＴＤＣ回路を組み合わせて実現される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
カウンタとＴＤＣ回路とは、時間分解能が異なり、ＴＤＣ回路はカウンタより小さい時間分解能で時間間隔を計測することができる。したがって、ＴＤＣ回路を使用することで、高精度な時間間隔の計測が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０１４１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、時間間隔を利用する場合、計測する時間間隔の開始タイミングや終了タイミングは、クロック信号の立ち上がり時点を基準に判断される。このような場合、時間間隔の開始タイミングや終了タイミングがクロック信号の立ち上がりと一致するとき、計測される時間間隔の信頼性が低下する。また、ＴＤＣ回路とカウンタを利用した時間間隔の計測では、計測する時間間隔の開始タイミングや終了タイミングが、粗時間を計測するカウンタのクロック信号の立ち上がりと重なった場合、粗時間を計測するカウンタと細時間を計測するＴＤＣ回路とにおける時間関係が１クロック分ずれる可能性がある。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は、時間間隔の計測精度を向上した時間間隔計測装置及び時間間隔計測方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、入力信号により特定される開始時点から終了時点までの時間間隔を測定する時間間隔計測装置であって、同一周期かつ位相の異なる複数のクロック信号を利用して当該クロック信号の周期を細分化した時間分解能で前記開始時点から各クロック信号の直近の立ち上がり時点までの時間間隔及び各クロック信号の直近の立ち上がり時点から前記終了時点までの時間間隔を計測する細時間測定手段と、前記複数のクロック信号から選択されたクロック信号である第１クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントする第１カウンタと、前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号と位相が異なるクロック信号である第２クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントする第２カウンタと、前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号及び第２クロック信号と位相が異なるクロック信号である第３クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントする第３カウンタと、クロック信号の立ち上がりを含む所定の範囲内に前記開始時点及び前記終了時点が含まれる場合、当該クロック信号以外のクロック信号を利用して計測された時間間隔を細時間として選択するとともに、前記第１カウンタ、前記第２カウンタ又は前記第３カウンタにおいて当該クロック信号以外のクロック信号を利用してカウントされた値を粗時間として選択する選択手段と、選択手段で選択された粗時間と、前記選択手段で選択された細時間とから前記開始時点から前記終了時点までの時間間隔を演算する演算手段とを備える。
【０００８】
また、請求項２の発明は、入力信号により特定される開始時点から終了時点までの時間間隔を測定する時間間隔計測方法であって、同一周期かつ位相の異なる複数のクロック信号を利用して当該クロック信号の周期を細分化した時間分解能で前記開始時点から各クロック信号の直近の立ち上がり時点までの時間間隔を計測するステップと、同一周期かつ位相の異なる前記複数のクロック信号を利用して当該クロック信号の周期を細分化した時間分解能で各クロック信号の直近の立ち上がり時点から前記終了時点までの時間間隔を計測するステップと、前記複数のクロック信号から選択されたクロック信号である第１クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントするステップと、前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号と位相が異なるクロック信号である第２クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントするステップと、前記複数のクロック信号から選択され、第１クロック信号及び第２クロック信号と位相が異なるクロック信号である第３クロック信号を利用して前記開始時点から前記終了時点までの周期をカウントするステップと、クロック信号の立ち上がりを含む所定の範囲内に前記開始時点及び前記終了時点が含まれる場合、当該クロック信号以外のクロック信号を利用して計測された時間間隔を細時間として選択するステップと、当該クロック信号以外のクロック信号を利用してカウントされた値を粗時間として選択するステップと、選択された粗時間と細時間とから前記開始時点から前記終了時点までの時間間隔を演算するステップとを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、時間間隔の計測誤りを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る時間間隔計測装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】図１の時間間隔計測装置における粗時間の計測の一例を説明するタイミングチャートである。
【図３】図１の時間間隔計測装置における粗時間の計測の他の例を説明するタイミングチャートである。
【図４】図１の時間間隔計測装置における粗時間の計測の他の例を説明するタイミングチャートである。
【図５】図１の時間間隔計測装置における細時間の計測の一例を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、本発明の各実施形態に係る時間間隔計測装置について説明する。本発明に係る時間間隔計測装置は、時間間隔を計測する装置であって、たとえば、パルス信号の立ち上がりから次のパルス信号の立ち上がりまでの時間間隔を計測する。図１に示すように、時間間隔計測装置１は、粗時間を計測する粗時間計測手段１０、細時間を計測する細時間計測手段２０、粗時間計測手段１０と細時間計測手段２０の計測結果から計測対象の時間間隔を求める処理回路３０とを備えている。
【００１２】
粗時間計測手段１０で計測可能な時間分解能と、細時間計測手段２０で計測可能な時間分解能とは異なる。具体的には、細時間計測手段２０は、粗時間計測手段１０で計測するよりも細かい時間分解能で時間間隔を計測する。時間間隔計測装置１では、処理回路３０粗時間計測手段１０と細時間計測手段２０とによって異なる時間分解能で計測された各時間（粗時間及び細時間）を演算処理して正確な時間間隔を計測する。
【００１３】
時間間隔計測装置１は、計測する時間間隔の開始と終了のタイミングを特定するパルス信号（ＰＵＬＳＥ）を入力する。このパルス信号は、粗時間計測手段１０及び細時間計測手段２０に入力される。
【００１４】
粗時間計測手段１０は、複数の同期化回路１１ａ〜１１ｃと、複数のカウンタ１２ａ〜１２ｃと、複数のレジスタ１３ａ〜１３ｃとを備え、これらを利用して粗時間を計測する。同期化回路１１ａ〜１１ｃは、各カウンタ１２ａ〜１２ｃ及びレジスタ１３ａ〜１３ｃを同期させる。
【００１５】
第１同期化回路１１ａは、第１クロック信号ＣＬＫ０とパルス信号を入力するＤ−フリップフロップである。第１同期化回路１１ａからの出力信号Ｑ（図２〜図４では、Ｑ０）は、第１カウンタ１２ａと第１レジスタ１３ａへ入力する。第１カウンタ１２ａは、第１同期化回路１１ａから入力する信号が０から１に変化した時点から次に０から１に変化する時点までの期間のクロック数をカウントし、カウンタ値を第１レジスタ１３ａに出力する。また、第１カウンタ１２ａは、第１同期化回路１１ａからの入力信号が０から１になると、カウンタ値をリセットする。第１レジスタ１３ａは、第１同期化回路１１ａから入力する値が変化すると、第１カウンタ１２ａから入力したカウンタ値を処理回路３０に出力する。
【００１６】
第２同期化回路１１ｂは、第２クロック信号ＣＬＫ１とパルス信号を入力するＤ−フリップフロップである。第２クロック信号ＣＬＫ１は、第１クロック信号ＣＬＫ０と同一周期であるが、位相の異なるクロック信号である。図２〜図４では、第２クロック信号ＣＬＫ１が第１クロック信号ＣＬＫ０から１／４クロック分ずれている例を示している。第２同期化回路１１ｂからの出力信号Ｑ（図２〜図４では、Ｑ１）は、第２カウンタ１２ｂへ入力する。第２カウンタ１２ｂは、第２同期化回路１１ｂから入力する信号が０から１に変化した時点から次に０から１に変化する時点までの期間のクロック数をカウントし、カウンタ値を第２レジスタ１３ｂに出力する。また、第２カウンタ１２ｂは、第２同期化回路１１ｂから入力する信号が０から１になると、カウンタ値をリセットする。第２レジスタ１３ｂは、第２同期化回路１１ｂから入力する値が変化すると、第２カウンタ１２ｂから入力したカウンタ値を処理回路３０に出力する。
【００１７】
第３同期化回路１１ｃは、第３クロック信号ＣＬＫ２とパルス信号を入力するＤ−フリップフロップである。第３クロック信号ＣＬＫ２は、第１クロック信号ＣＬＫ０及び第２クロック信号ＣＬＫ１と同一周期であるが位相の異なるクロック信号である。図２〜図４では、第３クロック信号ＣＬＫ２が第１クロック信号ＣＬＫ０から１／２クロック分ずれている例を示している。第３同期化回路１１ｃからの出力信号Ｑ（図２〜図４では、Ｑ２）は、第３カウンタ１２ｃに入力する。第３カウンタ１２ｃは、第３同期化回路１１ｃから入力する信号が０から１に変化した時点から次に０から１に変化する時点までの期間のクロック数をカウントし、カウンタ値を第３レジスタ１３ｃに出力する。また、第３カウンタ１２ｃは、第３同期化回路１１ｃから入力する信号が０から１になると、カウンタ値をリセットする。第３レジスタ１３ｃは、第３同期化回路１１ｃから入力する値が変化すると、第３カウンタ１２ｃから入力したカウンタ値を処理回路３０に出力する。
【００１８】
処理回路３０における処理については、後に詳述するが、処理回路３０では、粗時間計測手段１０の各レジスタ１３ａ〜１３ｃから入力する値から、適切な値を粗時間として選択し、選択した値を対象の時間間隔の演算に利用する。このように第１クロック信号ＣＬＫ０、第２クロック信号ＣＬＫ１及び第３クロック信号ＣＬＫ２をそれぞれ利用する粗時間計測手段１０における時間分解能は、粗時間計測手段１０で使用するクロック信号の１クロック分の時間となる。
【００１９】
細時間計測手段２０は、同一周期であるが位相の異なる複数のクロック信号を利用して、細時間を計測する。ここで、複数のクロック信号の立ち上がりの間隔は等分されるように設定されている。図５では、細時間計測手段２０で位相が１／８クロック分ずつずれている８のクロック信号ＣＬＫ００〜ＣＬＫ０７を利用する一例を示している。
【００２０】
粗時間計測手段１０で利用する複数のクロック信号は、細時間計測手段２０で利用する複数のクロック信号から選択されたクロック信号である。例えば、時間間隔計測装置１では、クロック信号ＣＬＫ００を粗時間計測手段１０の第１クロック信号ＣＬＫ０、クロック信号ＣＬＫ０２を粗時間計測手段１０の第２クロック信号ＣＬＫ１、クロック信号ＣＬＫ０４を粗時間計測手段１０の第３クロック信号ＣＬＫ３として選択して利用する。
【００２１】
細時間計測手段２０では、粗時間計測手段１０よりも多数のクロック信号を利用し、各クロック信号の立ち上がりから立ち上がりまでの区間を基準に時間間隔を計測できるため、粗時間計測手段１０よりも細かい時間分解能で時間を計測することができる。すなわち、粗時間計測手段１０における時間分解能は１クロック分の時間であるため、粗時間計測手段１０ではパルス信号の立ち上がりからクロック信号立ち上がりまでの時間を計測することはできない。これに対し、細時間計測手段２０における時間分解能は１クロックより細かい時間（図５の例では、１クロックの１／８）であるため、細時間計測手段２０では、予め設定した区間を利用して、パルス信号の立ち上がりからクロック信号の立ち上がりまでの時間も計測することができる。
【００２２】
具体的には、細時間計測手段２０は、入力するパルス信号が０から１に変化すると、変化した時点から、この変化と最も近い各クロック信号ＣＬＫ００〜ＣＬＫ０７の立ち上がり時点までの時間を計測する。すなわち、細時間計測手段２０は、複数のクロック信号ＣＬＫ００〜ＣＬＫ０７の立ち上がりを基準として等分される区間の何区間分であるかを計測することで、パルス信号の立ち上がり時点から各クロック信号ＣＬＫ００〜ＣＬＫ０７の立ち上がりまでの時間を計測することができる。仮に、使用するクロック信号の数を増加させれば、細時間計測手段２０で計測可能な時間分解能を細かくすることができる。
【００２３】
細時間計測手段２０は、パルス信号の立ち上がりから各クロック信号ＣＬＫ００〜ＣＬＫ０７の立ち上がりまでの時間を計測すると、計測した時間を処理回路３０に出力する。
【００２４】
図５の例では、クロック信号ＣＬＫ００の立ち上がりからクロック信号ＣＬＫ０２の立ち上がりまでの間にパルス信号の立ち上がりが存在する場合にはクロック信号ＣＬＫ０１を使用して計測された時間は使用せず、クロック信号ＣＬＫ０１の立ち上がりからクロック信号ＣＬＫ０３の立ち上がりまでの間にパルス信号の立ち上がりが存在する場合にはクロック信号ＣＬＫ０２を使用して計測された時間は使用せず、クロック信号ＣＬＫ０２の立ち上がりからクロック信号ＣＬＫ０４の立ち上がりまでの間にパルス信号の立ち上がりが存在する場合にはクロック信号ＣＬＫ０３を使用して計測された時間は使用せず、クロック信号ＣＬＫ０３の立ち上がりからクロック信号ＣＬＫ０５の立ち上がりまでの間にパルス信号の立ち上がりが存在する場合にはクロック信号ＣＬＫ０４を使用して計測された時間は使用しない等のように定められている。
【００２５】
処理回路３０は、粗時間計測手段１０から入力する複数の値から適切な値を選択するとともに、細時間計測手段２０から入力する複数の時間から適切な時間を選択する選択手段３１と、選択手段３１で選択された値から対象の時間間隔を演算する演算手段３２とを備えている。
【００２６】
具体的には、選択手段３１では、粗時間計測手段１０で使用している各クロック信号ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２が細時間計測手段２０で使用するクロック信号ＣＬＫ００〜ＣＬＫ０７のいずれに対応するかを把握している。また、選択手段３１では、パルス信号の変化の位置と使用に適さないクロック信号との関係を把握している。したがって、選択手段３１は、細時間計測手段２０から入力するパルス信号の立ち上がりの位置を利用して、各レジスタ１３ａ〜１３ｃから入力した粗時間から、使用に適切な粗時間を選択する。また、選択手段３１は、選択した粗時間の計測に使用したクロック信号を使用して計測された第１細時間及び第２細時間を適切な細時間として選択する。
【００２７】
例えば、図２に示す例の場合、パルス信号の立ち上がりは、第１クロック信号ＣＬＫ０の立ち上がりと一致しており、第２クロック信号ＣＬＫ１及び第３クロック信号ＣＬＫ２の立ち上がりとは一致していない。この場合、第１クロック信号ＣＬＫ０を利用して得られたカウンタ値は、適切でない可能性がある。したがって、時間間隔計測装置１では、第１レジスタ１３ａから出力される第１クロック信号ＣＬＫ０を利用して得られたカウンタ値は信頼性がないため使用せず、選択手段３１は、第２クロック信号ＣＬＫ１又は第３クロック信号ＣＬＫ２を利用して得られたカウンタ値を粗時間と選択して使用する必要がある。また、選択手段３１は、選択した粗時間の計測に使用したクロック信号を使用して細時間計測手段２０で計測された時間を細時間として選択する。すなわち、図２の例では、選択手段３１は、第２クロック信号ＣＬＫ１又は第２クロック信号ＣＬＫ２に対応するクロック信号を利用して細時間計測手段で計測された時間を選択する。
【００２８】
また、図３に示す例の場合、パルス信号の立ち上がりは各クロック信号ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２の立ち上がりとは一致していないが、パルス信号の立下りが第１クロック信号ＣＬＫ０の立下りと一致している。この場合、第１クロック信号ＣＬＫ０を利用して得られたカウンタ値は、適切でない可能性がある。したがって、時間間隔計測装置１では、第１レジスタ１３ａから出力される第１クロック信号ＣＬＫ０を利用して得られたカウンタ値は信頼性がないため使用せず、第２クロック信号ＣＬＫ１又は第３クロック信号ＣＬＫ２を利用して得られたカウンタ値を選択して使用する必要がある。また、選択手段３１は、選択した粗時間の計測に使用したクロック信号を使用して細時間計測手段２０で計測された時間を細時間として選択する。
【００２９】
さらに、図４に示す例の場合、パルスの立ち上がりが第１クロック信号ＣＬＫ０の立ち上がりと一致し、パルス信号の立下りが第２クロック信号ＣＬＫ１の立ち上がりと一致している。この場合、第１クロック信号ＣＬＫ０を利用して得られたカウンタ値と第２クロック信号ＣＬＫ１を利用して得られたカウンタ値は、適切でない可能性がある。したがって、時間間隔計測装置１では、第１クロック信号ＣＬＫ０又は第２クロック信号ＣＬＫ１を利用して得られたカウンタ値は信頼性がないため使用せず、第３レジスタ１３ｃから出力される第３クロック信号ＣＬＫ２を利用して得られたカウンタ値を選択して使用する必要がある。また、選択手段３１は、選択した粗時間の計測に使用したクロック信号を使用して細時間計測手段２０で計測された時間を細時間として選択する。
【００３０】
なお、使用可能なクロック信号が複数ある場合には、予め定めるクロック信号を使用して計測した時間を選択するように設定していてもよい。例えば、第１クロック信号ＣＬＫ０及び第２クロック信号ＣＬＫ１や、第１クロック信号ＣＬＫ０及び第３クロック信号ＣＬＫ２が使用可能な場合は第１クロック信号ＣＬＫ０を選択するように定め、第２クロック信号ＣＬＫ１及び第３クロック信号ＣＬＫ２が使用可能な場合は第２クロック信号を選択するように定めることができる。
【００３１】
選択手段３１で適切な粗時間及び細時間が選択されると、演算手段３２は、選択手段３１で選択された粗時間及び細時間を使用して対象の時間間隔を演算する。具体的には、演算手段３２は、粗時間と第１細時間を加算し、第２細時間を減算して細時間を求める。
【００３２】
上述したように、本発明の実施形態に係る時間間隔計測装置１では、粗時間計測手段１０においても複数のクロック信号を使用し、各クロック信号で得られた複数の値から最適な値を選択して時間間隔を計測する。これにより、時間間隔計測装置１では、パルスの変化がクロック信号の立ち上がりと一致した場合であっても、他のクロック信号を利用して得られた値を利用することができるため、求められる時間間隔に生じる誤差を防止することができる。
【００３３】
以上、各実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１…時間間隔計測装置
１０…粗時間計測手段
１１ａ…第１同期化回路
１１ｂ…第２同期化回路
１１ｃ…第３同期化回路
１２ａ…第１カウンタ
１２ｂ…第２カウンタ
１２ｃ…第３カウンタ
１３ａ…第１レジスタ
１３ｂ…第２レジスタ
１３ｃ…第３レジスタ
２０…細時間計測手段
２１…選択手段
３０…処理回路
３１…選択手段
３２…演算手段
【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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