专利名称：频率测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及频率测量装置等，尤其涉及使用在预定的时间内计数被测量信号并从 计数值串中去除高频成分从而检测出频率变化成分的短选通时间计数方式的频率测量装 置，而可测量出绝对频率的频率测量装置的改进等。
背景技术：
对于频率测量方式，已知有计数在所决定的选通时间内通过的脉冲的直接计数方 式(例如参考专利文献1)、准确测量脉冲周期并通过其时间的倒数求出频率的倒数方式 (例如参考专利文献2)和通过得到△ Σ调制信号而获知频率的方式(例如参考专利文献 3)。专利文献1日本特开2001-119291号公报专利文献2日本特开平5-172861号公报专利文献3美国专利第7230458号申请人:进行了基于短选通时间计数方式的频率测量装置的研究开发。该频率计数方式由于在短选通时间中不中断地进行重复计数(采样)，并从所得 到的计数值串中去除高频成分，所以时间分辨率·频率分辨率都可以大幅度改善。本方式 的频率计数器由计数器电路和小规模运算电路构成，具有抑制了电路规模的增大且容易多 信道化的特点。另外，有采样频率越高分辨率越好等的特点。但是，将解调由短选通时间计数法得到的脉冲串后的值作为频率的相对值提供。 可以简化计数器电路，观察相对的变化很充分，但是，被测量频率的绝对值(所有位数)信
息缺乏ο另外，在仅使用计数器的最低位比特来作为短选通计数值的情况下，不能仅从1 比特的信息判断出从计数器输出的0和1串是否对应于计数值的大小，或是否与其是补数 的关系。
发明内容
本发明的一个方式的频率测量装置提供一种可高精度测量被测量信号的频率整 体的频率测量装置。本发明的一个方式的频率测量装置可以在被测量信号是二值信号时，使用1比特 计数器(或仅使用1比特输出的η比特计数器)来更简单构成该频率测量装置。本发明的一个方式的频率测量装置判断上述1比特计数器的输出是否反转而控 制输出。达成上述目的的频率测量装置的一个实施方式，所述频率测量装置包括高位计 算部，其测量被测量信号而输出所述被测量信号的频率值的高位值；低位计算部，其测量所 述被测量信号而输出所述被测量信号的频率值的低位值；和加法部，其相加所述高位值和 所述低位值而输出所述被测量信号的频率值；所述高位计算部包括测量所述被测量信号在单位时间中的频率的频率计数器部；和从该频率计数器的计数值中去除相当于所述低位 的计数值部分而作为所述高位的值输出的补偿计算部；所述低位计算部包括在比所述单 位时间短的时间内计数所述被测量信号的频率的短选通时间计数器部；将该短选通时间计 数器的计数值串作为输入的低通滤波器部；和将该低通滤波器部的输出值换算为所述单位 时间的值而作为所述低位的值输出的定标部。通过采用该结构，通过可把握整体频率的概数的频率计数器(例如，直接计数 器)，通过补偿频率测量精度好但限于局部的测量范围的短选通时间计数器的测量范围，可 以高精度地测量被测量信号的绝对频率(整体频率)，状况好。优选，所述短选通时间计数器部包含在采样频率fs下工作的η比特输出的二进 制计数器；所述补偿计算部把下述商的部分乘以下述乘积后得到的数值作为所述高位的输 出，所述频率的概数除以所述采样频率fs和所述η比特输出的二进制计数器的输出数的2η 后得到的商的部分，所述采样频率fs与所述二进制计数器的输出数的2n的乘积。由此，可 以通过频率计数器的输出来补偿通过短选通时间计数器未测量到的被测量信号的频率部 分。优选，所述被测量信号是二值信号；所述短选通时间计数器部包含1比特输出的 二进制计数器；所述频率测量装置还包括补数判断部，其判断所述短选通时间计数器部 的二值输出串是否对应于计数值的大小；和补数调整部，其根据所述补数判断部的判断结 果来反转或非反转所述计数器的二值输出串。由此，可以避免短选通时间计数方式中的1 比特计数器的输出图案的逆转现象(后述)，避免了 1比特计数器的出错，得到了正确的计 数输出。优选，在上述被测量信号是二值信号的情况下，所述短选通时间计数器部包括在 采样频率fs下工作的数据锁存器、1比特输出的二进制计数器、和抽头数m的移动平均滤 波器；所述补数判断部通过(2 X所述频率的概数+采样频率fsX移动平均滤波器的抽头 数)的整数值部分的最低位的偶数/奇数信息来进行所述判断。由此，判断1比特计数器 输出的输出图案有无反转/非反转。优选，在上述被测量信号是二值信号的情况下，所述短选通时间计数器部包括在 采样频率fs下工作的数据锁存器、1比特输出的二进制计数器、和抽头数m的移动平均滤波 器；所述补偿计算部将作为(2X所述频率的概数+所述采样频率fsX移动平均滤波器的 抽头数m)的整数值部分X采样频率+移动平均滤波器抽头数m+2得到的数值作为所述 高位的输出。由此，可以通过频率计数器的输出来补偿通过短选通时间计数器未测量到的 被测量信号的频率部分。优选，通过m级寄存器和异或电路来等效构成上述二进制计数器和上述抽头数m 的移动平均滤波器。由此，简化了电路结构，可以通过使用晶体管等的减少来实现电路的高 速化、低耗电量化，状况好。优选，通过对所述被测量信号调整采样频率fs、抽头数m，使得在所述短选通时间 计数器部中不产生进位或退位。由此，可以由1比特电路构成电路，可以简化电路，状况好。另外，频率测量装置的一个实施方式，所述测量装置包括短选通时间计数器部， 其通过1比特输出的计数器来计数被测量信号的频率而产生计数输出；低通滤波器部，其 从所述计数输出中去除高频成分；补数判断部，其根据被测量信号的频率的概数判断所述短选通时间计数器部的计数输出是否对应于计数值的大小；和补数调整部，其设置在所述 低通滤波器部之前，根据所述补数判断部的判断结果，来反转或非反转所述短选通时间计 数器部的二值输出串。通过采用该结构，可以由1比特电路构成频率测量装置的主要部分，电路的高速 化、电路的简化变得容易。优选，所述短选通时间计数器部包含在采样频率fs下工作的数据锁存器、1比特 输出的二进制计数器和抽头数m的移动平均滤波器；所述补数判断部通过(2X所述频率的 概数+采样频率fsX移动平均滤波器的抽头数)的整数部分的最低位的偶数/奇数的信 息来进行所述判断。由此，可以通过简化二进制计数器和抽头数m的移动平均滤波器后的 电路来构成频率测量装置。
图1是说明本发明的实施例的块电路图。图2是表示基于短选通时间计数方式的频率变化范围部分(绝对值信息缺乏)的 输出曲线。图3是表示通过组合由向上向下计数器(up down counter) 50测量出的频率的概 数和通过短选通时间计数方式测量出的频率而得到绝对频率(所有位)的例子的曲线。图4是说明本发明的另一实施例的块电路图。图5是说明实施例的变形例的框图。图6是说明由1比特计数器和移动平均滤波器构成处理被测量信号的短选通时间 计数器的例子的框图。图7是说明简化图6所示的电路后的例子的框图。图8是说明使用简化构成的1比特的短选通计数器来构成绝对频率的测量装置的 例子的框图。图9是说明(1比特计数器+移动平均滤波器)的输出反转(补数)的例子的曲线。图10是说明(1比特计数器+移动平均滤波器)的输出对应于频率的增减的例子 的曲线。图11是说明从测量装置输出的绝对频率的测量值例的曲线。图12是说明动态范围、采样频率、移动平均滤波器的抽头数的关系的说明图。图13是说明将短选通计数值和移动均值作为整数处理的情况下的例子的曲线。图14是说明将计数值和移动均值作为二值处理的情况下的例子的曲线。图15是说明将计数值和移动均值作为二值处理的情况下的例子(补数/非补数 判断)的曲线。符号说明10-短选通时间计数器部，20-低通滤波器部，30-定标部，40-加法部，50-向上计 数器，60-补偿计算部，70-商计算部，80-反转/非反转部
具体实施例方式下面，说明本发明的实施方式。本申请中说明的短选通时间计数方式，在短选通时间中连续计数所供给的脉冲串 信号而得到与该脉冲串信号的频率对应的按脉冲串状动作的一系列计数值，从该一系列计 数值中去除高频成分而得到与所供给的脉冲串信号的频率对应的一系列信号，从而提取频 率变化。对于该短选通时间计数方式，在日本特愿2008-099721号中对电路结构和动作进 行了详细说明。如上所述，短选通时间计数方式通过相对值得到被测量频率值。本申请在这种短选通时间计数方式的计数器中，要得到被测量频率的绝对值(所 有位数)。因此，在下面的实施例中，通过直接方式的计数器等获知被测量频率的估计值，并 通过补偿通过短选通时间计数方式的计数器不能测量出的范围，而获知被测量频率的绝对 值。这时，从已知的采样频率求出可通过短选通时间计数方式的计数器测量出的频率范围。另外，在另一实施例中，在短选通时间计数方式的计数器中可测量出频率的绝对 值的频率测量装置中，通过将信号处理系统作为处理二值信号的短选通时间计数器和移动 平均滤波器的一体电路构成，而实现了电路结构的简化。该情况下，使用采样频率和移动平 均滤波器的抽头数求出可由短选通时间计数方式的计数器测量出的频率范围，并进行被测 量频率的绝对值计算(信号处理)。作为二值信号的例子，例如举出有脉冲振荡器的脉冲串 输出、脉冲串状的比特流(串行数字数据)信号等，但是并不限于此。(实施例1)下面，参考附图来说明本发明的实施例。图1表示第一实施例，频率测量装置大体 上由求出被频率信号的频率的高位部分的高位计数部、通过短选通时间计数方式高精度求 出频率值的低位的低位计数部、及合成两个计算部的输出的加法部构成。低位计算部由短选通时间计数器部10、低通滤波器部20和定标部(scaling) 30等构 成。高位计算部40由向上计数器部50和补偿计算部60等构成。加法部由加法器40构成。作为频率测量的测量对象的被测量信号并不限于此，例如是图中未示的QCM晶体 传感器(下面也称作“QCM设备”)的晶体振荡器输出的脉冲串状的信号。QCM设备是若物 质粘附在晶体振子的电极表面上，则利用谐振频率根据其质量变化(降低)的性质来测量 极其微小的质量变化的质量传感器。预先判断基于物质粘附的QCM设备的晶体振荡器的频 率变化范围。频率测量装置测量例如使用了 30，001，893Hz的振子的晶体振荡器的频率变 化。将来自晶体振荡器的被测量信号供给短选通时间计数部10和向上计数器部50。短选通时间计数器部10例如由以采样频率(fs) IkHz连续进行计数动作的2比特 的二进制计数器构成。将短选通时间计数器部10的计数输出供给低通滤波器部20。低通滤波器部20例如将抽头数100的移动平均滤波器作为3级结构(抽头数100， 100,100)构成。低通滤波器部20从连续的计数值串中去除高频成分后取出包含频率变化 成分的信号。定标部30将从低通滤波器部20输出的包含频率变化成分的信号换算为实频率。 在该实施例中，为了对应于基于短选通时间计数器部10的2比特二进制计数器得到的计数 值“0”、“1”、“2”、“3”(十进制显示)而分别返回OHz、1000Hz、2000Hz和3000Hz的频率步 骤，而放大1000倍(采样频率数倍)低通滤波器部20的输出。图2表示在QCM设备的晶体振子部上粘附气体物质并将之后分开时的被测量信号供给测量装置的情况下的定标部30的输出例。如该图所示，判断具有IHz以下的频率分辨 率。将定标部30的输出供给加法器40的一个输入。还将上述被测量信号供给向上计数器部50。向上计数器部50例如由直接方式的 计数器构成，测量选通时间1秒中的被测量信号的脉冲数。例如，测量30，001，893Hz。由于 选通时间是1秒，所以向上计数器部50不能测量IHz以下的频率。将该测量结果(概数) 供给补偿计算部60。补偿计算部60从向上计数器部50的计数值中去除应由短选通时间计数器测量出 的计数范围。因此，补偿计算部60求出用采样频率fs和短选通计数器部10的η比特的二 进制计数器的输出数2η(2的计数器比特数次幂)除以向上计数器部50的计数值(频率的 概数)时的商。实施例中，使用2比特的二进制计数器，输出数是22(2的计数器比特数次 幂)=4。输出该商与采样频率fs和(2的计数器比特数次幂)相乘后的值。若将Int[X]作为提取数值X的整数部分的函数对其加以使用，则补偿计算部60 进行Int [被测量频率+采样频率+2的计数器比特数次幂]X采样频率X (2的计数器 比特数次幂)的计算。该实施例中，30，001，893泡(计数值概数)+1000泡(采样频率~)+22(2 的计数器比特数次幂)=7，500.... 1，893(商7，500，余数1，893)。接着，进行 7500 (商)X 1000Hz (fs) X22(2的计数器比特数次幂)=30, 000, OOOHz的计算。将该输出
供给加法器40的另一输入。加法器40相加定标部30的输出(低位)和补偿计算部60的输出 30，000，OOOHz (高位)，而输出绝对频率的频率测量值。图3表示加法器40的输出例。通过在短选通计数方式的计数值上相加补偿值 (30，000, OOOHz)，而将由短选通时间计数方式的计数器测量出的相对频率校正为绝对频率。另外，在如QCM设备这样，判断被测量信号的振荡频率的概数，在与整体的频率值 相比被测量信号的频率变化范围只是稍微一点的情况下，若设计为通过短选通时间计数器 部检测出被测量信号的频率变化范围，则判断为可以仅向加法器40的另一个输入供给固 定值(补偿值)。即，判断为通过在由短选通时间计数方式测量出的相对频率(定标后)加 上计算出的补偿值，而可得到绝对频率。(实施例2)图4到图8是说明在被测量信号是二值信号的情况下，使短选通时间计数部10的 结构为简单结构的例子的图。在各图中，对与图1对应的部分添加同一附图标记，而省略对 该部分的说明。图4表示由1比特输出(二值输出)的二进制计数器构成图1所示的频率测量装 置的短选通时间计数部10的例子。在由1比特输出的二进制计数器进行采样而输出计数 值的情况下，如后所述，存在输出值串对应于计数值的大小的情形和输出值串为逆(补数) 的情形。因此，在该实施例中，具有根据向上计数器部50的概数判断短选通时间计数器部 10的输出是否是补数的后述的商计算电路70与根据商计算电路70的判断结果反转或非反 转向上计数器部50的输出而中继到低通滤波器部20的反转/非反转部80。向上计数器部50和商计算部70对应于补数判断部。反转/非反转部80对应于补数调整部。换而言之，实施例2中，通过短选通时间计数器部10、低通滤波器部20、向上计数 器部50、商计算部70和反转/非反转部80等构成1比特的短选通时间计数方式的频率测 量装置。其他结构与图1相同。图5到图7是说明频率测量装置的一部分电路的简化说明图。图5表示电路简化的阶段。如图5(A)所示，广义的短选通时间计数方式的频率测 量装置包括以预定的采样频率计数被测量信号的η比特输出的计数器部10、从计数值串中 去除高频成分而提取频率变化成分(低频)的低通滤波器部20。该图(B)表示被测量信号是二值信号，短选通时间计数方式的频率测量装置包括 由所选择的采样频率进行计数以使得在计数被测量信号时不产生进位的1比特(二值)输 出的计数器部10和低通滤波器部20的情形。如该图(C)所示，1比特的计数器由在采样频率下工作的锁存器11和作用为1比 特计数器的计数值计算部12构成。1比特的计数器若在保持值为“0”时输入“0”，则输出 为0，若在保持值为“ 0 ”时输入“ 1”，则输出为“ 1”，若在保持值为“ 1”时输入“ 0 ”，则输出为 “ 1 ”，若在保持值为“ 1，，时输入“ 1 ”，则输出为“0”。如图6所示，其可以由1个寄存器和1 个异或电路构成。低通滤波器部20例如可以由3级的移动平均滤波器21构成。移动平均 滤波器21a可以由1比特m抽头(m级)的移位寄存器和向上计数器构成。如该图(D)所示，即使将移动平均滤波器的一级移动到1比特计数器部10侧，在 电路上也相同。如该图(E)所示，其余的低通滤波器部20也可以作用为低通滤波器。无论是数字 滤波器还是模拟滤波器都可得到需要的特性。如该图(F)所示，如前所述，在使用1比特计数器的情况下，由于有时输出是补数 状态，所以设置反转/非反转部80，并根据需要使计数输出反转。如该图(G)所示，将计数值计算部12和移动平均滤波器21的功能替换为具有相 同功能的计数/滤波器电路13。在图5(F)所示的结构中，也可以采取在计数值计算部12和移动平均滤波器部21 之间设置反转/非反转部80的结构。如图7 (A)所示，将计数值计算部12替换为1比特1抽头的寄存器和异或电路。进 一步，移动平均滤波器部21可由1比特m抽头的移位寄存器、异或电路、1比特1抽头的寄 存器和异或电路等效构成。进一步，如图7(B)所示，计数值计算部12和移动平均滤波器部21可等效替换为 由1比特m抽头的移位寄存器和异或电路构成的计数/滤波器电路13。计数/滤波器电路 13与锁存器11 一起构成短选通计数器。图8表示使用反映了上述的电路简化结果后的短选通时间计数器部10的频率测 量装置的例子。该图中，对与图4对应的部分添加同一附图标记，而省略该部分的说明。如图8所示，短选通时间计数器部10在被处理信号是二值信号的情况下，将1比 特计数器12和第1级的1比特移动平均滤波器21替换为简化电路13。该实施例测量使用 了例如14，994，798Hz的晶体振子的QCM设备的频率变化。例如，短选通时间计数器部10的锁存器11的采样频率fs是1kHz，计数/滤波器电路13的移动平均滤波器抽头数100、低通滤波器部30使用2级移动平均滤波器(抽头数 100，100)。且有，在实施例的计数/滤波器电路13中，在逻辑电路的结构上，由于在被测量信 号的电平变化时(“0”一 “1”，“1”一 “0”)加以计数，所以被测量信号以看上去两倍以上 的形式计数。向上计数器50测量选通时间1秒中的计数值。实施例中，例如测量14994798Hz 士 1 计数。补偿计算部602倍向上计数器50的计数值，并求出用(采样频率+移动平均滤 波器抽头数)除以该值时的商。将商与(采样频率+移动平均滤波器抽头数+2)后的值 作为补偿值输出。如上所述，若将Int[X]作为提取数值X的整数部分的函数使用，则补偿 计算部60中，进行Int [2 X被测量频率+采样频率X移动平均滤波器抽头数]X采样频 率+移动平均滤波器抽头数—2的计算。实施例中，将(14，994，798士 1) X 2 + (1000 + 100) = 2，998，959. · · 6 士 22，988，95 9X (1000 + 100 + 2 = 14,994，795)作为补偿值输出。商计算部702倍向上计数部50的计数值，并求出用(采样频率+移动平均滤波 器抽头数)除以该值时的商，而输出商的最低位比特。若将Int[X]作为提取数值X的整数 部分的函数对其加以使用，则使用Int[2X被测量频率+采样频率X移动平均滤波器抽 头数]的最低位比特信息(奇偶信息)，判断计数/滤波器电路13的输出“0”和“1”串是 否对应于计数值的大小，或是否与其是补数的关系。实施例中，(14，994，798士1) X2+(1000 + 100) = 2，998，959. .. 6士2，对应于 2，998，959而输出二进制标记的最低位比特“ 1” (奇数反转指令)。将该输出供给反转/ 非反转部80。另外，在二进制标记的最低位比特是“0”的情况下，将“0”(偶数非反转指 令)输出到反转/非反转部80。反转反转如图8所示，反转/非反转部80由选择器81和反转器(NOT) 82构成。选 择器81在商计算部70的输出是“1”时，使计数器10的输出经反转器82反转而供给低通 滤波器部20。另外，在商计算部70的输出是“0”时，将计数器10的输出原样供给低通滤波 器部20。由此，避免了计数器10的输出反转送到低通滤波器部20。定标部30在低通滤波器部20的输出值需要定标的情况下，算出频率换算值。实施 例中，为了将输出值的“0” “1”修正为频率步骤10Ηζ + 2(0Ηζ、5Ηζ)，而5倍(“采样频率+ 抽头数+2”倍)。通过加法器40在定标部30的输出上加上补偿计算部60得到的补偿值。实施例 中，将14，994，795Hz作为补偿值来相加。图9表示在计数器部10的输出是补数输出的情况下，不进行输出反转的情况下的 定标部30的输出。图10表示在计数器部10的输出是补数输出的情况下，通过反转/非反转部80使 补数输出反转时的定标部30的输出。图11表示加法器40的输出例。通过在短选通时间计数方式的计数值上加上补偿 值(14，994，795Hz)而将由短选通时间计数方式的计数器测量出的相对频率校正为绝对频率。
接着，参考图12到图15，对上述的短选通时间计数方式的短选通计数输出的反转 和比特流进行补充说明。图12是说明将短选通计数输出和一级移动平均滤波器输出作为二值输出(比特 流)处理的情况下的采样频率、移动平均滤波器抽头数和动态范围的关系曲线。图示的曲线的横轴是时间(秒)、纵轴是频率偏移(Hz)。在曲线中表示了选通时 间为0. 1秒(采样频率IOHz)时的短选通计数器的输出(在采样频率的下限值和上限值之 间用细线表示的脉冲状的输出)、移动平均滤波器(抽头数5)的输出(用粗线表示的脉冲 状的输出)、低通滤波器的输出(移动平均滤波器的输出脉冲串内表示的曲线)。在下面的 图13到图15中也相同。这里，将动态范围定义为“动态范围=采样频率+移动平均滤波器的抽头数”。在 该例子中，动态范围是2( = 10 + 5)。若短选通计数输出容纳在动态范围内，则在计数器上 不产生进位退位，计数输出为二值输出状态，变为比特流的输出。其可通过对被测量信号的 频率进行采样频率和移动平均滤波器的抽头数的选择来加以实现。通过使短选通时间计数 器和一级移动平均滤波器部分的信号作为比特流，如上所述，可以通过逻辑门来简化同一 部分的电路结构。图13表示短选通计数值和移动平均滤波器输出值的例子(将计数值和移动平均 滤波器作为整数值处理的情形)。例如，在选通时间0. 1秒(采样频率IOHz)测量在120Hz 130Hz间变化的被测 量信号的情况下，短选通计数值为12或13。移动平均的计算用抽头数除以区间内的计数值 的和，但是在不考虑定标的情况下也可以不用抽头数相除。在抽头数是5的情况下，作为移 动平均值而输出60 65的值的其中之一。图14表示短选通时间计数值和移动平均滤波器输出值的例子(将计数值和移动 均值作为比特流(串行数字数据)处理的情形)。在作为比特流处理的情况下，替换为二值。
即，替换为如图13的曲线右侧所示的“13”一“1”、“12”一“0”、“65”一“1”、“64”一“0”.....
“60”一 “0”。图15表示移动平均滤波器输出值的例子(将计数值和移动均值作为比特流处
理的情形)。对应于该图的曲线右侧，图14中的“1”、“0”.....“0”，使“0K”、“补数”、
“0K”、. . . “0K”对应于移动平均滤波器输出值的各范围。若比较图13和图15，则通过被测量频率(图13的右侧栏)存在于哪个范围内，而 可判断出移动平均滤波器输出值的大小关系是否与被测量频率的增减关系相对应，是否有 补数的关系(图15的右栏侧)。另外，可判断出该关系是否交替出现。若考虑到在被测量 频率是OHz的情况下，移动平均滤波器输出值也为0，若用范围除以被测量频率后的商为偶 数，则可判断出被测量频率的增减关系和移动平均滤波器输出值的大小关系相对应，若商 是奇数，则可判断出有补数的关系。因此，在商是奇数的情况下，通过使输出值反转，移动平 均滤波器输出值和被测量频率的增减关系可以总是正确对应。上述的商计算部70和反转 /非反转部80负责该任务。如上所说明的，根据本发明的实施例，通过将Int [被测量频率+采样频率—2的 计数器比特数次幂]X采样频率X (2的计数器比特数次幂)作为补偿值，并将其用于短选 通时间计数得到的频率测量结果，而可通过短选通时间计数法得到绝对频率。
根据本发明的实施例，可以通过高分辨率来测量绝对频率。补偿值等所得到的校 正值在测量期间中只要无被测量频率的变化超过动态范围这种情形就有效(在超过动态 范围产生了进位或退位的情况下，需要重新校正)。根据本发明的实施例，在使用移动平均滤波器的短选通时间计数方式的计数器 中，可以利用Int[被测量频率+采样频率X移动平均滤波器抽头数]的最低位比特信息 (偶数/奇数信息)，判断计数器输出的“0”和“ 1，，串是否对应于计数值的大小，或是否与 其是补数的关系。根据判断结果，在“0”和“1”串是补数的关系时，通过使比特流的输出反 转，而可正确输出频率变化的情况。可以通过1比特输出的计数器来使计数电路准确动作， 状态好。根据本发明的实施例，通过将Int[被测量频率+采样频率X移动平均滤波器抽 头数]X采样频率+移动平均滤波器抽头数作为补偿，而进行短选通计数频率测量，可得 到绝对频率。根据本发明的实施例，在短选通时间计数方式的计数器中，可以通过高分辨率测 量绝对频率，状态好。得到被测量频率的概数的单元(向上计数器50)可使用低价的直接计数方式的计 数器。由于从低通滤波器部20的输出得到相对频率(频率变化范围)，从加法器40的输出 得到绝对频率，由1个频率测量装置得到两种频率，所以很方便。根据本发明的实施例，只要被测量频率的变化不超过动态范围，就不需要重新计 算补偿值。若被测量信号的额定频率及其频率变化范围如QCM设备那样已知，则可以将检 测出概数的向上计数器部50、补偿计算部60、商计算部70等替换为个人计算机进行的计 算。另外，短选通时间计数方式的频率测量装置有电路结构简单、高速操作、耗电量少的优
点ο
权利要求
一种频率测量装置，其特征在于，包括高位计算部，其测量被测量信号而输出所述被测量信号的频率值的高位值；低位计算部，其测量所述被测量信号而输出所述被测量信号的频率值的低位值；和加法部，其相加所述高位值和所述低位值而输出所述被测量信号的频率值；所述高位计算部包括测量所述被测量信号在单位时间中的频率的频率计数器部；和从该频率计数器的计数值中去除相当于所述低位的计数值部分而作为所述高位的值输出的补偿计算部；所述低位计算部包括在比所述单位时间短的时间内计数所述被测量信号的频率的短选通时间计数器部；将该短选通时间计数器的计数值串作为输入的低通滤波器部；和将该低通滤波器部的输出值换算为所述单位时间的值而作为所述低位的值输出的定标部。
2.根据权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于所述短选通时间计数器部包含在采样频率f s下工作的n比特输出的二进制计数器，其 中n是1以上的整数；所述补偿计算部把下述商的部分乘以下述乘积后得到的数值作为所述高位的输出， 所述频率的概数除以所述采样频率fs和所述n比特输出的二进制计数器的输出数的 2n后得到的商的部分，所述采样频率fs与所述二进制计数器的输出数的2n的乘积。
3.根据权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于 所述被测量信号是二值信号；所述短选通时间计数器部包含1比特输出的二进制计数器； 所述频率测量装置还包括补数判断部，其判断所述短选通时间计数器部的二值输出串是否对应于计数值的大 小；和补数调整部，其根据所述补数判断部的判断结果来反转或非反转所述计数器的二值输出串。
4.根据权利要求3所述的频率测量装置，其特征在于 所述短选通时间计数器部包括在采样频率fs下工作的数据锁存器、 1比特输出的二进制计数器、和 抽头数m的移动平均滤波器；所述补数判断部通过下述整数值部分的最低位的偶数/奇数信息来进行所述判断， 2X所述频率的概数+采样频率fsX移动平均滤波器的抽头数的整数值部分。
5.根据权利要求3所述的频率测量装置，其特征在于 所述短选通时间计数器部包括在采样频率fs下工作的数据锁存器、 1比特输出的二进制计数器、和抽头数m的移动平均滤波器；所述补偿计算部将下述整数值部分X采样频率+移动平均滤波器抽头数m+2得到 的数值作为所述高位的输出，2X所述频率的概数+采样频率fsX移动平均滤波器的抽头数的整数值部分。
6.根据权利要求4或5所述的频率测量装置，其特征在于由m级寄存器和异或电路构成所述二进制计数器和所述抽头数m的移动平均滤波器。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的频率测量装置，其特征在于通过对所述被测量信号调整采样频率fs、抽头数m，使得在所述短选通时间计数器部 中不产生进位或退位。
8.—种频率测量装置，其特征在于，包括短选通时间计数器部，其通过1比特输出的计数器来计数被测量信号的频率而产生计 数输出；低通滤波器部，其从所述计数输出中去除高频成分；补数判断部，其根据被测量信号的频率的概数判断所述短选通时间计数器部的计数输 出是否对应于计数值的大小；和补数调整部，其设置在所述低通滤波器部之前，根据所述补数判断部的判断结果，来反 转或非反转所述短选通时间计数器部的二值输出串。
9.根据权利要求8所述的频率测量装置，其特征在于 所述短选通时间计数器部包含在采样频率fs下工作的数据锁存器、 1比特输出的二进制计数器、和 抽头数m的移动平均滤波器；所述补数判断部通过下述整数值部分的偶数/奇数信息来进行所述判断， 2X所述频率的概数+采样频率fsX移动平均滤波器的抽头数的整数值部分。
全文摘要
本发明提供一种可高精度测量被测量信号的绝对频率的短选通时间计数法的频率测量装置。包括测量被测量信号来输出应检测的频率值的高位的高位计算部、测量被测量信号而输出应检测的频率值的低位的低位计算部和相加高位的输出和低位的输出而输出被测量信号的频率测量值的加法部；高位计算部包含测量被测量信号单位时间的频率概数的频率计数器部、从该频率计数器的计数值去除相当于低位的计数值部分而作为高位输出的补偿计算部，低位计算部包含在比单位时间短的时间间隔内计数被测量信号的频率的短选通时间计数器部、将该短选通时间计数器的计数值串作为输入的低通滤波器部和将该低通滤波器部的输出值换算为单位时间的值而作为低位输出的定标部。
文档编号G01R23/10GK101893657SQ20101018114
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年5月22日
发明者轰原正义 申请人:精工爱普生株式会社