JPS5829218A

JPS5829218A - 信号検出方式

Info

Publication number: JPS5829218A
Application number: JP56126005A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yoshikawa; 省二吉川; Hiroshige Kodama; 啓成児玉; Ken Oshima; 大島　建; Masaharu Sakamoto; 坂本　正治; Kiichi Kato; 喜一加藤; Kunio Yamamiya; 国雄山宮
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-08-13
Filing date: 1981-08-13
Publication date: 1983-02-21
Also published as: US4520280A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、比較器を用いてそのしきい値と入力信号を比
較し、その大小により人力信号を検出するに際し、その
しきい値を入力信号のベースラインの変動に応じて変化
させるようにした信号検出方式に関するものであって、
その目的とするところは、ベースラインの内に含まれた
信号を、確実に検出しうる方式を提供することにある。

従来の二値信号検出回路は第１図に示したように、正の
固定基準電圧源Ｉによりし会い値が設定された比較器コ
と、貴の固定基準電源Ｊによりしきい値が設電された比
較ＩＩ参とに、入力端子Ｓから入力信号を供給し、それ
ら比較−２，＃により正および負方向の入力信号を比較
して、各出力端子４．７から正、負の信号を検出出力と
して取り出している。

このような従来の信号検出回路においては、第ＪＷの（
転）に示した波形のように、入力信号のベースラインｔ
が信号９のピーク値より大幅にレベル変動する入力波形
を加えた場合、正のしきい値１０および負のしきい値ｌ
／を、図示のようにペースラてし重う一点があり、また
しきい値１０　＃　／／をベースラインｔのレベル変動
より大きな値に設定すると１同図（転）から明らかなよ
うに、各し自い値１０゜／／を越えない信号は、同図Φ
）および（０）に示した比較出力波形中、点＠　／Ｊ　
、　１２’で示したように欠落し４正しい情報信号とし
て検出し得ない欠点があった・本発明は、上述の如き欠
点を解消し、人力信号のベースライン内に含まれた信号
を常に正確に検出するようにしたものであって、所定の
しきい値を基準にして入力信号を比較し、その大小によ
り入力信号を検出する信号検出方式において、その入力
信号の移動平均を演算することによりその入力信号のベ
ースラインのプロフィル信号をｈａし、このプロフィル
信号がもつ値に所定の上、下限値を加算した値の電圧を
前記しきい値とすることにより、前記ベースラインの変
動に追従してしきい値を変化させることを特徴とするも
のである。

以下本発明方式を図示の実施例に基づいて説明する。

第３図は本発明方式を実施するための構成の一例を示す
ブロック線図である。この実施例のＷＩＩ威においては
、大きくわけて、入力端子〃から加えられる人力信号め
プロフィル信号を発生する移動平均演算部ｎと、その演
算結果に正負の各しきい値を加え、これを比較基準値と
して、前記入力端子から導かれた大幅なレベル変動する
ベースライン中に含まれた信号を検出する比較部ｎより
なっている。

コは第１のバッファ増幅器であって入力端子を緩衝増幅
し、信号源に対する負荷の軽減を行なっている。Ｂは可
変抵抗器であって、後続するホールドキャパシタ装置易
との組み合わせにより低域ろ波フィルタを形成し、その
値を可変することによりしゃ断周波数を可変できるよう
になっている◎ただし、この機能は、移動平均を演算す
るうえでは、補助的な働自である。ｌはマルチプレクサ
であって、周波数可変パル−ス発生ＩＩ　ｘ　ｓ遅延回
路１、アドレスデコーダ〃、アドレスカウンタ３１およ
びディジタル比較＠　３２より形成葛れるアドレス決定
回路によって、前記ホードキャパシタ装置謳の同□−容
量をもつ各ホールドキャパシタム、〜ム１、を順次所定
の順序に切り換え、それら個々のホールドキャパシタム
、〜ム０に、可変抵抗ｎＢを経て供給される入力信号を
サンプリングしてホールドするよう構成しである◎そし
て、そのマルチプレクサ１の切換時間は、周波数可変パ
ルス発生！！１の発振周波数を可変することにより広範
囲に変化させることかで自、また比較値設定スイッチ３
３により設定した値と、アドレスカウンタｉ／により計
数される前記周波数可変パルス発生器１かものパルス数
をディジタル比較器３２で比較し、両省が一致した時、
前記アドレスカラン＃Ｊ／かリセットされるようになっ
ている。

従って、これによりマルチプレクサｌをして、ホールド
キャパシタ装置１のホールドキャパシタム１〜五〇を比
較値設定スイッチ３３により指走した値に相当する数だ
け順次所定の順序でサイクリックに切り換えせしめるこ
とができる。すなわち、周波数パルス発生器１０周波数
を変化させることにより、サンプリング速度を、また比
較器設定スイッチ３３によりホールドキャパシタ装置１
４による後記の各比較器における基準電圧への重み付け
をそれぞれ選択することができる。

また、評は・ホールドキャパシタ装ｇＨｔの各ホールド
キャパシタム、〜ム。に保持されている電圧値を全加算
するための加算器であり、これに続く可変減衰器おによ
り前記重み付けを変更した場合のレベル調整を行なうよ
うにしており、この加算器３ダと可変減衰器３３とで平
均値演算回路を構成する。

３６はアナログスイッチであって、前記マルチプレフサ
ｌのアドレスが切り変わる直前の前記可変減衰ｌ５Ｊｊ
の出力をホールドキャパシタ１に伝達するように、周波
数可変パルス発生ｌＩ３からのパルス信号を、立上り微
分回路３Ｋにより微分した微分パルスによって導通させ
ている◎ なお、周波数可変パルス発生器コとアドレスカランａ　
Ｊ／との間に介挿した前記遅延回路１は、前記アナログ
スイッチ３６が導通して、可変減衰１ｉｊｊの出力がホ
ールドキャパシタ１に伝達された後に１前記！ルチプレ
クサｌのアドレスが変化するよう□に、アドレスカウン
タ３１に加わる周波数可変ハＡ／ス発生−１の出力を一
定時間遅延させるためのものである。ｔたごは前記ホー
ルドキャパシタ１の値をバッファするための高入力抵抗
をもつ第コのバッファ増幅器である。以上が移動平均演
算部ｎの構成である。

次に、その第コのバッファ増輪器胛の出力は比較部ｎに
おける各加算器Ｖ、ヂｌに導かれて、正および負のし自
い値設定電圧源＃２およびＱの電圧＋Ｖテ１１．−ＶＴ
Ｒと加算され、それら加算電圧出力が、各比較＠ａｔ、
ａｓの比較基準電圧とな・るように構成しである。それ
ら各比較器仰、＃ｊの他方の入力端子には前記入力端子
〃からの入力信号がそれぞれ供給遥れており、これらの
比較出力のうち正の比較出力が出力端子らから、また負
の比較出力が他方の出力端子ｐからそれぞれ取り出され
るようになっている。以上が比較部ｎの構成である。

上述のｅｔ成において、入力端子りに供給された入力信
号はコ分されて移動平均演算部ｎと、比較ｓｎのそれぞ
れに導かれる。移動平均演算部ｎに導かれた入力信号は
、第１のバッファ増幅器２１゜可変抵抗１Ｉ−２１を経
て、マルチプレクサ１によって選択された順序と切り換
え速度でサンプリングされ、ホールドキャパシタ装置ム
におけるホールドキャパシタム、〜ム０に充１１にされ
る。その順序はムユのコンデンサ番号のものから始まり
、ム８．ム、−一一ム０の順に、比較設定スイッチ３３
により設定した値と番号が一致したキャパシタまで次々
に充電し、その一致した時点で、ディジタル比較器３２
からのリセット信号によりアドレスカウンタＪ／がリセ
ット冨れるので、マルチプレクサ１のアドレスが再びコ
ンデンサ番号ム１に戻りム、のキャパシタから順次充電
を繰返す。従って、入力信号−′ム１のキャパシタから
比較設定スイッチ３３により指弯される値に相当するコ
ンデンサ番号のキャパシタまでの個々（Ｆ）’ｔ　’ｒ
　ＨＶ　＃　ニ繰返しサンプルホールド遥しることとな
る。

今、ホールドキャパシタム、〜ム０の切換周期をｔ、ホ
ールドキャパシタのコンデンサ番号をｎとし、比較設定
スイッチ３３により選択した値をｔと１すれば、コンデ
ンサ番号Ｄｅｌのホールドキャパシタム１の保持してい
る電圧が更新されるのはｔｔの時点となる。ｔたコンデ
ンサ番号ｎｅ２のホールドキャパシタム、の保持してい
る電圧は、２Ｎで変化してデｔで更新される。っまりｎ
の値に応じてｔが１つずつシフ）し、各ホールドキャパ
シタム、〜ム８の更新周期がｉｔとなる。すなわち、あ
る時点におけるコンデンサ番号ｎＷ１〜ａｔでの＊−ル
ドキャパシタム、〜ム８の保持電圧の総和をとり、これ
をｔで割れば、そのある時点における移動子□均電圧が
演算されることになる。その出力は加算器ｌダおよび入
力対出力比をイに設定した可変減衰＠１５を経て得られ
る。

その演算結果を、周波数可変パルス発生器Ｉからのパル
ス信号を立上り微分回路３１により得た微分パルスによ
って導通するアナログスイッチ３≦を介して、ホールド
キャパシ＃１に伝達し保持した後、マルチプレクサｌの
アドレスを変化させ、新しい移動平均値の演算を行なう
。この動作の具体例を第参図ないし第４図に示す。

糖参図−）は周波数可変パルス発生Ｈｚからのクロック
パルスであり、同図（ｂ）は入力端子Ｕから加えられる
入力信号で、信号ベースラインｔｒｏレベルｂ’　ｓ信
号ヂのピーク値よりも図示のように大輪−に変動してお
り、説明の便宜上信号９は同図（転）のクロックパルス
に同期して描いである。なお、変。

動するベースラインｒに付した数字はサンプリング周期
ｔの倍数で示した時間であり、また水平方向の引出し線
で示した数字はサンプリング時刻／ｌ−１における各サ
ンプル値の一例を示した。ものである。

それらの数値に基づく移動平均の演算過程を第１図に示
す・すなわち同図は横軸に第参図伽）に記したサンプリ
ング周期ｔの倍数で表わした時間をとり、縦軸にホール
ド中ヤパシタ装置ムにおけるコンデンサ番号Ｏｎのホー
ルドキャパシタム１〜ム０をとって、両者の交点には、
上記横軸における各時点におけるム、〜ム８のホールド
キャパシタにサンプルホールドされている値が、また最
下位の＾ルドキャパシタを含む１個のホールドキャパシタム１〜
ム８のホールド値の平均値が紀しである〇第参図の）は
、同図Φ）の信号ベースラインを同図（転）のタロツク
パルスの間隔でサンプルしていった値を第ｊ図の表に記
鋒し、各サンプル時点におけるホールドキャパシ＃Ｌ工
〜ム０の保持値の平均を演算し、再びプロットしたプロ
フィールである。

この場合、特記すべき事項は、ｔがＪ　ｅ　ｔ＊の時点
の場合のように、偶然にピーク値の大きな信号を含も値
をサンプルしても、平均値は大きな変動をみせず、ベー
スラインに酷似した値を示すことである。しかも最新の
情報を取り入れながら平均値を求めているので、遅れも
少ないことである。

以上のようにして得られた入力信号のベースラインのプ
ロフィル信号は、第３図にｎで示した第２のバッファ増
幅器を介して比較部ｎの各加算器に、＃／に導かれる。

今、人力信号はｔＡ６図仏）に示した如（、大輪なベー
スラインの変動の中に情報信号が含まれているものとす
る。前記第一のバッファ増幅＠Ｊ９を介して得られるプ
ロフィル信号はざ８に詳細に説明したように、入力信号
の移動平均を演算して得た信号であるから、入力信号の
ベースラインに酷似しており、しかも時間的遅れが殆ん
どない。これを同図伽）に実！Ｉ＃で示す。

各加算器Ｊ１１７　、　ｌ／において前記プロフィル信
号は各比較ＩＩ停、ダｊにおけるしきい値上限値および
下限値決定用基準電圧ｍｕ、ｕの各電圧＋ＶＴＲ。

−ＶＴＲと加算することにより、それら各電圧を重み付
ける・従って、各加算器１４．＃／の各出力として、ｌ
ｌＩＩ図伽）に点Ｍａｍ、ｓｏで示したように入力信号
のベースラインのレベル変動に追従して変化し、しかも
前記上限値および下限値決定用基準電圧源帽、Ｑの各電
圧＋Ｖ’ｌ’Ｂ　、　−ＶＴＲだけ高い電圧と低い電圧
が得られる。

前記比較＠Ｈｅ１ｌは、それら各加算器〃、＃／かもの
出力値がしきい値となるように構成しであるので、入力
端子Ｕに供給された入力信号は、それら各比較１！＃、
ｌｊ＆：おいて、第６図（０）に示したように点＠ｍ、
ｉｏで示した各しきい値と比較され、ｌ！＠図四の如Ｓ
出力信号、すなわち正方向信号１／および負方向信号Ｕ
を各出力端子侘、舒のそれぞれから得ることができる〇れるものではなく、たとえば人力信号をアナログ−ディ
ジタル閣換してディジタル化した信号を、ＯＰ　ｔ）　
＠　”−ドロシック等で移動平均演算を行なうようにし
てもよい、ｔた入力信号のサンプル項数は必らずしもｔ
に限定されるものではなく、信号検出精度に関連して任
意の項数を取り得ることは勿論である・なお、比較９１１．１３に入力する入力信号に対する移
動平均演算の遅れを補償するために、入力端子〃と各比
較器部、ヂＳ間に遅延回路を挿入し、その遅れを改善す
るようにしてもよい。

以上の実施例で明らかなように、本発明方式によれば、
従来方式では信号検出が不可能であったような、ベース
ラインの変動幅が信号のピーク値を越える入力信号に対
しても、ｆＩｌ＠を欠落することなく正確に検出しうる
効果がある。また、本発明方式においては、入力信号を
移動平均演算して人力信号のベースラインのプロフィル
信号を作出し、これを比較器の基準電圧に加算するよう
にしているので、移動平均演算の特色として、他に短い
固定周期変動がある場合など、その周期に＃餉平均演算
時における入力信号に対するサンプルホールドを一致さ
せれば、その変動値を無くすことができ、単なるフィル
゛ター万式と異なりより精度の高い信号検出が可能であ
る。

なお、一般に入力信号のベースラインの変動は特電性が
ないので、本発明方式を実施するに際しでは、移動平均
演算のためのサンプル項数）およびサンプル項数、なら
びに比較器におけるしきい値の上、下１ｉ１１ｉ２定の
ためし白い値幅等の調整が必となるが、上記実施例に示
した構成のものにおいでは、それらを可変しうるように
なっているので、可変範囲が広く、十分満足しうるよう
に精度および安定度の高い調整が可能である。

【図面の簡単な説明】

＃Ｉ／図は従来の信号検出回路の一例を示すプロッタｌ
！ｌＮ図、第１図はその動作説明図、第３図は本発明方
式の構成の一例を示すブロックＩｓ図、第参図は入力信
号とプロフィル信号の関係説明図、＃Ｉｊ図は移動平均
の演算過程説明図、第６図は比較部の動作説明図である
。ｌ・・・入力信号のベースライン、９・・・入力信号、
１−信号入力端子、２２−・移動平均演算部、ｎ・・・
比較部、Ｊ夢・・・第１のバッファ増幅器、ｐ−・・可
ｆＲ＃に抗し器、１・”’＄Ｍルドキャパシタ装置、１−・マルチプ
レクす、１−・周波数可変パルス発生器、Ｊ・・・遅延
回路、３ｏ−・・アドレスデコーダ、ＪＪ”・アドレス
カウンタ、３２・・・ディジタル比較器、ＪＪ−・・比
較設定スイッチ１３ダｅ　Ｉｌｌ　ａ　＃／−”加算器
％Ｊｊ・・・可変減衰器、３６・・・アナログスイッチ
、ｎ、ム１〜ムｏ・・・ホールドキャパシタ、ＪＪ−・
立上り微分回路、ＪＪ−・第一のバッファ増幅器、ＩＪ
　＊　Ｒ”・しきい値決定用基準電圧源、杯０％・・・
比較器、％、Ｃ−検出出力端子、ｑ・・・人力信号のベ
ースラインのプロフィル自号、稈・・・上限用しＳい値
、〃・・・下限用しきい値、１／　＃　ｊ２・・・正お
よび負の検出信号。

Claims

【特許請求の範囲】Ｌ　所定のし龜い値を基準にして入力信号を比較し１そ
の大小により入力信号を検出する信号検出方式において
、その入力信号の移動平均。を債算することによりその入力信号のベースラインのプ
ロフィル信号を作成し、このプロフィル信号がもつ値に
所定の上、下限値を加算した値の電圧を前記しきい値と
する仁とに□より、前記ベースラインの変動に追従して
しきい値を変化６せることを特徴とする信号検出方式。１　＃記プロフィル信号は、周波数可変パルス発生器か
らのクロックパルスを比較値設定ス□イッチにより指定
した値に相当する数だけ周期的にカウントするように構
成したアドレス選択回路によりマルチプレクサを切り換
えることにより、前記指定した値に相当する数のホール
ドキャパシタに逐次入力信号をサンプルホールドし、こ
れら各サンプルホールドされた信号を、加算器と可変減
衰器とからなる平均値演算回路に導いて各サンプル値の
平均値を演算し、これを前記クロツタパルスによって動
作するアナログスイッチを介して取り゛出すことにより
作成することを特徴とする特許請求の範囲第１９に記載
の信号検出方式。