JP2008306356A - 三角波生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数と波高値が同一で互いに逆相である２相三角波を生成する。
【解決手段】三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂは、互いに逆相のＡ波とＢ波を生成するものであり、Ａ波とＢ波の発振レベルが互いに独立に制御可能に構成されている。スロープ切換回路は、出力電圧監視回路１０６と、スロープ切換制御回路１１８と、インバータ１１９を有し、両三角波発振回路の出力電圧を監視し、いずれか一方の三角波がハイレベルＶｈに達したときに対応する三角波発振回路の出力電圧発生モードをアップスロープ波形のモードからダウンスロープ波形のモードへ切り換えると共に、他方の三角波発振回路の出力電圧発生モードをダウンスロープ波形のモードからアップスロープ波形のモードへ切り換える。発振レベル制御回路１０７は、切換時にこの他方の三角波発振回路の出力電圧が基準の下限波高値になるように他方の三角波発振回路の発振レベルを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、三角波具体的に逆相の２相三角波を生成する技術に関する。

従来、スイッチングレギュレータはテレビ機やパーソナルコンピュータなど、大電流の単一電源を用いる機器に使用されることが多かった。近年、モバイル機器に対して、機体サイズの小型化やバッテリの長寿命化などが要求されるため、スイッチングレギュレータをモバイル機器に実装し、ＣＰＵ、メモリ、表示パネルなどの機能ブロックの電源を１チップで供給することが主流になりつつある。

しかし、上記各機能ブロックが必要とする電源の電圧または電流は互いに異なるため、これらの機能ブロックへの電源供給を１チップで行う場合には、１つの三角波を基準にして制御するのでは高効率化や周辺部品のサイズ縮小には限界がある。マルチ電源出力のスイッチングレギュレータの制御において互いに位相の異なる三角波を用いることで、さらなる高効率化や部品のサイズダウンが可能となる。

特許文献１には、互いに逆相の２相三角波を生成する三角波生成回路が開示されている。図１１は、特許文献１に開示された三角波生成回路を示しており、特許文献１における図４に該当する。

図１１に示すように、この三角波生成回路は、三角波発生回路１０Ａ、三角波発生回路１０Ｂ、両三角波発生回路１０Ａおよび１０Ｂの出力電圧Ａ波とＢ波の中点電位Ｖ_Ｎを一定値（基準中点電位Ｖ_ＲＮ）に固定する中点電位固定部２０、三角波発生回路１０Ａおよび１０Ｂの出力電圧発生モード（アップスロープ波形モードまたはダウンスロープ波形発生モード）を切り替えるモード切換部３０を有する。

図１１に示す構成において、三角波発生回路１０Ａと１０Ｂにはソース定電流回路１４Ｍとシンク定電流回路１６Ｍとを切換使用で共有させている。詳細には、ソース定電流回路１４Ｍは切換スイッチ１８Ｐを介して第１のノードＮ_Ａおよび第２のノードＮ_Ｂのいずれか一方に選択的に接続されるようになっており、シンク定電流回路１６Ｍは切換スイッチ１８Ｑを介して第１のノードＮ_Ａおよび第２のノードＮ_Ｂのいずれか一方に選択的に接続されるようになっている。切換スイッチ１８Ｐおよび１８Ｑは、モード切換部３０の切換制御回路３６からの切換制御信号ＣＳに応じて動作する。また、ソース定電流回路１４Ｍはバイアス一定のＰＭＯＳトランジスタである一方、シンク定電流回路１６Ｍはバイアス可変のＮＭＯＳトランジスタで構成され、中点電位固定部２０に設けられた中点電位制御回路２４の出力がバイアスとしてその制御端子に入力される。

中点電位固定部２０は、中点電位検出回路２２と中点電位制御回路２４から構成される。中点電位検出回路２２は、同一の抵抗値を有する抵抗２６Ａと２６Ｂにより構成され、Ａ波とＢ波の中点電位Ｖ_Ｎを検出する。中点電位制御回路２４は、中点電位Ｖ_Ｎが基準電圧発生回路２８から供給された基準中点電位Ｖ_ＲＮになるようにシンク定電流回路１６Ｍの出力電流を制御する。

モード切換部３０は、２つのコンパレータ３４Ａおよび３４Ｂ、切換制御回路３６を有する。両コンパレータ３４Ａおよび３４Ｂは、三角波発生回路１０Ａと１０Ｂの出力電圧をそれぞれ監視し、監視結果を切換制御回路３６に出力する。切換制御回路３６は、いずれか一方の出力電圧が基準の上限波高値に達したときに、切換制御信号ＣＳで切換スイッチ１８Ｐおよび１８Ｑを切換させる。これによって、三角波発生回路１０Ａと１０Ｂのうちの、出力電圧が波高値に達した片方の出力電圧発生モードはアップスロープ波形モードからダウンスロープモード波形モードへ切り換えられ、他方の出力電圧発生モードはダウンスロープモード波形モードアップスロープ波形モードへ切り換えられる。

図１１に示す構成の三角波生成回路は、図１２に示すような、互いに逆相の三角波Ａ波とＢ波を出力することを目的としている。Ａ波とＢ波は、同じ周波数と同じ波高値を有し、それらの中点電位Ｖ_Ｎは基準中点電位Ｖ_ＲＮに固定される。なお、図中ハイレベルは、基準の上限波高値であり、ロウレベルは、基準の下限波高値である。
特開２００６−５０３１０号公報

ところで、三角波発生回路１０Ａと１０Ｂにそれぞれ含まれるコンデンサ１２Ａと１２Ｂにばらつきが無い場合には、図１１に示す構成の三角波生成回路で図１２に示すような発振波形を得ることができるが、コンデンサ１２Ａと１２Ｂにばらつきがある場合には、Ａ波とＢ波の波高値を同一に維持することができないという問題が生じうる。

三角波発生回路１０Ａと１０Ｂにそれぞれ含まれるコンデンサ１２Ａと１２Ｂにばらつきがある場合には、Ａ波とＢ波の波高値を同一に維持するためには、コンデンサ１２Ａと１２Ｂのばらつきに合わせて放電用電流を供給する必要がある。ところで、コンデンサ１２Ａと１２Ｂを放電する電流源が共にシンク定電流回路１６Ｍであるため、コンデンサ１２Ａと１２Ｂの相対誤差により、Ａ波とＢ波は放電時定数に差が生じてしまい、シンク定電流回路１６Ｍを制御するだけでは、Ａ波とＢ波の中点電位ＶＮが基準中点電位Ｖ_ＲＮと一致するように制御することができない。そのため、Ａ波とＢ波は、周波数が同じであるが、波高値が異なる２相三角波たとえば図１３に示すような発振波形になりかねない。

本発明の態様は、三角波生成装置である。この三角波生成装置は、互いに逆相の三角波をそれぞれ生成する２つの三角波発振回路と、スロープ切換回路と、発振レベル制御回路を備える。この２つの三角波発振回路は、発振レベルが互いに独立に制御可能である。スロープ切換回路は、２つの三角波発振回路の出力電圧を監視し、いずれか一方の三角波発振回路の出力電圧が基準の上限波高値に達したときに当該三角波発振回路の出力電圧発生モードをアップスロープ波形のモードからダウンスロープ波形のモードへ切り換えると共に、他方の三角波発振回路の出力電圧発生モードをダウンスロープ波形のモードからアップスロープ波形のモードへ切り換える。発振レベル制御回路は、出力電圧発生モードの切換時に、他方の三角波発振回路すなわち出力電圧発生モードがアップスロープ波形のモードからダウンスロープ波形のモードへ切り換えられる三角波発振回路の出力電圧が基準の下限波高値になるようにこの三角波発振回路の発振レベルを制御する。

なお、上記態様を方法、システムまたはプログラムとして表現したものも、本発明の態様として有効である。

本発明の技術によれば、互いに逆相の２相三角波を生成する際に、この２つの三角波の周波数と波高値を一定に保つことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる三角波生成装置１００を示す。三角波生成装置１００は、第１の三角波発振回路１０２Ａと、第２の三角波発振回路１０２Ｂと、両三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂの出力電圧を監視し、それぞれが基準の上限波高値（図中Ｖｈが示すハイレベル）に達したか否かを示す検出する出力電圧監視回路１０６と、出力電圧監視回路１０６の出力に応じて両第１の三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂの出力電圧発生モードの切換の制御を行うスロープ切換制御回路１１８と、スロープ切換制御回路１１８からの信号を反転するインバータ１１９と、両三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂの発振レベルをそれぞれ制御する発振レベル制御回路１０７とを備える。

第１の三角波発振回路１０２Ａは、その出力端子Ａと基準電位（ここではＧＮＤ）の間に接続されたコンデンサＣＡと、充電用定電流源１１０と、放電用電流源１１２Ａと、オンすることによって充電用定電流源１１０とコンデンサＣＡを接続してコンデンサＣＡの充電を行わせるスイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ１と逆相にオン／オフし、オンすることによって放電用電流源１１２ＡとコンデンサＣＡを接続してコンデンサＣＡの放電を行わせるスイッチＳＷ４を備える。以下、第１の三角波発振回路１０２Ａにより生成され、出力端子Ａから出力される三角波をＡ波という。

第２の三角波発振回路１０２Ｂは、その出力端子ＢとＧＮＤの間に接続されたコンデンサＣＢと、充電用定電流源１１０と、放電用電流源１１２Ｂと、第１の三角波発振回路１０２ＡのスイッチＳＷ１と逆相にオン／オフし、オンすることによって充電用定電流源１１０とコンデンサＣＢを接続してコンデンサＣＢの充電を行わせるスイッチＳＷ３と、スイッチＳＷ３と逆相にオン／オフし、オンすることによって放電用電流源１１２ＢとコンデンサＣＢを接続してコンデンサＣＢの放電を行わせるスイッチＳＷ２を備える。以下、第２の三角波発振回路１０２Ｂにより生成され、出力端子Ｂから出力される三角波をＢ波という。

スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４のオン／オフは、スロープ切換制御回路１１８により制御され、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２は同相にオン／オフし、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２と逆相にオン／オフする。

図２は、三角波生成装置１００において生成される各信号の状態や生成タイミングと、各スイッチの状態やオン／オフタイミングの関係を示す。図示のように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２がオフであるとき、コンデンサＣＡが放電し、Ａ波の波形はダウンロープである。このとき、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４がオンであるので、コンデンサＣＢが充電し、Ｂ波の波形はアップロープである。

逆に、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２がオンであるとき、コンデンサＣＡが充電し、Ａ波の波形はアップロープである。このとき、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４がオフであるので、コンデンサＣＢが放電し、Ｂ波の波形はダウンロープである。

このように、第１の三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂは互いに逆相の三角波Ａ波とＢ波を生成する。

充電用定電流源１１０は、たとえばバイアス一定のＰＭＯＳトランジスタである。放電用電流源１１２Ａおよび放電用電流源１１２Ｂは、可変電流源であり、たとえばバイアス可変のＮＭＯＳトランジスタである。放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流は、後にその詳細を説明する発振レベル制御回路１０７により制御される。

出力電圧監視回路１０６と、スロープ切換制御回路１１８と、インバータ１１９は、Ａ波とＢ波の波形の切換を行うスロープ切換回路を構成する。

出力電圧監視回路１０６は、Ａ波とＢ波に対して設定された基準の上限波高値すなわちハイレベルＶｈを供給する基準電圧源１１６と、Ａ波とＢ波の電圧を、基準電圧源１１６により供給されたハイレベルＶｈとをそれぞれ比較するコンパレータ回路１１３Ａと１１３Ｂを備える。

コンパレータ回路１１３Ａは、Ａ波がハイレベルＶｈに達したときに、このことを示す信号をスロープ切換制御回路１１８に出力する。具体的には、Ａ波とハイレベルＶｈとを比較し、Ａ波の電圧がハイレベルＶｈより低いときには通常状態を示す信号例えばハイレベル信号を出力する一方、Ａ波の電圧がハイレベルＶｈに達したときには通常状態を示す信号の反転信号ここではロウレベル信号を出力する。

コンパレータ回路１１３Ｂは、Ｂ波がハイレベルＶｈに達したときに、このことを示す信号をスロープ切換制御回路１１８に出力する。具体的には、コンパレータ回路１１３Ａと同じように、Ｂ波とハイレベルＶｈとを比較し、Ｂ波の電圧がハイレベルＶｈより低いときにはハイレベル信号を出力する一方、Ｂ波の電圧がハイレベルＶｈに達したときにはハイレベル信号を反転して得たロウレベル信号を出力する。

図２に示すように、Ａ波とＢ波のいずれか一方の電圧がハイレベルＶｈに達したときに、対応するコンパレータ回路により、そのことを示す信号が出力される。

スロープ切換制御回路１１８は、この信号を受信すると、出力電圧がハイレベルＶｈに達した三角波発振回路すなわち出力電圧発生モードがアップロープ波形のモードである三角波発振回路に対して、出力電圧発生モードがダウンスロープ波形のモードへ切り換わるように制御する。また、それと共に、別の三角波発振回路すなわち出力電圧発生モードがダウンロープ波形のモードである三角波発振回路に対して、出力電圧発生モードがアップスロープ波形のモードへ切り換わるように制御する。

この制御は、スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ４のオン／オフの制御である。例えば、図２に示すように、Ａ波がハイレベルＶｈに達したことを示す信号を受信すると、スロープ切換制御回路１１８は、スイッチオフさせる信号をスイッチＳＷ１とＳＷ２に出力する。なお、この信号は、インバータ１１９に反転されてスイッチオンさせる信号となり、スイッチＳＷ３とＳＷ４に出力される。この状態は、Ｂ波がハイレベルＶｈに達し、コンパレータ回路１１３Ｂからその旨を示す信号がスロープ切換制御回路１１８に入力されるまで保持される。

Ｂ波がハイレベルＶｈに達したことを示す信号を受信すると、スロープ切換制御回路１１８は、スイッチオンさせる信号をスイッチＳＷ１とＳＷ２に出力する。なお、この信号は、インバータ１１９に反転されてスイッチオフさせる信号となり、スイッチＳＷ３とＳＷ４に出力される。そして、この状態は、Ａ波がハイレベルＶｈに達し、コンパレータ回路１１３Ａからその旨を示す信号がスロープ切換制御回路１１８に入力されるまで保持される。

このようにして、第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２Ｂは、互いに逆相の三角波を生成し、いずれか一方の三角波がハイレベルＶｈに達したときには、両三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂの出力電圧発生モードが切り換わる。両三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂの出力電圧発生モードの切換わりが同時に行われるので、Ａ波とＢ波は周波数が同じである。
次に発振レベル制御回路１０７について説明する。発振レベル制御回路１０７は、Ａ波とＢ波のいずれか一方がハイレベルＶｈに達し、両三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂの出力電圧発生モードが切り換えられるときに、ハイレベルＶｈに達した三角波とは別の三角波が基準の下限波高値（以下ロウレベルという）になるように、この別の三角波を生成する三角波発振回路の発振レベルを制御する。以下の説明において、出力電圧発生モードの切換時に、ダウンロープからアップロープの波形に切り換えられる三角波の電圧をこの三角波の下限波高値という。

発振レベル制御回路１０７による制御動作を詳細に説明する前に、発振レベルと下限波高値の関係について説明する。

図３は、第１の三角波発振回路１０２Ａと１０２Ｂと同じ原理で三角波を生成する三角波発振回路の模式図である。この三角波発振回路は、その出力端子ＴとＧＮＤの間に接続されたコンデンサＣの充放電を交互に繰り返させることによって三角波を生成する。コンデンサＣの充放電の切換は、互いに逆相にオン／オフするスイッチＳＷｉとスイッチＳＷｏにより行われる。具体的には、スイッチＳＷｉがオンするとコンデンサＣに充電電流Ｉｉが供給され、コンデンサＣが充電する。また、スイッチＳＷｉと逆相にオン／オフするスイッチＳＷｏがオンするとコンデンサＣに放電電流Ｉｏが供給され、コンデンサＣが放電する。ここで、図３に示す三角波発振回路により得られる三角波の上限波高値と下限波高値がそれぞれ基準の上限波高値（ハイレベルＶＴＨ）と基準の下限波高値（ロウレベルＶＴＬ）になるように、スイッチＳＷｏは三角波がハイレベルＶＴＨに達したときにオン（同時にスイッチＳＷｉがオフ）し、スイッチＳＷｉは三角波がロウレベルＶＴＬに達したときにオン（同時にスイッチＳＷｏがオフ）するように制御されているとする。

このような制御によって、図３に示す三角波発振回路により図４に示す三角波が生成される。その波高値はハイレベルＶＴＨとロウレベルＶＴＬの差分であり、周波数は立上がり時間ｔｒと立下がり時間ｔｆの和である。

立上がり時間ｔｒと立下がり時間ｔｆは、下記の式（１）と式（２）に示すように、コンデンサＣの容量値、充電電流Ｉｉ、放電電流Ｉｏにより決められる。なお、コンデンサＣの容量値をＣで表す。

ｔｒ＝Ｃ×（ＶＴＨ−ＶＴＬ）／Ｉｉ （１）
ｔｆ＝Ｃ×（ＶＴＨ−ＶＴＬ）／Ｉｏ （２）

図１に示す三角波生成装置１００における第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２Ｂに対して上記式（１）と式（２）を適用すると、下記の式（３）と式（４）が得られる。

ｔｒａ＝ＣＡ×（ＶＴＨａ−ＶＴＬａ）／Ｉｉａ （３）
ｔｆａ＝ＣＡ×（ＶＴＨａ−ＶＴＬａ）／Ｉｏａ
但し，ＣＡ：コンデンサＣＡの容量値
ｔｒａ：Ａ波の立上がり時間
ｔｆａ：Ａ波の立下がり時間
ＶＴＨａ：Ａ波のハイレベル
ＶＴＬａ：Ａ波のロウレベル
Ｉｉａ：第１の三角波発振回路１０２Ａの充電電流
Ｉｏａ：第１の三角波発振回路１０２Ａの放電電流

ｔｒｂ＝ＣＢ×（ＶＴＨｂ−ＶＴＬｂ）／Ｉｉｂ （４）
ｔｆｂ＝ＣＢ×（ＶＴＨｂ−ＶＴＬｂ）／Ｉｏｂ
但し，ＣＢ：コンデンサＣＢの容量値
ｔｒｂ：Ｂ波の立上がり時間
ｔｆｂ：Ｂ波の立下がり時間
ＶＴＨｂ：Ｂ波のハイレベル
ＶＴＬｂ：Ｂ波のロウレベル
Ｉｉｂ：第２の三角波発振回路１０２Ｂの充電電流
Ｉｏｂ：第２の三角波発振回路１０２Ｂの放電電流

三角波生成装置１００において、第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２Ｂの充電電流は、同じ充電用定電流源１１０により供給され、同一である。この充電電流を以下単にＩで表す。また、Ａ波とＢ波のハイレベルが共にＶｈである。そのため、式（３）と式（４）を下記の式（５）と式（６）に書き換えることができる。

ｔｒａ＝ＣＡ×（Ｖｈ−ＶＴＬａ）／Ｉ （５）
ｔｆａ＝ＣＡ×（Ｖｈ−ＶＴＬａ）／Ｉｏａ
但し，ＣＡ：コンデンサＣＡの容量値
ｔｒａ：Ａ波の立上がり時間
ｔｆａ：Ａ波の立下がり時間
Ｖｈ：ハイレベル
ＶＴＬａ：Ａ波のロウレベル
Ｉ：充電電流
Ｉｏａ：第１の三角波発振回路１０２Ａの放電電流

ｔｒｂ＝ＣＢ×（Ｖｈ−ＶＴＬｂ）／Ｉ （６）
ｔｆｂ＝ＣＢ×（Ｖｈ−ＶＴＬｂ）／Ｉｏｂ
但し，ＣＢ：コンデンサＣＢの容量値
ｔｒｂ：Ｂ波の立上がり時間
ｔｆｂ：Ｂ波の立下がり時間
Ｖｈ：ハイレベル
ＶＴＬｂ：Ｂ波のロウレベル
Ｉ：充電電流
Ｉｏｂ：第２の三角波発振回路１０２Ｂの放電電流

ここで、図５に示すような、周波数と波高値が同一で、互いに逆相のＡ波とＢ波を得るための条件について考える。上述したように、Ａ波とＢ波のハイレベルが同じくＶｈであるため、波高値を同様にするには、それぞれのロウレベルＶＴＬａとＶＴＬｂは同じである必要がある。また、周波数の同一および逆相の条件を満たすためには、Ａ波の立上がり時間ｔｒａとＢ波の立下がり時間ｔｆｂが同じであり、Ａ波の立下がり時間ｔｆａとＢ波の立上がり時間ｔｒｂが同じである必要がある。この条件を式（５）と式（６）に導入すると、下記の式（７）、式（８）を得ることができる。

ＣＡ×（Ｖｈ−ＶＴＬ）／Ｉ＝ＣＢ×（Ｖｈ−ＶＴＬ）／Ｉｏｂ （７）
ＣＡ×（Ｖｈ−ＶＴＬ）／Ｉｏａ＝ＣＢ×（Ｖｈ−ＶＴＬ）／Ｉ （８）

さらに、式（７）と式（８）から下記の式（９）が得られる。
ＣＡ^２：ＣＢ^２＝Ｉｏａ：Ｉｏｂ （９）

すなわち、第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２Ｂにおける放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流の比と、コンデンサＣＡとコンデンサＣＢの容量値の２乗の比が式（９）に示す関係を満たせば、Ａ波とＢ波は、周波数と波高値が同様な逆相の２相三角波になる。

たとえば、コンデンサＣＡとコンデンサＣＢの容量が同じであるときには、放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流を同値にすれば、Ａ波とＢ波は、周波数と波高値が同様な逆相の２相三角波になる。また、コンデンサＣＡの容量値がコンデンサＣＢの容量値の２倍であるときには、放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流が、放電用電流源１１２Ａにより供給される電流の１／４にすれば、Ａ波とＢ波は、周波数と波高値が同様な逆相の２相三角波になる。

つまり、コンデンサＣＡとコンデンサＣＢの容量にばらつきがあっても、放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流を調整することによってコンデンサＣＡとＣＢのばらつきを吸収することができ、周波数と波高値が同様な逆相の２相三角波を得ることができる。

本実施の形態の三角波生成装置１００において、コンデンサＣＡとＣＢに対して、バイアス可変の放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂが別々に設けられており、放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流の制御は、発振レベル制御回路１０７により行われる。発振レベル制御回路１０７は、上述した原理に基づいて、Ａ波とＢ波の波高値が同一になるように放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂに入力するバイアス電圧を調整することによって両放電用電流源を制御する。

図１に戻る。発振レベル制御回路１０７は、Ａ波とＢ波に対して共通に設定された発振レベル基準電位Ｖｍを供給する基準電圧源１１７と、第１の三角波発振回路１０２Ａの発振レベルを検出するレベル検出回路１１４Ａと、レベル検出回路１１４Ａにより検出されたＡ波の発振レベルと発振レベル基準電位Ｖｍとを比較し、比較結果に応じて放電用電流源１１２Ａを制御する電流制御回路１１５Ａと、第２の三角波発振回路１０２Ｂの発振レベルを検出するレベル検出回路１１４Ｂと、レベル検出回路１１４Ｂにより検出されたＢ波の発振レベルと発振レベル基準電位Ｖｍとを比較し、比較結果に応じて放電用電流源１１２Ｂを制御する電流制御回路１１５Ｂを備える。

発振レベル基準電位Ｖｍは、具体的にはＡ波とＢ波に対して共通に設定された基準の上限波高値とＧＮＤの間に設定される。なお、本実施の形態において、いずれかの三角波が基準の上限波高値（ハイレベルＶｈ）に達したときに第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２Ｂの出力電圧発生モードを切り換えるので、Ａ波とＢ波の上限波高値がハイレベルＶｈに保つことができる。Ａ波とＢ波の波高値を同様な設定値（基準の上限波高値と下限波高値の差）に維持するためには、Ａ波とＢ波の下限波高値を基準の下限波高値に維持する必要がある。ここで、Ｂ波を例にして下限波高値と発振レベルの関係について説明する。

図６は、発振レベルがそれぞれ異なる３つのＢ波（図中Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）を示す。図中ハイレベルは、基準の上限波高値すなわちＶｈであり、ロウレベルは、基準の下限波高値である。前述したように、発振レベル基準電位Ｖｍは、ハイレベルＶｈとＧＮＤの間に設定される値であり、ここでは例として、ハイレベルＶｈとロウレベルの中間値にする。図示のように、発振レベルが発振レベル基準電位Ｖｍより低いＢ１の場合、Ａ波がハイレベルＶｈに達したとき、Ａ波の波形はアップロープからダウンロープへ、Ｂ１波の波形はダウンロープからアップロープへ切り換えられる。このとき、Ｂ１はロウレベルより低い。すなわち、Ｂ１の下限波高値はロウレベルより低い。

一方、発振レベルが発振レベル基準電位Ｖｍより高いＢ３の場合、Ａ波がハイレベルＶｈに達したとき、Ｂ３はロウレベルより高い。すなわち、Ｂ３の下限波高値はロウレベルより高い。

また、発振レベルが発振レベル基準電位Ｖｍと同じであるＢ２の場合、Ａ波がハイレベルＶｈに達したとき、Ｂ２は丁度ロウレベルになる。すなわち、Ｂ２の下限波高値はロウレベルと同じである。

このようなことから、Ｂ波の発振レベルが発振レベル基準電位Ｖｍになるように調整すれば、Ｂ波の下限波高値がロウレベルになる。

Ｂ波の波高値が上限波高値と下限波高値の差分であるので、Ｂ波の下限波高値をロウレベルに維持することができれば、Ｂ波の波高値基準の波高値に維持することができる。
Ａ波についても同じである。

発振レベル制御回路１０７は、レベル検出回路１１４ＢによりＢ波の発振レベルを検出する。そして、Ａ波がハイレベルＶｈに達し、Ｂ波を生成する第２の三角波発振回路１０２Ｂの出力電圧発生モードがダウンロープ波形のモードからアップロープの波形へ切り換えられるときに、Ｂ波の電圧がロウレベルになるように、電流制御回路１１５Ｂは、第２の三角波発振回路１０２Ｂにおける放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流を調整してＢ波の発振レベルを制御する。これによって、Ｂ波の波高値が基準の波高値に維持される。

同様に、発振レベル制御回路１０７は、レベル検出回路１１４ＡによりＡ波の発振レベルを検出する。そして、Ｂ波がハイレベルに達し、Ａ波を生成する第１の三角波発振回路１０２Ａの出力電圧発生モードがダウンロープ波形のモードからアップロープの波形へ切り換えられるときに、Ａ波の電圧がロウレベルになるように、電流制御回路１１５Ａは、第１の三角波発振回路１０２Ａにおける放電用電流源１１２Ａにより供給される電流を調整してＡ波の発振レベルを制御する。これによって、Ａ波の波高値が基準の波高値に維持される。

このようにして第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２Ｂの発振レベルを別々に制御することによって、Ａ波とＢ波の波高値を同一に維持する。

Ａ波とＢ波の発振レベルをそれぞれ検出するレベル検出回路１１４Ａおよびレベル検出回路１１４Ｂは、例えば図７に示すような構成である。なお、図示ではレベル検出回路１１４Ａのみを示しているが、レベル検出回路１１４Ａと１１４Ｂについて同じ構成を適用することができるので、ここでレベル検出回路１１４Ｂについての図示および詳細な説明を省略する。

図７に示すように、レベル検出回路１１４Ａは、Ａ波が入力される入力端子１５０と、入力端子１５０と基準電圧ＧＮＤ間に直列に接続された抵抗１５２と抵抗１５３と、この２つの抵抗の間（分圧点）に接続された出力端子１５１と、一端が分圧点と出力端子１５１との間に接続され他端がＧＮＤに接続されたコンデンサ１５４を有する。

図７に示すレベル検出回路１１４Ａによって、入力端子１５０を介してＡ波が入力され、出力端子１５１からＡ波の発振レベルが出力される。電流制御回路１１５Ａは、この出力と発振レベル基準電位Ｖｍを比較し、比較結果に応じて放電用電流源１１２Ａを制御する。

同様に、レベル検出回路１１４Ｂには、Ｂ波が入力され、Ｂ波の発振レベルが出力される。電流制御回路１１５Ｂは、この出力と発振レベル基準電位Ｖｍを比較し、比較結果に応じて放電用電流源１１２Ｂを制御する。

次に図８を参照して三角波生成装置１００における処理の流れを説明する。
図８に示すように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２がオンし、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４がオフされているとき（Ｓ１）、充電用定電流源１１０がコンデンサＣＡを充電し、放電用電流源１１２ＢがコンデンサＣＢを放電する（Ｓ２）。これによって、Ａ波は、レベルが上昇し、アップロープの波形となり、Ｂ波は、レベルが降下し、ダウンロープの波形となる（Ｓ３）。

Ａ波とＢ波の電圧は出力電圧監視回路１０６におけるコンパレータ回路１１３Ａとコンパレータ回路１１３Ｂにそれぞれ入力されてハイレベルＶｈと比較される。また、Ａ波とＢ波の電圧は、レベル検出回路１１４Ａとレベル検出回路１１４Ｂにもそれぞれ入力される。レベル検出回路１１４Ａとレベル検出回路１１４Ｂにより検出されたＡ波とＢ波の発振レベルは、電流制御回路１１５Ａと電流制御回路１１５Ｂによりそれぞれ発振レベル基準電位Ｖｍと比較される。

ステップＳ３の状態が続き、Ａ波がハイレベルＶｈに達したとき、電流制御回路１１５Ｂは、Ｂ波の発振レベルと発振レベル基準電位Ｖｍとの比較結果に応じて、Ｂ波がロウレベルになるように第２の三角波発振回路１０２Ｂにおける放電用電流源１１２Ｂにより供給される電流を調整する（Ｓ４）。

同時に、コンパレータ回路１１３ＡからＡ波がハイレベルに達したことを示す信号がスロープ切換制御回路１１８に入力される（Ｓ５）。

スロープ切換制御回路１１８は、コンパレータ回路１１３Ａからの信号を受信すると、制御信号を出力し、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２をオフさせる一方、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４をオンさせる（Ｓ６）。

各スイッチの切換に伴って、放電用電流源１１２ＡはコンデンサＣＡを放電し、充電用定電流源１１０はコンデンサＣＢを充電する（Ｓ７）。これによって、Ａ波は、レベルが降下し、ダウンロープの波形となり、Ｂ波は、レベルが上昇し、アップロープの波形となる（Ｓ８）
ステップＳ８の状態が続き、Ｂ波がハイレベルＶｈに達したとき、電流制御回路１１５Ａは、Ａ波の発振レベルと発振レベル基準電位Ｖｍとの比較結果に応じて、Ａ波がロウレベルになるように第１の三角波発振回路１０２Ａにおける放電用電流源１１２Ａにより供給される電流を調整する（Ｓ９）。

同時に、コンパレータ回路１１３ＢからＢ波がハイレベルに達したことを示す信号がスロープ切換制御回路１１８に入力される（Ｓ１０）。

スロープ切換制御回路１１８は、コンパレータ回路１１３Ｂからの信号を受信すると、制御信号を出力し、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２をオンさせる一方、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４をオフさせる（Ｓ１１）。

このようにして、ステップＳ１からの処理が繰り返され、図９に示す２相三角波が生成される。

図９に示すように、三角波生成装置１００により生成されたＡ波とＢ波は、周波数と波高値が同一であり、逆相である。Ａ波とＢ波の中点電位は常に発振レベル基準電位Ｖｍに維持されている。

本実施の形態の三角波生成装置１００は、互いに逆相の三角波を生成する第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２Ｂに対して、放電用電流源１１２Ａと放電用電流源１１２Ｂを別々に設けることによってＡ波とＢ波の発振レベルを別々に制御可能にしている。これによって、第１の三角波発振回路１０２Ａと第２の三角波発振回路１０２ＢにおけるコンデンサＣＡとコンデンサＣＢにばらつきがあっても、Ａ波がハイレベルに達したときにＢ波の電圧が基準の下限波高値になるように調整できる一方、Ｂ波がハイレベルに達したときにＡ波の電圧が基準の下限波高値になるように調整できる。結果的には、Ａ波とＢ波の波高値を確実に同じ値に維持することができる。

＜第２の実施の形態＞
図１０は、本発明第２の実施の形態となる三角波生成装置２００を示す。三角波生成装置２００は、その出力電圧監視回路２０６が三角波生成装置１００における出力電圧監視回路１０６と異なる点を除き、他の各要素は三角波生成装置１００における相対応する要素と同じである。図１０において、三角波生成装置１００のものと同様な構成を有する部分に対して同じ符号を付与し、それらの詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、出力電圧監視回路２０６は、スイッチＳＷ５と、基準の上限波高値すなわちハイレベルＶｈを供給する基準電圧源１１６と、コンパレータ回路２１３を有する。スイッチＳＷ５は、Ａ波とＢ波のうちの、アップロープ波形のほうをコンパレータ回路２１３に入力するためのものである。具体的には、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２がオンし、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４がオフしているときには、Ａ波をコンパレータ回路２１３に入力する。一方、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２がオフし、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４がオンしているときには、Ｂ波をコンパレータ回路２１３に入力する。

出力電圧監視回路２０６は、三角波生成装置１００における出力電圧監視回路１０６と同じように、Ａ波とＢ波のいずれかがハイレベルＶｈに達したか否かを監視するためのものである。ハイレベルＶｈに達する可能性がある三角波はアップロープの三角波であるので、アップロープの三角波のみについて監視を行えればことが足りる。出力電圧監視回路２０６は、このようにしてアップロープの三角波の出力電圧を監視し、監視対象をＡ波とＢ波間で切り換えることによって、コンパレータ回路を１つ減らすことができる。なお、スイッチＳＷ５の切換は、スロープ切換制御回路１１８により制御されるようにすればよい。

三角波生成装置２００も、図１に示す三角波生成装置１００と同じ効果を得ることができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、さまざまな変更、増減を加えてもよい。これらの変更、増減が加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上述した実施の形態において、三角波の発振レベルを検出する回路として図７に示す回路を用いた。ローパスフィルタなど三角波の発振レベルを検出できるものであればいかなる構成の回路を用いてもよい。

本発明の第１の実施の形態にかかる三角波生成装置を示す図である。 図１に示す三角波生成装置における各信号のタイミング関係を示す図である。 図１に示す三角波生成装置における三角波発振回路の模式図である。 図３に示す第１の三角波発振回路により生成される三角波を示す図である。 周波数と波高値が同様で互いに逆相である２相三角波を示す図である。 発振レベルと下限波高値の関係を説明するための図である。 図１に示す三角波生成装置におけるレベル検出回路を示す図である。 図１に示す三角波生成装置における処理の流れを示すフローチャートである。 図１に示す三角波生成装置により生成された２相三角波を示す図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる三角波生成装置を示す図である。 従来の三角波生成装置を示す図である。 図１１に示す三角波生成装置が生成しようとする２相三角波を示す図である。 従来技術の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１００ 三角波生成装置 １０２Ａ 第１の三角波発振回路
１０２Ｂ 第２の三角波発振回路 １０６ 出力電圧監視回路
１０７ 発振レベル制御回路 １１０ 充電用定電流源
１１２Ａ 放電用電流源 １１２Ｂ 放電用電流源
１１３Ａ コンパレータ回路 １１３Ｂ コンパレータ回路
１１４Ａ レベル検出回路 １１４Ｂ レベル検出回路
１１５Ａ 電流制御回路 １１５Ｂ 電流制御回路
１１６ 基準電圧源 １１７ 基準電圧源
１１８ スロープ切換制御回路 １１９ インバータ
１５０ 入力端子 １５１ 出力端子
１５２ 抵抗 １５３ 抵抗
１５４ コンデンサ Ｉｉ 充電電流
Ｉｏ 放電電流 ２００ 三角波生成装置
２００ 三角波生成装置 ２０６ 出力電圧監視回路
２１３ コンパレータ回路 Ｖｍ 発振レベル基準電位
Ｖｈ ハイレベル ＶＴＨ ハイレベル
ＶＴＬ ロウレベル ｔｒ 立上がり時間
ｔｆ 立下がり時間

Claims (9)

1. 互いに逆相の三角波をそれぞれ生成する２つの三角波発振回路と、
   該２つの三角波発振回路の出力電圧を監視し、いずれか一方の三角波発振回路の出力電圧が基準の上限波高値に達したときに当該三角波発振回路の出力電圧発生モードをアップスロープ波形のモードからダウンスロープ波形のモードへ切り換えると共に、他方の三角波発振回路の出力電圧発生モードをダウンスロープ波形のモードからアップスロープ波形のモードへ切り換えるスロープ切換回路と、
   前記出力電圧発生モードの切換時に前記他方の三角波発振回路の出力電圧が基準の下限波高値になるように該他方の三角波発振回路の発振レベルを制御する発振レベル制御回路とを備え、
   前記２つの三角波発振回路は、それらにより生成された三角波の発振レベルが互いに独立に制御可能であることを特徴とする三角波生成装置。
2. 前記三角波発振回路は、その出力端子と基準電位との間に接続されたコンデンサと、
   アップスロープ波形の出力電圧を発生するために前記コンデンサを充電する充電回路と、
   ダウンスロープ波形の出力電圧を発生するために前記コンデンサを放電する放電回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の三角波生成装置。
3. 前記スロープ切換回路は、充電モードと放電モードの間で三角波発振回路の前記コンデンサの動作モードを切り換えることによって夫々の三角波発振回路の出力電圧発生モードを切り換えることを特徴とする請求項２に記載の三角波生成装置。
4. 前記充電回路は、定電流源であり、
   前記放電回路は、前記コンデンサ毎に設けられた可変電流源であり、
   前記発振レベル制御回路は、前記他方の三角発振回路における前記可変電流源の電流を制御することによって該三角発振回路の発振レベルを制御することを特徴とする請求項３に記載の三角波生成装置。
5. 前記可変電流源は、バイアス可変のＮＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項４に記載の三角波生成装置。
6. 前記定電流源は、前記２つの三角波発振回路で共有され、
   前記ロープ切換回路は、前記２つの三角波発振回路のいずれか一方のコンデンサに前記定電流源を選択的に接続させることを特徴とする請求項４または５に記載の三角波生成装置。
7. 前記発振レベル制御回路は、前記２つの三角波発振回路の発振レベルをそれぞれ検出するレベル検出回路を備え、
   該レベル検出回路により検出された前記他方の三角波発振回路の発振レベルと、前記基準の下限波高値に応じて設定された発振レベル基準電位との差に応じて前記他方の三角波発振回路を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の三角波生成装置。
8. 前記レベル検出回路は、その入力端子と基準電位との間に直列に接続された２つの抵抗と、
   該２つの抵抗の間に位置する分圧点と接続された出力端子と、
   前記出力端子と前記分圧点の間にその一端が接続され、他端が基準電位に接続されたコンデンサとを備えることを特徴とする請求項７に記載の三角波生成装置。
9. 前記レベル検出回路は、ローパスフィルタであることを特徴とする請求項７に記載の三角波生成装置。

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