JP2009284016A - 回路装置の出力値自動調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】計器を使用することなく、短時間で且つ高精度で増幅装置のゲイン調整等を行うことができる回路装置の出力値自動調整回路を提供する。
【解決手段】入力端子２１と増幅器２３の（−）端子との間に抵抗器２２を接続し、増幅器２３の（＋）端子を接地する。また、増幅器２３の出力端と（−）端子との間に粗調整用デジタル可変抵抗器２５及び微調整用デジタル可変抵抗器２６を直列に接続すると共に、この微調整用デジタル可変抵抗器２６に対して抵抗値の小さい抵抗器２７を並列に接続する。ＣＰＵ２８は、予め設定されたソフトウェアに従って増幅器２３の出力値を読込み、増幅器２３の出力が目標値となるように粗調整用デジタル可変抵抗器２５を調整し、その後、更に微調整用デジタル可変抵抗器２６の抵抗値を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば増幅装置のゲイン調整や電圧／周波数変換素子における変換係数の調整等に用いられる回路装置の出力値自動調整回路に関する。

従来、増幅装置のゲイン調整や電圧／周波数変換素子における電圧／周波数変換係数を調整するために可変抵抗器（ポテンショメータ）が用いられている。

上記可変抵抗器を用いて増幅装置のゲインを調整する場合、入力に対する出力電圧を電圧計で読取り、目標の出力電圧となるように可変抵抗器を手動で操作して調整している。また、電圧／周波数変換素子の電圧／周波数変換係数を調整する場合は、入力に対する出力周波数を周波数カウンタで読取り、目標の出力周波数となるように可変抵抗器で調整している。

図４は、ゲイン調整をアナログの可変抵抗器により行う場合の従来の反転増幅回路の構成図である。図４において、１は入力信号Ｖinが入力される入力端子で、この入力端子１は抵抗器２を介して増幅器３の（−）端子に接続される。この増幅器３は、（＋）端子が接地され、出力側が出力端子４に接続される。また、増幅器３の出力端と（−）端子との間に負帰還用のアナログ可変抵抗器５が接続される。

上記のように構成された反転増幅回路において、入力をＶin、出力をＶout、抵抗器２の抵抗値をＲ１、可変抵抗器５の抵抗値をＶＲ１とすると、出力Ｖoutは、
Ｖout＝Ｖin ＊（ＶＲ１／Ｒ１）
で表される。

上記図４に示した反転増幅回路において、ゲインを調整する場合は、出力端子４に電圧計（図示せず）を接続し、入力端子１に所定レベルの基準信号Ｖinを入力する。

そして、操作者は、図５に示すフローチャートに従って可変抵抗器５を操作し、反転増幅回路のゲインを調整する。操作者は、ゲイン調整に際して先ず電圧計に示される出力値を目視にて確認し（ステップＡ１）、その出力値が目標値より大きいかどうかを判断する（ステップＡ２）。上記出力値が目標値より大きい場合は、可変抵抗器５の抵抗値が小さくなるように調整し（ステップＡ３）、また、上記出力値が目標値より小さい場合は、可変抵抗器５の抵抗値が大きくなるように調整する（ステップＡ４）。

上記ステップＡ３又はステップＡ４で可変抵抗器５を調整した後、出力値が目標値に最も近いかどうかを判断し（ステップＡ５）、目標値に最も近い状態になっていなければステップＡ１に戻って上記の処理を再度実行する。

そして、上記ステップＡ５で、出力値が目標値に最も近いと判断した場合にゲイン調整処理を終了する。

図６は、従来の電圧／周波数変換回路における電圧／周波数変換係数の調整をアナログの可変抵抗器により行う場合の回路構成図を示している。

図６において、１１は入力信号Ｖinが入力される入力端子で、この入力端子１１は抵抗器１２及びアナログ可変抵抗器１３を直列に介して電圧／周波数変換器（Ｖ／Ｆ変換器：Voltage-to-Frequency converter）１４の一方の入力端に入力される。この電圧／周波数変換器１４の他方の入力端はコンデンサ１５を介して接地され、出力端は出力端子１６に接続される。

上記のように構成された電圧／周波数変換回路において、入力をＶin、出力をＦout［Ｈｚ］、抵抗器１２の抵抗値をＲ１、可変抵抗器１３の抵抗値をＶＲ１、コンデンサ１５の容量をＣとすると、出力Ｆout［Ｈｚ］は、
Ｆout［Ｈｚ］＝Ｖin／｛（Ｒ１＋ＶＲ１）＊７５００＊Ｃ＊１０^−３｝
で表される。尚、上式は電圧／周波数変換器１４としてテキサスインスツルメンツ社製の「ＶＦＣ３２」を使用した場合を例として示している。

上記図６に示した電圧／周波数変換回路において、出力Ｆout［Ｈｚ］を調整する場合は、出力端子１６に周波数カウンタ（図示せず）を接続し、図４に示した反転増幅回路の場合と同様にして行う。

上記のようにアナログ可変抵抗器を用いて反転増幅回路や電圧／周波数変換回路の出力値を調整する方法では、アナログ調整のため比較的高い精度が得られるものの、出力端に接続した電圧計や周波数カウンタ等の計器を目視しながら可変抵抗器を手動で調整するため、計器を必要とすると共に調整に時間が掛かるという問題がある。

また、本発明に関連する公知技術として、アナログ音声信号又はデジタルデータ信号の両方で変調が可能な回路を有した携帯型無線機において、送信搬送波周波数及び受信局部発振周波数の周波数偏差を制御し、基地局の偏差を有した送信周波数に、受信周波数を整合させる発振周波数補正回路を備え、高い周波数精度が要求されるデータ伝送システムでの利用を可能にした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２２９０４５号公報

従来では、増幅器のゲイン調整や電圧／周波数変換回路の変換係数等を調整する場合、上記したようにアナログ可変抵抗器を使用して電圧計や周波数カウンタ等の計器を目視しながら手動で調整するようにしているので、調整操作が面倒であると共に出力値を計測するための計器が必要であり、且つ調整に時間が掛かるという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、計器を使用することなく、短時間で且つ高精度で増幅装置等の出力値を自動的に調整することができる回路装置の出力値自動調整回路を提供することを目的とする。

本発明に係る回路装置の出力値自動調整回路は、入力信号に応じて所定の信号を出力する回路装置の出力値を自動調整する出力値自動調整回路において、
前記回路装置の出力値を調整する粗調整用デジタル可変抵抗器と、前記粗調整用デジタル可変抵抗器に直列に接続される微調整用デジタル可変抵抗器と、前記微調整用デジタル可変抵抗器に並列に接続される低抵抗器と、前記回路装置の出力調整時に前記粗調整用デジタル可変抵抗器及び微調整用デジタル可変抵抗器を自動調整する制御部とを具備し、前記制御部は、前記回路装置の出力調整時に基準入力に対して該回路装置の出力値が目標値に近付くように前記粗調整用デジタル可変抵抗器を粗調整し、その後、前記微調整用デジタル可変抵抗器を微調整することを特徴とする。

本発明によれば、粗調整用デジタル可変抵抗器及び微調整用デジタル可変抵抗器を２段構成とし、回路装置の出力値を粗調整用デジタル可変抵抗器で粗調整した後、微調整用デジタル可変抵抗器で微調整することにより、計器を使用することなく、短時間で且つ高精度で自動的に調整することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明を回路装置である増幅装置例えば反転増幅回路に実施した場合の回路構成図である。

図１において、２１は入力信号Ｖinが入力される入力端子で、この入力端子２１は抵抗器２２を介して増幅器（オペアンプ）２３の（−）端子に接続される。この増幅器２３は、（＋）端子が接地され、出力側が出力端子２４に接続される。また、増幅器２３の出力端と（−）端子との間に粗調整用デジタル可変抵抗器（デジタルポテンショメータ）２５及び微調整用デジタル可変抵抗器（デジタルポテンショメータ）２６が直列に接続されると共に、この微調整用デジタル可変抵抗器２６に対して抵抗器２７が並列に接続される。上記デジタル可変抵抗器２５、２６及び抵抗器２７によって負帰還回路を構成している。この場合、上記抵抗器２７の抵抗値を例えば１ｋΩ程度の低い値に設定し、抵抗器２７とデジタル可変抵抗器２６との合成抵抗値を低くしてデジタル可変抵抗器２６による微調整を可能としている。

そして、上記粗調整用デジタル可変抵抗器２５及び微調整用デジタル可変抵抗器２６は、ＣＰＵ２８によって抵抗値が自動的に制御される。ＣＰＵ２８は、予め設定されたソフトウェアに従って増幅器２３の出力値を読込んで粗調整用デジタル可変抵抗器２５及び微調整用デジタル可変抵抗器２６の抵抗値を自動的に調整する。

上記のように構成された反転増幅回路において、入力をＶin、出力をＶout、抵抗器２２の抵抗値をＲ１、抵抗器２７の抵抗値をＲ２、粗調整用デジタル可変抵抗器２５の抵抗値をＶＲ１、微調整用デジタル可変抵抗器２６の抵抗値をＶＲ２とすると、出力Ｖoutは、
Ｖout＝Ｖin ＊［｛ＶＲ１＋（ＶＲ２／／Ｒ２）｝／Ｒ１］
ＶＲ２／／Ｒ２＝（ＶＲ２＊Ｒ２）／（ＶＲ２＋Ｒ２）
で表される。尚、ＶＲ２／／Ｒ２は、ＶＲ２とＲ２の並列合成抵抗値を示している。

上記各回路素子の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、ＶＲ１、ＶＲ２の値は、例えば次のように設定される。

Ｒ１：１８ｋΩ
Ｒ２：１ｋΩ
ＶＲ１、ＶＲ２：最大値：１０ｋΩ（１００３５Ω）、最小値：０Ω（７４Ω）、可変ステップ数：１２８bit（１bit：７８Ω）
次に上記のように構成された反転増幅回路において、ＣＰＵ２８によるゲイン調整を図２のフローチャートに従って説明する。

ＣＰＵ２８は、反転増幅回路の初期設定時あるいは外部からのゲイン調整指示が与えられると、予め設定されているゲイン調整用ソフトウェアに従って図２に示すゲイン調整処理を実行する。

ＣＰＵ２８は、ゲイン調整処理を開始すると、最初に増幅器２３の出力値を読込み（ステップＢ１）、この出力値から目標出力の理論値を決定する（ステップＢ２）。次いで、この目標出力の理論値に対応する抵抗値を算出して粗調整用デジタル可変抵抗器２５の初期設定値とすると共に、微調整用デジタル可変抵抗器２６を最大値に設定する（ステップＢ３、Ｂ４）。

この状態でＣＰＵ２８は、増幅器２３の出力値を読込み（ステップＢ５）、負帰還合成抵抗値が目標値より大きいか否かを判断し（ステップＢ６）、大きければデジタル可変抵抗器２５の抵抗値を１ステップ下げ（ステップＢ７）、小さければデジタル可変抵抗器２５の抵抗値を１ステップ上げる（ステップＢ８）。

ＣＰＵ２８は、上記ステップＢ７あるいはステップＢ８によりデジタル可変抵抗器２５の抵抗値を調整した後、負帰還合成抵抗値が目標値に最も近いかどうかを判断し（ステップＢ９）、最も近い値になっていなければステップＢ５に戻り、ステップＢ５〜Ｂ９の処理を繰り返して実行する。そして、ステップＢ９で負帰還合成抵抗値が目標値に最も近くなったと判断されると、デジタル可変抵抗器２５の抵抗値を１ステップ上げる（ステップＢ１０）。

以上で粗調整用デジタル可変抵抗器２５の調整を終了し、次に微調整用デジタル可変抵抗器２６の調整に移行する。上記粗調整用デジタル可変抵抗器２５の調整を終了した段階では、ステップＢ１０の処理により負帰還合成抵抗値が目標値より少し大きい値に設定されている。

また、微調整用デジタル可変抵抗器２６の抵抗値は最大値に初期設定されているので、微調整の段階では、先ずデジタル可変抵抗器２６の抵抗値を１ステップ下げ（ステップＢ１１）、負帰還合成抵抗値が目標値より小さくなったかどうかを判断し（ステップＢ１２）、目標値より小さい値になっていなければステップＢ１１に戻り、デジタル可変抵抗器２６の抵抗値を更に１ステップ下げる。

そして、ステップＢ１２において、負帰還合成抵抗値が目標値より小さくなったと判断されると、現在の負帰還合成抵抗値とデジタル可変抵抗器２６の値が１ステップ大きいときの合成抵抗値とを比較し、どちらが目標値に近いかを判断する（ステップＢ１３）。この判断結果に従って微調整用デジタル可変抵抗器２６の値を目標値により近い方に設定する（ステップＢ１４）。

以上で増幅装置のゲイン調整処理を終了する。

上記実施形態で示したように増幅装置のゲイン調整回路に粗調整用デジタル可変抵抗器２５と微調整用デジタル可変抵抗器２６を２段に設け、増幅器２３の出力値が目標値となるようにＣＰＵ２８によりデジタル可変抵抗器２５、２６の抵抗値を調整することにより、電圧計等の計器を使用することなく短時間で且つ高精度で自動的にゲイン調整を行うことができる。

例えばデジタル可変抵抗器２５、２６の具体的な仕様が
最大抵抗値：１００３５Ω
最小抵抗値：７４Ω
可変ステップ数：１２８bit
である場合、１bit当りの抵抗値は、約７８Ω（（１００３５−７４）／１２８≒７８）となる。従って、微調整用デジタル可変抵抗器２６を設けず、デジタル可変抵抗器２５のみの場合の最小調整幅は７８Ωとなる。

また、微調整用デジタル可変抵抗器２６の値（ＶＲ２）と抵抗器２７の値（Ｒ２）の並列合成抵抗値（ＶＲ２／／Ｒ２）は、
ＶＲ２／／Ｒ２＝（ＶＲ２＊Ｒ２）／（ＶＲ２＋Ｒ２）
により求められるので、デジタル可変抵抗器２６の値が大きいほど変化の幅が少なくなる。

すなわち、デジタル可変抵抗器２６が最大値（１００３５Ω）の場合の抵抗器２７との並列合成抵抗値（ＶＲ２／／Ｒ２）は、
（ＶＲ２／／Ｒ２）＝（１００３５＊１０００）／（１００３５＋１０００）
≒９０９．３７（Ω）
である。

また、デジタル可変抵抗器２６の値（ＶＲ２）が最大値より１ステップ小さい場合の値は、「１００３５−７８＝９９５７（Ω）」であり、この場合のＶＲ２とＲ２の並列合成抵抗値（ＶＲ２／／Ｒ２）は、
（ＶＲ２／／Ｒ２）＝（９９５７＊１０００）／（９９５７＋１０００）
≒９０８．７３（Ω）
である。従って、デジタル可変抵抗器２６の最大値「１００３５Ω」と１ステップ小さい「９９５７Ω」での１bitによる並列合成抵抗値の差は、０．６４Ω（９０９．３７−９０８．７３＝０．６４（Ω））となる。

また、デジタル可変抵抗器２６が最小値（７４Ω）の場合の抵抗器２７との並列合成抵抗値（ＶＲ２／／Ｒ２）は、
（ＶＲ２／／Ｒ２）＝（７４＊１０００）／（７４＋１０００）
≒６８（Ω）
である。

デジタル可変抵抗器２６が最小値より１ステップ大きい場合の値は、「７４＋７８＝１５２（Ω）」であり、この場合のＶＲ２とＲ２の並列合成抵抗値（ＶＲ２／／Ｒ２）は、
（ＶＲ２／／Ｒ２）＝（１５２＊１０００）／（１５２＋１０００）
≒１３１（Ω）
となる。従って、デジタル可変抵抗器２６の最小値「７４Ω」と１ステップ大きい「１５２Ω」での１bitによる並列合成抵抗値の差は、６３Ω（１３１−６８＝６３（Ω））となる。

上記のようにデジタル可変抵抗器２６と抵抗器２７との並列合成抵抗値（ＶＲ２／／Ｒ２）は、デジタル可変抵抗器２６の値が大きいほど変化の幅が少なくなる。このため本実施形態では、より細かい調整から開始できるように微調整用デジタル可変抵抗器２６の初期値を最大値に設定している。

上記第１実施形態で示したように微調整用デジタル可変抵抗器２６の最大抵抗値が１００３５Ω、最小抵抗値が７４Ωである場合において、抵抗器２７の抵抗値を１ｋΩに設定した場合、最小調整幅は０．６４Ωとなり、微調整用デジタル可変抵抗器２６を設けず、デジタル可変抵抗器２５のみの場合の最小調整幅である７８Ωに比べて高精度とすることができる。

なお、上記実施形態では、抵抗器２７の値を１ｋΩに設定した場合について説明したが、抵抗器２７の値を変えることによってデジタル可変抵抗器２６による調整幅を変更することができる。

また、上記デジタル可変抵抗器２５、２６及び抵抗器２２、２７の値は、上記実施形態で設定した値に限定されるものではなく、用途に応じて任意に設定し得るものである。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る回路装置の出力値自動調整回路について説明する。

図３は本発明を電圧／周波数変換回路に実施した場合の回路構成図である。

図３において、３１は入力信号Ｖinが入力される入力端子で、この入力端子３１は抵抗器３２及び粗調整用デジタル可変抵抗器３３、微調整用デジタル可変抵抗器３４を直列に介して電圧／周波数変換器（Ｖ／Ｆ変換器：Voltage-to-Frequency converter）３６の一方の入力端に接続されると共に、上記微調整用デジタル可変抵抗器３４に対して低抵抗値の抵抗器３５が並列に接続される。上記電圧／周波数変換器３６の他方の入力端はコンデンサ３７を介して接地され、出力端は出力端子３８に接続される。

上記粗調整用デジタル可変抵抗器３３及び微調整用デジタル可変抵抗器３４は、ＣＰＵ２８によって抵抗値が自動的に制御される。ＣＰＵ２８は、予め設定されたソフトウェアに従って電圧／周波数変換器３６の出力値を読込んで粗調整用デジタル可変抵抗器３３及び微調整用デジタル可変抵抗器２６の抵抗値を自動的に調整する。

上記のように構成された電圧／周波数変換回路において、入力をＶin、出力をＦout［Ｈｚ］、抵抗器３２の抵抗値をＲ１、抵抗器３５の抵抗値をＲ２、粗調整用デジタル可変抵抗器３３の抵抗値をＶＲ１、微調整用デジタル可変抵抗器３４の抵抗値をＶＲ２、コンデンサ３７の容量をＣとすると、出力Ｆout［Ｈｚ］は、
Ｆout［Ｈｚ］＝
Ｖin／｛（Ｒ１＋ＶＲ１＋（ＶＲ２／／Ｒ２））＊７５００＊Ｃ＊１０^−３｝
ＶＲ２／／Ｒ２＝（ＶＲ２＊Ｒ２）／（ＶＲ２＋Ｒ２）
で表される。尚、上式は電圧／周波数変換器３６としてテキサスインスツルメンツ社製の「ＶＦＣ３２」を使用した場合を例として示している。

上記各回路素子の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、ＶＲ１、ＶＲ２及びコンデンサＣの値は、例えば次のように設定される。

Ｒ１：１８ｋΩ
Ｒ２：１ｋΩ
Ｃ：３３００ｐＦ
ＶＲ１、ＶＲ２：最大値：１０ｋΩ（１００３５Ω）、最小値：０Ω（７４Ω）、可変ステップ数：１２８bit（１bit：７８Ω）
上記図３に示した電圧／周波数変換回路において、出力Ｆout［Ｈｚ］を調整する場合、ＣＰＵ２８は、図１に示した反転増幅回路の場合と同様に電圧／周波数変換器３６の出力周波数を読込み、その出力周波数が目標値に最も近付くように最初に粗調整用デジタル可変抵抗器３３を調整し、その後、更に電圧／周波数変換器３６の出力周波数が目標値に近付くように微調整用デジタル可変抵抗器３４を微調整する。上記ＣＰＵ２８によるデジタル可変抵抗器３３、３４の調整は、第１実施形態で示した増幅装置の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。

上記実施形態で示したように電圧／周波数変換器３６に粗調整用デジタル可変抵抗器３３と微調整用デジタル可変抵抗器３４を２段に設け、電圧／周波数変換器３６の出力周波数が目標の周波数となるようにＣＰＵ２８によりデジタル可変抵抗器３３、３４を調整することにより、周波数カウンタ等の計器を使用することなく短時間で且つ高精度で電圧／周波数変換係数を自動的に調整することができる。

尚、上記デジタル可変抵抗器３３、３４、抵抗器３２、３５、コンデンサ３７の値は、上記実施形態で設定した値に限定されるものではなく、用途に応じて任意に設定し得るものである。

また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の第１実施形態に係る反転増幅回路の構成図である。 同実施形態における反転増幅回路のゲイン調整方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る電圧／周波数変換回路の構成図である。 従来の反転増幅回路の構成図である。 従来の反転増幅回路のゲイン調整方法を示すフローチャートである。 従来の電圧／周波数変換回路の構成図である。

符号の説明

２１…入力端子、２２…抵抗器、２３…増幅器、２４…出力端子、２５…粗調整用デジタル可変抵抗器、２６…微調整用デジタル可変抵抗器、２７…抵抗器、２８…ＣＰＵ、３１…入力端子、３２…抵抗器、３３…粗調整用デジタル可変抵抗器、３４…微調整用デジタル可変抵抗器、３５…抵抗器、３６…電圧／周波数変換器（Ｖ／Ｆ変換器）、３７…コンデンサ、３８…出力端子。

Claims (1)

1. 入力信号に応じて所定の信号を出力する回路装置の出力値を自動調整する出力値自動調整回路において、
   前記回路装置の出力値を調整する粗調整用デジタル可変抵抗器と、前記粗調整用デジタル可変抵抗器に直列に接続される微調整用デジタル可変抵抗器と、前記微調整用デジタル可変抵抗器に並列に接続される低抵抗器と、前記回路装置の出力調整時に前記粗調整用デジタル可変抵抗器及び微調整用デジタル可変抵抗器を自動調整する制御部とを具備し、
   前記制御部は、前記回路装置の出力調整時に基準入力に対して該回路装置の出力値が目標値に近付くように前記粗調整用デジタル可変抵抗器を粗調整し、その後、前記微調整用デジタル可変抵抗器を微調整することを特徴とする回路装置の出力値自動調整回路。

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