JP2505621B2 - 周期／電圧変換回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は信号の周期に比例した電圧を発生する周期／
電圧変換回路に関する。

〔従来の技術〕

従来より、入力信号の周期に比例した電圧信号を得る
ための周期／電圧変換回路は、広い技術分野で要求され
ている。

第４図はこの種の周期／電圧変換回路の構成例（要求
仕様を満たすためにこの発明の第１段階として考えられ
る一例）を示したものである。同図において、20は第１
のインバータ、21は第２のインバータであって、両者
で、入力回路を構成している。２はＤ形フリップフロッ
プからなるゲート駆動回路、３は第１のノア素子、４は
第２のノア素子、５は基準信号分周回路である。６は正
側の第１のアナログスイッチ、７は第２のアナログスイ
ッチであって、両者は正の電源Ｅとアースとの間に直列
に挿入されており、両者の接続点にコンデンサを有する
平滑回路10が接続されている。

次に、この周期／電圧変換回路の動作を第５図の波形
タイムチャートを参照して説明する。

インバータ20は入力信号1aを反転して、この反転信号
20aを第１のノア素子４に送出し、インバータ21はこの
反転信号20aを反転した信号21aを第２のノア素子３に送
出するとともにフリップフロップ２のクロックＣ端子に
入力する。

フリップフロップ２は信号21aの立下りに同期して反
転Ｑ端子（Ｑバー端子）からＬレベルの信号2aを出力す
る。この信号2aは基準信号分周回路５のリセット端子に
入力されて該基準信号分周回路５のリセット状態を解除
する。リセット解除された基準信号分周回路５は基準信
号5aを分周する。分周された信号5bはフリップフロップ
２のリセット端子Ｒに入力され該フリップフロップ２を
リセットし、この結果、上記信号2aがＨレベルになり、
同時に基準信号分周回路５はリセットされ、分周信号
（以下、単に信号ともいう）5bがＬレベルとなる。図５
では、適宜的に、信号5bのパルス幅を大きく示している
が、実際には、信号5bの立上りでリセットされたＨレベ
ルの信号2aにより、信号5bはほぼ同時にリセットされ
る。信号2aがＬレベルになってから信号5bがＨレベルに
なる（したがって、信号2aがＨレベルになる）までの期
間To（フリップフロップ２からの信号2aのＬレベル期
間）は、信号20aの立上り時点（基準信号分周回路５の
分周開始時点）からスタートして、基準信号5aの所定分
周後に分周信号5bがＨレベルとなってフリップフロップ
２がリセットされるまでの一定時間である。したがっ
て、基準信号5aは一定期間Toを決定するための基準とな
っている。

このように、基準信号分周回路５の分周期間により一
定時間に設定された期間Toの間は、ゲート回路３、４は
インバータとして動作をし、信号20a、21aにより、それ
ぞれ期間T1、T2だけ信号3a、4aを送出する。この信号3
a、4a（共に、Ｈレベル）はアナログスイッチ６、７をO
Nさせる。平滑回路10は期間T1の間、正に充電され、期
間T2の間、放電し、To（＝T1＋T2）期間で平均した、入
力信号1aの周期に比例する正の電圧を出力する。

すなわち、タイミングチャートから明らかなように、
充電期間T1と放電期間T2との関係がT1＞T2を満たすた
め、期間Toの終了時において、平滑回路10には正の電圧
が残る。

ここで、平滑回路10は、各スイッチ６および７の接続
点とアースとの間に挿入されたCR時定数回路とし、CR時
定数が充放電時間（期間To）と比べて十分長く設定され
ているものとすれば、充放電後にコンデンサに残る平滑
電圧Vcは、以下のように表わされる。

Vc＝Ｅ｛１−exp（−T1/RC）｝」 ＝Ｅ｛１−（１−T1/RC）｝ ＝Ｅ（T1/RC） 但し、Ｅは電源電圧、ＣおよびＲはCR時定数回路の抵
抗値および静電容量値である。この式から明らかなよう
に、平滑回路10から出力される平滑電圧Vcは、期間T1に
比例した電圧値となる。したがって、平滑電圧Vcは、充
放電時間すなわち期間Toの間に平均化されて、入力信号
1aの周期（ここでは、インバータ21の出力信号21aのＨ
レベル期間）に比例した電圧値となる。

なお、一定期間To内において、充電期間T1に続いて放
電期間T2を設定しているが、もし、第２のスイッチ７を
開放した（放電を行わない）まま第１のスイッチ６をO
N、OFFすると、平滑回路10内のコンデンサに充電される
平滑電圧Vcは、最終的に電源電圧Ｅに等しくなってしま
う。したがって、平滑電圧Vcが入力信号1aの周期に比例
した電圧を示すためには、放電期間T2を設定することが
必要不可欠である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような構成例では、周期／電圧
変換回路としての要求仕様のうちの一部を満たすもの
の、入力方形波のデューティ比が正確に1:1でないは場
合には、精度の良い変動動作が得られないという問題点
がまだ残っている。

本発明は上記問題を解消するためになされたもので、
入力信号のデューティ比が正確に1:1でなくても、デュ
ーティ比を正確に1:1として精度の高い変換を行うこと
ができる周期／電圧変換回路を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、入力信号に同期し
た第１の信号と第１の信号を反転した第２の信号とを出
力するための２倍分周回路からなる入力回路と、第１の
信号の立上りで立下る第３の信号を発生するゲート駆動
回路と、第３の信号の立下りでリセット解除されて基準
信号の分周を開始し、一定時間経過後に分周信号を出力
して第３の信号をＨレベルにリセットするとともに、第
３の信号の立上りで分周信号がリセットされる基準信号
分周回路と、第１および第２の信号が個別に入力され且
つ第３の信号でゲートされる第１および第２のゲート素
子からなるゲート回路と、正の電源とアースとの間に直
列に挿入された第１および第２のスイッチからなるスイ
ッチ回路と、第１および第２のスイッチの接続点に接続
された平滑回路とを備え、一定時間は、第１の信号のＨ
レベル期間よりも長く、且つ第１の信号のＨレベル期間
の２倍よりも短くなるように設定され、正の電源側に挿
入された第１のスイッチは、第２のゲート素子の出力で
ONされ、アース側に挿入された第２のスイッチは、第１
のゲート素子の出力でONされる周期／電圧変換回路を提
供するものである。

また、本発明は、負の電源とアースとの間に直列に挿
入された第３および第４のスイッチからなる第２のスイ
ッチ回路と、第３および第４のスイッチの接続点に接続
された第２の平滑回路とを備え、負の電源側に挿入され
た第３のスイッチは、第２のゲート素子の出力でONさ
れ、アース側に挿入された第４のスイッチは、第１のゲ
ート素子の出力でONされる周期／電圧変換回路を提供す
るものである。

〔作用〕

この発明では、入力回路に、２倍分周回路を用いたの
で、入力信号のデューティ比が1:1からずれていても、
デューティ比が正確に1:1である信号に変換されて後段
の回路に送られることになる。

〔実施例〕

以下、この発明の１実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図において、１は入力回路となるＤ形フリップフ
ロップであって、前記第４図のインバータ20、21に代え
て用いてあり、そのＱ出力1bはノア素子３に送出される
とともにフリップフロップ２のＣ端子に入力され、Ｑ出
力1cはノア素子４に送出される。他の構成は第４図のも
のと同じである。

この場合、フリップフロップ２の出力信号（第３の信
号）2aのＬレベル期間Toは、フリップフロップ１の出力
信号（第１の信号）1bの立上りによりスタートする。ま
た、基準信号分周回路５は、第１の信号1bの立上りによ
って第３の信号2aがＬレベルとなった時点でリセット状
態が解除され、前述と同様に、基準信号5aの分周を開始
して一定時間経過後の期間Toで分周信号5bを出力する。

次に、この回路の動作を第３図の波形タイムチャート
を参照して説明する。

フリップフロップ１は、入力信号（方形波に変換され
た被測定信号）1aを２倍分周して、Ｑ端子からＨ期間と
Ｌ期間が等しい信号1bを、Ｑ端子から反転信号1cを送出
する。フリップフロップ２は信号1bをＣ端子に入力され
てその立上りで反転Ｑ端子（Ｑバー端子）からＬレベル
の信号2aを出力する。この信号2aは基準信号分周回路５
のリセット端子に入力されて該基準信号分周回路５のリ
セット状態を解除する。リセット解除された分周回路５
は基準信号5aを分周する。分周された信号5bはフリップ
フロップ２のリセット端子Ｒに入力され該フリップフロ
ップ２をリセットし、上記信号2aがＨレベルになり、同
時に基準分周回路５はリセットされ、信号5bはＬレベル
となる。信号2aがＨレベルになってから信号5bがＨレベ
ルになるまでの期間Toの間は、ノア素子３、４はインバ
ータとして動作をし、フリップフロップ１の出力信号1
b、1cを受けて、それぞれ期間T1、T2だけ信号3a、4aを
送出する。この信号3a、4a（共に、Ｈレベル）はアナロ
グスイッチ６、７をONさせる。平滑回路10は期間T1の
間、正に充電され、期間T2の間、放電し、To（＝T1＋T
2）期間の平均である、入力信号1aの周期に比例した正
の電圧を出力する。

すなわち、平滑電圧Vcを表わす前述の式、Vc＝Ｅ（T1
/RC）、に関連した充電期間T1は、フリップフロップ１
から出力される第１の信号1bのＨレベル期間（入力信号
1aの周期に比例した時間）に相当するので、平滑電圧Vc
は入力信号1aの周期に比例した電圧となり、この電圧は
充放電期間Toの間で平均化されることになる。

このとき、一定時間Toは、入力信号1aの変動を考慮し
ても、入力信号1aに同期した第１の信号1bのＨレベル期
間T1（入力信号1aの周期に相当し、第２の信号1cのＬレ
ベル期間および信号4aのＨレベル期間に相当）と、第５
の信号3aのＨレベル期間T2（第１の信号1bの立下がり時
点から第３の信号2aの立上がり時点までの期間に相当
し、期間T1よりも短くなる）だけ長くなるように設定さ
れる。即ち、一定時間To（＝T1＋T2）は、第１の信号1b
のＨレベル期間T1よりも長く、かつこの期間T1の２倍よ
りも短くなるように設定されている。通常、入力信号1a
の周期変動は、±25％未満なので、一定時間Toは、変動
範囲内の最大値よりもわずかに長く設定されていればよ
い。

第２図は本発明の他の実施例を示したもので、アナロ
グスイッチ８と９および平滑回路11を追加した点におい
て第１図の実施例と相違する。アナログスイッチ８と９
とは直列にして負電源−Ｅとアースとの間に挿入されて
おり、両者の接続点に平滑回路11が接続されている。ア
ナログスイッチ８はノア素子３の出力でONされ、アナロ
グスイッチ９は素子回路４の出力でONされる。

この構成においては、アナログスイッチ８が負電源−
Ｅに、アナログスイッチ９がアースに接続されているの
で、平滑回路11は入力信号の周期に比例した負の電圧を
出力する。従って、第２図の実施例では、入力信号の周
期に比例した正の電圧と、負の電圧を取り出すことがで
きる。

なお、上記実施例では、入力回路として、Ｄ形フリッ
プフロップを用いているが、他のロジック回路を用いて
もよい。

また、ゲート回路をノア素子で構成しているが、ナン
ド素子で構成してもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、入力信号に同期した第
１の信号と第１の信号を反転した第２の信号とを出力す
るための２倍分周回路からなる入力回路と、第１の信号
の立上りで立下る第３の信号を発生するゲート駆動回路
と、第３の信号の立下りでリセット解除されて基準信号
の分周を開始し、一定時間経過後に分周信号を出力して
第３の信号をＨレベルにリセットするとともに、第３の
信号の立上りで分周信号がリセットされる基準信号分周
回路と、第１および第２の信号が個別に入力され且つ第
３の信号でゲートされる第１および第２のゲート素子か
らなるゲート回路と、正の電源とアースとの間に直列に
挿入された第１および第２のスイッチからなるスイッチ
回路と、第１および第２のスイッチの接続点に接続され
た平滑回路とを備え、一定時間は、第１の信号のＨレベ
ル期間よりも長く、且つ第１の信号のＨレベル期間の２
倍よりも短くなるように設定され、正の電源側に挿入さ
れた第１のスイッチは、第２のゲート素子の出力でONさ
れ、アース側に挿入された第２のスイッチは、第１のゲ
ート素子の出力でONされるようにしたので、被測定信号
のデューティ比が1:1でない場合にも、この回路で1:1の
デューティ比にするので、精度の高い周期／電圧変換を
行うことができ、前述の構成例と比べてさらに信頼性を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
この発明の他の実施例を示すブロック図、第３図は上記
実施例の波形タイムチャート、第４図は従来の周期／電
圧変換回路を示すブロック図、第５図は上記従来例の波
形タイムチャートである。 図において、１……入力回路であるＤ形フリップフロッ
プ、２……ゲート駆動回路であるＤ形フリップフロッ
プ、３、４……ノア素子、５……基準信号分周回路、６
〜９……アナログスイッチ、10、11……平滑回路。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号に同期した第１の信号と前記第１
   の信号を反転した第２の信号とを出力するための２倍分
   周回路からなる入力回路と、 前記第１の信号の立上りで立下る第３の信号を発生する
   ゲート駆動回路と、 前記第３の信号の立下りでリセット解除されて基準信号
   の分周を開始し、一定時間経過後に分周信号を出力して
   前記第３の信号をＨレベルにリセットするとともに、前
   記第３の信号の立上りで前記分周信号がリセットされる
   基準信号分周回路と、 前記第１および第２の信号が個別に入力され且つ前記第
   ３の信号でゲートされる第１および第２のゲート素子か
   らなるゲート回路と、 正の電源とアースとの間に直列に挿入された第１および
   第２のスイッチからなるスイッチ回路と、 前記第１および第２のスイッチの接続点に接続された平
   滑回路と を備え、 前記一定時間は、前記第１の信号のＨレベル期間よりも
   長く、且つ前記第１の信号のＨレベル期間の２倍よりも
   短くなるように設定され、 前記正の電源側に挿入された前記第１のスイッチは、前
   記第２のゲート素子の出力でONされ、 前記アース側に挿入された前記第２のスイッチは、前記
   第１のゲート素子の出力でONされることを特徴とする周
   期／電圧変換回路。
2. 【請求項２】負の電源とアースとの間に直列に挿入され
   た第３および第４のスイッチからなる第２のスイッチ回
   路と、 前記第３および第４のスイッチの接続点に接続された第
   ２の平滑回路と を備え、 前記負の電源側に挿入された前記第３のスイッチは、前
   記第２のゲート素子の出力でONされ、 前記アース側に挿入された前記第４のスイッチは、前記
   第１のゲート素子の出力でONされることを特徴とする請
   求項１記載の周期／電圧変換回路。