JP2517764Y2 - D/a変換装置 - Google Patents

D/a変換装置

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JP2517764Y2
JP2517764Y2 JP1990123572U JP12357290U JP2517764Y2 JP 2517764 Y2 JP2517764 Y2 JP 2517764Y2 JP 1990123572 U JP1990123572 U JP 1990123572U JP 12357290 U JP12357290 U JP 12357290U JP 2517764 Y2 JP2517764 Y2 JP 2517764Y2
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徹也 村田
義朗 杉原
昭範 小場
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案はD/A変換装置に係り、例えば調節計において
制御回路から出力される制御信号としての数10Hz以下の
低速のPWM信号をアナログ信号にD/A変換するD/A変換装
置の改良に関する。
[従来の技術] 従来、この種のD/A変換装置としては、第2図に示す
ような構成が知られている。
すなわち、図示を省略した制御回路からのPWM信号と
クロック出力回路1からのクロック信号をAND回路3に
加え、PWM信号のON期間におけるクロック信号のパルス
数をカウントするカウンタ回路5にそのAND回路3を接
続し、そのカウント値を記憶するラッチ回路7にカウン
タ回路5を接続し、カウント値に比例したアナログ信号
をカウンタ回路5の動作に同期して出力するD/A変換回
路9にラッチ回路7を接続するとともに、カウンタ回路
5からラッチ回路7へのカウント値やラッチ回路7から
D/A変換回路9へのカウント値の出力制御信号をPWM信号
に同期してカウンタ回路5、ラッチ回路7およびD/A変
換回路9へ出力するコントロール回路11を設けて構成さ
れていた。
このようなD/A変換装置では、第3図Aに示すようなP
WM信号がAND回路3に加えられると、AND回路3では同図
Bのようなクロック信号をPWM信号のON期間中だけカウ
ンタ回路5に出力し、カウンタ回路5でPWM信号のON期
間中のクロック信号のパルス数をカウントしてカウント
値をラッチ回路7に記憶する。
ラッチ回路7に記憶されたカウント値はコントロール
回路11からの制御信号によってD/A変換回路9に出力さ
れ、D/A変換回路9ではカウント値に比例したアナログ
信号を出力する。
[考案が解決しようとする課題] しかしながら、上述したD/A変換装置では、例えばPWM
信号およびクロック信号に誤差があると、第3図に示す
PWM信号のON期間カウント値CT1が次の(1)式のように
示される。
なお、第3図中の符号TはPWM信号の周期、TONはPWM
信号のON期間、TOFFはPWM信号のOFF期間、ΔTONはPWM
信号のON期間誤差、ΔTOFFはPWM信号のOFF期間誤差、t
oはクロック信号の周期、Δtoはクロック信号の周期誤
差である。
CT1=[TON+ΔTON]/to ……(1) また、クロック出力回路1からのクロック信号に周波
数誤差があると、PWM信号のON期間カウント値CT2は次の
(2)式で示される。
CT2=TON/[to+Δto] ……(2) 従って、PWM信号の実際のON期間カウント値CT3は
(1)および(2)式の誤差が含まれた次の(3)式と
なる。
CT3=[TON+ΔTON]/[to+Δto] ……(3) このように、PWM信号にその周期の誤差に伴うON期間
誤差およびクロック信号の周波数誤差がアナログ信号の
非常に大きな出力誤差となるため、精度のよいアナログ
信号を出力するためにはクロック出力回路1およびPWM
信号発生側の制御回路には高い精度が要求される。
そのため、高精度の構成部品を使用しなければならず
価格の高騰を招く要因となっていたし、構成部品の経時
変化等による精度の悪化には対応困難であった。
本考案者は制御回路からのPWM信号の誤差がそのON期
間およびOFF期間で同じ定数で変化する性質がある点に
着目し、本考案を完成させた。
本考案はこのような従来の欠点を解決するためになさ
れたもので、PWM信号の周期誤差およびクロック信号の
周波数誤差に影響されない高精度のアナログ信号出力が
可能で、価格の高騰や経時変化等による精度の悪化を抑
えたD/A変換装置の提供を目的とする。
[課題を解決するための手段] このような課題を解決するために本考案の特徴は、第
1のクロック信号を出力する第1のクロック出力手段
と、その第1のクロック信号より高い周波数の第2のク
ロック信号を出力する第2のクロック出力手段と、入力
された第1のPWM信号のON期間をその第1のクロック信
号でカウントする第1のカウンタ手段と、その第1のPW
M信号のOFF期間を第1のクロック信号でカウントする第
2のカウンタ手段と、その第1のカウンタ手段によるカ
ウント値を第2のクロック信号でカウントしたカウント
アップ信号によってOFFに切換えるとともに、その第2
のカウンタ手段によるカウント値をその第2のクロック
信号でカウントしたカウントアップ信号によってONに交
互に切換えて第2のPWM信号を発生する第2のPWM信号発
生手段と、その第2のPWM信号をD/A変換してアナログ化
するD/A変換手段とを有して構成されている。
[作用] このような手段を備えた本考案では、第1のカウンタ
手段に入力された第1のPWM信号が第1のクロック出力
手段からの第1のクロック信号によって第1のPWM信号
のON期間がカウントされる一方、第2のカウンタ手段に
入力された第1のPWM信号のOFF期間が第1のクロック信
号でカウントされる。
そして、第2のPWM信号発生手段では、その第1のカ
ウンタ手段からのカウント値を第2のクロック出力手段
からの第2のクロック信号でカウントしたカウントアッ
プ信号によってOFFに切換え、第2のカウンタ手段から
のカウント値を第2のクロック信号でカウントしたカウ
ントアップ信号によってONに切換え、それらON期間とOF
F期間の比率で交互に切換えられた第2のPWM信号を発生
し、この第2のPWM信号がD/A変換手段にてアナログ化さ
れる。
[実施例] 以下本考案の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本考案に係るD/A変換装置の一実施例を示す
ブロック図である。
第1図において、図示を省略した制御回路から出力さ
れる低速例えば約1秒周期の第1のPWM信号は2入力AND
回路13の一方の入力側に接続されており、他方の入力側
には約1000Hzの第1のクロック信号を出力する第1のク
ロック出力回路15からのその第1のクロック信号が接続
されている。
AND回路13は第1のPWM信号のON期間中に第1のクロッ
ク信号を出力するものであって第1のカウンタ回路17に
接続されており、第1のカウンタ回路17はAND回路13か
らのクロック数をカウントするもので、カウント値を一
時的に記憶する第1のラッチ回路19へ接続されている。
これらAND回路13、第1のカウンタ回路17および第1
のラッチ回路19にて第1のPWM信号のON期間(ON時間)
をカウントする第1のカウンタ手段21が形成されている
が、第1のラッチ回路19は必須のものではない。
第1のPWM信号はインバータIを介して2入力AND回路
23の一方の入力側に接続されており、他方の入力側には
第1のクロック出力回路15が接続されている。
AND回路23は第1のPWM信号のOFF期間中に第1のクロ
ック信号を出力するものであって第2のカウンタ回路25
に接続されており、第2のカウンタ回路25はAND回路23
からのクロック数をカウントするもので、カウント値を
一時的に記憶する第2のラッチ回路27に接続されてい
る。
これらインバータI、AND回路23、第2のカウンタ回
路25および第2のラッチ回路27にて第1のPWM信号のOFF
期間(OFF時間)をカウントする第2のカウンタ手段29
が形成されているが、第1のラッチ回路19と同様に第2
のラッチ回路27も必須のものではない。
第2のクロック出力回路31は第1のクロック信号より
はるかに高い周波数、例えば1MHzの第2のクロック信号
を出力するものであり、第3および第4のカウンタ回路
33、35に接続されている。
第3のカウンタ回路33は第1のラッチ回路19に記憶さ
れたカウント値(第1のPWM信号のON期間)を第2のク
ロック信号によって例えばカウントダウンし、カウント
アップ信号を切換回路37に出力するものである。
第4のカウンタ回路35は第2のラッチ回路27に記憶さ
れたカウント値(第1のPWM信号のOFF期間)を第2のク
ロック信号によってカウントダウンし、カウントアップ
信号を切換回路37に出力するものである。
切換回路37は、それら第3のカウンタ回路33からのカ
ウントアップ信号によってOFFするとともに第4のカウ
ンタ回路35からのカウントアップ信号によってONする第
2のPWM信号を作成し、D/A変換回路41へ出力するととも
に、第3および第4のカウンタ回路33、35を交互に切換
え制御する信号をコントロール回路43に出力するもので
ある。
D/A変換回路41は切換回路37からの第2のPWM信号のデ
ューティー比に応じたレベルのアナログ電圧にD/A変換
してアナログ信号を出力するものである。
コントロール回路43は、切換回路37からの切換え制御
信号によって第3および第4のカウンタ回路33、35を交
互に切換え制御し、第1のPWM信号の1周期終了後に第
1および第2のカウンタ回路17、25からカウント値を第
1および第2のラッチ回路19、27に出力するとともに第
1および第2のカウンタ回路17、25内をクリアして新た
にカウントを繰返すように制御する。
さらに、コントロール回路43は、第1のPWM信号のON
期間およびOFF期間に同期して第1および第2のラッチ
回路19、27からのカウント値を第3および第4のカウン
タ手段33、35へ出力するタイミングを制御するものであ
る。
次に、上述した本考案のD/A変換装置の動作を説明す
る。
ここで、例えば第1のPWM信号の周期を1秒(一般項
としてh秒周期)とし、第2のPWM信号の周期を1msec
(一般項としてnh/p[sec]周期)とし、第1のクロッ
ク信号の周波数を約1000Hz(一般項としてnHz)、第2
のクロック信号の周波数を約1MHz(一般項としてpHz)
としたとき、以下のようになる。
入力された第1のPWM信号に対してAND回路13からその
ON期間中にクロック信号を出力して第1のカウンタ回路
17がそのクロック信号数をカウントする一方、反転され
た第1のPWM信号に対してAND回路23からそのOFF期間中
のクロック信号を出力して第2のカウンタ回路25がその
クロック信号数をカウントする。
第1のPWM信号はh秒周期であるから第1および第2
のカウンタ回路17、25によるONカウント値とOFFカウン
ト値の合計値はh秒後にh×nとなる。
第1のPWM信号の1周期のカウントが終了すると、コ
ントロール回路43が各々のカウント数を第1および第2
のラッチ回路19、27へ出力制御してこれらに記憶され、
第1および第2のカウンタ回路17、25内がクリアされて
新たに始めからカウントを繰返す。
すると、コントロール回路43は第1および第2のラッ
チ回路19、27からのカウント値を第3および第4のカウ
ンタ手段33、35へ出力制御し、第3のカウンタ手段33で
は第2のクロック信号によって例えば700→699→698→
・・・→1→0とカウント値を減算し、カウント値が
「0」となってカウントアップすると、ONカウントアッ
プ信号を切換回路37に出力する。
他方、第4のカウンタ手段35では第2のクロック信号
によって例えば300→299→298・・・→1→0とカウン
ト値を減算し、カウント値が「0」となってOFFカウン
トアップすると、OFFカウントアップ信号を切換回路37
に出力する。
切換回路37は切換回路37からONおよびOFFカウントア
ップ信号によってレベルを切換え、ONカウントアップ信
号が出力されるまでONレベルに、OFFカウントアップ信
号が出力されるまでOFFレベルに保たれた第2のPWM信号
をD/A変換回路41へ出力する。
すなわち、切換回路37からONおよびOFFカウントアッ
プ信号によってnh/p周期の第2のPWM信号が得られる。
D/A変換回路41ではその第2のPWM信号のデューティー
比に応じたレベルのアナログ電圧をD/A変換してアナロ
グ信号を出力する。
そして、ONおよびOFFカウントアップ信号によって作
られる第2のPWM信号のON期間比率は第3図を参照して
示すと、次のようになる。
ON期間=[TON+ΔTON]/[to+Δto] ……(4) OFF期間=[TOFF+ΔTOFF]/[to+Δto] ……(5) 従って、 第2のPWM信号のON期間比率= (ON時間カウント)/[(ON時間カウント)+(OFF時
間カウント)] =[(TON+ΔTON)/(to+Δto)]/{[(TON+
ΔTON)/[(to+Δto)]+[(TOFF+ΔTOFF)/
(to+Δto)]} =(TON+ΔTON)/(TON+TOFF+ΔTON+ΔTOF
F) ……(6) となる。
この(6)式からは、第1および第2のクロック出力
回路15、31からの第1および第2のクロック信号の誤差
がアナログ信号にはまったく影響しないことが分る。
さらに、一般に調節計等における制御回路から出力さ
れるPWM信号の誤差はそのONおよびOFF期間について同じ
定数で変動する性質があるため、その誤差は次のように
表すことができる。なお、符号αは比例定数である。
ON期間誤差ΔTON=αTON ……(7) OFF期間誤差ΔTOFF=αTOFF ……(8) ここで、(7)および(8)式を(6)式に代入する
と第2のPWM信号のON期間比率は次のようになる。
第2のPWM信号のON期間比率 =[TON(1+α)]/[TON(1+α)+TOFF(1
+α)] =TON/(TON+TOFF) ……(9) この(9)式を見ると、制御回路からの第1のPWM信
号におけるON期間およびOFF期間の誤差は相殺されるこ
とが分る。
このように本考案のD/A変換装置では、D/A変換された
アナログ信号が第1および第2のクロック信号の誤差や
第1のPWM信号における出力周期の誤差にまったく影響
せず、正確なアナログ信号が出力される。
なお、本考案においては、第1および第2のカウンタ
手段21、29や第2のPWM信号発生回路39は上述した構成
に限定されない。
さらに、上述した実施例における周期や周波数は一例
であり、装置の目的に応じて変更可能であるが、本考案
のD/A変換装置は特に低速のPWM信号のD/A変換に好適す
る。
[考案の効果] 以上説明したように本考案は、入力された第1のPWM
信号を第1のクロック信号によってそのON期間およびOF
F期間をカウントし、ON期間のカウント値とOFF期間のカ
ウント値を第1のクロック信号より高い周波数の第2の
クロック信号によって各々カウントしたカウントアップ
信号によってOFFとONに交互に切換え、第2のクロック
信号によってカウントされたON期間とOFF期間比率で切
換えた第2のPWM信号を発生し、この第2のPWM信号をD/
A変換してアナログ信号を得る構成としたから、第1のP
WM信号の周期誤差や第1および第2のクロック信号の周
波数誤差がアナログ信号の精度に影響し難い。
そのため、入力されるPWM信号の周期誤差およびクロ
ック信号の周波数誤差に影響されない高精度のアナログ
信号出力が可能となるうえ、経時変化等による精度の悪
化を抑えることが可能で、さらに第1および第2のクロ
ック出力回路やPWM信号を出力する回路側では高精度の
構成部品を使用する必要がないから装置の価格の高騰を
抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案に係るD/A変換装置の一実施例を示すブ
ロック図、第2図は従来のD/A変換装置のブロック図、
第3図は第2図のD/A変換装置の動作を説明する波形図
である。 1……クロック出力回路 3、13、23……AND回路 5……カウンタ回路 7……ラッチ回路 9……D/A変換回路 11、43……コントロール回路 15……第1のクロック出力手段 (第1のクロック出力回路) 17……第1のカウンタ回路 19……第1のラッチ回路 21……第1のカウンタ手段 25……第2のカウンタ回路 27……第2のラッチ回路 29……第2のカウンタ手段 31……第2のクロック出力手段 (第2のクロック出力回路) 33……第3のカウンタ回路 35……第4のカウンタ回路 37……切換回路 39……第2のPWM信号発生手段 41……D/A変換手段 (D/A変換回路)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 小場 昭範 東京都大田区久が原5丁目16番6号 理 化工業株式会社内 (72)考案者 坂倉 浩一 東京都大田区久が原5丁目16番6号 理 化工業株式会社内

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のクロック信号を出力する第1のクロ
    ック出力手段と、 前記第1のクロック信号より高い周波数の第2のクロッ
    ク信号を出力する第2のクロック出力手段と、 入力された第1のPWM信号のON期間を前記第1のクロッ
    ク信号でカウントする第1のカウンタ手段と、 前記第1のPWM信号のOFF期間を前記第1のクロック信号
    でカウントする第2のカウンタ手段と、 前記第1のカウンタ手段によるカウント値を前記第2の
    クロック信号でカウントしたカウントアップ信号によっ
    てOFFに切換えるとともに、前記第2のカウンタ手段に
    よるカウント値を前記第2のクロック信号でカウントし
    たカウントアップ信号によってONに交互に切換えて第2
    のPWM信号を発生する第2のPWM信号発生手段と、 前記第2のPWM信号をD/A変換してアナログ化するD/A変
    換手段と、 を具備することを特徴とするD/A変換装置。
JP1990123572U 1990-11-27 1990-11-27 D/a変換装置 Expired - Fee Related JP2517764Y2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58101518A (ja) * 1981-12-14 1983-06-16 Toshiba Corp A−dコンバ−タ

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