JP2632707B2 - デモジュレーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は検出値が搬送波の位相を変化させて得られ
た信号をデモジュレートする装置に関するものである。

［従来の技術］ 例えば、回転する圧電素子などのセンシングエレメン
トがその回転軸に垂直な平面内の角速度ベルトルや加速
度ベクトルを感知して搬送波の位相が変化する角速度セ
ンサ、加速度センサの信号を回転座標系から固定座標系
へ変換するために用いられる。

従来この信号をデモジュレートするには全波整流型デ
モジュレータを用いて、搬送波に対し基準信号を用いて
その符号を判別するものである。第５図は従来の全波整
流型デモジュレータのブロック図である。第５図におい
て、１は６モジュレーション入力信号であり、Ｖ＝Kcos
（ωｔ−φ）で表され、ωはセンシングエレメントの角
速度、φは検出されるベクトルが固定座標Ｘ軸となす
角、Ｋは検出されるベクトルの大きさに比例した量であ
る。２はモジュレーション入力信号１を反転する反転
器、31,32はアナログスイッチであり、それぞれは一対
のスイッチからなり一方がオンのとき他方がオフの状態
にあるものが２組である。41,42はローパスフィルタ、5
1,52はデモジュレートされた信号、６は基準信号であり
入力信号１の搬送波の角周波数ωと等しい角周波数ωの
短形波からなる。７はPLL又はタイミング回路であり、
基準信号６を入力して波形成形し、０゜基準信号81及び
90゜基準信号82を出力する。ここで、０゜基準信号81は
入力ベクトル方向がＸ軸方向の場合の入力信号と同位相
である基準信号、90゜基準信号82は入力ベクトル方向が
Ｙ軸方向の場合の入力信号と同位相である基準信号であ
る。従ってこれらの信号の位相差は90゜である。

モジュレーション入力信号１はアナログスイッチ31及
び32によりローパスフィルタ41及び42に導かれるのであ
るが、０゜又は90゜基準信号81又は82がハイ（HIGH）の
ときスイッチ311及び321がオンして反転しない入力信号
１がローパスフィルタ41,42に接続され、０゜又は90゜
基準信号８が（LOW）のときスイッチ311,321はオフとな
り、スイッチ312,322がオンされて、反転器２で反転さ
れた入力信号１がローパスフィルタ41,42に接続され
る。このように、全波整流型デモジュレータにおいては
基準信号81又は82の半周期毎に変化するハイ又はロウに
応じてそのときのＶ＝Kcos（ωｔ−φ）の入力信号１の
極性を変えてデモジュレートする。このデモジュレート
後の波形とφとの関係を第６図に示す。この信号波形の
直流分を計測すればベクトルの方向と大きさを知ること
ができる。このデモジュレート後の信号を所定の処理に
供給するためローパスフィルタ４に接続するのである。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述したように全波整流型デモジュレータは基準信号
81及び82により入力信号１の極性を変えていることか
ら、±１の値をとる短形波を搬送波に乗算していること
と等価である。従って、デモジュレートされた信号は次
式で表される。

VX′＝sign（cosωｔ）×Kcos（ωｔ−φ） VY′＝sign（sinωｔ）×Kcos（ωｔ−φ） 但し、sign（ｆ）＝ １ ｆ≧０ −１ ｆ＜０ sign（cosωｔ）,sign（sinωｔ）をフーリエ級数展開
すると、 sign（cosωｔ）＝（4/π）（cosωｔ −（1/3）cos3ωｔ＋…） sign（sinωｔ）＝（4/π）（sinωｔ ＋（1/3）sin3ωｔ＋…） よって、 VX′＝（4/π）Kcos（ωｔ−φ）×（cosωｔ −（1/3）cos3ωｔ＋…） ＝（2/π）Ｋ［cosφ＋cos（２ωｔ−φ） −（1/3）｛cos（４ωｔ−φ） ＋cos（２ωｔ＋φ）｝＋…］ ＝（2/π）Kcosφ＋（2/π）Ｋ［cos（２ωｔ−φ） −（1/3）｛cos（４ωｔ−φ） ＋cos（２ωｔ＋φ）｝＋…］ VY′＝（4/π）Kcos（ωｔ−φ）×（sinωｔ ＋（1/3）sin3ωｔ＋…） ＝（2/π）Ｋ［sinφ＋sin（２ωｔ−φ） ＋（1/3）｛sin（４ωｔ−φ） ＋sin（２ωｔ＋φ）｝＋…］ ＝（2/π）Ksinφ＋（2/π）Ｋ［sin（２ωｔ−φ） ＋（1/3）｛sin（４ωｔ−φ） ＋sin（２ωｔ＋φ）｝＋…］ このように、矩形波はフーリエ展開すると、基本周波数
の奇数倍の高調波成分を多く含むため、搬送波に同様な
周波数成分が含まれるとデモジュレート後の信号にDCシ
フトを生じさせ、センサ検出対象とデモジュレート後の
電圧出力信号との間の直線性が悪くなるという問題があ
った。また、基準信号に対し搬送波の位相が第６図
（ｃ）のように90゜ずれた場合、デモジュレート後の信
号に含まれるリップルが大きく、これを十分小さくする
ようなローパスフィルタを用いると、センサとしての周
波数特性をそこなうという問題があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は搬送波に対して位相を変化させたモジュレー
ション入力信号を前記搬送波の角周波数と等しい角周波
数の基準信号に同期してスイッチングするデモジュレー
ション装置において、基準信号に同期しかつ同位相で基
準信号の１周期内に所定の時間間隔をおいてアドレス信
号を生成するアドレス生成回路と、前記所定の時間間隔
で生成したアドレスにより読み出され、前記１周期内の
時間位置を変数とし積分することにより当該時間位置の
cos又はsinの値になる幅のパルスを発生するメモリと、
前記メモリからの前記cos又はsinの値になる幅のパルス
により、当該パルスがハイのとき、前記モジュレーショ
ン入力信号をスイッチングし、当該パルスがロウのと
き、前記モジュレーション入力信号を反転した信号をス
イッチングするスイッチング手段とで構成する。

［作用］ アドレス生成手段においては基準信号の１周期を所定
の時間間隔で区切る。区切られた時間t1,t2,…tnについ
て、アドレスa1,a2,……anを生成する。このアドレスa
1,a2,…anは所定の時間がくると順次メモリに送られ対
応する内容を読み出す。メモリには１周期内の時間位置
即ち前記アドレス生成手段で区切られている時間位置を
変数とするcos及びsinの値が書き込まれており、アドレ
ス生成手段からのアドレスにより順次読み出されるとco
s又はsinの値に対応して出力される。このメモリから出
力されるcos又はsin信号は積分すると各々cosωt,sinω
ｔになるパルス幅を有し、アナログスイッチをオン、オ
フする。このとき、メモリから出力されるcos又はsin信
号のパルスがハイのとき、モジュレーション入力信号を
スイッチングし、前記パルスがロウのときモジュレーシ
ョン入力信号を反転した信号をスイッチングしている。
このようにモジュレーション入力信号を所定時間間隔で
かつcos、sin信号に比例する時間間隔でスイッチングす
ることによりcosφ又はsinφを含んだ信号とする。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面を参照して詳細に説
明する。第１図は実施例のブロック図である。９はアド
レス生成手段であり、基準信号６に同期しかつ同位相で
基準信号の１周期内に所定の時間間隔をおいてアドレス
信号10を生成する。11はPROMであり、所定の間隔で生成
したアドレス10により読み出され、１周期内の時間位置
を変数とするcos又はsinの値に対応した幅、換言すれば
積分することによりcosωｔ及びsinωｔになる幅のパル
ス（cos）121及びパルス（sin）122を発生する。他の符
号で第５図と同一の符号は同様のものを示す。

アドレス生成手段９の第１及び第２の例を詳細ブロッ
ク図として第２図及び第３図（ａ）に示し、第３図
（ｂ）に第３図（ａ）のタイミング波形図を示す。第２
図においてアドレス生成手段９は、位相比較器91、ロー
パスフィルタ92、VCO93及びカウンタ94からなり、基準
信号６に位相同期した信号を得て、VCO93において基準
信号６の１周期内を所定時間間隔でパルスを発生してい
る。カウンタ94でこのパルスをカウントしてカウント数
をアドレス信号10として出力する。第３図（ａ）におい
てアドレス生成手段９は、クロック発生器95、タイミン
グ回路96及びカウンタ94からなり、第３図（ｂ）のよう
にタイミング回路94において、基準信号６に位相同期し
て基準信号６の周期内を所定時間間隔でパルスを発生し
ている。カウンタ94でこのパルスをカウントしてカウン
ト数をアドレス信号10として出力する。

PROM11においてはアドレス信号10で指定された時間位
置のcos及びsinのパルス121及び122が出力される。この
ようにcos又はsinの所定の幅をもつパルスはアナログス
イッチ31,32をオンオフするように加えられるのである
が、cos信号121又はsin信号122がハイ（HIGH）のとき、
スイッチ311,321をオン、スイッチ312,322をオフして、
モジュレーション入力信号１をローパスフィルタ41,42
に接続し、cos信号121又はsin信号122がロウ（LOW）の
ときスイッチ312,322をオン、スイッチ312,321をオフし
て、反転器２により反転したモジュレーション入力信号
１をローパスフィルタ41,42に接続する。

ところで、モジュレーション入力信号１は Ｖ＝Kcos（ωｔ−φ） と表される。Ｋは定数、ωは搬送波の角周波数、φは位
相角である。これに対して、基準信号６の角周波数も同
じωであるから、PROM11から読み出されるcos,sin信号1
2もωによって規定される。そして、アナログスイッチ3
1,32でcosωt,sinωｔに関したパルス幅でスイッチング
しているから、cosωｔによるアナログスイッチ31のス
イッチングに関しては Vx＝Kcosωｔ・cos（ωｔ−φ） ＝（1/2）Kcosφ＋（1/2）Kcos（２ωｔ−φ） sinωｔによるアナログスイッチ32のスイッチングに関
しては VY＝Ksinωｔ・cos（ωｔ−φ） ＝（1/2）/Ksinφ＋（1/2）Ksin（２ωｔ−φ） となり、（1/2）/Kcosφ，（1/2）Ｋ・sinφを得る。こ
れは、例えば回転している角度センサ又は加速度センサ
からの検出値の固定座標系（X,Y）での値となる。ま
た、（1/2）Kcos（２ωｔ−φ），（1/2）Ksin（２ωｔ
−φ）はリップルであるが、周波数が搬送波の２倍とな
るため、ローパスフィルタ41,42で容易に平滑すること
ができる。なお、このとき、低域通過特性を持たせたLC
フィルタの前段に２ωで鋭く減衰するノッチフィルタを
接続してローパスフィルタ41,42を構成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、メモリにより
読み出したパルス幅でモジュレーション入力信号をスイ
ッチングするように構成したので簡単に構成することが
でき、パルス幅がcos又はsinの値に対応したものとなっ
ているのでリップルの影響が少ない精度の高いものが得
られ、さらには、出力に奇数倍の高調波成分が含まれず
直流成分が含まれないため、入力信号とデモジュレート
後の出力信号との間の直線性が良くなる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図におけるアドレス生成手段の第１の例のブロック図、
第３図は第１図におけるアドレス生成手段の第２の例を
説明する図であり第３図（ａ）はブロック図、第３図
（ｂ）はタイミング波形図、第４図は第１図のPROMから
出力する信号の波形図、第５図は従来の技術を説明する
ブロック図、第６図は第５図のアナログスイッチ31（3
2）の出力を説明する波形図である。 １……モジュレーション入力信号、２……反転器、31,3
2……アナログスイッチ、41,42……ローパスフィルタ、
51,52……出力、６……基準信号、９……アドレス生成
手段、10……アドレス、11……PROM。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】搬送波に対して位相を変化させたモジュレ
   ーション入力信号を前記搬送波の角周波数と等しい角周
   波数の基準信号に同期してスイッチングするデモジュレ
   ーション装置において、 基準信号に同期しかつ同位相で基準信号の１周期内に所
   定の時間間隔をおいてアドレス信号を生成するアドレス
   生成回路と、前記所定の時間間隔で生成したアドレスに
   より読み出され、前記１周期内の時間位置を変数とし積
   分することにより当該時間位置のcos又はsinの値になる
   幅のパルスを発生するメモリと、前記メモリからの前記
   cos又はsinの値になる幅のパルスにより、当該パルスが
   ハイのとき、前記モジュレーション入力信号をスイッチ
   ングし、当該パルスがロウのとき、前記モジュレーショ
   ン入力信号を反転した信号をスイッチングするスイッチ
   ング手段とを有することを特徴とするデモジュレーショ
   ン装置。