JP2853723B2 - パルス幅変調回路 - Google Patents

パルス幅変調回路

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JP2853723B2 JP14143193A JP14143193A JP2853723B2 JP 2853723 B2 JP2853723 B2 JP 2853723B2 JP 14143193 A JP14143193 A JP 14143193A JP 14143193 A JP14143193 A JP 14143193A JP 2853723 B2 JP2853723 B2 JP 2853723B2
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毅 柳澤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス幅変調回路に係
り、特に、回路の動作周波数を高めることなく、より多
くのパルス幅変調波を得ることのできるパルス幅変調回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】デジタル信号をアナログ信号に変換する
には、D/A変換器が多く用いられている。しかしなが
ら、D/A変換器はコスト面で有利でなく、また、多く
の信号線を接続する必要があり(例えば8ビットのデジ
タル信号であれば8本)、デジタル素子にはその分の出
力端子を設ける必要が生じる。そこで、その解決策とし
て、パルス幅変調(以下、PWM)が用いられている。
PWMとは、入力信号の値に応じてパルス幅を変化させ
る方法である。
【0003】図4は従来のPWM回路の一例を示すブロ
ック図、図5は図4に示す従来のPWM回路を説明する
ためのタイミングチャートである。ここでは、クロック
の周波数をfc(周期1/fc)、入力するデジタル信
号を2ビットで周波数fd(周期1/fd)とし、クロ
ックの周波数fcを入力信号の周波数fdの3倍(fc
=3fd)とした場合を例にとる。図4において、2ビ
ットのアップカウンタ2は図5(A)に示す周波数fc
のクロックによって動作しており、入力端子1より入力
された図5(C)に示すデジタル信号は、入力信号と同
一の周波数の図5(B)に示すロードパルスによってア
ップカウンタ2にロードされる。入力値がロードされる
と、アップカウンタ2はカウントアップし、カウント値
が3になるとRCO出力が0となる。このRCO出力を
インバータ3によって反転した信号を、アップカウンタ
2のENP(イネーブルP)へ入力することにより、そ
れより後は再び入力値がロードされるまでカウント値3
が保持され、RCO出力は0のままとなる。
【0004】入力値が0の場合、RCO出力が0となる
以前に新たな値がロードされるためRCO出力は1のま
まとなり、入力値が3の場合、RCO出力はロードされ
ると同時に0となる。また、それ以外の入力値の場合に
は、ロードされる入力値の大小によりRCO出力が0と
なるタイミングが異なるためデューティ比が変化し、入
力値に応じたRCO出力が得られる。このようなアップ
カウンタ2のRCO出力をインバータ3によって反転し
た信号をPWM波とすると、入力値が0〜3の時のPW
M波は図5(D)〜(G)に示す如くとなる。このPW
M波を抵抗及びコンデンサよりなる積分回路4によって
積分することにより、入力信号に応じたアナログ信号が
得られる。
【0005】ここで、PWM波の振幅をA(V)とする
と、得られるアナログ出力電圧は、入力値が0の場合0
V、1の場合A/3(V)、2の場合2A/3(V)、
3の場合A(V)となり、入力値に応じた4階調のアナ
ログ信号が出力端子5より出力される。従って、入力信
号のn倍の周波数のクロックを用いてPWMを行うと、
n+1通りのPWM波が得られ、n+1階調のアナログ
信号が得られることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のPWM
回路では、入力信号のn倍の周波数のクロックを用いた
場合にはn+1通りのPWM波が得られ、n+1階調の
アナログ信号が得られる。しかしながら、より階調の多
いアナログ信号を得ようとすると、アップカウンタ2の
動作周波数を高くする必要が生じ、自ずと限界があっ
た。本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであ
り、回路の動作周波数を高めることなく、より多くのP
WM波を得ることのできるパルス幅変調回路を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の技術の課題を解決するため、入力されたクロックの
ロック周期のn倍(nは自然数)の周期のm(mは2以
上の自然数)ビットの入力信号に応じてパルス幅変調波
を発生させるパルス幅変調回路であって、前記クロック
動作クロックとし、前記入力信号の最上位ビットを除
いたm−1ビットの信号に応じて、前記クロック周期を
1単位時間として0単位時間からn単位時間までの範囲
でハイとなるn+1通りの波形を発生させる波形発生手
段と、前記波形発生手段からの出力信号を選択のための
制御信号とし、前記入力信号の最上位ビットと前記クロ
ックとを選択して出力する選択回路とによって、2n+
1通りのパルス幅変調波を発生させることを特徴とする
パルス幅変調回路を提供するものである。
【0008】
【実施例】以下、本発明のパルス幅変調回路について、
添付図面を参照して説明する。図1は本発明のパルス幅
変調回路の一実施例を示すブロック図、図2及び図3は
本発明のパルス幅変調回路を説明するためのタイミング
チャートである。
【0009】本実施例では、クロックの周波数をfc
(周期1/fc)、入力するデジタル信号を3ビットで
周波数fd(周期1/fd)とし、クロックの周波数f
cを入力信号の周波数fdの3倍(fc=3fd)とし
た場合を例にとる。図1において、2ビットのアップダ
ウンカウンタ12は図2(A)あるいは図3(A)に示
す周波数fcのクロックによって動作しており、入力端
子11より入力された3ビットのデジタル信号の内、最
上位ビット(MSB)を除いた2ビットの信号は、入力
信号と同一の周波数の図2(B)あるいは図3(B)に
示すロードパルスによってアップダウンカウンタ12に
ロードされる。また、ロードパルスはフリップフロップ
13にも入力されており、フリップフロップ13のQバ
ー出力は図3(C)に示すようなイネーブルパルスとし
てフリップフロップ14のクロック端子及びANDゲー
ト16の一方の入力端子に入力される。
【0010】一方、入力信号のMSBはフリップフロッ
プ14に入力され、そのQ出力は制御信号として出力さ
れる。入力信号のMSBが1の時、制御信号は1であ
り、入力信号のMSBが0の時、制御信号は0である。
この制御信号によってアップダウンカウンタ12を制御
信号が1の場合、即ち、MSBが1の場合にダウンカウ
ントさせ、制御信号が0の場合、即ち、MSBが0の場
合にアップカウントさせるために、制御信号をインバー
タ15によって反転させ、アップダウンカウンタ12の
制御入力端子に入力する。また、インバータ15の出力
をANDゲート16のもう一方の入力端子に入力する。
ANDゲート16の出力はアップダウンカウンタ12の
イネーブルT(ENT)に入力される。
【0011】そして、アップダウンカウンタ12のRC
O出力は選択回路18を切換制御すると共に、インバー
タ17によって反転されてENPに入力される。選択回
路18の一方の端子にはクロックが入力され、もう一方
の端子にはフリップフロップ14より出力される制御信
号が入力される。選択回路18はRCO出力が1の期間
は制御信号を選択し、RCO出力が0の期間はクロック
を選択するよう制御される。この選択回路18より得ら
れる信号をPWM波とし、抵抗及びコンデンサよりなる
積分回路19によって積分することにより、入力信号に
応じたアナログ信号が得られ、出力端子20より出力さ
れる。
【0012】まず、フリップフロップ14より出力され
る制御信号が1の場合、入力値がロードされると、アッ
プダウンカウンタ12は前述のようにダウンカウント
し、カウント値が0になるとRCO出力が0となる。こ
のRCO出力はインバータ17によって反転されてEN
Pに入力されているので、それより後は再び入力値がロ
ードされるまでカウント値0が保持され、RCO出力は
0を出力し続ける。このRCO出力が1の期間は制御信
号(ここでは1)をPWM波とし、RCO出力が0の期
間はクロックパルスをPWM波とする。従って、入力値
が4(100)の場合、MSBが1でMSBを除いた2
ビットは0であるので、ロードと同時にアップダウンカ
ウンタ12のRCO出力は0となり、選択回路18はク
ロックを選択するよう図中上側の端子に接続するよう制
御され、得られるPWM波はクロックパルスそのものと
なる。また、入力値が7(111)の場合、MSBが1
でMSBを除いた2ビットは3であるので、再び入力値
がロードされるまでカウント値は3,2,1を繰り返す
ことになる。よって、RCO出力は常に1となり、得ら
れるPWM波は常に1となる。
【0013】次に、フリップフロップ14より出力され
る制御信号が0の場合、入力値がロードされると、アッ
プダウンカウンタ12は前述のようにアップカウント
し、カウント値が3になるとRCO出力が0となる。そ
れより後は再び入力値がロードされるまでカウント値3
が保持され、RCO出力は0のままとなる。このRCO
出力が1の期間は制御信号(ここでは0)をPWM波と
し、RCO出力が0の期間はクロックパルスをPWM波
とする。従って、入力値が3(011)の場合、MSB
が0でMSBを除いた2ビットは3であるので、ロード
と同時にアップダウンカウンタ12のRCO出力は0と
なり、選択回路18はクロックを選択するよう図中上側
の端子に接続するよう制御され、得られるPWM波はク
ロックパルスそのものとなる。また、入力値が0(00
0)の場合、MSBが0でMSBを除いた2ビットは0
であるので、再び入力値がロードされるまでカウント値
は0,1,2を繰り返すことになる。よって、RCO出
力は常に1となり、得られるPWM波は常に0となる。
【0014】図2(C)〜(J)には入力信号の入力値
に応じて得られるアップダウンカウンタ12のRCO出
力とPWM波を示している。また、PWM波の振幅をA
Vとした時のアナログ出力電圧を合わせて示している。
図2に示すように、入力値が3の場合に得られるPWM
波は、入力値が4の場合に得られるPWM波と同一とな
ってしまう。同様の理由で、3以外の入力値の場合であ
っても入力値のMSBが0の場合(制御信号が0となる
場合)、得られるPWM波は入力値に対して1ずれるこ
とになる。
【0015】そこで、フリップフロップ14より出力さ
れる制御信号が0の時のみアップダウンカウンタ12の
ENT入力にフリップフロップ13より出力されるイネ
ーブルパルスを入力するようANDゲートを制御するこ
とにより、得られるPWM波と入力値とのずれを防いで
いる。アップダウンカウンタ12のENT入力に1が入
力されている期間は、RCO出力は1に固定となる。そ
の結果得られるPWM波を図3に示している。図3に示
すように、PWM波は7(=3×2+1)通り得られ、
このPWM波を積分回路19により積分することによ
り、入力値が0,1の時は0(V)、2の時はA/6
(V)、3の時はA/3(V)、4の時はA/2
(V)、5の時は2A/3(V)、6の時は5A/6
(V)、7の時はA(V)となり、入力信号に応じた7
階調のアナログ信号を得ることができる。
【0016】以上説明した本実施例では、入力信号のn
倍の周波数のクロックを用い、アップダウンカウンタ1
2によってn+1通りのRCO出力を発生し、入力信号
のMSBとクロックパルスとをRCO出力に応じて選択
することにより、2n+1通りのPWM波を発生させる
ものであるが、n+1通りの波形発生手段としては、ア
ップダウンカウンタに限定されることなく、通常のカウ
ンタによっても可能である。このように、本発明は上述
した本実施例に限定されることはなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲において変更可能である。
【0017】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のパ
ルス幅変調回路は、m(mは2以上の自然数)ビットの
入力信号のn倍の周波数のクロックを用いて入力信号の
最上位ビットを除いたm−1ビットの信号に応じてn+
1通りの波形を発生させ、この波形に応じて前記入力信
号の最上位ビットと前記クロックとを選択して出力する
ことにより、2n+1通りのパルス幅変調波を発生させ
るようにしたので、回路の動作周波数を高めることなく
従来の約2倍のパルス幅変調波を得ることのできる。従
って、このパルス幅変調波を積分すれば、2n+1階調
のアナログ信号が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明を説明するためのタイミングチャートで
ある。
【図3】本発明を説明するためのタイミングチャートで
ある。
【図4】従来例を示すブロック図である。
【図5】従来例を説明するためのタイミングチャートで
ある。
【符号の説明】
11 入力端子 12 アップダウンカウンタ(波形発生手段) 13,14 フリップフロップ 15,17 インバータ 16 ANDゲート 18 選択回路 19 積分回路 20 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03M 1/00 - 1/88 H03K 7/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力されたクロックのクロック周期のn倍
    (nは自然数)の周期のm(mは2以上の自然数)ビッ
    トの入力信号に応じてパルス幅変調波を発生させるパル
    ス幅変調回路であって、 前記クロックを動作クロックとし、前記入力信号の最上
    位ビットを除いたm−1ビットの信号に応じて、前記ク
    ロック周期を1単位時間として0単位時間からn単位時
    間までの範囲でハイとなるn+1通りの波形を発生させ
    る波形発生手段と、 前記波形発生手段からの出力信号を選択のための制御信
    号とし、前記入力信号の最上位ビットと前記クロックと
    を選択して出力する選択回路とによって、 2n+1通りのパルス幅変調波を発生させることを特徴
    とするパルス幅変調回路。
  2. 【請求項2】前記波形発生手段は前記入力信号の最上位
    ビットによってアップカウントとダウンカウントとが切
    り換えられるアップダウンカウンタであることを特徴と
    する請求項1記載のパルス幅変調回路。
JP14143193A 1993-05-20 1993-05-20 パルス幅変調回路 Expired - Lifetime JP2853723B2 (ja)

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