JP2893230B2 - 信号発生器 - Google Patents
信号発生器Info
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
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-
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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- F02D2041/227—Limping Home, i.e. taking specific engine control measures at abnormal conditions
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
Description
能な信号発生装置に関する。
タイズ装置では、サンプリング・クロック信号の制御に
よってアナログ入力信号がサンプリングされ、取込期間
中に量子化される。サンプリング・クロック信号は、通
常、高周波数の正弦波から生成される。高周波数の正弦
波信号は、トリガ・イベントを表す制御信号の状態遷移
後所定の時点で、既知の位相から発生するのが望まし
い。このような高周波数の正弦波信号を既知の位相で起
動可能なクロック発生回路を用いて生成する技術が知ら
れている。
その発振器の発振ループをイネーブル又はディセーブル
する手段とを含んでいる。発振ループは、制御信号の遷
移時点の直前にはイネーブル状態である。制御信号の遷
移時点に達すると、発振ループは一時的にディセーブル
状態となり、発振器が停止し、その後再びイネーブルさ
れる。これにより、発振器の出力は、制御信号の遷移時
点に同期し、その遷移時点に関して既知の時点で発振器
が起動し、出力を既知の位相で発生する。理想的には、
発振器は、制御信号の遷移時点で直ちにオン又はオフす
べきである。しかし、現実には、発振器の中の回路素子
が安定するのに時間を要するので、ある程度の時間的遅
延が生じる。よって、所望の位相で起動可能なクロック
回路は、制御信号の遷移を受けてから正弦波出力を発生
するまでの間に時間的遅延を生じる結果となる。この遅
延時間は、発振器内部の素子のQの値に依存している。
ために、従来の回路では、発振ループ内にQの値が低い
素子を使用していた。しかし、Qの値が低い素子で構成
された発振器は、ジッタ(アナログ・サンプルの取り込
み期間の発振器の出力の時間的不安定性)の発生期間が
長くなるという欠点がある。反対にQの値が高い素子を
使用すると、ジッタの問題は改善できるが、発振器の動
作における上述の遅延時間が長くなってしまう。従っ
て、このクロック発振器においてジッタを抑制しようと
しても、発振器の動作の遅延時間を最小化したいという
要求により制限されてしまう。
同時に解決し、出力信号の発生時の遅延を抑制し、且つ
ジッタの発生も抑制できる信号発生器を実現することで
ある。
弦波状入力信号を発生する第1の手段(2)と;正弦波
状入力信号の発生中に選択された時点で第1状態から第
2状態に遷移する制御信号を発生する第2の手段(2
0)と;第1の手段からの正弦波状入力信号を受け、こ
の正弦波状入力信号と周波数が等しいが所定位相差のあ
る第1及び第2正弦波状信号(11、12)を発生する
第3の手段(10;61−62;10’)と;第2の手
段からの制御信号の遷移時点における第3の手段からの
第1正弦波状信号を保持する第1保持手段(21;2
1’)と;第2の手段からの制御信号の遷移時点におけ
る第3の手段からの第2正弦波状信号を保持する第2保
持手段(22;22’)と;第1及び第2正弦波状信号
の一方と、第1及び第2保持手段の一方の出力信号とを
乗算する第1乗算手段(31;31’)と;第1及び第
2正弦波状信号の他方と、第1及び第2保持手段の他方
の出力信号とを乗算する第2乗算手段(32;32’)
と;第1及び第2乗算手段の出力信号を加算して正弦波
状出力信号を発生する加算手段(40;40’)とを具
えている。この加算手段からの正弦波状出力信号の発生
が、制御信号の状態遷移時点に対して所定の時点で且つ
所定の位相で開始することを特徴としている。
から第1及び第2乗算手段に供給する正弦波状信号の位
相を遅延させる位相遅延器(51−52)を更に具えて
いる。
成を示すブロック図である。発振器2は、正弦波状信号
cos(ωt+α)を発生する。この正弦波状信号は、
位相スプリッタ10に供給され、位相分割されてノード
11には同相の正弦波状信号cos(ωt+α)が出力
され、ノード12には、直角位相信号である直角正弦波
状信号sin(ωt+α)が出力される。位相スプリッ
タ10からの同相の正弦波状信号は、4相(象限)の乗
算器31の第1入力端及び第1トラック・ホールド回路
21のアナログ入力端に供給される。
ートには、制御信号源20に接続されている。制御信号
が第1状態になった時、トラック・ホールド回路21
は、ディセーブル状態となり、入力信号に追従するトラ
ック状態(以下、トラック・モードという)となる。制
御信号が第2状態になった時、トラック・ホールド回路
はイネーブル状態となり、入力信号の値を保持するホー
ルド状態(以下、ホールド・モードという)となる。こ
の第1トラック・ホールド回路21がトラック状態の
時、入力端に受けた同相の正弦波状信号と同時に追従す
る。ホールド・モードになると、その制御信号の遷移時
点における入力信号の電圧値に等しい値が保持される。
この第1トラック・ホールド回路21の出力は、第1乗
算器31の第2入力端に供給される。
らの同相の正弦波状信号と第1トラック・ホールド回路
21の出力信号とを乗算する。乗算の結果、正と正の乗
算は正となり、正と負の乗算は負となり、負と負の乗算
は正となる。この第1乗算器の31の出力は、加算器4
0の加算入力ポートの1つに供給される。
1トラック・ホールド回路21と同じ制御信号を受ける
第2トラック・ホールド回路22のアナログ入力端に供
給されると共に、第2乗算器32の第1入力端にも供給
される。第2トラック・ホールド回路22の出力は、第
2乗算器32の第2入力端に供給され、位相スプリッタ
からの正弦波状出力信号と乗算される。この乗算出力
は、加算器40の他方の加算入力端に供給される。加算
器40は、第1及び第2乗算器31及び32の出力を加
算したアナログ出力信号を発生する。
算器40のアナログ出力信号は次式で与えられる。 cos2(ωt+α)+sin2(ωt+α)
る。t=Tの時点で制御信号によりトラック・モードか
らホールド・モードに遷移すると、トラック・ホールド
回路21及び22は、夫々一定出力信号cos(ωT+
α)及びsin(ωT+α)に固定されるので、加算器
のアナログ出力信号は次式で表される。 cos(ωt+α)cos(ωT+α) + sin(ωt+α)sin(ωT+α) この出力信号の値はcos(ωt+γ)に等しく、γ=
−ωT(定数)である。
を制御して出力信号を得るものであり、その第1状態で
は、時間に対して変化しない一定出力を発生し、第2状
態では、発振器の出力信号と同じ周波数の正弦波状信号
を発生する。
の直後に既知の位相(ωt+γ=0)で正弦波状出力信
号の発生を開始する。制御信号の遷移時点から信号発生
までの時間遅延は、トラック・ホールド回路、乗算器及
び加算器の伝播遅延にのみ依存している。
2の安定性によって決まる。発振器2は、自走式の発振
器であり起動式ではないので、遅延時間を最小にするた
めにQの値の低い素子を使用する必要がない。よって、
発振器の動作の安定性が高く、遅延も殆どなくジッタの
問題は発生しない。
出力における相互の振幅の不均衡により、トラック・モ
ードにおける一定出力信号の値に対して発振器2の周波
数の2倍の交流成分が加算される。図1の装置に使用さ
れる素子の理想状態からのずれ、例えば、トラック・ホ
ールド回路及び乗算器の利得誤差やオフセット誤差、位
相スプリッタの位相誤差及び加算器の非線形誤差等によ
っても相当なジッタが発生する可能性がある。このよう
な原因によるジッタを最小にするには、図1の装置に使
用する素子の特性を整合させる必要がある。このような
特性の整合化は、回路装置を集積回路化することによっ
て達成できる。
は、動作時の出力信号の振幅を低減させることにより、
種々の素子をより線形性の良好な範囲で動作させるよう
にしても良いが、熱雑音が一定なので、信号の振幅が小
さくなると信号対雑音比は低下する虞がある。
ブロック図であり、この信号発生器は、熱歪を増加させ
ることなく、位相スプリッタの出力信号の振幅誤差及び
位相誤差に起因するジッタを低減するものである。更
に、この信号発生器はトラック・ホールド回路の有限な
遅延時間を補償することもできる。
力信号11は、位相遅延素子51を介して乗算器31の
第1入力端に供給されると共に、トラック・ホールド回
路21を介して乗算器32の第1入力端にも供給され
る。同様に、位相スプリッタのもう一方の出力12は、
位相遅延素子52を介して乗算器32の第2入力端に供
給されると共に、トラック・ホールド回路22を介して
乗算器31の第2入力端にも供給される。トラック・モ
ードの制御信号に応じて、第1乗算器31から出力され
る信号は、sin(ωt+α−δ)*cos(ωt+α
−θ)であり、第2乗算器32の出力信号は、cos
(ωt+α−δ)*sin(ωt+α−θ)である。こ
こで、δは各トラック・ホールド回路の位相遅延を表
し、θは位相遅延素子51及び52の位相遅延を表す。
これら乗算器31及び32の出力は、加算器40により
加算され以下の式で表される出力信号が得られる。 cos(ωt+α-δ)sin(ωt+α-θ) - sin(ωt+α-δ)cos(ωt+α-θ)
ック・ホールド回路21及び22の位相遅延δと等しけ
れば、トラック・ホールド回路がトラック・モードで加
算回路40に供給される2つの信号が等しくなるので、
出力信号はゼロとなる。時点t=Tにおいて、制御信号
がトラック・モードからホールド・モードに変化する
と、トラック・ホールド回路21及び22は、夫々co
s(ωT+α−δ)と、sin(ωT+α−δ)とな
る。この結果得られるアナログ出力信号は、次式で表さ
れる。 cos(ωT+α-δ)sin(ωt+α-δ) - sin(ωT+α-δ)cos(ωt+α-θ) この式の値は、sin(ωt+γ)に等しく、t=Tの
時点でこの値はゼロとなる。よって、t=Tの時点でア
ナログ出力信号は0から発生開始するので、制御信号の
遷移時点t=Tから出力信号がゼロクロスで発生開始す
るまでの遅延時間を最小にすることが出来る。
とにより、加算器40の出力信号の始点位相を正弦波状
曲線の任意の点に調整することが出来る。
弦波状信号とを乗算することにより位相スプリッタの振
幅誤差及び位相誤差の影響を除去し、図1の回路より図
2の回路のジッタ特性を改善することが可能になる。
装置の構成を示すブロック図である。図3の場合では、
発振器2の出力信号は位相シフタ61及び62に供給さ
れる。位相シフタ61は、利得Aを有し、位相シフトα
を与えるものであり、位相シフタ62は、利得Bを有
し、位相シフトβを与えるものである。この結果、これ
ら位相シフタの出力信号は、Acos(ωt+α)及び
Bcos(ωt+β)で夫々与えられる。トラック・ホ
ールド回路21及び22の遅延は、遅延α及びβの中に
まとめられる。位相シフタ61の出力はトラック・ホー
ルド回路21及び乗算器31に供給され、位相シフタ6
2の出力はトラック・ホールド回路22及び乗算器32
に供給される。トラック・ホールド回路の遅延をδと仮
定すると、トラック・モードにおけるトラック・ホール
ド回路21及び22の出力信号は、夫々Acos(ωt
+α−δ)及びBcos(ωt+α−δ)で与えられ
る。乗算器31及び32の出力は加算器40に供給さ
れ、加算器の出力は次式で与えられる。 AB[cos(ωt+α)cos(ωt+β-δ)-cos(ωt+α)cos(ωt+α-δ)] この値は、一定値−ABsinδsin(α−β)に等
しい。
ホールド・モードに遷移すると、加算器40のアナログ
出力信号は、−ABsin[ω(t-T)+θ]sin(α
-β)となる。
位相スプリッタに限定されるものではなく、もっと多数
の位相信号を発生する位相スプリッタに適用しても良
い。図4は、一例として3つの異なる位相の信号を発生
する位相スプリッタを採用した実施例の構成を示すブロ
ック図である。図4において、位相スプリッタ10′
は、発振器2から正弦波状信号を受け、3つの出力信号
a(t)、b(t)及びc(t)を出力端11′、1
2′及び13′に夫々発生する。これら3つの出力信号
は互いに位相が120゜離れている。位相スプリッタの
第1出力は、第1トラック・ホールド回路21′に供給
されると共に、第1乗算器31′にも供給されている。
位相スプリッタの第2出力は、第2トラック・ホールド
回路22′に供給されると共に、第2乗算器32′にも
供給される。位相スプリッタの第3出力は、第3トラッ
ク・ホールド及び第3乗算器33′に供給される。
ている。第1、第2及び第3トラック・ホールド回路の
出力信号a′(t)、b′(t)及びc′(t)は、乗
算器31′、32′及び33′の差動入力端に図示した
ように供給されるので、第1乗算器31′の出力は、
a′(t)(b′(t)−c′(t))となり、第2乗
算器32′の出力は、b′(t)(c′(t)−a′
(t))となり、第3乗算器33′の出力は、c′
(t)(a′(t)−b′(t))となる。これら3つ
の乗算器の出力は加算器40′により加算され、次式の
出力信号が得られる。 a′(t)(b′(t)−c′(t))+b′(t)(c′(t)−
a′(t))+c′(t)(a′(t)−b′(t))
ド回路の遅延は無視すれば、a′(t)、b′(t)及
びc′(t)は、夫々a(t)、b(t)及びc(t)
と同じであるので、信号a(t)がsin(ωt+α)
で与えられると、加算器40′の出力はゼロとなる。t
=Tの時点でホールド・モードに遷移すると、a′
(t)、b′(t)及びc′(t)は、夫々a(T)、
b(T)及びc(T)に等しくなるので、加算器40′
の出力信号は、sin(ωt−ωT)に正比例すること
になる。
に限定されるものではない。適当な調整をすることによ
り、乗算器の直接乗算入力端でトラック・ホールド回路
の出力を受け、差動入力端で位相スプリッタの出力を受
けるように接続しても良い。
あり、主として第3高調波の歪を発生する。トラック・
ホールド回路も第3高調波の歪を発生する。位相スプリ
ッタ10′の出力する3つの信号間の位相差は120゜
で、第3高調波の1周期に対応するので、3つの異なる
信号路で別々に発生した何れの第3高調波歪も、他の2
つの信号路の第3高調波歪とコヒーレントな関係にある
ので、加算器40′において、3つの信号路における第
3高調波歪の振幅が同一ならば、これら第3高調波歪の
積は相殺され、消滅する。この第3高調波歪を低減する
ことにより、問題となるジッタも減少し、これにより、
乗算器はより振幅の大きな信号に対しても動作可能とな
るので信号対雑音比を改善することが出来、出力信号の
ジッタ特性も改善される。
が、本発明はここに説明した実施例のみに限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応
じて種々の変形及び変更を実施し得ることは当業者には
明らかである。
発振器を停止させてから、制御信号により再起動して出
力信号を発生させるのではなく、自走式の発振器の出力
と制御信号の所定の遷移時点とに応じて所定の位相から
出力信号の発生を開始するように構成したので、発振器
にQの値の小さな素子を使用する必要がなく、遅延を低
減させ、且つジッタの発生も抑制することが可能とな
り、従来の二律背反の課題を同時に解決できる。また、
本発明によれば、第1及び第2乗算手段の各々が乗算す
る信号は、位相スプリッタである第3の手段の出力信号
と、トラック・ホールド回路である保持手段の出力信号
とであるが、これら乗算される出力信号は共に第3の手
段からの出力信号から得られるため、各乗算手段で乗算
される2つの信号が確実に関係付けられており、正弦波
状出力信号の位相を確実に制御できる。
る。
ある。
ある。
図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 正弦波状入力信号を発生する第1の手段
と、 上記正弦波状入力信号の発生中に選択された時点で第1
状態から第2状態に遷移する制御信号を発生する第2の
手段と、上記第1の手段からの上記正弦波状入力信号を受け、上
記正弦波状入力信号と周波数が等しいが所定位相差のあ
る第1及び第2正弦波状信号を発生する第3の手段と、 上記第2の手段からの上記制御信号の遷移時点における
上記第3の手段からの上記第1正弦波状信号を保持する
第1保持手段と、 上記第2の手段からの上記制御信号の遷移時点における
上記第3の手段からの上記第2正弦波状信号を保持する
第2保持手段と、 上記第1及び第2正弦波状信号の一方と、上記第1及び
第2保持手段の一方の出力信号とを乗算する第1乗算手
段と、 上記第1及び第2正弦波状信号の他方と、上記第1及び
第2保持手段の他方の出力信号とを乗算する第2乗算手
段と、 上記第1及び第2乗算手段の出力信号を加算して正弦波
状出力信号を発生する加算手段とを具え、 該加算手段からの上記正弦波状出力信号の発生が、上記
制御信号の状態遷移時点に対して所定の時点で且つ所定
の位相で開始することを特徴とする 信号発生器。 - 【請求項2】 上記第3の手段から上記第1及び第2乗
算手段に供給する上記正弦波状信号の位相を遅延させる
位相遅延器を更に具えたことを特徴とする請求項1の信
号発生器。
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