JP3220136B2 - 任意波形発生装置 - Google Patents

任意波形発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子交換機の呼出信号発生器や関数信号発生
器等の任意波形発生装置の回路の改良に関する。
〔従来の技術〕
従来の回路例としては、特開昭60−178760号公報に記
載のように、直流電圧を昇圧するコンバータと昇圧され
たコンバータの直流出力を電話機呼出信号周波数の正弦
波に変換するスイッチを有するものとなっていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、2次側にあるエミッタフォロワによ
り矩形波を正弦波に整形しているため次の問題が有る。
1.エミッタフォロワの損失が大きいので、発熱処理に要
する費用が大きい。
2.高い電圧を出力する場合、大電力高耐圧のエミッタフ
ォロワ用トランジスタが必要となり高価である。
3.エミッタフォロワの駆動用増幅器も、出力電圧と同じ
電圧が必要となり、この電圧を発生する電源が別に必要
であり実装スペース、効率、コスト的に実現性が困難で
ある。
4.さらに電話機呼出し信号のように周波数精度の規格の
厳しい場合には特に、製造時回路定数を調整し周波数を
合わせ込むような手間のかかる処置が必要である。
本発明はこのような問題を解決し、損失の少ない小形
高性能な任意波形発生装置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〕
上記の目的を達成するための本発明の任意波形発生装
置は、例えば第1図(a)、(b)、(c)に示すよう
に、発振素子を含む発振回路と、該発振回路の周波数を
分周する分周回路と、該分周回路にて生成したディジタ
ル信号を用いて同じ周期でパルス幅のみ異なる複数のパ
ルス幅変調信号を発生させる複数のS−Rフリップフロ
ップ回路及びシフトカウンタにより構成されるディジタ
ルパルス幅変調信号発生回路と、上記複数のパルス幅変
調信号から出力電圧に応じて修正されたアップダウンカ
ウンタの出力に対応した1つの上記パルス幅変調信号を
選択し、繰り返し周期毎にスイッチング回路へ送り出す
信号選択回路と、上記スイッチング回路により1次側に
断続的に電流が流れるトランスと、該トランスの2次側
に接続された正負の極性を切替える出力交流化スイッチ
を有する出力回路とを備えることを特徴とする。
あるいは、上記出力電圧を整流回路と平滑回路にて直
流信号に変換し、該直流信号をA/Dコンバータにてディ
ジタル信号に変換する出力電圧検出回路を有し、上記信
号選択回路は上記複数のパルス幅変調信号から上記出力
電圧検出回路の上記ディジタル信号に応じて修正された
上記アップダウンカウンタの出力に対応した1つの上記
パルス幅変調信号を選択することを特徴とする。
〔作 用〕
水晶発振器は安定した周波数のディジタルクロックを
供給する。これによりトランスの1次側スイッチング回
路の動作周波数及び電話機呼出信号周波数や任意波形周
波数双方の高安定化ができるので、製造時回路定数を調
整し周波数を合せ込む必要がなくなる。
本発明の発振回路、分周回路、ディジタルパルス幅変
調信号発生回路、選択回路およびその制御回路の構成
は、任意波形に対応するパルス幅変調信号に相当するパ
ルス幅の異なる信号を発生させて、トランスの1次側に
挿入したスイッチ回路にこの信号を選択的に与えるもの
であり、これによりトランス1次側のスイッチ回路のオ
ン時間を変化させ、これにより、2次側に任意波形に応
ずる段階状の波形を発生させるものである。この回路構
成によれば、従来のように、2次側でトランジスタ等の
スイッチ回路を用いて直流出力から目的の波形に変換生
成するような必要がないので、スイッチ回路部での損失
を大幅に軽減することが可能になる。
ここでトランスの1次側のスイッチ動作を高周波的に
行えば出力トランスを小形にすることが可能になる。ま
た上記の回路構成はディジタル的に制御されているので
この制御部を集積化することが容易で、これにより装置
が一層小形化される。
さらにディジタル制御により温度、入力電圧変化に対
して安定化した出力が得やすくなる。また上記の出力検
出して帰還する帰還回路は出力の安定化や、異常時の出
力停止等の動作を可能にする。
〔実施例〕
第1図(a)は本発明実施例の基本概念を簡単なブロ
ック構成で示したもので、クロック(水晶発振回路)
1、出力極性判定制御回路2−2、高周波スイッチング
回路3(a)、スイッチング回路6、トランス7および
積分回路8−1から成る。
第1図(b)は、第1図(a)のディジタル回路部を
詳しく展開したもので、クロック分周回路2−1、出力
極性判定制御回路2−2、タイマー回路2−3、ディジ
タルパルス幅変調信号発生回路3、アップダウンカウン
タ4−2、信号選択回路5およびスイッチング回路6監
視回路10からなる。
第1図(c)は第1図(a)と第1図(b)とを統合
して実施例の基本構成をブロック図で示したものであ
る。クロック(水晶発振回路)1、分周回路2、ディジ
タルパルス幅変調信号発生回路3、アップダウンカウン
タ4−2、信号選択回路5、スイッチング回路6、トラ
ンス7、出力回路8及び誤差情報をディジタル信号出力
できる出力電圧検出回路9からなる。ここで、第2図の
実施例を参照して具体的な構成を示すと、ディジタルパ
ルス幅変調信号発生回路3は、分周回路2から同じ周期
でパルス幅のみ異なる複数のディジタルパルス幅変調信
号を発生させる複数のS−Rフリップフロップ回路3−
1及びシフトカウンタ3−2により構成され、信号選択
回路5はエンコーダ4−1、アップダウンカウンタ4−
2及びセレクタ5−1により構成され、信号選択回路5
は複数のパルス幅変調信号から出力電圧に応じて修正さ
れたアップダウンカウンタ4−2の出力に対応した1つ
のパルス幅変調信号を選択し、繰り返し周期毎にスイッ
チング回路6へ送り出し、出力回路8は、スイッチング
回路6により1次側に断続的に電流が流れるトランス7
と、トランス7の2次側に接続された正負の極性を切替
える出力交流化スイッチ8−3、4を備えている。ま
た、出力電圧を整流器8−8と平滑回路8−9にて直流
信号に変換し、該直流信号をA/Dコンバータにてディジ
タル信号に変換する出力電圧検出回路9を有し、セレク
タ5−1は出力電圧検出回路9の信号を受けて、スイッ
チング回路6のパルス幅を選択し、該パルス幅の選択を
可変させている。それぞれの動作については次の実施例
の説明の中で詳述する。
第2図は電話機呼出信号用正弦波発生器に本発明を応
用した例図であり、第3図は第2図各部の動作波形とそ
のタイミングを示した図である。
クロック1は水晶発振回路で発振周波数f1は2.6MHzま
たは5.2MHzでこれは、電話機呼出信号の周波数f4の2m
で、例えばf4=20Hzのときm=18とすればf1=5.2MHzと
なる。2は分周回路で、ディジタルパルス幅変調(DPW
M)信号発生回路に必要な周波数f2-1とf2-3、選択回路
に必要な周波数f3、および電話機呼出信号周波数f4等を
生成する。3−1はセット−リセット(S−R)フリッ
プフロップをn個並列に並べたもので、周波数f2-1毎に
セットされ、3−2のシフトカウンタの出力によりリセ
ットされる。このS−Rフリップフロップの出力がパル
ス幅変調信号PWMnである。シフトカウンタ3−2は周波
数f3に同期して動作する。例えば、電話機呼出信号周波
数f4が20Hzのとき、1/4周期を8等分すると1区切りが
位相量的に表示すればπ/16となる。段階波の最初のス
テップの出力を0、第2ステップの出力を1すれば、正
弦波状の階段波形を得るには各ステップの出力がPWM0=
0、PWM1=1、PWM2=2、PWM3=3、PWM4=4、PWM5=
4、PWM6=5、PWM7=5となるようにパルス幅を決めれ
ばよい。f2-1=100kHzとすれば、f2-2は800kHzとし、3
−2は8進シフトカウンタを用いる。これらの3−1と
3−2が第1図におけるディジタルパルス幅変調信号発
生回路に相当する。
4−1は4−2とともに選択信号発生回路を構成し、
4−1はエンコーダでその入力はn進のアップダウンカ
ウンタ4−2とA/Dコンバータ9−1である。エンコー
ダ4−1はA/Dコンバータ9−1の出力が期待値に比べ
て大きい場合はアップダウンカウンタ4−2の出力から
“1"だけ減算をし、小さい場合はアップダウンカウンタ
4−2の出力をそのまま出すように動作する。アップダ
ウンカウンタ4−2の動作周波数は、例えば、PWMnのn
が8のとき、電話機呼出信号周波数が20Hzであれば、64
0Hzとなる。アップダウン信号の切替周波数f3は40Hzで
ある。セレクタ5−1はエンコーダ4−1の信号に従い
PWM1〜nの中から任意の信号を信号の繰り返し周期毎に
1つだけ選ぶように動作し且つ出力正弦波が零クロスす
る部分はディスエーブルとなりPWM0=“0"を送出する。
これにより出力交流化スイッチ8−3および8−4の切
替動作を確実に行なう。5−2は信号選択回路5の一部
でありかつスイッチングトランジスタ6をドライブする
ためのドライバでイネーブル端子ENを備えている。A/D
コンバータ9−2で出力過電圧又は低電圧を検出したと
き、ENを零レベルにしドライバ5−2をディスエーブル
とし、スイッチングトランジスタ6をオフにし、出力を
停止する。フライバックトランス7により1次側パルス
幅変化が2次側では電圧変化として現われる。1次側の
電圧をV1、スイッチ6のオン期間をTON、オフ期間をT
OFF、2次側の電圧V2、トランスの巻数比をnとするとV
1とV2には次の関係がある。
つまりV1が一定のとき、1次側のパルス幅を広げて行
くと、V2が大きくなり、正弦波に近似した階段状の波形
を2次側に得ることができる。8−1および8−2は出
力整流ダイオードで、スイッチングトランジスタ6がオ
ンのとき、出力を阻止する。8−3および8−4は出力
交流化スイッチでインバータ8−5により交互に切替え
られ、正負の交流を生成する。8−6および8−7は出
力電圧分割抵抗器でこれにより分圧された小信号を整流
器8−8で整流し、更に平滑回路8−9で比較的安定し
た直流信号とした後A/Dコンバータ9−1及び9−2の
入力として供する。
第3図は第2図各部の信号波形を示したものである。
(a)は出力正弦波と本発明による階段状近似波形を示
す。例えば20Hzの正弦波出力とするとT4=50ms、f4=20
Hzとなる。(b)はm進アップダウンカウンタの切替信
号を示したもので、出力正弦波が20Hzのとき、T3=25m
s、f3=40Hzである。(c)は出力交流化スイッチ切替
信号である。(d)〜(k)はPWM0〜PWM7の例を示した
もので例えば繰り返し周波数は100kHzを使用する。これ
によって上記トランスの1次側のスイッチをオンオフし
て(a)に示すような階段状近似波形の出力を形成する
ものである。
第2図記載の実施例において、エンコーダ4−1は第
3図の正弦波に対応する電圧を出すため、セレクタ5−
1にてパルス(d)〜(k)のうち1つを選ぶように信
号を出力する。また、アップダウンカウンタ4−2はパ
ルスが(d)→(k)→(d)となるようにエンコード
するために制御する。またS−Rフリップフロップ3−
1は第3図パルス(d)〜(k)の異なるパルス幅を作
るため、シフトカウンタ3−2にてS−Rフリップフロ
ップ3−1をリセットする時間を順番に遅らせるように
動作する。
第4図は、上記したディジタル制御回路部を1チップ
集積回路化した場合の任意波形発生回路構成例を示した
もので、X1〜Xnにディジタル信号を入力することによ
り、予め集積回路内に記憶されている各種のパルス幅の
信号波形を選んで出力することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば次のような効果が
ある。
周波数が高安定なので、製造時回路定数を調整して周
波数を合わせ込む必要がない。
電話機呼出信号発生器への応答に於ては出力波形が正
弦波に近いため、加入者ケーブルでの漏話量が小さくな
る。また、任意波形発生装置への応用については、高周
波スイッチングのため出力トランスの小形化が可能であ
り、更に、ディジタル制御のため、制御回路の集積化が
容易のためより一層の小形化が可能である。最後に、デ
ィジタル制御のため温度、入力電圧変化に対して安定し
た出力が得られるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明実施例の基本概念を示すブロック
図、第1図(b)は、第1図(a)のディジタル回路部
を詳しく展開した図、第1図(c)は実施例の基本構成
を示すブロック図である。第2図は本発明の具体的実施
例を示したブロック図である。第3図は、第2図各部の
動作波形とそのタイミングを示したものである。第4図
は制御回路部を1チップ集積回路化した場合の基本構成
を示す。 符号の説明 1……クロック(水晶発振回路) 2……分周回路 3……ディジタルパルス幅変調信号発生回路 4……選択信号発生回路 5……信号選択回路 6……スイッチング回路 7……トランス 8……出力回路 9……出力電圧検出回路 10……監視回路 11……集積回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振素子を含む発振回路と、該発振回路の
    周波数を分周する分周回路と、該分周回路にて生成した
    ディジタル信号を用いて同じ周期でパルス幅のみ異なる
    複数のパルス幅変調信号を発生させる複数のS−Rフリ
    ップフロップ回路及びシフトカウンタにより構成される
    ディジタルパルス幅変調信号発生回路と、上記複数のパ
    ルス幅変調信号から出力電圧に応じて修正されたアップ
    ダウンカウンタの出力に対応した1つの上記パルス幅変
    調信号を選択し、繰り返し周期毎にスイッチング回路へ
    送り出す信号選択回路と、上記スイッチング回路により
    1次側に断続的に電流が流れるトランスと、該トランス
    の2次側に接続された正負の極性を切替える出力交流化
    スイッチを有する出力回路とを備えることを特徴とする
    任意波形発生装置。
  2. 【請求項2】上記出力電圧を整流回路と平滑回路にて直
    流信号に変換し、該直流信号をA/Dコンバータにてディ
    ジタル信号に変換する出力電圧検出回路を有し、上記信
    号選択回路は上記複数のパルス幅変調信号から上記出力
    電圧検出回路の上記ディジタル信号に応じて修正された
    上記アップダウンカウンタの出力に対応した1つの上記
    パルス幅変調信号を選択することを特徴とする請求項1
    に記載の任意波形発生装置。
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