JP3413951B2 - デューティ可変パルス波発生器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、位相演算器を用いたデ
ューティ可変のパルス波発生器に関し、特にパルス波の
デューティを高精度に連続可変とすることのできるパル
ス波発生器に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】位相演算器を用いた波形発生器の一例と
して従来より図６に示すようなダイレクトデジタルシン
セサイザ（ＤＤＳ）方式を採用したものがある。まずこ
のような構成のパルス波発生器について以下に説明す
る。 【０００３】ＤＤＳ方式とは、波形データの記憶された
波形メモリ２０に対して指定アドレスを更新して行き、
波形メモリ２０から読み出したデータをデジタル・アナ
ログ変換器（以下ＤＡ変換器という）３０でアナログ波
形に変換する方式のことである。前記指定アドレスは位
相演算器１０から供給される。この位相演算器１０は加
算器１１とラッチ１２より構成され、加算器１１は周波
数データ（ｎ）とラッチ１２の出力をデジタル的に加算
し、その出力をラッチ１２に入力する。ラッチ１２はク
ロック発振器５０からのクロックごとに入力をラッチす
るため、クロックに同期してｎずつ増加するデジタルデ
ータを出力する。この出力が波形メモリ２０に対する指
定アドレスとして用いられる。 【０００４】波形メモリ２０は、指定されたアドレスの
データをＤＡ変換器３０に出力する。ＤＡ変換器３０は
送られてきたデジタルデータをアナログ信号に変換す
る。最後にフィルタ４０で高周波成分を除去する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところでこのような構
成のパルス波発生器では、デューティを変えるたびに波
形メモリ２０の内容を書き換える必要があり、デューテ
ィを連続的に変化させるデューティスイープや、パルス
幅変調の連続的な変化などは不可能であった。他方図７
に示すように、ランプ波発生器６０から出力されるラン
プ波をコンパレータ７０において所定のレベルの直流電
圧と比較することによってパルス波に変換するアナログ
式のパルス波発生器もある。このようなパルス波発生器
ではコンパレータ７０に与える直流電圧を変えることに
よりデューティの異なるパルス波を発生することができ
るが、ランプ波の直線性誤差や、直流電圧の誤差、コン
パレータの比較誤差などがパルス波のデューティ精度を
悪くし、またデューティが０％や１００％近傍のものは
発生できないという欠点があった。 【０００６】本発明の目的は、このような点に鑑みて、
パルス波のデューティを高精度に設定できかつ連続可変
とすることのできるデューティ可変パルス波発生器を提
供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、加算器と、クロック信号ごとに前
記加算器のデジタル出力をラッチするラッチから成り、
前記加算器は周波数データ（ｎ）と前記ラッチの出力と
をデジタル的に加算し、前記ラッチよりクロック信号ご
とにｎずつ増加するデジタルデータが得られるように構
成された位相演算器（１０）と、この位相演算器（１
０）の出力の最上位ビットの信号に基づいて波形周期の
先頭でパルスを発生するパルス発生部（８０）と、デュ
ーティデータをラッチするためのフリップフロップ（１
００）と、前記パルス発生部（８０）の出力パルスに関
連してデューティデータまたは前記フリップフロップ
（１００）の出力のいずれか一方を選択してフリップフ
ロップ（１００）に入力するスイッチ（９０）と、前記
位相演算器（１０）の出力データと前記フリップフロッ
プ（１００）の出力データとを大小比較するコンパレー
タ（１１０）を備え、デューティが連続可変のパルスを
コンパレータより得ることができるように構成したこと
を特徴とする。 【０００８】 【作用】クロックに同期して所定の量で増加するデジタ
ルデータを位相演算器より発生させる。パルス発生部で
はこのデジタルデータの最上位ビットに基づいて波形周
期の先頭でパルスを発生する。そしてこのパルスが出た
とき、予め設定されたデューティデータがフリップフロ
ップにラッチされる。コンパレータは位相演算器の出力
と前記フリップフロップの出力であるデューティデータ
とを大小比較し、位相演算器の出力がデューティデータ
より小さい場合はＨＩＧＨレベル、逆の場合はＬＯＷレ
ベルとなるパルスを出力する。この出力パルスはデュー
ティデータに応じたデューティとなっている。デューテ
ィデータを変更するとコンパレータの出力パルスのデュ
ーティは連続的に変わる。 【０００９】 【実施例】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明に係るデューティ可変パルス波発生器の一
実施例を示す構成図である。なお、図５と同等部分には
同一符号を付し、その部分の説明は省略する。なお、実
施例では位相演算器１０内部の加算器１１とラッチ１２
の入出力信号はすべてＮビットであるとする。図１にお
いて、８０はパルス発生部、９０はパルス発生部８０の
出力で駆動されるスイッチ、１００はスイッチ９０の出
力を受けるフリップフロップ（ＦＦ）、１１０はコンパ
レータである。 【００１０】パルス発生部８０は、位相演算器１０の出
力の最上位ビット（ＭＳＢ）およびクロックを受けて波
形周期の先頭でパルスを発生するもので、図２にその一
実施例を示す。図２において、６１は位相演算器１０の
出力のＭＳＢを受けるエッジトリガ形のフリップフロッ
プ、８２はＭＳＢ信号とフリップフロップ８１の反転出
力を受けるＮＯＲゲートである。なおＭＳＢはクロック
に同期して変化するが、厳密には位相演算器１０の回路
素子に応答の遅れがあるため出力データはクロックの立
ち上がりの時点よりわずかに遅れて変化する。そのた
め、フリップフロップ８１ではＭＳＢを１クロック遅れ
てラッチする形となる。このような構成においてＭＳＢ
信号とそれをラッチした信号（ただし反転出力）とが共
にＬＯＷレベルとなるのは位相演算器１０の出力が００
Ｈ（Ｈは数値００が１６進数であることを表わす符号）
の期間（波形周期の先頭）である。したがって、ＮＯＲ
ゲート８２からは波形周期の先頭でＨＩＧＨレベルとな
るパルスが発生する。 【００１１】スイッチ９０は、デューティデータまたは
フリップフロップ１００の出力データのいずれか一方を
選択するもので、パルス発生部８０の出力がＨＩＧＨレ
ベルの時はデューティデータ（Ｍ＋１ビット）を選択
し、パルス発生部８０の出力がＬＯＷレベルの時はフリ
ップフロップ１００の出力（Ｍ＋１ビット）を選択す
る。スイッチ９０の出力はフリップフロップ１００に加
えられる。 【００１２】フリップフロップ１００はエッジトリガ形
のフリップフロップであり、ここではクロック発生器５
０のクロックに同期して同時に動作するＭ＋１個のフリ
ップフロップでＭ＋１ビットの入力信号を並列に受けて
いる。 【００１３】コンパレータ１１０は位相演算器１０の出
力（Ｎビット）の上位Ｍビット（ただし、Ｎ≧Ｍ）とフ
リップフロップ１００の出力（Ｍ＋１ビット）との大小
比較を行う。フリップフロップ１００の出力が位相演算
器１０の出力より大きい場合、コンパレータ１１０の出
力はＨＩＧＨレベルとなり、フリップフロップ１００の
出力が位相演算器１０に等しいかまたはそれ以下の場合
はコンパレータ１１０の出力はＬＯＷレベルとなる。 【００１４】このような構成における動作を図３ないし
図５のタイムチャートを参照して次に説明する。なお、
ここではＭを８、周波数データｎを２０Ｈとする。 【００１５】(1) デューティデータを０４０Ｈから０８
０Ｈに設定変更した場合（図３の場合） 位相演算器１０の出力データのＭＳＢは位相演算器１０
の出力が００Ｈ〜７ＦＨの範囲ではＬＯＷレベル、８０
Ｈ〜ＦＦＨではＨＩＧＨレベルとなる。パルス発生部８
０はこのＭＳＢをもとに波形周期の先頭（位相演算器１
０の出力が００Ｈのとき）でＨＩＧＨレベルとなるパル
ス（周期同期パルス）を発生する（図３の（ｄ））。パ
ルス発生部８０の出力パルスがＨＩＧＨレベルのときス
イッチ９０によりデューティデータ（０８０Ｈに設定さ
れている）が選択され、フリップフロップ１００に与え
られる。ただし、クロックの立ち上がり時点に対してデ
ューティデータの選択されるタイミングがわずかに遅れ
るため、次のクロック（位相演算器１０の出力が２０Ｈ
となるときのクロック）の立ち上がりでフリップフロッ
プ１００の出力が図３の（ｅ）に示すように０８０Ｈに
変わる。これにより、コンパレータ１１０の出力は同図
（ｆ）に示すように位相演算器１０の出力が００Ｈ〜７
ＦＨの間はＨＩＧＨレベル、８０Ｈ〜ＦＦＨの間はＬＯ
Ｗレベルとなり、デューティ５０％のパルスとなる。 【００１６】(2) 次にデューティデータを０８０Ｈから
０００Ｈに設定変更した場合（図４の場合） フリップフロップ１００の出力は、上記と同様に位相演
算器１０の出力が０００Ｈの時にＨＩＧＨレベルとなる
周期同期パルスによりデューティデータ０００Ｈが選択
され、位相演算器１０の出力が０２０Ｈに変わる時点で
フリップフロップ１００の出力は０００Ｈに変わる（図
４の（ｅ））。その後デューティデータを変更しない限
りフリップフロップ１００の出力は変わらず、したがっ
てコンパレータ１１０の出力もＬＯＷレベルのままであ
り、コンパレータの出力はデューティ０％となる。 【００１７】(3) 次にデューティデータを０００Ｈから
１００Ｈに設定変更した場合（図５の場合） 上記の場合と同様な動作によりフリップフロップ１００
の出力が１００Ｈに変わり、その後の位相演算器１０の
出力は常に１００Ｈより小さいためコンパレータ１１０
の出力は常にＨＩＧＨレベルとなり、デューティ１００
％の出力となる。 【００１８】なお、フリップフロップ１００の内容を波
形周期の先頭に同期して更新するようにしたのは、デュ
ーティ可変に不連続点ができないようにするためであ
る。デューティデータの切り換え直後の１周期はデュー
ティデータ通りのデューティにならない場合もあり得る
が、そのデューティは必ず元のデューティと切り換え後
のデューティの中間のデューティであり、デューティ切
り換えが不連続になることはない。 【００１９】以上のような動作により、デューティ０％
から１００％の範囲においてデューティを高精度かつ連
続可変にすることができる。 【００２０】なお、コンパレータ１１０の出力にアンプ
やパルスドライバなどを接続すれば、ファンクションジ
ェネレータなどのパルス波発生器を簡単に実現すること
ができる。なお、ＤＤＳ方式でパルス波を発生する場合
の波形データは最小値と最大値のみであり、デューティ
の分解能を上げるためにはメモリ長（メモリ容量）を長
くすればよいが、デューティの分解能を上げるためにメ
モリ長を長くするのは無駄が多く価格も高くなる。本発
明ではビット数を多くするだけでデューティの分解能を
容易に上げることができる。例えばＭ＝８（ビット）の
場合は、１００％÷２５６＝０．３９％であるが、Ｍ＝
１６に増やすと、１００％÷６５５３６≒０．００１５
％となり分解能が飛躍的に向上する。なお、この程度の
ビット数の増加は価格にはあまり影響しない。 【００２１】本発明においては、出力パルス波に１クロ
ックジッタが発生するが、周期に比較して十分無視でき
る周波数で用いればそのジッタは実用上問題とならな
い。 【００２２】以上のように、パルス波のデューティを高
精度に連続可変とすることができるが、本発明は実施例
に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない
範囲で構成上の変形が適宜可能である。例えば、別の位
相演算器およびメモリを用いてデューティデータを発生
するような構成としてもよく、このような構成によれば
スイープや任意の変調を容易に行うことができる。 【００２３】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ルス波のデューティを高精度に連続可変とすることがで
きる。また、デューティの分解能を上げるためには本発
明によればビット数を多くするだけですみ、コストに影
響せずに簡単にデューティの分解能を上げることができ
るという利点もある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係るデューティ可変パルス波発生器の
一実施例を示す構成図である。 【図２】パルス発生部の一実施例を示す構成図である。 【図３】デューティ５０％のパルス発生の場合のタイム
チャートである。 【図４】デューティ０％のパルス発生の場合のタイムチ
ャートである。 【図５】デューティ１００％のパルス発生の場合のタイ
ムチャートである。 【図６】ＤＤＳ方式を用いた波形発生器の一例を示す構
成図である。 【図７】アナログ式のパルス波発生器の一例を示す構成
図である。 【符号の説明】 １０ 位相演算器 １１ 加算器 １２ ラッチ ５０ クロック発振器 ８０ パルス発生部 ９０ スイッチ １００ フリップフロップ １１０ コンパレータ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】加算器と、クロック信号ごとに前記加算器
   のデジタル出力をラッチするラッチから成り、前記加算
   器は周波数データ（ｎ）と前記ラッチの出力とをデジタ
   ル的に加算し、前記ラッチよりクロック信号ごとにｎず
   つ増加するデジタルデータが得られるように構成された
   位相演算器（１０）と、 この位相演算器（１０）の出力の最上位ビットの信号に
   基づいて波形周期の先頭でパルスを発生するパルス発生
   部（８０）と、 デューティデータをラッチするためのフリップフロップ
   （１００）と、 前記パルス発生部（８０）の出力パルスに関連してデュ
   ーティデータまたは前記フリップフロップ（１００）の
   出力のいずれか一方を選択してフリップフロップ（１０
   ０）に入力するスイッチ（９０）と、 前記位相演算器（１０）の出力データと前記フリップフ
   ロップ（１００）の出力データとを大小比較するコンパ
   レータ（１１０）を具備し、前記デューティデータに関
   連したデューティのパルスが前記コンパレータ（９０）
   より出力されるように構成したことを特徴とするデュー
   ティ可変パルス発生器。