JP5130858B2 - 三角波同期生成システム及びそれに用いる三角波同期生成回路 - Google Patents
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Description
ところが、装置の駆動制御に対するデジタル化の一環として、スピーカ駆動やモータ及び電源回路の駆動にPWM制御が用いらた場合、同一周期の三角波を用いてPWM信号のパルス幅変調を行うと、駆動部においてスイッチング雑音を発生し、この雑音が配線パターンなどを介して放射電磁雑音(EMI)が他の機器に対して悪影響を与える。
このため、PWM信号のパルス幅変調を行う三角波をスペクトラム拡散させることで、PWM変調におけるスイッチングでのEMIの周波数分布をスペクトラム拡散し、ピーク値を低減して、EMIの時間的な平均値を低く抑えることで、他の機器に対するノイズの影響を低減させることが行われている(例えば、特許文献1参照)。
同様に、スピーカの駆動においても、PWM信号のパルス幅を制御する三角波に対してスペクトラム拡散を行って、生成されるPWM信号のパルス幅を制御することにより、EMIの影響を低減させることができる。
このため、スレーブ側は、三角波基準パルスの周期がそれぞれスペクトル拡散されているため、入力される三角波基準パルスそれぞれの周期を検出することができず、周期が異なる三角波基準パルスに対応した三角波の再生処理を行うと、周期に対応した電流流すことにより三角波を生成するため、波高値の異なる三角波を生成することになる。
この場合、周波数210kHzの三角波基準パルスを、周波数250kHzの三角波基準パルスとして三角波を生成すると、周期が長いために供給される電荷量が多くなるため、波高値が基準値(点線)より高くなる(A点)。
一方、周波数290kHzの三角波基準パルスを、周波数250kHzの三角波基準パルスとして三角波を生成すると、周期が短いために供給される電荷量が少なくなるため、波高値が基準値より低くなる(B点)。
後の制御において、三角波の波高値が制御の基準となるため、マスターとスレーブと間にて異なる三角波が用いられるため、三角波のスペクトラム拡散の同期がとれずに、マスター及びスレーブがステレオアンプ搭載のスピーカなどにおける場合、音声の再生特性が異なることになる。
例えば、上記三角波同期生成システムをステレオスピーカに用いる場合、スピーカに搭載されたスピーカ駆動をPWM制御にて行うPWM制御回路(図示していない)に与える構成とする。この場合、マスター装置1は、周期がスペクトラム拡散された三角波を生成し、自身のPWM制御に使用するとともにスレーブ装置2に対し、生成した三角波を再生するための三角波基準パルスを送信する。これにより、スレーブ装置2は、入力される三角波基準パルスにより、マスター装置1と同期を取って、同一周期の三角波を再生する。
制御部11は、予め設定された順に、三角波生成部12に対して異なる周期の三角波を生成する周期制御信号を出力し、三角波生成部12にスペクトラム拡散した周期の三角波を生成させる。
三角波生成部12は、制御部11から入力される上記周期制御信号により、複数の周期、例えば周期T1、T2及びT3の3種類の三角波を、予め設定した順番にて時系列に繰り返して生成する。
同期パルス生成部13は、上記三角波に対応した周期であり、デューテイ50:50の三角波基準パルスを生成する。
デューテイ制御部14は、複数の周期において基準周期に設定された周期の三角波基準パルスのデューティと、他の周期の三角波基準パルスのデューティとを異ならせて、三角波基準再生パルスとして、送信部15を介してスレーブ装置2へ出力する。
基準パルス再生部22は、受信部21を介して入力される上記三角波基準再生パルスから、三角波を再生するための上記三角波基準パルスを再生する。
基準周期検出部23は、受信部21を介して入力される上記三角波基準再生パルスから、それぞれのデューティの違いにより、基準周期の三角波基準パルスに対応した三角波基準再生パルスを検出し、検出信号を出力する。
三角波再生部24は、基準周期の三角波基準パルスを検出することにより、上記予め設定された順番(マスター装置1にて設定されている順番と同一)にて、それぞれの三角波基準パルスの周期に対応した三角波を生成する。
三角波生成部12は、出力端子TOUTと接地点との間に介挿されたコンデンサを、電源と出力端子TOUTとの間に設けられた定電流源による定電流により充電し、また出力端子TOUTと接地点との間に設けられた定電流源による定電流により放電することにより三角波を生成している。この充放電に用いる定電流が同一の定電流源を対として使用することにより、上昇時間と下降時間とが同一の三角波を生成することができる。
すなわち、三角波生成部12は、制御部1から入力される上記周期制御信号により、複数の周期として、上述したように3つの周期、例えば周期T0、T1及びT2の3種類の三角波を生成する。ここで、幅は、T1<T2<T0の関係とする。
なお、図2には明示していないが、三角波生成部12は、出力端子TOUTから出力する三角波の中心電圧を設定するバイアス回路を含んでいる。
また、後述するスレーブ装置2における三角波再生部24も上述した三角波生成部12と同様の構成により、スペクトラム拡散された周期の三角波を生成している。
同期パルス生成部13は、コンパレータ41、コンパレータ42及びラッチ43から構成されている。
コンパレータ41は、非反転入力端子に三角波の信号電圧が入力され、反転入力端子に生成する三角波の最大値である閾値電圧TRIHが入力されている。コンパレータ41は、三角波の信号電圧が上記閾値電圧TRIHを超える(上回る)と「H」レベルのリセット信号を出力する。
ラッチ43は、set端子に「H」レベルのセット信号が入力されると、出力端子から三角波基準パルスとして「H」レベルを出力し、一方、rset端子に「H」レベルのリセット信号が入力されると、三角波基準パルスを「H」レベルから「L」レベルに遷移させる。
したがって、同期パルス生成部13は、三角波の上昇過程において「H」レベルの三角波基準パルスを出力し、一方、三角波の下降過程において「L」レベルの三角波基準パルスを出力する。
デューティ制御部14は、切替部71、幅調整部72、幅調整部73及び論理和(OR)回路74から構成されている。
切替部71は、同期パルス生成部13から入力される三角波基準パルスを幅調整部72及び幅調整部73のいずれかに入力させるかの切替を、制御部11から入力される基準選択信号により行う。ここで、上記制御部11は、基準となる周期の三角波を生成する際に、基準選択信号をデューティ制御部14へ出力する。
幅調整部72は、入力される三角波基準パルスの「H」レベルの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングにてパルス幅が時間TPNの「H」レベルのパルスを出力する。
また、幅調整部73は、入力される三角波基準パルスの「H」レベルの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングにてパルス幅が時間TPWの「H」レベルのパルスを出力する。
ここで、上記時間TPNと時間TPWとの関係は、TPN<TPWである。
論理和回路74は、幅調整部72及び幅調整部73からそれぞれ出力されるパルス幅が変調された(デューティが調整された)三角波基準パルスを合成して、三角波基準再生パルスとして出力する。
基準パルス再生部22は、図6に示すように、例えば出力端子QBが入力端子Dに接続されたDフリップフロップ75にて形成されている。ここで、再生された三角波基準パルスは出力端子Qから出力される。
基準パルス再生部22は、クロック端子CKに三角波基準パルスが入力されると、この三角波基準再生パルスの立ち上がりにより、出力端子QBの出力データを順次出力端子Qから出力するため、図7に示すように三角波基準パルスが再生される。
基準周期検出部23は、例えば、遅延部76及び論理積(AND)回路77から構成されている。
遅延部76は、入力される三角波基準再生パルスを時間TPDだけ遅延させて出力する。ここで、時間TPDは、TPN<TPD<TPWにて設定される。
論理積回路77は、入力される三角波基準再生パルスと、遅延部76から入力される遅延された三角波基準再生パルスとの論理積をとり、論理積の結果を検出信号として出力する。
このとき、論理積回路77は、上記遅延時間TPDより長い時間TPWの基準周期の三角波基準再生パルスにときのみ「H」レベルの信号を出力することとなる。
三角波再生部24は、例えば、図10に示すように、カウンタ81、選択制御部82及び三角波生成部83から構成されている。この三角波生成部83は、図2に示す三角波生成部12と同様な構成である。
カウンタ81は、三角波基準パルスがクロック端子CLKに入力され、「H」レベルの立ち上がりによりパルス数のカウントを行い、カウント値を選択制御部82に対して出力する。また、カウンタ81は、検出信号がリセット端子Rに入力されるとカウント値を「0」にリセットする。
これにより、カウント値は、基準周期の三角波基準パルスが入力されると「0」にリセットされ、…→「0」→「1」→「2」→「0」→「1」→…となり、「0」〜「2」を循環することとなる。
このカウント値は、「0」が周期T0の三角波基準パルスを生成するモードを示し、「1」が周期T1の三角波基準パルスを生成するモードを示し、「2」が周期T2の三角波基準パルスを生成するモードを示している。
例えば、周期T1の三角波を生成するためには電流値I3及び電流値I2を加算した電流値によりコンデンサの充放電を行う。また、周期T2の三角波を生成するためには電流値I2及び電流値I1を加算した電流値によりコンデンサの充放電を行う。 また、周期T0の三角波を生成するためには電流値I3によりコンデンサの充放電を行う。
これにより、三角波生成部83は、スイッチSW11、SW12、SW21、SW22、SW23をオフ状態とし、スイッチ13をオン状態とし、電流源53から電流値I3の電流を流し、コンデンサCに電荷を蓄積し、電圧を線形的に上昇させて三角波の上昇領域の波形を生成する。
一方、選択制御部82は、周期T0の三角波を生成するモードとなっている場合、周期T0の三角波基準パルスの「L」レベルの期間、スイッチSW11、SW12、SW13、SW21、SW22をオフ状態とする制御信号を三角波生成部83に対して出力する。
これにより、三角波生成部83は、スイッチSW11、SW12、SW13、SW21、SW22をオフ状態とし、スイッチSW23をオン状態として電流源63から電流値I3の電流を流し、コンデンサCから電荷を放電し、電圧を線形的に下降させて三角波の下降領域の波形を生成する。これにより、周期T0の三角波が生成される。
これにより、三角波生成部83は、スイッチSW11、SW21、SW22、SW23をオフ状態とし、スイッチSW12、SW13をオン状態とし、電流源52及び53から電流値I2+I3の電流を流し、コンデンサCに電荷を蓄積し、電圧を線形的に上昇させて三角波の上昇領域の波形を生成する。
一方、選択制御部82は、周期T1の三角波を生成するモードとなっている場合、周期T1の三角波基準パルスの「L」レベルの期間、スイッチSW11、SW12、SW13、SW21をオフ状態とし、スイッチSW22,SW23をオン状態とする制御信号を三角波生成部83に対して出力する。
これにより、三角波生成部83は、スイッチSW11、SW12、SW13、SW21をオフ状態とし、スイッチSW22,SW23をオン状態として電流源62及び63に電流値I2+I3の電流を流し、コンデンサCから電荷を放電し、電圧を線形的に下降させて三角波の下降領域の波形を生成する。これにより、周期T1の三角波が生成される。
これにより、三角波生成部83は、スイッチSW13、SW21、SW22、SW23をオフ状態とし、スイッチSW11、SW12をオン状態とし、電流源51及び52から電流値I1+I2の電流を流し、コンデンサCに電荷を蓄積し、電圧を線形的に上昇させて三角波の上昇領域の波形を生成する。
一方、選択制御部82は、周期T2の三角波を生成するモードとなっている場合、周期T2の三角波基準パルスの「L」レベルの期間、スイッチSW11、SW12、SW13、SW23をオフ状態とし、スイッチSW21,SW22をオン状態とする制御信号を、三角波生成部83に対して出力する。
これにより、三角波生成部83は、スイッチSW11、SW12、SW13、SW23をオフ状態とし、スイッチSW21,SW22をオン状態として電流源61及び62に電流値I1+I2の電流を流し、コンデンサCから電荷を放電し、電圧を線形的に下降させて三角波の下降領域の波形を生成する。これにより、周期T2の三角波が生成される。
制御部11は、三角波生成部12に対して、周期T0、T1及びT2の順に、1周期ずつ周期の異なる三角波を生成させるモードとなる。
すなわち、制御部11は、周期T0の三角波を生成するモードとなっている場合、スイッチSW11、SW12、SW21、SW22、SW23をオフ状態とし、スイッチSW13をオン状態とする制御信号を三角波生成部12に対して出力する。
これにより、三角波生成部12は、電流源53から電流値I3の電流を流し、コンデンサCに電荷の蓄積を行い、三角波の上昇領域における波形の生成を行う。
そして、同期パルス生成部13は、三角波の信号の電圧が閾値電圧TRIHを超えると、リセット信号を制御部11へ出力する。
これにより、三角波生成部12は、スイッチSW11、SW12、SW13、SW21、SW22をオフ状態とし、スイッチSW23をオン状態として電流源63から電流値I3の電流を流し、コンデンサCから電荷を放電し、電圧を線形的に下降させて三角波の下降領域の波形を生成する。これにより、周期T0の三角波が生成される。
そして、同期パルス生成部13は、三角波の信号の電圧が閾値電圧TRILを下回ると、セット信号を制御部11へ出力する。
これにより、三角波生成部12は、スイッチSW11、SW21、SW22、SW23をオフ状態とし、スイッチSW12、SW13をオン状態とし、電流源52及び53から電流値I2+I3の電流を流し、コンデンサCに電荷を蓄積し、電圧を線形的に上昇させて三角波の上昇領域の波形を生成する。
そして、同期パルス生成部13は、三角波の信号の電圧が閾値電圧TRIHを超えると、リセット信号を制御部11へ出力する。
これにより、三角波生成部12は、スイッチSW11、SW12、SW13、SW21をオフ状態とし、スイッチSW22,SW23をオン状態として電流源62及び63に電流値I2+I3の電流を流し、コンデンサCから電荷を放電し、電圧を線形的に下降させて三角波の下降領域の波形を生成する。これにより、周期T1の三角波が生成される。
そして、同期パルス生成部13は、三角波の信号の電圧が閾値電圧TRILを下回ると、セット信号を制御部11へ出力する。
これにより、三角波生成部12は、スイッチSW13、SW21、SW22、SW23をオフ状態とし、スイッチSW11、SW12をオン状態とし、電流源51及び52から電流値I1+I2の電流を流し、コンデンサCに電荷を蓄積し、電圧を線形的に上昇させて三角波の上昇領域の波形を生成する。
そして、同期パルス生成部13は、三角波の信号の電圧が閾値電圧TRIHを超えると、リセット信号を制御部11へ出力する。
これにより、三角波生成部12は、スイッチSW11、SW12、SW13、SW23をオフ状態とし、スイッチSW21,SW22をオン状態として電流源61及び62に電流値I1+I2の電流を流し、コンデンサCから電荷を放電し、電圧を線形的に下降させて三角波の下降領域の波形を生成する。これにより、周期T2の三角波が生成される。
そして、同期パルス生成部13は、三角波の信号の電圧が閾値電圧TRILを下回ると、セット信号を制御部11へ出力する。
これにより、制御部11は、周期T0の三角波を生成するモードへ遷移し、上述した周期T0、T1及びT2の三角波を、三角波生成部12に対して時系列に順次生成させる。
そして、デューテイ制御部14は、上記三角波基準パルスから、図5に示すように三角波基準再生パルスを生成し、送信部を介してスレーブ装置2に対して送信する。このとき、デューテイ制御部14は、基準周期として設定された周期T0の三角波基準パルスに対応する三角波基準再生パルスのパルス幅を、他の周期の三角波基準パルスに比較して長い時間として(より広いパルス幅として)出力する。
そして、基準周期検出部23は、三角波基準再生パルスが基準周期のパルスである場合、遅延された三角波基準再生パルスの「H」レベルの領域が、遅延されていない三角波基準再生パルスの「H」レベルの領域と、基準周期の三角波基準再生パルスの時間TPWが遅延部76の遅延時間TPDより長いため重なり、検出信号を出力する。
一方、基準周期検出部23は、三角波基準再生パルスが基準周期のパルスでない場合、遅延された三角波基準再生パルスの「H」レベルの領域が、遅延されていない三角波基準再生パルスの「H」レベルの領域と、基準周期の三角波基準再生パルスの時間TPNが遅延部76の遅延時間TPDより短いため重ならず、検出信号を出力しない。
上述した処理により、本実施形態による三角波同期生成システムは、スペクトラム拡散された三角波を同期して生成する三角波基準パルスをスレーブ側に通信する際、マスター装置1が基準周期の三角波基準パルスの「H」レベルのパルス幅と、基準周期以外の三角波基準パルスの「H」レベルのパルス幅とを異ならせた三角波基準再生パルスとして送信するため、スレーブ装置2にて基準周期の三角波基準パルスを検出し、その三角波基準パルスを基準として、予め設定した周期の変化の順番に対応してそれぞれの三角波基準パルスの周期に対応して三角波を再生するため、同期がとれた同一の波高値のスペクトラム拡散された三角波を、マスター側及びスレーブ側にて得ることが可能となる効果が得られる。
また、上述において、三角波の同期が3種類の構成として説明したが、この例に限られるものではなく、複数の三角波の同期を取る構成としても良い。
また、選択制御部82によるSW11〜13及びSW21〜23それぞれの切り替え動作も、上述した例に限られるものではなく任意に設定できるものである。
また、図3に記載したコンパレータにおける非反転入力端子及び反転入力端子の関係を逆にし、設定電圧を逆とする構成としても良い。
また、図4に示したデューティ制御部14において、切り替え部71を幅調整部72及び73の後段に配置しても良い。
また、三角波生成部は、コンデンサ及び抵抗を用いた時定数回路により構成しても良い。
43…ラッチ 51,52,53,61,62,63…定電流源 71…切替部 72,73…幅調整部 74…論理和回路 75…フリップフロップ 76…遅延部 77…論理積和回路 81…カウンタ 82…選択制御部 83…三角波生成部 Cコンデンサ SW11,SW12,SW13,SW21,SW22,SW23…スイッチ
Claims (5)
- マスター側がスレーブ側に対し、双方が同期した同一の波高値の三角波を生成するための三角波基準パルスを送信し、前記マスター側と前記スレーブ側とが同期して前記三角波を生成する三角波同期生成システムであり、
前記マスター側が、
波高値が同一であり、異なる周期の三角波を予め設定された順に時系列に生成する三角波生成部と、
前記三角波の周期に対応した周期の前記三角波基準パルスを生成する同期パルス生成部と、
前記三角波基準パルスの複数の周期において、基準周期に設定した前記三角波基準パルスのパルス幅を他の周期の三角波基準パルスに比較して異ならせて、三角波基準再生パルスとして出力するデューティ制御部と
を有し、
前記スレーブ側が、
前記三角波基準再生パルスから三角波基準パルスを再生する基準パルス再生部と、
前記三角波基準再生パルスから前記パルス幅の違いにより前記基準周期の前記三角波基準パルスを検出する基準周期検出部と、
前記基準周期の前記三角波基準パルスを基準として、前記予め設定された順の周期にて順次入力される前記三角波基準パルスに対応する周期の三角波を再生する三角波再生部と
を有することを特徴とする三角波同期生成システム。 - 前記デューティ制御部が、前記基準周期とした前記三角波基準パルスのHレベルの幅を、他の前記三角波基準パルスのHレベルの幅に比較して長く設定することを特徴とする請求項1記載の三角波同期生成システム。
- 前記基準周期検出部が、入力される前記三角波基準パルスと、該三角波基準パルスを遅延させた信号との論理積をとり、該論理積結果を基準周期の検出信号とすることを特徴とする請求項2に記載の三角波同期生成システム。
- 前記基準周期の前記三角波基準パルスにおけるHレベルの幅を前記遅延させる時間より大きくし、前記基準周期以外の前記三角波基準パルスにおけるHレベルの幅を前記遅延させる時間より小さくすることを特徴とする請求項3に記載の三角波同期生成システム。
- マスター側がスレーブ側に対し、双方が同期した同一の波高値の三角波を生成するための三角波基準パルスを送信し、前記マスター側と前記スレーブ側とが同期して前記三角波を生成する三角波同期生成システムにおいて、前記マスター側及びスレーブ側にて用いる三角波同期生成回路であり、
波高値が同一であり、異なる周期の三角波を予め設定された順に時系列に生成する三角波生成部と、
前記三角波の周期に対応した周期の前記三角波基準パルスを生成する同期パルス生成部と、
前記三角波基準パルスの複数の周期において、基準周期に設定した前記三角波基準パルスのデューテイを他の周期に比較して異ならせて、三角波基準再生パルスとして出力するデューティ制御部と、
前記三角波基準再生パルスから三角波基準パルスを再生する基準パルス再生部と、
前記三角波基準再生パルスから前記デューテイの違いにより前記基準周期の前記三角波基準パルスを検出する基準周期検出部と、
前記基準周期の前記三角波基準パルスを基準として、前記予め設定された順の周期にて順次入力される前記三角波基準パルスに対応する周期の三角波を再生する三角波再生部と
を有することを特徴とする三角波同期生成回路。
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