JP6641421B2 - PWM duty cycle synthesizer and method with adjustable corner frequency - Google Patents

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Description

本発明は、全般的に、PWM(パルス幅変調)入力信号に応答してPWM出力信号を生成するPWM回路に関し、より特定的に、固定周波数と、PWM入力信号のデューティサイクルと同じデューティサイクルとを有するPWM出力信号を生成する上記PWM回路に関する。   The present invention relates generally to a PWM circuit that generates a PWM output signal in response to a PWM (pulse width modulation) input signal, and more particularly to a fixed frequency and a duty cycle that is the same as the duty cycle of the PWM input signal. And a PWM output signal that generates a PWM output signal having the following.

PWM回路は、特に電気モータ駆動用途において制御回路として広く用いられる。PWM出力信号は、典型的に、デジタル回路要素及び関連するシステムクロック信号によって、又はアナログコンパレータ回路要素によって生成される。典型的なブラシレスDC(BLDC)モータコントローラの場合、具体的な用途に応じて、システムクロックfsysはおおよそ1MHzから10MHzまでの範囲であり、期待出力PWM周波数fPWMはおおよそ20kHzから200kHzまでの範囲である。 PWM circuits are widely used as control circuits, particularly in electric motor drive applications. The PWM output signal is typically generated by digital circuitry and associated system clock signals, or by analog comparator circuitry. For a typical brushless DC (BLDC) motor controller, the system clock f sys ranges from approximately 1 MHz to 10 MHz, and the expected output PWM frequency f PWM ranges from approximately 20 kHz to 200 kHz, depending on the specific application. It is.

一つの先行技術のPWMモータ駆動回路は、特別に設計されたPWM生成器、出力マルチプレクサ(MUX)、及びデューティサイクル分解能を増加するための補間回路を含む(用語「デューティサイクル分解能」は、システムのデューティサイクルにおける、最小許容可能増分又は変化を指す。例えば、デジタルシステムが、4%又は5%の出力デューティサイクルを計算又は提供し得るが、4%と5%の間の任意の小数のデューティサイクル分解能を計算又は提供し得ない場合、このシステムのデューティサイクル分解能は1%である)。デューティサイクル分解能を増加させるための別の先行技術は、RCフィルタを用いてデューティサイクルをPWMからDC値に変換し、ADC(アナログデジタル変換器)を用いてデューティサイクルのDC値をデジタル表現に変換して、正確に同じデューティサイクル及び正確に同じ所望の周波数を有するPWM出力信号をデジタル的に生成する。更に別の既知の方法は、カウンタを用いて正のデューティサイクル持続期間を特定し、それを全体のデューティサイクルで除することによりデューティサイクルを特定し、その情報を用いてPWM出力信号を生成する。   One prior art PWM motor drive circuit includes a specially designed PWM generator, an output multiplexer (MUX), and an interpolator to increase duty cycle resolution (the term "duty cycle resolution" Refers to the minimum allowable increment or change in duty cycle, eg, a digital system may calculate or provide a 4% or 5% output duty cycle, but any fractional duty cycle between 4% and 5% If the resolution cannot be calculated or provided, the duty cycle resolution of this system is 1%). Another prior art technique for increasing duty cycle resolution is to convert the duty cycle from PWM to a DC value using an RC filter and to convert the DC value of the duty cycle to a digital representation using an ADC (analog to digital converter). Thus, a PWM output signal having exactly the same duty cycle and exactly the same desired frequency is digitally generated. Yet another known method uses a counter to determine a positive duty cycle duration, divides it by the overall duty cycle to determine a duty cycle, and uses that information to generate a PWM output signal. .

モータ駆動器回路のユーザによっては、おおよそ2キロヘルツからおおよそ100kHz程度の高さ又はそれより高い周波数までの範囲の相対的に低いPWM入力信号周波数を提供することを好み得る。ユーザ提供PWM入力信号は、通常、モータ駆動回路に直接的に印加される。モータドライバ集積回路は、モータ駆動PWM周波数が特に固定周波数であることを要求し得るが、場合によってはそれがユーザに適していないことがある。むしろ、モータ駆動PWM周波数がユーザにより提供されるPWM入力信号の周波数に依存しないことを望むユーザもいる。幾つかの従来のPWM回路はこの要求を満足し得る。例えば、PWM入力信号の正のパルス幅及び全体のパルス幅を特定するためにカウンタが用いら得、デューティサイクル信号を特定するために除算器が用いられ得、そのデューティサイクル信号がPWM生成器回路によって用いられてPWM出力信号が生成される。 Some users of motor driver circuits may prefer to provide relatively low PWM input signal frequencies ranging from approximately 2 kilohertz to as high as approximately 100 kHz or higher. The user provided PWM input signal is typically applied directly to the motor drive circuit. Motor driver integrated circuits may require that the motor drive PWM frequency be particularly fixed, but in some cases it may not be suitable for the user. Rather, some users desire that the motor drive PWM frequency be independent of the frequency of the PWM input signal provided by the user. Some conventional PWM circuits can satisfy this requirement. For example, Re counter et used to identify a positive pulse width and overall pulse width of the PWM input signal obtained, resulting divider is used to identify the duty cycle signal, the duty cycle signal PWM generator Used by the circuit to generate a PWM output signal.

典型的なモータシステムにおいて、サイクル間のPWMパルス幅変動は、物理的ロータのモーメンタムによってフィルタ除去され得、これはローパスフィルタシステムとしてみなし得る。しかしながら、多くの例において、ユーザはモータ駆動回路を制御するために低い周波数PWM入力信号を用いることを好み得るが、残念なことに、低い周波数のPWM信号は、概して、電気モータを駆動するのに適していない。むしろ、多くのユーザは、モータを駆動するために、対応する、実質的により高い周波数のPWM出力信号を好み得る。PWM入力信号が相対的に低い周波数を有する場合、PWM出力信号の実質的により高い周波数は、上述のカウンタ及び除算器手法を用いることによって典型的に達成される。幾つかの従来の回路は入力PWM周波数が一定の範囲内であることを要求し、幾つかの従来の回路は上述のようにカウンタ及び除算器変換機を用いる。通常、PWMモータ駆動信号の周波数が、ユーザが供給するPWM制御信号周波数に依存しないことが好まれる。   In a typical motor system, PWM pulse width variations between cycles can be filtered out by the physical rotor momentum, which can be viewed as a low pass filter system. However, in many instances, a user may prefer to use a low frequency PWM input signal to control the motor drive circuit, but unfortunately, the low frequency PWM signal generally drives the electric motor. Not suitable for Rather, many users may prefer a corresponding, substantially higher frequency, PWM output signal to drive the motor. Where the PWM input signal has a relatively low frequency, substantially higher frequencies of the PWM output signal are typically achieved by using the counter and divider approach described above. Some conventional circuits require the input PWM frequency to be within a certain range, and some conventional circuits use a counter and divider converter as described above. Usually, it is preferable that the frequency of the PWM motor drive signal does not depend on the frequency of the PWM control signal supplied by the user.

多くの場合、モータドライバ集積回路によって制御されるモータ速度にとって、過度に急激な増加、又は過度に急激な減少はいずれも好ましくない。デューティサイクルに突然の増加があると、全出力適用下においてモータは典型的に加速する。これにより、大量の電流が電源から引かれて、これが、急激で大きく且つ許容不能な電源電圧の低下を起こし得る。反対に、デューティサイクルに突然の減少があると、モータを強力に「ブレーキング」することによって、モータは典型的に減速する。そのような強力なブレーキングは、ロータの機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、それが電源に急速に「ダンプ(dump)」される。電源に過多のエネルギーがダンプされると、電源電圧に大きなスパイク(例えば、5ボルトから10ボルト)を起こし得、それがシステムの他の回路/デバイスに損傷を与え得る。   In many cases, neither an excessively sharp increase nor an excessively sharp decrease is desirable for the motor speed controlled by the motor driver integrated circuit. With a sudden increase in duty cycle, the motor typically accelerates under full power applications. This draws a large amount of current from the power supply, which can cause a sharp, large and unacceptable power supply voltage drop. Conversely, when there is a sudden decrease in duty cycle, the motor typically slows down by vigorously "braking" the motor. Such strong braking converts the mechanical energy of the rotor into electrical energy, which is rapidly "dumped" to the power supply. Excessive energy dumping into the power supply can cause large spikes in the power supply voltage (eg, 5-10 volts), which can damage other circuits / devices in the system.

このように、ユーザが供給するPWM入力信号周波数に依存しない出力周波数を有するPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、PWM出力信号のデューティサイクルがPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しい、PWM回路に対する満たされていない需要がある。   Thus, a PWM circuit capable of generating a PWM output signal having an output frequency independent of a user-supplied PWM input signal frequency, wherein the duty cycle of the PWM output signal is exactly equal to the duty cycle of the PWM input signal. There is an unmet need for PWM circuits.

また、ユーザのPWM制御信号周波数に依存しない相対的に低い周波数のPWM入力信号に応答して、相対的に高い周波数のPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、高い周波数のPWM出力信号のデューティサイクルが、低い周波数のPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しい、PWM回路に対する満たされていない需要がある。   A PWM circuit capable of generating a PWM output signal of a relatively high frequency in response to a PWM input signal of a relatively low frequency independent of a frequency of a PWM control signal of a user, the PWM circuit comprising a PWM output signal of a high frequency There is an unmet need for PWM circuits where the duty cycle of the PWM circuit is exactly equal to the duty cycle of the low frequency PWM input signal.

また、ユーザのPWM制御信号周波数に依存しない相対的に低い周波数のPWM入力信号に応答して、相対的に高い周波数のPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、高い周波数のPWM出力信号のデューティサイクルが、プログラム可能であり、低い周波数のPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しく、且つ低い周波数のPWM入力信号のデューティサイクルと少なくとも同程度の分解能を有する、PWM回路に対する満たされていない需要がある。   A PWM circuit capable of generating a PWM output signal of a relatively high frequency in response to a PWM input signal of a relatively low frequency independent of a frequency of a PWM control signal of a user, the PWM circuit comprising a PWM output signal of a high frequency Unsatisfactory for a PWM circuit whose programmable duty cycle is exactly equal to the duty cycle of the low frequency PWM input signal and has at least as much resolution as the duty cycle of the low frequency PWM input signal There is demand.

また、PWM入力信号と、PWM入力信号に応答して生成されるPWM出力信号のデューティサイクルとの間のデューティサイクル差に起因する、電源とPWM制御電気モータとの間のエネルギーの急激な移動の発生を防止し得るPWMデューティサイクルシンセサイザ回路に対する満たされていない需要がある。   Also, abrupt transfer of energy between the power supply and the PWM control electric motor due to a duty cycle difference between the PWM input signal and a duty cycle of the PWM output signal generated in response to the PWM input signal. There is an unmet need for a PWM duty cycle synthesizer circuit that can prevent occurrences.

また、PWM入力信号とPWM出力信号との間のデューティサイクル不一致に起因する、モータの回転の急な加速又は減速の突然の発生からモータを保護し得る、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路に対する満たされていない需要がある。   Also, an unsatisfied PWM duty cycle synthesizer circuit that can protect the motor from sudden occurrence of sudden acceleration or deceleration of rotation of the motor due to duty cycle mismatch between the PWM input signal and the PWM output signal. There is demand.

また、ユーザが供給するPWM制御信号周波数に依存しない第2の周波数を有するPWM入力信号に応答して、第1の周波数を有するPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、PWM出力信号のデューティサイクルがPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しく、デューティサイクルにおけるステップ変更に対するPWM回路の応答時間がプログラム可能である、PWM回路に対する満たされていない需要がある。   A PWM circuit capable of generating a PWM output signal having a first frequency in response to a PWM input signal having a second frequency independent of a frequency of a PWM control signal supplied by a user. There is an unmet need for PWM circuits where the duty cycle is exactly equal to the duty cycle of the PWM input signal and the response time of the PWM circuit to a step change in duty cycle is programmable.

また、ユーザが供給するPWM制御信号周波数に依存しない第2の周波数を有するPWM入力信号に応答して、第1の周波数を有するPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、PWM出力信号のデューティサイクルがPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しく、最新の先行技術より実質的に小さい集積回路チップ面積にPWM回路が実装され得る、PWM回路に対する満たされていない需要がある。   A PWM circuit capable of generating a PWM output signal having a first frequency in response to a PWM input signal having a second frequency independent of a frequency of a PWM control signal supplied by a user. There is an unmet need for PWM circuits where the duty cycle is exactly equal to the duty cycle of the PWM input signal and the PWM circuit can be implemented in an integrated circuit chip area that is substantially smaller than the state of the art prior art.

本発明の目的の一つは、ユーザが供給するPWM入力信号周波数に依存しない出力周波数を有するPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、PWM出力信号のデューティサイクルがPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しい、PWM回路を提供することである。   An object of the present invention is a PWM circuit capable of generating a PWM output signal having an output frequency independent of a user-supplied PWM input signal frequency, wherein the duty cycle of the PWM output signal is equal to the duty cycle of the PWM input signal. To provide a PWM circuit that is exactly equal to

本発明の別の目的は、ユーザのPWM制御信号に依存しない相対的に低い周波数のPWM入力信号に応答して、相対的に高い周波数のPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、高い周波数のPWM出力信号のデューティサイクルが、低い周波数のPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しく保たれるPWM回路を提供することである。   Another object of the present invention is a PWM circuit that can generate a relatively high frequency PWM output signal in response to a relatively low frequency PWM input signal that is independent of the user's PWM control signal. The object is to provide a PWM circuit in which the duty cycle of the frequency PWM output signal is kept exactly equal to the duty cycle of the low frequency PWM input signal.

本発明の別の目的は、ユーザが供給するPWM制御信号の周波数に依存しない相対的に低い周波数のPWM入力信号に応答して、相対的に高い周波数のPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、高い周波数のPWM出力信号のデューティサイクルが、プログラム可能であり、低い周波数のPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しく、且つ低い周波数のPWM入力信号のデューティサイクルと少なくとも同程度の分解能を有する、PWM回路を提供することである。   Another object of the present invention is a PWM circuit capable of generating a relatively high frequency PWM output signal in response to a relatively low frequency PWM input signal that is independent of the frequency of a user supplied PWM control signal. Wherein the duty cycle of the high frequency PWM output signal is programmable, exactly equal to the duty cycle of the low frequency PWM input signal, and has at least as much resolution as the duty cycle of the low frequency PWM input signal. To provide a PWM circuit.

本発明の別の目的は、PWM入力信号と、PWM入力信号に応答して生成されるPWM出力信号のデューティサイクルとの間のデューティサイクル差に起因する、電源とPWM制御電気モータとの間のエネルギーの急激な移動の発生を防止し得るPWMデューティサイクルシンセサイザ回路を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method for controlling a power supply between a power supply and a PWM control electric motor due to a duty cycle difference between the PWM input signal and a duty cycle of a PWM output signal generated in response to the PWM input signal. An object of the present invention is to provide a PWM duty cycle synthesizer circuit capable of preventing occurrence of a sudden transfer of energy.

本発明の別の目的は、PWM入力信号とPWM出力信号との間のデューティサイクルの不一致に起因するモータの回転の急な加速又は減速の突然の発生からモータを保護し得るPWMデューティサイクルシンセサイザ回路を提供することである。   Another object of the present invention is a PWM duty cycle synthesizer circuit that can protect a motor from sudden occurrence of sudden acceleration or deceleration of rotation of the motor due to duty cycle mismatch between the PWM input signal and the PWM output signal. It is to provide.

本発明の別の目的は、ユーザが供給するPWM制御信号周波数に依存しない第2の周波数を有するPWM入力信号に応答して、第1の周波数を有するPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、PWM出力信号のデューティサイクルがPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しく、デューティサイクルにおけるステップ変更に対するPWM回路の応答時間がプログラム可能である、PWM回路を提供することである。   Another object of the present invention is a PWM circuit capable of generating a PWM output signal having a first frequency in response to a PWM input signal having a second frequency that is independent of a user supplied PWM control signal frequency. Thus, a PWM circuit is provided in which the duty cycle of the PWM output signal is exactly equal to the duty cycle of the PWM input signal and the response time of the PWM circuit to step changes in the duty cycle is programmable.

本発明の別の目的は、ユーザが供給するPWM制御信号周波数に依存しない第2の周波数を有するPWM入力信号に応答して、第1の周波数を有するPWM出力信号を生成し得るPWM回路であって、PWM出力信号のデューティサイクルがPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しく、最新の先行技術より実質的に小さい集積回路チップ面積にPWM回路が実装され得る、PWM回路を提供することである。   Another object of the present invention is a PWM circuit capable of generating a PWM output signal having a first frequency in response to a PWM input signal having a second frequency that is independent of a user supplied PWM control signal frequency. Thus, it is an object of the present invention to provide a PWM circuit in which the duty cycle of the PWM output signal is exactly equal to the duty cycle of the PWM input signal and the PWM circuit can be implemented in an integrated circuit chip area substantially smaller than the state of the art.

簡単に説明すると、及び一実施形態に従って、本発明は、入力周波数(fPWMIN)を有するPWM入力信号(PWMIN)に応答して、出力周波数(fPWM)を有するPWM出力信号(PWMOUT)を生成するためのPWM回路を提供する。このPWM回路は、PWM出力信号をPWM入力信号と比較するため、及び、PWM入力信号の値がPWM出力信号の対応する値を超える場合に増分信号(INC)を生成するため、及び、PWM入力信号の値がPWM出力信号の対応する値より小さい場合に減分信号(DEC)を生成するための代数的加算回路(3)を含む。積分器(5)が、代数的加算回路によって生成される各増分信号に応答してデューティサイクル信号(Duty[7:0])の値を増加させることにより、及び各減分信号に応答してデューティサイクル信号の値を減少させることにより、PWM入力信号のデューティサイクルを表すデューティサイクル信号(Duty[7:0])を生成する。PWM生成器回路(9)は、デューティサイクル信号に応答して、デューティサイクル分解能を損なうことなく、PWM出力信号のデューティサイクルをPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しくさせるように、PWM出力信号を生成する。 Briefly and in accordance with one embodiment, the present invention provides a PWM output signal (PWM OUT ) having an output frequency (f PWM ) in response to a PWM input signal (PWM IN ) having an input frequency (f PWMIN ). Is provided. The PWM circuit compares the PWM output signal with the PWM input signal, and generates an increment signal (INC) if the value of the PWM input signal exceeds a corresponding value of the PWM output signal, and An algebraic addition circuit (3) for generating a decrement signal (DEC) when the value of the signal is smaller than the corresponding value of the PWM output signal. An integrator (5) increases the value of the duty cycle signal (Duty [7: 0]) in response to each increment signal generated by the algebraic addition circuit, and in response to each decrement signal. By reducing the value of the duty cycle signal, a duty cycle signal (Duty [7: 0]) representing the duty cycle of the PWM input signal is generated. The PWM generator circuit (9) is responsive to the duty cycle signal to generate the PWM output signal such that the duty cycle of the PWM output signal is exactly equal to the duty cycle of the PWM input signal without compromising the duty cycle resolution. Generate.

一実施形態において、本発明は、PWM出力信号のデューティサイクルがPWM入力信号のデューティサイクルに正確に等しくなるように、入力周波数(fPWMIN)を有するPWM入力信号(PWMIN)に応答して、出力周波数(fPWM)を有するPWM出力信号(PWMOUT)を生成するためのPWM(パルス幅変調)回路(1A)を提供する。代数的加算回路(3)が、PWM入力信号(PWMIN)の値がPWM出力信号(PWMOUT)の対応する値を超える場合に増分信号(INC)を生成し、PWM入力信号(PWMIN)の値がPWM出力信号(PWMOUT)の対応する値より小さい場合に減分信号(DEC)を生成する。積分回路(5)が、代数的加算回路(3)により生成される各増分信号(INC)に応答して、第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])の値を増加させること、及び代数的加算回路(3)により生成される各減分信号(DEC)に応答して、第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])の値を減少させることによって、PWM入力信号(PWMIN)のデューティサイクルを表す第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])を生成する。PWM生成器回路(9)が、第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])に応答してPWM出力信号(PWMOUT)を生成する。PWM生成器回路(9)は、PWM出力信号(PWMOUT)のデューティサイクルを、第1のPWM信号(PWMIN)のデューティサイクルに近づけ、実質的に等しくさせるように動作する。 In one embodiment, the invention is responsive to a PWM input signal (PWM IN ) having an input frequency (f PWMMIN ) such that the duty cycle of the PWM output signal is exactly equal to the duty cycle of the PWM input signal. A PWM (pulse width modulation) circuit (1A) for generating a PWM output signal (PWM OUT ) having an output frequency (f PWM ) is provided. Algebraic summing circuit (3) is, PWM input signal value of (PWM IN) generates an increment signal (INC) if more than a corresponding value of the PWM output signal (PWM OUT), PWM input signal (PWM IN) Is smaller than the corresponding value of the PWM output signal (PWM OUT ), a decrement signal (DEC) is generated. An integrator (5) increasing the value of the first duty cycle signal (Duty [7: 0]) in response to each increment signal (INC) generated by the algebraic addition circuit (3); And reducing the value of the first duty cycle signal (Duty [7: 0]) in response to each decrement signal (DEC) generated by the algebraic addition circuit (3), thereby reducing the PWM input signal (Duty [7: 0]). A first duty cycle signal (Duty [7: 0]) representing the duty cycle of PWM IN ) is generated. A PWM generator circuit (9) generates a PWM output signal (PWM OUT ) in response to the first duty cycle signal (Duty [7: 0]). The PWM generator circuit (9) operates to bring the duty cycle of the PWM output signal (PWM OUT ) closer to and substantially equal to the duty cycle of the first PWM signal (PWM IN ).

代数的加算回路(3)、積分回路(5)、及びPWM生成器回路(9)は、デューティサイクル分解能を損なうことなく、PWM出力信号(PWMOUT)のデューティサイクルをPWM入力信号(PWMIN)のデューティサイクルに等しくさせるように動作するデジタルフィードバックループを形成する。 The algebraic addition circuit (3), the integrator circuit (5), and the PWM generator circuit (9) convert the duty cycle of the PWM output signal (PWM OUT ) into the PWM input signal (PWM IN ) without impairing the duty cycle resolution. Form a digital feedback loop that operates to equal the duty cycle of

一実施形態において、出力周波数(fPWM)は、入力周波数(fPWMIN)より実質的に大きい。一実施形態において、積分回路(5)はアップ/ダウンカウンタ(5)を含むデジタル回路であり、アップ/ダウンカウンタ(5)は、増分信号(INC)を受け取るように結合された第1の入力、及び減分信号(DEC)を受け取るように結合された第2の入力を有する。代数的加算回路(3)は、PWM出力信号(PWMOUT)のデューティサイクルがPWM入力信号(PWMIN)のデューティサイクルに等しい場合、増分信号(INC)又は減分信号(DEC)のいずれも生成しない。 In one embodiment, the output frequency (f PWM ) is substantially greater than the input frequency (f PWMMIN ). In one embodiment, the integration circuit (5) is a digital circuit that includes an up / down counter (5), the up / down counter (5) having a first input coupled to receive an increment signal (INC). , And a second input coupled to receive a decrement signal (DEC). The algebraic addition circuit (3) generates either the increment signal (INC) or the decrement signal (DEC) when the duty cycle of the PWM output signal (PWM OUT ) is equal to the duty cycle of the PWM input signal (PWM IN ). do not do.

一実施形態において、代数的加算回路(3)は第1の反転回路(22)を含むデジタル回路であり、第1の反転回路(22)は、PWM出力信号(PWMOUT)を受け取るように結合された入力を有する。第1の論理AND回路(25)が、PWM出力信号(PWMOUT)を受け取るように結合された第1の入力を有する。第2の反転回路(24)が、PWM入力信号(PWMIN)を受け取るように結合された入力を有する。第2の論理AND回路(23)が、PWM入力信号(PWMIN)を受け取るように結合された第1の入力を有する。第1の論理AND回路(25)の第2の入力が、第2の反転回路(24)の出力に結合され、第2の論理AND回路(23)の第2の入力が、第1の反転回路(22)の出力を受け取るように結合される。第1の論理AND回路(25)及び第2の論理AND回路(23)は、それぞれ、増分信号(INC)及び減分信号(DEC)を生成する。 In one embodiment, the algebraic addition circuit (3) is a digital circuit including a first inversion circuit (22), which is coupled to receive a PWM output signal (PWM OUT ). Has the input entered. A first logical AND circuit (25) has a first input coupled to receive a PWM output signal (PWM OUT ). A second inverting circuit (24) has an input coupled to receive a PWM input signal (PWM IN ). A second logical AND circuit (23) has a first input coupled to receive a PWM input signal (PWM IN ). A second input of the first logical AND circuit (25) is coupled to an output of the second inverting circuit (24), and a second input of the second logical AND circuit (23) is connected to the first inverting circuit (23). Coupled to receive the output of the circuit (22). The first logical AND circuit (25) and the second logical AND circuit (23) generate an increment signal (INC) and a decrement signal (DEC), respectively.

一実施形態において、PWM生成器回路(9)は、システムクロック信号(fsys)に応答してランプ信号(VRAMP)を生成するためのランプ生成器回路(33)と、ランプ信号(VRAMP)を第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0]又はGenDuty[5:0])と比較し、それに従ってPWM出力信号(PWMOUT)を生成するためのコンパレータ(37)とを含む。一実施形態において、ランプ生成器回路(33)は、ランプ信号(VRAMP)のデジタル表現を生成し、コンパレータ(37)はデジタルコンパレータである。 In one embodiment, PWM generator circuit (9), the system clock signal and the ramp generator circuit for generating a ramp signal (V RAMP) in response to (f sys) (33), the ramp signal (V RAMP ) With a first duty cycle signal (Duty [7: 0] or GenDuty [5: 0]) and a comparator (37) for generating a PWM output signal (PWM OUT ) accordingly. In one embodiment, the ramp generator circuit (33) generates a digital representation of the ramp signal ( VRAMP ) and the comparator (37) is a digital comparator.

一実施形態において、PWM回路は、第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])の補間された表現である第2のデューティサイクル信号(GenDuty[5:0])を生成するための補間回路要素(7)を含む。一実施形態において、PWM生成器回路(9A)は、周波数は等しいが異なるデューティサイクルを有する複数のPWM信号(18)を生成し、補間回路要素(7A)は、平均デューティサイクルを提供するために、要求されたPWMデューティサイクルに従って複数のPWM信号の所定のパターンを選択し、補間回路要素(7A)は、出力マルチプレクサ(20)によって複数のPWM信号の所定のパターンを選択する。   In one embodiment, the PWM circuit includes an interpolator for generating a second duty cycle signal (GenDuty [5: 0]) that is an interpolated representation of the first duty cycle signal (Duty [7: 0]). It includes a circuit element (7). In one embodiment, the PWM generator circuit (9A) generates a plurality of PWM signals (18) having the same frequency but different duty cycles, and the interpolator element (7A) provides for an average duty cycle. Selecting a predetermined pattern of the plurality of PWM signals according to the requested PWM duty cycle, and the interpolation circuit element (7A) selects a predetermined pattern of the plurality of PWM signals by the output multiplexer (20).

一実施形態において、本発明は、入力周波数(fPWMIN)を有するPWM入力信号(PWMIN)に応答して、出力周波数(fPWM)を有するPWM出力信号(PWMOUT)を生成するための方法を提供する。この方法は、PWM入力信号(PWMIN)の値がPWM出力信号(PWMOUT)の対応する値を超える場合に増分信号(INC)を生成すること、及びPWM入力信号(PWMIN)の値がPWM出力信号(PWMOUT)の対応する値より小さい場合に減分信号(DEC)を生成することと、各増分信号(INC)に応答して第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])の値を増加させることにより、及び各減分信号(DEC)に応答して第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])の値を減少させることにより、PWM入力信号(PWMIN)のデューティサイクルを表す第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])を生成することと、PWM生成器回路(5)によって、第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])に応答してPWM出力信号(PWMOUT)を生成することとを含む。 In one embodiment, the invention is a method for generating a PWM output signal (PWM OUT ) having an output frequency (f PWM ) in response to a PWM input signal (PWM IN ) having an input frequency (f PWMIN ). I will provide a. The method includes generating an incremental signal (INC) when the value of the PWM input signal (PWM IN) exceeds the corresponding value of the PWM output signal (PWM OUT), and the value of the PWM input signal (PWM IN) Generating a decrement signal (DEC) if less than a corresponding value of the PWM output signal (PWM OUT ); and a first duty cycle signal (Duty [7: 0]) in response to each increment signal (INC). ), And by decreasing the value of the first duty cycle signal (Duty [7: 0]) in response to each decrement signal (DEC), the PWM input signal (PWM IN ). Generating a first duty cycle signal (Duty [7: 0]) representing the duty cycle of the first duty cycle and the PWM generator circuit (5). Generating a PWM output signal (PWM OUT ) in response to the cycle signal (Duty [7: 0]).

一実施形態において、この方法は、デジタル代数的加算回路(3)によって、PWM出力信号(PWMOUT)をPWM入力信号(PWMIN)と比較することを含む。 In one embodiment, the method includes comparing the PWM output signal (PWM OUT ) with the PWM input signal (PWM IN ) by a digital algebraic addition circuit (3).

一実施形態において、この方法は、増分(INC)及び減分(DEC)信号に応答してアップ/ダウンカウンタを動作させることにより、第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])を生成することを含む。   In one embodiment, the method generates a first duty cycle signal (Duty [7: 0]) by operating an up / down counter in response to an increment (INC) and decrement (DEC) signal. Including doing.

一実施形態において、この方法は、第1のデューティサイクル信号(Duty[7:0])の補間された表現である第2のデューティサイクル信号(GenDuty[5:0])を生成することを含み、ステップ(c)は、PWM生成器回路(5)により、第2のデューティサイクル信号(GenDuty[5:0])に応答してPWM出力信号(PWMOUT)を生成することを含む。 In one embodiment, the method includes generating a second duty cycle signal (GenDuty [5: 0]) that is an interpolated representation of the first duty cycle signal (Duty [7: 0]). , Step (c) includes generating, by the PWM generator circuit (5), a PWM output signal (PWM OUT ) in response to the second duty cycle signal (GenDuty [5: 0]).

一実施形態において、本発明は、入力周波数(fPWMIN)を有するPWM入力信号(PWMIN)に応答して、出力周波数(fPWM)を有するPWM出力信号(PWMOUT)生成するためのPWM回路を提供する。このPWM回路は、PWM出力信号(PWMOUT)をPWM入力信号(PWMIN)と比較するため、及びPWM入力信号(PWMIN)の値がPWM出力信号(PWMOUT)の対応する値を超える場合に増分信号(INC)を生成するため、及びPWM入力信号(PWMIN)の値がPWM出力信号(PWMOUT)の対応する値より小さい場合に減分信号(DEC)を生成するための手段(3)、代数的加算回路(3)により生成された各増分信号(INC)に応答してデューティサイクル信号(Duty[7:0])の値を増加させることにより、及び各減分信号(DEC)に応答してデューティサイクル信号(Duty[7:0])の値を減少させることにより、PWM入力信号(PWMIN)のデューティサイクルを表すデューティサイクル信号(Duty[7:0])を生成するための手段(5)、及びPWM生成器回路(5)によって、デューティサイクル信号(Duty[7:0])に応答してPWM出力信号(PWMOUT)を生成するための手段(9)を含む。 In one embodiment, the present invention provides a PWM circuit for generating a PWM output signal (PWM OUT ) having an output frequency (f PWM ) in response to a PWM input signal (PWM IN ) having an input frequency (f PWMIN ). I will provide a. This PWM circuit compares the PWM output signal (PWM OUT ) with the PWM input signal (PWM IN ) and when the value of the PWM input signal (PWM IN ) exceeds the corresponding value of the PWM output signal (PWM OUT ). Means for generating an increment signal (INC) and a decrement signal (DEC) when the value of the PWM input signal (PWM IN ) is smaller than the corresponding value of the PWM output signal (PWM OUT ). 3) by increasing the value of the duty cycle signal (Duty [7: 0]) in response to each increment signal (INC) generated by the algebraic addition circuit (3), and by increasing each decrement signal (DEC) ) duty cycle signal in response to the (duty [7: 0] value by decreasing the), the duty cycle of the PWM input signal (PWM iN) Means (5) for generating a representative duty cycle signal (Duty [7: 0]), and a PWM output signal in response to the duty cycle signal (Duty [7: 0]) by a PWM generator circuit (5). Means (9) for generating (PWM OUT ).

PWM入力信号の入力周波数に依存しない出力周波数を有し、PWM入力信号と同じデューティサイクルを有する、PWM出力信号を生成するPWM回路のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a PWM circuit that generates a PWM output signal having an output frequency independent of the input frequency of the PWM input signal and having the same duty cycle as the PWM input signal.

図1のPWMIN、PWMOUT、及び積分器出力信号の波形を示す。2 shows waveforms of PWM IN , PWM OUT , and an integrator output signal of FIG.

図1のPWMINデューティサイクル、PWMOUTデューティサイクル、及びDuty[7:0]デューティサイクル制御信号の波形を示す。2 shows waveforms of a PWM IN duty cycle, a PWM OUT duty cycle, and a Duty [7: 0] duty cycle control signal of FIG. 1.

図1の、それぞれ、ブロック3及びブロック5で用いられ得る、既知の信号比較回路及び既知の積分器回路要素のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a known signal comparison circuit and a known integrator circuit element that may be used in blocks 3 and 5, respectively, of FIG.

図4Aのブロック5の好ましいデジタル実装を示す。4B shows a preferred digital implementation of block 5 of FIG. 4A.

図1のブロック15で用いられ得る、補間器及び出力マルチプレクサを含む既知のPWM生成器回路要素のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of known PWM generator circuitry including an interpolator and an output multiplexer that may be used in block 15 of FIG.

PWM出力信号を生成する、別の従来手法のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of another conventional technique for generating a PWM output signal.

図1のブロック9で用いられ得る従来のPWM生成器のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a conventional PWM generator that can be used in block 9 of FIG.

本発明は、ユーザが供給する入力のPWM入力信号の周波数に依存しない、PWM出力信号(電気モータを駆動するPWM信号等)の周波数を制御するデューティサイクルシンセサイザ回路を含むPWM制御回路を提供する。PWM入力信号とPWM出力信号との間のいかなるデューティサイクル差も、事実上、モータにおける過度に急激な加速又は急激な減速を防止するために充分にフィルタリング又は平滑化され、そのため、電源とPWM制御回路により制御されるモータとの間の、如何なる大きく急速なエネルギー交換も防止される。   The present invention provides a PWM control circuit that includes a duty cycle synthesizer circuit that controls the frequency of a PWM output signal (such as a PWM signal for driving an electric motor) that is independent of the frequency of a user-supplied input PWM input signal. Virtually any duty cycle difference between the PWM input signal and the PWM output signal is sufficiently filtered or smoothed to prevent excessively sharp acceleration or deceleration in the motor, so that the power supply and PWM control Any large and rapid energy exchange with the motor controlled by the circuit is prevented.

図1は、周波数fPWMINを有するユーザ供給PWM入力信号PWMINに実質的に依存しない周波数fPWMを有するPWM出力信号PWMOUTを生成することができるPWM制御回路1のブロック図を示す。PWM制御回路1はデジタルデューティサイクルシンセサイザ回路1Aを含み、デジタルデューティサイクルシンセサイザ回路1Aは、信号比較回路又は「デルタ」回路3、積分器6、補間器7、及びPWM生成器回路9を含む。(好ましくはシグマデルタトポロジー回路要素が用いられるため、用語「デルタ」が用いられる。)デルタ回路3は、PWMINを受け取る(+)入力、及びフィードバック信号としてPWMOUTを受け取る(−)入力を有する。デルタ回路3は、PWMINがPWMOUTより大きい場合、導体4A上に「増分」又は「+1」信号INCを生成し、PWMINがPWMOUTより小さい場合、導体4Bに「減分」又は「−1」信号DECを生成する。PWMINがPWMOUTに等しい場合は、デルタ回路3は、増分信号又は減分信号のいずれも生成しない。次の真理値表はこの動作を示す。
増分導体4A及び減分導体4Bが、従来のアップ/ダウンカウンタとして実装され得るデジタル積分器5の対応する入力に接続される。
FIG. 1 shows a block diagram of a PWM control circuit 1 that can generate a PWM output signal PWM OUT having a frequency f PWM that is substantially independent of a user-supplied PWM input signal PWM IN having a frequency f PWMIN . The PWM control circuit 1 includes a digital duty cycle synthesizer circuit 1A, which includes a signal comparison or "delta" circuit 3, an integrator 6, an interpolator 7, and a PWM generator circuit 9. (The term "delta" is used, preferably because a sigma-delta topology circuit element is used.) The delta circuit 3 has a (+) input that receives PWM IN , and a (-) input that receives PWM OUT as a feedback signal. . Delta circuit 3, if the PWM IN is greater than PWM OUT, and generates a "incremental" or "+1" signal INC on conductor 4A, when PWM IN is PWM OUT smaller than the conductor 4B "decrement" or "- 1 "Generate a signal DEC. If PWM IN is equal to PWM OUT , the delta circuit 3 does not generate either an increment signal or a decrement signal. The following truth table illustrates this operation.
An increment conductor 4A and a decrement conductor 4B are connected to corresponding inputs of a digital integrator 5, which can be implemented as a conventional up / down counter.

図1の例において、積分器5は、22ビットのアップ/ダウンカウンタであり得る。その最上位8ビットは、積分器出力信号Duty[7:0]として受け取られる。積分器5の出力信号Duty[7:0]はバス6上に生成され、バス6は、Duty[7:0]を受け取るように結合された入力を有する随意的なデジタル補間回路7を含む「補間及びPWM生成器回路」15の入力に接続される。補間及びPWM生成器回路15は、要求されたデューティサイクルを有するPWM入力信号PWMINを、PWMINとは異なる周波数を有するがPWMINと正確に同じデューティサイクルを有するPWM出力信号PWMOUTに変換する、単一の回路であると考えられ得る。 In the example of FIG. 1, the integrator 5 can be a 22-bit up / down counter. The eight most significant bits are received as the integrator output signal Duty [7: 0]. The output signal Duty [7: 0] of integrator 5 is generated on bus 6, which includes an optional digital interpolator 7 having an input coupled to receive Duty [7: 0]. Interpolation and PWM generator circuit "15. Interpolation and PWM generator circuit 15, a PWM input signal PWM IN having the required duty cycle has the different frequencies into a PWM output signal PWM OUT having exactly the same duty cycle and PWM IN A PWM IN , Can be considered a single circuit.

補間回路7は、5ビットのデジタル出力信号GenDuty[5:0]をデジタルバス8上に生成する。また、補間及びPWM生成器回路15は、補間されたデューティサイクル信号GenDuty[5:0]を受け取るようにデジタルバス8に接続された入力を有する従来のPWM生成器9を含む。応答して、PWM生成器9は、デジタルバス10上にPWMOUTを生成し、デルタ回路3の(−)入力にPWMOUTをフィードバックし、それによって、事実上、調整可能な時定数又はコーナー周波数を有する、負のデジタルフィードバックループを形成する。この例では、バス8上の信号GenDuty[5:0]は、バス6上のデューティサイクル分解能信号Duty[7:0]よりビット数が2少なく、余剰の2ビットは、増加されたデューティサイクル分解能を達成するための補間のために用いられる。また、デジタルバス10は、従来のモータ駆動回路11の入力に接続され、モータ駆動回路11の出力は電気モータ12を制御する。なお、出力周波数は、PWM制御回路1が用いられるシステムの要件に従った固定点に設計され、PWM入力周波数はPWM出力周波数より下又は上のいずれでもあり得るが、出力デューティサイクルは入力デューティサイクルに正確に等しく保たれることに留意されたい。 The interpolation circuit 7 generates a 5-bit digital output signal GenDuty [5: 0] on the digital bus 8. Also, the interpolation and PWM generator circuit 15 includes a conventional PWM generator 9 having an input connected to the digital bus 8 to receive the interpolated duty cycle signal GenDuty [5: 0]. In response, the PWM generator 9 generates a PWM OUT on the digital bus 10 and feeds back the PWM OUT to the (-) input of the delta circuit 3, thereby effectively adjusting the time constant or corner frequency. To form a negative digital feedback loop. In this example, the signal GenDuty [5: 0] on the bus 8 has two less bits than the duty cycle resolution signal Duty [7: 0] on the bus 6, and the extra two bits are the increased duty cycle resolution. Is used for interpolation to achieve The digital bus 10 is connected to an input of a conventional motor drive circuit 11, and an output of the motor drive circuit 11 controls an electric motor 12. Note that the output frequency is designed at a fixed point according to the requirements of the system in which the PWM control circuit 1 is used, and the PWM input frequency can be either lower or higher than the PWM output frequency, but the output duty cycle is equal to the input duty cycle. Note that is kept exactly equal to

信号Duty[7:0]は、アップ/ダウンカウンタ5の22ビット出力から、任意の特定の時点で抽出され、PWMIN、のデューティサイクルを表す。信号GenDuty[5:0]は、その時点におけるPWMOUTのデューティサイクルを表し、制御する。PWMINとPWMOUTとの間のデューティサイクルの差は、デルタ回路3によって特定され、事実上デューティサイクル差がある場合、上述の増分信号INC又は減分信号DECのいずれかに変換される。(確率論によって特定される手法において、PWMINとPWMOUTとの間の差はPWMINとPWMOUTとの間のデューティサイクル差に関連する。基本的な考え方は、デルタ回路3の出力によって表されるデューティサイクル差が無作為にサンプリングされるとき、「1」がサンプリングされる可能性は、PWMINのデューティサイクルと同じであるということである。相関のない2つの信号が無作為にサンプリングされる場合、これら2つの信号の無作為のサンプリングが続くとすると、確率差はデューティサイクル差と同じである。) The signal Duty [7: 0] is extracted from the 22-bit output of the up / down counter 5 at any particular point in time and represents the duty cycle of PWM IN . Signals GenDuty [5: 0] represent and control the duty cycle of PWM OUT at that time. The duty cycle difference between PWM IN and PWM OUT is determined by the delta circuit 3, and if there is a practical duty cycle difference, it is converted to either the above-described increment signal INC or the decrement signal DEC. (In a manner specified by probabilistic table by relating the duty cycle difference. The basic idea is, the output of the delta circuit 3 during difference between PWM IN and PWM OUT between the PWM IN and PWM OUT When the duty cycle difference to be sampled is randomly sampled, the likelihood that a "1" will be sampled is that it is the same as the duty cycle of PWM IN . If, then, if random sampling of these two signals continues, the probability difference is the same as the duty cycle difference.)

このように、PWM入力デューティサイクルがPWM出力デューティサイクルより大きい任意の時間インターバルの間、増分(+1)信号の数は、減分(−1)信号の数を超え、その結果、積分器(アップ/ダウンカウンタ)5の出力は増加し続ける。反対に、PWM入力デューティサイクルがPWM出力デューティサイクルより小さい任意のインターバルの間、増分信号の数は、減分信号の数より少なく、その結果、アップ/ダウン積分器カウンタ5の出力は減少し続ける。PWMINのデューティサイクルがPWMOUTのデューティサイクルに等しい任意のインターバルの間、増分信号の数は、減分信号の数に等しくなり、そのため積分器5の出力は変化しない。PWMINとPWMOUTが、適切に長い時間インターバルに亘って同じデューティサイクルであるが異なる周波数を有する場合、その時間インターバルに亘って増分パルスの数と減分パルスの数が等しくなり、PWMIN及びPWMOUTのデューティサイクルは「平衡されている」とみなされる。 Thus, during any time interval when the PWM input duty cycle is greater than the PWM output duty cycle, the number of increment (+1) signals will exceed the number of decrement (-1) signals, resulting in an integrator (up) / Down counter) 5 continues to increase. Conversely, during any interval in which the PWM input duty cycle is less than the PWM output duty cycle, the number of increment signals is less than the number of decrement signals, so that the output of up / down integrator counter 5 continues to decrease. . During any interval where the duty cycle of PWM IN is equal to the duty cycle of PWM OUT , the number of incremental signals will be equal to the number of decrement signals, so that the output of integrator 5 will not change. If PWM IN and PWM OUT have the same duty cycle but a different frequency over a suitably long time interval, then over that time interval the number of incrementing and decrementing pulses will be equal, and PWM IN and PWM IN will be equal. The duty cycle of PWM OUT is considered "balanced".

フィードバックループが設定されると、即ち、入力PWM信号と出力PWM信号との間にデューティサイクル差がないとき、アップ/ダウンカウンタ5により生成された「抽出された」出力値Duty[7:0]は、PWM入力信号のデューティサイクルを表す。また、信号Duty[7:0]は、補間された出力信号GenDuty[5:0]をPWMOUT信号に変換するPWM生成器9のための制御信号でもある。入力及び出力PWM信号は同じデューティサイクルを有し、8ビットDuty信号Duty[7:0]は出力デューティサイクルを制御するため、Duty[7:0]は、PWM制御回路1の要求された入力デューティサイクル及び出力デューティサイクルの両方を表す。フィードバックループは、緊密に平衡されたPWMIN及びPWMOUTのデューティサイクルを保つように動作する。即ち、フィードバックループが「飽和される」とき、PWMIN及びPWMOUTのデューティサイクル間で所望の平衡又は均衡が達成されている。 When the feedback loop is set, ie, when there is no duty cycle difference between the input PWM signal and the output PWM signal, the “extracted” output value Duty [7: 0] generated by the up / down counter 5. Represents the duty cycle of the PWM input signal. The signal Duty [7: 0] is also a control signal for the PWM generator 9 that converts the interpolated output signal GenDuty [5: 0] to a PWMOUT signal. The input and output PWM signals have the same duty cycle, and since the 8-bit duty signal Duty [7: 0] controls the output duty cycle, Duty [7: 0] is the required input duty of the PWM control circuit 1. It represents both the cycle and the output duty cycle. The feedback loop operates to keep the duty cycle of PWM IN and PWM OUT tightly balanced. That is, when the feedback loop is "saturated", the desired balance or balance has been achieved between the PWM IN and PWM OUT duty cycles.

なお、図1の補間回路7は、常に必要であるわけではないが、PWMOUTのデューティサイクル分解能を増加させるために用いられ得ることを理解すべきである。幾つかの例では、アップ/ダウンカウンタ5の出力がPWM生成器9の入力に直接的にフィードされてもよい(そして負のフィードバックループのフィルタリングも有益のままであろう)。 It should be understood that the interpolator 7 of FIG. 1 may, but need not always, be used to increase the duty cycle resolution of PWM OUT . In some examples, the output of up / down counter 5 may be fed directly to the input of PWM generator 9 (and filtering of the negative feedback loop may still be beneficial).

PWMOUTのデューティサイクルの伝送関数は下記の式で表され得る。
H(s)={A・A・(1/s)}/[1+{A・A・(1/s)}]
=1/[1+{s/(A・A)}]
この式は、PWMINとPWMOUTのデューティサイクル間の差又は不一致が、サンプリングゲイン係数Aで積分されることを示している。サンプリングゲイン係数Aは、PWMINの周波数とは相関していないサンプリングクロック周波数fsysを制御することによって調整され得る。積分器(アップ/ダウンカウンタ)5の22ビット出力の8MSBビットを用いることは、アップ/ダウンカウンタ出力を別のゲイン係数Aで除することと等価である。上述のデューティサイクル不一致伝送関数は、負のフィードバックループが一次ローパスシステムであることを示す。項1/sは、積分器5の伝送関数である。ゲイン係数Aを調整することは、応答時間を変更し得、したがって、デューティサイクル不一致伝送関数に関連づけられるコーナー周波数を変更し得る。
The transfer function of the duty cycle of PWM OUT can be expressed by the following equation.
H (s) = {A 1 · A 2 · (1 / s)} / [1+ {A 1 · A 2 · (1 / s)}]
= 1 / [1+ {s / (A 1 · A 2 )}]
This equation, the difference or mismatch between the duty cycle of the PWM IN and PWM OUT have shown that it is integrated by the sampling gain factor A 1. The sampling gain factor A 1 can be adjusted by controlling the sampling clock frequency f sys , which is not correlated with the frequency of PWM IN . Integrator using a 8MSB bit 22-bit output of the (up / down counter) 5 is equivalent to dividing the up / down counter output on another gain factor A 2. The duty cycle mismatch transfer function described above indicates that the negative feedback loop is a first order low pass system. The term 1 / s is a transfer function of the integrator 5. Adjusting the gain factor A 2 is obtained by changing the response time and thus, may alter the corner frequency associated with the duty cycle mismatch transmission function.

アップ/ダウン積分器カウンタ出力のビットの数22に対する「抽出された」積分器出力ビットの数8の比は、ゲイン係数Aに等しい。Aは、例えば、アップ/ダウンカウンタを20ビットカウンタとして提供し、更に、PWMINのデューティサイクルを表すために8MSPビットを抽出することによって、調整され得る。これは、上述の伝送関数の時定数を低減するであろう。項A×Aは、フィードバックループの時定数を制御し、従って、ローパスフィルタリング関数のコーナー周波数も制御する。サンプリングゲイン係数Aは、システムクロック周波数fsysによって制御される。 The ratio of the up / down integrator counter "extracted" with respect to the output of the number of bits 22 integrator output number of bits 8 is equal to the gain factor A 2. A 2 is, for example, to provide an up / down counter as a 20-bit counter, further by extracting 8MSP bits to represent the duty cycle of the PWM IN, it may be adjusted. This will reduce the time constant of the transfer function described above. The term A 1 × A 2 controls the time constant of the feedback loop and thus also the corner frequency of the low-pass filtering function. Sampling gain factor A 1 is controlled by the system clock frequency f sys.

図2は、アップ/ダウンカウンタ5によって生成される、PWMIN、PWMOUT、及び22ビット出力の波形を含む。PWMIN波形は相対的に低い周波数を有し、PWMOUT波形は実質的に一層高い周波数を有し、また、PWMINのューティサイクルとの「平衡されて」いないデューティサイクルを有する。図2の例から、アップ/ダウンカウンタ5の出力の値は、そのサイクルの初めと終わりにおいて22ビット積分器/カウンタ5の出力値を比較することによって、PWMINの1サイクルの後、減少したことがわかる。積分器/カウンタ出力値は、それが、均衡値に到達し、PWMIN及びPWMOUTのデューティサイクルを効果的に平滑化する又は等しくさせるまで減少し続ける。 FIG. 2 includes the waveforms of PWM IN , PWM OUT , and the 22-bit output generated by the up / down counter 5. The PWM IN waveform has a relatively low frequency, the PWM OUT waveform has a substantially higher frequency, and has a duty cycle that is "unbalanced" with the PWM IN duty cycle. From the example of FIG. 2, the value of the output of the up / down counter 5 has decreased after one cycle of PWM IN by comparing the output value of the 22-bit integrator / counter 5 at the beginning and end of the cycle. You can see that. The integrator / counter output value continues to decrease until it reaches a balanced value, effectively smoothing or equalizing the duty cycle of PWM IN and PWM OUT .

これは、上述した、PWMIN及びPWMOUTのデューティサイクルの差に起因する、駆動されるモータの大きく急激な加速及び/又は減速の問題を実質的に解消し、従って、関連する、モータの減速に関連付られるエネルギーを電源システムにダンプする問題、及び電源電圧における潜在的に有害なスパイクをもたらす問題も解消する。 This substantially eliminates the problem of large and sharp acceleration and / or deceleration of the driven motor due to the difference between the duty cycles of PWM IN and PWM OUT described above, and thus the associated motor deceleration. the problem of dumping the energy is associates to the power supply system, and also to solve problems that result in potentially harmful spikes in the supply voltage.

図3は、信号「PWMINデューティサイクル」、「PWMOUTデューティサイクル」、及び積分器出力Duty[7:0]の波形を示す。「A」で示される時間におけるPWMINの急峻なステップ増加が、PWMINのデューティサイクルを表す信号「PWMINデューティサイクル」におけるステップ応答を生成する。この「PWMINデューティサイクル」のステップ応答は、アップ/ダウンカウンタ5の計数に対応し、「PWMOUT」のデューティサイクルを表す「PWMOUTデューティサイクル」波形を生成させる。制限された分解能にため、即ち、「PWMOUTデューティサイクル」を調整するために用いられ得るビット数が制限されているため、「PWMOUTデューティサイクル」波形は、小ステップ増加のシーケンスとして現れ、典型的なRC(レジスタ−キャパシタ)回路の応答のものと類似する外観を有する。そのため、「PWMOUTデューティサイクル」波形は、特性時定数、及び対応するコーナー周波数を有するRC回路応答に類似する方式で「PWMINデューティサイクル」波形に従う。即ち、信号「PWMINデューティサイクル」がフィルタリングされ、関連付けられる時定数が計算され得る。更に、時定数及びコーナー周波数は、上述のように、回路パラメータを変更することによって、調整又はプログラミングされ得る。 FIG. 3 shows waveforms of the signals “PWM IN duty cycle”, “PWM OUT duty cycle”, and the integrator output Duty [7: 0]. Abrupt steps increase in PWM IN at time indicated by "A", to generate a step response of the signal "PWM IN duty cycle" which represents the duty cycle of the PWM IN. The step response of the "PWM IN duty cycle" corresponds to the count of the up / down counter 5, to produce a "PWM OUT duty cycle" waveform representing the duty cycle of the "PWM OUT". For the limited resolution, i.e., the number of bits that may be used to adjust the "PWM OUT duty cycle" is limited, "PWM OUT Duty Cycle" waveform appears as a sequence of increasing small step, typically It has an appearance similar to that of a typical RC (register-capacitor) circuit response. As such, the "PWM OUT duty cycle" waveform follows the "PWM IN duty cycle" waveform in a manner similar to RC circuit response with characteristic time constants and corresponding corner frequencies. That is, the signal "PWM IN Duty Cycle" can be filtered and the associated time constant calculated. Further, the time constant and corner frequency can be adjusted or programmed by changing circuit parameters, as described above.

ローパスフィルタリングは、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路1の上述した負のデジタルフィードバックループの動作により達成される。このループは、フィルタリングの多くに貢献する積分器/カウンタ5を含む。Duty[7:0]波形及び「PWMOUTデューティサイクル」波形の応答により示される特性は、関連付られる時定数及びコーナー周波数を有し、それらは、種々のモータを駆動するために適するように調整又はプログラミングされ得る。プログラム可能なローパスフィルタリング関数は、急激な減速又は任意の特定のブレーキングを防止するように、およびそれにより、電気モータの機械的エネルギーの、電源へ急速にダンプされる電気的エネルギーへの変換を防止するように、設定され得る。 Low-pass filtering is achieved by the operation of the aforementioned negative digital feedback loop of the PWM duty cycle synthesizer circuit 1. This loop includes an integrator / counter 5 that contributes much of the filtering. Duty [7: 0] characteristic indicated by the response waveform and "PWM OUT duty cycle" waveform has a constant and corner frequency when used associates, they are to be suitable for driving the various motors It can be adjusted or programmed. The programmable low-pass filtering function prevents the sudden deceleration or any particular braking, and thereby converts the mechanical energy of the electric motor into electrical energy that is quickly dumped to the power supply. It can be set to prevent.

後述する図4A、図4B、図5、及び図6は、先行技術のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路に用いられており、図1に示す種々のブロックを実装するために用いられ得る、既知の回路要素の詳細を示す。図4Aを参照すると、デルタ回路3のシンプルな従来の実装が示されており、デルタ回路3は、PWMOUTを受け取るように接続された入力を有するインバータ22を含む。インバータ22の出力は、ANDゲート23の一方の入力に接続され、ANDゲート23の出力は増分導体4Aに接続される。ANDゲート23の他方の入力は、PWMINを受け取るように接続される。別のインバータ24が、PWMINを受け取るように接続された入力、及びANDゲート25の一方の入力に接続された出力を有する。ANDゲート25の別の入力は、PWM0UTを受け取るように接続され、ANDゲート25の出力は減分導体4Bに接続される。 FIGS. 4A, 4B, 5 and 6 described below are used in prior art PWM duty cycle synthesizer circuits and known circuit elements that can be used to implement the various blocks shown in FIG. The details are shown below. Referring to FIG. 4A, a simple conventional implementation of delta circuit 3 is shown, which includes an inverter 22 having an input connected to receive PWM OUT . The output of inverter 22 is connected to one input of AND gate 23, and the output of AND gate 23 is connected to increment conductor 4A. The other input of AND gate 23 is connected to receive PWM IN . Another inverter 24 has an input connected to receive PWM IN , and an output connected to one input of AND gate 25. Another input of AND gate 25 is connected to receive the PWM 0UT, and the output of AND gate 25 is connected to decrement conductor 4B.

また、図4Aは積分器5を含み、積分器5は、上述したようにアップ/ダウンカウンタであり得るか、又はアナログ積分器であり得る。図4Bは、積分器5の実装として用いられ得る従来のアップ/ダウンカウンタ5Aを示す。アップ/ダウンカウンタ5Aの増分入力INCが、ANDゲート23により導体4A上に生成された増分信号を受け取るように接続され、アップ/ダウンカウンタ5Aの減分入力DECが、ANDゲート25により導体4B上に生成された減分信号を受け取るように接続される。   FIG. 4A also includes an integrator 5, which may be an up / down counter as described above, or an analog integrator. FIG. 4B shows a conventional up / down counter 5A that can be used as an implementation of the integrator 5. The increment input INC of the up / down counter 5A is connected to receive the increment signal generated on conductor 4A by AND gate 23, and the decrement input DEC of up / down counter 5A is connected on conductor 4B by AND gate 25. Is connected to receive the generated decrement signal.

図5は、図1の補間及びPWM生成器回路15の一実装のブロック図を示し、補間及びPWM生成器回路15は、周波数fsysを有する導体17上のシステム基準クロックによってクロックされる従来のPWM生成器回路9を含む。従来のPWM生成器回路9Aにより生成されたデジタル出力信号は、デジタルバス18上に生成され、同じ周波数を有するが異なるデューティサイクル範囲を有する多数のPWM信号を含む。バス18上の信号は内部信号である。図5の導体10上の信号は、図1のPWMOUTと同じであり、図1のデルタ回路3の(−)入力にフィードバックされ得る。バス18は、従来のマルチプレクサであり得る出力マルチプレクサ20の入力の一セットに結合される。また。図5の補間器及びPWM生成器回路15は、図6に示すように補間器7Aを含む。 FIG. 5 shows a block diagram of one implementation of the interpolation and PWM generator circuit 15 of FIG. 1, wherein the interpolation and PWM generator circuit 15 is a conventional circuit clocked by a system reference clock on a conductor 17 having a frequency f sys . It includes a PWM generator circuit 9. The digital output signal generated by the conventional PWM generator circuit 9A is generated on the digital bus 18 and includes a number of PWM signals having the same frequency but different duty cycle ranges. The signals on bus 18 are internal signals. The signal on conductor 10 of FIG. 5 is the same as PWM OUT of FIG. 1 and can be fed back to the (-) input of delta circuit 3 of FIG. Bus 18 is coupled to a set of inputs of output multiplexer 20, which may be a conventional multiplexer. Also. The interpolator and PWM generator circuit 15 of FIG. 5 includes an interpolator 7A as shown in FIG.

バス6上のDuty[7:0]信号は、PWM生成器9Aによりバス10上に生成されたPWMOUT信号、及び出力マルチプレクサ20により導体10上に生成されたPWM信号の種々の異なるデューティサイクルを制御する。補間器7Aの入力が、アップ/ダウンカウンタ5からのバス6上のDuty[7:0]の2ビット[1:0]を受け取り、Duty[7:0]の他のビット[7:2]は、内部バス18上に生成される異なるデューティサイクルを有するPWM信号を特定するために、PWM生成器9Aへの入力として提供される。補間器7Aは、バス18上の異なるデューティサイクルPWM信号のどれが導体10に多重化されるかを制御する。フィードバックループが安定しているとき、PWMOUTのデューティサイクルは、PWMINのデューティサイクルと正確に同じになる。補間器7Aの出力は、バス19上のデジタル信号「PWM生成器アドレス」であり、バス19は出力マルチプレクサ20のチャネルセレクタ入力に接続される。そのため、補間器7Aは、デジタルバス18上にPWM生成器9Aにより生成される、同じ周波数を有するが僅かに異なるデューティサイクルを有するPWM信号の所望のパターンを選択するための選択コードを生成する。バス10上に生成されるマルチプレクサ20の出力はPWMOUTである。図5の回路要素15は、8ビットデューティサイクル情報Duty[7:0]を、PWMOUTのための、フィルタリングされた又は平滑化されたデューティサイクルに変換し得る。 The Duty [7: 0] signals on bus 6 represent various different duty cycles of the PWM OUT signal generated on bus 10 by PWM generator 9A and the PWM signal generated on conductor 10 by output multiplexer 20. Control. The input of the interpolator 7A receives the two bits [1: 0] of Duty [7: 0] on the bus 6 from the up / down counter 5 and the other bits [7: 2] of Duty [7: 0]. Is provided as an input to the PWM generator 9A to identify PWM signals having different duty cycles generated on the internal bus 18. Interpolator 7A controls which of the different duty cycle PWM signals on bus 18 are multiplexed onto conductor 10. When the feedback loop is stable, the duty cycle of PWM OUT will be exactly the same as the duty cycle of PWM IN . The output of interpolator 7A is a digital signal "PWM generator address" on bus 19, which is connected to the channel selector input of output multiplexer 20. Thus, the interpolator 7A generates a selection code on the digital bus 18 to select the desired pattern of PWM signals having the same frequency but slightly different duty cycles, generated by the PWM generator 9A. The output of multiplexer 20 generated on bus 10 is PWM OUT . Circuitry 15 of FIG. 5 may convert the 8-bit duty cycle information Duty [7: 0] into a filtered or smoothed duty cycle for PWM OUT .

図6において、補間器回路7Aは特定の例のための本発明の一例に含まれており、この例において、PWM制御回路1が、たまたまPWMデューティサイクル分解能の5ビットのみをサポートすることが可能な特定のSOC(システムオンチップ)集積回路に含まれる。図6の設計は、正のサイクル時間を計数するためにカウンタを用いてPWMOUTを生成する、別の従来の手法を提供する。図6は、図5の補間器7Aの既知の実装のブロック図を示す。補間器7Aは、2ビット補間マルチプレクサ28、及び補間パターン状態機械29を含む。7ビット信号「要求されたPWMデューティサイクル[6:0]」が、デジタルバス6(図1)上に生成され、補間パターン状態機械29の2つの入力に結合される。具体的には、デジタルバス6上に存在するデジタルワードの最上位MSBビット[6:2]は、5つのバス導体27上の5ビット信号「PWM Address Low」として、補間マルチプレクサ28の第1の入力チャネルに提示され、バス6上のデジタルワードの同じビットは加算器30に提示される。加算器30は、付加ビットをPWM Address Lowに加算することによって、入力PWMアドレスの「1ビット高い」アドレスを生成して、補間マルチプレクサ28の別の入力チャネル上に5ビット信号「PWM Address High」を生成する。より具体的には、バス6上のデジタルワードの最下位2LSBビット[1:0]が、補間パターン状態機械29の2つの入力に印加される。補間パターン状態機械29は、補間マルチプレクサ28のチャネル選択入力に1ビット入力を生成して、デジタルバス19上に5ビットPWM生成器アドレス信号又はコードとしてPWM Address Low又はPWM Address Highの所定の連続パターンを生成させるようにする。 In FIG. 6, an interpolator circuit 7A is included in an example of the present invention for a particular example, in which the PWM control circuit 1 happens to support only 5 bits of PWM duty cycle resolution. Included in any particular SOC (system-on-chip) integrated circuit. The design of FIG. 6 provides another conventional approach to generating PWM OUT using a counter to count positive cycle times. FIG. 6 shows a block diagram of a known implementation of the interpolator 7A of FIG. Interpolator 7A includes a 2-bit interpolation multiplexer 28 and an interpolation pattern state machine 29. A 7-bit signal “required PWM duty cycle [6: 0]” is generated on digital bus 6 (FIG. 1) and coupled to two inputs of interpolation pattern state machine 29. Specifically, the most significant MSB bits [6: 2] of the digital word present on the digital bus 6 are the first bits of the interpolation multiplexer 28 as a 5-bit signal “PWM Address Low” on the five bus conductors 27. The same bits of the digital word presented on the input channel on bus 6 are presented to adder 30. The adder 30 adds the additional bit to the PWM Address Low to generate a “one bit higher” address of the input PWM address, and outputs a 5-bit signal “PWM Address High” on another input channel of the interpolation multiplexer 28. Generate More specifically, the least significant 2 LSB bits [1: 0] of the digital word on bus 6 are applied to two inputs of interpolation pattern state machine 29. Interpolation pattern state machine 29 generates a 1-bit input at the channel select input of interpolation multiplexer 28 to provide a predetermined continuous pattern of PWM Address Low or PWM Address High as a 5-bit PWM generator address signal or code on digital bus 19. Is generated.

図6の補間器回路要素7Aは、このようにして、「要求されたPWMデューティサイクル」の7MSBビットを受け取る。異なるマルチプレクサチャネル入力間の、即ち、「PWM Address Low」及び「PWM Address High」の間の選択又は切り替えを行なうために、固定された補間パターン状態機械29が用いられる。これは、5ビットデューティサイクル分解能を(2ビット分)、7ビットのPWMデューティサイクル分解能に効果的に拡張する。PWM生成器9Aは出力マルチプレクサ20と共に、周波数fPWMと、システムクロック信号周波数fsys及び出力PWM周波数fPWM間の周波数スパンにより制限されるデューティサイクル分解能とを有するPWM生成器アドレス出力信号を提供する。補間器7A及び出力マルチプレクサ20は、PWM生成器アドレス入力を補間することによって、デューティサイクル分解能を増加するように動作する。図6の補間器回路要素7Aは、バス6上のPWMデューティサイクル信号[6:0]によって選択可能な32個の候補となる信号のすべてを選択し、補間マルチプレクサ28を用いてPWM生成器アドレスをバス19上に生成する。 Interpolator circuit element 7A of FIG. 6 thus receives the 7 MSB bits of the "required PWM duty cycle". A fixed interpolation pattern state machine 29 is used to select or switch between the different multiplexer channel inputs, ie, between "PWM Address Low" and "PWM Address High". This effectively extends the 5-bit duty cycle resolution (2 bits) to a 7-bit PWM duty cycle resolution. PWM generator 9A together with output multiplexer 20 provides a frequency f PWM, a PWM generator address output signal having a duty cycle resolution is limited by the frequency span between the system clock signal frequency f sys and output PWM frequency f PWM . Interpolator 7A and output multiplexer 20 operate to increase duty cycle resolution by interpolating the PWM generator address input. The interpolator circuit element 7A of FIG. 6 selects all of the 32 candidate signals selectable by the PWM duty cycle signal [6: 0] on the bus 6 and uses the interpolation multiplexer 28 to output the PWM generator address. Is generated on the bus 19.

補間のない従来のPWM生成器では、所与のPWMデューティサイクルのためのMUX入力に対し1つチャネルのみ選択される。より高いデューティサイクル分解能を得るために、図5の補間器7Aは、インターリーブパターンで2つの隣接するチャネルを選択する機能を提供するように設計される。これらのパターンは、所望の一層高い平均デューティサイクル分解能、即ち、一層小さいデューティサイクルステップを有するデューティサイクル分解能、を達成するように設計される。   In a conventional PWM generator without interpolation, only one channel is selected for the MUX input for a given PWM duty cycle. To obtain higher duty cycle resolution, the interpolator 7A of FIG. 5 is designed to provide the function of selecting two adjacent channels in an interleaved pattern. These patterns are designed to achieve the desired higher average duty cycle resolution, ie, duty cycle resolution with smaller duty cycle steps.

図7は、図1の従来のPWM生成器9の簡略化されたブロック図を示す。図7のPWM生成器9は、導体10上のPWMOUTを受け取るアナログランプ生成器33を含む。PWMOUTに応答してランプ生成器33により生成された出力信号VRAMPのデジタル表現が6ビットバス35上に提供され、それはデジタルコンパレータ37の入力に提供される。デジタルコンパレータ37の他方の入力は、バス8上の6ビットデューティサイクル信号GenDuty[5:0]を受け取り、この信号は、図1では、所望のPWM出力信号PWMOUTの所望のデューティサイクルの補間された表現である。デジタルコンパレータ37は、所望のPWM出力信号PWMOUTを生成する。 FIG. 7 shows a simplified block diagram of the conventional PWM generator 9 of FIG. The PWM generator 9 of FIG. 7 includes an analog ramp generator 33 that receives the PWM OUT on conductor 10. A digital representation of the output signal VRAMP generated by the ramp generator 33 in response to PWM OUT is provided on a 6-bit bus 35, which is provided to an input of a digital comparator 37. The other input of the digital comparator 37 receives a 6-bit duty cycle signal GenDuty [5: 0] on bus 8, which in FIG. 1 is interpolated for the desired duty cycle of the desired PWM output signal PWM OUT. It is an expression. The digital comparator 37 generates a desired PWM output signal PWM OUT .

上述のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路は、入力周波数を有するPWM入力信号に応答して、入力周波数に依存しない出力周波数を有するPWM出力信号を生成し得る。典型的に、出力周波数は入力周波数より大きい。PWM出力信号は、ユーザのPWM制御信号周波数に依存せずに、例えば、モータ駆動回路を制御するために典型的に用いられる。PWMデューティサイクルシンセサイザは、PWM出力信号のデューティサイクルを、PWM入力信号のデューティサイクルに本質的に等しくさせるように動作する。即ち、PWM入力信号のデューティサイクルを定義するデューティサイクル情報は、PWM出力信号のデューティサイクルをPWM入力信号のデューティサイクルに等しくさせるように、事実上、いかなる分解能の損失もなく転送される。   The PWM duty cycle synthesizer circuit described above may be responsive to a PWM input signal having an input frequency to generate a PWM output signal having an output frequency independent of the input frequency. Typically, the output frequency is higher than the input frequency. The PWM output signal is typically used, for example, to control a motor drive circuit, independent of the user's PWM control signal frequency. The PWM duty cycle synthesizer operates to make the duty cycle of the PWM output signal essentially equal to the duty cycle of the PWM input signal. That is, the duty cycle information defining the duty cycle of the PWM input signal is transferred without any loss of resolution so that the duty cycle of the PWM output signal is equal to the duty cycle of the PWM input signal.

従って、上述のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路は、制御されるモータが、モータの回転において突然急激な減速及び/又は加速を起こすことを防止し得る。これは、PWM入力信号と、PWM入力信号に応答して生成されたPWM出力信号のデューティサイクルとの間のデューティサイクル差に起因する、PWM制御電気モータと電源との間のエネルギーの急激な移動の発生を防止する。上述のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路は、最新の先行技術に比べて、設計の複雑性が一層低く電力消費が一層低い、実質的に一層小型で一層安価な集積回路において実装され得る。   Thus, the PWM duty cycle synthesizer circuit described above may prevent the controlled motor from suddenly decelerating and / or accelerating in the rotation of the motor. This is due to the sudden transfer of energy between the PWM control electric motor and the power supply due to the duty cycle difference between the PWM input signal and the duty cycle of the PWM output signal generated in response to the PWM input signal. To prevent the occurrence of The PWM duty cycle synthesizer circuit described above can be implemented in a substantially smaller and cheaper integrated circuit with lower design complexity and lower power consumption compared to the state of the art.

本発明を幾つかの特定の実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、本発明の真の趣旨及び範囲を逸脱することなく、本発明の説明した実施形態に種々の変更が可能であろう。特許請求の範囲に記載されたものとわずかに異なるが、特許請求の範囲に記載されたものと同じ結果を達成するため実質的に同じ方法で、それぞれ、同じ機能を実質的に実行する要素又は工程は全て本発明の範囲に包含されることを意図している。例えば、デルタ回路3、積分器5、及びPWM生成器9のアナログ実装が用いられてもよい。なお、開示されたANDゲートは、論理「AND」機能を実行し得る論理回路要素であればいかなる種類の論理回路要素によって実装されてもよいことに留意するべきである。   Although the present invention has been described with reference to certain specific embodiments, those skilled in the art will appreciate that various modifications can be made to the described embodiments of the invention without departing from the true spirit and scope of the invention. Would be possible. Elements or elements that perform slightly the same function, respectively, but slightly different from those described in the claims, but in substantially the same way to achieve the same results as those described in the claims. All steps are intended to be included within the scope of the present invention. For example, an analog implementation of delta circuit 3, integrator 5, and PWM generator 9 may be used. It should be noted that the disclosed AND gate may be implemented by any type of logic circuit element that can perform a logical "AND" function.

Claims (14)

入力周波数を有するPWM(パルス幅変調)入力信号に応答して出力周波数を有するPWM出力信号を生成するPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記PWM入力信号の値が前記PWM出力信号の対応する値を超える場合に増分信号を生成し、前記PWM入力信号の前記値が前記PWM出力信号の前記対応する値より小さい場合に減分信号を生成する信号比較回路と、
前記PWM入力信号のデューティサイクルを表す第1のデューティサイクル信号を生成する積分回路であって、前記信号比較回路により生成される各増分信号に応答して前記第1のデューティサイクル信号の値を増加させ、前記信号比較回路により生成される各減分信号に応答して前記第1のデューティサイクル信号の値を減少させる、前記積分回路と、
前記第1のデューティサイクル信号に応答して前記PWM出力信号を生成するPWM信号生成器回路であって、平均されたデューティサイクルを提供するために、周波数が等しく異なるデューティサイクルを有する複数のPWM信号を生成するPWM生成器と、要求されるPWMデューティサイクルに従って前記複数のPWM信号の所定のパターンを選択する補間回路要素とを含み、前記PWM出力信号が前記PWM入力信号のデューティサイクルに実質的に等しいデューティサイクルを有する、前記PWM信号生成器回路と、
を含む、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
A PWM duty cycle synthesizer circuit for generating a PWM output signal having an output frequency in response to a PWM (pulse width modulation) input signal having an input frequency, comprising:
An increment signal is generated if the value of the PWM input signal exceeds a corresponding value of the PWM output signal, and a decrement signal is generated if the value of the PWM input signal is less than the corresponding value of the PWM output signal. A signal comparison circuit to generate;
An integrator circuit for generating a first duty cycle signal representative of a duty cycle of the PWM input signal, wherein the value of the first duty cycle signal is increased in response to each increment signal generated by the signal comparison circuit. An integrator circuit for reducing the value of the first duty cycle signal in response to each decrement signal generated by the signal comparison circuit;
A PWM signal generator circuit for generating the PWM output signal in response to the first duty cycle signal, the plurality of PWM signals having equal duty cycles and different duty cycles to provide an averaged duty cycle. And a interpolator element for selecting a predetermined pattern of the plurality of PWM signals according to a required PWM duty cycle, wherein the PWM output signal substantially corresponds to the duty cycle of the PWM input signal. Said PWM signal generator circuit having equal duty cycles;
A PWM duty cycle synthesizer circuit.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記出力周波数が前記入力周波数より実質的に大きい、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
A PWM duty cycle synthesizer circuit, wherein the output frequency is substantially greater than the input frequency.
請求項2に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記出力周波数が約20kHz(キロヘルツ)〜約200kHzの範囲であり、前記入力周波数が約2kHz(キロヘルツ)〜約100kHzの範囲である、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
3. The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 2, wherein
A PWM duty cycle synthesizer circuit wherein the output frequency ranges from about 20 kHz (kilohertz) to about 200 kHz and the input frequency ranges from about 2 kHz (kilohertz) to about 100 kHz.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記積分回路が、前記増分信号を受け取るように結合される第1の入力と前記減分信号を受け取るように結合される第2の入力とを有するアップ/ダウンカウンタを含むデジタル回路である、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
PWM, wherein the integration circuit is a digital circuit including an up / down counter having a first input coupled to receive the increment signal and a second input coupled to receive the decrement signal. Duty cycle synthesizer circuit.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記PWM出力信号のデューティサイクルが前記PWM入力信号のデューティサイクルに等しい場合に、前記信号比較回路が増分信号又は減分信号のいずれも生成しない、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
A PWM duty cycle synthesizer circuit, wherein the signal comparison circuit does not generate an increment signal or a decrement signal when a duty cycle of the PWM output signal is equal to a duty cycle of the PWM input signal.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記信号比較回路が、前記PWM出力信号を受け取るように結合される入力を有する第1の反転回路と、前記PWM出力信号を受け取るように結合される第1の入力を有する第1の論理AND回路と、前記PWM入力信号を受け取るように結合される入力を有する第2の反転回路と、前記PWM入力信号を受け取るように結合される第1の入力を有する第2の論理AND回路とを含むデジタル回路であり、
前記第1の論理AND回路の第2の入力が前記第2の反転回路の出力に結合され、前記第2の論理AND回路の第2の入力が前記第1の反転回路の出力を受け取るように結合されており、前記第1及び第2の論理AND回路が、それぞれ、前記減分信号と前記増分信号とを生成する、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
A first inverting circuit having an input coupled to receive the PWM output signal, and a first logical AND circuit having a first input coupled to receive the PWM output signal A second inverting circuit having an input coupled to receive the PWM input signal; and a second logical AND circuit having a first input coupled to receive the PWM input signal. Circuit
A second input of the first logical AND circuit is coupled to an output of the second inverting circuit, and a second input of the second logical AND circuit receives an output of the first inverting circuit. A PWM duty cycle synthesizer circuit, wherein the first and second logical AND circuits are coupled to generate the decrement signal and the increment signal, respectively.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記PWM信号生成器回路が、前記PWM出力信号に応答してランプ信号を生成するランプ生成器回路と、前記ランプ信号を前記第1のデューティサイクル信号と比較して前記PWM出力信号が前記第1のデューティサイクル信号により特定されたデューティサイクルを有するようにさせるコンパレータとを含む、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
A ramp generator circuit for generating a ramp signal in response to the PWM output signal; and comparing the ramp signal with the first duty cycle signal to determine whether the PWM output signal is equal to the first duty cycle signal. And a comparator having a duty cycle specified by the duty cycle signal of the PWM duty cycle signal.
請求項7に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記ランプ生成器回路が前記ランプ信号のデジタル表現を生成し、前記コンパレータがデジタルコンパレータである、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 7, wherein:
A PWM duty cycle synthesizer circuit, wherein the ramp generator circuit generates a digital representation of the ramp signal, and wherein the comparator is a digital comparator.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記信号比較回路と前記積分回路と前記PWM信号生成器回路とが、デューティサイクル分解能を損なうことなく前記PWM出力信号のデューティサイクルを前記PWM入力信号のデューティサイクルに等化させるように動作するデジタルフィードバックループを形成する、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
Digital feedback, wherein the signal comparing circuit, the integrating circuit, and the PWM signal generator circuit operate to equalize a duty cycle of the PWM output signal to a duty cycle of the PWM input signal without impairing duty cycle resolution. A PWM duty cycle synthesizer circuit forming a loop.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記補間回路要素が、前記第1のデューティサイクル信号の補間された表現である第2のデューティサイクル信号を生成する、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
A PWM duty cycle synthesizer circuit, wherein the interpolation circuit element generates a second duty cycle signal that is an interpolated representation of the first duty cycle signal.
請求項に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記PWM信号生成器回路が、前記補間回路要素の出力に基づいて前記複数のPWM信号の前記所定のパターンを選択する出力マルチプレクサを更に含む、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1 , wherein:
A PWM duty cycle synthesizer circuit, wherein the PWM signal generator circuit further comprises an output multiplexer that selects the predetermined pattern of the plurality of PWM signals based on an output of the interpolator element.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記PWM出力信号を受け取るように結合される入力と、電気モータを駆動するように結合される出力とを有するモータドライバ回路を更に含む、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
A PWM duty cycle synthesizer circuit further comprising a motor driver circuit having an input coupled to receive the PWM output signal and an output coupled to drive an electric motor.
請求項1に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記補間回路要素が、前記第1のデューティサイクル信号に応答して選択コードを生成し、
前記PWM信号生成器回路が、前記選択コードに応答して前記PWM信号の前記所定のパターンを選択する選択回路を更に含む、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 1, wherein:
The interpolator generates a selection code in response to the first duty cycle signal;
A PWM duty cycle synthesizer circuit, wherein the PWM signal generator circuit further comprises a selection circuit for selecting the predetermined pattern of the PWM signal in response to the selection code.
請求項13に記載のPWMデューティサイクルシンセサイザ回路であって、
前記補間回路要素が、
前記第1のデューティサイクル信号に応答してアドレスロー信号とアドレスハイ信号とを生成するアドレス生成器と、
前記第1のデューティサイクル信号に応答してチャネル選択信号を生成する状態マシーンと、
前記アドレスロー信号と前記アドレスハイ信号と前記チャネル選択信号とに応答してPWM生成器アドレスを前記選択コードとして生成する補間マルチプレクサと、
を含む、PWMデューティサイクルシンセサイザ回路。
14. The PWM duty cycle synthesizer circuit according to claim 13 , wherein:
The interpolation circuit element is:
An address generator for generating an address low signal and an address high signal in response to the first duty cycle signal;
A state machine for generating a channel select signal in response to the first duty cycle signal;
An interpolation multiplexer that generates a PWM generator address as the selection code in response to the address low signal, the address high signal, and the channel selection signal;
A PWM duty cycle synthesizer circuit.
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