JPH02119410A

JPH02119410A - 高精度５０％デューティサイクル制御装置

Info

Publication number: JPH02119410A
Application number: JP1235484A
Authority: JP
Inventors: Joseph P Farina; ジョセフ　ピー．ファリナ
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1990-05-07
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: CA1292523C; BR8904528A; IL91577A; EP0358518B1; IL91577A0; JP2909490B2; DE68911801T2; DE68911801D1; US4885475A; EP0358518A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光フアイバージャイロスコープの復調回路に
用いる高精度５０％デユーティサイクル制御装置に関す
る。

［従来の技術］近年、機械式ジャイロスコープに代わって、コンパクト
で極めて精度の高い光フアイバージャイロスコープが航
空機又は船舶の航路を決定するためや、回転体の角速度
等を検知する等の目的で広く普及してきた。この光フア
イバージャイロスコープは、例えば半導体レーザ等のレ
ーザ光をドラムに複数回巻いた光フアイバーループによ
って画成された光路内を時計回り及び反時計回りに発振
したとき、仮に光フアイバージャイロがそのファイバー
ループを含む平面内で時計回りに回転すると、光路上の
同一点に到達するまでの時間に差が生じ、両方向の光に
位相差を生じる、所謂、サグチック効果（Ｓａｇｎａｃ
　Ｅｆｆｅｃｔ）を応用している。

この光フアイバージャイロは、一般に光源の強さの変化
を来す直流信号の変化又はバラツキに対する応答感度を
下げるために変調されている。このために、発振され帰
還してきた光により検知される例えば回転体の角速度等
のパラメータ情報を抽出するためには、再び変調された
信号を復調しなければならない。そこで復調回路を必要
とする。

光フアイバージャイロに用いる復調回路においては、一
般に第２高調波信号を含む変調信号のために、ベースバ
ンド復調信号として第２高調波を含まない適当に移相さ
れたチョッパー信号を用いて、不必要な周波数成分を取
り除くことが望まれる。

このような要求に対しては、方形波信号を用いるのが最
適である。

例えば、位相変調器としてセロダインを用いて位相を零
に調整するタイプのせログイン光フアイバージャイロに
おいては、零に調整されるべき信号には、直流信号のバ
ラツキに対する応答感度を下げるため、光フアイバージ
ャイロのループ内に発振される交流搬送波バイアスの持
つ周波数の２倍の周波数の第２高調波が多く含まれてい
る。

このような第２高調波を除くために、従来から要求され
ていたことは、復調器が高精度な５０％デニーティサイ
クルを実現することであり、このため？こ、複雑な周波
数変換回路が用いられていた。この周波数変換特性は、
周波数変換回路からの出力信号の立上り時間及び立下り
時間特性に依存する。

この周波数変換技術は近年かなり向上してきているが、
周波数変換回路網に人力される信号は、その位相を所定
位相に固定しておかなければならず、このため複雑な位
相変換回路を用いて引き出すようにしていた。このよう
な回路は極めて複雑であると共に高価であり、光ファ・
イバーノヤイロ装置全体の構造を複雑化するものであっ
た。

上記の問題に鑑みて、本発明の主な目的は、光フアイバ
ージャイロの復調回路に用いる比較的簡単な回路からな
る高精度な５０％デユーティサイクル制御装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明の高精度５０％デユ
ーティサイクル制御装置においては、台形波信号を供給
するための正弦波信号に応答する増幅器と、一対の等し
い抵抗値のコレクタ回路抵抗を有し且つ供給電圧及び台
形波信号に応答する一対の差動トランジスタとからなり
、この一対のトランジスタの各トランジスタを介して交
互に電流を出力し且つ一対のトランジスタの各コレクタ
電極の出力端子から方形波信号を発生し、且つこの一対
のトランジスタから出力される電流に応答して、供給電
圧をコレクタ回路抵抗値の半分の値で割った値に比例し
て、トランジスタ出力電流を調整するための電流調整器
と、及び前記一対の差動トランジスタの一方のトランジ
スタのコレクタ電圧に応答して、このコレクタから出力
される方形波信号の平均値を零ボルトに調整するために
、対の差動トランジスタの他方のトランジスタのベース
に信号を供給する積分器とから構成された高精度５０％
デユーティサイクル制御装置を提供するものである。

［作用］と記のように構成された高精度５０％デユーティサイク
ル制御装置によると、搬送波周波数よりもかなり小さな
周波数で基準正弦波信号が開ループ演算増幅器に加えら
れる。この演算増幅器は、この正弦波信号に応答して、
高速デバイスである一対の差動トランジスタに台形波信
号を供給するため過励振される。この一対の差動トラン
ジスタは、各トランジスタが交互に切り換わり電流を出
力するように動作するが、この出力電流を電流調整器に
より一定の電流値に調整することにより、一対の差動ト
ランジスタのコレクタ電極の方形波信号のデユーティサ
イクル、即ち衝撃係数が５０％に調整される。この後、
５０％に調整されたデユーティサイクルの方形波は、同
様な第２高調波を有した搬送波を復調するための第２高
調波成分を含まない復調信号として用いられる。

上記の電流調整器は、一対の差動トランジスタに入力さ
れる台形波信号に高速で応答し、各トランジスタから交
互に特定の電流値の出力電流を発生ず乙ように、電流値
制御する。このとき、各トランジスタの交互のスイッチ
ングによって生ずる各トランジスタのコレクタ電圧の上
昇は、各コレクタ回路内に接続された抵抗の抵抗値を適
当に選択することにより、プラス・マイナス全く等しい
電圧値に制御される。

このようにして、最終的に前述の一対の差動トランジス
タの一方のトランジスタのコレクタ出力端子から引き出
される方形波信号の平均値は、積分回路を用いてこのコ
レクタ電圧を積分し且つ５０％デユーティサイクルを得
るため、他方のトランジスタのベースでの閾値を変える
ことによって、零ボルトに調整される。

［実施例］第１図には、本発明に従う５０％デユーティサイクル制
御装置を用いた復調回路１０のブロック図を示す。この
復調回路１０は、光フアイバージャイロからの変調サグ
ナック（Ｓａｇｎａｃ）移相信号に相当するライン１２
に入力される変調信号を復調するために用いられる。通
常、このような変調信号は、光源の強さの変化を来す直
流信号の変化又はバラツキに対する応答感度を下げるた
めに変調されている。このライン１２の変調信号は、ラ
イン１４で純粋なサグナック移相信号として復調され、
増幅器１６で増幅された後、サグナック移相復調信号と
してライン１８から出力されねばならない。

この復調信号は、公知の技術によりサグナック移相を零
にするために用いられる。

本発明に従う復調回路１０は、例えば５００ｋＨｚのジ
ャイロデイザ−周波数より１０ｋＨｚだけ低い選択され
た特定周波数で動作する局部発振器２４から出力された
ライン２２への方形波信号に応答するミキサー２０を有
する。ライン２６に人力される基準信号は、上記の５０
０ｋＨｚのジャイロデイザ−周波数に等しい周波数を有
し且つライン２２の方形波信号と同位相である。この基
準信号は、ライン１２の信号のデイザ−搬送波信号成分
が最終的に引き出されると同様なデイザ−駆動信号源（
図示せず）から出力される。この基準信号は、ミキサー
２８内でライン２２の局部発振器２４からの出力信号と
混合される。

この局部発振器２４は、例えば周波数を半分にする分周
回路からなる。この分周回路は、例えばＤフリップフロ
ップからなり、このＤフリップフロップは、クロック入
力端子で９８０ｋＨｚの人力信号に応答し、そのＤ入力
端子に帰還する否定Ｑ出力端子を有し、且つＱ出力端子
から４９０ｋＨｚの出力信号を発生する。前述のミキサ
ー２０及び２８は、例えば標準ギルバートセルを有する
モトローラ製のパーツＮｏ、　ＭＣ１５９６のような二
重平衡ミキサーを用いるものとする。

ミキサー２８は、ライン２２の信号とライン２６の信号
とを数学的に乗算することにより、広範囲の周波数成分
を含む出力信号をライン３０に出力する。この広範囲の
周波数成分で重要なのは、ライン２２の４９０ｋＨｚ周
波数の信号とライン２６の５００ｋＨｚ周波数の信号と
の間に例えば１０ｋ）ｌｚの差周波数が存在することで
ある。ライン３０の信号を、１０ｋＨｚの差周波数並び
にそれ以下の周波数のみを通過させるローパスフィルタ
と増幅器からなる基準中間周波数増幅器３２を通過させ
ることにより、１０ｋＨｚ相当の周波数の信号がライン
３４に送り込まれる。ライン３４の信号は、デイザ−周
波数に比例した基準レベルの振幅を有する。前記のロー
パスフィルタは、ライン３４に差周波数信号を供給する
ために、ミキサー２８から計測増幅器の二つの差動入力
端子へ供給する電流の経路指定をする一対のＬＣフィル
タからなる。

一方、ミキサー２０は、ライン１２の信号とライン２２
の信号との数学的乗算値を表しているライン３６の信号
を出力する。ライン３６の信号とライン３０の信号との
差は、ライン３６の信号が抽出されるべきパラメータ情
報を含んでいることを意味する。ライン３６の信号に関
しても、ライン３０の信号の処理と同様に、ローパスフ
ィルタを含む中間周波数増幅器３８を通過させ、ライン
１２の信号とライン２２の信号と間の差周波数信号をラ
イン４０に提供する。このライン４０の信号の振幅は、
ライン３４め信号の振幅と同様に、交流搬送波やライン
１２の信号に含まれる伝送情報に比例している。

前記の伝送情報は、再び、ミキサー４２を用いて除去し
なければならないが、このミキサー４２は、ライン４０
の信号のみならず高精度５０％デユーティサイクル制御
装置４６からライン４４に出力された信号に応答して動
作する。ミキサー４２には、例えばシリコニブクス　Ｄ
ＭＯ３ＦＥＴクワッドアナログスイッチアレイ（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎｉｘ　ＤＭＯ３ＦＥＴＱｕａｄ　Ａｎａｉｏｇ
　５ｗ１ｔｃｈ　Ａｒｒａｙ）を用いるものとする。

また、高精度５０％デユーティサイクルの機能は、ライ
ン３４の信号を移相したライン４８の信号を正確な５０
％の衝撃係数の方形波となるように制御Ｖることである
。らし必要ならば、ライン３４の信号を光フアイバージ
ャイロスコープにより方位決定するセンンング区間に存
在する位相のずれを移相回路５０により、元に戻すよう
に位相補正することもできる。

上記のようにして、ライン４０及びライン４４の信号は
、同一周波数で同位相に調整され、低周波のパラメータ
情報を含む直流信号がライン１４に出力される。このパ
ラメータ情報は、光フアイバージャイロにおいては、例
えば低周波角速度情報等に相当する。

第２図は、第１図のブロック図に示す復調回路に用いる
高精度５０％デユーティサイクル制御装置４６の詳細回
路図である。

第２図において、第１図に示したライン４８の信号は、
過励振増幅器５２に出力されている。この増幅器５２に
おいて、立上り区間及び立下り区間を除いた方形波信号
と略等価である台形波信号を発生する。この後、過励振
増幅器５２からの出力信号は、ライン５４を通って、整
合された一対の差動トランジスタ５６及び５８の一方の
トランジスタ５６に供給される。各トランジスタ５６及
び５８は、コレクタ電圧Ｖｃｃにより動作する。このコ
レクタ回路の二つのコレクタ電圧入力端子と一対のトラ
ンジスタ５６及び５８の間には抵抗値２Ｒの高精度抵抗
が各々配設されている。この−対の差動トランジスタは
、高速デバイスであり、台形波信号の立上り及び立下り
区間に対して非常に敏感に応答する。ライン５４からの
規則的な台形波信号に応答してトランジスタ５６がＯＮ
動作又はＯＦＦ動作を交互に繰り返すのに伴い、逆にト
ランジスタ５８は逆の動作、即ちＯＦＦ動作又はＯＮ動
作を繰り返す。この交互に各トランジスタを介して流れ
る電流は、ライン６２を介して電流調整器６０に送られ
る。この電流調整器６０にて、各トランジスタ５６及び
５８からライン６２を介して流れる電流ｉは、高ゲイン
増幅器６６により、接続点６４の電圧が零ボルトとなる
ように調整することにより、Ｖｃｃ／Ｒの値に制御され
、この電流値に制御された電流が一対のトランジスタか
ら形成される二重トランジスタ６８に供給される。

ライン５４からの台形波信号に対して高速に応答するこ
とのできる一対の差動トランジスタの一方のトランジス
タ５６からライン６２へ電流が出力される出力状態から
トランジスタ５８からライン６２へ電流が出力される出
力状態に切り換わるとき生ずる電圧の上昇は、電流調整
器６０内に使用のトランジスタ６８のコレクタ回路の抵
抗値が高精度なＲであるため、２Ｖｃｃとなる。

この結果生ずるコレクタ電極の出力端子からの方形波信
号の平均値は、接続点７０の電圧を積分器７１で積分し
且つ接続点７２の閾値を変えることにより、零ボルトに
調整され、正確な５０％デユーティサイクルを得ること
ができる。上述した高精度５０％デユーティサイクル制
御を可能にする前提として、方形波の振幅レベルが正確
な値で推移し且つ正負両方向において互いに等しい値な
らば、その方形波の平均値が５０％デユーティサイクル
に関しては零であることを条件としている。

［発明の効果］以上のように構成された本発明の光フアイバージャイロ
に用いる復調回路の高精度５０％デユーティサイクル制
御装置は、比較的簡単な回路構成であるにも拘わらず、
高精度な５０％に調整されたデユーティサイクルの方形
波を出力することができので、第２高調波を有した搬送
波を復調するための第２高調波成分を含まない復調信号
として、このｉｌ［度な５０％のデユーティサイクルの
方形波を有効に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の高精度５０％デユーティサイクル制
御装置を用いた高精度復調回路のブロック図であり、第
２図は、本発明に従う高精度５０％デユーティサイクル
制御装置の好適実施例を示した回路図である。１０・・・復調回路、１６・・・増幅器、２０゜２８．
４２・・・ミキサー　２４・・・局部発振器、３２．３
８・・・中間周波数増幅器、４６・・５０％デユーティ
サイクル制御装置、５０・・・移相回路、５２・・・過
励振増幅器、５６．５８・・・差動トランジスタ、６０
・・・電流調整器、６４．７０．７２・・・接続点、６
６・・・高ゲイン増幅器、６８・・・二重トランジスタ
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）台形波信号を供給するための正弦波信号に応答す
る増幅器と、一対の等しい抵抗値のコレクタ回路抵抗を
有し且つ供給電圧及び台形波信号に応答する一対の差動
トランジスタとからなり、この一対のトランジスタの各
トランジスタを介して交互に電流を出力し且つ一対のト
ランジスタの各コレクタ電極の出力端子から方形波信号
を発生し、且つこの一対のトランジスタから出力される
電流に応答して、供給電圧をコレクタ回路抵抗値の半分
の値で割った値に比例して、トランジスタ出力電流を調
整するための電流調整器と、及び前記一対の差動トラン
ジスタの一方のトランジスタのコレクタ電圧に応答して
、このコレクタから出力される方形波信号の平均値を零
ボルトに調整するために、一対の差動トランジスタの他
方のトランジスタのベースに信号を供給する積分器とか
ら構成されたことを特徴とする高精度５０％デューティ
サイクル制御装置。