JPH0260089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、入力信号レベルの時間平均値に対し
てデユーテイ比が正確に50％となるような出力信
号を出力するパルス幅変調回路に関するものであ
る。

従来の技術 従来、簡易なスピーカ駆動回路等にパルス幅変
調回路が使用されている。

第１図はそのようなスピーカ駆動回路の構成の
一例を示すブロツク図である。同図において、
PWMは音声信号ａをパルス幅変調して出力信号
ｂを発生するパルス幅変調回路、DC・SWはパ
ルス幅変調回路の出力信号ｂによつてオン／オフ
されるスイツチを備え、交番駆動電圧ｃをスピー
カSPに供給する直流スイツチである。

第２図は上記スピーカ駆動回路の動作を説明す
るための波形図である。同図において、ａは音声
信号、ｂはパルス幅変調回路の出力信号、ｃは直
流スイツチの出力電圧である。スピーカの振動板
や駆動コイル等の動摩擦抵抗を無視すれば、振動
板の変位は電磁力即ち駆動コイルに流れる電流の
大きさに比例する。一方、駆動コイルに流れる電
流は、そのインダクタンスのため駆動電圧ｃを積
分した値にほぼ等しいものとなる。従つて、スピ
ーカの振動板の変位は、ｄの波形で例示するよう
に駆動電圧ｃを積分したものにほぼ等しくなり、
これはまた音声信号ａとほぼ等しくなる。

上記のスピーカ駆動回路において、スピーカの
振動板の変位の時間平均値は、第２図の波形ｄ中
の一点鎖線で例示するように一般的にはゼロにな
らない。これがゼロでないということはその駆動
コイルに直流電流が流れることを意味するが、こ
の直流電流はスピーカの出力になんら寄与しない
無駄な電流である。駆動コイルに無駄な直流電流
が流れると、その分スピーカ駆動回路の電力効率
が低下する。また、振動板の変位に直流成分が重
畳されていると、非直線歪がその分小さな振幅か
ら生じ始めるという幣害もある。そこで上記のス
ピーカ駆動回路では、音声信号ａの時間平均値に
対するパルス幅変調出力のデユーテイ比（以下
「センター・デユーテイ比」と称する）を50％に
保つことにより、駆動コイルに流れる直流電流を
ゼロにするような配慮がなされている。

しかしながら、パルス幅変調回路は一般に鋸波
発生回路とレベル比較回路とを使用して構成され
るが、これらの回路内の各素子の温度変化や経年
変化等を考慮すると、センター・デユーテイ比を
正確に50％に保持することは相当困難である。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、センター・デ
ユーテイ比を正確に50％に保つことができるパル
ス幅変調回路を提供することにある。

発明の構成 上記目的を達成する本発明は、出力信号の時間
平均値とピーク間レベルの２分の１との差分に比
例する直流電圧レベルを前記50％のセンター・デ
ユーテイ比からのずれの誤差信号として比較回路
や鋸波発生回路に帰還する帰還ループを備えるよ
うに構成されている。

パルス幅変調出力のデユーテイ比は、このパル
ス幅変調出力のパルス幅が入力信号の直流電圧レ
ベルに応じて変化することに伴つて時々刻々変化
するが、センター・デユーテイ比がが50％の値か
らずれない限り、パルス幅変調出力のデユーテイ
比の時間平均値もまた50％でなければならない。
即ち、もしパルス幅変調出力のデユーテイ比の時
間平均値が50％からずれているとすれば、このず
れはセンター・デユーテイ比が50％からずれてい
るということに他ならない。しかも、センター・
デユーテイ比が50％よりも大きい方向にずれれ
ば、パルス幅変調出力のデユーテイ比の時間平均
値も50％よりも大きくなる方向にずれることは明
らかであり、その逆もまた真である。従つて、パ
ルス幅変調出力のデユーテイ比の時間平均値の50
％からのずれを修正することは、センター・デユ
ーテイ比の50％からのずれを修正することに他な
らない。そして本発明においては、パルス幅変調
出力のデユーテイ比50％からのずれの大きさとず
れの方向を出力信号の時間平均値とピーク間レベ
ルの２分の１との差分によつて検出するように構
成されている。

以下、本発明の更に詳細を実施例によつて説明
する。

発明の実施例 第３図は、本発明の一実施例のパルス幅変調回
路の構成を示すブロツク図である。同図におい
て、１は音声信号入力端子、２は増幅回路AMP、
３は低域通過ろ波回路LPF、４は加算回路、５
は比較回路COMP、６はRSフリツプフロツプ
Ｆ／Ｆ、７はセツトパルス発生回PG、８は鋸波
発生回路、９は加算回路、１０はピークレベル検
出回路、１１はセンターレベル検出回路、１２は
分圧回路、１３は比較回路、１４は低域通過ろ波
回路、１５は直流増幅回路、１６は出力端子であ
る。

音声信号入力端子１に入力した音声信号は、増
幅回路２において増幅され、必要に応じて振幅制
限されたのち、低域通過ろ波回路３において低周
波成分のみが通過せしめられる。この低域通過ろ
波回路３を通過した音声信号の低周波成分は、加
算回路４において所定の直流電圧Voが加算され
たのち、比較回路５の非反転入力端子に供給され
る。この非反転入力端子に供給される音声信号
は、第４図の波形Ａで例示するように、加算回路
４において重畳された直流電圧Voのまわりに振
動している。音声信号入力端子１に入力した音声
信号が直流成分を有しない場合には、信号Ａの時
間平均値（センターレベル）は加算回路４に於い
て音声信号に重畳された直流電圧Voに等しくな
る。この直流電圧Voは、後述する鋸波の立上が
り時点と、傾斜との関係において、センター・デ
ユーテイ比50％のパルス幅変調出力を発生するよ
うな値に粗調整されている。

上記信号Ａは、加算回路９から比較回路５の反
転入力端子に供給される鋸歯状波の信号Ｂ（第４
図の波形Ｂ参照）と比較される。比較回路５は、
信号ＡとＢのレベルが一致すると、フリツプフロ
ツプ６のリセツト入力端子Ｒにリセツト信号Ｃ
（第４図の波形Ｃ参照）を供給する。このリセツ
ト信号Ｃを受けたフリツプフロツプ６はその出力
Ｄをローレベル（0volt）に立下げる。一方、フ
リツプフロツプ６は、そのセツト端子Ｓにセツト
パルス発生回路７から供給されたセツトパルスＥ
を受けるたびに、その出力Ｄをハイレベル
（5volt）に立上げる。

鋸波発生回路８は、定電流源Ioと、この定電流
源から供給される定電流によつて充電されるコン
デンサCoと、このコンデンサCoを選択的に放電
するスイツチSoとから構成されている。スイツ
チSoは、フリツプフロツプ６がそのセツト端子
ＳにセツトパルスＥを受けて出力Ｄをハイレベル
に立上げるたびに開かれる。これによつてコンデ
ンサCoの充電が開始され、その端子電圧は時間
とともに直線的に増加する。また、スイツチSo
は、フリツプフロツプ６がそのリセツト端子Ｒに
リセツトパルスＣは受けて出力Ｄをローレベルに
立下げるたびに閉じられる。これによつてコンデ
ンサCoの放電が開始され、その端子電圧は急激
に接地電位まで降下する。この結果、第４図の波
形Ｂと波形Ｄで例示するような鋸波とパルス幅変
調出力が発生される。パルス幅変調出力Ｄは出力
端子１６から出力され、例えば第１図に例示した
ような直流スイツチを駆動する。

ピークレベル検出回路１０は、パルス幅変調出
力Ｄを一方の入力端子に直接受けると共に遅延回
路DLを経たパルス幅変調出力Ｄを他方の入力端
子に受ける２入力アンドゲートAGと、このアン
ドゲートAGの出力によつて開閉されるスイツチ
Ｓ１と、抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１から成る
積分回路とを備えている。即ち、パルス幅変調出
力Ｄがハイレベルに立上がると、遅延回路DLの
遅延量で定まる所定時間遅れてアンドゲートAG
の出力がハイレベルに立上がる。これによつてス
イツチＳ１が閉じられ、パルス幅変調出力Ｄのピ
ークレベルがコンデンサＣ１に蓄積される。

一方、センターレベル検出回路１１は、抵抗器
Ｒ２とコンデンサＣ２とから成る積分回路を備え
ており、パルス幅変調出力Ｄのレベルの時間平均
値（センターレベル）をコンデンサＣ２に蓄積す
る。

ピークレベル検出回路１０のコンデンサＣ１に
蓄積されたパルス幅変調出力のピークレベルは分
圧回路１２で２等分された後、比較回路１３の反
転入力端子に供給される。一方、センターレベル
検出回路１１のコンデンサＣ２に蓄積されたパル
ス幅変調出力Ｄのセンターレベルは比較回路１３
の非反転入力端子に供給される。音声信号入力端
子１に供給された音声信号のセンターレベルに対
して50％のデユーテイ比を有するように理想的な
パルス幅変調が行われている場合には、パルス幅
変調出力Ｄのデユーテイ比の時間平均値は50％で
あり従つて、比較回路１３の２入力は等しくな
る。

しかしながら、一般には、加算回路４において
音声信号に重畳される直流電圧Voの値や、鋸波
発生回路８内の定電流源Ioの定電流値やコンデン
サCoの容量値の温度変動や経年変化等に基づき、
センター・デユーテイ比が50％の値からずれる。
この結果、パルス幅変調出力Ｄのデユーテイ比の
時間平均値は50％からずれ、これに伴つて比較回
路１３の２入力に不平衡が生ずる。比較回路１３
は、この２入力の差分に比例する出力を誤差信号
として出力する。この誤差信号は、抵抗器Ｒ３と
コンデンサＣ３とから成る低域通過ろ波回路１４
と直流増幅回路１５を経て加算回路９に供給され
る。加算回路１３は、上述のようにして供給され
た誤差信号を鋸波発生回路８からの鋸波に重畳
し、これを比較回路５の非反転入力端子に供給す
る。

即ち、パルス幅変調出力Ｄのデユーテイ比の時
間平均値が50％を越えると、比較回路１３の非反
転入力端子に供給されるセンターレベルがが反転
入力端子に供給されるピークレベルの２分の１を
上回り、比較回路１３は正極性の誤差信号を出力
する。この正極性の誤差信号は、鋸波発生回路８
から出力される鋸波の直流レベルを上昇させ、パ
ルス幅変調出力Ｄのデユーテイ比は減少方向に修
正される。逆に、パルス幅変調出力Ｄのデユーテ
イ比の時間平均値が50％を割ると、比較回路１３
の非反転入力端子に供給されるセンターレベルが
反転入力端子に供給されるピークレベルの２分の
１を下回り、比較回路１３は負極性の誤差信号を
出力する。この負極性の誤差信号は、鋸波発生回
路８から出力される鋸波の直流電圧レベルを下降
させ、パルス幅変調出力Ｄのデユーテイ比が増加
方向に修正される。このようにして、パルス幅変
調出力Ｄのデユーテイ比の時間平均値が正確に50
％になるまで帰還ループによるデユーテイ比の修
正が遂行される。

なお、上記の構成において、ピークレベル検出
回路１０、センターレベル検出回路１１及び低域
通過ろ波回路１４内の積分回路の時定数は、いず
れも音声信号帯域の最低周波数の逆数よりも充分
大きな値に設定されることはいうまでもない。

以上、パルス幅変調出力Ｄが0voltのローレベ
ルから5voltのハイレベルの間にわたつて変化す
る場合について本発明を例示した。一般的には、
パルス幅変調出力Ｄのローレベルが0voltでない
場合、あるいはローレベルとハイレベルが正、負
両極性の電性にわたるような場合も含めて、ピー
クレベル検出回路をピーク間レベル検出回路とす
ればよい。

以上本発明の一実施例を説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、例えば以
下のような変形例においても上述した本発明の効
果が奏される。

(1) ピーク間レベル検出回路を使用することに代
えて、ピーク間レベルの半分の固定電圧（例え
ば0voltの電圧）を比較回路１３の一方の入力
端子に供給する構成。

(2) 誤差信号を鋸波側に重畳することに代えて、
この誤差信号の極性を反転したものを直流電圧
Vo側に重畳することにより音声信号側のレベ
ルシフトを行う構成。

(3) 時間に比例してレベルが増加する鋸波を時間
信号として使用することに代えて、時間に比例
してレベルが減少する逆鋸波を用いる構成。

(4) 時間信号と入力信号のレベルを比較すること
に代えて、時間信号と入力信号のレベルを重畳
しこれを所定レベルと比較するパルス幅変調方
式を用いる構成。

なお、この構成においては、時間信号と入力
信号のいずれか一方又はこれらの和と比較され
るべき所定電圧レベル値に誤差信号を重畳すれ
ば良い。

(5) 誤差信号を時間信号や入力信号等に直接重畳
すること即ち比較回路の一方の入力端子に帰還
することに代えて、鋸波発生回路内のコンデン
サの容量値や定電流源の電流値を調整可能に構
成し、誤差信号によりこれらの容量値や電流値
を変化させる構成。

発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明は、出力信
号の時間平均値とピークレベルの２分の１との差
分に比例する直流電圧レベルを50％のセンター・
デユーテイ比からのずれの誤差信号として比較回
路の一方の入力端子や時間信号発生回路の可変部
分に帰還する帰還ループを備えるように構成され
ているので、鋸波発生回路等の構成素子に多少の
温度変動や経年変化が生じても、時間平均的なデ
ユーテイ比を正確な50％の値に保つことができる
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パルス幅変調方式が使用されるスピ
ーカ駆動回路の構成を示すブロツク図、第２図は
第１図のスピーカ駆動回路の動作を説明するため
の波形図、第３図は、本発明の一実施例のパルス
幅変調回路の構成を示すブロツク図、第４図は第
３図の実施例の動作を説明するための波形図であ
る。 PWM……パルス幅変調回路、DC・SW……直
流スイツチ、SP……スイツチ、１……信号入力
端子、２……増幅回路、３……低域通過ろ波回
路、４……加算回路、５……比較回路、６……
RSフリツプフロツプ、７……セツトパルス発生
回路、８……鋸波発生回路、９……加算回路、１
０……ピークレベル検出回路、１１……センター
レベル検出回路、１２……分圧回路、１３……比
較回路、１４……低域通過ろ波回路、１５……直
流増幅回路、１６……出力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レベルが時間に比例して変化する時間信号を
   発生する時間信号発生手段と、該時間信号及び入
   力信号のレベルを比較するレベル比較手段と、こ
   のレベル比較手段の比較結果の反転時に２値状態
   を第１の状態に変更しかつ所定周期でこれを第２
   の状態に戻すことにより入力信号のレベルの時間
   平均値に対してデユーテイ比がほぼ50％の出力信
   号を出力する出力手段とを備えたパルス幅変調回
   路において、 前記出力信号の時間平均値とピーク間レベルの
   ２分の１との差分を前記50％のデユーテイ比から
   のずれの誤差信号として前記比較対象の両信号の
   一方に帰還する帰還ループを備えたことを特徴と
   するパルス幅変調回路。