JPH0794965A - パルス幅変調器 - Google Patents

パルス幅変調器

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JPH0794965A
JPH0794965A JP5254801A JP25480193A JPH0794965A JP H0794965 A JPH0794965 A JP H0794965A JP 5254801 A JP5254801 A JP 5254801A JP 25480193 A JP25480193 A JP 25480193A JP H0794965 A JPH0794965 A JP H0794965A
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JP
Japan
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signal
pulse width
width modulator
input
shows
Prior art date
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Application number
JP5254801A
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English (en)
Inventor
Motoichiro Kikuchi
素一郎 菊地
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Foster Electric Co Ltd
Original Assignee
Foster Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路構成が簡単で、経年変化が少なく、温度
変化に強く、かつ精度の高いパルス幅変調器を得るこ
と。 【構成】 オーディオ信号をデジタル化するA/D変換
器5と、変換された信号をパラレル化する手段6と、方
形波の信号を分周して等価ノコギリ波を生成する分周器
7と、両出力の大小を判断するデジタルコンパレータ8
とより構成されているパルス幅変調器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパルス幅変調器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のパルス幅変調器としては、図12
(a)に示すような構成が採用されていた。図において
1は比較器で入力端子a,bと出力端子cとが設けられ
ており、入力端子aにはアナログ信号が入力され、また
入力端子bには、方形波発振器2と積分器3からなる発
振ユニット4からの出力が入力されている。発振ユニッ
ト4においては、CR発振器またはLC発振器等による
方形波発振器2からの出力w1 を積分器3によって積分
し、図11の(b)に示すように三角波w2 (キャリア
として用いられる)を発生する。このような従来のパル
ス幅変調器には次のような欠点が伴っている。 CR発振器,LC発振器の安定度の問題により、三
角波にゆらぎが生じやすい。この三角波の問題が出力の
精度にそのまま影響する。 発振器はL,C,Rで構成されるため、温度係数に
より特性の変化が考えられる。 アナログ回路であるため、ノイズ対策が難しい。 三角波を作るために積分器が必要になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明が上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、回路構
成はシンプルで、経年変化が少なく、温度変化に強く、
かつパルス幅変調波の精度の高いパルス変調器を提供す
ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に入力されたアナログ信号をデジタル信号に
変換する手段と、前記変換手段からの出力信号をシリア
ル/パラレル化により第1の信号を生成する手段と、入
力された方形波を分周し、ノコギリ波に相当する量子化
された第2の信号を生成する手段と、前記パラレル化さ
れた信号と分周化された信号とを入力し、両入力信号の
大小を比較するデジタルコンパレータとを具備し、前記
デジタルコンパレータからパルス幅変調信号を得ること
を特徴とするパルス幅変調器を発明の要旨とするもので
ある。
【0005】
【作用】本発明の前記第2の信号生成手段は、クロック
パルスからの入力をバイナリカウンタによって形成して
いるため、高精度なノコギリ波に相当する量子化された
信号を発生することができ、コンパレータは論理回路に
よって構成されているため、システム全体として、高精
度で、経年変化が少なく、温度変化に強い。
【0006】
【実施例】図1は本発明のパルス幅変調器の構成を示す
ブロック図で、5はアナログ・デジタル変換器、6は信
号のシリアル/パラレル化装置、7は分周器、8はデジ
タルコンパレータ、9はオーディオ信号入力端子、10
は方形波入力端子、11はPWM(パルス幅変調)の出
力端子を示す。しかして、その構成を簡単に説明する
と、入力端子をデジタル化するためにA/D変換を行
う。またカウンタによって入力方形波の分周を行い、等
価的にキャリアのノコギリ波(以下等価ノコギリ波と記
す)を生成する。ついで、A/D変換された信号と分周
された信号を、ロジック的に構成されたコンパレータに
加えて、PWM(パルス幅変調)信号を得るものであ
る。次に各ブロックの構成について説明する。
【0007】図2は等価ノコギリ波生成器のブロック図
を示すもので、図において12は水晶発振器、13はバ
ッファ、14は同期式カウンタ例えばバイナリカウンタ
を示す。この同期式カウンタをカスケード接続すること
により、カウンタの出力に等価ノコギリ波を生成するこ
とができる。次に上記の等価ノコギリ波生成について具
体的に説明する。
【0008】図3はバイナリカウンタのカスケード接続
図を示す。図において15はバイナリカウンタを示すも
ので、はじめのカウンタ15にクロックパルスを入力す
ると、図示の出力D0 ,D1 ,D2 ,D3 にはクロック
パルスが分周されて出力される。
【0009】図4はクロックパルスとバイナリカウンタ
の出力の関係を示す。図4より、最後段の出力D3 を最
上位ビット(MSB)に、次に、D2 ,D1、そしてD
0 を最下位ビット(LSB)にしてタイミングチャート
の波形を観察してゆく。この時、波形のHに1を、Lに
0を割当てれば図5のようになる。分周段の数をnとす
れば図5より デジタルのため、2進表示とはなるが、確実に1ず
つ増えてゆくこと。 {2n −1}迄のカウントを行った後、リセットさ
れ、再びカウントを開始する。図ではn=4ビットのた
め、24 −1=0〜15迄のカウントを延々繰り返す。 以上より、クロックパルス(図4CLK)の周期を横
軸、2進数を10進数に変換した値(図5)を縦軸にと
り、グラフ表示を行うと、図6に示すようなノコギリ波
を生成することができる。図6は図4で定義したt0
間隔で、縦軸に対して正確に1ずつ増加してゆく。又、
10進値が2n −1(図6ではn=4の為“15”)迄
増えたところで10進値は再び0から始まる。この時横
軸の繰り返し周期はTで表され、T=2n×t0 とな
る。もっとも図6に示す等価ノコギリ波はn=4の場合
であるが、少なくともn≧10とすれば、ノコギリ波は
滑らかな直線となり、実用上差し支えないものとなる。
【0010】図1において、オーディオ信号はサンプリ
ングされて量子化された信号、キャリア(搬送周波数)
はバイナリカウンタによる分周信号であり、この2つの
入力はnビットのパラレル信号としてコンパレータ部へ
入力される。オーディオ信号のサンプリング周期とカウ
ンタの周期(等価ノコギリ波1つの長さ)とは一致して
おり、各周期内で2つの入力は次のような役割を持つ。 オーディオ信号 は 基準信号 キャリア は 比較信号 そして、この両信号をコンパレータに入力すると、この
状態は従来方式に於ける図7の状態に相当する。図7に
おいて、Aはオーディオ信号、BはA/D変換されサン
プリングされた信号、Cはノコギリ波を示す。ここに、
Tはサンプリング周期、すなわちカウンタ周期でもあ
る。
【0011】図8に示すように、量子化されたオーディ
オ信号Bは、基準信号として1周期の間、一定の値を保
持する。また、t0 から新しい周期が始まると、カウン
タは0からカウントし始める(これが結果としては等価
ノコギリ波となる)。以上述べた2つの入力に対して、
コンパレータは次の結果を出力する。オーディオ信号
> 等価ノコギリ波 この場合はHであり、オーディ
オ信号 < 等価ノコギリ波 この場合はLである。
上記のことから、各周期内で信号は常にH→Lになるリ
ターン トウ ゼロ(Return to Zero)パルスというこ
とが確認される。さらにまた、コンパレータには論理的
にフリップフロップの機能があればPWM信号を生成す
ることが出来ることが判る。
【0012】次に、コンパレータについて説明する。図
9はコンパレータ部の構成を示す。しかして、この図は
説明を簡単にするため、2入力n=4ビットとして画い
たものである。コンパレータ部出力段のS−Rフリップ
フロップは入力されるパルスの立ち上がりで状態遷移を
行う。従って所望のPWM信号を得る為に図10の四角
い括弧で囲んだ2のパルスを1CLK分遅延させ、その
パルスの立ち上がりで状態遷移を行わせれば良い。(四
角い括弧で囲んだ2の立ち下がりと四角い括弧で囲んだ
3の立ち上がりは同じ) よって図9では四角い括弧で囲んだ2の後にシフトレジ
スタ(D−フリップフロップ)を一段挿入して、パルス
を遅延させている。
【0013】図10はタイミングチャートを示す。ここ
に四角い括弧で囲んだ1はサンプリング周期(カウンタ
周期)Tの始まりを示すトリガ信号であり、同じく2は
0〜An ,B0 〜Bn 各ビットをチェックして値が同
じになった時発生するトリガ信号を示す。コンパレータ
部より出力されるPWM信号は10進値0〜A/D変換
後の信号レベル(四角い括弧で囲んだ1の立ち上がり〜
四角い括弧で囲んだ2の立ち下がり)迄のパルス幅で表
現されるのが正しい状態である。
【0014】次の理由により、A/D変換後の入力信号
がフルスケールになることは防止しなければならない。 繰り返し周期:Tの区間が全てPWM=Hとなる
為、変調周波数(変調周期)が一定でなくなる。又、D
C成分が増えることは好ましくない。図13の四角い括
弧で囲んだ2にフルスケール時が示されている。 フルスケールということはR−Sフリップフロップ
の2入力が同時にHになる為、次の周期でPWM信号は
データの欠落を起こしてしまう。図14より入力データ
がフルスケール時のタイミングチャートは図15の通り
である。PWMのチャートにおいてaの部分においてデ
ータエラーを起こし、かつ※区間内でデータの欠陥を生
ずる。また、図9の真理表は図16のとおりである。
【0015】図9より、コントローラは図17のように
なる。図17の回路図で破線枠内がコントローラでコン
パレータ信号側入力部に設置される。尚、最下位ビット
(LSB)はA0 とする。この機能を説明すると、A/
D変換後の信号系の各ビット(A0 〜An )の信号レベ
ルを監視する。全ビットが1の時入力信号がフルスケー
ルであることを検知して、LSBのみを1から0に反転
して出力する。これにより信号はフルスケール値のみ補
正され、同一変調周期にて正確にPWM信号が生成され
る。
【0016】図11は本発明の他の実施例を示すもの
で、スピーカシステムに適用した例を示す。上述のパル
ス幅変調器の後段にD級増幅器−LPFとを付加するこ
とでスピーカシステム(電力増幅器)を構成することが
可能である。なお、この場合は、実用上n≧10とする
ことが好ましい。
【0017】
【発明の効果】本発明は叙上のように構成されているの
で、 通常、システムのデジタル化を行うと回路規模は大
きくなるが、キャリア用発振回路にはカウンタ、コンパ
レータ部にはフリップフロップをベースにしたロジック
を用いているので、本発明によれば回路構成はシンプル
なものとすることができる。 キャリア用発振回路に於いて、方形波の生成には水
晶発振器、等価ノコギリ波の生成には同期式カウンタを
それぞれ用いているので、(イ)発振周波数の安定度が
高く、(ロ)分解能の正確さがある。従って、出力され
るPWM波の精度は非常に高いものとすることができ
る。 フルデジタル化のメリットがそのままシステムに反
映される。すなわち、 (イ)素子の定数のバラつきに影響されない。 (ロ)経年変化が無い。 (ハ)温度変化に強い。 等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパルス幅変調器の構成を示すブロック
図である。
【図2】等価ノコギリ波生成器のブロック図を示す。
【図3】バイナリカウンタの接続図を示す。
【図4】クロックパルスとバイナリカウンタの出力関係
を示す。
【図5】バイナリカウンタの出力のタイミングチャート
を示す。
【図6】生成された等価ノコギリ波を示す。
【図7】信号A,B,CとPWM出力との関係を示す。
【図8】等価ノコギリ波の詳細図を示す。
【図9】コンパレータ部の構成を示す。
【図10】等価ノコギリ波とオーディオ信号とのタイミ
ングチャートを示す。
【図11】本発明の他の実施例を示す。
【図12】従来のパルス幅変調器を示し、(8a)は回
路構成図、(b)は三角波発生のメカニズムを示す。
【図13】説明のためのタイムチャートを示す。
【図14】説明のための回路図を示す。
【図15】説明のためのタイムチャートを示す。
【図16】真理表を示す。
【図17】コントローラを示す。
【符号の説明】
1 コンパレータ 2 方形波発振器 3 積分器 4 発振ユニット 5 アナログ・デジタル変換器 6 シリアル/パラレル化装置 7 分周器 8 デジタルコンパレータ 9 オーディオ信号入力端子 10 方形波入力端子 11 PWM出力端子 12 水晶発振器 13 バッファ 14 同期式カウンタ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年4月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパルス幅変調器の構成を示すブロック
図である。
【図2】等価ノコギリ波生成器のブロック図を示す。
【図3】バイナリカウンタの接続図を示す。
【図4】クロックパルスとバイナリカウンタの出力関係
を示す。
【図5】バイナリカウンタの出力のタイミングチャート
を示す。
【図6】生成された等価ノコギリ波を示す。
【図7】信号A,B,CとPWM出力との関係を示す。
【図8】等価ノコギリ波の詳細図を示す。
【図9】コンパレータ部の構成を示す。
【図10】等価ノコギリ波とオーディオ信号とのタイミ
ングチャートを示す。
【図11】本発明の他の実施例を示す。
【図12】従来のパルス幅変調器を示し、(a)は回路
構成図、(b)は三角波発生のメカニズムを示す。
【図13】説明のためのタイムチャートを示す。
【図14】説明のための回路図を示す。
【図15】説明のためのタイムチャートを示す。
【図16】真理表を示す。
【図17】コントローラを示す。
【符号の説明】 1 コンパレータ 2 方形波発振器 3 積分器 4 発振ユニット 5 アナログ・デジタル変換器 6 シリアル/パラレル化装置 7 分周器 8 デジタルコンパレータ 9 オーディオ信号入力端子 10 方形波入力端子 11 PWM出力端子 12 水晶発振器 13 バッファ 14 同期式カウンタ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力されたアナログ信号をデジタル信号
    に変換する手段と、前記変換手段からの出力信号をシリ
    アル/パラレル化により第1の信号を生成する手段と、
    入力された方形波を分周し、ノコギリ波に相当する量子
    化された第2の信号を生成する手段と、前記パラレル化
    された第1の信号と分周化された第2の信号とを入力
    し、両入力信号の大小を比較する手段とを具備し、前記
    比較する手段からパルス幅変調信号を得ることを特徴と
    するパルス幅変調器。
  2. 【請求項2】 ノコギリ波に相当する量子化された信号
    を生成する手段は、クロックパルスが与えられる第1の
    バイナリカウンタと、前記第1のバイナリカウンタと順
    次カスケード接続された複数のバイナリカウンタによっ
    て構成されていることを特徴とする請求項1記載のパル
    ス幅変調器。
  3. 【請求項3】 前記第1の信号と第2の信号を比較する
    手段をデジタルコンパレータとしたことを特徴とする請
    求項1記載のパルス幅変調器。
  4. 【請求項4】 大小関係を比較するためのデジタルコン
    パレータをフリップフロップによる構成としたことを特
    徴とする請求項1記載のパルス幅変調器。
  5. 【請求項5】 デジタルコンパレータに於いて、A/D
    変換後の入力信号がフルスケールとなることを防止する
    コントローラを設けたことを特徴とする請求項1記載の
    パルス幅変調器。
  6. 【請求項6】 実現化手段として、A/D変換後の入力
    信号がフルスケールの時、各ビットが全て1であること
    を検知して、最下位ビット(LSB)のみを0に変換す
    るようなコントローラをフリップフロップ前段に設けた
    ことを特徴とする請求項1記載のパルス幅変調器。
  7. 【請求項7】 請求項1記載のパルス幅変調器の出力端
    子に、B級増幅器およびローパスフィルタを直列に接続
    したパルス幅変調器。
JP5254801A 1993-09-17 1993-09-17 パルス幅変調器 Pending JPH0794965A (ja)

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JP5254801A JPH0794965A (ja) 1993-09-17 1993-09-17 パルス幅変調器

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005057770A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Agilent Technol Inc ボリューム制御のための方法及び装置
US7301417B2 (en) 2004-03-25 2007-11-27 Digian Technology, Inc. Pulse width modulation method and apparatus
JP2009171450A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Asahi Kasei Electronics Co Ltd スイッチングアンプ
CN112532213A (zh) * 2019-09-19 2021-03-19 株式会社东芝 矩形波信号生成电路及开关电源

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