JPH0824263B2 - フルエンシー処理式d―a変換装置 - Google Patents

フルエンシー処理式d―a変換装置

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JPH0824263B2
JPH0824263B2 JP1146743A JP14674389A JPH0824263B2 JP H0824263 B2 JPH0824263 B2 JP H0824263B2 JP 1146743 A JP1146743 A JP 1146743A JP 14674389 A JP14674389 A JP 14674389A JP H0824263 B2 JPH0824263 B2 JP H0824263B2
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【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明はD−A変換装置、特にフルエンシー処理法を
利用したフルエンシーD−A処理式変換装置に関するも
のである。
(ロ)従来の技術 離散的なデータ系列を滑らかに補間する手法としてス
プライン関数による補間が知られている。この手法は、
点と点とを滑らかな曲線、すなわちスプライン関数で結
ぶ処理方式であるが、区分的多項式であることスプライ
ン関数を応用した情報処理がいろいろな分野で研究され
実用化されている。また、このスプライン関数を利用し
たスプライン処理方式の延長として、近年、フルエンシ
ー処理方式が提案され実用化され始めている。
「フルエンシー」とは、“滑らかさ”を意味してお
り、フルエンシー処理は、例えばデイジタル時系列信号
からアナログ時系列信号に変換するD−A変換の場合を
例にとると次のようになる。
すなわち、通常は階段状となるD/A変換出力データの
間隔を、滑らかな関数、すなわちフルエンシー関数(名
称は異なるが実質はスプライン関数と同じである)の曲
線で結んで、直接、滑らかなアナログ信号を出力しよう
とするものである。こうすることによつて従来、D−A
変換出力波形が階段状の非連続関数状態を呈していた欠
点、例えば雑音成分を除くための後段におけるフイルタ
リング処理を不要にできる利点があると共に、何よりも
滑らかなアナログ出力が直接とり出せるという優れた特
徴があるため今後、多方面の技術分野への応用が期待さ
れている。
第4図は上記フルエンシー処理方式を利用した従来の
フルエンシーD−A変換装置を示す。
同図において1はシステムのタイミング制御装置、2
-1,2-2,2-3…2-nはスプライン関数の曲線を発生する各
スプライン関数曲線発生器、3-1,3-2,3-3,……3-nは各
D−A変換器、4-1,4-2,4-3……4-nはデータバスBから
のデータをラツチする各バツフア、5は加算回路、を示
す。
動作においては、タイミング制御装置1からのトリガ
ーパルスにもとづいて各関数曲線発生器2-1〜2-nからの
位相の異なるスプライン関数状のインパルス波形電圧r1
〜rnが発生され、それらが各D/A変換器3-1〜3-nの基準
電圧端子へ与えられ各D/A変換器の基準電圧を変動させ
る。その際、各バツフア4-1〜4-nには、タイミング制御
装置1からのラツチ制御信号S1,S2,…Snのもとで、デー
タバスBからのデイジタルデータがずれてラツチされて
いるので各D/A変換器3-1〜3-nではスプライン関数のイ
ンパルス電圧と上記デイジタルデータが乗算され、各D/
A変換器の出力にはインパルス状のアナログ波形出力が
発生される。各D/A変換器はタイミングが所定時間ずれ
ているのでそれらの出力を加算回路5で加算すれば、滑
らかな(フルエンシーな)合成されたアナログ波形出力
が直接とり出されるようになつている。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 上記の構成のように、フルエンシー理論を利用した処
理方式を導入することで確かにパルス成分の再現性は旧
来のD/A変換方式よりも著しく高められた。
しかしながら、上記フルエンシーD−A変換装置にお
いては、スプライン関数状のインパルスを発生する各関
数曲線発生器(いわゆるカーブジエネレータ)を複数個
用意しなければならないため、高度の技術を必要とする
上に価格上も高価なものとなつていた。すなわち、数次
の多項式で表現されるスプライン関数を正確かつ高速で
発生するカーブジエネレータは製作上、技術的な困難が
伴なうと共に、それらの間で特性がそろつていなければ
高性能のフルエンシーD−A変換装置を実現できないの
で、当然のこととして製品価格の上昇を招いていた。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は上記の問題を解決して、比較的低価でしかも
高速かつ安定的に作動するフルエンシー処理式D−A変
換装置を提供することを目的としている。
このため本発明による1つの実施例においては、従来
のように複雑かつ高価な関数発生用のパルス発生器を複
数個用いることはしないで、各D/A変換器へ印加する各
基準電圧として、スプライン関数の電圧でなく位相のず
れた多相交流電圧を発生するように多数のPLL(位相ロ
ツクループ)回路を用いて構成し、結果として高価なパ
ルス発生器を複数個用いたものと同様なフルエンシーな
変換出力が得られるようにしている。
(ホ)作用 本発明による1つの実施例としてのフルエンシー処理
式D−A変換装置においては、k・m個のPLLにk個の
m相デイジタルクロツクを基準信号として供給し、これ
らのクロツクに同期した正弦波信号を各行のPLL群から
発生し、行毎のPLLの出力を加算して、各D/A変換器へ与
えるための位相のずれた正弦波の基準電圧r1〜rnを発生
している。
(ヘ)実施例 第1図は、多数のPLL回路を用いた本発明によるフル
エンシー処理式D−A変換装置の実施例を示す。
同図において、10はシステムクロツクが印加される分
周器群、11-1,11-2,11-3,…11-kはm相クロツク発生器
群、P11,P12,P13…P1kは第1行のPLL群、P21,P22,P23,
…P2kは第2行のPLL群、…,Pm1,Pm3…Pm2,Pmkは第m行
のPLL群、12-112-2,12-3…12-mは各行のPLL出力を加算
する各加算器を示す。なお、前記11-1,11-2,〜11-mP11
〜Pmk,12-1,〜12-mで示した構成要素からなる回路は後
に説明するように、いわば多相交流発生部を構成してい
ると考えてよい。
更に、13-1,13-2…13-mは各D/A変換器、14-1,14-2…1
4-mはバツフア、15は加算器、16はシステムのタイミン
グ制御装置を示し、上記各D/A変換器13-1〜13-mは第4
図の各D/A変換器3-1〜3-nに対応し、14-1〜14-nは第4
図のバツフア4-1〜4-nに、15は第4図の5に、16は第4
図の1に対応するものである。
第1図に示した実施例は、km個のPLLにk個のm相デ
イジタルクロツクを基準信号として供給し、これらのク
ロツクに同期した正弦波信号が各PLLから発生されるよ
うになつている。
第2図は、第1図のフルエンシーD−A変換装置の各
部のクロツク波形および状態のタイミング図を示す。以
下に第1図および第2図を参照して本発明の装置の動作
を説明するが、簡単のためにk=m=3、即ち3種の3
相交流電圧を発生し、3個のD/A変換器13-1,13-2,13-3
(したがつてバツフアも14-1,14-2,14-3の3個であると
考える)に対する基準電圧r1,r2,r3と印加する場合を例
にとる。第1図および第2図でCijで示した各パルス列
は各PLLの基準クロツクを示し、各行のPLL群から出力さ
れる各正弦波は、所定の遅延DTづつずれた3相信号r1,r
2,r3として発生される。なお、r1,r2,r3は次式による重
み付けされているものとする。
r、(T)=r2(T−DT)=r3(T−2DT) =A0+A1cos(ωT)+A2cos(2ωT) +A3cos(4ωT)=0.7905+cos(ωT) +0.196cos(2ωT)+0.0135cos(4ωT) …(1) このような構成において、分周器10へ与えられたシス
テムクロツクが分周され、そこからの各出力により3相
(m=3)クロツク発生器11−1からは基準クロツクC
11,C12,C13がP11,P21,P31のPLLへ印加され、クロツク発
生器11-2からは基準クロツクC21,C22,C23がP12,P22,P32
のPLLへ、そしてクロツク発生器11-3からは基準クロツ
クC3,C32,C33がP13,P23,P33のPLLへ、それぞれ所定時間
づつずれて印加される(第2図参照)。
したがつて、第1行のPLL群P11,P12,P13から各出力が
加算器12-1で加算された後は、第2図においてr1で示し
た正弦波電圧が第1相の基準電圧として発生される。
同様に第2行のPLL群P21,P22,P23からの各出力が加算
器12-2で加算された後には、第2図にr2で示した正弦波
電圧が第2相の基準電圧として、かつ第3行のPLL群
P31,P32,P33からの各出力が加算器12-3で加算された後
には、第2図にr3で示した正弦波電圧が第3相の基準電
圧として発生される。
一方、データバスBを介して第2図に示すデイジタル
データDi(i=0,1,2,3,…)が、タイミング制御装置16
からの各ラツチパルスS1,S2,S3で各バツフア14-1,14-2,
14-3にラツチされているので、各D/A変換器13-1,13-2,1
3-3,ではr1,r2,r3で示す第1相、第2相、第3相の基準
電圧が、前記各変換器の基準入力端子へ与えられる度
に、各ラツチされたデータと前記各基準電圧r1,r2,r3
1周期分の電圧が乗算されて加算器15へ印加され、第2
図のS(T)で示すような滑らかなアナログ変換信号が
加算器15の出力から取り出される。
例えば、第2図において、バツフア14-1に対するラツ
チパルスS1の立上りでデータバスBのデータD0がバツフ
ア14-1にラツチされているので第1相の基準電圧r1がD/
A変換器13-1に印加された際にr1の1周期にわたる正弦
波の変動電圧が乗算され加算器15に与えられる。同様
に、バツフア14-2に対するラツチパルスS2の立上りでデ
ータバスBのデータD1がバツフア14-2にとり込まれ、D/
A変換器13-2に第2相の基準電圧r2が入力された時に、
バツフア14-2のデータと第2相の基準電圧r2とが乗算さ
れて加算器に印加される、というように処理される。
各バツフア中の任意のデイジタルデータDiは各基準電
圧r1,r2,r3,がゼロとなるタイミングで新規のデータに
更新される。すなわち、バツフア14-1の例を第2図でみ
ると、ラツチパルスS1の最初の立上りでデータD0が当該
バツフア14-1にとり込まれ、第1相の基準電圧r1の1周
期でD0と乗算され、ラツチパルスS1の第2番目の立上り
でデータバスの新規なデータD3がとり込まれ更新されて
いることが判る。
ここで第1式の性質についてr1(T)の場合を例にと
つて調べてみる。上記したようにr1(T)はωを角周波
数とする周期関数であるので、1周期分すなわち−π/
ω<T≦π/ωの範囲毎に、対応する各D/A変換器で任
意のデータ値Diが乗算されるようになつている。したが
つて境界点T=π/ωにおいてデータDiが変化すると、
最終的な出力に不連続性が生じる可能性があることにな
る。しかしながら、スプライン理論あるいはフルエンシ
ー理論からして、上記境界点T=π/ωにおいて、N階
の微分値までゼロであるなら、合成された出力信号もN
階微分値までその連続性、すなわちフルエンシー(滑ら
かさ)が保証されることが分つている。下記において、
この点を調べると、条件が満足されることが判る。すな
わち、 r1(π/ω)=0.7905+cos(π)+0.196cos(2π) +0.0135cos(4π)=0 r1′(π/ω)=−ω〔sin(π)+0.392sin(2π) +0.054sin(4π)〕=0 r1″(π/ω)=−ω〔cos(π)+0.784cos(2
π) +0.216cos(4π)=0 r1(π/ω)=ω〔sin(π)+1.56sin(2π) +0.864sin(4π)〕=0 したがつて、最終的な合成波形S(T)すなわちアナ
ログ変換出力は3段微分値まで、滑らかさが保証されて
いることが証明できる。
第3図は1個の正弦波発生器100から第1相、第2
相、第3相の正弦波の基準信号r1,r2,r3を発生する3相
交流発生器の別の実施例を示す。
同図において、101は第1の逓倍器、102は第2の逓倍
器、130は加算器、104はA0の係数乗算部、105はA1の係
数乗算部、106はA2の係数乗算部、107はA3の係数乗算
部、108は第1の遅延回路、109は第2の遅延回路を、そ
れぞれ示している。
このような構成により、A0=0.7905、A1=1、A2=0.
196、A3=0.0135設定しておく。第1逓倍器101を通して
入力のωは2ωとなり、これを更に第2逓倍器102を介
して出力すれば4ωとなるので加算器103で発振器100の
出力、第1逓倍器101の出力、および第2逓倍器102の出
力と、A1,A2,A3の乗算された各出力とA0とを加算器で加
算すれば、第1出力端子T1にはr1(T)、第2出力端子
T2にはr2(2T−DT)、第3出力端子T3にはr3(T−2D
T)、 すなわち r1(T)=0.7905+cos(ωT)+0.196cos(2ωT) +0.0135cos(4ωT) に対してDTづつ遅延された各正弦波基準電圧が発生でき
る。
なお、上記実施例では説明を簡単にするために3種の
3相交流を加算合成した場合を示したが、2組の3相交
流を合成した電圧を各D/A変換器への基準電圧とするこ
とも可能である。
一般に、入力データのサンプリング周波数をFとした
場合、 Fi=(F/3)・i、(但しiは3の倍数でない任意の自
然数) とすると、(1)式は、 r(T)=A0+A1cos(ωT)+A2cos(2ωT) +…+Aicos〔ωT(6i−3−(−1))/4〕 ……
(2) で表わされ、上記の式(2)を満足しうる係数範囲は 0.05<(A2/A1)<0.3 −0.1<(A3/A1)<0.1 の間で選択すればよい。
(ト)発明の効果 以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明
は、既に実用化されているこの種のフルエンシーD−A
変換装置と違つて、スプライン関数発生器などのように
技術的に複雑かつ高価な関数曲線発生器を複数個も用い
ることもなく、安価な正弦波発生技術を利用して比較的
簡単な回路構成により各D/A変換器へ与える正弦波を発
生し、その後のデイジタルデータとの乗算、そして合成
による滑らかな(フルエンシーな)アナログ変換波形を
有する出力を得ている。
したがつて、多相交流発生器により従来のスプライン
関数、あるいはフルエンシー関数発生器を代替しうるの
で低価格で優れたフルエンシー処理式D−A変換装置が
実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるフルエンシー処理式D−A変換装
置の実施例、第2図は第1図の装置の動作を説明するタ
イミング図、第3図は3相交流発生器部分を実現する別
の実施例、第4図は従来技術によるフルエンシーD−A
変換装置の一例、をそれぞれ示す。 図中、10は分周器群、11-1〜11-nは各m相基準クロツク
発生器、P11〜PmkはPLL回路、12-1〜12-nは加算器、13
-1〜13-nは各D/A変換器、14-1〜14-nはバツフア、15は
加算回路、16はタイミング制御装置、をそれぞれ示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準クロック信号を発生するクロック発生
    器と、 前記基準クロック信号を直接に、又は、分周回路などの
    周波数変換装置を経て間接的に参照し、n個のPLL(位
    相ロックループ)によって、これらに同期するn個の交
    流信号を発生するn個の発振器と、 前記n個の出力信号と必要なバイアス信号を加算する加
    算回路を備え、 加算回路出力として得られる、周期がpで1周期の最初
    と最後の時点で出力信号値が概略ゼロとなる同一波形の
    周期信号を異なる位相で発生するm個の基準電圧発生器
    と、 これらの基準電圧発生器の出力電圧をそれぞれの基準電
    圧入力とし、前記の周期pを変換のタイミング周期とし
    て、これに同期し時系列的に供給されるディジタルデー
    タをアナログデータに変換するm個の乗算型D−A変換
    器と、 前記各D−A変換器の出力を加算して1つの滑らかな合
    成波形信号を出力する加算回路とを備えたことを特徴と
    するフルエンシー処理式D−A変換装置。 ただし、m,nは自然数。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の装置におい
    て、 m=3すなわち前記基準電圧発生器および前記D−A変
    換器はそれぞれ3個で構成され、 前記各基準電圧発生器からは3相の基準電圧が発生さ
    れ、前記各D−A変換器でD−A変換され、前記加算回
    路で加算されるべき1つの信号が r(T)=A0+A1cos(ωT)+A2cos(2ωT)+… …+Aicos[ωT(6i−3−(−1))/4] で表わされ(但し、ωはサンプリング周波数をFとした
    場合、F/3の角速度を示す)、少なくともA1乃至A3の係
    数が 0.05<(A2/A1)<0.3、かつ−0.1<(A3/A1)<0.1 の範囲に設定されているフルエンシー処理式D−A変換
    装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の装置におい
    て、 m′個の基準電圧発生器と、 これら基準電圧発生器の出力のいずれかを入力とする
    (m−m′)個の遅延回路を備え、 合計でm相の基準電圧を得るフルエンシー処理式D−A
    変換装置。 ただし、m′は(m−1)以下の自然数。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項記載の装置におい
    て、 n′個の発振器と、 これら発振器の出力のいずれかを直接または間接的に入
    力とする(n−n′)個の逓倍回路を備え、 合計でn個の発振波形を合成して基準電圧を得るm個の
    基準電圧発生器を有するフルエンシー処理式D−A変換
    装置。 ただし、n′は(n−1)以下の自然数。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第3項記載の装置におい
    て、 n′個の発振器と、 これら発振器の出力のいずれかを直接または間接的に入
    力とする(n−n′)個の逓倍回路を備え、 合計でn個の発振波形を合成して基準電圧を得るm′個
    の基準電圧発生器を有するフルエンシー処理式D−A変
    換装置。 ただし、n′は(n−1)以下の自然数。
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