JPS6359214A - パルス幅変調回路 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、音声信号の電力増幅やモータ制御のプッシュ
プル増幅回路等に適用されるパルス幅変調回路に関する
。

（従来の技術） パルス幅変Ｈ（ＰＷＭ）は入力信号の周波数帯域よりも
十分に高い繰り返し周波数を持った三角波等の比較波を
使用し、この比較波と入力信号とを比較して入力信号振
幅レベルに応じたパルス幅のパルス幅変調信号を得るも
ので、このパルス幅変調信号を損失の少ないパルス増幅
を行うことによって高い電力効率を得ることができる。

そして、パルス変調幅信号の復調はパルス信号の周波数
帯域を阻止する低域ろ波回路に通すことによって容易に
行える。ところで、このようなパルス幅変調回路には、
そのパルス幅変調出力をプッシュプル増幅回路やモータ
制御に用いられるＨ形増幅回路のドライブ信号として使
用するものがあり、第５図にその一構成例を示す。すな
わち、三角波発生回路１から出力される三角波は各電圧
加算器２．３に送られてバイアス＋Ｅｂ、　−Ｅｂが加
工られる。これにより、電圧加算器２からは第６図に示
す三角波Ｒ１が出力され、電圧加算器３からは三角波Ｒ
２が出力される。かくして、三角波Ｒ１および入力信号
Ｓが電圧比較器４に送られて入力信号Ｓの振幅レベルが
三角波Ｒ１の振幅レベルより高くなった場合、入力信号
Ｓの振幅レベルに応じた期間ハイレベルとなるパルス幅
変調信号Ｐ１が出力され、一方、三角波Ｒ２および入力
信号Ｓが電圧比較器５に送られて入力信号Ｓのレベルが
三角波Ｒ２の振幅レベルより低くなった場合、入力信号
Ｓの振幅レベルに応じた期間ハイレベルとするパルス幅
変調信号Ｐ２が出力される。

しかしながら、上記パルス幅変調回路では各三角波Ｒ１
、Ｒ２の重複するレベル範囲２が存在するために、入力
信号Ｓに対して非直線性のパルス幅変調となってしまう
。つまり、この重複レベル範囲２に入力信号Ｓの振幅レ
ベルが入ると、一方のパルス幅変調信号Ｒ１又はＲ２の
パルス幅が長くなるとともに、他方のパルス幅変調信号
Ｐ２又はＰｌのパルス幅が短くなる。従って、両パルス
幅変調信号Ｐ１、Ｒ２を合成して最終的なパルス幅変調
信号を作成すると、一方のパルス幅変調信号Ｐ１又はＲ
２のみが発生している期間と比較して直流成分が２倍に
変化する。このため、入力対出力特性は第７図のＡの如
く重複レベル範囲２（−ｅｎ〜＋ｅｎ）において変動し
て特性全体から見て非直線となる。このため、この非直
線性を無くすためにバイアス電圧Ｅｂを調節して重複レ
ベル範囲−ａｎ〜＋ｅｎをｒＯＪとすることが考えられ
るが、たとえ「０」に調整したとしても動作が不安定と
なり、さらにバイアス電圧Ｅｂをかけすぎると特性Ｂに
示す如く不感帯Ｃが生じてしまう。このように不感帯Ｃ
が生じると、例えばモータ制御ではハンチイング等の異
常現象を起こしてしまう。

（発明が解決しようとする問題点） このように上記パルス幅変調回路では入力対出力特性が
非直線となるという問題がある。

そこで本発明は上記問題点を解決するために、直線性の
入力対出力特性を持った高精度のパルス幅変調回路を提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、入力信号をバイアスレベルの異なる三角波等
の各比較波によりパルス幅変調して位相の異なる２系統
別のパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調回路にお
いて、少なくとも各比較波の各振幅レベルが重複する重
複レベル範囲内外のいずれかに入力信号の振幅レベルが
位置するかを判別するレベル判別回路と、このレベル判
別回路からの判別信号に応じて入力信号に対する増幅率
を可変する可変増幅回路とを備えて上記目的を達成しよ
うとするパルス幅変調回路である。

（作用） このような手段を備えたことにより、少なくとも重複レ
ベル範囲に対する入力信号の振幅レベル位置がレベル判
別回路により判別され、その判別信号に応じて入力信号
に対する増幅率が可変される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図はパルス幅変調回路の構成図である。三角波発生
回路１０から出力される三角波Ｆはレベル判別回路１１
および各抵抗加重加算回路１２．１３へ送られるように
なっている。一方、可変増幅回路１４が設けられ、この
可変増幅回路１４により入力信号Ｓが可変増幅されて各
抵抗加重加算回路１２．１３に送られるようになってい
る。各抵抗加重加算回路１２．１３は三角波Ｆおよびバ
イアス電圧−Ｅｂ、　十Ｅｂ等が加わって各系統別の比
較波としての各三角波を作成し、さらにこれら三角波に
入力信号Ｓを加算して各電圧比較回路１５．１６に送ら
れるようになっている。ところで、レベル判別回路１１
はパルス幅変調信号Ｇ１、Ｇ２の各パルスを検出して各
パルス幅変調信号Ｇ１、Ｇ１の両信号にハイレベルのパ
ルスが検出された場合、その期間を比較波の各三角波レ
ベルの重複レベル範囲内に入力信号Ｓの振幅レベルが入
っていることを示す第１判別信号Ｈ１を送出するととも
に、入力信号Ｓの振幅レベルが重複レベル範囲の上限レ
ベルおよび下限レベルより高いか低いかを示す第３、第
２判別信号Ｈ３、Ｒ２を各抵抗加重加算回路１２．１３
に送出して、これら抵抗加重加算回路１２．１３に各バ
イアス電圧−Ｅｂ、　十Ｅｂの補償電圧−ｅｂ、＋ｅｂ
を加算させる機能を有するものである。具体的には次の
ような構成となっている。パルス生成回路１７は三角波
Ｆの最大値および最小値を検出し、この検出時にハイレ
ベルとなるパルス信号Ｑを遅延回路１８と各アンドゲー
ト１９．２０とへ送出するものである。これらアンドゲ
ート１９．２０の他方の入力端には、それぞれパルス幅
変調信号Ｇ１、Ｇ２が入力されるようになっている。そ
して、これらアンドゲート１９．２０の出力端にはそれ
ぞれ所定期間ハイレベルとなるワンショットパルスＷ１
、Ｗ２を送出するワンショットパルス回路２１．２２が
接続され、さらにこれらワンショットパルス回路２１．
２２にアンドゲート２３．２４が接続されている。なお
、ワンショットパルス回路２１．２２からのワンショッ
トパルスＷ１、Ｗ２は反転されてアンドゲート２３．２
４へ送られるようになっている。そして、これらアンド
ゲート２３．２４の他入力端には遅延回路１８からの遅
延パルス信号Ｑ゛が入力され、またその出力端はワンシ
ョットパルス回路２５．２６に接続されている。これに
より、ワンショットパルス回路２６から第３判別信号Ｈ
３が送出され、またワンショットパルス回路２５から第
２判別信号Ｈ２が送出されるものとなっている。そして
、これら第２、第３判別信号Ｈ２、Ｆ３がノアゲート２
７を通ることにより第１判別信号Ｈ１が得られるものと
なっている。

前記可変増幅回路１４は第１判別信号Ｈ１を受けて入力
信号Ｓの振幅レベルが重複レベル範囲外にあるときに入
力信号Ｓに対する増幅率を２倍とするもので、リニアア
ンプ２８の帰還系に抵抗Ｒ１を接続するとともにリニア
アンプ２８の入力端子に抵抗Ｒ２およびアナログスイッ
チ２９の直列回路と抵抗Ｒ３との並列回路が接続された
構成となっている。

前記抵抗加重加算回路１２は、三角波発生回路１０から
の三角波Ｆ１この三角波Ｆのバイアス電圧−Ｅｂおよび
入力信号Ｓをそれぞれ入力する抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６と
、第３判別信号Ｈ３を受けるアナログスイッチ３０と直
列接続された抵抗Ｒ７とが共通接続されて電圧比較器１
５の十入力端子に接続されている。また、抵抗加重加算
回路１３は、三角波発生回路１０からの三角波Ｆ１この
三角波Ｆのバイアス電圧子Ｅｂおよび入力信号Ｓをそれ
ぞれ入力する抵抗Ｒ８、Ｒ９、ＲＩＯと、第２判別信号
Ｈ２を受けるアナログスイッチ３１と直列接続された抵
抗Ｒ１１とが共通接続されて電圧比較器１６の一入力端
子に接続されている；なお、電圧比較器１５の一入力端
子および電圧比較器１６の十入力端子はｒＯＪレベルと
なっている。

次に上記の如く構成された装置の動作について第２図に
示す動作タイミング図をり照して説明する。なお、第２
図では電圧比較器１５の十入力端子に入力するバイアス
電圧−Ｅｂの加えられた三角波に入力信号Ｓの振幅が加
算された波形を示してあり電圧比較器１６側は省略しで
ある。三角波発生回路１０から出力された三角波Ｆはパ
ルス生成回路１７および各抵抗加重加算回路１２．１３
に送られる。そこで、パルス生成回路１７は三角波Ｆの
最大値および最小値を検出し、この検出時にハイレベル
とするパルス信号Ｑを遅延回路１８および各アンドゲー
ト１９．２０へ送出する。さて、このとき各電圧比較器
１５．１６からそれぞれパルス幅変調信号Ｇ１、Ｇ２が
出力されていると、これらパルス幅変調信号Ｇ１、Ｇ２
はアンドゲート１９．２０に入力され、これらアンドゲ
ート１９．２０はパルス幅変調信号Ｇ１、Ｇ２をゲート
信号としてパルス信号Ｑをワンショットパルス回路２１
．２２へ送出する。これにより、各ワンショットパルス
回路２１．２２は所定期間ハイレベルとするワンショッ
トパルスＷ１、Ｗ２を反転してアンドゲート２３．２４
へ送出する。また、これらアンドゲート２３．２４の他
方の入力端には遅延されたパルス信号Ｑ″が入力される
ので、各アンドゲート２３．２４はワンショットパルス
Ｗ１、Ｗ２の反転信号をゲート信号としてパルス信号Ｑ
′をＦｌ、Ｆ２としてワンショットパルス回路２５．２
６へ送出する。

ところで、期間ｔ１においてはパルス幅変調信号Ｇ１が
送出されているとき、つまり入力信号Ｓの振幅レベルが
重複レベル範囲の下限レベル以下であって、ワンショッ
トパルス回路２５にパルス信号Ｑ−が入力して、このワ
ンジットパルス回路２５はローレベルの第２判別信号Ｈ
２を送出する。

一方、この期間ｔ１において電圧比較器１６から出力さ
れるパルス幅変調信号Ｇ２にはハイレベルのパルスが現
われていないので、ワンショットパルス回路２６からは
ハイレベルの第３判別信号Ｈ３が送出される。従って、
第１判別信号Ｈ１はハイレベルとなってアナログスイッ
チ２９をＯＮ状態として可変増幅回路１４での増幅率を
２倍とする。

これにより、入力信号Ｓはその振幅レベルが２倍となっ
て各抵抗加重加算回路１２．１３に送られる。また、抵
抗加重加算回路１２のアナログスイッチ３０は第３判別
信号Ｈ３によりＯＮ状態となって、この抵抗加重加算回
路１２は入力した三角波Ｆにバイアス電圧−Ｅｂを加え
るとともにバイアス補償電圧−ｅｂを加わえ、さらに振
幅増幅され　−た入力信号Ｓを加算して電圧比較器１５
の十入力端子に送出する。かくして、この電圧比較器１
５から入力信号Ｓのレベルに応じたパルス幅のパルス幅
変調信号Ｇ１が出力される。

さて、入力信号Ｓの振幅レベルが重複レベル範囲に入る
と期間ｔ２に示すように、パルス幅変調信号Ｇ２にもハ
イレベルのパルスが現われるようになって、パルス幅変
調信号Ｇ１、Ｇ２とが重なり合って送出される。従って
、ワンショットパルス回路２１．２２から送出される各
ワンショットパルスＷ１、Ｗ２のハイレベル期間は第２
図に示すように重なる。これにより、アンドゲート２４
にはワンショットパルス信号Ｗ２がハイレベルとなると
ともに、一方のアンドゲート２３にもハイレベルの信号
が入力するようになって、両アンドゲート２３．２４と
もパルス信号Ｑ″が通過する。

これにより、ワンショットパルス回路２５．２６から送
出される第２、第３判別信号Ｈ２、Ｈ３は共にローレベ
ルとなる。この後、入力信号Ｓの振幅レベルが重複レベ
ル範囲の上限レベル以上となると、期間ｔ３に示すよう
にワンショットパルス回路２５からはハイレベルの第２
判別信号Ｈ２が送出される。従って、第１判別信号Ｈ１
にローレベルとなる期間ｔ２が生じる。このローレベル
の第１判別信号Ｈ１によりアナログスイッチ２９はＯＦ
Ｆ状態となって可変増幅回路１４での増幅率を１倍と可
変する。また、抵抗加重加算回路１２．１３の各アナロ
グスイッチ３０．３１がそれぞれ第３、第２判別信号Ｈ
３、Ｈ２によりＯＦＦ状態となるので、これら抵抗加重
加算回路１２．１３は三角波Ｆにバイアス電圧−Ｅｂ、
＋Ｅｂを加え、これに増幅された入力信号Ｓを加算して
電圧比較器１５．１６の十入力端子、−入力端子にそれ
ぞれ送出する。かくして、この電圧比較器１５．１６か
ら入力信号Ｓのレベルに応じたパルス幅のパルス幅変調
信号Ｇ１、Ｇ２がそれぞれ出力される。

そうして、入力信号Ｓの振幅レベルが重複レベル範囲の
上限レベル以上になると、前記期間ｔ３のように、ワン
ショットパルス回路２６からハイレベルの第３判別信号
Ｈ３が送出される。一方、このとき電圧比較器１５から
出力されるパルス幅変調信号Ｇ１にはパルスが現われな
くなるので、ワンショットパルス回路２５からはハイレ
ベルの第２判別信号Ｈ２が送出される。従って、第１判
別信号Ｈ１はハイレベルとなってアナログスイッチ２９
を再びＯＮ状態として可変増幅回路１３での増幅率を２
倍とする。従って、入力信号Ｓの振幅レベルが２倍に増
幅されて各抵抗加重加算回路１２．１３に送られる。ま
た、抵抗加重加算回路１３のアナログスイッチ３１が第
２判別信号Ｈ２によりＯＮ状態となるので、この抵抗加
重加算回路１３は三角波Ｆにバイアス電圧＋Ｅｂを加え
るとともにバイアス補償電圧＋ｅｂを加わえ、さらに増
幅された入力信号Ｓを加算して電圧比較器１６の一入力
端子に送出する。かくして、この電圧比較器１６から入
力信号Ｓの振幅レベルに応じたパルス幅のパルス幅変調
信号Ｇ２が出力される。

このように上記一実施例においては、重複レベ小範囲に
対する入力信号Ｓの振幅レベルＳの位置をレベル判別回
路１１により判別して入力信号Ｓの振幅レベルを可変増
幅するようにしたので、入力信号Ｓの振幅レベルが重複
レベル範囲外にあると入力信号Ｓの振幅レベルが２倍と
なり、重複レベル範囲内にあれば入力信号Ｓの振幅レベ
ルが１倍となって最終的に作成されるパルス幅変調信号
Ｇ１、Ｇ２の入出力レベルの特性を第７図に示すＣの如
く直線性の高いものにできる。さらに、入力信号Ｓの振
幅レベルを２倍としたとき等測的に直流バイアス値も変
動したこととなるが、同時に補償電圧＋ｅｂ、−ｅｂを
加算するので、バイアス電圧−Ｅｂ、十Ｅｂの変動の影
響を受けず入出力特性の不連続性を無くして高精度のパ
ルス幅変調ができる。従って、本パルス幅変調回路は、
特に直線性の高い入出力特性が要求される音声信号のプ
ッシュプル増幅や精密な動作を要求するサーボモータ制
御等に好適である。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではなく
、その主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば
、レベル判別回路は第３図に示すように電圧比較器５０
．５１を設けて電圧比較器５０の十入力端子および電圧
比較器５１の一入力端子に入力信号Ｓを入力する。そし
て、電圧比較器５０の一入力端子に重複レベルの上限レ
ベル＋ｅｎを入力するとともに電圧比較器５１の十入力
端子に重複レベル範囲の下限レベル−ｅｎを入力する。

さらに、両電圧比較器５０，５１の出力端にノアゲート
５２を接続して、このノアゲート５２から出力される信
号を第１判別信号に１とする。

そして、電圧比較器５０から出力される信号を第２判別
信号に２とし、電圧比較器５１から出力される信号を第
３判別信号に３とする。つまり、第４図に示す如く入力
信号Ｓの振幅レベルが上限レベル＋ｅｂよりも高ければ
、第２判別信号に２がハイレベルとなり第３判別信号に
３がローレベルとなる。また、入力信号Ｓの振幅レベル
が下限レベル−ｅｂよりも低くなれば、第３判別信号に
３がハイレベルとなり第２判別信号に２がローレベルと
なる。かくして、重複レベル範囲では第１判別信号に１
がローレベルとなる。また、比較波は三角波に限らずの
こぎり波でもよい。

［発明の効果コ 以上詳記したように本発明によれば、直線性の入力対出
力特性を持った高精度のパルス幅変調回路を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるパルス幅変調回路の一実施例を
示す構成図、第２図は第１図に示す回路のパルス幅変調
作用の動作タイミング図、第３図および第４図はレベル
判別回路の変形例を説明するための図、第５図および第
６図は従来回路を説明するための図、第７図はパルス幅
変調回路の入出力特性を示す図である。 １０・・・三角波発生回路、１１・・・レベル判別回路
、１２．１３・・・抵抗加重加算回路、１４・・・可変
増幅回路、１５．１６・・・電圧比較回路、１７・・・
パルス生成回路、１８・・・遅延回路、１９，２０．２
３゜２４・・・アンドゲート、２１．２２，２５．２６
・・・ワンショットパルス回路、２７・・・ノアゲート
、２８・・・リニアアンプ、２９，３０．３１・・・ア
ナログスイッチ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号をバイアスレベルの異なる三角波等の各比較波
   によりパルス幅変調して位相の異なる２系統別のパルス
   幅変調信号を出力するパルス幅変調回路において、少な
   くとも前記各比較波の各振幅レベルが重複する重複レベ
   ル範囲内外のいずれかに前記入力信号の振幅レベルが位
   置するかを判別するレベル判別回路と、このレベル判別
   回路からの判別信号に応じて前記入力信号に対する増幅
   率を可変する可変増幅回路とを具備し、前記入力信号に
   対して直線性の高いパルス幅変調出力を得ることを特徴
   とするパルス幅変調回路。