KR100431002B1 - Signal conversion device for resolution improvement and method of the same - Google Patents
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- H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
- H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
Abstract
입력신호의 분해능을 향상시키기 위한 신호 변환 장치가 개시된다. 펄스발생부는 입력신호에 대해 펄스폭변조방식 및 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하여 변조된 신호에 대한 펄스를 출력한다. 비교부는 입력신호와 펄스발생부로부터 출력되는 피드백 신호의 크기의 차이를 비교한다. 제어부는 비교부의 비교결과 크기의 차이값에 따라 펄스폭변조방식 및 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하도록 펄스발생부를 제어한다. 이에 의해, 펄스폭변조방식 또는 펄스주파수변조방식 중 어느 하나의 방식을 사용함으로써 높은 분해능을 얻기 위해 펄스폭을 세분화 하거나 주파수가 너무 낮아지는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 펄스폭변조방식 및 펄스주파수변조방식을 모두 적용 가능한 매트릭스 구조를 이용함으로써 입력신호의 모든 영역에 대해 분해능을 향상시킬 수 있다.A signal conversion device for improving the resolution of an input signal is disclosed. The pulse generator selectively outputs a pulse for a modulated signal by selectively performing a pulse width modulation method and a pulse frequency modulation method on an input signal. The comparison unit compares the difference between the magnitude of the input signal and the feedback signal output from the pulse generator. The controller controls the pulse generator to selectively perform the pulse width modulation method and the pulse frequency modulation method according to the difference between the magnitudes of the comparison results. As a result, by using either the pulse width modulation method or the pulse frequency modulation method, it is possible to prevent the phenomenon that the pulse width is subdivided or the frequency becomes too low to obtain high resolution. That is, by using a matrix structure in which both a pulse width modulation method and a pulse frequency modulation method are applicable, resolution of all regions of the input signal can be improved.
Description
본 발명은 신호 변환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부로부터 입력되는 입력신호의 분해능(resolution)을 향상시키기 위한 신호 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a signal converter, and more particularly, to a signal converter for improving the resolution of an input signal input from the outside.
펄스폭변조(Pulse Width Modulation : PWM)란 일정한 주기 단위로 발생하는 펄스폭을 가변시키는 변조 방식을 의미한다. 일반적으로 PWM방식은 전자부품 또는 전자제품에서 전압이나 전류의 제어, 위상 제어 등에서 사용된다. 펄스주파수변조(Pulse Frequency Modulation : PFM)란 신호파의 크기에 따라서 펄스의 주파수를 가변시키는 변조 방식을 말한다.Pulse Width Modulation (PWM) refers to a modulation method that varies a pulse width generated at a fixed period unit. In general, the PWM method is used in the control of voltage or current and phase control in electronic components or electronic products. Pulse Frequency Modulation (PFM) refers to a modulation method that varies the frequency of a pulse in accordance with the magnitude of a signal wave.
종래의 분해능 향상을 위한 신호 변환 장치는 PWM방식 또는 PFM방식 중 어느 하나의 방식을 선택하여 입력신호의 분해능을 향상시켰다. PWM방식의 경우 주파수를 고정하고, PFM방식의 경우는 펄스폭을 고정하였다. 높은 분해능(Resolution)을 필요로 하는 경우 PWM방식에서는 주파수가 낮아져야 한다.Conventional signal conversion apparatus for improving the resolution by selecting any one of the PWM method or PFM method to improve the resolution of the input signal. In the case of the PWM method, the frequency is fixed and in the case of the PFM method, the pulse width is fixed. If high resolution is required, the frequency should be lowered in the PWM method.
도 1은 일반적인 PWM방식에 대해 도시한 도면이고, 도 2는 PFM방식에 대해 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a general PWM scheme, and FIG. 2 is a diagram illustrating a PFM scheme.
도 1을 참조하면, 1Hz의 주파수에 펄스폭이 1mm에서 2mm로 변화시킨 경우의 파형으로 일정의 주파수에 펄스의 폭을 변조시키는 PWM방식을 나타낸 것이다. 듀티(Duty)는 1주기의 주파수에 대한 펄스폭으로, 1Hz의 주파수에 펄스폭이 1mm인 경우 듀티는 1mm/sec가 되고 펄스폭이 2mm인 경우 듀티는 2mm/sec가 된다.Referring to FIG. 1, a PWM method of modulating a pulse width at a predetermined frequency is a waveform when a pulse width is changed from 1 mm to 2 mm at a frequency of 1 Hz. Duty is a pulse width for a frequency of one cycle. When the pulse width is 1 mm at a frequency of 1 Hz, the duty is 1 mm / sec, and when the pulse width is 2 mm, the duty is 2 mm / sec.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 고정 주파수가 1Hz이고 펄스폭이 1mm라 하면, 1Hz에서 가질수 있는 듀티의 분해능은 1,000개가 된다. 여기서, 분해능은 펄스폭 변조를하기 위하여 한 구간을 몇 등분으로 나누어서 펄스를 생성할 수 있는가를 나타낸다.In addition, as shown in FIG. 1, when the fixed frequency is 1 Hz and the pulse width is 1 mm, the resolution of the duty that can be obtained at 1 Hz is 1,000 pieces. Here, the resolution indicates how many pulses can be generated by dividing one section into equal parts for pulse width modulation.
이와 반대로, 도 2는 펄스의 폭을 1mm로 고정하고 주파수를 1Hz에서 2Hz로 변화시킨 경우의 파형으로 일정의 펄스폭에 주파수를 변조시키는 PFM방식을 나타낸 것이다. 주파수가 1Hz인 경우와 2Hz인 경우의 듀티는 각각 1mm/sec와 1mm/0.5sec가 된다.On the contrary, FIG. 2 shows a PFM method of modulating a frequency at a predetermined pulse width with a waveform when a pulse width is fixed at 1 mm and a frequency is changed from 1 Hz to 2 Hz. The duty at the frequency of 1 Hz and 2 Hz is 1 mm / sec and 1 mm / 0.5 sec, respectively.
도 2에 도시한 바와 같이 PFM방식은 펄스의 폭을 고정하고 주파수를 가변하는 방식으로, PWM방식과 같이 주파수가 1Hz이고 펄스의 폭이 1mm로 고정된 경우 1,000개의 분해능을 갖는다. 그러나 주파수가 1Hz에서 2Hz로 변화가 되면 분해능은 500개가 된다.As shown in FIG. 2, the PFM method fixes the pulse width and changes the frequency. The PFM method has a resolution of 1,000 when the frequency is 1 Hz and the pulse width is fixed to 1 mm, as in the PWM method. But when the frequency changes from 1Hz to 2Hz, the resolution is 500.
예컨대, PFM방식을 이용하여 10,000개의 분해능을 얻기 위해서는 주파수가 1Hz에서 0.1Hz로 세팅(Setting)되어야만 10,000의 분해능을 가질 수 있게 된다. 그러나, 주파수가 너무 낮게되면 스위칭 IC의 동작 주파수 범위를 넘어 설수 있게 된다. 낮은 주파수의 샘플링(Sampling)이 필요한 경우 가능하지만, 실질적으로 0.1Hz의 주파수는 사용할 수 없는 범위의 주파수가 된다. 뿐만 아니라, PFM방식을 적용하는 경우 높은 분해능을 얻기 위해서는 주파수 변조가 많이 필요하다. PFM방식을 적용하는 경우 PWM방식을 적용하는 경우보다 신호의 미세 조정이 가능하나 신호의 응답속도가 느리다는 단점이 있다.For example, in order to obtain 10,000 resolutions using the PFM method, the resolution must be 10,000 when the frequency is set from 1 Hz to 0.1 Hz. However, if the frequency is too low, it will exceed the operating frequency range of the switching IC. This is possible if low frequency sampling is required, but the frequency of 0.1 Hz is in the range of the unusable range. In addition, when applying the PFM method, a lot of frequency modulation is required to obtain high resolution. When the PFM method is applied, the signal can be finely adjusted than when the PWM method is applied. However, the response speed of the signal is slow.
이와 같이, PWM방식과 PFM방식을 단독적으로 적용하는 경우, 높은 분해능을 위해서는 주파수가 높던지 또는 펄스의 듀티 폭의 세분화가 필요하게 되므로 구성 자체가 힘들게 된다.As such, when the PWM method and the PFM method are applied alone, the configuration itself is difficult because high frequency or a smaller duty width of the pulse is required for high resolution.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, PWM방식 및 PFM방식을 적응적으로 수행함으로써 입력신호의 분해능을 향상시킬 수 있는 신호 변환 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a signal conversion device and method capable of improving the resolution of an input signal by adaptively performing a PWM method and a PFM method.
도 1은 일반적인 PWM방식에 대해 도시한 도면,1 is a view showing a general PWM method,
도 2는 일반적인 PFM방식에 대해 도시한 도면,2 is a diagram illustrating a general PFM scheme;
도 3은 본 발명에 따른 분해능을 향상시키기 위한 클래스 D급 증폭기의 신호 변환 장치 대한 일 실시예의 블록도,3 is a block diagram of an embodiment of a signal conversion device of a class D amplifier for improving resolution according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 스위칭부 및 저역통과필터의 회로 구성을 도시한 도면, 그리고,4 is a diagram illustrating a circuit configuration of a switching unit and a low pass filter according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 분해능 향상을위한 신호 변환 장치에 대한 일 실시예의 흐름도이다.5 is a flowchart of an embodiment of a signal conversion apparatus for improving resolution according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
300 : A/D변환부 310 : 제1산출부300: A / D conversion unit 310: the first calculation unit
320 : 제2산출부 330 : 비교부320: second output unit 330: comparison unit
340 : 제어부 350 : 저장부340: control unit 350: storage unit
360 : 펄스발생부 370 : 스위칭부360: pulse generator 370: switching unit
380 : 저역통과필터380 low pass filter
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 분해능 향상을 위한 신호 변환 장치는, 입력신호에 대해 펄스폭변조방식 및 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하여 변조된 신호에 대한 펄스를 출력하는 펄스발생부, 상기 입력신호와 상기 펄스발생부로부터 출력되는 피드백 신호의 크기의 차이를 비교하는 비교부, 상기 비교부의 비교결과 상기 크기의 차이값에 따라 상기 펄스폭변조방식 및 상기 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하도록 제어하는 제어부를 갖는다.Signal conversion device for improving the resolution according to the present invention for achieving the above technical problem, the pulse generation to selectively output the pulse width modulation method and the pulse frequency modulation method for the input signal to generate a pulse for the modulated signal A comparison unit for comparing the difference between the magnitude of the input signal and the feedback signal output from the pulse generator, and selectively selecting the pulse width modulation method and the pulse frequency modulation method according to the difference value of the magnitude as a result of the comparison. It has a control unit to control to perform.
바람직하게는, 디지털 신호로 샘플링된 상기 입력신호의 이전 값과 현재 값에 대한 각각의 기울기를 산출하는 제1산출부, 및 디지털 신호로 샘플링된 상기 피드백 신호의 이전 값과 현재 값에 대한 각각의 기울기를 산출하는 제2산출부를 더 구비하며, 상기 비교부는 상기 제1산출부로부터 산출된 각각의 상기 기울기와 상기 제2산출부로부터 산출된 각각의 상기 기울기의 차이를 비교한다.Preferably, a first calculation unit for calculating respective slopes of the previous value and the current value of the input signal sampled with the digital signal, and each of the previous value and the current value of the feedback signal sampled with the digital signal A second calculation unit for calculating a slope is further provided, wherein the comparison unit compares the difference between each of the slopes calculated from the first calculation unit and each of the slopes calculated from the second calculation unit.
또한, 적어도 하나의 주파수 및 적어도 하나의 펄스폭에 대한 듀티비에 관한룩업 테이블이 저장되는 저장부를 더 구비하며, 상기 제어부는 상기 저장부에 저장된 복수의 상기 듀티비 중 어느 하나의 상기 듀티비가 선택되면, 상기 입력신호를 선택된 상기 듀티비에 대응되도록 상기 펄스폭변조방식 및 상기 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하도록 제어한다.The apparatus may further include a storage configured to store a lookup table relating to a duty ratio for at least one frequency and at least one pulse width, wherein the controller is configured to select one of the duty ratios among the plurality of duty ratios stored in the storage. When the input signal is selected, the pulse width modulation method and the pulse frequency modulation method are selectively performed to correspond to the selected duty ratio.
상기 비교부의 비교결과 상기 기울기의 차이값이 소정의 기준값보다 큰 경우, 상기 제어부는 선택된 상기 듀티비를 기준으로 상기 펄스폭변조방식을 수행하여 상기 피드백 신호를 변조하도록 제어한다. 이와 달리, 상기 비교부의 비교결과 상기 기울기의 차이값이 소정의 상기 기준값보다 작은 경우, 상기 제어부는 선택된 상기 듀티비를 기준으로 상기 펄스주파수변조방식을 수행하여 상기 피드백 신호를 변조하도록 제어한다.When the difference value of the slope is greater than a reference value as a result of the comparison of the comparator, the controller controls to modulate the feedback signal by performing the pulse width modulation method based on the selected duty ratio. On the contrary, when the comparison result of the comparison unit is smaller than the difference value of the reference value, the control unit performs the pulse frequency modulation method based on the selected duty ratio to control to modulate the feedback signal.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 분해능 향상을 위한 신호 변환 방법은 입력신호에 대해 펄스폭변조방식 및 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하여 변조된 신호에 대한 펄스를 출력하는 단계, 상기 입력신호와 상기 펄스발생부로부터 출력되는 피드백 신호의 크기의 차이를 비교하는 단계, 및 상기 비교단계의 비교결과 상기 크기의 차이값에 따라 상기 펄스폭변조방식 및 상기 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하도록 제어하는 단계를 갖는다.According to another aspect of the present invention, there is provided a signal conversion method for improving resolution according to the present invention, by selectively performing a pulse width modulation method and a pulse frequency modulation method on an input signal to output pulses for a modulated signal. Comparing the difference between the magnitude of the input signal and the feedback signal output from the pulse generator, and selectively selecting the pulse width modulation method and the pulse frequency modulation method according to the difference value of the magnitude as a result of the comparison step. It has a step of controlling to perform.
바람직하게는, 상기 비교단계전에 디지털 신호로 샘플링된 상기 입력신호 및 상기 피드백 신호의 이전 값과 현재 값에 대한 각각의 기울기를 각각 산출하는 단계를 더 포함하며, 상기 비교단계는 산출된 각각의 상기 기울기의 차이를 비교한다.Preferably, the method further includes calculating respective inclinations for the previous value and the current value of the input signal and the feedback signal sampled with the digital signal before the comparing step, wherein the comparing step includes calculating each of the calculated values. Compare the difference in slopes.
또한, 상기 제어단계는 기 저장된 복수의 듀티비 중 어느 하나의 상기 듀티비가 선택되면, 상기 입력신호를 선택된 상기 듀티비에 대응되도록 상기 펄스폭변조방식 및 상기 펄스주파수변조방식을 선택적으로 수행하도록 제어한다.The control step may be configured to selectively perform the pulse width modulation method and the pulse frequency modulation method so that the input signal corresponds to the selected duty ratio when any one of a plurality of previously stored duty ratios is selected. do.
상기 비교단계의 비교결과 상기 기울기의 차이값이 소정의 기준값보다 큰 경우, 상기 제어단계는 선택된 상기 듀티비를 기준으로 상기 펄스폭변조방식을 수행하여 상기 피드백 신호를 변조하도록 제어한다. 이와 달리, 상기 비교단계의 비교결과 상기 기울기의 차이값이 소정의 기준값보다 작은 경우, 상기 제어단계는 선택된 상기 듀티비를 기준으로 상기 펄스폭변조방식을 수행하여 상기 피드백 신호를 변조하도록 제어한다.As a result of the comparison in the comparison step, if the difference value of the slope is larger than a predetermined reference value, the control step controls to modulate the feedback signal by performing the pulse width modulation method based on the selected duty ratio. In contrast, when the difference value of the slope is smaller than a predetermined reference value as a result of the comparison in the comparison step, the control step controls to modulate the feedback signal by performing the pulse width modulation method based on the selected duty ratio.
따라서, PWM방식 또는 PFM방식 중 어느 하나의 방식을 사용함으로써 높은 분해능을 얻기 위해 펄스폭을 세분화 하거나 주파수가 너무 낮아지는 현상을 방지할 수 있다. 즉, PWM방식 및 PFM방식을 모두 적용 가능한 매트릭스 구조를 이용함으로써 입력신호의 모든 영역에 대해 분해능을 향상시킬 수 있다.Therefore, by using either the PWM method or the PFM method, it is possible to prevent a phenomenon in which the pulse width is subdivided or the frequency is too low to obtain high resolution. That is, by using a matrix structure that can be applied to both the PWM method and the PFM method, the resolution of all areas of the input signal can be improved.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 분해능을 향상시키기 위한 클래스 D급 증폭기의 신호 변환 장치 대한 일 실시예의 블록도이다.3 is a block diagram of an embodiment of a signal conversion device of a class D amplifier for improving resolution according to the present invention.
도 3을 참조하면, 신호 변환 장치는 A/D변환부(300), 제1산출부(310), 제2산출부(320), 비교부(330), 제어부(340), 저장부(350), 펄스발생부(360), 스위칭부(370), 및 저역통과필터(380)를 갖는다.Referring to FIG. 3, the signal conversion apparatus includes an A / D converter 300, a first calculator 310, a second calculator 320, a comparator 330, a controller 340, and a storage 350. ), A pulse generator 360, a switching unit 370, and a low pass filter 380.
A/D변환부(300)는 외부로부터 입력되는 입력신호와 펄스발생부(360)로부터출력되는 피드백 신호를 수신하여 디지털신호로 변환시킨다. A/D변환부(300)를 통해 입력신호가 디지털신호로 변환되면, 비교부(330)는 입력신호와 펄스발생부(360)로부터 출력되는 피드백 신호의 차이를 비교한다. 제어부(340)는 입력신호와 피드백 신호의 차이에 따라 PWM방식 및 PFM방식을 선택적으로 수행하도록 펄스발생부(360)를 제어한다.The A / D converter 300 receives an input signal input from the outside and a feedback signal output from the pulse generator 360 to convert the input signal into a digital signal. When the input signal is converted into a digital signal through the A / D converter 300, the comparator 330 compares the difference between the input signal and the feedback signal output from the pulse generator 360. The controller 340 controls the pulse generator 360 to selectively perform the PWM method and the PFM method according to the difference between the input signal and the feedback signal.
바람직하게는, 디지털 신호로 샘플링된 입력신호와 피드백 신호의 기울기를 각각 산출하는 제1산출부(310) 및 제2산출부(320)를 구비한다. 제1산출부(310)는 디지털 신호로 샘플링된 입력신호의 이전 값과 현재 값에 대해 각각의 기울기를 산출한다. 제 2산출부(320)는 디지털신호로 변환된 피드백 신호의 이전 값과 현재 값에 대해 각각의 기울기를 산출한다.Preferably, the first calculation unit 310 and the second calculation unit 320 for calculating the slope of the input signal and the feedback signal sampled as a digital signal, respectively. The first calculator 310 calculates respective inclinations of the previous value and the current value of the input signal sampled as the digital signal. The second calculation unit 320 calculates respective inclinations of the previous value and the current value of the feedback signal converted into the digital signal.
비교부(330)는 제1산출부(310)로부터 산출된 각각의 기울기와 제2산출부(320)로부터 산출된 각각의 기울기의 차이를 비교한다. 제어부(340)는 비교부(330)의 비교결과 발생되는 기울기의 차이값에 따라 일정의 주파수에 펄스폭을 변조시키는 PWM방식 및 일정의 펄스폭에 주파수를 변조시키는 PFM방식을 선택적으로 수행하도록 제어한다.The comparator 330 compares the difference between each slope calculated from the first calculator 310 and the slope calculated from the second calculator 320. The controller 340 controls to selectively perform a PWM method for modulating a pulse width at a predetermined frequency and a PFM method for modulating a frequency at a predetermined pulse width according to a difference value of the slope generated as a result of the comparison of the comparator 330. do.
펄스발생부(360)는 제어부(340)의 제어신호에 따라 PWM방식 및 PFM방식을 선택적으로 수행하여 스위칭부(370)로 변조된 신호에 때한 펄스를 출력한다. 스위칭부(370)는 펄스발생부(370)의 하이(High) 또는 로우(Low) 신호에 따라 스위칭 동작을 수행한다. 스위칭부(370)의 스위칭 동작에 따른 신호는 저역통과필터(380)에 의해 불필요한 고주파 성분이 제거된다.The pulse generator 360 selectively outputs a pulse in response to the signal modulated by the switching unit 370 by selectively performing the PWM method and the PFM method according to the control signal of the controller 340. The switching unit 370 performs a switching operation according to the high or low signal of the pulse generator 370. As a signal according to the switching operation of the switching unit 370, unnecessary high frequency components are removed by the low pass filter 380.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭부 및 저역통과필터의 회로 구성을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a circuit configuration of a switching unit and a low pass filter according to the present invention.
도면을 참조하면, 펄스발생부(360)로부터 출력되는 펄스는 MOSFET으로 구성된 스위칭소자(Q1, Q2)의 게이트에 인가된다. 이때, 펄스발생부(360)로부터의 출력 펄스가 하이(High)인 경우 제1스위칭소자(Q1)가 온 되어 제1스위칭소자(Q1)의 출력단자에서 출력신호를 얻을 수 있다. 이와 달리, 펄스발생부(360)의 출력 펄스가 로우(Low)인 경우 제2스위칭소자(Q2)의 출력단자에서 출력을 얻게된다.Referring to the drawing, the pulse output from the pulse generator 360 is applied to the gates of the switching elements Q1 and Q2 composed of MOSFETs. At this time, when the output pulse from the pulse generator 360 is high, the first switching device Q1 is turned on to obtain an output signal from the output terminal of the first switching device Q1. In contrast, when the output pulse of the pulse generator 360 is low, the output is obtained from the output terminal of the second switching element Q2.
스위칭소자(Q1, Q2)에 의해 생성된 신호는 저역통과필터(380)로 제공된다. 스위칭소자(Q1, Q2)의 스위칭 동작 의해 생성되는 신호는 입력신호 성분 뿐만 아니라 필요하지 않은 고주파 성분도 포함되어 있다. 이 고주파 성분은 인덕터(L1)와 커패시터(C1)로 구성된 저역통과필터(380)에 의해 제거된다.The signal generated by the switching elements Q1 and Q2 is provided to the low pass filter 380. The signals generated by the switching operations of the switching elements Q1 and Q2 include not only input signal components but also high frequency components that are not necessary. This high frequency component is removed by a low pass filter 380 composed of an inductor L1 and a capacitor C1.
따라서, 최종 출력신호는 저역통과필터(380)에 의해 불필요한 고주파 성분이 제거된 신호가 된다. 저역통과필터(380)를 통해 출력된 신호는 피드백루프를 통해 A/D변환부(300)의 또다른 입력으로 궤환(FeedBack)된다.Accordingly, the final output signal is a signal from which unnecessary high frequency components are removed by the low pass filter 380. The signal output through the low pass filter 380 is fed back to another input of the A / D converter 300 through a feedback loop.
바람직하게는, 적어도 하나의 주파수 및 적어도 하나의 펄스폭에 대한 듀티비로 구성된 룩업 테이블을 저장하는 저장부(350)를 구비한다.Preferably, the storage unit 350 stores a look-up table composed of duty ratios for at least one frequency and at least one pulse width.
[표 1]은 저장부(350)에 저장된 룩업테이블의 일 예를 나타낸 것이다.Table 1 shows an example of a lookup table stored in the storage 350.
[표 1]의 세로셀은 소정의 값으로 고정된 펄스폭에 주파수를 변조시키는 PFM방식을 나타낸 것이고, 가로셀은 고정된 주파수에 펄스폭을 변조시키는 PWM방식을 나타낸 것이다.The vertical cell of Table 1 shows a PFM method for modulating a frequency at a fixed pulse width to a predetermined value, and the horizontal cell shows a PWM method for modulating a pulse width at a fixed frequency.
한편, [표 1]에 나타난 주파수 및 펄스폭에 해당하는 각각의 데이터는 고정되는 값은 아니며, 입력신호의 특성에 따라 가변 가능한 설정 데이터라 할 수 있다. 또한, 주파수 및 펄스폭은 반드시 순차적으로 배열되는 것은 아니며, [표 1]에 나타낸 바와 같이 4 x 4의 형태 뿐만 아니라 분해능을 향상시킬 수 있는 매트릭스 구조는 모두 가능하다.Meanwhile, the data corresponding to the frequency and the pulse width shown in [Table 1] are not fixed values, and may be referred to as setting data that can be changed according to characteristics of the input signal. In addition, the frequency and the pulse width are not necessarily arranged sequentially, and as shown in Table 1, not only the 4 × 4 shape but also a matrix structure capable of improving resolution can be used.
외부로부터 입력신호가 입력되면, 제어부(340)는 입력신호를 저장부(350)에 저장된 복수의 듀티비 중 어느 하나의 듀티비를 선택하여 PWM방식 및 PFM방식을 선택적으로 수행하도록 제어한다. 즉, 펄스발생부(360)는 초기화 상태에서 처음 한번은 기 설정된 듀티비와 PWM방식 및 PFM방식 중 설정된 방식에 의해 변조된 신호에 대한 펄스를 발생하는 것이다.When an input signal is input from the outside, the controller 340 selects one duty ratio among a plurality of duty ratios stored in the storage 350 to selectively perform the PWM method and the PFM method. That is, the pulse generator 360 generates a pulse for a signal modulated by a preset duty ratio, a PWM method, and a PFM method, the first time in the initialization state.
예컨대, 초기 설정값이 PWM방식이며, 1Hz의 주파수에 0.4mm의 펄스폭을 갖는 듀티비로 설정된 경우, 펄스발생부(360)는 입력신호를 PWM방식을 수행하여 설정된 듀티비(duty=0.4/1)를 갖는 펄스를 발생한다.For example, when the initial setting value is a PWM method and is set to a duty ratio having a pulse width of 0.4 mm at a frequency of 1 Hz, the pulse generator 360 performs a PWM method on the input signal to set a duty ratio (duty = 0.4 / 1). Generates a pulse with
스위칭부(370)는 펄스발생부(370)의 하이(High) 또는 로우(Low)신호에 따라 스위칭 동작을 수행한다. 스위칭부(370)로부터 출력되는 신호에 포함된 고주파 성분은 저역통과필터(380)에 의해 제거된다. 저역통과필터(380)에 의해 고주파 성분이 제거된 신호는 피드백루프를 통해 A/D변환부(300)로 궤환된다. 제1 및 제2산출부(310, 320)는 디지털 신호로 변환된 입력신호 및 피드백 신호에 대한 기울값을 각각 산출한다.The switching unit 370 performs a switching operation according to the high or low signal of the pulse generator 370. The high frequency component included in the signal output from the switching unit 370 is removed by the low pass filter 380. The signal from which the high frequency component is removed by the low pass filter 380 is fed back to the A / D converter 300 through a feedback loop. The first and second calculators 310 and 320 calculate tilt values for the input signal and the feedback signal, respectively, which are converted into digital signals.
비교부(330)는 제1 및 제2산출부(310,320)에 의해 각각 산출된 입력신호에 대한 기울기값과 피드백 신호에 대한 기울값의 비교한다. 비교부(330)의 비교결과 두 기울기값의 차이값이 소정의 기준값보다 큰 경우, 제어부(340)는 PWM방식을 수행하도록 제어한다. 즉, 펄스폭을 0.4mm로 고정시킨 상태에서 기울기값의 차이값에 대응되는 주파수를 선택하게 된다.The comparator 330 compares the inclination value of the input signal and the inclination value of the feedback signal calculated by the first and second calculation units 310 and 320, respectively. As a result of the comparison by the comparator 330, when the difference between the two inclination values is greater than the predetermined reference value, the controller 340 controls to perform the PWM method. That is, the frequency corresponding to the difference value of the slope value is selected while the pulse width is fixed at 0.4 mm.
예컨대, 입력신호와 피드백 신호의 기울기의 차이값이 0.1인 경우, 제어부(340)는 저장부(350)에 저장된 복수의 듀티비 중 펄스폭이 0.4mm이고, 주파수가 1Hz인 듀티비(duty=0.4/1)를 선택하여 PWM방식을 수행하도록 제어한다.For example, when the difference between the slopes of the input signal and the feedback signal is 0.1, the controller 340 of the plurality of duty ratios stored in the storage 350 has a duty ratio of 0.4 mm and a frequency of 1 Hz. Select 0.4 / 1) to control the PWM method.
이와 달리, 비교부(330)의 비교결과 두 기울기값의 차이값이 소정의 기준값보다 작은경우 제어부(340)는 PFM방식을 수행하도록 제어한다. 즉, 주파수를 1Hz로 고정시키고 기울기값의 차이값에 대응되는 펄스폭을 선택한다. 예컨대, 상기 두 기울기값의 차이값이 0.1인 경우 펄스폭을 0.1로 선택하고, 상기 두 기울기값의 차이값이 0.2인 경우 펄스폭을 0.2로 선택한다.On the contrary, when the difference between the two inclination values is smaller than the predetermined reference value, the control unit 340 controls to perform the PFM method. That is, the frequency is fixed at 1 Hz and the pulse width corresponding to the difference value of the slope value is selected. For example, when the difference between the two slope values is 0.1, the pulse width is selected as 0.1, and when the difference between the two slope values is 0.2, the pulse width is selected as 0.2.
그러므로, 제어부(340)는 피드백 신호의 기울기와 입력신호의 기울기의 차이값이 소정의 기준값보다 작은 경우 PFM방식을 수행하고, 기울기의 차이값이 소정의 기준값보다 큰 경우 PWM방식을 수행하도록 제어한다. 펄스발생부(360)는 제어부(340)의 제어신호에 따라 PWM방식 및 PFM방식을 선택적으로 수행하여 펄스폭 변조된 신호 및 펄스주파수 변조된 신호를 출력한다.Therefore, the controller 340 performs the PFM method when the difference between the slope of the feedback signal and the slope of the input signal is smaller than the predetermined reference value, and performs the PWM method when the difference between the slope is greater than the predetermined reference value. . The pulse generator 360 selectively outputs a pulse width modulated signal and a pulse frequency modulated signal by selectively performing the PWM method and the PFM method according to the control signal of the controller 340.
즉, 입력신호와 피드백 신호의 기울기의 차이값과 소정의 기준값과의 비교결과에 따라 PWM방식 및 PFM방식을 적응적으로 수행함으로써, PWM방식 또는 PFM방식 중 어느 하나의 방식을 수행하는 경우보다 더 많은 분해능을 얻을 수 있다.That is, by adaptively performing the PWM method and the PFM method according to the comparison result of the difference between the slope of the input signal and the feedback signal with a predetermined reference value, the PWM method or the PFM method is more than the case of performing either the PWM method or the PFM method Many resolutions can be obtained.
한편, 상기와 같이 분해능을 향상시킴으로서 부하단에 인가되는 전류의 제어 및 전압의 제어가 가능한다. 즉, 펄스폭 및 주파수의 조절에 따라 전류의 공급이 다르기 때문에 출력단의 전압의 조절이 가능하다.On the other hand, by improving the resolution as described above, it is possible to control the current and the voltage applied to the load stage. That is, since the supply of current is different according to the adjustment of the pulse width and the frequency, the voltage of the output terminal can be adjusted.
예를 들면, 주파수를 1Hz로 고정한 상태에서 펄스폭이 1mm인 경우 듀티(Duty)는 1이 된다. 이는 듀티가 1인 동안 전류의 공급을 의미하며 이 시간 후에 전류는 자연적으로 감소의 곡선을 띄게 된다. 또한, 1Hz의 주파수에 펄스폭이 2mm인 경우 듀티는 2가되고 전류는 2동안 공급되었다가 나머지 시간 동안 감소하는 곡선을 나타낸다. 따라서, 펄스의 폭에 따라 부하단에 인가되는 전류의 공급량이 다르다. 또한, 펄스폭을 1mm로 고정시키고 주파수를 1Hz인 경우와 주파수가 2Hz인 경우에 전류의 공급 횟수가 다르기 때문에 실제로 부하에 인가되는 전류의공급량도 달라진다. 이 경우 주파수가 1Hz인 경우의 전류 공급 횟수는 한 번이지만, 2Hz의 경우 전류의 공급 횟수는 두 번이기 때문이다.For example, when the pulse width is 1 mm while the frequency is fixed at 1 Hz, the duty is 1. This means the supply of current while the duty is 1, after which the current naturally curves down. Also, if the pulse width is 2mm at the frequency of 1Hz, the duty becomes 2, the current is supplied for 2 days, and then the curve decreases for the remaining time. Therefore, the supply amount of current applied to the load stage varies depending on the width of the pulse. In addition, since the number of supply of the current is different when the pulse width is fixed at 1 mm and the frequency is 1 Hz and the frequency is 2 Hz, the amount of current actually applied to the load also varies. In this case, the frequency is 1 Hz, but the current is supplied once, but in the case of 2 Hz, the current is supplied twice.
따라서, PWM방식 및 PFM방식을 적응적으로 수행하여 펄스의 폭 및 주파수의 변조가 가능함에 따라 분해능을 향상시킬 수 있다. 이는 분해능을 향상시킴으로써 부하단에 인가되는 전류 및 전압의 제어가 가능함을 나타낸다.Accordingly, the PWM method and the PFM method can be adaptively performed to improve the resolution according to the pulse width and frequency modulation. This indicates that by improving the resolution, it is possible to control the current and voltage applied to the load stage.
도 5는 본 발명에 따른 분해능을 향상시키기 위한 신호 변환 방법에 대한 일 실시예의 흐름도이다.5 is a flowchart of an embodiment of a signal conversion method for improving resolution according to the present invention.
외부로부터 입력신호가 인가되기 전에 먼저 저장부(350)의 룩업 테이블에 저장된 적어도 하나의 주파수 및 적어도 하나의 펄스폭에 대한 듀티비 중 어느 하나를 선택하여 초기값으로 설정한다. 입력신호가 수신되는 경우(S500), 제어부(340)는 입력신호를 기 설정된 주파수 및 펄스폭을 기초로 펄스를 발생하도록 펄스 발생부(360)를 제어한다. 펄스발생부(360)는 제어부(340)의 제어신호에 따라 PWM방식 및 PFM방식을 선택적으로 수행하여, 수행된 결과에 따른 펄스를 출력한다.Before an input signal is applied from the outside, one of at least one frequency and a duty ratio for at least one pulse width stored in the lookup table of the storage 350 is selected and set as an initial value. When the input signal is received (S500), the controller 340 controls the pulse generator 360 to generate a pulse based on the preset frequency and the pulse width. The pulse generator 360 selectively performs the PWM method and the PFM method according to the control signal of the controller 340, and outputs a pulse according to the performed result.
스위칭부(370)는 펄스발생부(360)의 하이(High) 또는 로우(Low) 신호에 따라 스위칭 동작을 수행한다. 스위칭부(370)를 통해 출력되는 신호는 저역통과필터(380)에 의해 불피요한 고주파 성분이 제거된 신호이다. 저역통과필터(380)를 통해 출력되는 출력신호는 피드백루프를 통해 A/D변환부(300)로 궤환된다.The switching unit 370 performs a switching operation according to the high or low signal of the pulse generator 360. The signal output through the switching unit 370 is a signal from which an undesired high frequency component is removed by the low pass filter 380. The output signal output through the low pass filter 380 is fed back to the A / D converter 300 through a feedback loop.
입력신호 및 피드백 신호가 입력되면, A/D변환부(300)는 입력신호 및 피드백 신호를 디지털 신호로 변환한다. 제1 및 제2산출부(310, 320)는 디지털 신호로 샘플링(sampling)된 입력신호 및 피드백 신호에 대한 기울기를 각각 산출한다(S510). 비교부(330)는 제1 및 제2산출부(310, 320)에 의해 각각 산출된 입력신호에 대한 각각의 기울기와 피드백 신호에 대한 각각의 기울기의 차를 비교한다(S520).When an input signal and a feedback signal are input, the A / D converter 300 converts the input signal and the feedback signal into a digital signal. The first and second calculators 310 and 320 calculate slopes of the input signal and the feedback signal sampled with the digital signal, respectively (S510). The comparator 330 compares a difference between respective inclinations of the input signals calculated by the first and second calculation units 310 and 320, respectively, and the inclinations of the feedback signals (S520).
S520 단계의 비교결과 입력신호의 기울기와 피드백 신호의 기울기의 차이값이 소정의 기준값보다 큰 경우(S530), 제어부(340)는 PWM방식을 수행하도록 펄스발생부(360)를 제어한다(S540). 기울기의 차이값과 소정의 기준값과의 비교에 의해 PWM방식이 선택되면, 제어부(340)는 기 설정된 초기값을 기준으로 펄스폭은 초기 설정상태로 고정시키고, 복수의 주파수 중 기울기의 차이값에 대응되는 주파수를 갖는 듀티비를 선택한다(S550).When the difference between the slope of the input signal and the slope of the feedback signal is greater than a predetermined reference value in operation S520 (S530), the controller 340 controls the pulse generator 360 to perform a PWM method (S540). . When the PWM method is selected by comparing the difference value of the slope with a predetermined reference value, the controller 340 fixes the pulse width to an initial setting state based on the preset initial value, and applies the difference value of the slope among the plurality of frequencies. A duty ratio having a corresponding frequency is selected (S550).
이와 달리, S520 단계의 비교결과 입력신호와 피드백 신호의 기울기의 차이값이 소정의 기준값보다 작은 경우, 제어부(340)는 PFM방식을 수행하도록 펄스발생부(360)를 제어한다(S560). 입력신호와 피드백 신호의 기울기의 차이값에 따라 PFM방식이 선택되면, 제어부(340)는 기 설정된 초기값을 기준으로 주파수는 초기 설정상태로 고정시키고, 복수의 펄스폭중 기울기의 차이값에 대응되는 펄스폭을 갖는 듀티비를 따라 선택한다(S570).On the contrary, when the difference value of the slope between the input signal and the feedback signal is smaller than the predetermined reference value in operation S520, the controller 340 controls the pulse generator 360 to perform the PFM method (S560). When the PFM method is selected according to the difference between the slopes of the input signal and the feedback signal, the controller 340 fixes the frequency to the initial setting state based on the preset initial value and corresponds to the difference value of the slope among the plurality of pulse widths. A duty ratio having a pulse width to be selected is selected (S570).
펄스 발생부(360)는 제어부의 제어신호에 따라 주파수를 변조하는 PWM방식 및 펄스폭을 변조하는 PFM방식을 선택적으로 수행하여 스위칭부(370)로 변조된 신호에 대응되는 펄스를 출력한다(S580). 스위칭부(370)를 통해 출력되는 신호는 저역통과필터(380)에 의해 고주파 성분이 제거된 신호이다. 저역통과필터(380)를 통해 출력되는 신호는 피드백루프를 통해 A/D변환부(300)로 궤환된다.The pulse generator 360 selectively outputs a pulse corresponding to the modulated signal to the switching unit 370 by selectively performing a PWM method of modulating a frequency and a PFM method of modulating a pulse width according to a control signal of the controller (S580). ). The signal output through the switching unit 370 is a signal from which a high frequency component is removed by the low pass filter 380. The signal output through the low pass filter 380 is fed back to the A / D converter 300 through a feedback loop.
A/D변환부(300)로 피드백 신호가 궤환되면, S510 단계에서 S580 단계를 반복 수행하여 피드백 신호를 보상한다. 입력신호 및 피드백 신호의 기울기의 차이값에 따라 주파수 및 펄스폭을 조정하는 PWM방식 및 펄스주파수변조을 적응적으로 수행함으로써 분해능을 향상시킬 수 있다.When the feedback signal is fed back to the A / D converter 300, the process is repeated in step S510 to compensate for the feedback signal. Resolution can be improved by adaptively performing PWM and pulse frequency modulation to adjust the frequency and pulse width according to the difference between the slopes of the input signal and the feedback signal.
비록 본 실시예에서 분해능 향상을 위한 클래스 D급 증폭기의 신호 변환 장치 대해 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 종래의 PWM방식 및 PFM방식을 적용하여 분해능을 향상시키기 위한 장치에 모두 적용이 가능하다.Although the present embodiment has been described with respect to the signal conversion device of the class D amplifier for improving the resolution, it is not necessarily limited to this, it is possible to apply to both the device for improving the resolution by applying the conventional PWM method and PFM method.
본 발명에 따른 분해능 향상을 위한 신호 변환 장치 및 방법에 의하면, PWM방식 또는 PFM방식 중 어느 하나의 방식을 사용함으로써 높은 분해능을 얻기 위해 펄스의 폭을 너무 세분화 하거나 주파수가 너무 낮아지는 현상을 방지할 수 있다. 즉, PWM방식 및 PFM방식을 모두 적용 가능한 매트릭스 구조를 사용함으로써 하드웨어 및 소프트웨어의 부담을 줄일 수 있고, 두 방식을 선택적으로 수행함으로써 입력신호의 모든 영역에 대해 분해능을 향상시킬 수 있다.According to the signal conversion apparatus and method for improving the resolution according to the present invention, by using any one of the PWM method or PFM method to prevent the phenomenon that the pulse width is too subdivided or the frequency is too low to obtain a high resolution Can be. That is, by using a matrix structure that can apply both PWM and PFM methods, the burden on hardware and software can be reduced, and by performing both methods selectively, resolution can be improved for all areas of the input signal.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail through the representative embodiments, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the scope of the present invention with respect to the embodiments described above. Will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
Claims (10)
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Citations (3)
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JPH01185003A (en) * | 1988-01-19 | 1989-07-24 | Tdk Corp | Transmitter for analog signal |
US5162987A (en) * | 1990-12-28 | 1992-11-10 | Leslie Controls, Inc. | Controller which uses pulse width and pulse frequency modulated signals to control a variable |
US5568044A (en) * | 1994-09-27 | 1996-10-22 | Micrel, Inc. | Voltage regulator that operates in either PWM or PFM mode |
-
2002
- 2002-03-15 KR KR10-2002-0014001A patent/KR100431002B1/en not_active IP Right Cessation
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