JP3991705B2 - Digital / analog conversion circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ディジタル信号をアナログ信号に変換するDAC(Digital to Analog Converter:ディジタル/アナログ変換回路)に関し、特に、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)を利用してディジタル信号をアナログ信号に変換するDACに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、PWMを利用してディジタル信号をアナログ信号に変換するDACが用いられている。このようなDACは、入力データに基づいて出力信号のパルス幅(デューティ)を変調するPWM回路と、PWM回路の出力信号を平滑化するローパスフィルタとを含んでいる。ローパスフィルタとしては、一般的に、抵抗とコンデンサとを組み合わせたCR型のローパスフィルタが所定の段数用いられる。DACの出力波形を安定させるためには、CRの時定数を大きくするか、ローパスフィルタの段数を大きくする必要がある。
【0003】
一方、プリンタにおいては、印字用紙を送ったり印字ヘッドを移動させるためのモータを駆動するモータドライバ回路においてDACが用いられている。このようなDACにおいては、応答時間を短縮することが求められる。しかしながら、CRの時定数やローパスフィルタの段数が大きいと、DACの応答が遅くなり、必要なスピードが得られないという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、PWMを利用したDACにおいて、出力波形を安定させたままで応答時間を短縮することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の1つの観点に係るDACは、制御信号に応じて出力信号のパルス幅を変調するパルス幅変調回路と、入力データに基づいて、パルス幅変調回路に供給する制御信号を生成すると共に、パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量の絶対値が所定の値を越える場合に、パルス幅変調回路の出力信号をセトリング期間においてハイレベル又はローレベルの信号に置き換えるパルス発生制御手段と、パルス発生制御手段から出力される信号を平滑化してアナログ出力電圧を生成するローパスフィルタと、ローパスフィルタによって生成されたアナログ出力電圧をアナログ/ディジタル変換するアナログ/ディジタル変換回路と、アナログ/ディジタル変換回路から出力されるデータを入力データと比較することによりセトリング期間を設定するコンパレータとを具備する。
【0007】
以上において、パルス発生制御手段が、パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量が正であり、その値が所定の値を越える場合に、セトリング期間においてハイレベルの信号を出力する制御部と、パルス幅変調回路の出力信号と制御部の出力信号との論理和を求めるOR回路とを含んでも良い。
【0008】
あるいは、パルス発生制御手段が、パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量が負であり、その絶対値が所定の値を越える場合に、セトリング期間においてローレベルの信号を出力する制御部と、パルス幅変調回路の出力信号と制御部の出力信号との論理積を求めるAND回路とを含んでも良い。
【0009】
あるいは、パルス発生制御手段が、パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量に基づいて、ハイレベル又はローレベルの信号を出力する制御部と、セトリング期間において制御部の出力信号を選択し、それ以外の期間においてパルス幅変調回路の出力信号を選択する選択回路とを含んでも良い。
【0011】
本発明によれば、PWMを利用したDACにおいて、パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量の絶対値が所定の値を越える場合に、パルス幅が変化するセトリング期間において、パルス幅変調回路の出力信号に替えてハイレベル又はローレベルの信号をローパスフィルタに供給することにより、出力波形を安定させたままで応答時間を短縮することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るDACの構成を示すブロック図であり、図2は、本発明の第1の実施形態に係るDACの各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【0013】
図1に示すように、このDACは、制御信号に応じて出力信号のパルス幅(デューティ)を変調するPWM回路11と、入力データに基づいて、PWM回路11に供給する制御信号を生成すると共に、PWM回路11が出力すべきパルス幅の変化量が正であり、その値が所定の値を越える場合に、PWM回路11の出力信号をセトリング期間TSにおいてハイレベルの信号に置き換えるパルス発生制御手段12と、パルス発生制御手段12から出力される信号を平滑化してアナログ出力電圧VOUTを生成するローパスフィルタ13とを含んでいる。
【0014】
パルス発生制御手段12は、制御部14と、OR回路15と、ルックアップテーブル16とを含んでいる。制御部14は、入力データに基づいて、PWM回路11に供給する制御信号を生成する。また、制御部14は、PWM回路11が出力すべきパルス幅の変化量が正であり、その値が所定の値を越える場合に、所定の変化前におけるパルス幅τ1の値と所定の変化後におけるパルス幅τ2の値とをルックアップテーブル16に出力し、これに対応するセトリング期間TSの値をルックアップテーブル16から入力して、セトリング期間TSにおいてハイレベルの信号を出力する。OR回路15は、PWM回路11の出力信号と制御部14の出力信号との論理和を求めて出力する。
【0015】
セトリング期間TSは、パルス幅τ1及びτ2の関数f(τ1,τ2)として表される。この値をパルス発生制御手段12においてその都度計算により求めても良いが、本実施形態においては、ルックアップテーブル16を用いることにより応答時間を短縮している。ルックアップテーブル16は、パルス幅τ1及びτ2の値に対応して設定されたセトリング期間TSの値を格納している。
【0016】
ローパスフィルタ13としては、抵抗とコンデンサとを組み合わせたCR型のローパスフィルタが所定の段数用いられる。本実施形態においては、抵抗R1及びR2とコンデンサC1及びC2とを含む2段のローパスフィルタを用いている。
【0017】
次に、図1及び図2を参照しながら、本実施形態に係るDACの動作について説明する。
パルス幅の所定の変化前において、制御部14は、一定周期Tでパルス幅τ1のパルスPAを発生するように、PWM回路11に制御信号を供給する。PWM回路11が発生したパルスPAは、OR回路15の入力端子Aに入力される。また、制御部14は、OR回路15の入力端子Bをローレベルに維持する。OR回路15は、入力端子Bがローレベルであるため、入力端子Aに入力されるパルスPAを出力端子XからパルスPXとして出力する。パルスPXは、ローパスフィルタ13によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV1になる。
【0018】
パルス幅の所定の変化の際に、制御部14は、一定周期Tでパルス幅τ2のパルスPAを発生するようにPWM回路11に制御信号を供給する。また、制御部14は、所定の変化前後におけるパルス幅τ1、τ2の値に対応するセトリング期間TSの値を予めルックアップテーブル16から読み出しておき、そのセトリング期間TSの間、ハイレベルのパルスPBをOR回路15の入力端子Bに出力する。OR回路15は、入力端子Bに入力されるパルスPBがハイレベルであるため、パルスPBを出力端子XからパルスPXとして出力する。パルスPXは、ローパスフィルタ13によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTは急激に上昇する。
【0019】
セトリング期間TSの経過後において、制御部14は、一定周期Tでパルス幅τ2のパルスPAを発生するように、PWM回路11に制御信号を供給する。PWM回路11が発生したパルスPAは、OR回路15の入力端子Aに入力される。また、制御部14は、OR回路15の入力端子Bをローレベルに維持する。OR回路15は、入力端子Bがローレベルであるため、入力端子Aに入力されるパルスPAを出力端子XからパルスPXとして出力する。パルスPXは、ローパスフィルタ13によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV2になる。
【0020】
このように、アナログ出力電圧を急激に上昇させなければならない過渡期において、PWM回路11の出力信号に替えて所定の期間ハイレベルの信号をローパスフィルタ13に供給することにより、DACの応答時間を短縮させることができる。
【0021】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は、本発明の第2の実施形態に係るDACの構成を示すブロック図であり、図4は、本発明の第2の実施形態に係るDACの各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【0022】
図3に示すように、このDACは、制御信号に応じて出力信号のパルス幅(デューティ)を変調するPWM回路21と、入力データに基づいて、PWM回路21に供給する制御信号を生成すると共に、PWM回路21が出力すべきパルス幅の変化量が負であり、その絶対値が所定の値を越える場合に、PWM回路21の出力信号をセトリング期間TSにおいてローレベルの信号に置き換えるパルス発生制御手段22と、パルス発生制御手段22から出力される信号を平滑化してアナログ出力電圧VOUTを生成するローパスフィルタ23とを含んでいる。
【0023】
パルス発生制御手段22は、制御部24と、AND回路25と、ルックアップテーブル26とを含んでいる。制御部24は、入力データに基づいて、PWM回路21に供給する制御信号を生成する。また、制御部24は、PWM回路21が出力すべきパルス幅が負であり、その絶対値が所定の値を越える場合に、所定の変化前におけるパルス幅τ1の値と所定の変化後におけるパルス幅τ2の値とをルックアップテーブル26に出力し、これに対応するセトリング期間TSの値をルックアップテーブル26から入力して、セトリング期間TSにおいてローレベルの信号を出力する。AND回路25は、PWM回路21の出力信号と制御部24の出力信号との論理積を求めて出力する。
【0024】
セトリング期間TSは、パルス幅τ1及びτ2の関数f(τ1,τ2)として表される。この値をパルス発生制御手段22においてその都度計算により求めても良いが、本実施形態においては、ルックアップテーブル26を用いることにより応答時間を短縮している。ルックアップテーブル26は、パルス幅τ1及びτ2の値に対応して設定されたセトリング期間TSの値を格納している。
【0025】
ローパスフィルタ23としては、抵抗とコンデンサとを組み合わせたCR型のローパスフィルタが所定の段数用いられる。本実施形態においては、抵抗R1及びR2とコンデンサC1及びC2とを含む2段のローパスフィルタを用いている。
【0026】
次に、図3及び図4を参照しながら、本実施形態に係るDACの動作について説明する。
パルス幅の所定の変化前において、制御部24は、一定周期Tでパルス幅τ1のパルスPCを発生するように、PWM回路21に制御信号を供給する。PWM回路21が発生したパルスPCは、AND回路25の入力端子Cに入力される。また、制御部24は、AND回路25の入力端子Dをハイレベルに維持している。AND回路25は、入力端子Dがハイレベルであるため、入力端子Cに入力されるパルスPCを出力端子YからパルスPYとして出力する。パルスPYは、ローパスフィルタ23によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV1になる。
【0027】
パルス幅の所定の変化の際に、制御部24は、一定周期Tでパルス幅τ2のパルスPCを発生するように、PWM回路21に制御信号を供給する。また、制御部24は、パルス幅の所定の変化前後におけるパルス幅τ1、τ2の値に対応するセトリング期間TSの値を予めルックアップテーブル26から読み出しておき、そのセトリング期間TSの間、ローレベルのパルスPDをAND回路25の入力端子Dに出力する。AND回路25は、入力端子Dに入力されるパルスPDがローレベルであるため、パルスPDを出力端子YからパルスPYとして出力する。パルスPYは、ローパスフィルタ23によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTは急激に下降する。
【0028】
セトリング期間TSの経過後において、制御部24は、一定周期Tでパルス幅τ2のパルスPCを発生するように、PWM回路21に制御信号を供給する。PWM回路21が発生したパルスPCは、AND回路25の入力端子Cに入力される。また、制御部24は、AND回路25の入力端子Dをハイレベルに維持する。AND回路25は、入力端子Dがハイレベルであるため、入力端子Cに入力されるパルスPCを出力端子YからパルスPYとして出力する。パルスPYは、ローパスフィルタ23によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV2になる。
【0029】
このように、アナログ出力電圧を急激に下降させなければならない過渡期において、PWM回路21の出力信号に替えて所定の期間ローレベルの信号をローパスフィルタ23に供給することにより、DACの応答時間を短縮させることができる。
【0030】
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図5は、本発明の第3の実施形態に係るDACの構成を示すブロック図であり、図6は、本発明の第3の実施形態に係るDACの各部の増加モードにおける信号波形を示すタイミングチャートであり、図7は、本発明の第3の実施形態に係るDACの各部の減少モードにおける信号波形を示すタイミングチャートである。
【0031】
図5に示すように、このDACは、制御信号に応じて出力信号のパルス幅(デューティ)を変調するPWM回路31と、入力データに基づいて、PWM回路31に供給する制御信号を生成すると共に、PWM回路31が出力すべきパルス幅の変化量が所定の値を越える場合に、PWM回路31の出力信号をセトリング期間TSにおいてハイレベル又はローレベルの信号に置き換えるパルス発生制御手段32と、パルス発生制御手段32から出力される信号を平滑化してアナログ出力電圧VOUTを生成するローパスフィルタ33とを含んでいる。
【0032】
パルス発生制御手段32は、制御部34と、強制パルス生成回路35と、ルックアップテーブル36と、選択回路37とを含んでいる。制御部34は、入力データに基づいて、PWM回路31に供給する制御信号を生成する。また、制御部34は、PWM回路31が出力すべきパルス幅の絶対値が所定の値を越える場合に、所定の変化前におけるパルス幅τ1の値と所定の変化後におけるパルス幅τ2の値とをルックアップテーブル36に出力し、これに対応するセトリング期間TSの値をルックアップテーブル36から入力すると共に、出力値変更トリガパルスを生成する。出力値変更トリガパルス、セトリング期間TSの値、パルス幅τ1及びτ2の値は、強制パルス生成回路35に供給される。
【0033】
セトリング期間TSは、パルス幅τ1及びτ2の関数f(τ1,τ2)として表される。この値をパルス発生制御手段32においてその都度計算により求めても良いが、本実施形態においては、ルックアップテーブル36を用いることにより応答時間を短縮している。ルックアップテーブル36は、パルス幅τ1及びτ2の値に対応して設定されたセトリング期間TSの値を格納している。
【0034】
強制パルス生成回路35は、出力値変更トリガパルスに応答して、セトリング期間TSにおいて強制パルスを生成すると共に、パルス幅τ1の値とパルス幅τ2の値との大小関係に基づいてハイ/ロー切換信号を生成する。即ち、強制パルス生成回路35は、τ1<τ2の場合にハイ/ロー切換信号をハイレベルとし、τ1>τ2の場合にハイ/ロー切換信号をローレベルとする。
【0035】
選択回路37は、PWM回路31の出力信号と強制パルス生成回路35の出力信号との内の一方を選択して出力する。強制パルス生成回路35の出力信号が選択される場合には、ハイ/ロー切換信号に従って出力パルスの極性が定められる。即ち、ハイ/ロー切換信号がハイレベルの場合には、選択回路37は、ハイレベルの出力パルスを出力する。一方、ハイ/ロー切換信号がローレベルの場合には、選択回路37は、ローレベルの出力パルスを出力する。
【0036】
ローパスフィルタ33としては、抵抗とコンデンサとを組み合わせたCR型のローパスフィルタが所定の段数用いられる。本実施形態においては、抵抗R1及びR2とコンデンサC1及びC2とを含む2段のローパスフィルタを用いている。
【0037】
次に、図5〜図7を参照しながら、本実施形態に係るDACの動作について説明する。
まず、図6に示す増加モードについて説明する。
パルス幅の所定の変化前において、制御部34は、一定周期Tでパルス幅τ1の定常パルスPEを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスPEは、選択回路37に含まれているAND回路38の入力端子Eに入力される。また、制御部34は、所定の変化前後のパルス幅τ1、τ2の値に対応するセトリング期間TSの値をルックアップテーブル36から得て、セトリング期間TSの値と過渡期前後のパルス幅τ1、τ2の値とを強制パルス生成回路35に供給する。
【0038】
この時点においては、制御部34が出力値変更トリガパルスを生成していないため、強制パルス生成回路35は強制パルスを出力していない。従って、選択回路37は、PWM回路31から出力された定常パルスPEを選択して出力する。定常パルスPEは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV1になる。
【0039】
パルス幅の所定の変化の際に、制御部34は、出力値変更トリガパルスを生成する。強制パルス生成回路35は、これに応答して、セトリング期間TSの間ハイレベルとなる強制パルスPFGを生成して、選択回路37に含まれているAND回路38の反転入力端子F及びAND回路39の入力端子Gに供給する。また、強制パルス生成回路35は、所定の変化前のパルス幅τ1の値と所定の変化後のパルス幅τ2の値とを比較し、τ1<τ2の場合には増加モードであると判断してハイ/ロー切換信号をハイレベルにする。そのため、選択回路37に含まれているOR回路40からは、セトリング期間においてハイレベルの出力パルスPZが出力される。出力パルスPZは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTは急激に上昇する。
【0040】
セトリング期間TSの経過後において、制御部34は、一定周期Tでパルス幅τ2の定常パルスPEを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスPEは、選択回路37に含まれているAND回路38の入力端子Eに入力される。
【0041】
この時点においては、強制パルス生成回路35が、強制パルスの出力を終了しているので、選択回路37は、PWM回路31から出力された定常パルスPEを選択して出力する。定常パルスPEは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV2になる。
【0042】
次に、図7に示す減少モードについて説明する。
パルス幅の所定の変化前において、制御部34は、一定周期Tでパルス幅τ2の定常パルスPEを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスPEは、選択回路37に含まれているAND回路38の入力端子Eに入力される。また、制御部34は、所定の変化前後のパルス幅τ2、τ3の値に対応するセトリング期間TSの値をルックアップテーブル36から得て、セトリング期間TSの値と過渡期前後のパルス幅τ2、τ3の値とを強制パルス生成回路35に供給する。
【0043】
この時点においては、制御部34が出力値変更トリガパルスを生成していないため、強制パルス生成回路35は強制パルスを出力していない。従って、選択回路37は、PWM回路31から出力された定常パルスPEを選択して出力する。定常パルスPEは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV2になる。
【0044】
パルス幅の所定の変化の際に、制御部34は、出力値変更トリガパルスを生成する。強制パルス生成回路35は、これに応答して、セトリング期間TSの間ハイレベルとなる強制パルスPFGを生成して、選択回路37に含まれているAND回路38の反転入力端子F及びAND回路39の入力端子Gに供給する。また、強制パルス生成回路35は、所定の変化前のパルス幅τ2の値と所定の変化後のパルス幅τ3の値とを比較し、τ2>τ3の場合には減少モードであると判断してハイ/ロー切換信号をローレベルにする。そのため、選択回路37に含まれているOR回路40からは、セトリング期間においてローレベルの出力パルスPZが出力される。出力パルスPZは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTは急激に下降する。
【0045】
セトリング期間TSの経過後において、制御部34は、一定周期Tでパルス幅τ3の定常パルスPEを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスPEは、選択回路37に含まれているAND回路38の入力端子Eに入力される。
【0046】
この時点においては、強制パルス生成回路35が、強制パルスの出力を終了しているので、選択回路37は、PWM回路31から出力された定常パルスPEを選択して出力する。定常パルスPEは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV3になる。
【0047】
このように、アナログ出力電圧を急激に上昇又は下降させなければならない過渡期において、PWM回路31の出力信号に替えて所定の期間ハイレベル又はローレベルの信号をローパスフィルタ33に供給することにより、DACの応答時間を短縮させることができる。
【0048】
次に、本発明の第3の実施形態の変形例について説明する。この変形例においては、予め設定されたセトリング期間の値を用いるのではなく、DACの出力電圧をADC(アナログ/ディジタル変換回路)を用いて再びディジタルデータに戻し、これを入力データと比較することにより、セトリング期間を決定している。
【0049】
図8は、本発明の第3の実施形態の変形例に係るDACの構成を示している。図8に示すように、このDACにおけるパルス発生制御手段42は、制御部44、強制パルス生成回路45、選択回路37に加えて、アナログ出力電圧VOUTをディジタル信号に変換するADC46と、ADC46から出力されるデータ(出力値)を入力データ(ターゲット値)と比較することによりセトリング期間を与えるコンパレータ47とをさらに含んでいる。
【0050】
コンパレータ47は、出力値がターゲット値よりも小さい場合においてハイレベルの比較信号を出力し、出力値がターゲット値よりも大きい場合において、ローレベルの比較信号を出力する。なお、コンパレータ47における比較動作は、出力値における所定数の上位ビットに基づいて行うようにしても良い。
【0051】
まず、増加モードにおけるDACの動作について説明する。
パルス幅の所定の変化前において、制御部44は、一定周期Tでパルス幅τ1の定常パルスを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスは、選択回路37に入力される。この時点においては、制御部44が出力値変更トリガパルスを生成していないため、強制パルス生成回路45は強制パルスを出力していない。従って、選択回路37は、PWM回路31から入力された定常パルスを出力する。この定常パルスは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV1になる。
【0052】
パルス幅の所定の変化の際に、制御部44は、出力値変更トリガパルスを生成する。また、出力値がターゲット値よりも小さい場合において、コンパレータ47は、ハイレベルの比較信号を出力する。強制パルス生成回路45は、出力値変更トリガパルスが供給されてから比較信号がハイレベルであるセトリング期間において、強制パルスを生成して選択回路37に供給する。また、強制パルス生成回路45は、ハイ/ロー切換信号をハイレベルにする。そのため、選択回路37からは、セトリング期間においてハイレベルとなる出力パルスが出力される。出力パルスは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTは急激に上昇する。
【0053】
セトリング期間の経過後において、制御部44は、一定周期Tでパルス幅τ2の定常パルスを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスは、選択回路37に入力される。この時点においては、強制パルス生成回路45が、強制パルスの出力を終了しているので、選択回路37は、PWM回路31から入力された定常パルスを出力する。この定常パルスは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV2になる。
【0054】
次に、減少モードにおけるDACの動作について説明する。
パルス幅の所定の変化前において、制御部44は、一定周期Tでパルス幅τ2の定常パルスを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスは、選択回路37に入力される。この時点においては、制御部44が出力値変更トリガパルスを生成していないため、強制パルス生成回路45は強制パルスを出力していない。従って、選択回路37は、PWM回路31から入力された定常パルスを出力する。この定常パルスは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV2になる。
【0055】
パルス幅の所定の変化の際に、制御部44は、出力値変更トリガパルスを生成する。また、出力値がターゲット値よりも大きい場合において、コンパレータ47は、ローレベルの比較信号を出力する。強制パルス生成回路45は、出力値変更トリガパルスが供給されてから比較信号がローレベルであるセトリング期間において、強制パルスを生成して選択回路37に供給する。また、強制パルス生成回路45は、ハイ/ロー切換信号をローレベルにする。そのため、選択回路37からは、セトリング期間においてローレベルの出力パルスが出力される。出力パルスは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTは急激に下降する。
【0056】
セトリング期間TSの経過後において、制御部44は、一定周期Tでパルス幅τ3の定常パルスを発生するように、PWM回路31に制御信号を供給する。PWM回路31が発生した定常パルスは、選択回路37に入力される。この時点においては、強制パルス生成回路45が、強制パルスの出力を終了しているので、選択回路37は、PWM回路31から入力された定常パルスを出力する。定常パルスは、ローパスフィルタ33によって平滑化されて、アナログ出力電圧VOUTの値はV3になる。
【0057】
このように、出力値とターゲット値を比較することによりセトリング期間を設定し、アナログ出力電圧を急激に上昇又は下降させなければならない過渡期において、PWM回路31の出力信号に替えて所定の期間ハイレベル又はローレベルの信号をローパスフィルタ33に供給することにより、DACの応答時間を短縮させることができる。
【0058】
なお、ADC46とコンパレータ47とを用いてセトリング期間を設定する方式は、第3の実施形態のみならず、第1の実施形態又は第2の実施形態にも適用することができる。
【0059】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明によれば、PWMを利用したDACにおいて、出力波形を安定させたままで応答時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るDACの構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係るDACの各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図3】本発明の第2の実施形態に係るDACの構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係るDACの各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図5】本発明の第3の実施形態に係るDACの構成を示すブロック図である。
【図6】本発明の第3の実施形態に係るDACの増加モードにおける各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図7】本発明の第3の実施形態に係るDACの減少モードにおける各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図8】本発明の第3の実施形態の変形例に係るDACの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
11、21、31 PWM回路
12、22、32、42 パルス発生制御手段
13、23、33 ローパスフィルタ
14、24、34、44 制御部
15 OR回路
16、26、36 ルックアップテーブル
25 AND回路
35、45 強制パルス生成回路
37 選択回路
46 ADC
47 コンパレータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generally relates to a DAC (Digital to Analog Converter) that converts a digital signal into an analog signal, and more particularly, uses a PWM (Pulse Width Modulation) to convert an analog signal into an analog signal. It relates to a DAC to be converted.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a DAC that converts a digital signal into an analog signal using PWM is used. Such a DAC includes a PWM circuit that modulates the pulse width (duty) of an output signal based on input data, and a low-pass filter that smoothes the output signal of the PWM circuit. As the low-pass filter, a CR-type low-pass filter in which a resistor and a capacitor are combined is generally used for a predetermined number of stages. In order to stabilize the output waveform of the DAC, it is necessary to increase the CR time constant or increase the number of stages of the low-pass filter.
[0003]
On the other hand, in a printer, a DAC is used in a motor driver circuit that drives a motor for feeding printing paper and moving a print head. In such a DAC, it is required to shorten the response time. However, if the CR time constant or the number of stages of the low-pass filter is large, there is a problem that the response of the DAC becomes slow and a necessary speed cannot be obtained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above points, an object of the present invention is to shorten a response time while keeping an output waveform stable in a DAC using PWM.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problemsOf the present inventionOneThe DAC according to the above aspect generates a pulse width modulation circuit that modulates the pulse width of the output signal according to the control signal, a control signal to be supplied to the pulse width modulation circuit based on the input data, and a pulse width modulation circuit And pulse generation control means for replacing the output signal of the pulse width modulation circuit with a high level or low level signal during the settling period when the absolute value of the change amount of the pulse width to be output exceeds a predetermined value, and pulse generation control The low-pass filter for smoothing the signal output from the means to generate an analog output voltage, the analog / digital conversion circuit for analog / digital conversion of the analog output voltage generated by the low-pass filter, and the analog / digital conversion circuit The settling period is set by comparing the data to be input with the input data. ; And a regulator.
[0007]
In the above, the pulse generation control means outputs a high level signal in the settling period when the change amount of the pulse width to be output by the pulse width modulation circuit is positive and the value exceeds a predetermined value. And an OR circuit for obtaining a logical sum of the output signal of the pulse width modulation circuit and the output signal of the control unit.
[0008]
Alternatively, the pulse generation control means outputs a low level signal in the settling period when the change amount of the pulse width to be output by the pulse width modulation circuit is negative and the absolute value thereof exceeds a predetermined value. And an AND circuit that obtains a logical product of the output signal of the pulse width modulation circuit and the output signal of the control unit.
[0009]
Alternatively, the pulse generation control means selects a control unit that outputs a high-level or low-level signal based on the amount of change in pulse width that the pulse width modulation circuit should output, and an output signal of the control unit during the settling period. A selection circuit that selects an output signal of the pulse width modulation circuit in other periods may be included.
[0011]
According to the present invention, in a DAC using PWM, in the settling period in which the pulse width changes when the absolute value of the change amount of the pulse width to be output by the pulse width modulation circuit exceeds a predetermined value, the pulse width modulation is performed. By supplying a high-level or low-level signal to the low-pass filter instead of the circuit output signal, the response time can be shortened while the output waveform remains stable.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a DAC according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts of the DAC according to the first embodiment of the present invention. .
[0013]
As shown in FIG. 1, this DAC generates a control signal supplied to the PWM circuit 11 based on the PWM circuit 11 that modulates the pulse width (duty) of the output signal in accordance with the control signal and the input data. When the change amount of the pulse width to be output by the PWM circuit 11 is positive and the value exceeds a predetermined value, the output signal of the PWM circuit 11 is set to the settling period T.SThe pulse generation control means 12 to be replaced with a high level signal in FIG. 5 and the signal output from the pulse generation control means 12 are smoothed to obtain an analog output voltage VOUTAnd a low-
[0014]
The pulse
[0015]
Settling period TSIs the pulse width τ1And τ2Function f (τ1, Τ2). This value may be calculated by the pulse generation control means 12 each time, but in this embodiment, the response time is shortened by using the lookup table 16. The lookup table 16 has a pulse width τ1And τ2Settling period T corresponding to the value ofSThe value of is stored.
[0016]
As the low-
[0017]
Next, the operation of the DAC according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Prior to the predetermined change in the pulse width, the
[0018]
During the predetermined change in the pulse width, the
[0019]
Settling period TSAfter the elapse of time, the
[0020]
In this way, in a transition period in which the analog output voltage must be increased rapidly, a high level signal is supplied to the low-
[0021]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a DAC according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts of the DAC according to the second embodiment of the present invention. .
[0022]
As shown in FIG. 3, the DAC generates a control signal to be supplied to the
[0023]
The pulse generation control means 22 includes a
[0024]
Settling period TSIs the pulse width τ1And τ2Function f (τ1, Τ2). Although this value may be obtained by calculation each time in the pulse generation control means 22, in this embodiment, the response time is shortened by using the lookup table 26. The lookup table 26 has a pulse width τ1And τ2Settling period T corresponding to the value ofSThe value of is stored.
[0025]
As the low-pass filter 23, a CR-type low-pass filter in which a resistor and a capacitor are combined is used in a predetermined number of stages. In the present embodiment, a two-stage low-pass filter including resistors R1 and R2 and capacitors C1 and C2 is used.
[0026]
Next, the operation of the DAC according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Before the predetermined change in the pulse width, the
[0027]
During the predetermined change in the pulse width, the
[0028]
Settling period TSAfter the elapse of time, the
[0029]
In this way, in a transition period in which the analog output voltage must be drastically lowered, a low level signal is supplied to the low pass filter 23 in place of the output signal of the
[0030]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a DAC according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a timing showing a signal waveform in an increase mode of each part of the DAC according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a timing chart showing signal waveforms in a decreasing mode of each part of the DAC according to the third embodiment of the present invention.
[0031]
As shown in FIG. 5, the DAC generates a control signal to be supplied to the
[0032]
The pulse
[0033]
Settling period TSIs the pulse width τ1And τ2Function f (τ1, Τ2). Although this value may be obtained by calculation each time in the pulse generation control means 32, in this embodiment, the response time is shortened by using the lookup table 36. The look-up table 36 has a pulse width τ1And τ2Settling period T corresponding to the value ofSThe value of is stored.
[0034]
The forced
[0035]
The
[0036]
As the low-
[0037]
Next, the operation of the DAC according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the increase mode shown in FIG. 6 will be described.
Before the predetermined change in the pulse width, the
[0038]
At this time, since the
[0039]
Upon a predetermined change in the pulse width, the
[0040]
Settling period TSAfter the elapse of time, the
[0041]
At this time, the forced
[0042]
Next, the decrease mode shown in FIG. 7 will be described.
Before the predetermined change in the pulse width, the
[0043]
At this time, since the
[0044]
Upon a predetermined change in the pulse width, the
[0045]
Settling period TSAfter the elapse of time, the
[0046]
At this time, the forced
[0047]
In this way, by supplying a high level or low level signal to the low-
[0048]
Next, a modification of the third embodiment of the present invention will be described. In this modification, instead of using a preset settling period value, the DAC output voltage is converted back to digital data using an ADC (analog / digital conversion circuit) and compared with the input data. Thus, the settling period is determined.
[0049]
FIG. 8 shows the configuration of a DAC according to a modification of the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the pulse generation control means 42 in the DAC includes an analog output voltage V V in addition to the
[0050]
The
[0051]
First, the operation of the DAC in the increase mode will be described.
Before the predetermined change in the pulse width, the
[0052]
Upon a predetermined change in the pulse width, the
[0053]
After the settling period has elapsed, the
[0054]
Next, the operation of the DAC in the decrease mode will be described.
Before the predetermined change in the pulse width, the
[0055]
Upon a predetermined change in the pulse width, the
[0056]
Settling period TSAfter the elapse of time, the
[0057]
In this way, the settling period is set by comparing the output value with the target value, and in a transition period in which the analog output voltage must be rapidly increased or decreased, the output signal of the
[0058]
Note that the method of setting the settling period using the
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a DAC using PWM, it is possible to shorten the response time while keeping the output waveform stable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a DAC according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts of the DAC according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a DAC according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts of the DAC according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a DAC according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts in a DAC increase mode according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts in a DAC reduction mode according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a DAC according to a modification of the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11, 21, 31 PWM circuit
12, 22, 32, 42 Pulse generation control means
13, 23, 33 Low-pass filter
14, 24, 34, 44 Control unit
15 OR circuit
16, 26, 36 Look-up table
25 AND circuit
35, 45 Forced pulse generation circuit
37 selection circuit
46 ADC
47 Comparator
Claims (4)
入力データに基づいて、前記パルス幅変調回路に供給する制御信号を生成すると共に、前記パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量の絶対値が所定の値を越える場合に、前記パルス幅変調回路の出力信号をセトリング期間においてハイレベル又はローレベルの信号に置き換えるパルス発生制御手段と、
前記パルス発生制御手段から出力される信号を平滑化してアナログ出力電圧を生成するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタによって生成されたアナログ出力電圧をアナログ/ディジタル変換するアナログ/ディジタル変換回路と、
前記アナログ/ディジタル変換回路から出力されるデータを入力データと比較することにより前記セトリング期間を設定するコンパレータと、
を具備するディジタル/アナログ変換回路。A pulse width modulation circuit that modulates the pulse width of the output signal in accordance with the control signal;
A control signal to be supplied to the pulse width modulation circuit is generated based on input data, and the pulse width is changed when the absolute value of the change amount of the pulse width to be output by the pulse width modulation circuit exceeds a predetermined value. Pulse generation control means for replacing the output signal of the modulation circuit with a high level or low level signal in the settling period;
A low-pass filter that smoothes the signal output from the pulse generation control means and generates an analog output voltage;
An analog / digital conversion circuit for analog / digital conversion of the analog output voltage generated by the low-pass filter;
A comparator that sets the settling period by comparing data output from the analog / digital conversion circuit with input data;
A digital / analog conversion circuit comprising:
前記パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量が正であり、その値が所定の値を越える場合に、前記セトリング期間においてハイレベルの信号を出力する制御部と、
前記パルス幅変調回路の出力信号と前記制御部の出力信号との論理和を求めるOR回路と、
を含む、請求項1記載のディジタル/アナログ変換回路。The pulse generation control means is
A control unit that outputs a high-level signal in the settling period when the amount of change in pulse width to be output by the pulse width modulation circuit is positive and the value exceeds a predetermined value;
An OR circuit for obtaining a logical sum of the output signal of the pulse width modulation circuit and the output signal of the control unit;
Including, claim 1 Symbol placement of digital / analog converter.
前記パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量が負であり、その絶対値が所定の値を越える場合に、前記セトリング期間においてローレベルの信号を出力する制御部と、
前記パルス幅変調回路の出力信号と前記制御部の出力信号との論理積を求めるAND回路と、
を含む、請求項1記載のディジタル/アナログ変換回路。The pulse generation control means is
A control unit that outputs a low level signal in the settling period when the amount of change in pulse width to be output by the pulse width modulation circuit is negative and the absolute value thereof exceeds a predetermined value;
An AND circuit for obtaining a logical product of the output signal of the pulse width modulation circuit and the output signal of the control unit;
Including, claim 1 Symbol placement of digital / analog converter.
前記パルス幅変調回路が出力すべきパルス幅の変化量に基づいて、ハイレベル又はローレベルの信号を出力する制御部と、
前記セトリング期間において前記制御部の出力信号を選択し、それ以外の期間において前記パルス幅変調回路の出力信号を選択する選択回路と、
を含む、請求項1記載のディジタル/アナログ変換回路。The pulse generation control means is
Based on the amount of change in pulse width to be output by the pulse width modulation circuit, a control unit that outputs a high level or low level signal;
A selection circuit that selects an output signal of the control unit in the settling period and selects an output signal of the pulse width modulation circuit in the other period;
Including, claim 1 Symbol placement of digital / analog converter.
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