JP5505520B2 - Signal modulation circuit, signal modulation apparatus, and signal modulation method - Google Patents
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Description
本発明は、信号変調回路、信号変調装置および信号変調方法に関する。 The present invention relates to a signal modulation circuit, a signal modulation device, and a signal modulation method.
従来、アナログ信号をデジタル信号に変調するΔΣデジタル変調器を利用する技術が知られている。このような技術の一例として、外部から入力されたアナログ信号に応じて、電力を供給するサーボドライバや電力増幅器の技術が知られている。 Conventionally, a technique using a ΔΣ digital modulator that modulates an analog signal into a digital signal is known. As an example of such a technique, a technique of a servo driver or a power amplifier that supplies power according to an analog signal input from the outside is known.
このような技術に利用されるΔΣデジタル変調器は、外部から入力されたアナログ信号を所定の周波数でサンプリングし、サンプリングしたアナログ信号をPDM(Pulse Density Modulation)信号に変調する。そして、ΔΣデジタル変調器は、サーボモータ等に電力を供給する電力素子回路に対して、変調後のPDM信号を送信する。また、電力素子回路は、FET(Field Effect Transistor)を有し、ΔΣデジタル変調器から送信されたPDM信号に合わせてFETを動作させ、サーボモータ等に電力を供給する。 The ΔΣ digital modulator used in such a technique samples an analog signal input from the outside at a predetermined frequency, and modulates the sampled analog signal into a PDM (Pulse Density Modulation) signal. The ΔΣ digital modulator transmits the modulated PDM signal to a power element circuit that supplies power to a servo motor or the like. The power element circuit has an FET (Field Effect Transistor), operates the FET in accordance with the PDM signal transmitted from the ΔΣ digital modulator, and supplies power to the servo motor and the like.
以下、図面を用いて、ΔΣデジタル変調器について具体的に説明する。まず、図15を用いて、ΔΣデジタル変調器が有する各回路について説明する。図15は、ΔΣデジタル変調器を説明するためのブロック図である。 Hereinafter, the ΔΣ digital modulator will be specifically described with reference to the drawings. First, each circuit of the ΔΣ digital modulator will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a block diagram for explaining the ΔΣ digital modulator.
図15に示す例では、ΔΣデジタル変調器は、入力されたアナログ信号の値をサンプリングし、サンプリングしたアナログ信号の値と後述する量子化回路からフィードバックされた値との差分値を算出する差分回路を有する。また、ΔΣデジタル変調器は、差分回路が算出した差分値と、自装置に保持された積分値との合計を算出し、算出した合計を新たな積分値として保持する積分回路を有する。また、ΔΣデジタル変調器は、積分回路によって算出された積分値が所定の閾値を超えた際に、PDM信号のパルスを出力する量子化回路を有する。 In the example shown in FIG. 15, the ΔΣ digital modulator samples the value of the input analog signal and calculates a difference value between the sampled analog signal value and a value fed back from a quantization circuit described later. Have In addition, the ΔΣ digital modulator has an integration circuit that calculates the sum of the difference value calculated by the difference circuit and the integration value held in its own device, and holds the calculated total as a new integration value. In addition, the ΔΣ digital modulator has a quantization circuit that outputs a pulse of the PDM signal when the integration value calculated by the integration circuit exceeds a predetermined threshold.
次に、図16〜19を用いて、ΔΣデジタル変調器がPDM信号を出力する処理について説明する。なお、図16は、ΔΣ変調器の動作の一例を説明するための図(1)である。また、図17は、ΔΣ変調器の動作の一例を説明するための図(2)である。また、図18は、ΔΣ変調器の動作の一例を説明するための図(3)である。以下の説明では、サンプリング周波数を100MHzとし、「1024」以上の値が積分回路から出力された場合には、量子化回路がパルスを出力するものとする。 Next, processing in which the ΔΣ digital modulator outputs a PDM signal will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a diagram (1) for explaining an example of the operation of the ΔΣ modulator. FIG. 17 is a diagram (2) for explaining an example of the operation of the ΔΣ modulator. FIG. 18 is a diagram (3) for explaining an example of the operation of the ΔΣ modulator. In the following description, when the sampling frequency is 100 MHz and a value of “1024” or more is output from the integrating circuit, the quantizing circuit outputs a pulse.
例えば、図16に示す例では、アナログ信号の値として「256」が差分回路に入力される。このような場合には、積分回路は、0.4×10−7秒に一回の周期で、「1024」の値を出力する。このため、量子化回路は、PDM信号として、0.1×10−7秒の波長を有するパルスを0.4×10−7秒に一回の周期で出力する。For example, in the example shown in FIG. 16, “256” is input to the difference circuit as the value of the analog signal. In such a case, the integration circuit outputs a value of “1024” at a cycle of 0.4 × 10 −7 seconds. For this reason, the quantization circuit outputs a pulse having a wavelength of 0.1 × 10 −7 seconds as a PDM signal at a cycle of 0.4 × 10 −7 seconds.
また、図17に示す例では、アナログ信号の値として「512」が差分回路に入力される。このような場合には、積分回路は、0.2×10−7秒に一回の周期で、「1024」の値を出力する。このため、量子化回路は、PDM信号として、0.1×10−7秒の波長を有するパルスを0.2×10−7秒に一回の周期で出力する。In the example illustrated in FIG. 17, “512” is input to the difference circuit as the value of the analog signal. In such a case, the integration circuit outputs a value of “1024” with a period of once every 0.2 × 10 −7 seconds. For this reason, the quantization circuit outputs a pulse having a wavelength of 0.1 × 10 −7 seconds as a PDM signal at a cycle of 0.2 × 10 −7 seconds.
また、図18に示す例では、アナログ信号の値として「768」が差分回路に入力される。このような場合には、積分回路は、0.4×10−7秒間で、「1024」以上の値を三回出力する。このため、量子化回路は、PDM信号として、0.3×10−7秒の波長を有するパルスを0.4×10−7秒に一回の周期で出力する。In the example shown in FIG. 18, “768” is input to the difference circuit as the value of the analog signal. In such a case, the integration circuit outputs a value of “1024” or more three times in 0.4 × 10 −7 seconds. For this reason, the quantization circuit outputs a pulse having a wavelength of 0.3 × 10 −7 seconds as a PDM signal at a cycle of 0.4 × 10 −7 seconds.
次に、図19、20を用いて、ΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号の周波数について説明する。なお、図19は、ΔΣデジタル変調器の出力の一例を説明するための図(1)である。また、図20は、ΔΣデジタル変調器の出力の一例を説明するための図(2)である。 Next, the frequency of the PDM signal output from the ΔΣ digital modulator will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a diagram (1) for explaining an example of the output of the ΔΣ digital modulator. FIG. 20 is a diagram (2) for explaining an example of the output of the ΔΣ digital modulator.
例えば、図19に示す例では、ΔΣデジタル変調器は、サンプリング周波数を100kHz、入力分解能を10bitとし、図19中の点線で示す1kHzのアナログ信号をPDM信号に変換した場合には、図19中の実線で示すPDM信号を出力する。また、例えば、図9に示す例では、ΔΣデジタル変調器は、サンプリング周波数1000Hz、入力分解能を10bitとして、図9中の点線で示す10Hzのアナログ信号をPDM信号に変換した場合には、図9中の実線で示すPDM信号を出力する。 For example, in the example shown in FIG. 19, the ΔΣ digital modulator has a sampling frequency of 100 kHz, an input resolution of 10 bits, and converts a 1 kHz analog signal indicated by a dotted line in FIG. 19 into a PDM signal. The PDM signal indicated by the solid line is output. For example, in the example shown in FIG. 9, the ΔΣ digital modulator converts the 10 Hz analog signal shown by the dotted line in FIG. 9 into a PDM signal with a sampling frequency of 1000 Hz and an input resolution of 10 bits. A PDM signal indicated by a solid line is output.
つまり、図19、20に示すように、ΔΣデジタル変調器は、入力されたアナログ信号の変化が大きい範囲では、高い周波数のPDM信号を出力し、入力されたアナログ信号の変化が小さい範囲では、低い周波数のPDM信号を出力する。 That is, as shown in FIGS. 19 and 20, the ΔΣ digital modulator outputs a high-frequency PDM signal in a range where the change in the input analog signal is large, and in a range where the change in the input analog signal is small. A low frequency PDM signal is output.
ここで、ΔΣデジタル変調器に対して入力される信号の値をDin、入力分解能をN、サンプリング周波数をFsとすると、ΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号の周波数Fcycは、以下の式(1)で表すことができる。 Here, when the value of the signal input to the ΔΣ digital modulator is Din, the input resolution is N, and the sampling frequency is Fs, the frequency Fcyc of the PDM signal output from the ΔΣ digital modulator is expressed by the following equation (1) ).
このため、ΔΣデジタル変調器は、サンプリング周波数を100MHz、入力分解能を10bitとし、1〜1023までの数値を変調した場合には、図21中Aに示すように、入力値が「512」の際に最も高い周波数のPDM信号を出力する。なお、図21は、入力値と出力周波数とを説明するための図である。 Therefore, when the ΔΣ digital modulator modulates a numerical value from 1 to 1023 with a sampling frequency of 100 MHz and an input resolution of 10 bits, as shown in A in FIG. 21, the input value is “512”. Output the highest frequency PDM signal. FIG. 21 is a diagram for explaining an input value and an output frequency.
一方、電力素子回路は、電力のスイッチングを行うFETが時間特性を有するので、所定の周波数よりも高い周波数のPDM信号を受信した場合には、FETが適切に電力のスイッチングを行えなくなる。このため、アナログ信号をサンプリングする周波数を下げることで、ΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号の周波数を下げる技術が知られている。 On the other hand, in the power element circuit, since the FET that performs power switching has time characteristics, when a PDM signal having a frequency higher than a predetermined frequency is received, the FET cannot appropriately perform power switching. For this reason, a technique is known in which the frequency of the PDM signal output from the ΔΣ digital modulator is lowered by lowering the frequency at which the analog signal is sampled.
例えば、図22中のBに示す例では、電力素子回路のFETは、25MHzよりも高い周波数では適切に動作することができず、25MHzよりも高い周波数のPDM信号を受信しても、適切に電力のスイッチングを行う事ができない。このため、ΔΣデジタル変調器は、サンプリング周波数を二分の一にすることで、図22中のCに示すように、PDM信号の最大周波数を二分の一に下げ、電力素子回路を動作させる。なお、図22は、電力素子回路の動作可能領域を説明するための図である。 For example, in the example shown by B in FIG. 22, the FET of the power element circuit cannot properly operate at a frequency higher than 25 MHz, and even if a PDM signal having a frequency higher than 25 MHz is received, Power switching cannot be performed. For this reason, the ΔΣ digital modulator reduces the maximum frequency of the PDM signal to ½ and operates the power element circuit as shown by C in FIG. 22 by setting the sampling frequency to ½. FIG. 22 is a diagram for explaining an operable region of the power element circuit.
しかしながら、上述したΔΣデジタル変調器のサンプリング周波数を下げる技術では、入力されたアナログ信号の値にかかわらず、PDM信号のパルスを出力する周波数を下げてしまう。このため、ΔΣデジタル変調器は、電力素子回路が行う電力のスイッチングに最低周波数が設定されている場合には、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲が狭くなるという問題があった。 However, the above-described technique for reducing the sampling frequency of the ΔΣ digital modulator reduces the frequency at which the pulse of the PDM signal is output regardless of the value of the input analog signal. For this reason, the ΔΣ digital modulator has a problem that the range in which the power element circuit can perform an appropriate operation is narrowed when the minimum frequency is set for power switching performed by the power element circuit. .
例えば、サーボ系の制御を行う場合には、入力されたアナログ信号に対する応答性を保持するため、図23中のDに示すように、電力をスイッチングする最低周波数があらかじめ定められる。しかし、ΔΣデジタル変調器は、図23中の実線で示すように、サンプリング周波数を二分の一に下げた場合には、入力されたアナログ信号の値に係らず、PDM信号の周波数を二分の一に下げる。このため、ΔΣデジタル変調器は、最低周波数よりも低い周波数のPDM信号を出力する範囲を広くする結果、図23中のEに示すように、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲を狭めてしまう。なお、図23は、ΔΣデジタル変調器の問題を説明するための図である。 For example, when controlling the servo system, the minimum frequency for switching power is determined in advance as shown by D in FIG. 23 in order to maintain the responsiveness to the input analog signal. However, as shown by the solid line in FIG. 23, the ΔΣ digital modulator reduces the frequency of the PDM signal by half regardless of the value of the input analog signal when the sampling frequency is lowered by half. Lower. For this reason, the ΔΣ digital modulator widens the range in which the PDM signal having a frequency lower than the lowest frequency is output. As a result, as shown by E in FIG. 23, the power element circuit can perform an appropriate operation. Will narrow. FIG. 23 is a diagram for explaining the problem of the ΔΣ digital modulator.
本願に開示の技術は、一側面では、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲を広くする。 In one aspect, the technology disclosed in the present application widens the range in which the power element circuit can perform an appropriate operation.
本願に開示の技術は、一つの側面では、連続して入力される入力値に応じた差分信号を所定の時間間隔で積分して出力する積分回路を有する信号変調回路である。また、信号変調回路は、積分回路の出力を量子化した量子化信号を出力する量子化回路を有する。また、信号変調回路は、量子化回路によって量子化信号が出力された場合には、量子化信号が出力されてから所定の時間間隔が経過した後に、量子化信号と入力値とに応じた差分信号を算出し、算出した差分信号を積分回路に入力する差分回路を有する。また、信号変調回路は、入力値を監視し、入力値が所定の範囲内に含まれるか否かを判別する判別回路を有する。また、信号変調回路が有する積分回路は、判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で差分信号を積分して出力する。また、信号変調回路が有する差分回路は、判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、量子化信号と入力値とに応じた差分信号を算出し、算出した差分信号を所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で、積分回路に入力する。 In one aspect, the technology disclosed in the present application is a signal modulation circuit including an integration circuit that integrates and outputs a differential signal corresponding to an input value that is continuously input at a predetermined time interval. The signal modulation circuit also includes a quantization circuit that outputs a quantized signal obtained by quantizing the output of the integration circuit. In addition, the signal modulation circuit, when the quantized signal is output by the quantizing circuit, after a predetermined time interval has passed since the quantized signal was output, the difference corresponding to the quantized signal and the input value It has a difference circuit that calculates a signal and inputs the calculated difference signal to the integration circuit. The signal modulation circuit also includes a determination circuit that monitors the input value and determines whether or not the input value falls within a predetermined range. In addition, the integration circuit included in the signal modulation circuit integrates the differential signal after a predetermined time interval elapses when the determination circuit determines that the input value falls within the predetermined range. And output. Further, the difference circuit included in the signal modulation circuit calculates the difference signal according to the quantized signal and the input value when the determination circuit determines that the input value is included in the predetermined range. The difference signal is input to the integration circuit after a time interval obtained by extending a predetermined time interval elapses.
一側面では、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲を広くする。 In one aspect, the range in which the power element circuit can perform an appropriate operation is widened.
以下に添付図面を参照して本願に係る信号変調回路、信号変調装置および信号変調方法について説明する。 Hereinafter, a signal modulation circuit, a signal modulation device, and a signal modulation method according to the present application will be described with reference to the accompanying drawings.
以下の実施例1では実施例1に係る信号変調回路を説明する。 In the following first embodiment, a signal modulation circuit according to the first embodiment will be described.
まず、図1を用いて、実施例1に係る信号変調回路を説明する。図1は、実施例1に係る信号変調回路を説明するための図である。図1に示す例では、信号変調回路10は、差分回路11、積分回路15、XOR(exclusive or/exclusive disjunction:排他的論理和)回路20、カウンタ21、量子化回路23、遅延回路24を有する。また、信号変調回路10は、アナログ信号をサンプリングすることで取得された入力値を保持するメモリであるDin22と接続される。
First, the signal modulation circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining the signal modulation circuit according to the first embodiment. In the example illustrated in FIG. 1, the
また、差分回路11は、第一差分器12、第二差分器13、スイッチ14を有する。また、積分回路15は、加算器16、第一フリップフロップ17、第二フリップフロップ18、スイッチ19を有する。
The
なお、以下の説明では、信号変調回路10は、入力分解能を10bit、サンプリング周波数を100MHzとして、入力されたアナログ信号をPDM(Pulse Density Modulation)信号に変調するものとする。
In the following description, it is assumed that the
また、信号変調回路10が有する各部11〜21は、サンプリング周波数と同一の周波数を有する同期信号Fsに合わせて動作するものとする。つまり、信号変調回路10が有する各部11〜24が実行する処理のタイミングは、同期しているものとする。また、量子化回路23の後段に設置される電力素子回路のFET(Field Effect Transistor)は、25MHz以下の周波数で適切に動作することができるものとする。
In addition, each of the
差分回路11は、量子化回路23によってPDM信号が出力された場合には、PDM信号が出力されてから同期信号一つ分の時間が経過した後に、PDM信号とDin22に保持された値とに応じた差分値を算出する。そして、差分回路11は、算出した差分値を積分回路15に入力する。また、差分回路11は、XOR20によってDin22に保持された値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、同期信号一つ分よりも長い時間間隔が経過した後で、算出した差分値を積分回路15に入力する。
When the
積分回路15は、差分回路11によって入力された差分値を同期信号一つ分の時間間隔で積分した積分値を算出し、算出した積分値を出力する。また、積分回路15は、XOR20によってDin22に保持された値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、同期信号一つ分よりも長い時間間隔で差分値を積分して出力する。
The
XOR20は、Din22に保持された値を監視し、Din22に保持された値が所定の範囲内に含まれるか否かを判別する。カウンタ21は、同期信号よりも長い時間間隔でカウンタ信号を出力する。量子化回路23は、積分回路15の出力を量子化したPDM信号を出力する。遅延回路24は、量子化回路23から出力されたフィードバック信号を同期信号一つ分遅延させて差分回路11へ入力する。
The
以下、信号変調回路10が有する差分回路11と積分回路15が有する各部について説明する。まず、差分回路11が有する各部について説明する。第一差分器12は、量子化回路23によってPDM信号が出力された場合には、PDM信号が出力されてから所定の時間間隔が経過した後に、PDM信号とDin22に保持された値とに応じた差分信号を算出する。そして、第一差分器12は、算出した差分信号を所定の時間間隔が経過した後で出力する。具体的には、第一差分器12は、Din22に保持された値から、後述する遅延回路24から取得されるフィードバック信号が示す値を減算した値を算出する。そして、第一差分器12は、算出した値をスイッチ14へ送信する。
Hereinafter, each part which the
ここで、遅延回路24は、同期信号一つ分だけフィードバック信号を遅延させる。つまり、第一差分器12は、PDM信号が出力されてから同期信号一つ分の時間が経過した後に、PDM信号に応じたフィードバック信号とDin22に保持された値とに応じた差分信号を算出する。
Here, the
第二差分器13は、量子化回路23によってPDM信号が出力された場合には、PDM信号が出力されてから所定の時間間隔が経過した後に、PDM信号とDin22に保持された値とに応じた差分信号を算出する。そして、第二差分器13は、算出した差分信号を同期信号一つ分よりも長い時間間隔が経過した後で出力する。つまり、第二差分器13は、第一差分器12よりも遅い周波数で動作し、アナログ信号をサンプリングして取得された値であるDin22に保持された値と後述する遅延回路24から受信するフィードバック信号が示す値との差分を算出する。
When the PDM signal is output by the
具体的には、第二差分器13は、後述するカウンタ21からカウンタ信号を受信しなかった場合には、Din22に保持された値から、後述する遅延回路20より取得されたフィードバック信号が示す値を減算した値を算出する。そして、第二差分器13は、算出した値をスイッチ14へ送信する。また、第二差分器13は、算出した値を自装置に保持する。また、第二差分器13は、後述するカウンタ21からカウンタ信号を受信した場合には、直前に算出し、保持した値をスイッチ14へ送信する。つまり、第二差分器13は、カウンタ21によって出力されたカウンタ信号を受信した場合には、次に出力された信号を受信した後で、算出した差分信号を出力する差分器である。
Specifically, when the
例えば、第二差分器13は、カウンタ21が同期信号を2回受信した際にカウンタ信号を第二差分器13と第二フリップフロップ18へ送信する場合には、第一差分器12の半分の周波数で動作する差分器である。
For example, when the
スイッチ14は、後述するXOR20によってDin22に保持された値が所定の範囲内に含まれないと判別された場合には、第一差分器12によって出力された差分信号を積分回路15の加算器16に入力する。また、スイッチ14は、XOR20によってDin22に保持された値がが所定の範囲内に含まれると判別された場合には、第二差分器13によって出力された差分信号を積分回路15の加算器16に入力する。
When the
具体的には、スイッチ14は、第一差分器12によって算出された値と第二差分器13によって算出された値とを受信する。また、スイッチ14は、後述するXOR回路20から第一差分器12を選択する信号、または、第二差分器13を選択する信号を受信する。そして、スイッチ14は、XOR回路20から第一差分器12を選択する信号を受信した場合には、第一差分器12から受信した値を後述する積分回路15の加算器16へ送信する。また、スイッチ14は、XOR回路20から第二差分器13を選択する信号を受信した場合には、第二差分器13から受信した値を後述する積分回路15の加算器16へ送信する。
Specifically, the
つまり、差分回路11は、第一差分器12によって算出された値を出力する場合には、従来のΔΣデジタル変調器が有する差分回路と同じ周波数で動作する差分回路である。また、差分回路11は、第二差分器13によって算出された値を出力する場合には、従来のΔΣデジタル変調器が有する差分回路の二分の一の周波数で動作する差分回路である。
That is, the
次に、積分回路15が有する各部について説明する。加算器16は、スイッチ14から受信した値と後述するスイッチ19から受信した値とを加算した値を所定の時間間隔で算出する。そして、加算器16は、算出した値を第一フリップフロップ17、第二フリップフロップ18、量子化回路23へ送信する。つまり、加算器16は、差分回路11によって算出された差分の積分値を算出し、算出した積分値を第一フリップフロップ17、第二フリップフロップ18、量子化回路23へ送信する。
Next, each part of the
第一フリップフロップ17は、加算器16によって新たな積分値が算出された場合には、算出された積分値を一時的に保持し、所定の時間間隔が経過した後で、保持した積分信号を出力する。具体的には、第一フリップフロップ17は、同期信号を受信した場合には、加算器16によって算出された値を受信する。そして、第一フリップフロップ17は、再度同期信号を受信した場合には、受信した値をスイッチ19へ送信するとともに、加算器16によって新たに算出された値を取得する。つまり、第一フリップフロップ17は、加算器16によって算出された値を示す信号を受信し、受信された信号を同期信号一つ分だけ遅延させてから加算器16へフィードバックする遅延回路である。
When a new integration value is calculated by the
第二フリップフロップ18は、加算器16によって新たな積分値が算出された場合には、算出された積分値を一時的に保持し、所定の時間間隔が経過し、所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で、保持した積分値を出力する。具体的には、第二フリップフロップ18は、加算器16によって算出された値を取得する。そして、第二フリップフロップ18は、カウンタ21からカウンタ信号を受信しなかった場合には、加算器16から取得した値をスイッチ19へ送信するとともに、送信した値を保持する。
When a new integrated value is calculated by the
また、第二フリップフロップ18は、カウンタ信号を受信した場合には、直前に保持した値をスイッチ19へ送信するとともに、加算器16によって新たに算出された値を取得する。つまり、第二フリップフロップ18は、カウンタ21からカウンタ信号を受信した場合には、保持した値を出力し、次に出力された信号を受信するまでの間、加算器16から取得した値を保持する保持回路である。
Further, when receiving the counter signal, the second flip-
スイッチ19は、XOR20によって入力値が所定の範囲内に含まれないと判別された場合には、第一フリップフロップ17が出力した積分値を加算器16に伝達する。また、スイッチ19は、XOR20によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、第二フリップフロップ18によって出力された積分値を加算器16に伝達する。具体的には、第一フリップフロップ17から送信された値を受信する。また、スイッチ19は、第二フリップフロップ18から送信された値を受信する。また、スイッチ19は、後述するXOR回路20から第一フリップフロップ17を選択する信号、又は、第二フリップフロップ18を選択する信号を受信する。
The
そして、スイッチ19は、XOR回路20から第一フリップフロップ17を選択する信号を受信した場合には、第一フリップフロップ17から受信した値を加算器16へ送信する。また、スイッチ19は、XOR回路20から第二フリップフロップ18を選択する信号を受信した場合には、第二フリップフロップ18から受信した値を加算器16へ送信する。
When the
つまり、積分回路15は、第一フリップフロップ17を用いて積分値を算出した場合には、従来のΔΣデジタル変調器が有する積分回路と同様の周波数で動作する積分回路である。また、積分回路15は、第二フリップフロップ18を用いて積分値を算出した場合には、従来のΔΣデジタル変調器が有する積分回路の二分の一の周波数で動作する積分回路である。
That is, the
次に、信号変調回路10が有するXOR20、カウンタ21、量子化回路23、遅延回路24について詳しく説明する。XOR回路20は、Din22に保持された値を監視し、Din22に保持された値が所定の範囲内に含まれるか否かを判別する。具体的には、XOR20は、Din22に保持された値のうち、最上位の二つのビットを比較し、二つのビットが両方とも同じ値であるか否かを判別する。そして、XOR回路20は、最上位の二つのビットが両方とも同じ値であると判別した場合には、スイッチ14に対して、第一差分器12を選択する信号を送信する。また、XOR回路20は、最上位の二つのビットが両方とも同じ値であると判別した場合には、スイッチ19に対して、第一フリップフロップ17を選択する信号を送信する。
Next, the
また、XOR回路20は、最上位の二つのビットの値が異なると判別した場合には、スイッチ14に対して、第二差分器13を選択する信号を送信する。また、XOR回路20は、最上位の二つのビットの値が異なると判別した場合には、スイッチ19に対して、第二フリップフロップ18を選択する信号を送信する。
If the
ここで、Din22に保持された値のうち、最上位の二つのビットが同じ場合とは、アナログ信号を「10」bitでサンプリングした値が「1〜255」又は「768〜1023」の範囲内であることを示す。また、Din22に保持された値のうち、最上位の二つのビットが異なる場合とは、アナログ信号を「10」bitでサンプリングした値が「256〜767」の範囲内であることを示す。 Here, among the values held in Din22, when the most significant two bits are the same, the value obtained by sampling the analog signal with “10” bits is within the range of “1-255” or “768-1023”. Indicates that Also, the case where the most significant two bits of the values held in Din22 are different indicates that the value obtained by sampling the analog signal with “10” bits is within the range of “256 to 767”.
つまり、信号変調回路10は、アナログ信号をサンプリングした値が「1〜255」又は「768〜1023」の範囲に含まれる場合には、第一差分器12と第一フリップフロップ17とを用いて、アナログ信号の変調を実行する。また、信号変調回路10は、アナログ信号をサンプリングした値が「256〜767」の範囲に含まれる場合には、第二差分器13と第二フリップフロップ18とを用いて、アナログ信号の変調を実行する。
In other words, the
ここで、従来のΔΣデジタル変調回路は、入力分解能を10bit、サンプリング周波数を100MHzとした場合には、式(1)より、アナログ信号をサンプリングした値が「256〜767」の範囲で、25MHz以上のPDM信号を送信する。 Here, in the case where the conventional ΔΣ digital modulation circuit has an input resolution of 10 bits and a sampling frequency of 100 MHz, the value obtained by sampling the analog signal is 25 MHz or more in the range of “256 to 767” from the equation (1). The PDM signal is transmitted.
一方、信号変調回路10は、アナログ信号をサンプリングした値が「256〜767」の範囲に含まれる場合には、第一差分器12の半分の周波数で動作する第二差分器13を用いて、差分回路11を動作させる。また、信号変調回路10は、アナログ信号をサンプリングした値が「256〜767」の範囲に含まれる場合には、第一フリップフロップ17の半分の周波数で動作する第二フリップフロップ18を用いて、積分回路15を動作させる。
On the other hand, when the value obtained by sampling the analog signal is included in the range of “256 to 767”, the
つまり、信号変調回路10は、アナログ信号をサンプリングした値が「256〜767」の範囲に含まれる場合には、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号の半分の周波数でPDM信号を出力する。また、信号変調回路10は、アナログ信号をサンプリングした値が「1〜255」又は「768〜1023」の範囲内である場合には、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号と同じ周波数でPDM信号を出力する。
That is, when the value obtained by sampling the analog signal is included in the range of “256 to 767”, the
このため、信号変調回路10は、出力するPDM信号の周波数がFETを適切に動作させることができる周波数の範囲を超えてしまう場合には、PDM信号の周波数を二分の一に抑えて出力する。また、信号変調回路10は、出力するPDM信号の周波数がFETを適切に動作させることができる周波数の範囲に含まれる場合には、従来のΔΣデジタル変調器と同じ周波数でPDM信号を出力する。
For this reason, when the frequency of the PDM signal to be output exceeds the frequency range in which the FET can be appropriately operated, the
この結果、信号変調回路10は、サーボ系の制御を行う場合にも、入力されたアナログ信号に対する応答性を保持し、かつ、出力するPDMの周波数をFETが適切に動作することができる周波数に収めることができる。このため、信号変調回路10は、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲を広くすることができる。
As a result, the
カウンタ21は、第二差分器13と第二フリップフロップ18に対して、同期信号よりも長い時間間隔で信号を出力する。つまり、カウンタ21は、第二差分器13と第二フリップフロップ18に対して、サンプリング周波数よりも低い周波数でカウンタ信号を出力する。具体的には、カウンタ21は、利用者があらかじめ設定した任意の初期値「m」を取得する。また、カウンタ21は、カウンタ値を初期値「m」に設定し、同期信号Fsを受信するたびに、カウンタ値をカウントダウンする。
The
そして、カウンタ21は、カウンタ値が「0」になった場合には、第二差分器13と第二フリップフロップ18に対して、カウンタ信号を送信するとともに、カウンタ値をリセットする。
When the counter value reaches “0”, the
例えば、カウンタ21は、m=「1」とした場合には、同期信号Fsを2回受信するたびに、第二差分器13と第二フリップフロップ18に対して、カウンタ信号を送信する。つまり、第二差分器13と第二フリップフロップ18は、m=「1」とした場合には、第一差分器12と第一フリップフロップ17の半分の周波数で動作する。
For example, when m = “1”, the
量子化回路23は、積分回路15によって算出された積分値が所定の値よりも大きい場合には、所定の長さのパルスをPDM信号として出力する。また、量子化回路23は、積分回路15によって算出された積分値が所定の値よりも大きい場合には、遅延回路24に対して、フィードバック信号を送信する。
When the integrated value calculated by the integrating
具体的には、量子化回路23は、積分回路15によって算出された積分値を取得する。そして、量子化回路23は、取得した積分値が「1024」以上である場合には、0.1×10−7秒の波長を有し、値「1」を示すパルスを出力する。また、量子化回路23は、取得した積分値が「1024」以上である場合には、「1024」を示すフィードバック信号を遅延回路24へ送信する。また、量子化回路23は、取得した積分値が「1024」未満である場合には、フィードバック信号を遅延回路24へ送信しない。Specifically, the
遅延回路24は、量子化回路23からフィードバック信号を受信した場合には、受信したフィードバック信号を同期信号一つ分遅延させて差分回路11へ送信する遅延回路である。
The
[信号変調装置の処理]
次に、図2〜14を用いて、信号変調回路10が実行する処理の具体例を説明する。まず、図2、4を用いて、アナログ信号の値が「1〜255」及び「768〜1023」の範囲に含まれる場合に、信号変調回路10が実行する処理について説明する。なお、図2は、出力するPDM信号の周波数が所定の周波数を超えない範囲を説明するための図である。また、図3は、従来と同様の処理を実行する回路を説明するための図である。[Processing of signal modulator]
Next, a specific example of processing executed by the
図2に示すように、信号変調回路10は、入力されるアナログ信号の値が「1〜255」及び「768〜1023」に含まれる場合には、出力するPDM信号の周波数が25MHz以下であるので、従来のΔΣデジタル変調器と同様の処理を行う。
As shown in FIG. 2, in the
つまり、信号変調回路10は、入力されるアナログ信号の値が「1〜255」及び「768〜1023」の範囲に含まれる場合には、図3中の実線で示すように、第一差分器12、スイッチ14を含む回路を用いて、入力されたアナログ信号の差分を算出する。また、信号変調回路10は、アナログ信号の値が「1〜255」及び「768〜1023」の範囲に含まれる場合には、図3中の実線で示すように、加算器16、第一フリップフロップ17、スイッチ19を含む回路を用いて、算出された差分の積分値を算出する。
That is, when the value of the input analog signal is included in the range of “1 to 255” and “768 to 1023”, the
そして、信号変調回路10は、算出された積分値に基づいて、量子化回路23からPDM信号としてのパルスを出力する。つまり、信号変調回路10は、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号と同じ周波数のPDM信号を出力する。
Then, the
次に、図4、6を用いて、アナログ信号の値が「256〜767」の範囲に含まれる場合に、信号変調回路10が実行する処理を説明する。なお、図4は、出力するPDM信号の周波数を下げる範囲を説明するための図である。また、図5は、PDM信号の周波数を下げる処理を実行する回路を説明するための図である。
Next, processing executed by the
図4に示すように、信号変調回路10は、入力されるアナログ信号の値が「256〜767」の範囲に含まれる際に、従来のΔΣデジタル変調器と等価な回路で処理を実行した場合には、出力するPDM信号の周波数が25MHzを超えてしまう。このため、信号変調回路10は、図3中の点線で示した回路と比較して、二分の一の周波数で動作する回路を用いて、アナログ信号をPDM信号に変調する。
As shown in FIG. 4, when the value of the input analog signal is included in the range of “256 to 767”, the
具体的には、信号変調回路10は、入力されるアナログ信号の値が「256〜767」の範囲に含まれる場合には、図5中の実線で示すように、第二差分器13、スイッチ14を含む回路を用いて、入力されたアナログ信号の差分を算出する。また、信号変調回路10は、入力されるアナログ信号の値が「256〜767」の範囲に含まれる場合には、図5中の点線で示すように、加算器16、第二フリップフロップ18、スイッチ19を含む回路を用いて、算出された差分の積分値を算出する。
Specifically, when the value of the input analog signal is included in the range of “256 to 767”, the
つまり、信号変調回路10は、図3中の実線で示すように、アナログ信号をPDM信号に変調し、変調後のPDM信号を出力する第一の変調回路を有する。また、信号変調回路10は、図5中の実線で示すように、第一の変調回路が出力するPDM信号よりも低い周波数のPDM信号に変調し、変調後のPDM信号を出力する第二の変調回路を有する。
That is, the
そして、信号変調回路10は、Din22に保持された値が「256〜767」の範囲内であるか否かを判別する。その後、信号変調回路10は、Din22に保持された値が「256〜767」の範囲内であると判別した場合には、第二の変調回路を用いて、アナログ信号をPDM信号に変調する。また、信号変調回路10は、Din22に保持された値が「256〜767」の範囲外であると判別した場合には、第一の変調回路を用いて、アナログ信号をPDM信号に変調する。
Then, the
次に、図6を用いて、入力されるアナログ信号の値が「256〜767」の範囲に含まれる場合に、従来のΔΣデジタル変調器と信号変調回路10が算出する積分値について説明する。なお、図6は、従来のΔΣデジタル変調器が算出する積分値と実施例1に係る信号変調回路が算出する積分値とを比較するための図である。
Next, the integration value calculated by the conventional ΔΣ digital modulator and the
なお、図6に示す例では、入力値として「256」が従来のΔΣデジタル変調器と信号変調回路10に入力されたものとする。また、従来のΔΣデジタル変調器が有する量子化回路、および、信号変調回路10が有する量子化回路23は、「1024」以上の積分値が算出された場合には、PDM信号のパルスを出力するものとする。
In the example shown in FIG. 6, it is assumed that “256” is input to the conventional ΔΣ digital modulator and the
図6に示すように、従来のΔΣデジタル変調器が有する積分回路は、ΔΣデジタル変調気に入力値「256」が入力された場合には、0.1×10−7秒ごとに、積分値「256」、「512」、「768」、「1024」を繰り返し算出する。一方、第二差分器13と第二フリップフロップ18は、図6中のFに示すように、クロック信号が1の場合には、直前に出力した値と同じ値を出力する。As shown in FIG. 6, the integration circuit included in the conventional ΔΣ digital modulator has an integration value every 0.1 × 10 −7 seconds when the input value “256” is input to the ΔΣ digital modulation signal. “256”, “512”, “768”, and “1024” are repeatedly calculated. On the other hand, when the clock signal is 1, the
このため、信号変調回路10の積分回路15は、図6中のGに示すように、直前に出力した値と同じ「1024」を出力する。また、第二差分器13と第二フリップフロップ18は、図6中のHに示すように、クロック信号を受信しなかった場合には、新たな値を出力する。このため、信号変調回路10の積分回路15は、図6中のIに示すように、新たな積分値「256」を出力する。つまり、信号変調回路10の積分回路15は、0.2×10−7秒ごとに、積分値「256」、「512」、「768」、「1024」を繰り返し算出する。Therefore, the
次に、図7を用いて、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号を説明する。なお、図7は、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号を説明するための図である。図7に示すように、従来のΔΣデジタル変調器は、0.1×10−7秒ごとに、積分値「256」、「512」、「768」、「1024」を繰り返し算出する。このため、従来のΔΣデジタル変調器は、0.1×10−7秒の波長を有するパルスを0.4×10−7秒の周期で出力する。Next, the PDM signal output from the conventional ΔΣ digital modulator will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining a PDM signal output from a conventional ΔΣ digital modulator. As shown in FIG. 7, the conventional ΔΣ digital modulator repeatedly calculates integral values “256”, “512”, “768”, and “1024” every 0.1 × 10 −7 seconds. Therefore, the conventional ΔΣ digital modulator outputs a pulse having a wavelength of 0.1 × 10 −7 seconds with a period of 0.4 × 10 −7 seconds.
次に、図8を用いて、信号変調回路10が出力するPDM信号を説明する。なお、図8は、実施例1に係る信号変調回路が出力するPDM信号を説明するための図である。図8に示すように、信号変調回路10は、0.2×10−7秒ごとに、積分値「256」、「512」、「768」、「1024」を繰り返し算出する。このため、信号変調回路10は、0.2×10−7秒の波長を有するパルスを0.8×10−7秒の周期で出力する。Next, the PDM signal output from the
つまり、信号変調回路10は、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号よりも低い周波数のPDM信号であって、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号とデューティー比が同じPDM信号を出力する。この結果、図7中の斜線部分と図8中の斜線部分とに示すように、信号変調回路10が出力するPDM信号を積分した値は、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号を積分した値と同じ値を保つことができる。この結果、信号変調回路10は、従来の二分の一の周波数でPDM信号を出力した場合にも、電力素子回路が供給する電力量を従来と同じ電力量に保つことができる。
That is, the
ここで、図9は、実施例1に係る信号変調回路が出力するPDM信号の周波数を示す図である。図9中のJに示すように、信号変調回路10は、入力されるアナログ信号の値が「256〜767」の範囲に含まれる場合には、出力するPDM信号の周波数を二分の一に抑える。このため、信号変調回路10は、PDM信号の周波数をFETが適切に動作する周波数以下に抑える結果、適切に電力素子回路を動作させることができる。
FIG. 9 is a diagram illustrating the frequency of the PDM signal output from the signal modulation circuit according to the first embodiment. As indicated by J in FIG. 9, the
また、信号変調回路10は、入力されるアナログ信号の値が「1〜255」及び「768〜1023」の範囲に含まれる場合には、従来のΔΣデジタル変調器と同じ周波数を有するPDM信号を出力する。つまり、信号変調回路10は、PDM信号の周波数を下げる必要がない範囲では、従来のΔΣデジタル変調器と同じ周波数を有するPDM信号を出力するので、入力されたアナログ信号に対する応答性を保持することができる。この結果、信号変調回路10は、図9中のKに示すように、PDM信号の周波数を適切な範囲内に収める範囲を広くすることができる。
Further, when the value of the input analog signal is included in the range of “1-255” and “768-1023”, the
また、図10は、実施例1に係る信号変調回路が出力するPDM信号の周波数と従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号の周波数とを比較するための図である。図10中の点線で示すように、従来のΔΣデジタル変調器は、サンプリング周波数を二分の一にした場合には、PDM信号の周波数を一律で二分の一に下げてしまうため、図10中のLで示すように、電力素子回路が適切な動作を行うことができる範囲を狭くする。 FIG. 10 is a diagram for comparing the frequency of the PDM signal output from the signal modulation circuit according to the first embodiment and the frequency of the PDM signal output from the conventional ΔΣ digital modulator. As shown by the dotted line in FIG. 10, the conventional ΔΣ digital modulator reduces the frequency of the PDM signal uniformly to one half when the sampling frequency is halved. As indicated by L, the range in which the power element circuit can perform an appropriate operation is narrowed.
一方、図10中の実線で示すように、信号変調回路10は、アナログ信号の値が「256〜767」の範囲に含まれる場合にのみ、PDM信号の周波数を二分の一に抑えることができる。この結果、信号変調回路10は、図10中のMに示すように、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲を広くすることができる。
On the other hand, as indicated by the solid line in FIG. 10, the
次に、図11を用いて、信号変調回路10が出力するPDM信号の積分値について詳しく説明する。なお、図11は、実施例1に係る信号変調回路が出力するPDM信号の積分値と従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号の積分値とを比較するための図である。
Next, the integrated value of the PDM signal output from the
図11に示すように、従来のΔΣデジタル変調器は、入力値が「256」である場合には、0.4×10−7秒の周期で0.1×10−7秒の波長を有するパルスを出力する。一方、信号変調回路10は、入力値が「256」である場合には、0.8×10−7秒の周期で0.2×10−7秒の波長を有するパルスを出力する。このため、入力値が変化する時間スケールが0.8×10−7秒よりも十分に大きい場合には、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号のパルスを積分した値と信号変調回路10が出力するPDM信号のパルスを積分した値とは同じ値となる。As shown in FIG. 11, when the input value is “256”, the conventional ΔΣ digital modulator has a wavelength of 0.1 × 10 −7 seconds with a period of 0.4 × 10 −7 seconds. Output a pulse. On the other hand, when the input value is “256”, the
また、図11に示すように、従来のΔΣデジタル変調器は、入力値が「512」である場合には、0.2×10−7秒の周期で0.1×10−7秒の波長を有するパルスを出力する。一方、信号変調回路10は、入力値が「512」である場合には、0.4×10−7秒の周期で0.4×10−7秒の波長を有するパルスを出力する。このため、入力値が変化する時間スケールが0.2×10−7秒よりも十分に大きい場合には、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号のパルスを積分した値と信号変調回路10が出力するPDM信号のパルスを積分した値とは同じ値となる。As shown in FIG. 11, the conventional ΔΣ digital modulator has a wavelength of 0.1 × 10 −7 seconds with a period of 0.2 × 10 −7 seconds when the input value is “512”. Is output. On the other hand, when the input value is “512”, the
また、図11に示すように、従来のΔΣデジタル変調器は、入力値が「768」である場合には、0.4×10−7秒の周期で0.3×10−7秒の波長を有するパルスを出力する。一方、信号変調回路10は、入力値が「768」である場合には、0.8×10−7秒の周期で0.6×10−7秒の波長を有するパルスを出力する。このため、入力値が変化する時間スケールが0.8×10−7秒よりも十分に大きい場合には、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号のパルスを積分した値と信号変調回路10が出力するPDM信号のパルスを積分した値とは同じ値となる。Further, as shown in FIG. 11, the conventional ΔΣ digital modulator has a wavelength of 0.3 × 10 −7 seconds with a period of 0.4 × 10 −7 seconds when the input value is “768”. Is output. On the other hand, when the input value is “768”, the
このように、信号変調回路10は、入力値の値にかかわらず、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号のパルスと同じ積分値を有し、かつ、従来のΔΣデジタル変調器が出力するPDM信号よりも低い周波数のPDM信号を出力する。このため、信号変調回路10は、図12に示すように、入力されたアナログ信号の値にかかわらず、電力素子回路に適切な電力の供給を実行させることができる。なお、図12は、出力されるPDM信号の積分値を説明するための図である。
As described above, the
次に、図13を用いて、信号変調回路10を有するΔΣデジタル変調回路について説明する。図13は、実施例1に係る信号変調回路を有するΔΣデジタル変調回路を説明するための図である。従来のΔΣデジタル変調回路は、差分回路と積分回路とを入力値によらず動作させていた。一方、図13中点線で示す範囲を実施例1に係る信号変調回路10に置き換えたΔΣデジタル変調回路は、入力値に応じて、デューティー比を保ったまま低い周波数のPDM信号を送信することができる。このようなΔΣデジタル変調回路は、後段の電力素子回路が適切に動作する範囲の周波数でPDM信号を送信するので、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲を広くする。
Next, a ΔΣ digital modulation circuit having the
[信号変調器の処理の流れ]
次に、図14を用いて、信号変調回路10が実行する処理の流れを説明する。図14は、信号変調回路が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、図14に示す例では、信号変調回路10は、電源が入力されたことを契機として、処理を開始する。[Processing flow of signal modulator]
Next, the flow of processing executed by the
まず、信号変調回路10は、出力するPDM信号の周波数の最大値であるFcyc_maxを「1/2」とするように利用者によって定められる(ステップS101)。次に、信号変調回路10は、出力するPDM信号の周波数を「1/2」とする範囲を識別する(ステップS102)。
First, the
次に、信号変調回路10は、Din22に入力値が保持されているか否かを判別する(ステップS103)。そして、信号変調回路10は、Din22に入力値が保持されていると判別した場合には(ステップS103肯定)、PDM信号の周波数を「1/2」とする範囲に入力値が含まれているか否かを判別する(ステップS104)。
Next, the
次に、信号変調回路10は、PDM信号の周波数を「1/2」とする範囲に入力値が含まれていると判別した場合には(ステップS104肯定)、カウンタ初期値に「1」を設定する(ステップS105)。次に、信号変調回路10は、カウントダウンを実行する(ステップS106)。そして、信号変調回路10は、カウンタの値が「0」であるか否かを判別する(ステップS107)。
Next, when the
また、信号変調回路10は、カウンタの値が「0」であると判別した場合には(ステップS107肯定)、図5中の実線で示した回路を用いて、差分演算と積分演算とを実行する(ステップS108)。その後、信号変調回路10は、演算結果に応じてパルスを出力する(ステップS109)。
Further, when the
一方、信号変調回路10は、カウンタの値が「0」ではないと判別した場合には(ステップS107否定)、直前のステップでの演算結果に応じて、パルスを出力する(ステップS110)。
On the other hand, when the
また、信号変調回路10は、PDM信号の周波数を「1/2」とする範囲に入力値が含まれていないと判別した場合には(ステップS104否定)、図3中の実線で示した回路を用いて、差分演算と積分演算とを実行する(ステップS108)。また、信号変調回路10は、パルスを出力した場合には(ステップS109、S110)、再度Din22に入力値が保持されているか否かを判別する(ステップS103)。そして、信号変調回路10は、Din22に入力値が保持されていないと判別した場合には(ステップS103否定)、処理を終了する。
When the
[実施例1の効果]
上述したように、実施例1に係る信号変調回路10は、Din20に保持された入力値が「256〜767」の範囲内に含まれるか否かを判別するXOR20を有する。そして、信号変調回路10は、入力値が「1〜255」及び「767〜1023」の範囲内に含まれる場合には、同期信号に従って差分回路11と積分回路15とを動作させ、入力値をPDM信号に変調する。また、信号変調回路10は、Din20に保持された入力値が「256〜767」の範囲内に含まれる場合には、同期信号よりも長い時間間隔で差分回路11と積分回路15とを動作させ、入力値をPDM信号に変調する。[Effect of Example 1]
As described above, the
このため、信号変調回路10は、アナログ信号に対する応答を保持したまま、出力するPDM信号の周波数をFETが適切に動作することができる範囲に抑えることができ、電力素子回路が適切な動作を行う事ができる範囲を広くする。
For this reason, the
また、実施例1に係る積分回路15は、入力値が「1〜255」及び「767〜1023」の範囲内に含まれる場合には、算出した積分値を同期信号と同じ時間間隔で量子化回路23に出力する。また、積分回路15は、入力値が「256〜767」の範囲内に含まれる場合には、算出した積分値を同期信号よりも長い時間間隔で量子化器23に出力する。このため、信号変調回路10は、量子化回路23に出力させるPDM信号のデューティー比を保持しつつ、PDM信号の周波数を下げる結果、電力素子回路に適切な電力の供給を実行させることができる。
In addition, the
また、実施例1に係る積分回路15は、同期信号と同じ時間間隔で動作する第一フリップフロップ17と同期信号よりも長い時間間隔で動作する第二フリップフロップ18を有する。そして、積分回路15は、入力値が「1〜255」及び「767〜1023」の範囲内に含まれる場合には、第一フリップフロップ17に保持された値を用いて積分を実行する。また、積分回路15は、入力値が「256〜767」の範囲内に含まれる場合には、第二フリップフロップ18に保持された値を用いて積分を実行する。このため、差分回路15は、同期信号よりも長い時間間隔で動作した場合にも、適切な積分値を算出することができる。結果として、信号変調回路10は、サンプリング周波数を下げることなく、出力するPDM信号の周波数を適切に抑えることができる。
The
また、実施例1に係る差分回路11は、同期信号と同じ時間間隔で動作する第一差分器12と同期信号よりも長い時間間隔で動作する第二差分器13とを有する。そして、差分回路11は、入力値が「1〜255」及び「767〜1023」の範囲内に含まれる場合には、第一差分器12によって算出された差分値を積分回路15に入力する。また、差分回路11は、入力値が「256〜767」の範囲内に含まれる場合には、第二差分器13によって算出された差分値を積分回路15に入力する。このため、差分回路11は、同期信号よりも長い時間間隔で動作した場合にも、適切な差分値を算出することができる。結果として、信号変調回路10は、サンプリング周波数を下げることなく、出力するPDM信号の周波数を適切に抑えることができる。
The
また、実施例1に係る信号変調回路10は、カウンタ21を有し、カウンタ21が出力するクロック信号に合わせて第二差分器13と第二フリップフロップ18を動作させる。このため、信号変調回路10は、出力するPDM信号の周波数を任意の割合で低くすることができる。例えば、信号変調回路10は、カウンタ21に初期値「m=1」が設定された場合には、出力するPDM信号の周波数を「1/2」とし、カウンタ21に初期値「m=3」が設定された場合には、出力するPDM信号の周波数を「1/4」とすることができる。
The
これまで本発明の実施例について説明したが実施例は、上述した実施例以外にも様々な異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では実施例2として本発明に含まれる他の実施例を説明する。 Although the embodiments of the present invention have been described so far, the embodiments may be implemented in various different forms other than the embodiments described above. Therefore, another embodiment included in the present invention will be described below as a second embodiment.
(1)パラメータについて
上述した信号変調回路10は、入力分解能を10bit、サンプリング周波数を100MHzとして、アナログ信号をPDM信号に変調した。しかし、実施例は、これに限定されるものではなく、例えば、サンプリング周波数を1000Hzとしてもよい。(1) Parameters The
また、上述した量子化回路23は、「1024」を示すフィードバック信号を送信した。しかし、実施例はこれに限定されるものではなく、例えば、入力分解能を「N」bitと設定する場合には、量子化回路は、「2N」を示すフィードバック信号を送信する。Further, the
また、上述した量子化回路23は、「1024」以上の積分値が出力された際にPDM信号のパルスを送信したが、実施例はこれに限定されるものではなく、例えば、「512」以上の積分値が出力された場合にPDM信号のパルスを送信してもよい。
The
また、上述した信号変調回路10は、カウンタ21に初期値mとして「1」を入力した。しかし、実施例は、これに限定されるものではない。例えば、信号変調回路10は、出力するPDM信号の最大値を「1/4」に抑える場合には、初期値mとして「3」を入力すればよい。
Further, the
ここで、信号変調回路10は、カウンタ21とXOR回路20とを連携し、入力値を判別し、PDM信号の最大値を制御する。また、入力値を判別する判別回路はXOR回路20に限定されない。
Here, the
(2)差分回路と積分回路の動作について
上述した信号変調回路10では、第二差分器13と第二フリップフロップ18は、カウンタ信号が1の場合には、直前に出力した値と同じ値を出力していた。しかし、実施例は、これに限定されるものではない。(2) Regarding the operation of the difference circuit and the integration circuit In the
上述したように、入力値の範囲が所定の範囲に含まれる場合に、PDM信号の周波数を低くすることができれば、電力素子回路を適切に動作させる範囲を広くすることができる。 As described above, when the range of the input value is included in the predetermined range, if the frequency of the PDM signal can be lowered, the range in which the power element circuit is appropriately operated can be widened.
10 信号変調回路
11 差分回路
12 第一差分器12
13 第二差分器13
14 スイッチ
15 積分回路
16 加算器16
17 第一フリップフロップ
18 第二フリップフロップ
19 スイッチ
20 XOR回路
21 カウンタ
22 Din
23 量子化回路
24 遅延回路DESCRIPTION OF
13
14
17 First flip-
23
Claims (7)
前記積分回路の出力を量子化した量子化信号を出力する量子化回路と、
前記量子化回路によって量子化信号が出力された場合には、当該量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記積分回路に入力する差分回路と、
前記入力値を監視し、該入力値が所定の範囲内に含まれるか否かを判別する判別回路と、
を備え、
前記積分回路は、前記判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で差分信号を積分して出力し、
前記差分回路は、前記判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で、前記積分回路に入力することを特徴とする信号変調回路。An integration circuit that integrates and outputs a differential signal corresponding to an input value that is continuously input at a predetermined time interval;
A quantizing circuit that outputs a quantized signal obtained by quantizing the output of the integrating circuit;
When a quantized signal is output by the quantizing circuit, after the predetermined time interval has elapsed since the quantized signal was output, a difference signal corresponding to the quantized signal and the input value is output. A difference circuit that calculates and inputs the calculated difference signal to the integration circuit;
A determination circuit that monitors the input value and determines whether or not the input value is included in a predetermined range;
With
The integration circuit integrates and outputs the difference signal after a time interval obtained by extending the predetermined time interval elapses when the determination circuit determines that the input value falls within a predetermined range. ,
When the difference circuit determines that the input value is included in a predetermined range by the determination circuit, the difference signal is output after the predetermined time interval has elapsed since the output of the quantized signal. And a difference signal corresponding to the input value, and the calculated difference signal is input to the integration circuit after a time interval obtained by extending the predetermined time interval has elapsed. .
前記差分回路から入力された差分信号を用いて、前記所定の時間間隔で新たな積分信号を算出する加算回路と、
前記加算回路によって新たな積分信号が算出された場合には、当該算出された積分信号を一時的に保持し、前記所定の時間間隔が経過した後で、該保持した積分信号を出力する第一保持回路と、
前記加算回路によって新たな積分信号が算出された場合には、当該算出された積分信号を一時的に保持し、前記所定の時間間隔が経過した後で前記延長した時間間隔が経過するまでの間、該保持した積分信号を出力する第二保持回路と
前記判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれないと判別された場合には、前記第一保持回路によって出力された積分信号を加算器に伝達し、前記判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記第二保持回路によって出力された積分信号を加算器に伝達する伝達回路と、
を備え、
前記加算回路は、
前記伝達回路から取得した積分信号と前記差分信号とを加算することで、新たな積分信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の信号変調回路。The integration circuit includes:
An adder circuit that calculates a new integrated signal at the predetermined time interval using the difference signal input from the difference circuit;
When a new integration signal is calculated by the adder circuit, the calculated integration signal is temporarily held, and the held integration signal is output after the predetermined time interval has elapsed. A holding circuit;
When a new integration signal is calculated by the adder circuit, the calculated integration signal is temporarily held until the extended time interval elapses after the predetermined time interval elapses. A second holding circuit that outputs the held integration signal; and if the determination circuit determines that the input value is not within a predetermined range, adds the integration signal output by the first holding circuit. A transmission circuit that transmits the integrated signal output by the second holding circuit to the adder when the determination circuit determines that the input value is included in a predetermined range by the determination circuit;
With
The adder circuit
The signal modulation circuit according to claim 1, wherein a new integration signal is calculated by adding the integration signal acquired from the transmission circuit and the difference signal.
前記量子化回路によって量子化信号が出力された場合には、当該量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記所定の時間間隔が経過した後で出力する第一差分回路と、
前記量子化回路によって量子化信号が出力された場合には、前記量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で出力する第二差分回路と、
前記判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれないと判別された場合には、前記第一差分回路によって出力された差分信号を前記積分回路に入力し、前記判別回路によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記第二差分回路によって出力された差分信号を前記積分回路に入力する入力回路と、
を有することを特徴とする請求項1または3に記載の信号変調回路。The difference circuit is
When a quantized signal is output by the quantizing circuit, after the predetermined time interval has elapsed since the quantized signal was output, a difference signal corresponding to the quantized signal and the input value is output. A first difference circuit that calculates and outputs the calculated difference signal after the predetermined time interval has elapsed;
When a quantized signal is output by the quantizing circuit, a difference signal corresponding to the quantized signal and the input value is obtained after the predetermined time interval has elapsed since the quantized signal was output. A second difference circuit that calculates and outputs the calculated difference signal after a time interval obtained by extending the predetermined time interval;
When the determination circuit determines that the input value is not included in the predetermined range, the difference signal output by the first difference circuit is input to the integration circuit, and the input value is determined by the determination circuit. An input circuit that inputs the difference signal output from the second difference circuit to the integration circuit,
The signal modulation circuit according to claim 1, further comprising:
前記第二保持回路と前記第二差分回路に対して、前記所定の時間間隔を延長した時間間隔で信号を出力する出力回路をさらに有し、
前記第二保持回路は、前記出力回路によって出力された信号を受信した場合には、次に出力された信号を受信するまでの間、前記保持した積分信号を出力し、
前記第二差分回路は、前記出力回路によって出力された信号を受信した場合には、次に出力された信号を受信するまでの間、前記算出した差分信号を出力することを特徴とする請求項4に記載の信号変調回路。The signal modulation circuit includes:
For the second holding circuit and the second difference circuit, further comprising an output circuit for outputting a signal at a time interval obtained by extending the predetermined time interval,
When the second holding circuit receives the signal output by the output circuit, the second holding circuit outputs the held integrated signal until the next output signal is received,
The second difference circuit, when receiving the signal output by the output circuit, outputs the calculated difference signal until the next output signal is received. 5. The signal modulation circuit according to 4.
前記積分部の出力を量子化した量子化信号を出力する量子部と、
前記量子部によって量子化信号が出力された場合には、当該量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記積分部に入力する差分部と、
前記入力値を監視し、該入力値が所定の範囲内に含まれるか否かを判別する判別部と、
を備え、
前記積分部は、前記判別部によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記所定の時間間隔を延長した時間間隔で差分信号を積分して出力し、
前記差分部は、前記判別部によって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で、前記積分部に入力することを特徴とする信号変調装置。An integrator that integrates and outputs a differential signal according to an input value that is continuously input at a predetermined time interval;
A quantum unit that outputs a quantized signal obtained by quantizing the output of the integrating unit;
When a quantized signal is output by the quantum unit, a difference signal corresponding to the quantized signal and the input value is calculated after the predetermined time interval has elapsed since the quantized signal was output. A difference unit that inputs the calculated difference signal to the integration unit;
A determination unit that monitors the input value and determines whether or not the input value is included in a predetermined range;
With
When the determination unit determines that the input value is included within a predetermined range, the integration unit integrates and outputs the difference signal at a time interval obtained by extending the predetermined time interval,
The difference unit, when the determination unit determines that the input value is included in a predetermined range, the quantized signal after the predetermined time interval has passed since the quantization signal was output. And a difference signal corresponding to the input value, and the calculated difference signal is input to the integration unit after a time interval obtained by extending the predetermined time interval has elapsed. .
連続して入力される入力値に応じた差分信号を所定の時間間隔で積分して出力する積分ステップと、
前記積分ステップの出力を量子化した量子化信号を出力する量子化ステップと、
前記量子化ステップによって量子化信号が出力された場合には、当該量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記積分ステップに入力する差分ステップと、
前記入力値を監視し、該入力値が所定の範囲内に含まれるか否かを判別する判別ステップと、
を備え、
前記積分ステップは、前記判別ステップによって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で、差分信号を積分して出力し、
前記差分ステップは、前記判別ステップによって入力値が所定の範囲内に含まれると判別された場合には、前記量子化信号が出力されてから前記所定の時間間隔が経過した後に、当該量子化信号と前記入力値とに応じた差分信号を算出し、当該算出した差分信号を前記所定の時間間隔を延長した時間間隔が経過した後で、前記積分ステップに入力することを特徴とする信号変調方法。A method performed by a signal modulation apparatus for modulating a continuously input input value into a digital signal,
An integration step of integrating and outputting a differential signal corresponding to an input value that is continuously input at a predetermined time interval;
A quantization step for outputting a quantized signal obtained by quantizing the output of the integration step;
When a quantized signal is output by the quantization step, a difference signal corresponding to the quantized signal and the input value is obtained after the predetermined time interval has elapsed since the quantized signal was output. A difference step of calculating and inputting the calculated difference signal to the integration step;
A determination step of monitoring the input value and determining whether the input value falls within a predetermined range;
With
In the integration step, when it is determined by the determination step that the input value is included in a predetermined range, the differential signal is integrated and output after a time interval extending the predetermined time interval has elapsed. And
In the difference step, when it is determined by the determination step that an input value is included in a predetermined range, the quantized signal is output after the predetermined time interval has elapsed since the quantized signal was output. And a difference signal corresponding to the input value, and the calculated difference signal is input to the integration step after a time interval obtained by extending the predetermined time interval has elapsed. .
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