JP5423478B2 - Pulse width modulation circuit - Google Patents
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Description
本発明は、オーディオ信号などの入力信号をパルス幅変調信号に変換する無安定マルチバイブレータ回路を用いたパルス幅変調回路に関するものである。 The present invention relates to a pulse width modulation circuit using an astable multivibrator circuit that converts an input signal such as an audio signal into a pulse width modulation signal.
従来、オーディオ用のD級増幅回路に使用されるパルス幅変調回路として、無安定マルチバイブレータ回路を用いたパルス幅変調回路が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a pulse width modulation circuit using an astable multivibrator circuit is known as a pulse width modulation circuit used in a class D amplifier circuit for audio.
図6は、従来の無安定マルチバイブレータ回路を用いたパルス幅変調回路の一例を示す図である。同図に示す無安定マルチバイブレータ回路は、矩形波を出力するための論理回路としてコンパレータを用いたものである。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a pulse width modulation circuit using a conventional astable multivibrator circuit. The astable multivibrator circuit shown in the figure uses a comparator as a logic circuit for outputting a rectangular wave.
図6に示すパルス幅変調回路101は、差動増幅回路を用いてオーディオ信号Sin(電圧信号)を2つの電流J1,J2に変換し、各電流J1,J2で無安定マルチバイブレータ回路103に含まれる2つのコンデンサC1,C2をそれぞれ充電することによって、オーディオ信号Sinの振幅でパルス幅(ハイレベルの期間)を変調した2つのPWM信号Spwm,/Spwmを無安定マルチバイブレータ回路103の2つのコンパレータCOMP1,COMP2からそれぞれ出力させる回路である。
The pulse
パルス幅変調回路101では、図7に示すように、オーディオ信号Sinが0vを基準に「+S」と「−S」の間でレベル変動をする場合、そのレベル変動範囲2Sを電流値の変動範囲2Ioに対応させ、任意の点Pの電圧レベルSpのレベル変動範囲2Sにおける位置を示す比率で案分した電流値Ipを有する電流J1と電流値(2Io−Ip)を有する電流J2を生成し、これらの電流J1,J2で同一の容量を有するコンデンサC1,C2をその充電電圧が同一の変化をするまでそれぞれ充電させ、電流J1による充電時間をハイレベル(以下、「High」と表記する。)の期間TONとし、電流J2による充電時間をローレベル(以下、「Low」と表記する。)の期間TOFFとするPWM信号Spwmを生成する。
In the pulse
コンデンサの容量をCとすると、コンデンサに流れる電流iとコンデンサの両端電圧vの間にはi=C×(Δv/Δt)の関係がある。コンデンサの両端電圧をΔvだけ変化させる時間Δtが微小であれば、時間Δtにおける電流iはほぼ一定であると見なせるから、その電流値をI、コンデンサの両端電圧の変化幅をΔVj、充電時間をTjとすると、I×T=C×Vの関係が成立するから、電流J1でコンデンサC1を充電した場合は、Ip×T1=C×V、電流J2でコンデンサC2を充電した場合は、(2Io−Ip)×T2=C×Vが成立する。そして、T1=TON、T2=TOFF、Ip×T1=(2Io−Ip)×T2よりTON:TOFF=Ip:(2Io−Ip)が成立するから、図7の電流値とPWM信号Spwmのパルス波形の関係に示されるように、PWM信号SpwmのHigh期間TONとLow期間TOFFの比率は2つの電流値Ipと電流値(2Io−Ip)の比率に比例することになる。 When the capacitance of the capacitor is C, there is a relationship of i = C × (Δv / Δt) between the current i flowing through the capacitor and the voltage v across the capacitor. If the time Δt for changing the voltage across the capacitor by Δv is very small, the current i at the time Δt can be considered to be almost constant. Therefore, the current value is I, the change width of the voltage across the capacitor is ΔVj, and the charging time is If Tj, the relationship of I × T = C × V is established. Therefore, when the capacitor C1 is charged with the current J1, Ip × T1 = C × V and when the capacitor C2 is charged with the current J2, (2Io -Ip) * T2 = C * V. Since T ON : T OFF = Ip: (2Io−Ip) is established from T1 = T ON , T2 = T OFF and Ip × T1 = (2Io−Ip) × T2, the current value and the PWM signal in FIG. As shown in the relationship of the pulse waveform of Spwm, the ratio of the high period T ON and the low period T OFF of the PWM signal Spwm is proportional to the ratio of the two current values Ip and the current value (2Io−Ip).
図7の例では、電流値Ipは、Ip=(S−Sp)×2Io/2S=(S−Sp)×Io/S=Io×(1−Sp/S)=Io−k×Sp(但し、k=Io/S)で表され、電流値(2Io−Ip)は、(2Io−Ip)=2Io−(Io−k×Sp)=Io+k×Spで表されるから、パルス幅変調回路101では電流値(Io−k×Sp)を有する電流J1と電流値(Io+k×Sp)を有する電流J2が生成される。 In the example of FIG. 7, the current value Ip is Ip = (S−Sp) × 2Io / 2S = (S−Sp) × Io / S = Io × (1−Sp / S) = Io−k × Sp (however, , K = Io / S), and the current value (2Io−Ip) is expressed by (2Io−Ip) = 2Io− (Io−k × Sp) = Io + k × Sp. Then, a current J1 having a current value (Io−k × Sp) and a current J2 having a current value (Io + k × Sp) are generated.
図6に戻り、パルス幅変調回路101の差動増幅回路を用いたオーディオ信号Sin(電圧信号)を2つの電流J1,J2に変換する電圧−電流変換回路102は、トランジスタTr1のベース電圧とトランジスタTr2のベース電圧の差電圧を増幅してトランジスタTr1のコレクタ電圧とトランジスタTr2のコレクタ電圧の差電圧として出力する動作を行なう。電圧−電流変換回路Aの電流に着目すると、定電流源から供給される定電流を「2×Io」とし、オーディオ信号Sinの振幅を「Sin」とすると、トランジスタTr1のコレクタ電流Ic1はIc1=Io−i(但し、i=Sin/(2×Re))となり、トランジスタTr2のコレクタ電流Ic2はIc2=Io+iとなり、両コレクタ電流Ic1,Ic2は、上記の電流J1と電流J2の関係を満たすから、トランジスタTr1のコレクタ電流Ic1とトランジスタTr2のコレクタ電流Ic2がそれぞれ無安定マルチバイブレータ回路103のコンデンサC1を充電する電流J1(以下、「充電電流J1」という。)とコンデンサC2を充電する電流J2(以下、「充電電流J2」という。)として用いられる。
Returning to FIG. 6, the voltage-
従って、パルス幅変調回路101では、電圧−電流変換回路102のトランジスタTr1のコレクタがコンデンサC1とコンパレータCOMP2の接続点(イ)に接続され、トランジスタTr2のコレクタがコンデンサC2とコンパレータCOMP1の接続点(ハ)に接続されている。
Therefore, in the pulse
無安定マルチバイブレータ回路103の2個のコンパレータCOMP1,COMP2の正入力端子には基準電圧Vrefが入力されている。各コンパレータCOMP1,COMP2では負入力端子の電圧が基準電圧Vrefよりも小さいときは出力端子がハイレベルとなり、負入力端子の電圧が基準電圧Vref以上のときは出力端子がローレベルとなる。図6では、両コンパレータCOMP1,COMP2に駆動電圧として「Vhi(>0)」と「Vlo(<Vhi)」が供給される構成であるので、ハイレベルの電圧は「Vhi」となり、ローレベルの電圧は「Vlo」となる。
The reference voltage Vref is input to the positive input terminals of the two comparators COMP1 and COMP2 of the
無安定マルチバイブレータ回路103のダイオードD1は、コンデンサC1の充電電圧Vc1(接続点(イ)の電圧)が基準電圧Vrefに上昇すると、充電電流J1によるコンデンサC1の充電を停止させ、当該コンデンサC1に蓄積された電荷を放電させるためのものである。コンデンサC1の充電電圧Vc1が基準電圧Vrefに上昇すると、コンパレータCOMP2の出力端子のレベルがローレベルVloに反転し、これによりコンパレータCOMP1の出力レベルがハイレベルVhiに反転して接続点(イ)の電圧Vc1が(Vhi+Vref)に跳ね上がることになるが、この電圧上昇によりダイオードD1が導通して充電電流J1がコンパレータCOMP2の上側の駆動電圧Vhiの電源にバイパスされるとともにコンデンサC1の蓄積電荷が全て放電され、接続点(イ)の電圧Vc1は電圧Vhiにクランプされる。
The diode D1 of the
ダイオードD2もダイオードD1と同様の機能を果たすものである。コンデンサC1の充電電圧Vc2(接続点(ハ)の電圧)が基準電圧Vrefに上昇すると、コンパレータCOMP1の出力端子のレベルがローレベルVloに反転し、これによりコンパレータCOMP2の出力レベルがハイレベルVhiに反転して接続点(ハ)の電圧Vc2が(Vhi+Vref)に跳ね上がることになるが、この電圧上昇によりダイオードD2が導通して充電電流J2がコンパレータCOMP2の上側の駆動電圧Vhiの電源にバイパスされるとともにコンデンサC2の蓄積電荷が全て放電され、接続点(ハ)の電圧Vc2は電圧Vhiにクランプされる。 The diode D2 also performs the same function as the diode D1. When the charging voltage Vc2 (voltage at the connection point (c)) of the capacitor C1 rises to the reference voltage Vref, the level of the output terminal of the comparator COMP1 is inverted to the low level Vlo, and thereby the output level of the comparator COMP2 becomes the high level Vhi. The voltage Vc2 at the connection point (c) jumps to (Vhi + Vref) by inversion, but this voltage rise causes the diode D2 to conduct and the charging current J2 is bypassed to the power supply of the driving voltage Vhi on the upper side of the comparator COMP2. At the same time, the accumulated charge in the capacitor C2 is completely discharged, and the voltage Vc2 at the connection point (c) is clamped to the voltage Vhi.
図8は、図6に示すパルス幅変調回路の動作時の接続点(イ)〜(ニ)の電圧の波形図である。図8を用いて、図6に示すパルス幅変調回路101の動作を簡単に説明すると、t1のタイミングでコンパレータCOMP2の入力レベルが基準電圧Vrefに達し、出力レベルがローレベルVloに反転すると((ニ)の電圧波形参照)、トランジスタTr1のコレクタ電流Ic1(充電電流J1)によるコンデンサC1の充電が開始される((イ)の電圧波形参照)。一方、t1のタイミングでコンパレータCOMP1の出力レベルはハイレベルVhiに反転するので((ロ)の電圧波形参照)、接続点(ハ)の電圧Vc2はコンデンサC2の充電電圧Vrefから当該充電電圧VrefにコンパレータCOMP1の出力レベルVhiを加算した値(Vhi+Vref)に跳ね上がるので、これによりダイオードD2が導通し、コンデンサC2の蓄積電荷が全て放電されて接続点(ハ)の電圧Vc2はコンパレータCOMP2の駆動電圧Vhiにクランプされる((ハ)の電圧波形参照)。
FIG. 8 is a waveform diagram of voltages at connection points (A) to (D) during operation of the pulse width modulation circuit shown in FIG. The operation of the pulse
t1のタイミングでコンデンサC1の充電が開始されると、接続点(イ)の電圧Vc1が充電電流J1に応じた速度(波形の傾き)で上昇する。上述したように、充電電流J1はほぼ一定と見なせるので、接続点(イ)の電圧はほぼ直線的に上昇する。コンパレータCOMP1の出力レベルは接続点(イ)の電圧Vc1が基準電圧Vrefよりも小さい間はハイレベルVhiに保持されるが、t2のタイミングで接続点(イ)の電圧Vc1が基準電圧Vrefに達すると、ローレベルVloに反転する((ロ)の電圧波形参照)。コンパレータCOMP1の出力レベルがローレベルVloに反転すると、接続点(ハ)の電圧Vc2がローレベルVloに変化し、トランジスタTr2のコレクタ電流Ic2(充電電流J2)によるコンデンサC2の充電が開始される((ハ)の電圧波形参照)。 When charging of the capacitor C1 is started at the timing t1, the voltage Vc1 at the connection point (A) increases at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J1. As described above, since the charging current J1 can be regarded as substantially constant, the voltage at the connection point (A) rises substantially linearly. The output level of the comparator COMP1 is maintained at the high level Vhi while the voltage Vc1 at the connection point (A) is smaller than the reference voltage Vref, but the voltage Vc1 at the connection point (A) reaches the reference voltage Vref at the timing t2. Then, it is inverted to the low level Vlo (refer to the voltage waveform in (b)). When the output level of the comparator COMP1 is inverted to the low level Vlo, the voltage Vc2 at the connection point (c) changes to the low level Vlo, and charging of the capacitor C2 by the collector current Ic2 (charging current J2) of the transistor Tr2 is started ( (See voltage waveform in (c)).
一方、t2のタイミングで接続点(ハ)の電圧Vc2がローレベルVloに変化すると、コンパレータCOMP2の出力レベルがハイレベルVhiに反転する((ニ)の電圧波形参照)。このとき、接続点(イ)の電圧Vc1はコンデンサC1の充電電圧Vrefから当該充電電圧VrefにコンパレータCOMP2の出力レベルVhiを加算した値(Vhi+Vref)に跳ね上がるので、これによりダイオードD1が導通し、コンデンサC1の蓄積電荷が全て放電されて接続点(イ)の電圧Vc1はコンパレータCOMP1の駆動電圧Vhiにクランプされる((イ)の電圧波形参照)。 On the other hand, when the voltage Vc2 at the connection point (c) changes to the low level Vlo at the timing t2, the output level of the comparator COMP2 is inverted to the high level Vhi (see the voltage waveform in (d)). At this time, the voltage Vc1 at the connection point (A) jumps from the charging voltage Vref of the capacitor C1 to a value obtained by adding the output level Vhi of the comparator COMP2 to the charging voltage Vref (Vhi + Vref). All the accumulated charges in C1 are discharged, and the voltage Vc1 at the connection point (A) is clamped to the drive voltage Vhi of the comparator COMP1 (see the voltage waveform in (A)).
t2のタイミングでコンデンサC2の充電が開始されると、接続点(ハ)の電圧Vc2が充電電流J2に応じた速度(波形の傾き)で上昇する。充電電流J2も充電電流J1と同様にほぼ一定と見なせるので、接続点(ハ)の電圧はほぼ直線的に上昇する。コンパレータCOMP2の出力レベルは接続点(ハ)の電圧Vc2が基準電圧Vrefよりも小さい間はハイレベルVhiに保持されるが、t3のタイミングで接続点(ハ)の電圧Vc2が基準電圧Vrefに達すると、ローレベルVloに反転し((ニ)の電圧波形参照)、その後は上述したt1からt2の期間のコンデンサC1の充電動作とt2からt3の期間のコンデンサC2の充電動作とが交互に繰り返される。これにより、コンパレータCOMP1の出力端子からコンデンサC1の充電期間T1をHigh期間とし、コンデンサC2の充電時間T2をLow期間としたPWM信号Spwmが出力され、コンパレータCOMP2の出力端子からコンデンサC2の充電期間T2をHigh期間とし、コンデンサC1の充電時間T1をLow期間としたPWM信号/Spwmが出力される。 When charging of the capacitor C2 is started at the timing t2, the voltage Vc2 at the connection point (c) increases at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J2. Similarly to the charging current J1, the charging current J2 can be regarded as substantially constant, so that the voltage at the connection point (c) rises almost linearly. The output level of the comparator COMP2 is maintained at the high level Vhi while the voltage Vc2 at the connection point (c) is smaller than the reference voltage Vref, but the voltage Vc2 at the connection point (c) reaches the reference voltage Vref at the timing t3. Then, the voltage is inverted to the low level Vlo (see voltage waveform (d)), and thereafter, the charging operation of the capacitor C1 during the period from t1 to t2 and the charging operation of the capacitor C2 during the period from t2 to t3 are alternately repeated. It is. As a result, the PWM signal Spwm is output from the output terminal of the comparator COMP1 with the charging period T1 of the capacitor C1 as the High period and the charging time T2 of the capacitor C2 as the Low period, and the charging period T2 of the capacitor C2 from the output terminal of the comparator COMP2 Is the High period, and the PWM signal / Spwm is output with the charging time T1 of the capacitor C1 as the Low period.
図6に示すパルス幅増幅回路101のパルス幅変調の原理は、コンデンサC1の容量とコンデンサC2の容量が同一であるとの前提でコンデンサC1,C2の充電電圧の範囲を同一の範囲(電圧Vloから電圧Vrefの範囲)に設定する一方、図7に示すように、オーディオ信号Sinを当該オーディオ信号Sinの振幅に比例して電流値が変動する電流J1=Io−(k×Sin)と電流J2=Io+(k×Sin)に変換し、電流J1によってコンデンサC1をコンパレータCOMP1の下側の駆動電圧Vloから基準電圧Vrefまで充電して充電時間T1に変換する動作と電流J2によってコンデンサC2をコンパレータCOMP2の下側の駆動電圧Vloから基準電圧Vrefまで充電して充電時間T2に変換する動作を交互に行わせることで、充電時間T1をパルス幅とするPWM信号Spwmと充電時間T2をパルス幅とするPWM信号/Spwmを生成するというものである。
The principle of pulse width modulation of the pulse
コンパレータCOMP1,COMP2の下側の駆動電圧Vloから基準電圧Vrefまでの充電電圧の範囲を「V」(=Vref−Vlo)とし、コンデンサC1,C2の容量をそれぞれ「c1」、「c2」、コンデンサC1,C2の充電開始時の蓄積電荷をゼロとすると、充電電流J1によってコンデンサC1に蓄積される電荷量Q1はQ1=c1×Vで表され、充電電流J2によってコンデンサC2に蓄積される電荷量Q2はQ2=c2×Vで表される。従来のパルス幅増幅回路101はc1=c2を前提にしているから、Q1=Q2となるので、Q1=Q2=Qoとすると、パルス幅増幅回路101のパルス幅変調の原理は、充電電流J1によってコンデンサC1に電荷量Qoを蓄積するまでに要する時間T1と、充電電流J2によってコンデンサC2に電荷量Qoを蓄積するまでに要する時間T2を生成し、充電時間T1をパルス幅とするPWM信号Spwmと充電時間T2をパルス幅とするPWM信号/Spwmを生成するものである。
The charge voltage range from the lower drive voltage Vlo to the reference voltage Vref of the comparators COMP1 and COMP2 is “V” (= Vref−Vlo), and the capacitances of the capacitors C1 and C2 are “c1” and “c2”, respectively. If the accumulated charge at the start of charging of C1 and C2 is zero, the charge amount Q1 accumulated in the capacitor C1 by the charging current J1 is represented by Q1 = c1 × V, and the charge amount accumulated in the capacitor C2 by the charging current J2. Q2 is represented by Q2 = c2 × V. Since the conventional pulse
コンデンサC1,C2の容量c1,c2をc1=c2=Coとすると、蓄積電荷量Qo、充電電流J1,J2、充電時間T1,T2及び充電電圧の範囲Vの間には、
J1×T1=Co×V=Qo …(1)
J2×T2=Co×V=Qo …(2)
の関係が成立するので、T1−T2=Q≠×(J2−J1)/(J1×J2)、T1+T2=Qo×(J2+J1)/(J1×J2)より、変調度m=|(T1−T2)/(T1+T2)|は、
M=|(J2−J1)/(J2+J1)| …(3)
となる。
Assuming that the capacities c1 and c2 of the capacitors C1 and C2 are c1 = c2 = Co, between the accumulated charge amount Qo, the charging currents J1 and J2, the charging times T1 and T2, and the charging voltage range V,
J1 * T1 = Co * V = Qo (1)
J2 × T2 = Co × V = Qo (2)
Therefore, the modulation degree m = | (T1-T2) from T1−T2 = Q ≠ × (J2−J1) / (J1 × J2) and T1 + T2 = Qo × (J2 + J1) / (J1 × J2). ) / (T1 + T2) |
M = | (J2−J1) / (J2 + J1) | (3)
It becomes.
上記(3)式に、J1=Io−i=Io−k×Sin、J2=Io+i=Io+k×Sin(但し、k=Io/S)を代入して整理すると、
M=i/Io=Sin/S …(4)
となり、変調度mはオーディオ信号Sinの振幅に比例することが分かる。
Substituting J1 = Io−i = Io−k × Sin, J2 = Io + i = Io + k × Sin (where k = Io / S) into the above equation (3),
M = i / Io = Sin / S (4)
Thus, it can be seen that the degree of modulation m is proportional to the amplitude of the audio signal Sin.
しかしながら、実際にはコンデンサC1の容量c1とコンデンサC2の容量c2は素子の個体差によって異なるのが通常であるから、コンデンサC1とコンデンサC2の容量差が充電時間T1,T2の差に表れ、変調度mはオーディオ信号Sinの振幅に正確には比例しない。 In practice, however, the capacitance c1 of the capacitor C1 and the capacitance c2 of the capacitor C2 are usually different due to individual differences between the elements, so that the capacitance difference between the capacitor C1 and the capacitor C2 appears in the difference between the charging times T1 and T2 and is modulated. The degree m is not exactly proportional to the amplitude of the audio signal Sin.
コンデンサC1,C2にそれぞれ蓄積される電荷量Q1,Q2をQ1≠Q2として(T1−T2)、(T1+T2)を求めると、T1−T2=Q1/J1−Q2/J2、T1+T2=Q1/J1+Q2/J2となるから、変調度mは、
M=(Q1×J2−Q2×J1)/(Q1×J2+Q2×J1) …(5)
となる。
When (T1−T2) and (T1 + T2) are obtained by setting the charge amounts Q1 and Q2 stored in the capacitors C1 and C2 to Q1 ≠ Q2, T1−T2 = Q1 / J1−Q2 / J2, T1 + T2 = Q1 / J1 + Q2 / Since it becomes J2, the modulation degree m is
M = (Q1 * J2-Q2 * J1) / (Q1 * J2 + Q2 * J1) (5)
It becomes.
上記(5)式に、J1=Io−i=Io−k×Sin、J2=Io+i=Io+k×Sin(但し、k=Io/S)を代入して整理すると、
M={Qp×Io+Qq×k×Sin}/{Qq×Io+Qp×k×Sin]…(6)
但し、Qp=Q1−Q2、Qq=Q1+Q2
となり、変調度mは、オーディオ信号Sinの振幅に比例しないことが分かる。
Substituting J1 = Io−i = Io−k × Sin, J2 = Io + i = Io + k × Sin (where k = Io / S) into the above equation (5),
M = {Qp × Io + Qq × k × Sin} / {Qq × Io + Qp × k × Sin] (6)
However, Qp = Q1-Q2, Qq = Q1 + Q2
Thus, it can be seen that the modulation degree m is not proportional to the amplitude of the audio signal Sin.
オーディオ信号Sinが無信号である場合(i=0の場合)について検討すると、c1=c2=Coの場合、J1=J2=Ioとなるから、上記(1),(2)式より充電時間T1,T2は、T1=(Co×V)/Io、T2=(Co×V)/Ioであるから、T1=T2となる。従って、PWM信号Spwm,/Spwmのデューティ比は50%となる。 Considering the case where the audio signal Sin is no signal (i = 0), when c1 = c2 = Co, J1 = J2 = Io. Therefore, the charging time T1 from the above equations (1) and (2). , T2 are T1 = (Co × V) / Io and T2 = (Co × V) / Io, so that T1 = T2. Therefore, the duty ratio of the PWM signals Spwm, / Spwm is 50%.
c1≠c2の場合、コンデンサC1,C2にそれぞれ蓄積される電荷量Q1,Q2は、Q1=c1×V、Q2=c2×Vとなるから、充電時間T1,T2は、T1=Q1/Io=(c1×V)/Io、T2=Q2/Io=(c2×V)/Ioとなるから、T1=T2にはならない。従って、PWM信号Spwm,/Spwmのデューティ比は50%にはならない。 When c1 ≠ c2, the charge amounts Q1 and Q2 accumulated in the capacitors C1 and C2, respectively, are Q1 = c1 × V and Q2 = c2 × V. Therefore, the charging times T1 and T2 are T1 = Q1 / Io = Since (c1 × V) / Io, T2 = Q2 / Io = (c2 × V) / Io, T1 = T2 is not satisfied. Therefore, the duty ratio of the PWM signals Spwm, / Spwm does not become 50%.
オーディオ信号Sinが無信号である場合、c1=c2であれば、T1=T2となるので変調度mはゼロになるが、c1≠c2であれば、T1≠T2となるので変調度mはゼロにならない。変調度mがゼロでないということは、PWM信号Spwm,/Spwmの復調信号に直流のオフセット成分が含まれることになる。 When the audio signal Sin is no signal, if c1 = c2, T1 = T2 and the modulation degree m is zero, but if c1 ≠ c2, T1 ≠ T2 and the modulation degree m is zero. do not become. The fact that the degree of modulation m is not zero means that a DC offset component is included in the demodulated signals of the PWM signals Spwm, / Spwm.
上記(6)式によれば、Qp=Q1−Q2=0でなければ、m=i/Ioとならず、変調度mをオーディオ信号Sinの振幅に比例するようにするためには、Qp=Q1−Q2=0にする必要があることが分かる。 According to the above equation (6), unless Qp = Q1-Q2 = 0, m = i / Io, and in order to make the modulation degree m proportional to the amplitude of the audio signal Sin, Qp = It can be seen that Q1-Q2 = 0 needs to be set.
Q1=c1×V、Q2=c2×Vで、コンデンサC1の容量c1とコンデンサC2の容量c2は異なっているから、Q1−Q2=0とするには、コンデンサC1の充電電圧の範囲とコンデンサC2の充電電圧の範囲をそれぞれ「V1」、「V2」とすると、c1/c2=V2/V1を満たすように、互いに異ならせる必要がある。 Since Q1 = c1 × V and Q2 = c2 × V, and the capacitance c1 of the capacitor C1 and the capacitance c2 of the capacitor C2 are different, in order to set Q1-Q2 = 0, the range of the charging voltage of the capacitor C1 and the capacitor C2 When the charging voltage ranges are “V1” and “V2”, respectively, it is necessary to make them different from each other so as to satisfy c1 / c2 = V2 / V1.
従来のパルス幅増幅回路101では、コンデンサC1,C2の充電電圧の範囲V1,V2を決定する上側の電圧は基準電圧「Vref」に共通化するととともに下側の電圧はコンパレータCOMP1,COMP2の下側の駆動電圧「Vlo」に共通化し、充電終了時にはコンデンサC1,C2の蓄積電荷を全て放電して充電開始時の電圧を電圧Vloに設定する構成であるから、V1=V2=Vとなり、変調度mをオーディオ信号Sinの振幅に正確に比例させることはできない。
In the conventional pulse
上記の問題に対し、コンパレータCOMP1の正入力端子に入力される基準電圧Vref1とコンパレータCOMP2の正入力端子に入力される基準電圧Vref2とを異ならせ、コンデンサC1の充電電圧の範囲V1=Vref1−VloとコンデンサC2の充電電圧の範囲V2=Vref2−Vloとがc1/c2=(Vref2−Vlo)/(Vref1−Vlo)を満たすようにする方法が考えられる。 In order to solve the above problem, the reference voltage Vref1 input to the positive input terminal of the comparator COMP1 is different from the reference voltage Vref2 input to the positive input terminal of the comparator COMP2, and the charge voltage range V1 = Vref1−Vlo of the capacitor C1. And the charging voltage range V2 = Vref2-Vlo of the capacitor C2 may satisfy the condition of c1 / c2 = (Vref2-Vlo) / (Vref1-Vlo).
しかしながら、この方法は、コンパレータCOMP1,COMP2の機能を果たす回路として、例えば、インバータ素子のように同一電源で駆動されるCMOS−ICで構成される半導体素子を用いる場合には基準電圧Vrefが当該半導体素子のスレシホールド電圧(上側の駆動電源Vhiと下側の駆動電源Vloのほぼ中央の電圧)に一意的に決定されるので、採用することは困難である。 However, in this method, for example, when a semiconductor element composed of a CMOS-IC driven by the same power source such as an inverter element is used as a circuit that performs the functions of the comparators COMP1 and COMP2, the reference voltage Vref is applied to the semiconductor. Since it is uniquely determined by the threshold voltage of the element (the voltage approximately at the center of the upper drive power supply Vhi and the lower drive power supply Vlo), it is difficult to adopt.
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、無安定マルチバイブレータの2つのコンデンサの充電終了時に蓄積電荷を完全に放電させずに、両コンデンサの容量値の差に応じた電荷を残留させておくことによって両コンデンサの充電電圧の範囲を異ならせ、これにより2つのコンデンサの容量値が異なっていてもパルス幅変調信号の変調度を正確に入力信号の振幅に比例させることのできるパルス幅変調回路を提供することを目的とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and the difference between the capacitance values of the two capacitors is obtained without completely discharging the accumulated charge at the end of charging of the two capacitors of the astable multivibrator. The charge voltage range of both capacitors is made different by leaving the corresponding charge, so that even if the capacitance values of the two capacitors are different, the modulation factor of the pulse width modulation signal is accurately proportional to the amplitude of the input signal. An object of the present invention is to provide a pulse width modulation circuit that can be made to operate.
請求項1に記載のパルス幅変調回路は、所定のレベル変動範囲でレベルが変動する電圧信号を、所定の定電流値を当該レベル変動範囲内におけるレベルの位置を示す比率で案分した電流値を有する2つの電流信号に変換する電圧−電流変換回路と、入力レベルと出力レベルが互いに逆の関係で動作する第1の論理回路と、前記第1の論理回路と同一構成の第2の論理回路と、前記第2の論理回路の出力端子と前記第1の論理回路の入力端子の間に接続され、前記電圧−電流変換回路から出力される前記第1の電流が前記第1の論理回路の入力端子との接続点から充電電流として供給される第1電荷蓄積回路と、前記第1の論理回路の出力端子と前記第2の論理回路の入力端子の間に接続され、前記電圧−電流変換回路から出力される前記第2の電流が前記第2の論理回路の入力端子との接続点から充電電流として供給される第2電荷蓄積回路と、前記第1の論理回路の入力端子に接続され、前記第1の電流による前記第1の電荷蓄積回路の充電動作で前記第1の論理回路の入力レベルが所定の閾値レベルに達すると、前記第1の論理回路の入力端子を第1の可変電圧電源に接続して前記第1の電荷蓄積回路の充電動作を停止させるとともに、当該第1の電荷蓄積回路の蓄積電荷を放電させる第1の放電回路と、前記第2の論理回路の入力端子に接続され、前記第2の電流による前記第2の電荷蓄積回路の充電動作で前記第2の論理回路の入力レベルが前記閾値レベルに達すると、前記第2の論理回路の入力端子を第2の可変電圧電源に接続して前記第2の電荷蓄積回路の充電動作を停止させるとともに、当該第2の電荷蓄積回路の蓄積電荷を放電させる第2の放電回路と、を備え、前記第1の論理回路の出力端子から前記電圧信号の振幅でパルス幅が変調された第1のパルス幅変調信号が出力され、前記第2の論理回路の出力端子から前記第1のパルス幅変調信号に対して位相が反転した第2のパルス幅変調信号が出力されるパルス幅変調回路であって、前記第1の可変電圧電源の電圧と前記第2の可変電圧電源の電圧は、前記電圧信号の振幅がゼロの場合に前記第1のパルス幅変調信号又は前記第2のパルス幅変調信号のハイレベル期間とローレベル期間が同一になるように設定されていることを特徴とする。
The pulse width modulation circuit according to
請求項2に記載のパルス幅変調回路は、請求項1に記載のパルス幅変調回路において、前記第1及び第2の可変電圧電源は、前記第1の可変電圧電源の電圧値を変化させると、前記第2の可変電圧電源の電圧値が連動して前記第1の可変電圧電源と逆方向に同一の割合で変化する電圧調整手段を備え、その電圧調整手段により前記第1の可変電圧電源と前記第2の可変電圧電源のいずれかの電圧を調節することにより両可変電源の電圧が調整されているものである。
The pulse width modulation circuit according to
請求項3に記載のパルス幅変調回路は、請求項2に記載のパルス幅変調回路において、前記第1の可変電圧電源は所定の電源電圧を分圧した電圧を出力する第1の半固定抵抗器で構成され、前記第2の可変電圧電源は前記第1の半固定抵抗器に並列に接続され、前記電源電圧を分圧した電圧を出力する第2の半固定抵抗器で構成され、前記第1の半固定抵抗器の前記分圧した電圧が出力される可動端子と前記第2の半固定抵抗器の前記分圧した電圧が出力される可動端子とは互いに逆方向に連動して同一の割合で移動可能になされ、前記第1,第2の半固定抵抗器の可動端子のいずれかの固定位置を調整することによって前記第1の可変電圧電源の電圧と前記第2の可変電圧電源の電圧とが設定されているものである。
The pulse width modulation circuit according to
請求項4に記載のパルス幅変調回路は、請求項1乃至3のいずれかに記載のパルス幅変調回路において、前記第1の論理回路と前記第2の論理回路は、同一の電源で駆動されるインバータで構成されているものである。
The pulse width modulation circuit according to claim 4 is the pulse width modulation circuit according to any one of
本発明によれば、例えば、第2の論理回路の入力レベルが所定の閾値レベルに達し、出力レベルがローレベルに反転すると、第1の電流による第1の電荷蓄積回路の充電が開始され、その第1の電荷蓄積回路の充電動作により第1の論理回路の入力レベルが所定の閾値レベルに達すると、第1の論理回路の出力レベルがローレベルに反転する。第1の論理回路の出力レベルがローレベルに反転すると、第2の論理回路の入力レベルがローレベルになり、第2の論理回路の出力レベルがハイレベルに反転するとともに、第2の電流による第2の電荷蓄積回路の充電が開始される。 According to the present invention, for example, when the input level of the second logic circuit reaches a predetermined threshold level and the output level is inverted to a low level, charging of the first charge storage circuit by the first current is started, When the input level of the first logic circuit reaches a predetermined threshold level by the charging operation of the first charge storage circuit, the output level of the first logic circuit is inverted to a low level. When the output level of the first logic circuit is inverted to the low level, the input level of the second logic circuit is changed to the low level, the output level of the second logic circuit is inverted to the high level, and the second current depends on the second current. Charging of the second charge storage circuit is started.
第2の論理回路の出力レベルがハイレベルに反転すると、第1の電荷蓄積回路の第1の論理回路の入力端子との接続点の電圧が上昇し、その接続点が第1の可変電圧電源に接続されて第1の電荷蓄積回路の充電動作が停止されるとともに、第1の電荷蓄積回路の蓄積電荷が放電される。すなわち、第1の電荷蓄積回路の充電動作は、第1の論理回路の入力レベルが所定の閾値レベルに達することにより停止され、その蓄積電荷が放電される。そして、第1の電荷蓄積回路の蓄積電荷の放電により第1の論理回路の入力レベルが第1の可変電圧電源の電圧に低下すると、その電圧が保持される。 When the output level of the second logic circuit is inverted to a high level, the voltage at the connection point of the first charge storage circuit with the input terminal of the first logic circuit rises, and the connection point becomes the first variable voltage power supply. And the charge operation of the first charge storage circuit is stopped, and the charge stored in the first charge storage circuit is discharged. That is, the charging operation of the first charge storage circuit is stopped when the input level of the first logic circuit reaches a predetermined threshold level, and the stored charge is discharged. When the input level of the first logic circuit is lowered to the voltage of the first variable voltage power supply due to the discharge of the accumulated charge of the first charge accumulation circuit, the voltage is held.
一方、第2の電流による第2の電荷蓄積回路の充電が開始され、その第2の電荷蓄積回路の充電動作により第2の論理回路の入力レベルが所定の閾値レベルに達すると、第2の論理回路の出力レベルがローレベルに反転する。第2の論理回路の出力レベルがローレベルに反転すると、第1の論理回路の入力レベルがローレベルになり、第1の論理回路の出力レベルがハイレベルに反転するとともに、第1の電流による第1の電荷蓄積回路の充電が開始される。 On the other hand, when the charging of the second charge storage circuit by the second current is started and the input level of the second logic circuit reaches a predetermined threshold level by the charging operation of the second charge storage circuit, The output level of the logic circuit is inverted to the low level. When the output level of the second logic circuit is inverted to the low level, the input level of the first logic circuit becomes the low level, the output level of the first logic circuit is inverted to the high level, and Charging of the first charge storage circuit is started.
第1の論理回路の出力レベルがハイレベルに反転すると、第2の電荷蓄積回路の第2の論理回路の入力端子との接続点の電圧が上昇し、その接続点が第2の可変電圧電源に接続されて第2の電荷蓄積回路の充電動作が停止されるとともに、第2の電荷蓄積回路の蓄積電荷が放電される。すなわち、第2の電荷蓄積回路の充電動作は、第2の論理回路の入力レベルが所定の閾値レベルに達することにより停止され、その蓄積電荷が放電される。そして、第2の電荷蓄積回路の蓄積電荷の放電により第2の論理回路の入力レベルが第2の可変電圧電源の電圧に低下すると、その電圧が保持される。 When the output level of the first logic circuit is inverted to a high level, the voltage at the connection point between the second charge storage circuit and the input terminal of the second logic circuit rises, and the connection point becomes the second variable voltage power supply. And the charge operation of the second charge storage circuit is stopped, and the charge stored in the second charge storage circuit is discharged. That is, the charging operation of the second charge storage circuit is stopped when the input level of the second logic circuit reaches a predetermined threshold level, and the stored charge is discharged. When the input level of the second logic circuit is lowered to the voltage of the second variable voltage power source due to the discharge of the accumulated charge of the second charge accumulation circuit, the voltage is held.
以下、第1の電荷蓄積回路の充電動作と第2の電荷蓄積回路の充電動作が交互に繰り返されることにより第1の論理回路の出力レベルが交互に反転されるとともに、第2の論理回路の出力レベルが第1の論理回路とは逆の関係で交互に反転されて、第1の論理回路から電圧信号の振幅でパルス幅が変調されたパルス幅変調信号が出力され、第2の論理回路から第1の論理回路から出力されるパルス幅変調信号と位相が逆になっているパルス幅変調信号が出力される。 Thereafter, the charging operation of the first charge storage circuit and the charging operation of the second charge storage circuit are alternately repeated, so that the output level of the first logic circuit is alternately inverted, and the second logic circuit The output level is alternately inverted in the reverse relation to the first logic circuit, and a pulse width modulation signal in which the pulse width is modulated with the amplitude of the voltage signal is output from the first logic circuit. To output a pulse width modulation signal whose phase is opposite to that of the pulse width modulation signal output from the first logic circuit.
パルス幅変調信号の変調度を電圧信号の振幅に比例させるためには、第1の電流による第1の電荷蓄積回路の蓄積電荷量Q1と第2の電流による第2の電荷蓄積回路の蓄積電荷量Q2は等しくする必要がある。パルス幅変調信号の変調度が電圧信号の振幅に比例していると、電圧信号の振幅がゼロの場合、変調度mはゼロになる。 In order to make the modulation degree of the pulse width modulation signal proportional to the amplitude of the voltage signal, the accumulated charge amount Q1 of the first charge accumulation circuit by the first current and the accumulated charge of the second charge accumulation circuit by the second current The quantity Q2 needs to be equal. If the modulation factor of the pulse width modulation signal is proportional to the amplitude of the voltage signal, the modulation factor m is zero when the amplitude of the voltage signal is zero.
電圧信号の振幅がゼロの場合、第1の電流と第2の電流は等しい一定量の電流Ioとなるから、第1の電荷蓄積回路の充電電圧の範囲(第1の論理回路の入力レベルの変化範囲)を「V1」と第2の電荷蓄積回路の充電電圧の範囲(第2の論理回路の入力レベルの変化範囲)を「V2」とすると、第1のパルス幅変調信号のHigh期間T1はT1=Q1/Io=c1×V1/Io、Low期間T2はT2=Q2/Io=c2×V2/Ioとなり、変調度m=(T1−T2)/(T1+T2)は、m=(c1×V1−c2×V2)/
(c1×V1+c2×V2)となる。
When the amplitude of the voltage signal is zero, the first current and the second current are equal to a constant amount of current Io, so the range of the charging voltage of the first charge storage circuit (the input level of the first logic circuit) If the change range is “V1” and the charge voltage range of the second charge storage circuit (change range of the input level of the second logic circuit) is “V2”, the high period T1 of the first pulse width modulation signal Is T1 = Q1 / Io = c1 * V1 / Io, the low period T2 is T2 = Q2 / Io = c2 * V2 / Io, and the modulation degree m = (T1-T2) / (T1 + T2) is m = (c1 * V1-c2 × V2) /
(C1 × V1 + c2 × V2).
従って、電圧信号の振幅がゼロの場合、c1×V1=c2×V2を満たすように、第1
の電荷蓄積回路の充電電圧の範囲V1と第2の電荷蓄積回路の充電電圧の範囲V2を設定する必要がある。
Therefore, when the amplitude of the voltage signal is zero, the first is set so as to satisfy c1 × V1 = c2 × V2.
It is necessary to set the charge voltage range V1 of the second charge storage circuit and the charge voltage range V2 of the second charge storage circuit.
第1の電荷蓄積回路の充電電圧の範囲V1は、第1の電荷蓄積回路が第1の可変電圧電源によって次の充電開始まで保持される電圧を「Vr1」、所定の閾値レベルを「Vth」とすると、V1=Vth−Vr1となり、第2の電荷蓄積回路の充電電圧の範囲V2は、第2の電荷蓄積回路が第2の可変電圧電源によって次の充電開始まで保持される電圧を「Vr2」とすると、V2=Vth−Vr2となる。 The charge voltage range V1 of the first charge storage circuit is such that the voltage that the first charge storage circuit holds by the first variable voltage power supply until the next charge starts is “Vr1”, and the predetermined threshold level is “Vth”. Then, V1 = Vth−Vr1, and the charge voltage range V2 of the second charge storage circuit is the voltage held by the second variable voltage power supply until the next charge is started by the second variable voltage power supply “Vr2”. , V2 = Vth−Vr2.
本発明によれば、電圧信号の振幅がゼロの場合に、第1の可変電圧電源の電圧Vr1と第2の可変電圧電源の電圧Vr2がc1×(Vth−Vr1)=c2×(Vth−Vr2)を満たすように、それぞれ設定されるので、c1≠c2の場合でも第1の可変電圧電源の電圧Vr1と第2の可変電圧電源の電圧Vr2を互いに異なる電圧値に設定することにより、パルス幅変調信号の変調度を入力される電圧信号の振幅に正確に比例させることができる。 According to the present invention, when the amplitude of the voltage signal is zero, the voltage Vr1 of the first variable voltage power supply and the voltage Vr2 of the second variable voltage power supply are c1 × (Vth−Vr1) = c2 × (Vth−Vr2). Therefore, even if c1 ≠ c2, the voltage Vr1 of the first variable voltage power supply and the voltage Vr2 of the second variable voltage power supply are set to different voltage values even when c1 ≠ c2. The modulation degree of the modulation signal can be made to be exactly proportional to the amplitude of the input voltage signal.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る無安定マルチバイブレータ回路を用いたパルス幅変調回路の第1実施形態の基本構成を示す図である。図1に示すパルス幅変調回路1の無安定マルチバイブレータ回路3は、図6に示す従来のパルス幅変調回路101のコンパレータCOMP1,COMP2に対応する回路として同一特性のC−MOSインバータを用いたものである。なお、コンパレータCOMP1,COMP2やインバータINV1,INV2の回路は、入力レベルと出力レベルの論理を示す信号を出力することができる回路であれば、他の論理回路を利用することができる。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a first embodiment of a pulse width modulation circuit using an astable multivibrator circuit according to the present invention. The
第1実施形態に係るパルス幅変調回路1は、図6に示した従来のパルス幅変調回路101と同様に、オーディオ信号Sin(電圧信号)を2つの電流J1,J2に変換する電圧−電流変換回路2と、電圧−電流変換回路2から出力される電流J1,J2で2つのコンデンサC1,C2をそれぞれ充電することによって、オーディオ信号Sinの振幅でパルス幅(High期間の幅)を変調した2つのPWM信号Spwm,/SpwmをインバータINV1,INV2からそれぞれ出力させる無安定マルチバイブレータ回路3とで構成されている。
Similar to the conventional pulse
パルス幅変調回路1の基本的な回路構成は従来のパルス幅変調回路101と同一であるが、パルス幅変調回路101ではコンデンサC1,C2の充電電圧が基準電圧Vrefに上昇すると、ダイオードD1,D2が導通して充電電流J1,J2をそれぞれコンパレータCOMP1,COMP2の上側の駆動電圧Vhiの電源にバイパスしてコンデンサC1,C2の充電動作を停止させるとともに、当該コンデンサC1,C2に蓄積された電荷を全て放電させる構成であったが、図1に示すパルス幅変調回路1では、コンデンサC1,C2の充電電圧が基準電圧Vrefに上昇したときに充電電流J1,J2をバイパスさせる電圧を異ならせ、これによりコンデンサC1,C2に蓄積された電荷の放電量を異ならせてコンデンサC1,C2の次の充電開始時にそれぞれ所定の電荷を残留させておく構成にしている点が異なる。
The basic circuit configuration of the pulse
すなわち、パルス幅変調回路1は、コンデンサC1,C2の充電電圧の範囲の上限値は「Vref」に共通であるが、下限値(充電開始時の電圧)を異ならせることによって両コンデンサC1,C2の充電電圧の範囲V1,V2がc1/c2=V2/V1を満たすようにしている。従って、コンデンサC1の充電電圧の範囲の下限値を「Vl1」、コンデンサC2の充電電圧の範囲の下限値を「Vl2」とすると、c1/c2=(Vref−Vl2)/(Vref−Vl1)を満たすように、コンデンサC1,C2に蓄積された電荷の放電量を異ならせるようしている。
That is, in the pulse
なお、c1=c2の場合は、Vl1=Vl2=Vloであるから、c1≠c2の場合、ΔV1=Vl1−Vlo、ΔV2=Vl2−Vloとすると、コンデンサC1に残留させる電荷量はc1×ΔV1となり、コンデンサC2に残留させる電荷量はc2×ΔV2となる。 When c1 = c2, Vl1 = Vl2 = Vlo. Therefore, when c1 ≠ c2, if ΔV1 = Vl1−Vlo and ΔV2 = Vl2−Vlo, the amount of charge remaining in the capacitor C1 is c1 × ΔV1. The amount of charge remaining in the capacitor C2 is c2 × ΔV2.
パルス幅変調回路1に設けられた電流バイパス回路4は、コンデンサC1の充電電流J1をバイパスさせるための電圧(クランプ電圧Vk1)とコンデンサC2の充電電流J2をバイパスさせるための電圧(クランプ電圧Vk2)をそれぞれ設定するための回路であり、両電圧を異ならせることによってコンデンサC1,C2の容量値が互いに相違することに起因して変調度mがオーディオ信号Sinの振幅に正確に比例しなくなるという不具合を解消する機能を果たす回路である。
The current bypass circuit 4 provided in the pulse
ここで、電流バイパス回路4によって上記の不具合を解消する原理について、図6のパルス幅変調回路101の例で説明する。
Here, the principle of eliminating the above-described problems by the current bypass circuit 4 will be described with reference to the example of the pulse
上述したように、c1≠c2の場合は、Q1=Q2にするためにコンデンサC1の充電電圧の範囲V1とコンデンサC2の充電電圧の範囲V2をc1×V1=c2×V2を満たすように設定する必要がある。 As described above, when c1 ≠ c2, the charging voltage range V1 of the capacitor C1 and the charging voltage range V2 of the capacitor C2 are set to satisfy c1 × V1 = c2 × V2 in order to satisfy Q1 = Q2. There is a need.
今、c2<c1であるとすると、c1/c2=V2/V1であるから、V1<V2となる。そこで、c1=Co+ΔC、c2=Co−ΔC(ΔC≠0)、V1=Vo−ΔV、V2=Vo+ΔV(ΔV≠0)であるとすると、Q1=Q2とするための条件式は、
(Co+ΔC)×(Vo−ΔV)=(Co−ΔC)×(Vo+ΔV)…(7)
となる。そして、上記(7)式より、ΔVを求めると、
ΔV=Vo×ΔC/Co …(8)
となる。
Now, assuming that c2 <c1, since c1 / c2 = V2 / V1, V1 <V2. Therefore, if c1 = Co + ΔC, c2 = Co−ΔC (ΔC ≠ 0), V1 = Vo−ΔV, and V2 = Vo + ΔV (ΔV ≠ 0), the conditional expression for setting Q1 = Q2 is
(Co + ΔC) × (Vo−ΔV) = (Co−ΔC) × (Vo + ΔV) (7)
It becomes. And, by obtaining ΔV from the above equation (7),
ΔV = Vo × ΔC / Co (8)
It becomes.
従って、コンデンサC1の容量c1とコンデンサC2の容量c2とがc1=Co+ΔC、C1=Co−ΔC(ΔC≠0)の関係にある場合、充電電流J1によるコンデンサC1の充電電圧の範囲を「Vo」から「ΔV」だけ狭くし、充電電流J2によるコンデンサC2の充電電圧の範囲を「Vo」から「ΔV」だけ広くすると、Q1=Q2になり、変調度mをオーディオ信号Sinの振幅に比例させることができる。 Therefore, when the capacitance c1 of the capacitor C1 and the capacitance c2 of the capacitor C2 are in the relationship of c1 = Co + ΔC and C1 = Co−ΔC (ΔC ≠ 0), the range of the charging voltage of the capacitor C1 by the charging current J1 is “Vo”. If the range of the charging voltage of the capacitor C2 by the charging current J2 is widened from “Vo” to “ΔV”, Q1 = Q2 and the modulation m is proportional to the amplitude of the audio signal Sin. Can do.
充電電圧の範囲「Vo」は、コンデンサC1の容量c1とコンデンサC2の容量c2とに差がない場合、すなわち、ΔC=0の場合の充電電圧の範囲であり、従来のパルス幅変調回路101における「Vref−Vlo」に相当する電圧である。従来のパルス幅変調回路101では、この充電電圧の範囲「Vref−Vlo」は、コンデンサC1,C2の充電動作を停止させたときにコンデンサC1,C2の接続点(イ),(ハ)の電圧Vc1,Vc2をそれぞれ電圧Vhiにクランプして蓄積電荷を全て放電させ、コンパレータCOMP2,COMP1の出力レベルがそれぞれハイレベル(電圧Vhi)が反転したときのコンデンサC1,C2の接続点(イ),(ハ)の電圧Vc1,Vc2(充電開始時の電圧)が電圧Vloに設定されるようにしている。
The charging voltage range “Vo” is a charging voltage range when there is no difference between the capacitance c1 of the capacitor C1 and the capacitance c2 of the capacitor C2, that is, when ΔC = 0. In the conventional pulse
コンデンサC1の充電電圧の範囲を「Vo」より「ΔV」だけ狭くするには、コンパレータCOMP2の出力レベルがハイレベル(電圧Vhi)が反転したときのコンデンサC1の接続点(イ)の電圧Vc1を「Vlo+ΔV」に設定する必要がある。同様に、コンデンサC2の充電電圧の範囲を「Vo」より「ΔV」だけ広くするには、コンパレータCOMP1の出力レベルがハイレベル(電圧Vhi)が反転したときのコンデンサC2の接続点(ハ)の電圧Vc2を「Vlo−ΔV」に設定する必要がある。 In order to narrow the range of the charging voltage of the capacitor C1 by “ΔV” from “Vo”, the voltage Vc1 at the connection point (A) of the capacitor C1 when the output level of the comparator COMP2 is inverted to the high level (voltage Vhi) is set. It is necessary to set to “Vlo + ΔV”. Similarly, in order to make the charging voltage range of the capacitor C2 wider by “ΔV” than “Vo”, the connection point (c) of the capacitor C2 when the output level of the comparator COMP1 is inverted to the high level (voltage Vhi) is set. It is necessary to set the voltage Vc2 to “Vlo−ΔV”.
コンデンサC1の充電動作を停止させたときにコンデンサC1の蓄積電荷を全て放電させると、コンパレータCOMP2の出力レベルがハイレベル(電圧Vhi)が反転したときに接続点(イ)の電圧Vc1が「Vlo」になるから、そのときの接続点(イ)の電圧Vc1を「Vlo+ΔV」にするには、コンデンサC1の充電動作を停止させたときにコンデンサC1の蓄積電荷を全て放電させずに、電荷量q1=c1×ΔVだけ残留させておけばよいことが分かる。すなわち、コンデンサC1の充電動作を停止させたときにコンデンサC1の接続点(イ)の電圧Vc1をクランプさせる電圧Vk1(以下、「クランプ電圧Vk1」という。)を電圧VhiよりもΔVだけ高い電圧(Vhi+ΔV)に設定すればよいことが分かる。 When all the accumulated charges in the capacitor C1 are discharged when the charging operation of the capacitor C1 is stopped, the voltage Vc1 at the connection point (A) is “Vlo” when the output level of the comparator COMP2 is inverted to the high level (voltage Vhi). Therefore, in order to set the voltage Vc1 at the connection point (a) at that time to “Vlo + ΔV”, the charge amount of the capacitor C1 is not discharged when the charging operation of the capacitor C1 is stopped. It can be seen that it is sufficient to leave q1 = c1 × ΔV. That is, a voltage Vk1 (hereinafter referred to as “clamp voltage Vk1”) that clamps the voltage Vc1 at the connection point (A) of the capacitor C1 when the charging operation of the capacitor C1 is stopped is higher than the voltage Vhi by ΔV ( It can be seen that Vhi + ΔV) may be set.
同様に、コンパレータCOMP1の出力レベルがハイレベル(電圧Vhi)が反転したときの接続点(ハ)の電圧Vc2を「Vlo−ΔV」にするには、コンデンサC2の充電動作を停止させたときにコンデンサC1の蓄積電荷を全て放電させ、さらに逆方向に電荷量q2=c2×ΔVだけ電荷を蓄積させておけばよいことが分かる。すなわち、コンデンサC2の充電動作を停止させたときにコンデンサC2の接続点(ハ)の電圧Vc2をクランプさせる電圧Vk2(以下、「クランプ電圧Vk2」という。)を電圧VhiよりもΔVだけ低い電圧(Vhi−ΔV)に設定すればよいことが分かる。 Similarly, in order to set the voltage Vc2 at the connection point (c) when the output level of the comparator COMP1 is high (the voltage Vhi) to “Vlo−ΔV”, the charging operation of the capacitor C2 is stopped. It can be seen that it is sufficient to discharge all the accumulated charge of the capacitor C1 and accumulate the charge in the opposite direction by the amount of charge q2 = c2 × ΔV. That is, a voltage Vk2 (hereinafter referred to as “clamping voltage Vk2”) that clamps the voltage Vc2 at the connection point (c) of the capacitor C2 when the charging operation of the capacitor C2 is stopped is lower than the voltage Vhi by ΔV ( It can be seen that Vhi−ΔV) may be set.
そして、電圧ΔVは、上記(8)式よりΔV=Vo×ΔC/Coであるから、コンデンサC1の接続点(イ)のクランプ電圧Vk1とコンデンサC2の接続点(ハ)のクランプ電圧Vk2は、
Vk1=Vhi+ΔV
=Vhi+Vo×ΔC/Co …(9)
Vk2=Vhi−ΔV
=Vhi−Vo×ΔC/Co …(10)
となる。さらに、Co=(c1+c2)/2、ΔC=(c1−c2)/2、Vo=Vref−Vloより、
ΔV=(Vref−Vlo)×(c1−c2)/(c1+c2)…(11)
であるから、クランプ電圧Vk1,Vk2は、
Vk1=Vhi+ΔV
=Vhi+(Vref−Vlo)×(c1−c2)/(c1+c2)…(12)
Vk1=Vhi−ΔV
=Vhi−(Vref−Vlo)×(c1−c2)/(c1+c2)…(13)
となる。
Since the voltage ΔV is ΔV = Vo × ΔC / Co from the above equation (8), the clamp voltage Vk1 at the connection point (A) of the capacitor C1 and the clamp voltage Vk2 at the connection point (C) of the capacitor C2 is
Vk1 = Vhi + ΔV
= Vhi + Vo × ΔC / Co (9)
Vk2 = Vhi-ΔV
= Vhi-Vo × ΔC / Co (10)
It becomes. Furthermore, from Co = (c1 + c2) / 2, ΔC = (c1−c2) / 2, Vo = Vref−Vlo,
ΔV = (Vref−Vlo) × (c1−c2) / (c1 + c2) (11)
Therefore, the clamp voltages Vk1 and Vk2 are
Vk1 = Vhi + ΔV
= Vhi + (Vref-Vlo) * (c1-c2) / (c1 + c2) (12)
Vk1 = Vhi-ΔV
= Vhi- (Vref-Vlo) * (c1-c2) / (c1 + c2) (13)
It becomes.
従って、図1に示すパルス幅変調回路1では、パルス幅変調回路101に対して、ダイオードD1,D2によりコンデンサC1,C2の接続点(イ),(ハ)を電圧Vloにクランプする回路を電流バイパス回路4に変更し、電流バイパス回路4内のトランジスタTr3と半固定抵抗TR1によってコンデンサC1の接続点(イ)をクランプ電圧Vk1にクランプし、電流バイパス回路4内のトランジスタTr4と半固定抵抗TR2によってコンデンサC2の接続点(ハ)をクランプ電圧Vk2にクランプするようにしている。
Therefore, in the pulse
次に、図1に示すパルス幅変調回路1の回路構成について簡単に説明する。
Next, the circuit configuration of the pulse
電圧−電流変換回路2は、差動増幅回路を用いてオーディオ信号Sin(電圧信号)を2つの電流J1,J2に変換する回路である。電圧−電流変換回路2は、図6に示すパルス幅変調回路101の電圧−電流変換回路102と同一の回路構成を有している。
The voltage-
電圧−電流変換回路2は、同一特性の一対のpnp型トランジスタTr1,Tr2のエミッタを、それぞれエミッタ抵抗Reを介して定電流源21に接続した差動増幅回路で構成されている。電圧−電流変換回路2は、定電流源21から供給される定電流を「2×Io」とすると、トランジスタTr1のコレクタからコンデンサC1の充電電流J1=Io−i(但し、i=Sin/(2×Re)を出力し、トランジスタTr2のコレクタからコンデンサC2の充電電流J2=Io+iを出力する。
The voltage-
無安定マルチバイブレータ回路103は、充電電流J1,J2で2つのコンデンサC1,C2をそれぞれ充電することによって、オーディオ信号Sinの振幅でパルス幅(High期間の幅)を変調した2つのPWM信号Spwm,/Spwmを2つのインバータINV1,INV2からそれぞれ出力させる回路である。インバータINV1の出力端子はコンデンサC2を介してインバータINV2の入力端子に接続され、インバータINV2の出力端子はコンデンサC1を介してインバータINV1の入力端子に接続されている。さらに、インバータINV1の入力端子(接続点(イ))とインバータINV2の入力端子(接続点(ハ))はそれぞれ電圧−電流変換回路2のトランジスタTr1のコレクタとトランジスタTr2のコレクタに接続されている。
The
インバータINV1,INV2にはそれぞれ一対の駆動電圧(上側の駆動電圧「Vhi」と下側の駆動電圧「Vlo」)が供給されている。インバータINV1,INV2は、入力電圧がスレシホールド電圧Vth以上であると、出力電圧が駆動電圧のハイレベルとなり、入力電圧がスレシホールド電圧Vthより小さいと、出力電圧が駆動電圧のローレベルとなる論理回路である。インバータINV1の入力電圧を制御することによってインバータINV1の出力電圧が電圧Vhiと電圧Vloとの間で切り換えられ、コンパレータCOMP1と同様の機能を果たすので、図1ではコンパレータCOMP1の代わりにインバータINV1を用いている。同様に、インバータINV2の入力電圧を制御することによってインバータINV2の出力電圧が電圧Vhiと電圧Vloとの間で切り換えられ、コンパレータCOMP2と同様の機能を果たすので、図1ではコンパレータCOMP2の代わりにインバータINV2を用いている。 A pair of drive voltages (upper drive voltage “Vhi” and lower drive voltage “Vlo”) are supplied to the inverters INV1 and INV2, respectively. The inverters INV1 and INV2 have an output voltage at a high level of the drive voltage when the input voltage is equal to or higher than the threshold voltage Vth, and an output voltage at the low level of the drive voltage when the input voltage is lower than the threshold voltage Vth. Is a logic circuit. By controlling the input voltage of the inverter INV1, the output voltage of the inverter INV1 is switched between the voltage Vhi and the voltage Vlo and performs the same function as the comparator COMP1. Therefore, the inverter INV1 is used instead of the comparator COMP1 in FIG. ing. Similarly, by controlling the input voltage of the inverter INV2, the output voltage of the inverter INV2 is switched between the voltage Vhi and the voltage Vlo and performs the same function as the comparator COMP2. Therefore, in FIG. 1, instead of the comparator COMP2, the inverter INV2 is used.
インバータINV1,INV2のスレシホールド電圧Vthは、コンパレータCOMP1の正入力端子に入力される基準電圧Vrefに相当する。インバータINV1,INV2のスレシホールド電圧Vthは、駆動電圧範囲のほぼ中央であるから、Vth≒(Vhi+Vlo)/2である。 The threshold voltage Vth of the inverters INV1 and INV2 corresponds to the reference voltage Vref input to the positive input terminal of the comparator COMP1. The threshold voltage Vth of the inverters INV1 and INV2 is Vth≈ (Vhi + Vlo) / 2 because it is substantially at the center of the drive voltage range.
従って、充電電流J1によるコンデンサC1の充電により接続点(イ)の電圧Vc1を電圧(Vlo+ΔV)から上昇させた場合、インバータINV1は、その出力電圧がスレシホールド電圧Vthより小さい間はハイレベル(電圧Vhi)になり(図2のt1〜t2における(イ),(ロ)の電圧波形参照)、スレシホールド電圧Vth以上になると、ローレベル(電圧Vlo)になるという動作を行なう。 Therefore, when the voltage Vc1 at the connection point (A) is increased from the voltage (Vlo + ΔV) by charging the capacitor C1 with the charging current J1, the inverter INV1 is at the high level (as long as the output voltage is lower than the threshold voltage Vth). The voltage Vhi) is reached (see the voltage waveforms (a) and (b) at t1 to t2 in FIG. 2), and when it becomes equal to or higher than the threshold voltage Vth, an operation to become a low level (voltage Vlo) is performed.
一方、充電電流J2によるコンデンサC2の充電により接続点(ハ)の電圧Vc2を電圧(Vlo−ΔV)から上昇させた場合、インバータINV2は、その出力電圧がスレシホールド電圧Vthより小さい間はハイレベル(電圧Vhi)になり(図2のt2〜t3における(ハ),(ニ)の電圧波形参照)、スレシホールド電圧Vth以上になると、ローレベル(電圧Vlo)になるという動作を行なう。 On the other hand, when the voltage Vc2 at the connection point (c) is increased from the voltage (Vlo−ΔV) by charging the capacitor C2 with the charging current J2, the inverter INV2 is high while the output voltage is lower than the threshold voltage Vth. When the voltage reaches the level (voltage Vhi) (see voltage waveforms (c) and (d) at t2 to t3 in FIG. 2) and becomes the threshold voltage Vth or higher, the operation is performed to become the low level (voltage Vlo).
電流バイパス回路4は、充電電流J1によるコンデンサC1の充電電圧Vc1(接続点(イ)の電圧)がインバータINV2のスレシホールド電圧Vthに上昇すると、充電電流J1をバイパスしてコンデンサC1の充電を停止するとともに、接続点(イ)の電圧Vc1を上述したクランプ電圧Vk1にクランプし、充電電流J2によるコンデンサC2の充電電圧Vc2(接続点(ハ)の電圧)がインバータINV1のスレシホールド電圧Vthに上昇すると、充電電流J2をバイパスしてコンデンサC2の充電を停止するとともに、接続点(ハ)の電圧Vc2を上述したクランプ電圧Vk2にクランプする動作を行なう回路である。 The current bypass circuit 4 bypasses the charging current J1 and charges the capacitor C1 when the charging voltage Vc1 (voltage at the connection point (A)) of the capacitor C1 by the charging current J1 rises to the threshold voltage Vth of the inverter INV2. At the same time, the voltage Vc1 at the connection point (A) is clamped to the above-mentioned clamp voltage Vk1, and the charging voltage Vc2 (voltage at the connection point (C)) of the capacitor C2 by the charging current J2 is the threshold voltage Vth of the inverter INV1. In this circuit, the charging current J2 is bypassed and charging of the capacitor C2 is stopped, and the voltage Vc2 at the connection point (c) is clamped to the clamp voltage Vk2.
電流バイパス回路4は、充電電流J1をバイパスする第1バイパス回路と充電電流J2をバイパスする第2バイパス回路を含み、第1バイパス回路はpnp型トランジスタTr3と半固定抵抗器TR1とによって構成され、第2バイパス回路はpnp型トランジスタTr4と半固定抵抗器TR2とによって構成されている。 The current bypass circuit 4 includes a first bypass circuit that bypasses the charging current J1 and a second bypass circuit that bypasses the charging current J2, and the first bypass circuit is configured by a pnp transistor Tr3 and a semi-fixed resistor TR1. The second bypass circuit is constituted by a pnp transistor Tr4 and a semi-fixed resistor TR2.
第1バイパス回路内のトランジスタTr3は、エミッタとコレクタがそれぞれ接続点(イ)とインバータINV1,INV2の下側の駆動電源(電圧Vloを供給する電源)とに接続され、ベースが半固定抵抗器TR1の可動端子に接続されている。第2バイパス回路内のトランジスタTr4は、エミッタとコレクタがそれぞれ接続点(ハ)とインバータINV1,INV2の下側の駆動電源(電圧Vloを供給する電源)とに接続され、ベースが半固定抵抗器TR2の可動端子に接続されている。 The transistor Tr3 in the first bypass circuit has an emitter and a collector connected to a connection point (A) and a driving power supply (power supply that supplies the voltage Vlo) below the inverters INV1 and INV2, respectively, and a base that is a semi-fixed resistor. It is connected to the movable terminal of TR1. The transistor Tr4 in the second bypass circuit has an emitter and a collector connected to a connection point (c) and a driving power supply (power supply that supplies the voltage Vlo) below the inverters INV1 and INV2, respectively, and a base that is a semi-fixed resistor. It is connected to the movable terminal of TR2.
半固定抵抗器TR1と半固定抵抗器TR2は並列に接続され、一方の接続点はインバータINV1,INV2の下側の駆動電源(電圧Vloを供給する電源)に接続され、他方の接続点は抵抗R1を介して電圧−電流変換回路2の駆動電源(電圧Vccを供給する電源)に接続されている。
The semi-fixed resistor TR1 and the semi-fixed resistor TR2 are connected in parallel. One connection point is connected to the driving power supply (power supply supplying the voltage Vlo) below the inverters INV1 and INV2, and the other connection point is a resistor. The voltage-
半固定抵抗器TR1と半固定抵抗器TR2は可動端子の移動に対して抵抗値がリニアに変化する特性がほぼ同一の抵抗器を有し、半固定抵抗器TR1の可動端子と半固定抵抗器TR2の可動端子が各抵抗器に対して移動方向が互いに逆方向となるように連動して移動する抵抗調整機構を備えている。すなわち、半固定抵抗器TR1の可動端子を当該半固定抵抗器TR1の抵抗器の中心位置から下側にΔRだけ移動させると、半固定抵抗器TR2の可動端子が当該半固定抵抗器TR2の抵抗器の中心位置から上側にΔRだけ移動し、逆に半固定抵抗器TR2の可動端子を当該半固定抵抗器TR2の抵抗器の中心位置から下側にΔLだけ移動させると、半固定抵抗器TR1の可動端子が当該半固定抵抗器TR1の抵抗器の中心位置から上側にΔLだけ移動する抵抗調整機構を備えている。 The semi-fixed resistor TR1 and the semi-fixed resistor TR2 have resistors that have substantially the same characteristic that the resistance value linearly changes with the movement of the movable terminal. The movable terminal and the semi-fixed resistor of the semi-fixed resistor TR1 There is provided a resistance adjusting mechanism in which the movable terminal of TR2 moves in conjunction with each resistor so that the moving directions are opposite to each other. That is, when the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1 is moved downward by ΔR from the center position of the resistor of the semi-fixed resistor TR1, the movable terminal of the semi-fixed resistor TR2 becomes the resistance of the semi-fixed resistor TR2. If the movable terminal of the semi-fixed resistor TR2 is moved upward by ΔL from the center position of the resistor, the semi-fixed resistor TR1 is moved downward by ΔL from the center position of the resistor of the semi-fixed resistor TR2. Is provided with a resistance adjusting mechanism that moves upward by ΔL from the center position of the resistor of the semi-fixed resistor TR1.
従って、半固定抵抗器TR1,TR2の抵抗値を「2R」、可動端子の可動量を「2L」とし、例えば、半固定抵抗器TR1の可動端子を抵抗器の中心位置から下側にΔLだけずれた位置に調整すると、半固定抵抗器TR1の可動端子の抵抗値R1はR1=R×(L−ΔL)/Lとなり、半固定抵抗器TR2の可動端子の抵抗値R2はR2=R×(L+ΔL)/Lとなる。この場合、半固定抵抗器TR1,TR2の抵抗器の両端に供給される電圧を「2Vr」とすると、半固定抵抗器TR1の可動端子の電圧、すなわち、トランジスタTr3のベース電圧Vr1は、
Vr1=2Vr×R1/2R=Vr×(L−ΔL)/L
=Vr−Vr×ΔL/L…(14)
となり、半固定抵抗器TR2の可動端子の電圧、すなわち、トランジスタTr4のベース電圧Vr2は、
Vr2=Vr×R2/2R=Vr×(L+ΔL)/L
=Vr+Vr×ΔL/L…(15)
となる。
Accordingly, the resistance values of the semi-fixed resistors TR1 and TR2 are set to “2R”, the movable amount of the movable terminal is set to “2L”, and for example, the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1 is moved downward by ΔL from the center position of the resistor. When adjusted to the shifted position, the resistance value R1 of the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1 is R1 = R × (L−ΔL) / L, and the resistance value R2 of the movable terminal of the semi-fixed resistor TR2 is R2 = R ×. (L + ΔL) / L. In this case, if the voltage supplied to both ends of the resistors of the semi-fixed resistors TR1 and TR2 is “2Vr”, the voltage of the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1, that is, the base voltage Vr1 of the transistor Tr3 is
Vr1 = 2Vr * R1 / 2R = Vr * (L- [Delta] L) / L
= Vr−Vr × ΔL / L (14)
The voltage of the movable terminal of the semi-fixed resistor TR2, that is, the base voltage Vr2 of the transistor Tr4 is
Vr2 = Vr × R2 / 2R = Vr × (L + ΔL) / L
= Vr + Vr × ΔL / L (15)
It becomes.
半固定抵抗器TR1,TR2の可動端子の抵抗値R1,R2は、パルス幅変調回路1の製造時に調整され、調整後は可動端子がロックされて抵抗値R1,R2が固定される。
る。
The resistance values R1 and R2 of the movable terminals of the semi-fixed resistors TR1 and TR2 are adjusted when the pulse
The
半固定抵抗器TR1,TR2の抵抗値R1,R2は、トランジスタTr3とトランジスタTr4の各エミッタの電圧がクランプ電圧Vk1とクランプ電圧Vk2になるように調整される。トランジスタTr3のベース−エミッタ間の電圧を「Vbe」とすると、半固定抵抗器TR1により調整されるトランジスタTr3のベース電圧は「Vr1」であるから、トランジスタTr3のエミッタ電圧は(Vr1+Vbe)となる。このエミッタ電圧は、(9)式に示す「Vk1」に調整されるから、Vbe+Vr1=Vhi+Vo×ΔC/Coより、半固定抵抗器TR1により調整されるトランジスタTr3のベース電圧Vr1は、
Vr1=Vhi−Vbe+Vo×ΔC/Co…(16)
となる。なお、「Vbe」は、「Vhi」に対して微小であるので、(16)式で「Vbe」を無視し、インバータINV1,INV2の下側の駆動電圧Vloを「0」に設定すると、トランジスタTr3のベース電圧Vr1は、
Vr1=Vhi+Vhi×ΔC/Co…(16’)
=Vhi+Vhi×(c1−c2)/(c1+c2)
となる。
The resistance values R1 and R2 of the semi-fixed resistors TR1 and TR2 are adjusted so that the voltages of the emitters of the transistor Tr3 and the transistor Tr4 become the clamp voltage Vk1 and the clamp voltage Vk2. When the voltage between the base and the emitter of the transistor Tr3 is “Vbe”, the base voltage of the transistor Tr3 adjusted by the semi-fixed resistor TR1 is “Vr1”, so that the emitter voltage of the transistor Tr3 is (Vr1 + Vbe). Since this emitter voltage is adjusted to “Vk1” shown in the equation (9), the base voltage Vr1 of the transistor Tr3 adjusted by the semi-fixed resistor TR1 from Vbe + Vr1 = Vhi + Vo × ΔC / Co is
Vr1 = Vhi−Vbe + Vo × ΔC / Co (16)
It becomes. Since “Vbe” is smaller than “Vhi”, if “Vbe” is ignored in equation (16) and the lower drive voltage Vlo of the inverters INV1 and INV2 is set to “0”, the transistor The base voltage Vr1 of Tr3 is
Vr1 = Vhi + Vhi × ΔC / Co (16 ′)
= Vhi + Vhi * (c1-c2) / (c1 + c2)
It becomes.
同様にして、トランジスタTr4のベース−エミッタ間の電圧を「Vbe」とすると、半固定抵抗器TR2の抵抗調整後の可動端子の電圧は「Vr2」であるから、トランジスタTr4のエミッタ電圧は(Vr2+Vbe)となる。このエミッタ電圧は、「Vk2」に調整されるから、Vbe+Vr1=Vhi−Vo×ΔC/Coより、半固定抵抗器TR2の抵抗調整後の可動端子の電圧Vr2は、
Vr2=Vhi−Vbe−Vo×ΔC/Co…(17)
となる。なお、(17)式で「Vbe」を無視し、インバータINV1,INV2の下側の駆動電圧Vloを「0」に設定すると、トランジスタTr4のベース電圧Vr2は、
Vr2=Vhi−Vhi×ΔC/Co…(17’)
=Vhi−Vhi×(c1−c2)/(c1+c2)
となる。
Similarly, when the voltage between the base and the emitter of the transistor Tr4 is “Vbe”, the voltage of the movable terminal after the resistance adjustment of the semi-fixed resistor TR2 is “Vr2”. Therefore, the emitter voltage of the transistor Tr4 is (Vr2 + Vbe). ) Since this emitter voltage is adjusted to “Vk2”, the voltage Vr2 of the movable terminal after the resistance adjustment of the semi-fixed resistor TR2 is calculated from Vbe + Vr1 = Vhi−Vo × ΔC / Co.
Vr2 = Vhi−Vbe−Vo × ΔC / Co (17)
It becomes. If “Vbe” is ignored in equation (17) and the lower drive voltage Vlo of the inverters INV1 and INV2 is set to “0”, the base voltage Vr2 of the transistor Tr4 is
Vr2 = Vhi−Vhi × ΔC / Co (17 ′)
= Vhi-Vhi * (c1-c2) / (c1 + c2)
It becomes.
上記の(16’),(17’)式によれば、c1=c2のとき、Vr1=Vr2=Vhiであり、半固定抵抗器TR1,TR2の可動端子を抵抗器の中心位置に調整したときの電圧Vr1,Vr2はVr1=Vr2=Vrであるから、半固定抵抗器TR1,TR2の抵抗器の両端に供給される電圧が「2Vhi」に設定されているとすると、半固定抵抗器TR1の可動端子を抵抗器の中心位置から下側にΔLだけずれた位置に調整したときの可動端子の電圧Vr1は、
Vr1=Vhi−Vhi×ΔL/L…(18)
となり、半固定抵抗器TR2の可動端子の電圧Vr2は、
Vr2=Vhi+Vhi×ΔL/L…(19)
となる。
According to the above equations (16 ′) and (17 ′), when c1 = c2, Vr1 = Vr2 = Vhi and when the movable terminals of the semi-fixed resistors TR1 and TR2 are adjusted to the center position of the resistor Since the voltages Vr1 and Vr2 are Vr1 = Vr2 = Vr, if the voltage supplied to both ends of the resistors of the semi-fixed resistors TR1 and TR2 is set to “2Vhi”, the voltage of the semi-fixed resistor TR1 When the movable terminal is adjusted to a position shifted by ΔL downward from the center position of the resistor, the voltage Vr1 of the movable terminal is
Vr1 = Vhi−Vhi × ΔL / L (18)
The voltage Vr2 at the movable terminal of the semi-fixed resistor TR2 is
Vr2 = Vhi + Vhi × ΔL / L (19)
It becomes.
(18)式、(19)式のVhi×ΔL/Lは、半固定抵抗器TR1の可動端子が抵抗器の中心位置からΔLだけずれることによって電圧VhiをΔL/Lの比率で分圧することを示し、(16’)式、(17’)式のVhi×(c1−c2)/(c1+c2)=Vhi×ΔC/Coは、電圧VhiをコンデンサC1とコンデンサC2の容量差2ΔC=c1−c2の両容量の和Co=c1+c2に対する比率で分圧したものであることを示しているから、半固定抵抗器TR1の可動端子を抵抗器の中心位置からΔLだけずらすことは電圧VhiをΔC/Coで分圧することに対応する。 Vhi × ΔL / L in the equations (18) and (19) indicates that the voltage Vhi is divided at a ratio of ΔL / L by moving the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1 by ΔL from the center position of the resistor. Vhi × (c1−c2) / (c1 + c2) = Vhi × ΔC / Co in the equations (16 ′) and (17 ′), the voltage Vhi is the capacitance difference 2ΔC = c1−c2 between the capacitor C1 and the capacitor C2. Since it is shown that the voltage is divided at a ratio to the sum Co = c1 + c2 of both capacitors, shifting the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1 by ΔL from the center position of the resistor causes the voltage Vhi to be ΔC / Co. Corresponds to partial pressure.
従って、半固定抵抗器TR1の可動端子と半固定抵抗器TR2の可動端子を互いに逆方向に連動してスライドさせる抵抗調整機構により、簡単かつ正確にクランプ電圧Vk1を電圧VhiからVhi×ΔC/Coだけ減少させた電圧(Vhi−Vhi×ΔC/Co)に調整できるとともに、クランプ電圧Vk2を電圧VhiからVhi×ΔC/Coだけ増加させた電圧(Vhi+Vhi×ΔC/Co)に調整できることが分かる。 Therefore, the clamp voltage Vk1 can be easily and accurately changed from the voltage Vhi to Vhi × ΔC / Co by a resistance adjusting mechanism that slides the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1 and the movable terminal of the semi-fixed resistor TR2 in opposite directions. It can be seen that the voltage can be adjusted to a voltage (Vhi−Vhi × ΔC / Co) decreased by a certain amount, and can be adjusted to a voltage (Vhi + Vhi × ΔC / Co) obtained by increasing the clamp voltage Vk2 from the voltage Vhi by Vhi × ΔC / Co.
なお、半固定抵抗器TR1,TR2を調整した後の可動端子の電圧Vr1,Vr2とコンデンサC1,C2の容量c1,c2の間には、Vr1−Vr2=2×Vhi×ΔC/Co=2×Vhi×(c1−c2)/(c1+c2)より、
(Vr1−Vr2)/2Vhi=(c1−c2)/(c1+c2)…(20)
の関係がある。
Note that Vr1−Vr2 = 2 × Vhi × ΔC / Co = 2 × between the voltages Vr1 and Vr2 of the movable terminals after adjusting the semi-fixed resistors TR1 and TR2 and the capacitances c1 and c2 of the capacitors C1 and C2. From Vhi × (c1-c2) / (c1 + c2)
(Vr1-Vr2) / 2Vhi = (c1-c2) / (c1 + c2) (20)
There is a relationship.
半固定抵抗器TR1の可動端子又は半固定抵抗器TR2の可動端子の位置を調整して適切な電圧Vr1,Vr2を設定する作業では、例えば、オーディオ信号Sinを無信号状態にしてパルス幅変調回路1から出力されるPWM信号Spwm,/Spwmを復調した信号をモニタすると、電圧Vr1,Vr2が不適切であれば、直流のオフセット成分が出力されるので、このオフセット成分がなくなるように可動端子の位置調整を行なえばよい。あるいは、インバータINV1又はインバータINV2から出力されるPWM信号Spwm又はPWM信号/Spwmの波形をモニタしながら、High期間T1とLow期間T2とが同一になるように可動端子の位置調整を行なえばよい。 In the operation of adjusting the position of the movable terminal of the semi-fixed resistor TR1 or the movable terminal of the semi-fixed resistor TR2 and setting the appropriate voltages Vr1 and Vr2, for example, the pulse width modulation circuit is set so that the audio signal Sin is in the non-signal state. When the signals demodulated from the PWM signals Spwm and / Spwm output from 1 are monitored, if the voltages Vr1 and Vr2 are inappropriate, a DC offset component is output. The position may be adjusted. Alternatively, the position of the movable terminal may be adjusted so that the High period T1 and the Low period T2 become the same while monitoring the waveform of the PWM signal Spwm or PWM signal / Spwm output from the inverter INV1 or the inverter INV2.
半固定抵抗器TR1によりトランジスタTr3のベース電圧Vr1が(14)式のように調整されていると、充電電流J1によりコンデンサC1の充電が開始されるときは接続点(イ)の電圧Vc1がインバータINV1のスレシホールドVthよりも低く、トランジスタTr3のエミッタ電圧はベース電圧Vr1より小さいからトランジスタTr3はオフ状態である。充電電流J1によるコンデンサC1の充電により接続点(イ)の電圧Vc1が上昇し、インバータINV1のスレシホールドVthに達すると、インバータINV1の出力レベルがローレベルVloに反転し、これによりインバータINV2の出力レベルが電圧Vhiに反転する。 When the base voltage Vr1 of the transistor Tr3 is adjusted by the semi-fixed resistor TR1 as shown in the equation (14), when the charging of the capacitor C1 is started by the charging current J1, the voltage Vc1 at the connection point (A) is the inverter. Since the threshold voltage Vth of INV1 is lower and the emitter voltage of the transistor Tr3 is lower than the base voltage Vr1, the transistor Tr3 is in the OFF state. When the capacitor C1 is charged by the charging current J1, the voltage Vc1 at the connection point (A) rises and reaches the threshold Vth of the inverter INV1, the output level of the inverter INV1 is inverted to the low level Vlo. The output level is inverted to the voltage Vhi.
インバータINV2の出力レベルが電圧Vhiになると、接続点(イ)の電圧Vc1は、クランプ電圧Vk1よりも大きい(Vhi+Vth−Vlo)のレベルに跳ね上がるので、トランジスタTr3がオン状態になり、充電電流J1がトランジスタTr3によってインバータINV1の下側の電圧Vloの電源側にバイパスされ、コンデンサC1の充電動作が停止されるとともに、コンデンサC1の蓄積電荷がトランジスタTr3を介して放電される。 When the output level of the inverter INV2 becomes the voltage Vhi, the voltage Vc1 at the connection point (A) jumps to a level (Vhi + Vth−Vlo) larger than the clamp voltage Vk1, so that the transistor Tr3 is turned on and the charging current J1 is The transistor Tr3 is bypassed to the power supply side of the lower voltage Vlo of the inverter INV1, the charging operation of the capacitor C1 is stopped, and the accumulated charge of the capacitor C1 is discharged through the transistor Tr3.
そして、コンデンサC1の蓄積電荷の放電により接続点(イ)の電圧Vc1がVk1=Vbe+Vr1に低下すると、トランジスタTr3がオフ状態になり、接続点(イ)の電圧Vc1はクランプ電圧Vk1に保持されることになる。 When the voltage Vc1 at the connection point (A) decreases to Vk1 = Vbe + Vr1 due to the discharge of the accumulated charge in the capacitor C1, the transistor Tr3 is turned off, and the voltage Vc1 at the connection point (A) is held at the clamp voltage Vk1. It will be.
半固定抵抗器TR2によりトランジスタTr4のベース電圧Vr1が(15)式のように調整されていると、充電電流J2によりコンデンサC2の充電が開始されるときは接続点(ハ)の電圧Vc2がインバータINV2のスレシホールドVthよりも低く、トランジスタTr4のエミッタ電圧はベース電圧Vr2より小さいからトランジスタTr4はオフ状態である。充電電流J2によるコンデンサC2の充電により接続点(ハ)の電圧Vc2が上昇し、インバータINV2のスレシホールドVthに達すると、インバータINV2の出力レベルがローレベルVloに反転し、これによりインバータINV1の出力レベルが電圧Vhiに反転する。 When the base voltage Vr1 of the transistor Tr4 is adjusted by the semi-fixed resistor TR2 as shown in the equation (15), when the charging of the capacitor C2 is started by the charging current J2, the voltage Vc2 at the connection point (C) is the inverter. Since the threshold voltage Vth of INV2 is lower and the emitter voltage of the transistor Tr4 is lower than the base voltage Vr2, the transistor Tr4 is in the OFF state. When the capacitor C2 is charged by the charging current J2, the voltage Vc2 at the connection point (c) rises, and when the threshold Vth of the inverter INV2 is reached, the output level of the inverter INV2 is inverted to the low level Vlo. The output level is inverted to the voltage Vhi.
インバータINV1の出力レベルが電圧Vhiになると、接続点(ハ)の電圧Vc2は、クランプ電圧Vk2よりも大きい(Vhi+Vth−Vlo)のレベルに跳ね上がるので、トランジスタTr4がオン状態になり、充電電流J2がトランジスタTr4によってインバータINV2の下側の駆動電圧Vloの電源側にバイパスされ、コンデンサC2の充電動作が停止されるとともに、コンデンサC2の蓄積電荷がトランジスタTr4を介して放電される。 When the output level of the inverter INV1 becomes the voltage Vhi, the voltage Vc2 at the connection point (c) jumps to a level (Vhi + Vth−Vlo) larger than the clamp voltage Vk2, so that the transistor Tr4 is turned on and the charging current J2 is The transistor Tr4 is bypassed to the power supply side of the drive voltage Vlo below the inverter INV2, the charging operation of the capacitor C2 is stopped, and the accumulated charge of the capacitor C2 is discharged via the transistor Tr4.
そして、コンデンサC2の蓄積電荷の放電により接続点(ハ)の電圧Vc2がVk2=Vbe+Vr2に低下すると、トランジスタTr4がオフ状態になり、接続点(ハ)の電圧Vc2はクランプ電圧Vk2に保持されることになる。 When the voltage Vc2 at the connection point (c) is reduced to Vk2 = Vbe + Vr2 due to the discharge of the accumulated charge of the capacitor C2, the transistor Tr4 is turned off, and the voltage Vc2 at the connection point (c) is held at the clamp voltage Vk2. It will be.
なお、コンデンサC1,C2が理想的で、両者の容量がほぼ同一の場合は、上記(16),(17)式でVhi×ΔC/Coの項がゼロになるから、Vr1=Vr2=Vhiとなる。すなわち、半固定抵抗器TR1,TR2の抵抗値R1,R2はR1=R2=Rに調整される。この場合は、トランジスタTr3,Tr4がそれぞれコンデンサC1の接続点(イ)とコンデンサC2の接続点(ハ)の電圧Vc1,Vc2を充電停止時にそれぞれ電圧Vhiにクランプし、しかもトランジスタTr3,Tr4がnpn型でエミッタからベース方向にしか電流を流さないから、図6のパルス幅変調回路101のダイオードD1,D2と同様の電流バイパス作用をする。
If the capacitors C1 and C2 are ideal and their capacitances are almost the same, the term of Vhi × ΔC / Co is zero in the above equations (16) and (17), so that Vr1 = Vr2 = Vhi Become. That is, the resistance values R1, R2 of the semi-fixed resistors TR1, TR2 are adjusted to R1 = R2 = R. In this case, the transistors Tr3 and Tr4 clamp the voltages Vc1 and Vc2 at the connection point (b) of the capacitor C1 and the connection point (c) of the capacitor C2 to the voltage Vhi when charging is stopped, respectively, and the transistors Tr3 and Tr4 are npn. Since the current flows only in the direction from the emitter to the base, the current bypass action is the same as that of the diodes D1 and D2 of the pulse
次に、図2の波形図を用いて、パルス幅変調回路1の動作について説明する。
Next, the operation of the pulse
図2に示す波形図は、図8に示す波形図に対応するものであり、図8に対して、接続点(イ),(ロ)の電圧波形の充電停止後のクランプ電圧(例えば、t2〜t3の期間の(イ)の電圧とt1〜t2の期間の(ハ)の電圧参照)と充電開始時の接続点(イ),(ハ)の電圧(例えば、t2のタイミングの(ハ)の電圧とt3のタイミングの(イ)の電圧参照)とが異なるだけである。 The waveform diagram shown in FIG. 2 corresponds to the waveform diagram shown in FIG. 8. Compared to FIG. 8, the clamp voltage (for example, t2) after the charging of the voltage waveforms at the connection points (A) and (B) is stopped. (See (b) voltage during period t3 and (c) voltage during period t1 to t2) and voltages at connection points (a) and (c) at the start of charging (for example, (c) at timing t2) And the voltage of (b) at the timing of t3) are different.
従って、以下の説明では、上記の相違点を中心にパルス幅変調回路1の動作を説明する。
Therefore, in the following description, the operation of the pulse
t1のタイミングでインバータINV2の入力レベルが当該インバータINV2のスレシホールド電圧Vthに達し、出力レベルがローレベルVloに反転すると((ニ)の電圧波形参照)、充電電流J1によるコンデンサC1の充電が開始される((イ)の電圧波形参照)が、t1のタイミングでインバータINV1の出力レベルはハイレベルVhiに反転するので((ロ)の電圧波形参照)、接続点(ハ)の電圧Vc2は(Vhi+Vth−Vlo)に跳ね上がるので、これにより電流バイパス回路4内のトランジスタTr4がオン状態になり、充電電流J2がトランジスタTr4によってインバータINV2の下側の駆動電圧Vloの電源側にバイパスされ、コンデンサC2の充電動作が停止されるとともに、コンデンサC2の蓄積電荷がトランジスタTr4を介して放電される。 When the input level of the inverter INV2 reaches the threshold voltage Vth of the inverter INV2 at the timing t1 and the output level is inverted to the low level Vlo (see voltage waveform (d)), the charging of the capacitor C1 by the charging current J1 is performed. Since the output level of the inverter INV1 is inverted to the high level Vhi at the timing of t1 (refer to the voltage waveform in (B)), the voltage Vc2 at the connection point (C) is Since this jumps to (Vhi + Vth−Vlo), the transistor Tr4 in the current bypass circuit 4 is turned on, and the charging current J2 is bypassed by the transistor Tr4 to the power supply side of the lower drive voltage Vlo of the inverter INV2, and the capacitor C2 Is stopped, and the charge stored in the capacitor C2 is transferred to the transistor Tr4. It is discharged through.
コンデンサC2の蓄積電荷の放電により接続点(ハ)の電圧Vc2がVk2=Vbe+Vr2に低下すると、トランジスタTr4がオフ状態になり、接続点(ハ)の電圧Vc2は(10)式に示すクランプ電圧Vk2=Vhi−ΔVに保持される((ハ)のt1〜t2の期間の電圧波形参照)。 When the voltage Vc2 at the connection point (c) is reduced to Vk2 = Vbe + Vr2 due to the discharge of the accumulated charge of the capacitor C2, the transistor Tr4 is turned off, and the voltage Vc2 at the connection point (c) is the clamp voltage Vk2 shown in the equation (10). = Vhi−ΔV (refer to the voltage waveform in the period from t1 to t2 in (c)).
クランプ電圧Vk2がVk2=Vhiであれば、コンデンサC2の蓄積電荷はゼロとなるが、クランプ電圧Vk2はVk2=Vhi−ΔVであるから、コンデンサC2はさらに逆向きに充電され、q2=c2×ΔVの電荷が蓄積された状態で次の充電開始時まで保持される。 If the clamp voltage Vk2 is Vk2 = Vhi, the charge stored in the capacitor C2 is zero, but since the clamp voltage Vk2 is Vk2 = Vhi-ΔV, the capacitor C2 is further charged in the opposite direction, and q2 = c2 × ΔV Are stored until the next charge start.
なお、ΔVは、(8)式よりΔV=Vo×ΔC/Co=(Vhi−Vlo)×(c1−c2)/(c1+c2)であるから、コンデンサC2に蓄積される電荷量q2は、
q2=c2×(Vhi−Vlo)×(c1−c2)/(c1+c2)…(21)
である。
Since ΔV is ΔV = Vo × ΔC / Co = (Vhi−Vlo) × (c1−c2) / (c1 + c2) from the equation (8), the amount of charge q2 accumulated in the capacitor C2 is
q2 = c2 * (Vhi-Vlo) * (c1-c2) / (c1 + c2) (21)
It is.
t1のタイミングでコンデンサC1の充電が開始されると、接続点(イ)の電圧Vc1が充電電流J1に応じた速度(波形の傾き)で上昇する。なお、スイッチング周波数はオーディオ信号Sinの基本周波数よりも十分に高く設定されており、充電期間中の充電電流J1の変化は微小であるから、接続点(イ)の電圧はほぼ直線的に上昇する。インバータINV1の出力レベルは、接続点(イ)の電圧Vc1がインバータINV1のスレシホールド電圧Vthよりも低い間はハイレベルVhiに保持されるが、t2のタイミングで接続点(イ)の電圧Vc1がインバータINV1のスレシホールド電圧Vthに達すると、ローレベルVloに反転する((ロ)の電圧波形参照)。インバータINV1の出力レベルがローレベルVloに反転すると、接続点(ハ)の電圧Vc2が(Vlo−ΔV)に変化し、充電電流J2によるコンデンサC2の充電が開始される((ハ)の電圧波形参照)。 When charging of the capacitor C1 is started at the timing t1, the voltage Vc1 at the connection point (A) increases at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J1. Note that the switching frequency is set sufficiently higher than the fundamental frequency of the audio signal Sin, and the change in the charging current J1 during the charging period is minute, so that the voltage at the connection point (A) rises almost linearly. . The output level of the inverter INV1 is maintained at the high level Vhi while the voltage Vc1 at the connection point (A) is lower than the threshold voltage Vth of the inverter INV1, but the voltage Vc1 at the connection point (A) at the timing t2. When the voltage reaches the threshold voltage Vth of the inverter INV1, it is inverted to the low level Vlo (refer to the voltage waveform in (B)). When the output level of the inverter INV1 is inverted to the low level Vlo, the voltage Vc2 at the connection point (c) changes to (Vlo−ΔV), and charging of the capacitor C2 by the charging current J2 is started (voltage waveform of (c)). reference).
一方、t2のタイミングで接続点(ハ)の電圧Vc2が(Vlo−ΔV)に変化すると、インバータINV2の出力レベルがハイレベルVhiに反転する((ニ)の電圧波形参照)。このとき、接続点(イ)の電圧Vc1は(Vhi+Vth−Vlo)に跳ね上がるので、これにより電流バイパス回路4内のトランジスタTr3がオン状態になり、充電電流J1がトランジスタTr3によってインバータINV1の下側の駆動電圧Vloの電源側にバイパスされ、コンデンサC1の充電動作が停止されるとともに、コンデンサC1の蓄積電荷がトランジスタTr3を介して放電される。 On the other hand, when the voltage Vc2 at the connection point (c) changes to (Vlo−ΔV) at the timing t2, the output level of the inverter INV2 is inverted to the high level Vhi (refer to the voltage waveform in (d)). At this time, the voltage Vc1 at the connection point (A) jumps to (Vhi + Vth−Vlo), so that the transistor Tr3 in the current bypass circuit 4 is turned on, and the charging current J1 is applied to the lower side of the inverter INV1 by the transistor Tr3. Bypassing to the power supply side of the drive voltage Vlo, the charging operation of the capacitor C1 is stopped, and the accumulated charge of the capacitor C1 is discharged through the transistor Tr3.
コンデンサC1の蓄積電荷の放電により接続点(イ)の電圧Vc1がVk1=Vbe+Vr1に低下すると、トランジスタTr3がオフ状態になり、接続点(イ)の電圧Vc1は(9)式に示すクランプ電圧Vk1=Vhi+ΔVに保持される((イ)のt1〜t2の期間の電圧波形参照)。 When the voltage Vc1 at the connection point (A) decreases to Vk1 = Vbe + Vr1 due to the discharge of the accumulated charge of the capacitor C1, the transistor Tr3 is turned off, and the voltage Vc1 at the connection point (A) is the clamp voltage Vk1 shown in the equation (9). = Vhi + ΔV (refer to the voltage waveform in the period from t1 to t2 in (a)).
クランプ電圧Vk1がVk1=Vhiであれば、コンデンサC1の蓄積電荷はゼロとなるが、クランプ電圧Vk1はVk1=Vhi+ΔVであるから、コンデンサC1はq1=c1×ΔVの電荷が残留するまで放電され、その電荷が残留した状態で次の充電開始時まで保持される。なお、ΔVは、(8)式よりΔV=Vo×ΔC/Co=(Vhi−Vlo)×(c1−c2)/(c1+c2)であるから、コンデンサC1に蓄積される電荷量q1は、
q1=c1×(Vhi−Vlo)×(c1−c2)/(c1+c2)…(22)
である。
If the clamp voltage Vk1 is Vk1 = Vhi, the accumulated charge of the capacitor C1 becomes zero. However, since the clamp voltage Vk1 is Vk1 = Vhi + ΔV, the capacitor C1 is discharged until a charge of q1 = c1 × ΔV remains. The charge remains until the next charge starts. Since ΔV is ΔV = Vo × ΔC / Co = (Vhi−Vlo) × (c1−c2) / (c1 + c2) from the equation (8), the amount of charge q1 accumulated in the capacitor C1 is
q1 = c1 * (Vhi-Vlo) * (c1-c2) / (c1 + c2) (22)
It is.
t2のタイミングでコンデンサC2の充電が開始されると、接続点(ハ)の電圧Vc2が充電電流J2に応じた速度(波形の傾き)で上昇する。なお、充電期間中の充電電流J2の変化も充電電流J1と同様に微小であるから、接続点(ハ)の電圧はほぼ直線的に上昇する。インバータINV2の出力レベルは、接続点(ハ)の電圧Vc2がインバータINV2のスレシホールド電圧Vthよりも低い間はハイレベルVhiに保持されるが、t3のタイミングで接続点(ハ)の電圧Vc2がインバータINV2のスレシホールド電圧Vthに達すると、ローレベルVloに反転する((ニ)の電圧波形参照)。 When charging of the capacitor C2 is started at the timing t2, the voltage Vc2 at the connection point (c) increases at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J2. Note that the change in the charging current J2 during the charging period is as small as the charging current J1, so the voltage at the connection point (c) rises almost linearly. The output level of the inverter INV2 is maintained at the high level Vhi while the voltage Vc2 at the connection point (c) is lower than the threshold voltage Vth of the inverter INV2, but the voltage Vc2 at the connection point (c) at the timing of t3. When the voltage reaches the threshold voltage Vth of the inverter INV2, it is inverted to the low level Vlo (see the voltage waveform in (d)).
コンデンサC2は、電圧(Vlo−ΔV)からインバータINV1のスレシホールド電圧Vthまで充電電流J2によって充電されるので、その充電時間T2は、
T2=(Vth−Vlo+ΔV)×c2/J2
=(Vo+ΔV)×c2/J2…(23)
となる。
Since the capacitor C2 is charged by the charging current J2 from the voltage (Vlo−ΔV) to the threshold voltage Vth of the inverter INV1, the charging time T2 is
T2 = (Vth−Vlo + ΔV) × c2 / J2
= (Vo + ΔV) × c2 / J2 (23)
It becomes.
t3のタイミングでインバータINV2の出力レベルがローレベルVloに反転すると((ニ)の電圧波形参照)、接続点(イ)の電圧Vc1が電圧(Vlo+ΔV)に変化し、充電電流J1によるコンデンサC1の充電が開始される((イ)の電圧波形参照)。コンデンサC1の充電が開始されると、接続点(イ)の電圧Vc1は充電電流J1に応じた速度(波形の傾き)で直線的に上昇するが、インバータINV1のスレシホールド電圧Vthよりも低い間はインバータINV1の出力レベルはハイレベルVhiに保持され、t4のタイミングで接続点(イ)の電圧Vc1がインバータINV2のスレシホールド電圧Vthに達すると、インバータINV1の出力レベルはローレベルVloに反転する((ロ)の電圧波形参照)。 When the output level of the inverter INV2 is inverted to the low level Vlo at the timing of t3 (refer to the voltage waveform in (d)), the voltage Vc1 at the connection point (A) changes to the voltage (Vlo + ΔV), and the capacitor C1 due to the charging current J1 Charging is started (see voltage waveform in (a)). When charging of the capacitor C1 is started, the voltage Vc1 at the connection point (A) rises linearly at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J1, but is lower than the threshold voltage Vth of the inverter INV1. During this time, the output level of the inverter INV1 is held at the high level Vhi, and when the voltage Vc1 at the connection point (A) reaches the threshold voltage Vth of the inverter INV2 at the timing t4, the output level of the inverter INV1 becomes the low level Vlo. Inverted (see voltage waveform in (b)).
コンデンサC1は、電圧(Vlo+ΔV)からインバータINV2のスレシホールド電圧Vthまで充電電流J1によって充電されるので、その充電時間T1は、
T1=(Vth−Vlo−ΔV)×c1/J1
=(Vo−ΔV)×c1/J1…(24)
となる。
Since the capacitor C1 is charged by the charging current J1 from the voltage (Vlo + ΔV) to the threshold voltage Vth of the inverter INV2, the charging time T1 is
T1 = (Vth−Vlo−ΔV) × c1 / J1
= (Vo-ΔV) × c1 / J1 (24)
It becomes.
その後は上述したt2からt3の期間のコンデンサC2の充電動作とt3からt4の期間のコンデンサC1の充電動作とが交互に繰り返され、インバータINV1の出力端子からはコンデンサC1の充電期間T1をHigh期間とし、コンデンサC2の充電時間T2をLow期間としたPWM信号Spwmが出力され、インバータINV2の出力端子からはコンデンサC2の充電期間T2をHigh期間とし、コンデンサC1の充電時間T1をLow期間としたPWM信号/Spwmが出力される。 Thereafter, the charging operation of the capacitor C2 in the period from t2 to t3 and the charging operation of the capacitor C1 in the period from t3 to t4 are alternately repeated, and the charging period T1 of the capacitor C1 is set to the High period from the output terminal of the inverter INV1. PWM signal Spwm with the charging time T2 of the capacitor C2 as the low period is output, and the PWM terminal with the charging period T2 of the capacitor C2 as the high period and the charging time T1 of the capacitor C1 as the low period from the output terminal of the inverter INV2. The signal / Spwm is output.
なお、c1=Co+ΔC、c2=Co−ΔC、ΔV=Vo×ΔC/Coより(Vo−ΔV)=Vo×(Co−ΔC)/Co=Vo×c2/Co、(Vo+ΔV)=Vo×(Co+ΔC)/Co=Vo×c1/Coであるから、これらを上記の(23)式、(24)式に代入すると、T1=(c2×c1/Co)×(Vo/J1)、T2=(c1×c2/Co)×(Vo/J2)、T1−T2=(Vo×c1×c2/Co)×(1/J1−1/J2)、T1+T2=(Vo×c1×c2/Co)×(1/J1+1/J2)であるから、変調度mは、
M=|T1−T2|/|T1+T2|
=|J1−J2|/|J1+J2|
=i/Io=Sin/S
となり、オーディオ信号Sinの振幅に比例することは言うまでもない。
From c1 = Co + ΔC, c2 = Co−ΔC, ΔV = Vo × ΔC / Co, (Vo−ΔV) = Vo × (Co−ΔC) / Co = Vo × c2 / Co, (Vo + ΔV) = Vo × (Co + ΔC ) / Co = Vo × c1 / Co, so if these are substituted into the above equations (23) and (24), T1 = (c2 × c1 / Co) × (Vo / J1), T2 = (c1) * C2 / Co) * (Vo / J2), T1-T2 = (Vo * c1 * c2 / Co) * (1 / J1-1 / J2), T1 + T2 = (Vo * c1 * c2 / Co) * (1 /
M = | T1-T2 | / | T1 + T2 |
= | J1-J2 | / | J1 + J2 |
= I / Io = Sin / S
Needless to say, this is proportional to the amplitude of the audio signal Sin.
上記のように、第1実施形態に係るパルス幅変調回路1によれば、充電終了後のコンデンサC1のクランプ電圧Vk1とコンデンサC2のクランプ電圧Vk2とを異ならせ、コンデンサC1,C2の容量値c1,c2に基づきクランプ電圧Vk1,Vk2を上記の(12),(13)式若しくは(20)式を満たすように設定しているので、コンデンサC1,C2の個体差によって容量値c1,c2が異なる場合でも変調度をオーディオ信号Sinの振幅に正確に比例させることができる効果を奏する。
As described above, according to the pulse
従って、オーディオ信号Sinが無音の場合にPWM信号Spwm,/Spwmの復調信号に直流のオフセット成分が含まれることもない。 Therefore, when the audio signal Sin is silent, a DC offset component is not included in the demodulated signals of the PWM signals Spwm and / Spwm.
第1実施形態では、電流バイパス回路4をnpn型トランジスタTr3, Tr4を用いて充電電流J1,J2をバイパスさせ、接続点(イ),(ロ)の電圧Vc1,Vc2をそれぞれクランプ電圧Vk1,Vk2にクランプさせる構成としたが、図3に示すように、ダイオードD1,D2のカソードにボルテージホロア41,42を介してクランプ電圧Vk1,Vk2を与える電流バイパス回路4'を用いてもよい。
In the first embodiment, the current bypass circuit 4 uses the npn transistors Tr3 and Tr4 to bypass the charging currents J1 and J2, and the voltages Vc1 and Vc2 at the connection points (A) and (B) are clamped to the clamp voltages Vk1 and Vk2, respectively. However, as shown in FIG. 3, a current bypass circuit 4 ′ that applies clamp voltages Vk1 and Vk2 to the cathodes of the diodes D1 and D2 via the
図3に示す電流バイパス回路4’は、接続点(イ),(ロ)にそれぞれダイオードD1,D2のアノードを接続し、ダイオードD1のカソードにボルテージホロア41を介して半固定抵抗器TR1の可動端子の電圧Vr1を入力し、ダイオードD2のカソードにボルテージホロア42を介して半固定抵抗器TR2の可動端子の電圧Vr2を入力するようにしたものである。
In the current bypass circuit 4 ′ shown in FIG. 3, the anodes of the diodes D1 and D2 are connected to the connection points (A) and (B), respectively, and the cathode of the diode D1 is connected to the semi-fixed resistor TR1 via the
第1実施形態では、インバータINV1,INV2を用いているので、スレシホールド電圧Vthは、上側の駆動電圧Vhiと下側の駆動電圧Vloのほぼ中間のレベルである。下側の駆動電圧Vloを「0」に設定した場合は、Vo=Vth=Vhi/2となるから、これを上記(9),(10)式に代入すると、クランプ電圧Vk1,Vk2は、
Vk1=Vhi+Vhi×ΔC/2Co
=Vhi+(Vhi/2)×(c1−c2)/(c1+c2)…(9’)
Vk2=Vhi−Vhi×ΔC/2Co
=Vhi−(Vhi/2)×(c1−c2)/(c1+c2)…(10’)
となる。
In the first embodiment, since the inverters INV1 and INV2 are used, the threshold voltage Vth is at a level approximately between the upper drive voltage Vhi and the lower drive voltage Vlo. When the lower drive voltage Vlo is set to “0”, Vo = Vth = Vhi / 2. Therefore, when this is substituted into the above equations (9) and (10), the clamp voltages Vk1 and Vk2 are
Vk1 = Vhi + Vhi × ΔC / 2Co
= Vhi + (Vhi / 2) * (c1-c2) / (c1 + c2) (9 ')
Vk2 = Vhi−Vhi × ΔC / 2Co
= Vhi- (Vhi / 2) * (c1-c2) / (c1 + c2) (10 ')
It becomes.
従って、図3のパルス幅変調回路1’でインバータINV1,INV2の下側の駆動電圧Vloを「0」に設定した場合、ダイオードD1,D2の順方向電圧を無視すると、電流バイパス回路4’では、半固定抵抗器TR1の可動端子の電圧Vr1が(9’)式に示すクランプ電圧Vk1に設定され、半固定抵抗器TR2の可動端子の電圧Vr1が(10’)式に示すクランプ電圧Vk2に設定される。
Therefore, when the lower drive voltage Vlo of the inverters INV1 and INV2 is set to “0” in the pulse
電流バイパス回路4’では、ダイオードD1,D2の順方向電圧を無視すると、接続点(イ)の電圧Vc1が電圧Vr1を超えると、ダイオードD1が導通し、充電電流J1がボルテージホロア41側にバイパスされてコンデンサC1の充電動作が停止されるとともに、接続点(イ)の電圧Vc1が電圧Vr1にクランプされる。同様に、接続点(ハ)の電圧Vc2が電圧Vr2を超えると、ダイオードD2が導通し、充電電流J2がボルテージホロア42側にバイパスされてコンデンサC2の充電動作が停止されるとともに、接続点(ハ)の電圧Vc2が電圧Vr2にクランプされる。
In the current bypass circuit 4 ′, ignoring the forward voltages of the diodes D1 and D2, when the voltage Vc1 at the connection point (A) exceeds the voltage Vr1, the diode D1 becomes conductive and the charging current J1 is moved to the
従って、図3に示すパルス幅変調回路1’でも図1に示すパルス幅変調回路1と同様の作用・効果を奏することができる。
Therefore, the pulse
図4は、本発明に係る無安定マルチバイブレータ回路を用いたパルス幅変調回路の第2実施形態の基本構成を示す図である。また、図5は、第2実施形態に係るパルス幅変調回路の動作時における接続点(イ)〜(ニ)の電圧の波形を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of a second embodiment of a pulse width modulation circuit using an astable multivibrator circuit according to the present invention. FIG. 5 is a diagram showing waveforms of voltages at the connection points (A) to (D) during the operation of the pulse width modulation circuit according to the second embodiment.
図1に示す第1実施形態に係るパルス幅変調回路1は、コンデンサC1,C2を下側の電圧Vlo±ΔVからインバータINV1,INV2のスレシホールド電圧Vthに上昇させるように電荷を充電する構成の回路であるが、図4に示す第2実施形態に係るパルス幅変調回路1’は、コンデンサC1,C2を上側の電圧Vhi±ΔVからインバータINV1,INV2のスレシホールド電圧Vthに下降させるように電荷を放電する構成の回路である。
The pulse
図4に示すパルス幅変調回路1’は、図1に示すパルス幅変調回路1に対して向きが上下逆に描かれているが、配線関係では、パルス幅変調回路1に対して、
(1)半固定抵抗器TR1,TR2の一方の接続点(ホ)をインバータINV1,INV2の上側の駆動電源(電圧Vhiを供給する電源)に接続する点
(2)定電流源21に接続する電源を「Vss」(<Vlo)に変更し、半固定抵抗器TR1,TR2の他方の接続点(ヘ)を抵抗R1を介して電源Vssに接続する点
(3)トランジスタTr1〜Tr4をnpn型トランジスタとする点
が異なっている。なお、定電流源21に接続する電源を「Vss」(<Vlo)としたことにより、定電流源21の電流の向きと充電電流J1,J2の向きが図1のパルス幅変調回路1とは逆になる。
The pulse
(1) One connection point (e) of the semi-fixed resistors TR1 and TR2 is connected to the drive power supply (power supply for supplying the voltage Vhi) on the upper side of the inverters INV1 and INV2. (2) Connected to the constant
上記のように、第2実施形態に係るパルス幅変調回路1’の回路構成は、基本的に第1実施形態に係るパルス幅変調回路1と同じで、電源電圧の極性が正負逆になり、これに伴いトランジスタTr1〜Tr4のタイプがnpn型に変わるだけであるので、回路構成の説明は省略し、図5の波形図を用いてパルス幅変調回路1’の動作の説明を簡単に説明する。
As described above, the circuit configuration of the pulse
t1のタイミングでインバータINV2の入力レベルがスレシホールド電圧Vthに達し((ハ)の電圧波形参照)、出力レベルがハイレベルVhiに反転すると((ニ)の電圧波形参照)、充電電流J1によるコンデンサC1の充電が開始される((イ)の電圧波形参照)が、t1のタイミングでインバータINV1の出力レベルはローレベルVloに反転するので((ロ)の電圧波形参照)、接続点(ハ)の電圧Vc2はVth−(Vhi−Vlo)に低下しようとするが、これにより電流バイパス回路4内のトランジスタTr4がオン状態になり、コンデンサC2に蓄積された電荷がトランジスタTr4を介して放電される。 When the input level of the inverter INV2 reaches the threshold voltage Vth at the timing t1 (refer to the voltage waveform (c)) and the output level is inverted to the high level Vhi (refer to the voltage waveform (d)), the charging current J1 Charging of the capacitor C1 is started (see the voltage waveform in (A)), but the output level of the inverter INV1 is inverted to the low level Vlo at the timing of t1 (see the voltage waveform in (B)). ) Voltage Vc2 tends to decrease to Vth− (Vhi−Vlo), which turns on the transistor Tr4 in the current bypass circuit 4, and the charge accumulated in the capacitor C2 is discharged through the transistor Tr4. The
コンデンサC2の放電により接続点(ハ)の電圧Vc2がVk2=Vr2−Vbeに上昇すると、トランジスタTr4がオフ状態になり、接続点(ハ)の電圧Vc2はクランプ電圧Vk2=Vlo+ΔVに保持される((ハ)のt1〜t2の期間の電圧波形参照)。 When the voltage Vc2 at the connection point (c) rises to Vk2 = Vr2-Vbe due to the discharge of the capacitor C2, the transistor Tr4 is turned off, and the voltage Vc2 at the connection point (c) is held at the clamp voltage Vk2 = Vlo + ΔV ( (Refer to voltage waveforms in the period from t1 to t2 in (c)).
t1のタイミングでコンデンサC1の充電が開始されると、接続点(イ)の電圧Vc1が充電電流J1に応じた速度(波形の傾き)でほぼ直線的に下降する。インバータINV1の出力レベルは、接続点(イ)の電圧Vc1がインバータINV1のスレシホールド電圧Vthよりも高い間はローレベルVloに保持されるが、t2のタイミングで接続点(イ)の電圧Vc1がインバータINV1のスレシホールド電圧Vthに達すると、ハイレベルVhiに反転する((ロ)の電圧波形参照)。インバータINV1の出力レベルがハイレベルVhiに反転すると、接続点(ハ)の電圧Vc2が(Vhi+ΔV)に変化し、充電電流J2によるコンデンサC2の充電が開始される((ハ)の電圧波形参照)。 When charging of the capacitor C1 is started at the timing t1, the voltage Vc1 at the connection point (A) drops almost linearly at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J1. The output level of the inverter INV1 is maintained at the low level Vlo while the voltage Vc1 at the connection point (A) is higher than the threshold voltage Vth of the inverter INV1, but the voltage Vc1 at the connection point (A) at the timing of t2. When the voltage reaches the threshold voltage Vth of the inverter INV1, it is inverted to the high level Vhi (refer to the voltage waveform in (b)). When the output level of the inverter INV1 is inverted to the high level Vhi, the voltage Vc2 at the connection point (c) changes to (Vhi + ΔV), and charging of the capacitor C2 by the charging current J2 is started (see voltage waveform in (c)). .
一方、t2のタイミングで接続点(ハ)の電圧Vc2が(Vhi+ΔV)に変化すると、インバータINV2の出力レベルがローレベルVloに反転する((ニ)の電圧波形参照)。このとき、接続点(イ)の電圧Vc1はVth−(Vhi−Vlo)に低下しようとするが、これにより電流バイパス回路4内のトランジスタTr3がオン状態になり、コンデンサC1に蓄積された電荷がトランジスタTr3を介して放電される。 On the other hand, when the voltage Vc2 at the connection point (c) changes to (Vhi + ΔV) at the timing t2, the output level of the inverter INV2 is inverted to the low level Vlo (see the voltage waveform in (d)). At this time, the voltage Vc1 at the connection point (A) tends to be reduced to Vth− (Vhi−Vlo). As a result, the transistor Tr3 in the current bypass circuit 4 is turned on, and the charge accumulated in the capacitor C1 is reduced. It is discharged via the transistor Tr3.
コンデンサC1の充電により接続点(イ)の電圧Vc1がVk1=Vr1−Vbeに上昇すると、トランジスタTr3がオフ状態になり、接続点(イ)の電圧Vc1はクランプ電圧Vk1=Vlo−ΔVに保持される((イ)のt1〜t2の期間の電圧波形参照)。 When the voltage Vc1 at the connection point (A) rises to Vk1 = Vr1−Vbe by charging the capacitor C1, the transistor Tr3 is turned off, and the voltage Vc1 at the connection point (A) is held at the clamp voltage Vk1 = Vlo−ΔV. (Refer to the voltage waveform during the period from t1 to t2 in (a)).
t2のタイミングでコンデンサC2の充電が開始されると、接続点(ハ)の電圧Vc2が充電電流J2に応じた速度(波形の傾き)でほぼ直線的に下降する。インバータINV2の出力レベルは、接続点(ハ)の電圧Vc2がインバータINV2のスレシホールド電圧Vthよりも高い間はローレベルVloに保持されるが、t3のタイミングで接続点(ハ)の電圧Vc2がインバータINV2のスレシホールド電圧Vthに達すると、ハイレベルVhiに反転する((ニ)の電圧波形参照)。 When charging of the capacitor C2 is started at the timing t2, the voltage Vc2 at the connection point (c) drops almost linearly at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J2. The output level of the inverter INV2 is maintained at the low level Vlo while the voltage Vc2 at the connection point (c) is higher than the threshold voltage Vth of the inverter INV2, but the voltage Vc2 at the connection point (c) at the timing t3. When the voltage reaches the threshold voltage Vth of the inverter INV2, it is inverted to the high level Vhi (see voltage waveform (d)).
コンデンサC2は、電圧(Vhi+ΔV)からインバータINV1のスレシホールド電圧Vthまで充電電流J2によって充電されるので、その放電時間T2は、
T2=(Vhi+ΔV−Vth)×c2/J2
となる。
Since the capacitor C2 is charged by the charging current J2 from the voltage (Vhi + ΔV) to the threshold voltage Vth of the inverter INV1, the discharge time T2 is
T2 = (Vhi + ΔV−Vth) × c2 / J2
It becomes.
t3のタイミングでインバータINV2の出力レベルがハイレベルVhiに反転すると((ニ)の電圧波形参照)、接続点(イ)の電圧Vc1が電圧(Vhi−ΔV)に変化し、充電電流J1によるコンデンサC1の充電が開始される((イ)の電圧波形参照)。コンデンサC1の充電が開始されると、接続点(イ)の電圧Vc1は充電電流J1に応じた速度(波形の傾き)でほぼ直線的に下降するが、インバータINV1のスレシホールド電圧Vthよりも高い間はインバータINV1の出力レベルはローレベルVloに保持され、t4のタイミングで接続点(イ)の電圧Vc1がインバータINV2のスレシホールド電圧Vthに達すると、インバータINV1の出力レベルはハイレベルVhiに反転する((ロ)の電圧波形参照)。 When the output level of the inverter INV2 is inverted to the high level Vhi at the timing of t3 (see the voltage waveform in (d)), the voltage Vc1 at the connection point (b) changes to the voltage (Vhi−ΔV), and the capacitor by the charging current J1 Charging of C1 is started (see the voltage waveform in (A)). When charging of the capacitor C1 is started, the voltage Vc1 at the connection point (A) drops almost linearly at a speed (waveform slope) corresponding to the charging current J1, but is lower than the threshold voltage Vth of the inverter INV1. While the voltage is high, the output level of the inverter INV1 is held at the low level Vlo. When the voltage Vc1 at the connection point (A) reaches the threshold voltage Vth of the inverter INV2 at the timing t4, the output level of the inverter INV1 is increased to the high level Vhi. (Refer to the voltage waveform in (b)).
コンデンサC1は、電圧(Vhi−ΔV)からインバータINV2のスレシホールド電圧Vthまで充電電流J1によって充電されるので、その充電時間T1は、
T1=(Vhi−ΔV−Vth)×c2/J2
となる。
Since the capacitor C1 is charged by the charging current J1 from the voltage (Vhi−ΔV) to the threshold voltage Vth of the inverter INV2, the charging time T1 is
T1 = (Vhi−ΔV−Vth) × c2 / J2
It becomes.
その後は上述したt2からt3の期間のコンデンサC2の充電動作とt3からt4の期間のコンデンサC1の充電動作とが交互に繰り返され、インバータINV1の出力端子からはコンデンサC1の充電期間T1をLow期間とし、コンデンサC2の充電時間T2をHigh期間としたPWM信号Spwmが出力され、インバータINV2の出力端子からはコンデンサC2の充電期間T2をLow期間とし、コンデンサC1の充電時間T1をHigh期間としたPWM信号/Spwmが出力される。 Thereafter, the charging operation of the capacitor C2 during the period from t2 to t3 and the charging operation of the capacitor C1 during the period from t3 to t4 are alternately repeated, and the charging period T1 of the capacitor C1 is set to the low period from the output terminal of the inverter INV1. PWM signal Spwm with the charging time T2 of the capacitor C2 as the high period is output, and the PWM terminal with the charging period T2 of the capacitor C2 as the low period and the charging time T1 of the capacitor C1 as the high period from the output terminal of the inverter INV2. The signal / Spwm is output.
上記のように、第2実施形態に係るパルス幅変調回路1’でも第1実施形態に係るパルス幅変調回路1と同様に、コンデンサC1,C2の個体差によって容量値c1,c2が異なる場合でも変調度をオーディオ信号Sinの振幅に正確に比例させることができる効果を奏する。
As described above, even in the pulse
また、オーディオ信号Sinが無音の場合にPWM信号Spwm,/Spwmの復調信号に直流のオフセット成分が含まれることもない。 Further, when the audio signal Sin is silent, a DC offset component is not included in the demodulated signals of the PWM signals Spwm and / Spwm.
また、第2実施形態でも電流バイパス回路4を図3に示すダイオードとボルテージホロアを用いた回路構成を適用することができる。 In the second embodiment, the circuit configuration using the diode and the voltage follower shown in FIG. 3 as the current bypass circuit 4 can be applied.
なお、本発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、上記の実施形態に示した回路構成は一例であり、同等の機能を有するものであれば、種々の回路を適用することができる。 Note that the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the circuit configuration shown in the above-described embodiment is an example, and various circuits can be applied as long as they have equivalent functions. be able to.
1,1’ パルス幅変調回路
2 電圧−電流変換回路
21 定電流源
3 無安定マルチバイブレータ回路
4 電流バイパス回路
C1 コンデンサ(第1の電荷蓄積回路)
C2 コンデンサ(第2の電荷蓄積回路)
INV1 インバータ(第1の論理回路)
INV2 インバータ(第2の論理回路)
D1 電流バイパス用ダイオード(第1の放電回路)
D2 電流バイパス用ダイオード(第2の放電回路)
TR1,TR2 半固定抵抗器
Tr1〜Tr4 トランジスタ
Vth インバータのスレシホールド電圧(第1の基準レベル)
1, 1 'Pulse
C2 capacitor (second charge storage circuit)
INV1 inverter (first logic circuit)
INV2 inverter (second logic circuit)
D1 Current bypass diode (first discharge circuit)
D2 Current bypass diode (second discharge circuit)
TR1, TR2 Semi-fixed resistors Tr1-Tr4 Transistors Vth Inverter threshold voltage (first reference level)
Claims (4)
入力レベルと出力レベルが互いに逆の関係で動作する第1の論理回路と、
前記第1の論理回路と同一構成の第2の論理回路と、
前記第2の論理回路の出力端子と前記第1の論理回路の入力端子の間に接続され、前記電圧−電流変換回路から出力される前記第1の電流が前記第1の論理回路の入力端子との接続点から充電電流として供給される第1電荷蓄積回路と、
前記第1の論理回路の出力端子と前記第2の論理回路の入力端子の間に接続され、前記電圧−電流変換回路から出力される前記第2の電流が前記第2の論理回路の入力端子との接続点から充電電流として供給される第2電荷蓄積回路と、
前記第1の論理回路の入力端子に接続され、前記第1の電流による前記第1の電荷蓄積回路の充電動作で前記第1の論理回路の入力レベルが所定の閾値レベルに達すると、前記第1の論理回路の入力端子を第1の可変電圧電源に接続して前記第1の電荷蓄積回路の充電動作を停止させるとともに、当該第1の電荷蓄積回路の蓄積電荷を放電させる第1の放電回路と、
前記第2の論理回路の入力端子に接続され、前記第2の電流による前記第2の電荷蓄積回路の充電動作で前記第2の論理回路の入力レベルが前記閾値レベルに達すると、前記第2の論理回路の入力端子を第2の可変電圧電源に接続して前記第2の電荷蓄積回路の充電動作を停止させるとともに、当該第2の電荷蓄積回路の蓄積電荷を放電させる第2の放電回路と、を備え、前記第1の論理回路の出力端子から前記電圧信号の振幅でパルス幅が変調された第1のパルス幅変調信号が出力され、前記第2の論理回路の出力端子から前記第1のパルス幅変調信号に対して位相が反転した第2のパルス幅変調信号が出力されるパルス幅変調回路であって、
前記第1の可変電圧電源の電圧と前記第2の可変電圧電源の電圧は、前記電圧信号の振幅がゼロの場合に前記第1のパルス幅変調信号又は前記第2のパルス幅変調信号のハイレベル期間とローレベル期間が同一になるように設定されていることを特徴とするパルス幅変調回路。 A voltage-current for converting a voltage signal whose level fluctuates in a predetermined level fluctuation range into two current signals having a current value obtained by dividing a predetermined constant current value by a ratio indicating the position of the level in the level fluctuation range. A conversion circuit;
A first logic circuit that operates in an inverse relationship between an input level and an output level;
A second logic circuit having the same configuration as the first logic circuit;
The first current output from the voltage-current conversion circuit is connected between the output terminal of the second logic circuit and the input terminal of the first logic circuit, and is input to the first logic circuit. A first charge storage circuit supplied as a charging current from a connection point between
The second current output from the voltage-current conversion circuit is connected between the output terminal of the first logic circuit and the input terminal of the second logic circuit, and the input terminal of the second logic circuit. A second charge storage circuit supplied as a charging current from a connection point between
When the input level of the first logic circuit reaches a predetermined threshold level in the charging operation of the first charge storage circuit by the first current, connected to the input terminal of the first logic circuit, the first logic circuit A first discharge for connecting the input terminal of one logic circuit to a first variable voltage power supply to stop the charging operation of the first charge storage circuit and discharging the stored charge of the first charge storage circuit Circuit,
The second logic circuit is connected to the input terminal of the second logic circuit, and when the input level of the second logic circuit reaches the threshold level in the charging operation of the second charge storage circuit by the second current, the second logic circuit A second discharge circuit for connecting the input terminal of the logic circuit to a second variable voltage power supply to stop the charging operation of the second charge storage circuit and discharging the stored charge of the second charge storage circuit And a first pulse width modulation signal whose pulse width is modulated by the amplitude of the voltage signal is output from the output terminal of the first logic circuit, and the first logic circuit outputs the first pulse width modulation signal from the output terminal of the second logic circuit. A pulse width modulation circuit that outputs a second pulse width modulation signal whose phase is inverted with respect to one pulse width modulation signal;
The voltage of the first variable voltage power supply and the voltage of the second variable voltage power supply are high when the amplitude of the voltage signal is zero, when the amplitude of the first pulse width modulation signal or the second pulse width modulation signal is high. A pulse width modulation circuit, wherein the level period and the low level period are set to be the same.
前記第1の半固定抵抗器の前記分圧した電圧が出力される可動端子と前記第2の半固定抵抗器の前記分圧した電圧が出力される可動端子とは互いに逆方向に連動して同一の割合で移動可能になされ、前記第1,第2の半固定抵抗器の可動端子のいずれかの固定位置を調整することによって前記第1の可変電圧電源の電圧と前記第2の可変電圧電源の電圧とが設定されている、請求項2に記載のパルス幅変調回路。 The first variable voltage power source includes a first semi-fixed resistor that outputs a voltage obtained by dividing a predetermined power source voltage, and the second variable voltage power source is in parallel with the first semi-fixed resistor. A second semi-fixed resistor connected to output a voltage obtained by dividing the power supply voltage;
The movable terminal that outputs the divided voltage of the first semi-fixed resistor and the movable terminal that outputs the divided voltage of the second semi-fixed resistor are interlocked in opposite directions. The voltage of the first variable voltage power supply and the second variable voltage are adjusted by adjusting the fixed position of one of the movable terminals of the first and second semi-fixed resistors. The pulse width modulation circuit according to claim 2, wherein the voltage of the power supply is set.
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