JPH0221807Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （考案の分野） 本考案は、周期的信号を受けてこれを閾値と比
較しそれによつてその周期信号と同期した矩形信
号を発生するコンパレータにおいて、入力である
周期的信号と出力である矩形信号との間の位相誤
差を補償する補償装置に関する。

（考案の背景） 従来、コンパレータとしてオペアンプを使用す
ることが知られている。オペアンプは、一方の入
力端子に入力信号を受けそして他方の入力端子に
閾値信号を受け、入力信号を閾値と比較して入力
信号が閾値レベルと交差するときに状態が遷移す
るハイ及びローの２レベルの矩形信号を出力端子
に発生する。しかしながら、オペアンプは実際に
はオフセツトや不感帯更に零ドリフト等の好まし
くない動作特性を備えているため、入力信号の設
定閾値交差点と出力信号の状態遷移点とは時間的
にずれてしまい、入力信号と出力矩形信号との間
に位相誤差が生じる。特に、オペアンプをコンパ
レータとして使用するとき、飽和動作をさせるた
め、出力信号にどの程度のオフセツト又は零ドリ
フトが存在するかを発見することは困難である。
従つて、従来周知の種々のオフセツト及びドリフ
ト補償方法では完全な補償を達成することができ
ない。また、オフセツト及びドリフト特性の優れ
た高精度で高価格のオペアンプを使用する場合、
その動作速度は遅く、コンパレータ動作時には逆
に精度低下を招き、好ましくない。

（考案の目的） 本考案の目的は、コンパレータのオフセツト及
び零ドリフトを補償する補償装置を提供すること
である。

本考案の別の目的は、オフセツト又は零ドリフ
トを有するコンパレータを用いた位相信号発生器
の位相誤差を補償する補償装置を提供することで
ある。

（考案の要約） 上記目的を達成するため、周期性点対称波入力
信号を設定閾値と比較して入力信号とは同期して
はいるが位相誤差を含んでいる可能性のある矩形
波出力信号を発生する比較手段に関係して、本考
案の補償装置は、この矩形波出力信号の周期の所
定角度範囲を定めそれによつて矩形波出力の位相
誤差を含んだ制御信号を発生する積分制御手段
と、前記所定角度範囲と時間的に一致する期間だ
け前記入力信号を積分してそれによつて前記位相
誤差に関係した誤差信号を発生する積分手段と、
及び前記比較手段の入力信号と閾値との相対的レ
ベル関係を前記誤差信号に応じた量だけ変更して
入力信号と出力矩形波との間の位相誤差を補正す
る変更手段と、を備えている。尚、上記所定角度
範囲は、入力信号と出力矩形波との位相が一致し
ているとき、即ち位相誤差が零のとき、前記積分
手段の発生する前記変更信号の示す変更量が零と
なるように選択される。

（実施例の説明） 以下、図面を参照して本考案を詳細に説明す
る。

第１図は、本考案に依る位相補償装置を組込ん
だ位相信号発生装置のブロツク図である。オペア
ンプから成るコンパレータ１２は、入力端子１０
に与えられた周期性点対称波信号、例えば正弦
波、三角波等を一方の入力端子で受け、また他方
の入力端子で設定された閾値信号を受け、そして
その入力信号を設定閾値と比較して入力信号が閾
値レベルと交差するとき状態がハイレベル及びロ
ーレベルの間で遷移する矩形波出力信号を出力端
子１４に発生する。このコンパレータ１２に対し
設けられた本考案の補償装置について、その構成
の概略をまず初めに説明する。即ち、本補償装置
は、積分手段として、反転増幅器１６と、制御可
能スイツチ１８と、積分器２０と、及び基準電圧
発生器２２と、を備えている。更に、積分期間制
御手段として、PLL回路２４と、分周器２６と、
を備えている。また、変更手段として加算器３０
を備えている。

次に、本補償装置の詳細な構成及び各構成の動
作について第２図の波形図も参照して説明する。
入力端子１０とコンパレータ１２の非反転入力と
の間には加算器３０が接続されており、加算器３
０は１つの入力で入力端子１０に与えられた例え
ば正弦波の入力信号Ｓ１を受け、また別の入力で
後述する積分器２０からの信号を受け、それら信
号を加算してコンパレータ１２に与える。従つ
て、積分器２０からの信号が零ボルトの場合、入
力信号Ｓ１はそのままコンパレータに与えられ
る。コンパレータ１２の反転入力に与えられる閾
値信号が例えば零ボルトの場合、理想的にはコン
パレータ動作の実際の閾値は入力信号Ｓ１の零レ
ベルと一致する。しかしながら、コンパレータ１
２が正のオフセツトを有していると、第２図に示
すように、コンパレータの実効上の閾値レベルが
入力信号Ｓ１に対して１点鎖線で示す位置までず
れてしまう。このため、コンパレータ１２は信号
Ｓ１と一点鎖線の実効閾値との交差点で状態が変
化する矩形波出力Ｓ３を発生する。

矩形波出力Ｓ３を受けるPLL回路２４は、分
周器２６とともに位相信号発生回路を成し、矩形
波Ｓ３の立ち上がりに同期した４倍の周波数のパ
ルスＳ４を発生する。分周器２６は、このパルス
Ｓ４を４分周して夫々π／２ずつ位相のずれた４
つの位相パルス信号Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７及びＳ８を
発生する。尚、０位相パルスＳ５はPLL回路２
４に比較信号として与えられる。各位相パルス信
号は、デユーテイ比が50％であり、従つて位相パ
ルスＳ５，Ｓ６，Ｓ７及びＳ８は、矩形波Ｓ３の
周期の０〜π，π／２〜3π／２，π〜2π，3π／
２〜5π／２の角度に相当する期間を定める。

入力端子１０にはまた反転増幅器１６が接続さ
れており、この増幅器１６は入力信号Ｓ１を反転
させた正弦波信号Ｓ２を発生する。次に、制御可
能なスイツチ１８が設けられており、このスイツ
チ１８は２つの端子３２及び３４を有しており、
端子３２で反転正弦波入力信号Ｓ２を受けそして
端子３４で直接正弦波入力信号Ｓ１を受ける。ス
イツチ１８は、分周器２６のπ／２位相信号Ｓ６
によりそのスイツチ動作が制御され、信号Ｓ６が
ローレベルの時端子３４側へ切換えられて信号Ｓ
１を通し、そしてハイレベルの時端子３２側へ切
換えられて信号Ｓ２を通し、その結果、第２図に
示す如き信号Ｓ９を発生する。この制御可能なス
イツチ１８は、例えばアナログ・スイツチで実現
できる。次に、この信号Ｓ９を受ける積分器２０
は、信号Ｓ９を積分してその積分値と基準電圧発
生器２２の発生する基準電圧との差に応じた直流
誤差信号を発生し、この誤差信号を入力信号Ｓ１
に加算するために加算器３０に与える。尚、積分
器２０に接続された基準電圧発生器２２は、積分
器２０の閾値を定めて、それにより積分器２０及
び加算器３０のオフセツトを打ち消すために設け
られている。

次に、本補償装置の動作について説明する。ま
ず初めに、積分器２０の出力する誤差電圧が零ボ
ルトであり、またコンパレータ１２が第２図の一
点鎖線で示すような正のオフセツトを有すると仮
定する。このとき、入力信号Ｓ１はそのままコン
パレータ１２に与えられ、そしてコンパレータの
その正のオフセツトのため、発生される矩形波Ｓ
３は入力信号Ｓ１から位相が角度θだけ遅れる。
この矩形波Ｓ３の立ち上がり即ち前縁に位相同期
するPLL回路２４は、矩形波の位相と同期して
おり従つて入力信号Ｓ１又はその反転信号Ｓ２に
対し位相誤差θを含んだ等間隔のパルス信号Ｓ４
を発生する。分周器２６は、このパルス信号Ｓ４
を基に位相信号Ｓ５〜Ｓ８を発生するため、これ
ら位相信号が夫々表わす位相範囲もまた入力信号
Ｓ１の対応する位相範囲よりも位相がθだけ遅れ
る。従つて、分周器２６の発生する位相信号は、
位相誤差情報を含んだ位相表示信号である。

本実施例では、位相信号Ｓ６が積分期間制御信
号として選択され、スイツチ１８の制御信号とし
て使用される。この位相信号Ｓ６は、入力信号Ｓ
１及び反転入力信号Ｓ２の１周期内の（π／２＋
θ）〜（3π／２＋θ）の位相角度範囲を表わす
ものである。このπ／２位相信号Ｓ６を選択した
理由は、位相誤差θが零のとき対応する位相角度
範囲又は残りの位相角度範囲での入力信号Ｓ１及
び反転入力信号Ｓ２の夫々の積分値従つて補正用
の誤差信号を入力信号Ｓ１の振幅に無関係に零に
することができるため、並びに位相誤差θの正負
即ち位相遅れ及び位相進みに応じて上記積分値従
つて誤差信号の極性を変化させることができるた
めである。この点では、π／２位相信号Ｓ６の反
転波形の3π／２位相信号Ｓ８も積分期間制御信
号として使用できる。その場合、スイツチ１８、
積分器２０又は加算器３０のいずれかにおいて、
誤差信号の極性の反転又はこれと等価な処理を行
うことは当業者には明らかであろう。

π／２位相信号Ｓ６を受けるスイツチ１８がそ
の出力に発生する信号Ｓ９は、位相信号Ｓ６が定
めるπ／２＋θ〜3π／２＋θの期間中、端子３
２側に切換えられるため反転入力信号Ｓ２であ
り、次の期間即ち3π／２＋θ〜5π／２＋θの位
相角度期間中端子３４側に切換えられるため入力
信号Ｓ１となり、そして以降の位相信号Ｓ６が定
める期間の間それら信号Ｓ１及びＳ２が交互に現
われる。

信号Ｓ９を受ける積分器２０は、π／２＋θ〜
3π／２＋θの期間に着目した場合、π／２＋θ
〜πまでの面積ａよりもπ〜3π／２＋θまでの
面積ｂの方が大きく、その積分値は（ｂ−ａ）に
大きさが比例した正の値となる。これは、他の期
間中も同じである。従つて、積分器２０は、位相
誤差θが正の場合即ち位相遅れの場合、同じ正の
極性でかつ（ｂ−ａ）に比例した値従つてθの大
きさに関係した値の誤差信号を発生する。他方、
位相誤差θが負で位相進み（これはオフセツトが
負のとき生じる）がある場合、同じ負の極性でか
つθの大きさに関係した値の誤差信号となる。図
示例の位相遅れ即ち正のオフセツトの場合、正の
直流誤差信号が加算器３０により入力信号Ｓ１に
加算されて零レベルの下がつた信号Ｓ１０が発生
される。この零レベルの低下はコンパレータ１２
の正のオフセツトを打ち消すように作用し、それ
によつて位相誤差θを零にできる。コンパレータ
１２の負のオフセツトの場合には、上述のように
誤差信号が負となつて入力信号Ｓ１の零レベルを
上げ、それによつて負のオフセツトを打ち消して
位相誤差を零にする。

上述の実施例においては、次のような変更が可
能である。まず第１に、前述したようにπ／２位
相信号Ｓ６の代わりに3π／２位相信号Ｓ８が積
分期間制御信号として使用できる。その際の極性
の変更は上述した通りである。第２に、上記実施
例では、入力信号Ｓ１と反転入力信号Ｓ２の両方
を交互に積分しているが、入力信号Ｓ１及び反転
入力信号Ｓ２のいずれか一方のみをスイツチ１８
を介して積分器２０に入力し、信号Ｓ９をＳ１信
号成分のみあるいはＳ２信号成分のみにすること
ができる。この場合、積分値は大きさが減少する
だけであり、誤差信号は同じように作用する。第
３に、積分期間制御信号としてパルス幅πのπ／
２位相信号Ｓ６を使用しているが、この信号は言
い換えれば（π−π／２）〜（π＋π／２）の位
相角度πを中心とするパルス幅πの信号である。
重要なことは、位相誤差θが零のとき、そのパル
スの中心がπ、あるいは2π等の入力正弦波信号
の零交差位置に一致することである。従つて、パ
ルス幅は角度πを中心としてπよりも小さくある
いは大きくすることが可能である。そのようなパ
ルス幅の信号は、周知のデジタル回路技術を用い
て発生することが可能である。第４に、上記実施
例では、入力信号Ｓ１とコンパレータ１２の動作
閾値との相対的レベル関係を変更するのに、入力
信号Ｓ１に誤差信号を加算する方法を採つている
が、代わりの方法としてコンパレータ１２の反転
入力端子の設定閾値レベルを誤差信号により加算
器等を用いて変更することも可能である。

以上に説明した本考案の位相補償装置に依れ
ば、コンパレータ１２のオフセツト又は零ドリフ
トを補正して入力信号と出力信号との間の位相を
一致させることが可能である。これによつて、コ
ンパレータ１２には安価なオペアンプが使用で
き、他の構成素子も安価なものが使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に依る位相補償装置を組込ん
だ位相信号発生器のブロツク図。第２図は、第１
図のブロツク回路図の種々の点の信号波形図。 符号説明、１０……入力端子、１２……コンパ
レータ、１４……出力端子、１６……反転増幅
器、１８……スイツチ、２０……積分器、２２…
…基準電圧発生器、２４……PLL回路、２６…
…分周器、３０……加算器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 周期性点対称波入力信号を所定の閾値と比較
   して矩形波出力信号を発生するように構成され
   た比較装置に関して、該比較装置の実効閾値が
   前記所定の閾値から変動することにより生ずる
   前記入力信号と前記出力信号との間の位相誤差
   を補償する位相補償装置が、 イ 前記矩形波出力信号を受けるように接続さ
   れており、前記矩形波の各周期のπラジアン
   又は2πラジアンの位相角度を中心とする所
   定角度範囲の期間を示す期間指示信号を発生
   する積分期間制御手段と、 ロ 前記入力信号及び前記期間指示信号を受け
   るように接続されており、前記入力信号又は
   これを反転した反転入力信号を第１の信号と
   して得て該第１の信号を前記期間指示信号が
   示す期間の間積分して前記位相誤差に関係し
   た誤差信号を発生する積分手段と、 ハ 前記誤差信号を受けるように接続されてお
   り、前記誤差信号に応じて前記位相誤差が減
   少するように前記入力信号と前記所定閾値と
   の間の相対的レベル関係を変更する変更手段
   と、 から成る位相補償装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置に
   おいて、前記期間指示信号は、前記矩形波の各
   周期のπラジアン又は2πラジアンの位相角度
   の一方を中心とする所定角度幅の第１の所定角
   度範囲の期間を示す、位相補償装置。 ３ 実用新案登録請求の範囲第２項記載の装置に
   おいて、前記所定角度幅がπラジアンである、
   位相補償装置。 ４ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置に
   おいて、前記期間指示信号は、前記矩形波の各
   周期のπラジアンの位相角度及びその2πラジ
   アンの位相角度を夫々中心とする第１及び第２
   の所定角度範囲の期間を示す、位相補償装置。 ５ 実用新案登録請求の範囲第４項記載の装置に
   おいて、前記積分手段は、前記第１の信号とし
   て、前記第１の所定角度範囲の期間は前記入力
   信号及び前記反転入力信号の一方を、そして前
   記第２の所定角度範囲の期間はその他方を得
   る、位相補償装置。 ６ 実用新案登録請求の範囲第５項記載の装置に
   おいて、前記所定角度幅がπラジアンである、
   位相補償装置。 ７ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置に
   おいて、前記変更手段は、前記比較装置に入力
   する前記入力信号のレベルを変化させる、位相
   補償装置。 ８ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置に
   おいて、前記変更手段は、前記比較装置の前記
   所定閾値のレベルを変化させる、位相補償装
   置。 ９ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置に
   おいて、前記比較装置がオペアンプである、位
   相補償装置。