JPH0625783B2 - 周波数−電圧変換回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、周波数変化を電圧レベルの変化に変換し、各
種制御を行う際に用いて好適な周波数−電圧変換回路に
関する。

［背景技術］ 「ホームビデオ技術」（昭和５６年７月１日第４刷発
行、発行所日本放送出版協会、ｐ１１７〜ｐ１１９）に
は、周波数信号から台形波信号を得てＶＴＲのドラムサ
ーボを行うようにした回路技術が開示されている。上記
周波数信号から台形波信号への変換は、周波数−電圧変
換動作である。

本発明に先立ち、本発明者等が上記周波数−電圧変換動
作につき種々の技術的検討を行ったところ、台形波を得
るために複数の単安定マルチバイブレータを使用してい
ることが判明した。単安定マルチバイブレータは、時定
数を設定するためのコンデンサが必要である。従って、
例えばＶＴＲのサーボ系をＩＣ（半導体集積回路）にて
構成する場合は、コンデンサは外付け部品にしなければ
ならず、またＩＣにはそのための外部接続端子を設けな
ければならない。

このような外付け部品の増加は、半導体集積回路化した
場合に集積度が低下する一因となるばかりか、外付け部
品のための配線作業が増加するなど、種々の不都合の原
因となる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、半導体集積回路化に際して外付け部品
となるコンデンサを削除し、更には高精度な周波数−電
圧変換動作を行い得る周波数−電圧変換回路を提供する
ことにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添附図面から明らかになるであろ
う。

［発明の概要］ 本願において開示される発明の概要を説明すれば、下記
のとおりである。

すなわち、コンデンサＣ₁への充電電流の供給期間をカ
ウンタ１の出力信号によって制限するとともに、上記コ
ンデンサＣ₁の充電電位を電圧変換される周波数信号に
同期してサンプリングし、単安定マルチバイブレータ、
ひいては外付けコンデンサを用いることなく、半導体集
積回路化に好適な周波数−電圧変換回路を得るという、
本発明の目的を達成するものである。

［実施例］ 次に、本発明を適用した周波数−電圧変換回路の一実施
例を第１図及び第２図を参照して説明する。以下に述べ
る実施例はモータの回転制御装置への応用例である。な
お、第１図に示す周波数−電圧変換回路は、特に図示せ
ずとも半導体集積回路化されているものとする。

本発明の特徴は、プリセットカウンタ、スイッチングト
ランジスタＱ₁，Ｑ₂等を用いることにより単安定マルチ
バイブレータ、ひいては外付けコンデンサを不要とし
て、周波数−電圧変換動作を行うように構成したことに
ある。なお、第１図に図示したコンデンサＣ₁，Ｃ₂は、
ＩＣ内に形成可能な小容量コンデンサを用いることが可
能である。

第１図に示すプリセットカウンタ１には、パルス発生器
（図示せず）から第２図（Ａ）に示すような連続したパ
ルス信号φ₁が供給される。

プリセットカウンタ１は、サンプルパルス発生回路２か
らのプリセットパルスｖ₂′によってプリセットされ
る。プリセットカウンタ１は、カウント用パルスφ₁の
立下りによってトリガされ、パルスφ₁をカウントす
る。プリセットカウンタ１の出力は、プリセットされた
後のパルスφ₁の最初の立下りから該パルスφ₁をプリセ
ット値までカウントアップする期間（Ｔｎ）、トランジ
スタＱ₁をオンさせるようなハイレベルにされる。

一方、サンプルパルス発生回路２には、ＦＧ（周波数発
電機）３からモータ４の回転速度に対応したパルス信号
ｐが供給されるが、このパルス信号ｐは周波数−電
圧変換されるものであり、その時間幅はモータ４の回転
速度に応じて変化する。

上記サンプルパルス発生回路２は、パルス信号ｐの立
上り時に同期して第２図（Ｃ）に示すごときサンプリン
グパルスｖ₁を電子スイッチＳ₁に供給するとともに、
上記サンプリングパルスｖ₁の立下りに同期して放電
用パルス及びプリセットパルスｖ₂，ｖ₂′を形成
し、トランジスタＱ₂及び上記プリセットカウンタ１に
供給するように構成されている。

次に、第２図（Ｅ）に示す如き台形波信号ＴＡの発生動
作を述べる。

いま仮に、トランジスタＱ₁，Ｑ₂の何れもオフであると
すれば、定電流回路ＣＳ₁によって規定された電流Ｉ₀が
ダイオードＤ₁を介してコンデンサＣ₁を充電する。そし
て、周波数発電機３からのパルス信号ｐが、第２図
（Ｂ）のように立ち上がると、これに応じてサンプルパ
ルス発生器２から出力されるサンプリングパルスｖ₁
が第２図（Ｃ）のようにハイレベルにされる。

サンプルパルス発生器２からのサンプリングパルスｖ
₁は、所定時間後のｔ₁時点で再びロウレベルに戻され
る。それとともに、コンデンサＣ₁の充電電荷のリセッ
ト（放電）のためのパルスｖ₂及びプリセットカウン
タ１のプリセットのためのパルスｖ₂′が、第２図
（Ｄ）のようにハイレベルにされる。

そして、上記ｔ₁時点においてパルスｖ₂がハイレベル
にされることによりトランジスタＱ₂がオン状態にされ
る。トランジスタＱ₂がオンになると、コンデンサＣ₁の
放電が行われることになり、その電位は第２図（Ｅ）に
示すように急激に低下する。

一方、パルスｖ₂，ｖ₂′は、第２図（Ｄ）のように
時刻ｔ₁から所定時間後の時刻ｔ₂において、ハイレベル
からロウレベルに戻される。従って、ｔ₂時点でトラン
ジスタＱ₁，Ｑ₂の何れもがオフ状態になるのでコンデン
サＣ₁の充電が行われ、その電位がＶ₁まで上昇する。

ところで、カウンタ１は、上記回路動作が行われた後、
最初のパルス信号φｎの立下りエッジ（ｔ₃時点）から
ｎ個（プリセット値）のパルスを計数する。ｔ₃時点以
降はトランジスタＱ₁は、パルスφ₁によってプリセット
カウンタ１がカウントアップするまでオン状態になる。

トランジスタＱ₁がオン状態になると、これによってダ
イオードＤ₁は、そのアノード（第１接続点）がほぼ０
ボルトのようなロウレベルになり、かつそのカソード
（第２接続点）が上記コンデンサＣ₁の充電電圧によっ
て正にされているので、逆バイアス状態（オフ状態）に
される。このようにして、電流Ｉ₀がコンデンサＣ₁に流
れ込まず、しかもダイオードＤ₁によって逆流が防止さ
れるので、第２接続点に表われる台形波信号ＴAの電圧
レベルはＶ₁に保持される。そして、カウンタ１は予め
設定されたｎ個のパルスを計数し、トランジスタＱ₁を
再びオフとする。

この結果、ｔ₃時点からＴｎ時間後にコンデンサＣ₁の充
電が再開され、コンデンサＣ₁の電位が再び上昇する。

周波数発電機３からのパルス信号ｐが、第２図（Ｂ）
のように一旦ロウレベルに戻された後、再びハイレベル
にされると、これに応じてサンプリングパルスｖ₁が
第２図（Ｃ）のように再びハイレベルに立ち上げられ
る。このようにして、サンプリングパルスｖ₁が表わ
れると、その立上り期間においてサンプリング用スイッ
チＳ₁がオン状態にされ、コンデンサＣ₁の充電電圧がコ
ンデンサＣ₂に供給されて台形波信号ＴAのレベル値がコ
ンデンサＣ₂に保持される。すなわちＴａ期間において
台形波信号ＴAがサンプルホールドされる。その結果、
バツファアンプＡ₁を介してモータ４の回転速度制御が
行われる。

以上の説明から明らかなようにコンデンサＣ₁は、その
充電電荷が放電されたｔ₂時点でトランジスタＱ₂がオフ
とされることによって充電が開始され、プリセットカウ
ンタ１の出力によってその充電が一旦停止された後、周
波数発電機３からの次周期のパルス信号ｐによってサ
ンプリングパルスｖ₁が再びハイレベルにされその後
ロウレベルにされるとともに、放電用パルスｖ₂及び
プリセットパルスｖ₂′がハイレベルにされるまで充
電される。

従って、周波数発電機３からの出力パルスｐの１周期
内でのコンデンサＣ₁の電流Ｉ₀による充電期間は、かか
る出力パルスｐの周期と対応される。出力パルスｐ
の周期が長い場合、すなわちモータ４の回転速度が小さ
い場合、それに応じてコンデンサＣ₁の充電時間が長く
なり、サンプリングによってコンデンサＣ₂に与えられ
る電圧が大きくされ、その結果、モータ４の駆動電圧が
増大される。すなわち、モータ４の回転速度が大きくな
るように制御される。

ここで、注目すべきは、コンデンサＣ₁の充電が一旦中
断され、Ｔｎ期間をおいて先の充電電圧Ｖ₁に重畳して
充電が行われるので、量子化誤差（カウンタ１が動作し
てから第１番目のパルスφｎを計数するまでの時間）が
表われないことである。

すなわち、周波数発電機３からの出力されるパルスｐ
の周期は、モータ４の回転速度によって決まるものであ
り、プリセットカウンタ１に供給されるパルスφ₁とは
独立のものである。

言い換えると、パルスｐとφ₁とは、任意の位相をと
るものである。そのため、パルスｐに基づいて一旦ハ
イレベルにされたパルスｖ₂がｔ₂時点でロウレベルに
され、コンデンサＣ₁の充電が開始されてから、パルス
φｎが発生されるまでの時間は、パルスｐとφ₁との
位相に応じて変動することとなる。しかるに、実施例の
ように動作する場合は、パルスφｎのタイミング変化に
応じてＴｎ期間後の充電再開タイミングが変化すること
となるので、パルスｐの１周期でのコンデンサＣ₁の
トータルの充電期間は、パルスｐとφ₁との位相差に
関係しなくなる。

例えば、ｔ₃時点が遅れた場合を想定すると、上記電圧
Ｖ₁は第２図（Ｅ）に仮想線で示す電圧Ｖ₂に上昇し、電
圧Ｖ₂に重畳してＴｎ時間後の充電が行われることにな
る。また、コンデンサＣ₁の放電が完全に行われた後に
上記二段階の充電動作が行われるので、変換利得（角度
θに相当）が高くなるという利点がある。

以上のごとく構成された周波数−電圧変換回路によれ
ば、量子化誤差を低減した周波数−電圧変換を行うこと
ができるので、モータの回転速度が極めて正確に行われ
る。

［効果］ （１）周波数−電圧変換を行うためのコンデンサの充放
電をカウンタの計数値によって行うようにしたので、単
安定マルチバイブレータが不要になり、ＩＣ化に際して
外付け部品となるコンデンサ、外部接続端子等を削減す
ることができるという効果が得られる。

（２）上記効果により、周波数−電圧変換回路における
量子化誤差を低減することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、トランジスタＱ₁，Ｑ₂はもとより、カウンタ
１、サンプルパルス発生回路２等をバイポーラ・トラン
ジスタでなくＭＯＳＦＥＴにて構成してもよい。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるモータの回転速度制
御に適用したものについて説明したが、この発明はそれ
に限定されるものでない。

本発明は少なくとも、周波数変化を電圧変化に変換する
場合に、周波数信号の発生源の如何にかかわらず利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した周波数−電圧変換回路の一実
施例を示す回路図、 第２図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、第１図の回
路動作を説明するための波形図である。 １…プリセットカウンタ、２…サンプルパルス発生器、
３…周波数発電機、４…モータ、Ｓ₁…スイッチ、
ｖ₁，ｖ₂，ｖ₂′…パルス信号、ＴA…台形波信号、
φ₁…パルス信号、Ｖ₁，Ｖ₂…電圧レベル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数電圧変換されるパルス信号（ｐ）
   を受けてこれと同期したサンプリング用の第１パルス信
   号（ｖ₁）を形成するとともに上記第１パルス信号に
   続いて互いに同一のタイミングで変化する第２パルス信
   号（ｖ₂）と第３パルス信号（ｖ₂′）を形成するサ
   ンプルパルス発生器と、 電源と第１接続点との間に設けられた電流源と、 第２接続点と回路の基準電位点との間に設けられた第１
   コンデンサ（Ｃ₁）と、 上記電流源の電流を上記第１コンデンサに供給する方向
   をもって上記第１接続点と第２接続点との間に設けられ
   た逆流防止用ダイオードと、 上記第１接続点と回路の基準電位点との間に設けられた
   第１スイッチ手段（Ｑ₁）と、 上記第３パルス信号（ｖ₂′）によってプリセットさ
   れ、かつカウント用の連続パルス信号（φ₁）に応答し
   てかかるプリセット後の所定の期間にわたり上記第１ス
   イッチ手段をオン状態にせしめる出力を形成するプリセ
   ットカウンタと、 上記第２接続点と回路の基準電位点との間に設けられ上
   記第２パルス信号（ｖ₂）によってオン状態とされる
   ことによって上記第１コンデンサを放電させる第２スイ
   ッチ手段（Ｑ₂）と、 第３接続点と回路の基準電位点との間に設けられた第２
   コンデンサ（Ｃ₂）と、 上記第２接続点と第３接続点との間に設けられ上記第１
   パルス信号（ｖ₁）によってオン状態とされて上記第
   １コンデンサの電圧を上記第２コンデンサに供給させる
   サンプリング用のスイッチ手段（Ｓ₁）と、 を備えてなることを特徴とする周波数−電圧変換回路。