JPS6046885B2 - 位相検波方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は２つの入力信号の位相差を検出し、その位相
差に比例した出力信号を瞬時に発生できるようにした位
相検波方式に関する。

従来、２つの入力信号の位相差を検出し、その位相差に
比例した出力電圧を発生させる位相検波方式として、例
えば第１図に示すようなものが使用されている。

すなわち、第１図ａに示すような入力信号Ａと第１図ｂ
に示すような入力信号Ｂとの位相検波を行なうには、ま
ず入力信号Ａと入力信号Ｂとをそれぞれゼロ・クロツシ
ングデテクタによつて第１図Ｃ，ｄに示すような方形波
出力Ａ″、方形波出力Ｂ″に変換する。

次に、上図のような変換された方形波出力Ａ″と方形波
出力Ｂ″とを用いて論理積回路ＡＮＤｌ論理回路０Ｒ１
一致ゲートＩｘ−０Ｒ、不一致ゲートＥｘ−０Ｒなどに
より論理処理を行ない、それぞれ第１図ｅ−ｈに示すよ
うなＡＮＤ出力、０Ｒ出力、Ｉｘ−０Ｒ出力、Ｅｘ−０
Ｒ出力を得ることによつノて、上記入力信号Ａと入力信
号Ｂとの位相差をデューティ比に変換する。

このようにして変換された上記第１図ｅ−ｈの出力信号
の内いずれかを、低域フィルタ（またはループフィルタ
）を用いて平滑化すれば、入力信２号Ａ（！：．Ｂとの
位相差に比例した電圧出力が得られることになる。

なお、上記２つの信号の内一方の入力信号に対する他方
の入力信号の位相が進み位相か遅れ位相かは他の回路に
よつて判定しなければならない。

３このような位相の進み、遅れの弁別は、例えばエッジ
・トリガードＤ−フリップ・フロップを用いることによ
つて簡単になし得る。

第２図は第１図に示した位相検波方式に用いる位相検波
回路のブロック図を示すもので、上記の３説明のように
入力信号Ａと入力信号Ｂとをそれぞれゼロ・クロツシン
グデテクタＡとゼロ●クロツシングデテクタＢとによつ
て方形波に変換した後、論理回路Ｌによつて論理処理を
行ない、低域フィルタ（またはループフィルタ）ＬＰＦ
を通して４′出力を取り出すものである。

この場合、論理回路ＬとしてはＡＮＤ，ＯＲ，Ｉｘ−０
Ｒ，Ｅｘ−０Ｒの内の一つを用いればよく、どのような
論理回路を用いるかによつて位相差と出力の平均電圧と
の特性が異なるのであるが、いずれの論理回路を用いて
も位相検波が可能である。ところが、上述したような従
来のデジタル回路による位相検波方式においては次のよ
うな欠点がある。

（イ）入力信号が１周期経過しないと位相差が判定でき
ない。

（口）デジタル信号を扱うので入力のアナログ信号をデ
ジタル信号に変換しなければならない。

（ハ）位相差を電圧に変換する時ローパスフィルタを通
して検出するが、初期状態から正確な出力電圧を得ると
き、フィルタの時定数に応じた時間を必要とする。（ニ
）上記（ハ）に記載したようなフィルタの時定数に基づ
く時間遅れによる欠点を改善するために、位相差に相当
するパルス幅をカウントしてそのカウント数をレジスタ
にセットしＤＡ変換器を通して出力する手段もあるが、
装置が複雑となる欠点がある。

（ホ）入力信号の周波数が大きく変化したときフィルタ
の時定数を変化しなければならない。

この発明の上記のような従来の欠点を改善したもので、
２つの入力信号の位相差に比例した出力電圧を時間的な
遅れなしに発生できるようにすると共に、レンジの切換
なしに広帯域の入力信号について位相検波を可能とした
位相検波方式を提供するものである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

（１）位相検波に用いる入力信号、その他の信号波形の
説明この発明の実施例において用いる各信号を説明の便
宜上次のとおり略称する。

ＲＥＦ：基準信号となる入力信号で第３図に実線で示す
ように三角波を用いる。

またこのＲＥＦ波のピークピーク（ＰｅａｋｔＯｐｅａ
ｋ）値を１ＲＥＦＩｍａｘとする。

ＲＣＭＰ：第３図に破線で示すように基準信号ＲＥＦと
の和が常に基準信号ＲＥＦのピークピーク値に等くなる
ような信号であり、基準信号ＲＥＦから作るもので、補
信号と称す。

従って、ＲＥＦ＋ＲＣＭＰ＝１ＲＥＦ１ｍａｘが成立す
る。ＲＩＮＶ：第４図に破線で示すように基準信号ＲＥ
Ｆを零レベル（又は最低ピークレベル）を基準として反
転した信号であり次式が成立する。

ＦＢｐ：第５図に一点鎖線で示すように基準信号．ＲＥ
Ｆに対して位相進みの入力信号であり、基準信号ＲＥＦ
と同じように三角波でその振幅と周波数が共に基準信号
ＲＥＦと同等である。

従つて、入力信号ＦＢＦ，のピークピーク値を！ＦＢ，
ｌｍａｘとすると、１ＦＢｐ１ｍａｘ＝１ＲＥＦ１ｍａ
ｘが成立する。ＦＢｐＳＨＦ：第５図に破線で示すよう
に、位相進みの入力信号ＦＢｐをそのピークピーク値分
だけ負側へシフトした信号であり、次式が成立する。

ＦＢＬ．：第６図に二点鎖線で示すように基準信号ＲＥ
Ｆに対して位相遅れの入力信号であり、基準信号ＲＥＦ
と同じ三角波でその振幅と周波数が共に基準信号ＲＥＦ
と同等である。

従；つて、入力信号ＦＢＬ．のピークピーク値を！ＦＢ
Ｌ．Ｉｍａｘとすると１ＦＢＬ，１ｍａｘ＝１ＲＥＦ１
ｍａｘが成立する。ＦＢＬ．ＳＨＦ：第６図に破線で示
すように、位相遅れの入力信号ＦＢＬ．をそのピークピ
ーク値分だ；け負側へシフトした信号であり、次式が成
立する。

ＦＢ：ＦＢｐ，ＦＢしのように基準信号ＲＥＦと比較す
る入力信号を総括的に表現したシフト信．号。

ＦＢＳＨＦ：ＦＢｐＳＨＦとＦＢＬＳＨＦを総括的に表
現したシフト信号。

（２）位相検波における基本機能の説明 位相検波は２つ以上の入力信号を比較し、そ−の位相差
に比例した出力電圧を発生させるものてあり、この発明
の実施例においては上記のような基準となる入力信号Ｒ
ＥＦと入力信号ＦＢとを比較し、その位相差に比例した
出力電圧■（電流に変換してもよい）を発生させるもの
である。

今、基準信号ＲＥＦの位相をＰｈａｓｅＲＥＦｌ入力信
号ＦＢの位相をＰｈａｓｅＦＢと表現し、出力電圧をＶ
１比例定数をＫ〔■Ｉｒａｄ〕あるいはＫＣＡＩｒａｄ
〕とすれば次式が成立する。

すなわち、第７図は上記（イ）式をグラフによつて表現
したものであり、横軸に位相差をとり縦軸に電圧をとる
ことにより、位相差によつて出力電圧が変化する状態を
示したものである。この発明による位相検波方式におい
ては、上記（イ）式及び第７図のグラフに示したような
出力電圧■（但し位相の進みか遅れかを検出する必要が
ない場合は出力電圧の正負を問題にする必要がない）が
得られるようにするものである（ただし位相差が一πか
らπまでの間に限る）。

′，）この発明による位相検波方式の原理（４）入力信
号波形の立上り部、立下り部の判定法の例位相検波を行
なうために、まず、入力信号ＦＢが立上り部にあるのか
、立下り部にあるのかを常に判定できるようにしなけれ
ばならない。

そのために、第８図に破線で示すように入力信号ＦＢに
対してπ／２だけ進み位相で、かつ零レベル（基準レベ
ル）に対して正負対称となる波形を有する信号ＦＢπ／
２を導入する。このＦＢπ／２信号を用いれば、第８図
から明らかなように時刻１からＴ２の間においては入力
信号ＦＢが立上り部にあり、この期間においてＦＢπ／
２信号は正である。

また、時刻ちからＴ３の期間においては入力信号ＦＢが
立下り部にあり、この期間においてＦＢ？ｒ／２信号は
負である。したがつて、ＦＢπ／２信号が正か負かを判
定すれば入力信号ＦＢが立上り部にあるか立下り部にあ
るかを判定できることになる。

すなわち、入力信号ＦＢの立上り部（例えば時刻ちから
Ｔ２の間）をＦＢ（Ｒ）、入力信号ＦＢの立下り部（例
えば時刻Ｔ２からＴ３の間）をＦＢ（Ｆ）と表現すれば
次の関係が成り立つ。

なお、ＦＢπ／２信号はＦＢ信号よりπ／２だけ位相の
遅れた信号としてもよいが、この場合には上記の符号に
よる判定は逆の関係になる。また、基準信号ＲＥＦにつ
いても同様にして立上り部と立下り部の判定を行なう必
要があるけれども、ＲＥＦ信号は基準となる入力信号な
ので前以つてわかつていることにして取り扱うことにす
る。

そして、信号ＲＥＦについても第９図に示すように、立
上り部をＲＥＦ（Ｒ）とし、立下り部をＲＥＦ（Ｆ）と
して表わす。

（Ｂ）位相差の判定 （１）ＲＥＦ（Ｒ），ＦＢ（Ｒ）の場合 基準信号ＲＥＦ及び入力信号ＦＢが共に立上り部にあ
る時は、第１０図の左側に示すように、入力信号ＦＢが
進み位相である ＦＢｐ信号ならば期間Ｔ１において、また入力信号ＦＢ
が遅れ位相であるＦＢＬ．信号ならば期間Ｔ２において
基準信号ＲＥＦと位相比一較を行なう。

ここで、信号ＦＢ及びＲＥＦの検出時点における信号
レベルを夫々ＦＢ，ＲＥＦとすれば、第１０図から明ら
か７ようにＦＢ−ＲＥＦ〈０ならは信号ＦＢは基準信号
ＲＥＦに２対して遅れ位相の信号ＦＢＬであり、ＦＢ−
ＲＥＦ〉０ならば基準信号ＲＥＦに対して進み位相の信
号ＦＢＦ，であることが判定できる。

なお、ＦＢ−ＲＥＦ＝０ならばＦＢとＲＥＦとは同期で
あるがこの場合は考慮し２ないことにする。

そして、ＲＥＦ（Ｒ），ＦＢ（Ｒ）においては信号Ｆ
Ｂ．５ＲＥＦとは位相の進み、遅れと関係なく平行な直
線となるので、信号ＦＢ．ｌ５ＲＥＦとの位相差は両信
号の差に比例３することになる。

ここで、比例定数をＫ″（Ｋ″〉０）とすれは次式が
成立する。

この式を変形すれば出力電圧■は次のようになる。

（■）ＲＥＦ（Ｆ），ＦＢ（Ｆ）の場合 基準信号ＲＥＦ及び入力信号ＦＢが共に立下り部にある
時は、第１０図の右側に示すように、信号ＦＢが進み位
相であるＦＢｐ信号ならば期間Ｔ３において、また信号
ＦＢが遅れ位相であるＦＢｌ．信号であれば期間Ｔ４に
おいて位相比較を行う。

第１０図から明らかなように、ＦＢ一 ＲＥＦ〉０ならば信号ＦＢは遅れ位相であり、またＦＢ
−ＲＥＦく０ならば信号ＦＢは進み位相となる。

そして、位相差は前述の場合と符号は逆 になるが、やはり両信号の差に比例することになる。

ここで、進み位相のとき出力電圧Ｖを正とするならば、 となる。

よつて、出力電圧Ｖは次式によつて求められる。

（■）ＲＥＦ（Ｒ），ＦＢ（Ｆ）の場合 基準信号ＲＥＦが立上り部にあり入力信 号ＦＢが立上り部にある時は、入力信号ＦＢを基準信号
ＲＥＦに対して直接比較することができないため、信号
ＲＣＭＰ， ＦＢＳＨＦ，ＲＩＮＶを用いる（以下の式中ＲＣＭＰ，
ＦＢＳ８，ＲＩＮＶは夫々各信号の検出時点における信
号レベルを意味するものとする）。

第１１図から明らかなように、ＲＥＦ （Ｒ），ＦＢ（Ｆ）の場合（期間Ｔ１及びＴ２）は信号
ＦＢ（！：．ＲＣＭＰとが平行線となつているため、こ
の２つの信号の差を求めることによつてＦＢが進み位相
か遅れ位相かが判別できる。

すなわち、ＦＢ−ＲＣＭＰ〉０ならば位相進みの入力信
号ＦＢｐであり、ＦＢ−ＲＣＭＰ＜Ｏならば位相遅れの
入力信号ＦＢＬ．である。

次に、信号ＲＥＦ．ｌ５ＦＢとの位相差は次のようにし
て求めることができる。

（イ）ＦＢ−ＲＣＭＰ〉０のとき 第１１図の期間Ｔ２において位相差を 求めることになるが、ＦＢｐ（５ＲＥＦとは直接比較が
できないため信号ＲＣＭＰとＦＢｐＳＨＦとを比較して
求める。

第１１図から明らかなように、信号ＲＣＭＰとＦＢＦ，
ＳＨＦとは期間Ｔ２において平行線となつており、両者
の信号レベルの差は信号ＲＥＦ（５ＦＢｐとの位相差に
比例している。

すなわち、ＰｈａｓｅＦＢ−ＰｈａｓｅＲＥＦ＝Ｋ″（
ＲＣＭＰ−ＦＢＳＨＦ）＝Ｋ″Ｖとなる。従つてこの式
を変形すれば、出力電圧Ｖは次式により求められる。

ただし、この場合はＲＣＭＰは正の値、ＪＦＩ３ＳＨ
Ｆは負の値であるから出力電圧■は正となり、位相進み
の大きさを表わすことになる。

（ロ）ＦＢ−ＲＣＭＩ）〈０のとき 第１１図の期間Ｔ１において位相差を 求めることになるが、この場合もＦＢＬ．とＲＥＦとは
直接比較ができないため、信号ＦＢＩ：．ＲＩＮＶとを
用いる。

第１１図から明らかなように信号ＦＢＬＩ：．ＲＩＮＶ
とは期間Ｔ１において平行線となつており、両Ｊ者の信
号レベルの差は信号ＲＥＦ（５ＦＢＬとの位相差に比例
している。

ここで、進み位相のとき出力電圧ｖを正とすれは、 ＰｈａｓｅＦ蟲−ＰｈａｓｅＲＥＦ＝Ｋ″（ＲＩＮＶ−
ＦＢ）＝Ｋ″Ｖとなる。

よつて、出力電圧，■は次式により求められる。 ただ
し、この場合はＲＩＮＶは負の値、ＦＢは正の値である
から出力電圧■は負 となり、位相遅れの大きさを表わすこと になる。

また、ＲＩＮＶ＝ーＲＥＦであるから、Ｖ＝（−ＲＥＦ
）＋（−ＦＢ）によつて求めても同じことになる。

（■）ＲＥＦ（Ｆ），ＦＢ（Ｒ）の場合 基準信号ＲＥＦが立下り部にあり入力信 号ＦＢが立上り部にある時も、基準信号 ＲＥＦに対して入力信号ＦＢを直接比較することができ
ないため信号ＲＣＭＰを用いる。

第１２図から明らかなように、ＲＥＦ（Ｆ），ＦＢ（Ｒ
）の場合（期間Ｔ１及びＴ２）は信号ＦＢとＲＣＭＰと
は平行線となるため、この２つの信号の差を求めること
によつてＦＢが進み位相か遅れ位相かを判別でき る。

すなわち、ＦＢ−ＲＣＭＰ〉０ならばＦＢＬ，であり、
ＦＢ−ＲＣＭＰ〈０ならば下Ｂ，となる。

次に、信号ＲＥＦとＦＢとの位相差は次のようにして求
められる。

（イ）ＦＢ−ＲＣＭＰ〉０のとき 第１２図の期間Ｔ１において位相差を 求めることになるが、ＦＢＬ．とＲＥＦとはそのまま比
較ができないため、信号ＲＣＭＰとＦＢＬＳＬＨとの比
較をして位相差を求める。

第１２図から明らかなように、信号ＲＣＭＰとＦＢＬＳ
ＨＦとは期間Ｔ１において平行線となつており、両者の
信号レベルの差は信号ＲＥＦとＦＢＬ．との位相差に比
例している。

すなわち、となり、位相進みのときの出力電圧Ｖを 正としているのでモ？式は、 一ーー、 となる。

ただし、この場合ＦＢＳＨＦ′は負の値、ＲＣＭＰは正
の値であるから、出力電圧■は負の値となり、位相遅れ
の大き さを表わすことになる。

（口）ＦＢ−ＲＣＭＰ〈０のとき 第１２図の期間Ｔ２において位相差を 求めることになるが、この場合もＦＢｐとＲＥＦとは直
接比較ができないので、信 号ｐ（５ＲＩＮ■との比較によつて位相差を求める。

この信号ＦＢＦ．とＲＩＮＶとは期間Ｔ１において平行
線となつており、両者の信号レベルの差は信号ＦＢｐ（
５ＲＥＦとの位相差に比例している。

すなわち、ＰｈａｓｅＦＢ−ＰｈａｓｅＲＥＦ＝Ｋ″
（ＦＢ−ＲＩＮ■）＝Ｋ″Ｖとなり、この式を変形する
と出力電圧Ｖは次のようにして求められる。

この場合は、ＦＢが正の値、ＲＩＮＶが負の値であるか
ら、出力電圧■は正の値と なり、位相進みの大きさを表わすことに ＫＡ一寸≠−Ｒ囚Ｖ＝ーＲＥＦであるか ら、■＝ＦＢ＋ＲＥＦによつて出力電圧Ｖ を求
めても同じことになる。

Ｃ この発明による位相検波方式の原理のまとめ この
発明による位相検波方式は、以上説明したような原理に
よつて入力信号ＦＢと基準信号ＲＥＦとの位相検波を行
なつて、出力電圧■を得るものであるが、出力電圧■を
得るための演算を符号化してまとめたものを第１３図に
示す。

第１３図において、ＦＢ（Ｒ），ＲＥＦ（Ｒ）をそれ
ぞれ「１」と表示し、ＦＢ（Ｆ），ＲＥＦ（Ｆ）をそれ
ぞれ「０」と表示し、ＦＢ−ＲＣＭＰが正の場合を「１
上負の場合を「０」、正負を問わない場合を「×」と表
示している。

また出力電圧Ｖを求める演算式の欄における「１」「−
１」は各信号に付す符号を示す。例えば、第１行目はＲ
ＥＦ（Ｒ），ＦＢ（Ｒ）の場合にはＦＢ−ＲＥＦの演算
を行なえば出力電圧■が求められることを表示するもの
である。同様にして、例えば第３行目はＲＥＦ（Ｒ），
ＦＢ（Ｆ）であつてＦＢ−ＲＣＭＰ＞０の場合にはＶ＝
ＲＣＭＰ−ＦＢＳＨＦの演算を行なうことを表示するも
のである。 なお、位相の進み遅れを考慮する必要がな
，い時は出力電圧■の極性を考慮する必要がないので、
出力電圧を求める演算式を求める演算式の欄に「１」又
は「−１」が記されている２つの信号の単に差を求めれ
ばよいことになる。

また、ＲＩＮＶの代りに−ＲＥＦを用いてもよく、そ
の場合にはＲＥＦの欄に（ ）付で示されているように
してＦＢとの演算を行えばよい（以下の実施例において
はそのようにして演算を行つている）。

（４）位相差検出器の具体例の説明 第１３図に基づいて位相検波を行う位相差検出器の１例
を第１４図に示し、その各部の信号波形を第１５図に示
す。

第１４図において、加算器１は端子１０に印つ加される
入力信号ＦＢと零電圧または電源Ｅ１の電圧（１ＦＢＩ
ｍａｘに等しく設定される）とを入力信号として演算を
行ない、信号ＦＢまたはそのシフト信号ＦＢＳＨＦ′を
出力するものである。

ＳＷ４は判定回路９からの出力信号δによつて切り換え
制御されるスイッチで、δが゜゜０゛の時Ｓ。側へ切り
換わり、δが“１゛のときはＳ１側へ切り換わる。正反
転増幅器２は加算器１の出力を入力信号とし、スイッチ
ＳＷｌによつて切り換え制御することにより正転または
反転して出力するものである。

このスイッチＳＷｌは判定回路９からの出力信号αによ
つてオン・オフ制御されるもので、αが゛１゛のとき正
反転増幅器２を正転増幅器として作動させ、αが“゜０
゛のとき反転増幅器として作動させる。補信号発生器５
は端子１１に印加される基準信号ＲＥＦと電源Ｅ２の電
圧（ＩＲＥＦｌｍａｘに等しく設定される）とを入力信
号として演算を行ない、第１５図へに示すような補信号
ＲＣＭＰを発生させるものである。

正反転増幅器４はスイッチＳＷ２の切り換え動作によつ
て正転増幅器または反転増幅器として作動するものであ
る。

このスイッチＳＷ２は判定回路からの出力信号βによつ
てオン・オフ制御されるもので、βが゜゜１゛のとき正
反転増幅器４を正転増幅器として作動させ、βが“０゛
のとき反転増幅器として作動させる。スイッチＳＷ３は
判定回路９からの出力信号γによつて切り換え制御され
るもので、γが゛０゛のときＳ１側へ切り換えられる。

従つて、正反転増幅器４の入力はγが“゜１゛のときは
補信号ＲＣＭＰとなり、γが゜“０゛のときは基準信号
ＲＥＦとなる。減算器６は信号ＦＢと補信号ＲＣＭＰと
を入力信号とし、Ｄ＝ＦＢ−ＲＣＭＰの演算を行ない、
第１５図卜に示すような出力信号Ｄを出力するものであ
る。コンパレータ７は上記出力信号Ｄを入力信号とし、
Ｄが正か負かを判別して第１５図チに示すような出力信
号ｃを出力するものでＤ〉０ならばｃ＝“１−Ｄく０な
らばｃ＝゛０゛なる出力を出すものてある。

コンパレータ８は、端子１２に印加されるＦＢπ／２信
号が正か負かを判別することにより、入力信号ＦＢが立
上り部にあるか立下り部にあるかを判別するもので、そ
の出力信号ｂは第１５図二に示すようにＦＢｊ／２〉０
すなわち、ＦＢ（Ｒ）ならばｂ＝“１゛とし、ＦＢπ／
２〈０すなわちＦＢ（Ｆ）ならばｂ＝゜゛０゛とするも
のである。

１３は第１５図イに示すような基準信号 ＲＥＦの立上り、立下り情報信号ａが入力されｂる端子
で、第１５図ホに示すようにＲＥＦ（Ｒ）ならばａ＝゜
“１゛、ＲＥＦ（Ｆ）ならばａ＝４６０９９となる。

加算器３は正反転増幅器２の出力信号と正反転増幅器４
の出力信号とを入力信号として演算１・を行ない、信号
ＦＢとＲＥＦとの位相差に比例した出力電圧Ｖを出力端
子１４に出力するものである。

判定回路９は第１５図二，ホ，チに示すような信号Ａ，
ｂ，ｃを入力信号として、次の論理１式（ただし、１は
排他的論理和） に基づいて論理演算を行ない、出力信号α，β，γ，δ
を出力する論理回路からなり、その詳細は後述する。

第１６図は、上記のような判定回路９における入力信号
Ａ，ｂ，ｃと出力信号α，β，γ，７δとの関係を表に
まとめたものである。

次に第１３，１６図の表に基づいて、第１４図に示した
位相差検出器の作用について説明する。

（１）ＦＢ（Ｒ），ＲＥＦ（Ｒ）の場合 この場合はａ＝１、ｂ＝１であるから、α＝１、β＝γ
＝δ＝０となり、δ＝０のため加算器１の出力はＦＢと
なつて、正反転増幅器２へＦＢを入力する。

正反転増幅器２はα＝１であるから、正反転増幅器とし
て作動す！るため、その出力にはＦＢが出て加算器３の
一方の入力端子へ入力する。また、γ＝０であるから正
反転増幅器４はＲＥＦが入力されるが、β＝０であるた
め正反転増幅器４は反転増幅器として作動するため、そ
の出力には・−ＲＥＦが出て加算器３の他方の入力とな
る。

したがつて、加算器３において上記２つの入力信号の加
算が行われるため、その出力信号Ｖは、■＝ＦＢ−ＲＥ
Ｆとなる。■）ＦＢ（Ｆ），ＲＥＦ（Ｆ）の場合 この場合は、ａ＝ｂ＝０であるから、β＝１、α＝γ＝
δ＝０となり、δ＝０のため加算器１の出力はＦＢとな
つて正反転増幅器２へＦＢが入力される。

この時α＝０であるから正反転増幅器２は反転増幅器と
して作動するため、上乱ヂＢは反転増幅されて−ＦＢと
なり、加算器３の一方の入力として印加される。

また、γ＝０であるから正反転増幅器４へはＲＥＦが入
力されるが、β＝１であるため正反転増幅器４は正転増
幅器として作動し、ＲＥＦを加算器３の他方の入力とし
て印加する。

したがつて、加算器３において上記２つの入力信号の加
算が行なわれるため、その出力電圧■は、Ｖ＝ＲＥＦ−
ＦＢとなる。■）ＦＢ（Ｆ），ＲＥＦ（Ｒ），ＦＢ−Ｒ
ＣｒｌＶ４Ｐ＞Ｏの場合この場合はａ＝ｃ＝１、ｂ＝０
であるからα＝０、β＝γ＝δ＝１となり、δ＝１のた
め加算器１の出力はＦＢＳＨＦとなつて正反転増幅器２
に入力される。

この時α＝０であるから正反転増幅器２は反転増幅器と
して作動するため、上記ＦＢＳＨＦは反転され−ＦＢＳ
ｌｌＦ′となつて加算器３の一方の入力となる。また、
γ＝１であるから正反転増幅器４へはＲＣＭＰが入力さ
れ、β＝１であるからＲＣＭＰがそのまま加算器３の他
方の入力となる。

したがつて、加算器３によつて上記２つの入力信号が加
算されるので、その出力電圧Ｖは、■＝ＲＣＭＰ−ＦＢ
Ｓ８となる。■）ＦＢ（Ｆ），ＲＥＦ（Ｒ），ＦＢ−Ｒ
ＣＭＰ＜Ｏの場合この場合は、ａ＝１、ｂ＝ｃ＝０であ
るから、α＝β＝γ＝δ＝０となり、δ＝０のため加算
器１の出力はＦＢとなつて正反転増幅器２に入力される
。

この時α＝０であるから、ＦＢは反転されて−ＦＢが加
算器３の一方の入力となる。

また、γ＝０であるから正反転増幅器４にはＲＥＦが入
力され、β＝０であることによりこのＲＥＦが反転され
て−ＲＥＦとなつて加算器３の他方の入力として印加さ
れる。

したがつて、加算器３の出力電圧■は、Ｖ＝（−ＦＢ）
＋（−ＲＥＦ）となる。（■）ＦＢ（Ｒ），ＲＥＦ（Ｆ
），ＦＢ−ＲＣＭＰ〉０の場合 この場合は、ａ＝０、
ｂ＝ｃ＝１であるから、β＝０、α＝γ＝δ＝１となり
、δ＝１のため加算器１の出力はＦＢＳＨＦとなる。

この時α＝１なので正反転増幅器２は正転増幅器として
作動するため、加算器３の一方の入力端子にはＦＢＳＨ
Ｆが入力される。またγ＝１であるから正反転増幅器４
にはＲＣＭＰが入力される。この時β＝０であるから、
このＲＣＭＰが反転されて−ＲＣＭＰが加算器３の他方
の入力として印加される。

したがつて、加算器３の出力電圧■は、 ■＝ＦＢＳＨ
Ｆ−ＲＣＭＰとなる。

（■）ＦＢ（Ｒ），ＲＥＦ（Ｆ），ＦＢ−ＲＣＭＰ＜Ｏ
の場合 この場合は、ａ＝ｃ＝０、ｂ＝１であるから、
α＝β＝１、γ＝δ＝０となり、δ＝０であるため加算
器１の出力はＦＢとなつて正反転増幅器２に入力される
。

この時α＝１のため、正反転増幅器２は正転増幅器とし
て作動するため、加算器３の一方の入力端子にはＦＢが
入力される。また、γ＝０のため正反転増幅器４にはＲ
ＥＦが入力される。この時β＝１であるため、正反転増
幅器４は正転増幅器として作動し、加算器３の他方の入
力端子にはＲＥＦが入力されることになる。したがつて
、加算器３の出力電圧Ｖは、 ■＝ＦＢ＝ＲＥＦとなる
。

（５）位相差検出器における各構成要素の説明第１４図
では、位相差検出器をブロック図として示したが、その
各構成要素の具体例を第１７図〜第２６図によつて説明
する。

第１７図は第１４図に示した判定回路９の具体例を示す
もので、ＩＮ■はインバータ回路、７ＶＪＤは論理積回
路、０Ｒは論理和回路、Ｅｘ−０Ｒは排他的論理和回路
を示す。

この判定回路には第１６図の表に示した信号Ａ，ｂ，ｃ
が入力され、それぞれ図示したような論理演算が行なわ
れ、出力信号としてα＝ｂ１β＝ＴＩ＋■−Ｃ１γ＝δ
＝ｃ（Ａｌｂ）が出力されるものである。第１８図は第
１４図における加算器１の具体例を示すもので、スイッ
チＳＷ４としてアナログスイッチを用い、このアナログ
スイッチＳＷ４がオンのとき、電圧−Ｖ１が抵抗ｒ１と
Ｒ２とによつて分圧された電圧−ｅ１（ｅ１＝１ＦＢＩ
ｍａｘに設定される）が、オペアンプ０Ｐ１及び抵抗Ｒ
。

３本と抵植只。

／３より構成される加算回路に印加される。そして、Ｒ
ＯはＲ。＞Ｒｌ，ｒ２なるような抵抗値が選ばれている
。そして、アナログスイッチＳＷ４はδ＝０のときオフ
となつており、δ＝１のときオンとなるものである。な
お、破線で囲んだインバータ部分１Ｎは第１４図におけ
るスイッチＳＷｌの切換え条件を逆（α＝１のとき正反
転増幅器２を反転増幅器として作動させ、α＝０のとき
正転増幅器として作動させる）にすれば必要がない部分
である。第１９図は第１４図における正反転増幅器２ま
たは４の具体例を示すもので、第１４図におけるスイッ
チＳＷｌ又はＳＷ２としてアナログスイッチＳＷｌｌ，
ＳＷｌ２を用いα又はβが゜゜１゛のとき共にオンとな
り、α又はβが“０゛のとき共にオフとなるようにする
。

また、正反転増幅器２又は４の入力をち、出力を０。と
すれば、α又はβが“゜１゛のときの等価回路は第２０
図のようになり、これは正転増幅器に他ならない。α又
はβが゜“０゛のときの等価回路は第２１図のようにな
り、これは反転増幅器に他ならない。そして、この正反
転増幅器２または４の利得は第２０図及び第２１図の回
路より求めると次のようになる。α又はβが“゜１゛の
ときは、第２０図の回路より利得を〜とすれは、となる
。

また、α又はβが“０゛のときは、第２１図の回路より
利得をＡ″ｏとすれば、Ａ″ｏ＝００／ＩＯ＝２Ｒ／２
Ｒ＝１となる。いずれにしても利得は１である。第２２
図は第１４図における補信号発生器５の具体例を示すも
ので、オペアンプ０Ｐ４及び抵抗Ｒ３本と抵抗Ｒ／３よ
り構成される加算回路の入力に、信号ＲＥＦ及び電圧一
■を抵抗ｒ１とＲ２とで分圧した電圧−Ｅ２（Ｅ２＝Ｉ
ＲＥＦｌｍａｘに設定される）が夫々入力される。

したがつて、その出力信号０１は０１＝ー（ＲＥＦ−Ｅ
２）＝１ＲＥＦＩｍａｘ−ＲＥＦとなり、これは信号Ｒ
ＥＦの補信号ＲＣＭＰである。但し、Ｒ＞Ｒｌ，ｒ２と
する。第２３図は第１４図における減算器６の具体例を
示し、オペアンプ０Ｐ２のプラス入力端子に信号ＦＢが
、マイナス入力端子に信号ＲＣＭＰが夫々抵抗Ｒを介し
て入力され、ＦＢ−ＲＣＭＰの減算が行なわれるもので
ある。第２４図は第１４図における加算器３の具体例を
示し、加算回路へ入力信号を１１，１２とすれば、オペ
アンプ０Ｐ７の出力信号０３は０３＝１１＋Ｉ２となる
。

第２５図は第１４図におけるコンパレータ７の具体例を
示し、オペアンプ０Ｐ８、ツェナーダイオードＺＤｌイ
ンバータＩＮＶ等によつてヒステリシスコンパレータを
構成したものである。

そして、オペアンプ０Ｐ８のマイナス入力端子への入力
端子を１３、その出力信号を０４とし、インバータＩＮ
Ｖの入力端子をＺ、出力信号を０５とした場合に各部の
信号波形は第２６図イ〜二に示すようになり、幾分ヒス
テリシスを持たせてある。なお、■２はツェナー電圧、
Ｄ２はツェナーダイオード小の順方向電圧てある。以上
実施例について説明したように、この発明の位相検波方
式によれば、基準信号ＲＥＦと入力信号ＦＢとの位相差
に比例した電圧が時間遅れなく瞬時に発生するものであ
り、従来の位相検波方式のように入力信号が一周期経過
しなくとも時々刻々変化する位相差をそのまま出力信号
として得られる効果がある。

また、レンジの切り換えなしに広帯域の信号に対して位
相差の検波が可能となるものである。したがつて、この
発明の位相検波方式を例えはリニアモータの駆動回路に
使用すれば、速度を逐次変化させるような制御が可能と
なる。

なお、上記実施例においては、入力信号として三角波を
使用した場合について説明したが、三角波でなくとも例
えば正弦波のような三角波に近い波形を有する信号なら
ば、どのような信号でも多少の誤差は生ずるが実施可能
である。また、１ＦＢ１ｍａｘ＝ＩＲＥＦｌｍａｘでか
つＦＢ信号とＲＥＦ信号との周波数とが等しいとして説
明したが、この点に関しては出力電圧■がＦＢ信号とＲ
ＥＦ信号との位相差と完全に比例してなくともよいもの
であれば多少の誤差があつても実施可能てある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ−ｈは従来の位相検波方式を説明するための波
形図、第２図は従来の位相検波回路を示すブロック図、
第３図〜第２６図は本発明の原理及び実施例を説明する
ための図であり、第３図〜第６図は夫々入力信号及びこ
の発明の実施に必要な各種信号の波形図、第７図は位相
差と出力電圧との関係を示す線図、第８図〜第１２図は
この発明の詳細な説明するための図、第１３図はこの発
明の原理をまとめた図表、第１４図は位相差検出器のブ
ロック図、第１５図イ〜チは第１４図の動作を説明する
ための各部の信号波形図、第１６図は第１４図における
判定回路の動作を説明するための図表、第１７図〜第２
５図は夫々第１４図に示した位相差検出器の各構成要素
の具体例を示す回路図、第２６図イ〜二は第２５図に示
したヒステリシスコンパレータの動作を説明するための
各部の信号波形図である。 １，３・・・・・・加算器、２，４・・・・・・正反転
増幅器、５・・・・・・補信号発生器、６・・・・・・
減算器、７，８・・・・コンパレータ、９・・・・・・
判定回路、ＦＢ・・・・・・入力信号、ＲＥＦ・・・・
・・基準信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 現在の信号レベルが立上り部にあるか立下り部にあ
   るかを判別することが可能であり、振幅及び周波数が略
   等しい２つの信号の±π未満の位相差に応じた出力信号
   を得る位相検波方式であつて、前記２つの信号の一方を
   基準信号ＲＥＦ、他方を入力信号ＦＢとし、さらに前記
   基準信号ＲＥＦとの和が常に該基準信号ＲＥＦのピーク
   ピーク値に等しくなるような信号を補信号ＲＣＭＰ、前
   記入力信号ＦＢをそのピークピーク値分だけ負側へシフ
   トした信号をシフト信号ＦＢＳＨＦとし、これらの各信
   号の検出時点における信号レベルを夫々ＲＥＦ，ＦＢ，
   ＲＣＭＰ，ＦＢＳＨＦとしたとき、（イ）基準信号ＲＥ
   Ｆと入力信号ＦＢが共に立上り部又は立下り部にあると
   きは、ＲＥＦとＦＢとの差を、（ロ）基準信号ＲＥＦと
   入力信号ＦＢのうちいずれか一方が立上り部にあり、他
   方が立下り部にあるときは、（ａ）ＦＢ−ＲＣＭＰ＞０
   であれば、ＲＣＭＰとＦＢＳＨＦとの差を、（ｂ）ＦＢ
   −ＲＣＭＰ＞０であれば、ＲＥＦとＦＢとの和を、夫々
   出力するようにしたことを特徴とする位相検波方式。 ２ 現在の信号レベルが立上り部にあるか立下り部にあ
   るかを判別することが可能であり、振幅及び周波数が略
   等しい２つの信号の±π未満の位相差に応じた出力信号
   を得る位相検波方式であつて、前記２つの信号の一方を
   基準信号ＲＥＦ、他方を入力信号ＦＢとし、さらに前記
   基準信号ＲＥＦとの和が常に該基準信号ＲＥＦのピーク
   ピーク値に等しくなるような信号を補信号ＲＣＭＰ、前
   記入力信号ＦＢをそのピークピーク値分だけ負側へシフ
   トした信号をシフト信号ＦＢＳＨＦとし、これらの各信
   号の検出時点における信号レベルを夫々ＲＥＦ，ＦＢ，
   ＲＣＭＰ，ＦＢＳＨＦとしたとき、（イ）基準信号ＲＥ
   Ｆと入力信号ＦＢとが共に立上り部にあるときは、ＦＢ
   とＲＥＦとの差を、（ロ）基準信号ＲＥＦと入力信号Ｆ
   Ｂとが共に立下り部にあるときには、ＦＢとＲＥＦとの
   前記（イ）の場合と符号を逆にしてとつた差を、（ハ）
   基準信号ＲＥＦが立上り部にあり、入力信号ＦＢが立下
   り部にあるきには、（ａ）ＦＢ−ＲＣＭＰ＞０であれば
   、ＲＣＭＰとＦＢＳＨＦとの差を、（ｂ）ＦＢ−ＲＣＭ
   Ｐ＜０であれば、ＦＢとＲＥＦとを夫々符号を反転して
   とつた和を、（ニ）基準信号ＲＥＦが立下り部にあり、
   入力信号ＦＢが立下り部にあるときには、（ａ）ＦＢ−
   ＲＣＭＰ＞０であれば、ＲＣＭＰとＦＢＳＨＦとの前記
   （ハ）の（ａ）の場合と符号を逆にしてとつた差を、（
   ｂ）ＦＢ−ＲＣＭＰ＜０であれば、ＦＢとＲＥＦとの和
   を、夫々出力するようにしたことを特徴とする位相検波
   方式。