(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化が容易であると共に所望の出力波形を生成することができる波形変換回路を提供する。【解決手段】波形変換回路１はセンサ２からの出力電圧ＶＡと、基準電圧Ｖｒｅｆ１〜基準電圧Ｖｒｅｆｎとを比較する複数のコンパレータＣ１〜コンパレータＣｎとスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎを有する。オンとなったスイッチに流れる電流が加算されることで、出力電圧ＶＯＵＴを生成する。基準電圧Ｖｒｅｆ１〜基準電圧Ｖｒｅｆｎを所定の値に設定することにより、正弦波状に変化するセンサ出力電圧ＶＡ波形をリニア波形に変換し回路出力電圧ＶＯＵＴとしてを出力する【選択図】図１
2014153064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波形を有する入力信号が入力する複数の比較器と、
前記第１の波形の波形変換後に得られる第２の波形を有する出力信号に基づいて前記複数の比較器ごとに異なる基準値を生成し、前記複数の比較器のそれぞれに出力する基準値生成部と、
前記複数の比較器のそれぞれに電気的に接続され、前記比較器においてなされた前記入力信号と前記基準値生成部から出力された前記基準値との比較に基づいてオンとオフとを切り替え、それぞれが並列に電気的に接続された複数のスイッチを有し、前記オンとなったスイッチに流れる電流が加算されることで、前記入力信号の前記第１の波形を前記第２の波形に変換し、変換された前記第２の波形を有する前記出力信号を出力するスイッチ部と、
を備えた波形変換回路。
【請求項２】
前記出力信号の前記第２の波形は、リニア波形である、
請求項１に記載の波形変換回路。
【請求項３】
前記基準値は、前記入力信号の前記第１の波形の関数の逆関数に基づいて生成される、
請求項２に記載の波形変換回路。
【請求項４】
前記複数の比較器は、前記出力信号の定義域を分割した区間の数に基づいて設けられる、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波形変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波形変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、被検出物の回転に伴う磁場の変化を検出するホール素子と、ホール素子から出力されたアナログ出力をデジタル値に変換するＡ/Ｄコンバータと、Ａ/Ｄコンバータから出力されたデジタル値を演算することによりリニア出力変換値を生成するリニア出力変換機能と、変換されたリニア出力変換値をアナログ信号に変換するＤ/Ａコンバータと、を備えた回転角検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この回転角検出装置は、アナログ信号を変換したデジタル値の逆関数を演算することにより、被検出物の回転角を簡単な処理で精度良く求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の回転角検出装置は、Ａ/Ｄコンバータ、リニア出力変換機能及びＤ/Ａコンバータ等のデジタル演算回路が、アナログ回路に比べて回路規模が大きく小型化が困難であった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、小型化が容易であると共に所望の波形を有する出力信号を生成することができる波形変換回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、第１の波形を有する入力信号が入力する複数の比較器と、第１の波形の波形変換後に得られる第２の波形を有する出力信号に基づいて複数の比較器ごとに異なる基準値を生成し、複数の比較器のそれぞれに出力する基準値生成部と、複数の比較器のそれぞれに電気的に接続され、比較器においてなされた入力信号と基準値生成部から出力された基準値との比較に基づいてオンとオフとを切り替え、それぞれが並列に電気的に接続された複数のスイッチを有し、オンとなったスイッチに流れる電流が加算されることで、入力信号の第１の波形を第２の波形に変換し、変換された第２の波形を有する出力信号を出力するスイッチ部と、を備えた波形変換回路を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型化が容易であると共に所望の波形を有する出力信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る波形変換回路の回路図であり、（ｂ）は、センサから出力される出力電圧ＶＡと波形変換回路から出力される回路出力電圧ＶＯＵＴを示したグラフである。
【図２】図２は、実施の形態に係る波形変換回路の基準電圧の設定について説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る波形変換回路は、第１の波形を有する入力信号が入力する複数の比較器と、第１の波形の波形変換後に得られる第２の波形を有する出力信号に基づいて複数の比較器ごとに異なる基準値を生成し、複数の比較器のそれぞれに出力する基準値生成部と、複数の比較器のそれぞれに電気的に接続され、比較器においてなされた入力信号と基準値生成部から出力された基準値との比較に基づいてオンとオフとを切り替え、それぞれが並列に電気的に接続された複数のスイッチを有し、オンとなったスイッチに流れる電流が加算されることで、入力信号の第１の波形を第２の波形に変換し、変換された第２の波形を有する出力信号を出力するスイッチ部と、を備える。
【００１１】
[実施の形態]
（波形変換回路１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る波形変換回路の回路図であり、（ｂ）は、センサから出力される出力電圧ＶＡと波形変換回路から出力される回路出力電圧ＶＯＵＴを示したグラフである。図１（ｂ）では、点線の曲線が出力電圧ＶＡであり、実線の直線が回路出力電圧ＶＯＵＴである。また、例えば、図１（ｂ）に示す横軸の角度は、定義域（−９０°以上＋９０°以下）であり、縦軸の電圧値は、値域（０ｖ以上５ｖ以下）であるものとする。この値域の値は、例えば、センサ等の電子機器から得られた値であり、定義域の値は、値域の値に基づいて得られるものである。
【００１２】
波形変換回路１は、デジタル変換することなく、入力した入力信号としての出力電圧ＶＡを所望の波形を有する出力信号としての回路出力電圧ＶＯＵＴに変換する回路である。本実施の形態では、出力電圧ＶＡの波形（第１の波形）が、正弦波形であり、所望の波形（第２の波形）が、直線、すなわち、リニア波形である場合について説明するが、これに限定されず、後述するように任意の波形に変換可能である。
【００１３】
この波形変換回路１は、図１（ａ）に示すように、正弦波形を有する出力電圧ＶＡが入力する複数の比較器（コンパレータＣ１〜コンパレータＣｎ）と、正弦波形の波形変換後に得られるリニア波形を有する回路出力電圧ＶＯＵＴに基づいてコンパレータＣ１〜コンパレータＣｎごとに異なる基準値（基準電圧Ｖｒｅｆ１〜基準電圧Ｖｒｅｆｎ）を生成し、コンパレータＣ１〜コンパレータＣｎのそれぞれに出力する基準値生成部としての基準電圧生成部４と、コンパレータＣ１〜コンパレータＣｎのそれぞれに電気的に接続され、コンパレータにおいてなされた出力電圧ＶＡと基準電圧生成部４から出力された基準電圧との比較に基づいてオンとオフとを切り替え、それぞれが並列に電気的に接続された複数のスイッチ（スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎ）を有し、オンとなったスイッチに流れる電流が加算されることで、出力電圧ＶＡの正弦波形をリニア波形に変換し、変換されたリニア波形を有する回路出力電圧ＶＯＵＴを出力するスイッチ部５と、を備えて概略構成されている。
【００１４】
この波形変換回路１は、例えば、図１に示すように、センサ２と電気的に接続されている。このセンサ２は、一例として、４つの磁気抵抗素子によりブリッジ回路が組まれ、このブリッジ回路の差分出力を増幅して得られた出力電圧ＶＡを出力するように構成されている。従って、センサ２は、作用する磁気ベクトルの向きに応じた出力電圧ＶＡを出力するので、この出力電圧ＶＡの波形は、図１（ｂ）に点線で示すように、正弦波となる。その定義域は、−９０°から＋９０°であり、値域は、０ｖから５ｖである。よって、センサ２から出力される出力電圧ＶＡからセンサ２に作用する磁気ベクトルの角度が得られ、検出対象の回転角が得られる。
【００１５】
（比較部３の構成）
比較部３は、例えば、図１（ａ）に示すように、ｎ個のコンパレータＣ１〜コンパレータＣｎを有して概略構成されている。なお、ｎは、正の整数である。
【００１６】
このコンパレータＣ１〜コンパレータＣｎのそれぞれの非反転入力端子（＋）には、センサ２の出力電圧ＶＡが入力する。また、コンパレータＣ１の反転入力端子（−）には、基準電圧生成部４が生成する基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力し、コンパレータＣ２の反転入力端子（−）には、基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力する。つまり、コンパレータＣｉの反転入力端子（−）には、基準電圧Ｖｒｅｆｉが入力する。ただし、ｉは、１以上ｎ以下の整数である。
【００１７】
このコンパレータＣ１〜コンパレータＣｎは、共通する部分が多いので、コンパレータＣｉについて説明することで、他のコンパレータの説明に代えるものとする。
【００１８】
コンパレータＣｉは、非反転入力端子（＋）に入力した出力電圧ＶＡと、反転入力端子（−）に入力した基準電圧Ｖｒｅｆｉと、を比較した結果を示す出力信号Ｓｉをスイッチ部５に出力するように構成されている。このコンパレータＣｉは、スイッチ部５のスイッチＳＷｉの後述するゲート端子に電気的に接続されている。また、コンパレータＣｉは、出力電圧ＶＡが基準電圧Ｖｒｅｆｉよりも大きい場合に、スイッチＳＷｉをオンさせる出力信号Ｓｉを出力するように構成されている。この出力信号Ｃｉは、出力電圧ＶＡが大きい場合は、Ｈｉを出力し、小さい場合は、Ｌｏを出力するものとする。
【００１９】
このコンパレータは、回路出力電圧ＶＯＵＴの定義域（−９０°〜＋９０°）を分割した区間の数に基づいて設けられる。具体的には、コンパレータは、得たい角度の細かさ、つまり、必要とされる分解能に応じて、その数が設定される。例えば、コンパレータは、上記の定義域において、−９０°、０°、＋９０°の３つの角度が分かる程度の分解能で良い場合、区間としては、−９０°〜０°、０°〜＋９０°の２つの区間であるので、定義域を２つの区間で区切るために、３つのコンパレータが必要となる。言い換えるなら、コンパレータは、得たい角度の分解能に応じて、その数が設定される。本実施の形態では、この区間は、等間隔で設定されているが、これに限定されない。
【００２０】
本実施の形態では、定義域を２５５区間に均等に分割するものとする。従って、８bit、つまり、２５６個のコンパレータで、定義域（１８０°）を分割するので、一つ当たりの角度は、およそ０．７０°となる。従って、センサ２は、波形変換回路１を介することで、０．７０°刻みで、検出対象の回転角が、演算処理を必要とせずに検出可能である。
【００２１】
（基準電圧生成部４の構成）
基準電圧生成部４は、図１（ａ）に示すように、ｎ個の抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒｎを備えて概略構成されている。この抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒｎは、直列に接続されている。基準電圧生成部４の一端に配置された抵抗Ｒ１は、電源電圧ＶＣＣが印加され、他端に配置された抵抗Ｒｎは、ＧＮＤに接続されている。この電源電圧ＶＣＣは、一例として、５ｖである。
【００２２】
コンパレータＣ１の反転入力端子（−）は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間に電気的に接続されている。つまり、コンパレータＣ１の反転入力端子（−）には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２〜抵抗Ｒｎの合成抵抗との分圧が、基準電圧Ｖｒｅｆ１として入力する。
【００２３】
また、コンパレータＣｎを除くコンパレータＣｉの反転入力端子（−）は、抵抗ｉと抵抗ｉ＋１の間に電気的に接続されている。つまり、コンパレータＣｉの反転入力端子（−）には、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒｉの合成抵抗と、抵抗Ｒｉ＋１〜抵抗Ｒｎの合成抵抗と、の分圧が、基準電圧Ｖｒｅｆｉとして入力する。コンパレータＣｎの反転入力端子（−）は、抵抗ＲｍとＧＮＤの間に電気的に接続される。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆｎは、０ｖである。
【００２４】
従って、基準電圧Ｖｒｅｆ１〜基準電圧Ｖｒｅｆｎの電圧値は、基準電圧Ｖｒｅｆｎ＜基準電圧Ｖｒｅｆ１である。
【００２５】
この基準電圧Ｖｒｅｆ１〜基準電圧Ｖｒｅｆｎの電圧値、及び抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒｎの抵抗値については、後述する。
【００２６】
（スイッチ部５の構成）
スイッチ部５は、図１（ａ）に示すように、電源電圧ＶＣＣと抵抗Ｒｍの間に並列に電気的に接続されたスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎを備えている。この抵抗Ｒｍの電源電圧ＶＣＣの反対側は、ＧＮＤに電気的に接続されている。
【００２７】
このスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎは、ＰＭＯＳ（Positive channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。このスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎのゲート端子Ｇは、それぞれが接続されたコンパレータの出力端子に電気的に接続されている。
【００２８】
また、スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎのソース端子Ｓは、電源電圧ＶＣＣ側に電気的に接続され、ドレイン端子Ｄは、抵抗Ｒｍに電気的に接続されている。このスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎと抵抗Ｒｍの間のノード６における電位が、回路出力電圧ＶＯＵＴとして出力される。
【００２９】
基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも出力電圧ＶＡが大きい場合、コンパレータＣ１から出力され、スイッチＳＷ１のゲート端子Ｇに入力する出力信号Ｓ１により、スイッチＳＷ１がオンすると、スイッチＳＷ１のソースとドレイン間に電流Ｉ１が流れる。同様に、スイッチＳＷｉがオンすると、スイッチＳＷｉのソースとドレイン間に電流Ｉｉが流れる。この電流Ｉ１〜電流Ｉｎは、実質的に同じ電流値である。従って、以下では、この電流Ｉ１〜電流Ｉｎを電流Ｉと記載する。
【００３０】
基準電圧Ｖｒｅｆが、基準電圧Ｖｒｅｆｎ＜基準電圧Ｖｒｅｆ１であることから、スイッチＳＷｉがオンする場合、スイッチＳＷｉ＋１〜スイッチＳＷｎが既にオン状態になっているので、回路出力電圧ＶＯＵＴは、ＩＲ（ｎ−ｉ＋１）となる。ただし、抵抗値Ｒは、Ｒｍの抵抗値である。つまり、回路出力電圧ＶＯＵＴは、コンパレータによって区切られる定義域の区間が等間隔であり、かつ、ＩＲ（ｎ−ｉ＋１）が比例式なので、リニア波形となる。
【００３１】
以下では、基準電圧Ｖｒｅｆの設定について説明する。
【００３２】
（基準電圧の設定）
図２は、実施の形態に係る波形変換回路の基準電圧Ｖｒｅｆの設定について説明するための概略図である。図２は、横軸が角度であり、左側の縦軸が電圧値Ｖであり、右側の縦軸が基準電圧Ｖｒｅｆである。また、図２において、一点鎖線で示す曲線は、出力電圧ＶＡであり、実線で示す直線は、回路出力電圧ＶＯＵＴである。出力電圧ＶＡ及び回路出力電圧ＶＯＵＴは、角度ｘｉ−１〜角度ｘｉ＋２の範囲が図示されている。
【００３３】
図２に示す角度ｘｉ−１〜角度ｘｉ＋２では、区間ｄｘが、一定となるように定められている。この角度ｘｉ−１に対応するコンパレータは、コンパレータＣｉ−１であり、角度ｘｉに対応するコンパレータは、コンパレータＣｉであり、角度ｘｉ＋１に対応するコンパレータは、コンパレータＣｉ＋１であり、角度ｘｉ＋２に対応するコンパレータは、コンパレータＣｉ＋２である。
【００３４】
これらのコンパレータが、オンする基準電圧Ｖｒｅｆは、図２に示すように、角度ｘｉ−１〜角度ｘｉ＋２における出力電圧ＶＡの電圧値に定められる。つまり、基準電圧ｒｅｆは、出力電圧ＶＡの波形の関数の逆関数に基づいて生成される。本実施の形態の出力電圧ＶＡは、正弦関数であるので、基準電圧Ｖｒｅｆは、逆正弦関数に基づいて生成される。
【００３５】
この基準電圧Ｖｒｅｆｉ−１〜基準電圧Ｖｒｅｆｉ＋２は、図２に示すように、等間隔ではないものとなる。この理由は、例えば、指数関数を、対数目盛を有する対数グラフで表示すると直線になる理由と同じである。
【００３６】
本実施の形態では、所望の波形として直線を選んでいるので、回路出力電圧ＶＯＵＴが直線になるためには、各コンパレータがオンする度に、等しい間隔ｄＶで回路出力電圧ＶＯＵＴの電圧値が上昇すれば良い。
【００３７】
上述のように、スイッチがオンする度に、電流Ｉが抵抗Ｒｍに流れ込むので、電圧は、流れ込む電流Ｉに比例して大きくなる。従って、スイッチが、オンすることで流れる電流Ｉは、どのスイッチでも一定なので、電圧の上昇がｄＶとなり、ノンリニア波形をリニア波形に変換することが可能となる。
【００３８】
本実施の形態では、ノンリニア波形をリニア波形に変換する場合について説明したが、これに限定されず、入力する信号の波形と、出力される信号の波形と、の関係が、１対１対応であるなら、任意の波形を形成することが可能である。
【００３９】
以下では、本実施の形態に係る波形変換回路１の動作について説明する。
【００４０】
（動作）
波形変換回路１は、センサ２から出力電圧ＶＡが入力すると、コンパレータＣ１〜コンパレータＣｎのそれぞれの非反転入力端子（＋）に出力電圧ＶＡが入力する。
【００４１】
コンパレータＣ１〜コンパレータＣｎは、非反転入力端子（＋）に入力した出力電圧ＶＡと、それぞれの反転入力端子（−）に入力する基準電圧Ｖｒｅｆと、を比較し、比較した結果を出力信号Ｓ１〜出力信号Ｓｎとしてスイッチ部５に出力する。
【００４２】
例えば、コンパレータＣ１〜コンパレータＣｎ−２においてそれぞれの基準電圧の方が大きく、コンパレータＣｎ及びコンパレータＣｎ−１において出力電圧ＶＡの方が大きい場合、コンパレータＣ１〜コンパレータＣｎ−２のそれぞれに接続されているスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎ−２には、Ｌｏの出力信号Ｓ１〜出力信号Ｓｎ−２が入力してオフとなり、コンパレータＣｎ及びコンパレータＣｎ−１に接続されているスイッチＳＷｎ及びスイッチＳＷｎ−１には、Ｈｉの出力信号Ｓｎ及び出力信号Ｓｎ−１が入力してオンとなる。
【００４３】
スイッチＳＷｎ及びスイッチＳＷｎ−１がオンとなることにより、スイッチＳＷｎに電流Ｉｎ（＝Ｉ）、スイッチＳＷｎ−１に電流Ｉｎ−１（＝Ｉ）が流れ、ノード６に２ＩＲに基づく電位が生じ、この電位に基づく回路出力電圧ＶＯＵＴが出力される。コンパレータがオンするに従って、回路出力電圧ＶＯＵＴが比例してｄＶずつ大きくなるので、この回路出力電圧ＶＯＵＴが、出力電圧ＶＡの波形をリニア波形に変換したものとなる。
【００４４】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る波形変換回路１は、小型化が容易であると共にリニア波形を有する回路出力電圧ＶＯＵＴを生成することができる。具体的には、波形変換回路１は、スイッチ部５を構成する一つのスイッチがオンする度に、スイッチ部５の抵抗Ｒｍに流れ込む電流が比例して増加する構成を有している。このスイッチは、比較部３のコンパレータにより制御され、コンパレータは、等間隔に分割した定義域の目盛の値に対応する。従って、波形変換回路１は、変換対象の出力電圧ＶＡのノンリニアな関数を、デジタル変換することなくリニア化した回路出力電圧ＶＯＵＴを生成することができる。波形変換回路１は、アナログ回路であるので、デジタル演算回路と比べて回路規模が小さく小型化が容易である。
【００４５】
波形変換回路１は、コンパレータの数を増やすことにより、回路出力電圧ＶＯＵＴの精度を容易に向上させることができる。また、波形変換回路１は、演算によって擬似的にリニア波形にしたものではないため、精度が高い。
【００４６】
波形変換回路１は、出力電圧ＶＡの直線に近い部分を検出範囲として用いるものと比べて、直線に近い部分以外の範囲をリニア化することができるので、センサ２の検出範囲を広くすることができる。
【００４７】
また、波形変換回路１は、必要としない定義域の範囲に対応するコンパレータを取り除く、又は、動作しないようにするだけで、容易に定義域の範囲を設定することができる。
【００４８】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１…波形変換回路
２…センサ
３…比較部
４…基準電圧生成部
５…スイッチ部
６…ノード
Ｃ１〜Ｃｎ…コンパレータ
Ｉ，Ｉ１〜Ｉｎ…電流
Ｒ１〜Ｒｎ，Ｒｍ…抵抗
Ｖｒｅｆ，Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆｎ……基準電圧
Ｓ１〜Ｓｎ…出力信号
ＳＷ１〜ＳＷｎ…スイッチ
ＶＡ…出力電圧
ＶＣＣ…電源電圧
ＶＯＵＴ…回路出力電圧
【図１】
2014153064.tif 000003
【図２】
2014153064.tif 000004