(57)【要約】【課題】スペクトラム拡散によるクロック搬送波低減方式をＰＷＭアンプなどクロック周波数が低く、かつスペクトラム拡散による信号の劣化が少ないことを求められるシステムに適用するのは問題があった。【解決手段】クロック信号の出力周波数を分周器により分周し、分周出力により弛張発振型波形発生器を同期引込し、前記弛張発振型波形発生器の出力によりクロック信号発生器を周波数変調することにより、クロック信号発生器と変調信号の同期と、クロック発生器の搬送波レベルの低減を可能なものとして課題を解決した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロック発生器出力を分周器により分周器し、前記分周器の分周出力により波形発生器の信号出力の周波数を直接同期引込し、前記波形発生器の出力により前記のクロック発生器を周波数変調することによりスペクトラム拡散信号を発生することを特徴とするスペクトラム拡散クロック発生方法
【請求項２】
請求項１において、波形発生器として弛張発振器もしくは波形整形器をもった前記弛張発振器とすることを特徴とするスペクトラム拡散クロック発生方法。
【請求項３】
請求項１において、前記クロック発生器出力をＰＷＭアンプのクロック信号とすることを特徴とするスペクトラム拡散クロック発生方法。
【請求項４】
クロック発生器の出力を分周する分周器と、前記分周器の出力周波数により同期引込された波形発生器と、前記波形発生器の出力により周波数変調される前記クロック発生器により構成されることを特徴とするスペクトラム拡散クロック発生装置。
【請求項５】
請求項４において、波形発生器として弛張発振器もしくは波形整形器をもった前記弛張発振器とすることを特徴とするスペクトラム拡散クロック発生装置。
【請求項６】
請求項４において、前記クロック発生器出力をＰＷＭアンプのクロック信号とすることを特徴とするスペクトラム拡散クロック発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、スペクトラム拡散によるデジタル装置からの不要輻射成分の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】  デジタル装置のクロック発生器を周波数変調してスペクトラムを拡散することにより、クロックのキャリア周波数成分を低減する方法がある。【０００３】  クロック発生器を周波数変調すると、搬送波周波数成分の他に、多くの変調信号による側帯波が発生し、搬送波周波数成分はその変調指数に応じて低減する。変調指数とは、周波数変調によって生ずる周波数偏移と変調信号周波数の比である。周波数変調した搬送波周波数成分の低減レベルは、変調指数を変数とするベッセル関数により変わる。変調信号と搬送波周波数成分の低減については、非特許文献１に詳細に詳しく解析されている。【０００４】また、非特許文献２によれば、変調信号の波形も低減効果に大きく影響する。このため、複雑な変調波形の生成方法がとられることもある。【０００５】  クロック発生器の搬送波を用いたスペクトラム拡散による低減方式は、パソコンとその表示器を接続するためのクロック信号やデーター信号からの不要輻射成分の低減方法として多く使われている。一般に、この用途の変調周波数としては、オーディオ信号への干渉を避けるため、可聴周波数帯域より高い数十ｋＨｚ以上に設定される。そして、前述のクロックのキャリア周波数は、高く数１０ＭＨｚ以上である。
このようにクロック発生器の搬送波周波数が高い場合には、変調信号周波数が比較的高くても、容易に変調周波数に応じた周波数偏移で変調することが可能である。
【非特許文献１】  電子情報通信学会  信学技報  ＥＭＣＪ−９４（２００１−１２）山田智紀他  スペクトラム拡散クロックによる不要電磁放射抑制効果の推定
【非特許文献２】  電子情報通信学会  信学技報  ＥＭＣＪ２００４−５１（２００４−０７）松本泰他  拡散スペクトラムクロックシステムのための最適変調パターン
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  周波数変調によるスペクトラム拡散は、前述のように高いクロック周波数をもつデジタル装置に適用することは容易である。しかしながら、この方法をクロック周波数が低いパルス幅変調方式のデジタル・アンプやスイッチング電源に適用すると問題となる。スペクトラム拡散による搬送波の低減効果を出すためには、適当な変調指数に設定する必要があり、搬送波周波数が低く変調周波数が高い場合、従来の変調方法を用いるのは困難である。
以下、詳細に説明する。【０００７】  デジタル・アンプには、オーディオ信号でパルス幅を変調するＰＷＭ変調器が使われている。ＰＷＭ変調器は、アナログ信号もしくはデジタル信号でパルス幅変調するが、アナログ信号で変調する時は、アナログ信号と外部からの三角波をコンパレータで比較して、ＰＷＭ変調波を生成する方式が採られる。
生成されたＰＷＭ変調波はデジタル・アンプの電力トランジスタをスイッチングするために使用する。スイチングの際生ずる大電力パルス信号からは、スイチング周波数成分とその高調波成分が不要輻射成分として放射され、周辺機器とくにＡＭ受信機などへの妨害電波となる。【０００８】  ＰＷＭ方式デジタル・アンプからの不要輻射を低減するため、スペクトラム拡散により搬送波周波数成分を低減しようとすると、ＰＷＭ方式デジタル・アンプのスイッチング周波数は、数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度であるため、可聴周波数帯域より高い数十ｋＨｚ程度以上の変調周波数によりスイッチング周波数を変調して、搬送波レベルを低減しなければならない。すなわち、搬送波レベルをスペクトラム拡散により低減するには、比較的低い搬送波周波数で変調周波数に見合う周波数偏移が得られる周波数変調を行わねばならない。【０００９】  従来のスペクトラム拡散による搬送波低減方式では、位相同期回路のループ途中に変調信号を挿入して、電圧制御発振器を直接周波数変調してスペクトラム拡散信号を生成するする。この場合、周波数偏移を大きくすると、位相同期ループが不安定となり、搬送波周波数の安定度が保てなくなる。【０００１０】  また、周波数変調によるオーディオ信号の劣化も問題となる。ＰＷＭ方式デジタル・アンプの場合、スイッチング用クロック周波数と変調周波数の同期が取れていないと、両者の高調波成分による相互変調歪が生じ、オーディオ信号が劣化する。【００１１】  その他、変調信号として擬似ランダム・ノイズを使う方法もあるが、オーディオ信号が大きく劣化するので問題である。【００１２】  本発明は上記の如き従来技術の問題を解決するためになされたものであり、搬送波周波数が低い場合でもスペクトラム拡散による搬送波成分の低減を可能とし、これをＰＷＭ方式デジタル・アンプに適用してもオーディオ信号が劣化しないことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  これらの問題を解決する手段として、特許請求の範囲に記載するようにした。すなわち、請求項１または請求項４のように、クロック発生器を変調する変調信号源に弛張発振器による波形発生器を用い、前記の弛張発振器を前記のクロック発生器の出力周波数を分周した信号により直接同期引込した。
また、請求項２のように、スペクトラム拡散による搬送波低減効果を上げるため、必要に応じて、変調信号波形を生成する弛張発振器の出力に波形整形器を置いた。
【発明の効果】
【００１４】  スペクトラム拡散クロック信号を分周して得た信号により直接同期引込された波形発生器の出力をクロック発生器の周波数変調信号とすることにより、クロックの搬送波周波数が低い場合も容易に変調周波数に応じた大きな周波数偏移の変調を行うことが出来る効果がある。【００１５】  また、変調信号源である弛張発振器からは、各種の出力波形が容易に得られるため、必要に応じて各種のスペクトラム拡散分布を生成することも出来る効果がある。【００１６】  以上により、本発明によれば、従来のクロックの搬送波レベル低減を目的としたスペクトラム拡散方式に比べ、一つの変調用発振器により、クロック周波数と変調周波数の同期と、必要に応じた変調信号波形の生成を簡単に構成できる効果がある。
さらに、各種変調周波数とクロック周波数が同期しているため、ＰＷＭアンプのクロックとしたとき、アンプの可聴周波数帯域内で相互変調歪が発生しないという副次的な効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  スペクトラム拡散クロック発振器の出力周波数を分周し、その分周出力により同期引込した弛張発振器の出力により、前記のクロック発振器を周波数変調した。【００１８】  図１は本発明による一実施例を示すもので、図に従って動作を説明する。
１０はクロック発生器で、ＰＷＭ方式デジタル・アンプの基準クロック信号となるクロック三角波信号１１と、１０自身を周波数変調する元信号となるクロック方形波信号１２を発生する。ここで、クロック発生器はヒステリシス・コンパレータ１３と積分器１４により構成され、それぞれ三角波と方形波を同時に発生することができる。【００１９】  周波数ｆ０のクロック発生器の出力信号は、分周比Ｎの分周器２０に入力され、変調周波数ｆｍ＝（ｆ０÷Ｎ）となって、結合抵抗３０を介して、波形発生器４０に直接結合され、４０の発振周波数を同期引込する。ここで、変調周波数ｆｍはオーディオ信号への干渉を避けるため、可聴周波数帯域の上限より高く設定する。この直接同期引込は、従来の位相同期回路による変調で問題であった大きな周波数偏移の状態でも安定な同期状態を保てる。
なお、弛張発振器の同期引込については、川上正光著  共立全書  電子回路ＩＩＩ  ｐ５０〜ｐ５２に述べられている。【００２０】  波形発生器４０はクロック発生器と同様にヒステリシス・コンパレータ４１と積分器４２により構成され、積分器４２の出力である変調用三角波信号４３によりクロック発生器１０を周波数変調する。なお、ここで使用した１０の変調感度を実測した特性は図２に示すとおりである。
三角波による周波数変調の結果、クロック発生器の搬送波レベルは低減する。一方、搬送波の周辺には変調周波数の高調波成分による複数の側帯波が発生し、スペクトラム拡散状態となる。変調信号を三角波としたのは、比較的良好なスペクトラム分布状態を得られ、一般に使用されているためである。【００２１】  なお、変調信号の波形としては、三角波の他に、状況に応じて各種の波形が使用される。変調信号波形とスペクトラム拡散についての関連は非特許文献２に詳しくのべられている。
したがって、本発明においても、変調波形は三角波に限定するものではない。
すなわち、前記の弛張発振器の出力をフィルター、加算器などの演算による波形整形器を置いたものも含まれる。また、ＰＷＭアンプのＰＷＭ変調に関しても、ここで述べたアナログ型コンパレータによるものに限定するものではない。
前述したように、本発明によれば、弛張発振器型波形発生器を用いたことにより、クロック発生器と変調信号の同期と、必要な変調波形を一つの変調用発振器で簡単に構成できる。【００２２】  上記の過程により生成されたスペクトラム拡散されたクロック三角波信号１１は、ＰＷＭアンプ５０において、アナログ・オーディオ入力信号５２とコンパレータ５１でレベル比較され、アナログ・オーディオ入力信号によりパルス幅が変化するＰＷＭ変調信号５３となる。
ＰＷＭ変調信号５３はスイチング出力トランジスタ５４とローパス・フィルター５５を通って電力増幅されたアナログ・オーディオ出力信号５６となる。【００２３】  ＰＷＭアンプ５０では、変調信号周波数が可聴周波数帯域より高く設定されているため、オーディオ信号への影響はない。また、クロック周波数と変調周波数も同期しているため、これらによる相互変調歪も発生しない。【００２４】  図３〜５は本発明に基づいて、実際に回路構成したときの測定結果である。図３はＰＷＭデジタル・アンプの出力回路に置いたループ状のコイルにより輻射電波を捕え、スペクトラムアナライザ（使用した測定器はアドバンテストＲ３１３２）で測定した搬送波周波数の周辺のスプリアス分布を測定したＰＷＭアンプ不要輻射周波数スペクトラム特性である。図３に示すように変調時の搬送波レベルは、無変調時に比べ１０ｄＢ以上低減していることがわかる。ここで、ｆ０＝５６０ｋＨｚ，Ｎ＝８，ｆｍ＝７０ｋＨｚ、周波数偏移Δｆ＝１００ｋＨｚとして測定した。
図４はＰＷＭアンプに１ｋＨｚのオーディオ信号を入力したときの出力をＦＦＴアナライザで測定したＰＷＭアンプ出力雑音特性で、横軸はオーディオ周波数、縦軸はデシベル表示した雑音のレベルである。この雑音特性はクロック変調時と無変調時で同じ特性で、クロックの周波数変調がオーディオ信号に影響を与えていないことを示している。また、クロックの変調周波数ｆｍ＝３５ｋＨｚとし、より雑音の影響があると考えられる状態に設定してある。
また、図５は、比較のために測定したＰＷＭアンプの出力雑音特性で、同じクロック発生器を擬似ランダム・ノイスにより変調した特性である。図５では、信号１ｋＨｚの高調波成分を超える雑音が発生し、オーディオ信号が劣化していることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるスペクトラム拡散クロック発生方法およびスペクトラム拡散クロック発生装置による一実施形態のブロック図である。
【図２】クロック発生器の変調感度特性である。
【図３】ＰＷＭアンプ不要輻射周波数スペクトラム特性である。
【図４】ＰＷＭアンプ出力雑音特性である。
【図５】擬似ランダム・ノイズ変調によるＰＷＭアンプ出力雑音特性である。
【符号の説明】
【００２６】  １０  クロック発生器
１１  クロック三角波信号
１２  クロック方形波信号
１３  ヒステリシス・コンパレータ
１４  積分器
２０  分周器
３０  結合抵抗
４０  波形発生器
４１  ヒステリシス・コンパレータ
４２  積分器
４３  変調用三角波信号
５０  ＰＷＭアンプ
５１  コンパレータ
５２  アナログ・オーディオ入力信号
５３  ＰＷＭ変調信号
５４  スイチング出力トランジスタ
５５  ローパス・フィルター
５６  アナログ・オーディオ出力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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