(57)【要約】【課題】ＰＷＭを利用した場合に出力電圧レベルの変動の少ない安定した出力を得ること。【解決手段】このＤＡＣ１は、ディジタル入力データに基づいて制御信号Ｃを生成するコントローラ７と、制御信号Ｃに応じて、出力信号のパルス幅を変調して変調信号ＶＭを出力するＰＷＭ回路３と、ＰＷＭ回路３から出力される変調信号ＶＭを平滑化してアナログ出力電圧ＶＯＵＴを生成するＬＰＦ５と、レギュレートされた電圧が参照電圧として供給され、アナログ出力電圧ＶＯＵＴをＡＤ変換して出力するＡＤＣ９とを備え、コントローラ７は、ＡＤＣ９からの出力を、ディジタル入力データから予測される目標値と比較し、当該比較の結果に応じて制御信号Ｃを補正する。【選択図】図１
2011082608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル入力データに基づいて制御信号を生成するコントローラと、
前記制御信号に応じて、出力信号のパルス幅を変調して変調信号を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路から出力される前記変調信号を平滑化してアナログ出力電圧を生成するローパスフィルタと、
レギュレートされた電圧が参照電圧として供給され、前記アナログ出力電圧をアナログ／ディジタル変換して出力するアナログ／ディジタル変換回路とを備え、
前記コントローラは、前記アナログ／ディジタル変換回路からの出力を、前記ディジタル入力データから予測される目標値と比較し、当該比較の結果に応じて前記制御信号を補正する、
ことを特徴とするディジタル／アナログ変換器。
【請求項２】
ディジタル入力データに基づいて制御信号を生成するコントローラと、
前記制御信号に応じて、出力信号のパルス幅を変調して変調信号を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路から出力される前記変調信号を平滑化してアナログ出力電圧を生成するローパスフィルタと、
レギュレートされた電圧が参照電圧として供給され、前記変調信号のモニタ信号をアナログ／ディジタル変換して出力するアナログ／ディジタル変換回路とを備え、
前記コントローラは、前記アナログ／ディジタル変換回路からの出力を、前記ディジタル入力データから予測される目標値と比較し、当該比較の結果に応じて前記制御信号を補正する、
ことを特徴とするディジタル／アナログ変換器。
【請求項３】
前記コントローラは、前記目標値との比較結果に応じて、前記制御信号にオフセットを付加することにより前記制御信号を補正する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のディジタル／アナログ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル／アナログ変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パルス幅変調（以下、「ＰＷＭ」という。）を利用したディジタル／アナログ変換回路（ＤＡＣ）が用いられている。ＰＷＭとは、信号変調の一方式で、データを総時間に対するオン時間の割合（「デューティサイクル」と呼ぶ。）で表す信号変調方式である。
【０００３】
ＰＷＭを利用したＤＡＣでは、ＰＷＭ波形の出力をローパスフィルタで受けて、ハイレベル出力時にコンデンサで充電し、ローレベル出力時に放電するように動作する。このＤＡＣの構成で重要なことは、ローパスフィルタを通した後にリップル（直流電圧において波を打つ割合）が妥当な範囲に収まるような直流電圧を生成することである。
【０００４】
このようなＰＷＭを利用したＤＡＣの一例としては、下記特許文献１に記載されたＤＡＣが挙げられる。このＤＡＣは、ＤＡＣ出力設定に応じて出力信号のパルス幅を変調するＰＷＭ回路と、ＰＷＭ回路の出力信号を平滑化するローパスフィルタと備えており、出力波形を安定させたままで応答時間を短縮するために、ＰＷＭ回路が出力すべきパルス幅の変化量が所定値を超える場合には、パルス幅が変化するセトリング期間において、ＰＷＭ回路の出力信号に替えてハイレベル又はローレベルの信号をローパスフィルタに供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９９１７０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような従来のＤＡＣでは、その出力がＰＷＭ回路の出力のハイレベル又はローレベルの電圧レベルで決定されるため、他のリファレンス電圧を有する抵抗ラダータイプのＤＡＣ、すなわち、ラダー抵抗回路を用いたＤＡＣ等の他方式のＤＡＣに比較すると、出力電圧が電源電圧の変動等の動作環境の影響を受けやすく、個体差が大きくなる傾向にある。
【０００７】
上記特許文献１記載のＤＡＣは、ＤＡＣ出力をモニタすることでローパスフィルタ出力を強制的にＰＷＭ回路出力からハイレベル／ローレベルに切り替える方式が採られているが、周囲環境による設定電圧の変動の影響は残ってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、ＰＷＭを利用した場合に出力電圧レベルの変動の少ない安定した出力を有するディジタル／アナログ変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のディジタル／アナログ変換器は、ディジタル入力データに基づいて制御信号を生成するコントローラと、制御信号に応じて、出力信号のパルス幅を変調して変調信号を出力するパルス幅変調回路と、パルス幅変調回路から出力される変調信号を平滑化してアナログ出力電圧を生成するローパスフィルタと、レギュレートされた電圧が参照電圧として供給され、アナログ出力電圧をアナログ／ディジタル変換して出力するアナログ／ディジタル変換回路とを備え、コントローラは、アナログ／ディジタル変換回路からの出力を、ディジタル入力データから予測される目標値と比較し、当該比較の結果に応じて制御信号を補正する。
【００１０】
かかる構成のディジタル／アナログ変換器によれば、パルス幅変調回路によってディジタル入力データに基づいてパルス幅変調されて変調信号が生成され、その変調信号がローパスフィルタによって平滑化されてアナログ出力電圧に変換される。このとき、アナログ出力電圧はアナログ／ディジタル変換回路によってディジタル値に変換され、コントローラによって、そのディジタル値と目標値との比較結果に応じて、パルス幅変調回路を設定する制御信号が補正される。これにより、パルス幅変調回路からの変調信号の電圧レベルが動作環境等によって変動した場合でも、ローパスフィルタから出力されるアナログ出力電圧を安定化させることができる。
【００１１】
或いは、本発明のディジタル／アナログ変換器は、ディジタル入力データに基づいて制御信号を生成するコントローラと、制御信号に応じて、出力信号のパルス幅を変調して変調信号を出力するパルス幅変調回路と、パルス幅変調回路から出力される変調信号を平滑化してアナログ出力電圧を生成するローパスフィルタと、レギュレートされた電圧が参照電圧として供給され、変調信号のモニタ信号をアナログ／ディジタル変換して出力するアナログ／ディジタル変換回路とを備え、コントローラは、アナログ／ディジタル変換回路からの出力を、ディジタル入力データから予測される目標値と比較し、当該比較の結果に応じて制御信号を補正する。
【００１２】
このようなディジタル／アナログ変換器によれば、パルス幅変調回路からの変調信号がモニタされ、そのモニタ信号はアナログ／ディジタル変換回路によってディジタル値に変換され、コントローラによって、そのディジタル値を元に算出された出力予測値と目標値との比較結果に応じて、パルス幅変調回路を設定する制御信号が補正される。これにより、パルス幅変調回路からの変調信号の電圧レベルが動作環境等によって変動した場合でも、ローパスフィルタから出力されるアナログ出力電圧を安定化させることができる。
【００１３】
ここで、コントローラは、目標値との比較結果に応じて、制御信号にオフセットを付加することにより制御信号を補正する、ことが好ましい。この場合、ローパスフィルタから出力されるアナログ出力電圧を目標値に近づけて容易に安定化させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のディジタル／アナログ変換器によれば、ＰＷＭを利用した場合に出力電圧レベルの変動の少ない安定した出力を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な一実施形態にかかるＤＡＣ１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＤＡＣ１が生成する信号の出力波形を示す図であり、（ａ）は、図１のＰＷＭ回路３が生成する変調信号ＶＭ、（ｂ）は、（ａ）の変調信号ＶＭに対応するアナログ出力信号ＶＯＵＴをそれぞれ示す図である。
【図３】図１のＤＡＣ１の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の変形例にかかるＤＡＣ１の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るディジタル／アナログ変換器（以下、「ＤＡＣ」と言う）の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の好適な一実施形態にかかるＤＡＣ１の構成を示す回路図である。同図に示すＤＡＣ１は、入力ディジタルデータをアナログ信号に変換する装置であり、ＰＷＭ回路３、ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」と言う）５、コントローラ７、及びアナログ／ディジタルコンバータ（以下、「ＡＤＣ」と言う）９を備えている。
【００１８】
ＰＷＭ回路３は、コントローラ７から制御信号Ｃを受け、その制御信号Ｃに設定されたディジタル入力データＤＩＮに基づいてパルス幅を変調して変調信号ＶＭを生成する。図２（ａ）には、ＰＷＭ回路３によって生成される変調信号ＶＭの波形の一例を示している。この変調信号ＶＭは、所定の周期ｔｗでローレベルＶｌｏ及びハイレベルＶｈｉの状態が交互に繰り返される方形波であって、１周期中のハイレベルＶｈｉの期間ｔＯＮの割合（デューティサイクル）ｔＯＮ／ｔｗがディジタル入力データＤＩＮに比例するような電圧信号になるように生成される。コントローラ７からの制御信号Ｃには、ディジタル入力データＤＩＮの設定信号と、変調信号ＶＭの変換周期の設定信号とが含まれており、ＰＷＭ回路３は、これらの設定情報に基づいて周期ｔｗ、及び期間ｔＯＮを設定することにより、変調信号ＶＭを生成する。
【００１９】
ＬＰＦ５は、ＰＷＭ回路３から出力された変調信号ＶＭを受けて、その変調信号ＶＭを平滑化してアナログ出力信号ＶＯＵＴを生成する。このようなＬＰＦ５としては、ハイレベル電圧の入力時にはコンデンサに充電し、ローレベル電圧の入力時にはコンデンサから放電するようなＲＣ回路を採用することができる。図２（ｂ）には、図２（ａ）に示すような変調信号ＶＭが入力された場合に生成されるアナログ出力信号ＶＯＵＴの波形の一例を示す。このように、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルは、変調信号ＶＭの周期ｔｗが一定であれば、デューティサイクル、すなわち、ディジタル入力データＤＩＮの値に応じて段階的に変化するように設定される。このアナログ出力信号ＶＯＵＴは、ＬＰＦ５から出力端子１１に出力される。
【００２０】
ＡＤＣ９は、アナログ出力信号ＶＯＵＴが入力されて、そのアナログ出力信号ＶＯＵＴをＡＤ変換することにより、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルを示すディジタル信号Ｄ１を生成してコントローラ７に送出する。なお、このＡＤＣ９は、外部から所定の電圧にレギュレートされたリファレンス電圧が供給され、このリファレンス電圧を基準としてＡＤ変換するように構成されている。
【００２１】
コントローラ７は、外部からディジタル入力データＤＩＮが設定される制御回路であり、ディジタル入力データＤＩＮの設定信号と、予め設定された変調信号ＶＭの変換周期の設定信号とを含む制御信号Ｃを生成し、ＰＷＭ回路３に送出する。
【００２２】
また、コントローラ７は、アナログ出力信号ＶＯＵＴに関するＡＤＣ９によるモニタ結果とその目標値を継続して比較し、その比較結果に応じて制御信号Ｃを補正する機能を有する。詳細には、コントローラ７は、ディジタル入力データＤＩＮが外部から入力された際に、予めアナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルの目標値を予測して記憶しておく。例えば、ＰＷＭ回路３が１０ビット対応の場合であって、ローレベルＶｌｏ＝0.375V、ハイレベルＶｈｉ＝3.3Vに設定されている場合、ディジタル入力データＤＩＮが１０進数表示で603に対しては、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルの目標値は約2.1Vと算出される。
【００２３】
そして、コントローラ７は、記憶しておいた目標値とＡＤＣ９によって出力されたディジタル信号Ｄ１の値とを比較し、目標値よりも小さい場合にはディジタル入力データＤＩＮに付加するオフセットを加算する。一方、コントローラ７は、ディジタル信号Ｄ１の値が目標値よりも大きい場合には、ディジタル入力データＤＩＮに付加するオフセットを減算する。
【００２４】
例えば、ＰＷＭ回路３の動作環境により、変調信号ＶＭのローレベルＶｌｏが0.375V、ハイレベルＶｈｉが3.0Vに変動している場合、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルは約1.92Vとなってしまう。この場合、ＡＤＣ９が１０ビットＡＤＣであり、リファレンス電圧が2.5Vに設定されているとすると、ＡＤＣ９の出力であるディジタル信号Ｄ１に換算した目標値2.1/2.5×1023=859に対して、実際のディジタル信号Ｄ１の値が1.92/2.5×1023=785となり、目標値よりも小さくなる。このようなときは、コントローラ７は、ディジタル入力データＤＩＮに付加するオフセットを加算する。
【００２５】
上記のようにして調整したディジタル入力データＤＩＮを元にして、コントローラ７は、ディジタル信号Ｄ１の値が目標値に一致するまで繰り返し制御信号Ｃを補正し、その制御信号ＣによってＰＷＭ回路３の出力波形を調整する。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、ＤＡＣ１における出力レベル調整の動作手順について説明する。図３は、ＤＡＣ１の動作を示すフローチャートである。
【００２７】
まず、ディジタル入力データＤＩＮがコントローラ７に入力されると、制御信号Ｃの補正用のオフセットが０にリセットされる（ステップＳ０１）。そして、コントローラ７がディジタル入力データＤＩＮにオフセットを反映することによって、ＰＷＭ回路３に対する制御値を補正する（ステップＳ０２）。その後、コントローラ７が、補正した制御値を有する制御信号ＣをＰＷＭ回路３に送出することにより、その制御値をＰＷＭ回路３に設定する（ステップＳ０３）。
【００２８】
これにより、ＰＷＭ回路３において補正された制御値に応じた変調信号ＶＭが生成された後、ＬＰＦ５からその変調信号ＶＭを平滑化したアナログ出力信号ＶＯＵＴが出力されると同時に、ＡＤＣ９によってアナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルを示すディジタル信号Ｄ１が取得される（ステップＳ０４）。
【００２９】
次に、コントローラ７は、予め予測したディジタル信号Ｄ１の目標値、すなわち、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルの目標値と、実際のディジタル信号Ｄ１の値、すなわち、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルのモニタ値（実測値）とを比較する（ステップＳ０５）。
【００３０】
比較の結果、モニタ値が目標値よりも小さい場合は、コントローラ７は、オフセットに所定値を加算することにより、ＰＷＭ回路３に対する制御値が加算されるようにする（ステップＳ０６）。一方、モニタ値が目標値よりも大きい場合は、コントローラ７は、オフセットに所定値を減算することにより、ＰＷＭ回路３に対する制御値が減算されるようにする（ステップＳ０８）。また、モニタ値が目標値に一致している場合は、コントローラ７は、オフセットをそのままの値に維持して、ＰＷＭ回路３に対する制御値を現在の値から変更しないようにする（ステップＳ０７）。
【００３１】
その後、ステップＳ０２〜Ｓ０８の処理を繰り返すことによって、継続してＰＷＭ回路３に設定する制御値が補正される。
【００３２】
以上説明したＤＡＣ１によれば、ＰＷＭ回路３によってディジタル入力データに基づいてパルス幅変調されて変調信号ＶＭが生成され、その変調信号ＶＭがＬＰＦ５によって平滑化されてアナログ出力電圧ＶＯＵＴに変換される。このとき、アナログ出力電圧ＶＯＵＴはＡＤＣ９によってディジタル値Ｄ１に変換され、コントローラ７によって、そのディジタル値Ｄ１と目標値との比較結果に応じて、ＰＷＭ回路３を設定する制御信号が補正される。これにより、ＰＷＭ回路３からの変調信号ＶＭの電圧レベルＶｌｏ，Ｖｈｉが動作環境等によって変動した場合でも、ディジタル入力データに対応してＬＰＦ５から出力されるアナログ出力電圧ＶＯＵＴのレベルを安定化させることができる。
【００３３】
このような動作環境による影響に対しては、動作環境の影響を受けないリファレンス電圧生成回路を別に設けて、ＰＷＭ回路出力をオープンドレイン出力としてこのリファレンス電圧に対して出力をプルアップする方式も考えられる。しかし、リファレンス電圧へのノイズが大きいため、複数のＰＷＭを用いたＤＡＣを併用する場合にはクロストークが発生する場合がある。これに対して、ＤＡＣ１によれば、そのようなクロストークの心配も無い。
【００３４】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図４には、本発明の変形例であるＤＡＣ１０１の構成を示している。同図に示すＤＡＣ１０１のＤＡＣ１との相違点は、ＡＤＣ１０９が変調信号ＶＭ自体のローレベル及びハイレベルをモニタする点、コントローラ１０７がそのモニタ結果に応じてＰＷＭ回路３に対する設定値を補正する点である。
【００３５】
すなわち、ＤＡＣ１０１において、ＡＤＣ１０９は、ＰＷＭ回路３が生成する変調信号ＶＭの電圧レベルＶｌｏ，Ｖｈｉのそれぞれをモニタし、それらのモニタ信号をＡＤ変換してディジタル信号Ｄ２を生成する。
【００３６】
そして、コントローラ１０７は、ディジタル入力データＤＩＮに対応するアナログ出力信号ＶＯＵＴの目標値を予め予測して記憶しておく。例えば、ＰＷＭ回路３が１０ビット対応の場合であって、ローレベルＶｌｏ＝0.375V、ハイレベルＶｈｉ＝3.3Vに設定されている場合、ディジタル入力データＤＩＮが１０進数表示で603に対しては、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルの目標値は約2.1Vと算出される。さらに、コントローラ１０７は、ディジタル信号Ｄ２を基に実際の電圧レベルＶｌｏ，Ｖｈｉのモニタ結果を取得し、そのモニタ結果からアナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルの予測値を計算した後に、その予測値と目標値を比較する。例えば、変調信号ＶＭのモニタ結果として、ローレベルＶｌｏが0.375V、ハイレベルＶｈｉが3.0Vと得られた場合、アナログ出力信号ＶＯＵＴの電圧レベルは約1.92Vと予測される。
【００３７】
さらに、コントローラ１０７は、上記比較結果に応じて、予測値が目標値よりも小さい場合には、ディジタル入力データＤＩＮに付加するオフセットを加算することにより、ＰＷＭ回路３に設定する制御値を補正する。一方、コントローラ７は、予測値が目標値よりも大きい場合には、ディジタル入力データＤＩＮに付加するオフセットを減算する。
【００３８】
このような構成のＤＡＣ１０１によれば、ＰＷＭ回路３からの変調信号ＶＭのレベルがモニタされ、そのモニタ信号はＡＤＣ１０９によってディジタル値Ｄ２に変換され、コントローラ１０７によって、そのディジタル値Ｄ２を元に算出された出力予測値と目標値との比較結果に応じて、ＰＷＭ回路３を設定する制御値が補正される。これにより、ＰＷＭ回路３からの変調信号ＶＭの電圧レベルが動作環境等によって変動した場合でも、ＬＰＦ５から出力されるアナログ出力電圧ＶＯＵＴを安定化させることができる。特に、このようなＤＡＣ１０１によれば、複数のＤＡＣを用いる場合でも全てのＤＡＣ出力をモニタする必要が無くなるので、回路をコンパクトにすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１０１…ＤＡＣ、３…ＰＷＭ回路、５…ＬＰＦ、７，１０７…コントローラ、９，１０９…ＡＤＣ、Ｃ…制御信号、ＶＭ…変調信号、ＶＯＵＴ…アナログ出力電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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