(57)【要約】  パルス幅変調（ＰＷＭ）周波数変換器１００は、入力ＰＷＭ信号を等しいデューティ比を維持しつつ、異なる周波数を有する出力ＰＷＭ信号を変換する。ＰＷＭ周波数変換器１００は、サンプリングクロック１１２を用いてＰＷＭサイクルで入力ＰＷＭ信号をサンプリングする。フィルタモジュール１０８は、クロック不整合の可能性、クロックジッタ、環境変化、および非決定性問題によって導入された雑音を補償するためのＰＷＭパラメタの得られたセットをフィルタリングし、フィルタリングされたＰＷＭパラメタを生成する。フィルタモジュールによって採用されたサンプリングは、ＰＷＭパラメタと以前にサンプルされたＰＷＭサイクルから以前のＰＷＭパラメタとの差を所定変化閾値に比較する。ＰＷＭパラメタのフィルタリングされたセットは次に、出力信号の相当するＰＷＭサイクルを生成するために用いられる。
2013502194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ＰＷＭ信号を受信し、前記第１ＰＷＭ信号と異なる周波数を有する第２ＰＷＭ信号を出力するパルス幅変調周波数変換器において、方法は、
第１ＰＷＭ信号の第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、ＰＷＭパラメタの第１セットを生成する第１セット生成ステップと；
所定変化閾値に基づき前記第１セットをフィルタリングすることによって、ＰＷＭパラメタの第２セットを生成する第２セット生成ステップと；
前記第２セットに基づき前記第２ＰＷＭ信号における第２ＰＷＭサイクルを生成する第２ＰＷＭサイクル生成ステップと
を有する、方法。
【請求項２】
前記第２ＰＷＭサイクル生成ステップは、
前記第２セットを用いることによって、前記第１ＰＷＭサイクルのデューティ比である第１デューティ比を決定するステップと；
決定された前記第１デューティ比と等しいデューティ比を有するように前記第２ＰＷＭサイクルを生成するステップと
をからなる、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１セット生成ステップは、前記第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって前記第１セットの第１値および第２値を決定するステップを有し、前記第１値は、第１ＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、第２値は、第１ＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表し、
前記第２セット生成ステップは、
所定変化閾値によって定義された変化閾値範囲に基づき第１値をフィルタリングすることによって、前記第２セットの第３値を生成する第３値生成ステップと；
前記変化閾値範囲に基づき前記第２値をフィルタリングすることによって、前記第２セットの第４値を生成する第４値生成ステップと
を有する、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２ＰＷＭサイクル生成ステップは、
前記第２ＰＷＭ信号のＰＷＭステップ範囲と、前記第３値および前記第４値の比とに基づき、デューティ値を決定するステップと；
前記デューティ値に基づき前記第２ＰＷＭサイクルを生成するステップと
からなる、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第２値の所定変化閾値に対する比を、第２比とし、
前記ＰＷＭステップ範囲と前記第２比との積を第１積とすると、
前記方法はさらに、切り捨てたまたは四捨五入した前記第１積が前記第２ＰＷＭ信号のＰＷＭステップ分解度の１つの最下位ビットよりも大きくないように、サンプリング周波数を構成するステップを有する、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記デューティ値に基づき前記第２ＰＷＭサイクルを生成するステップは、
第１期間で前記第２ＰＷＭ信号を第１状態に駆動するステップであって、前記第１期間は、前記デューティ値と等しい生成クロックのサイクル数を有するステップと；
第２期間で前記第２ＰＷＭ信号を第２状態に駆動するステップであって、前記第２期間は、前記ＰＷＭステップ範囲と前記デューティ値との差と等しい生成クロックのサイクル数を有し、第２期間は、前記第１期間に先立つまたは続くステップと
を有する、
請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記第３値生成ステップは、
前記第１値と第５値との差が前記所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、前記第１値と等しくなるように前記第３値を設定するステップであって、前記第５値は、前記第１ＰＷＭサイクルに先立って起こっている前記第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルにおける前記選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を示ステップと
を有し、
前記第４値生成ステップは、
前記第２値と第６値との差が前記所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、前記第２値と等しくなるように第４値を設定するステップであって、前記第６値は、前記第１ＰＷＭサイクルに先立って発生する前記第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を示すステップと；
前記第２値と前記第６値との差が前記所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、前記第６値と等しくなるように前記第４値を設定するステップと
を有する、
請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記所定変化閾値は、３である、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１セット生成ステップは、前記第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、前記第１セットの第１値および第２値を決定するためにステップを有し、
前記第１値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を示し、
前記第２値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおけるサイクルの総数を示し、
前記第２セット生成ステップは、
前記第１値および前記第２値に基づき第１デューティ値を決定する第１デューティ値決定ステップと；
前記所定変化閾値によって定義された変化閾値範囲に基づき前記第１デューティ値をフィルタリングすることによって、前記第２セットの第２デューティ値を生成する第２デューティ値生成ステップと、
を有する、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第２デューティ値生成ステップは、
前記第１デューティ値と第３デューティ値との差が前記所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、前記第１値に等しくなるように前記第２値を設定するステップであって、前記第３デューティ値は、前記第１ＰＷＭサイクルに先立って発生する前記第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルのＰＷＭデューティ比を示すステップと；
前記第１デューティ値と前記第３デューティ値との差が前記所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、前記第３デューティ値と等しくなるように前記第２デューティ値を設定するステップと
を有する、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
第１ＰＷＭ信号を受信するための入力と、第２ＰＷＭ信号を与えるための出力とを有するパルス幅変調周波数変換器であって、前記パルス幅変調周波数変換器は、
前記第１ＰＷＭ信号の第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、ＰＷＭパラメタの第１セットを生成するためのサンプリングモジュールと；
所定変化閾値に基づき前記第１セットをフィルタリングすることによって、ＰＷＭパラメタの第２セットを生成するためのフィルタモジュールと；
前記第２セットに基づき前記第２ＰＷＭ信号における第２ＰＷＭサイクルを生成するためのＰＷＭ生成モジュールと
を備える、パルス幅変調周波数変換器。
【請求項１２】
前記ＰＷＭ生成モジュールは、
前記第２セットを用いることによって前記第１ＰＷＭサイクルのデューティ比である第１デューティ比を決定し、
決定された前記第１デューティ比と等しいデューティサイクルを有するように前記第２ＰＷＭサイクルを生成する、
請求項１１記載のパルス幅変調周波数変換器。
【請求項１３】
前記サンプリングモジュールは、前記第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって前記第１セットの第１値および第２値を決定し、前記第１値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を表し、前記第２値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表し、
前記フィルタモジュールは、前記所定変化閾値によって定義された変化閾値範囲に基づき前記第１値をフィルタリングすることによって、前記第２セットの第３値を生成し、前記変化閾値範囲に基づき前記第２値をフィルタリングすることによって、前記第２セットの第４値を生成する、
請求項１１記載のパルス幅変調周波数変換器。
【請求項１４】
前記ＰＷＭ生成モジュールは、
前記第２ＰＷＭ信号のＰＷＭステップ分解度と、前記第３値および前記第４値の比とに基づき、デューティ値を決定し、
前記デューティ値に基づき前記第２ＰＷＭサイクルを生成する、
請求項１３記載のパルス幅変調周波数変換器。
【請求項１５】
前記ＰＷＭ生成モジュールは、
第１期間で第１状態に前記第２ＰＷＭ信号を駆動することであって、前記第１期間は、前記デューティ値と等しい生成クロックのサイクル数を有することと；
第２期間で第２状態に前記第２ＰＷＭ信号を駆動することであって、前記第２期間は、前記ＰＷＭステップ分解度と前記デューティ値との差に等しい前記生成クロックのサイクル数を有し、前記第２期間は、前記第１期間を先立つまたはその後であることと
によって、前記デューティ値に基づき前記第２ＰＷＭサイクルを生成する、
請求項１４記載のパルス幅変調周波数変換器。
【請求項１６】
前記フィルタモジュールは、
前記第１値と第５値との差が前記所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、前記第３値を設定することであって、前記第５値は、前記第１ＰＷＭサイクルに先立って発生している前記第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表すことと；
前記第１値と前記第５値との差が前記所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、前記第５値と等しくなるように前記第３値を設定することと
によって、前記第１値をフィルタリングして前記第３値を生成し、
前記フィルタモジュールは、
前記第２値と第６値との差が前記所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、前記第２値と等しくなるように前記第４値を設定することであって、前記第６値は、前記第１ＰＷＭサイクルを先立って起こっている前記第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表すことと；
前記第２値と前記第６値との差が前記所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、前記第６値と等しくなるように前記第４値を設定することと
によって、前記変化閾値範囲に基づき前記第２値をフィルタリングして前記第４値を生成する、
請求項１３記載のパルス幅変調周波数変換器。
【請求項１７】
前記サンプリングモジュールは、前記第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって前記第１セットの第１値および第２値を決定し、前記第１値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、前記第２値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表し、
前記フィルタモジュールは、
前記第１値と前記第２値との比に基づき、第１デューティ値を決定することと；
前記所定変化閾値によって定義された変化閾値範囲に基づき前記第１デューティ値をフィルタリングすることによって、前記第２セットの第２デューティ値を生成することと
によって、前記第１セットをフィルタリングして前記第２セットを生成する、
請求項１１記載のパルス幅変調周波数変換器。
【請求項１８】
第１ＰＷＭ信号を受信し、前記第１ＰＷＭ信号よりも高い周波数を有する第２ＰＷＭ信号を出力するパルス幅変調周波数変換器において、方法は、
前記第１ＰＷＭ信号の第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、第１値および第２値を決定する第１決定ステップであって、前記第１値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、前記第２値は、前記第１ＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表す第１決定ステップと；
前記第１ＰＷＭサイクルに続いて起こる前記第１ＰＷＭ信号の第２ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、第３値および第４値を決定する第２決定ステップであって、前記第３値は、前記第２ＰＷＭサイクルにおける前記選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、前記第４値は、前記第２ＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表す第２決定ステップと；
前記第１値および前記所定変化閾値に基づき前記第３値をフィルタリングすることによって、第５値を生成する第５値生成ステップと；
前記第２値および前記所定変化閾値に基づき前記第４値をフィルタリングすることによって、第６値を生成する第６値生成ステップと；
前記第５値および前記第６値に基づき前記第２ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルを生成するＰＷＭサイクル生成ステップと
を有する、方法。
【請求項１９】
前記ＰＷＭサイクル生成ステップは、
前記第２ＰＷＭ信号のＰＷＭステップ範囲と、前記第５値および前記第６値の比とに基づき、デューティ値を決定するステップと；
前記デューティ値に基づき、前記第２ＰＷＭ信号におけるＰＷＭサイクルを生成するステップと
からなる、
請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第５値生成ステップは、
前記第３値と前記第１値との差が前記所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、前記第３値と等しくなるように前記第５値を設定するステップと；
前記第３値と前記第１値との差が前記所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、前記第１値と等しくなるように前記第５値を設定するステップと
を有し、
前記第６値生成ステップは、
前記第４値と前記第２値との差が前記所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、前記第４値と等しくなるように前記第６値を設定するステップと；
前記第４値と前記第２値との差が前記所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、前記第２値と等しくなるように前記第６値を設定するステップと
を有する、
請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはパルス幅変調（ＰＷＭ）に関し、さらに詳しくはＰＷＭ信号のための周波数変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス幅変調（ＰＷＭ）信号はしばしば、電気モーター、発光ダイオード（ＬＥＤ）バックライト、スイッチングモード電源、などのような電子デバイスを正確に制御するために用いられる。しかしながら多くの場合において、ＰＷＭ信号は、電磁干渉（ＥＭＩ）をまたはユーザが監視できるアーティファクトを得られることのような望ましくない効果を導入する周波数を有する。例えばディスプレイデバイスにおけるＬＥＤバックライトを駆動するために用いられたＰＷＮ信号はしばしば人間可聴範囲（０〜２０ｋＨｚ）以内の周波数を有し、したがって監視者によって可聴的に識別できる。さらに、より低周波数のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ信号の周波数によって制御または影響された出力電圧において、顕著な垂下またはリップルを導入し得る。このような問題を対応するために、ＰＷＭ周波数を増加または低下し、同時に、同一ＰＷＭデューティ比を維持するように電子システムはしばしば、或る形態のＰＷＭ信号における周波数変換を採用し、したがって、ＥＭＩおよび可聴ノイズのような望ましくない効果を減少または取り除き、ＰＷＭ信号によって影響されたいかなる出力電圧におけるリップルまたは垂下の大きさを減少する。或る従来の周波数変換技術において、アナログ手法が採用されることによって、到来信号のデューティ比に基づき到来ＰＷＭ信号は、変動する電圧に変換され、該到来信号のデューティ比は、さらに異なる周波数において到来ＰＷＭ信号の元のデューティ比を再現するためにランプ信号および複数の基準信号とともに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００７３７３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら代表的電圧、基準電圧、およびランプ信号を比較するための代表的電圧におけるノイズおよび比較器におけるオフセットは、デューティ比のための正確なＰＷＭ信号生成（特に、０％および１００％の近く）を抑制してしまう。また、電圧変換に入力ＰＷＭ信号におけるノイズおよび比較器におけるオフセットも、生成された出力ＰＷＭ信号におけるノイズおよびオフセットを生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、図面を参照することによって、より良く理解されえ、数々の特徴は、当業者にとって明確になる。異なる図面における同じ参照番号は、同様または同一の項目を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがって、フィルタリングを実施するパルス幅変調（ＰＷＭ）周波数変換器を示す図である。
【図２】本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがって、図１のＰＷＭ周波数変換器の動作の代表的方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがって、入力ＰＷＭ信号のサンプリングの間、クロックジッタおよびサンプリングクロックの非同期の他の発現（ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎｓ）によるサンプリング不一致の導入を示す図である。
【図４】本明細書の少なくとも１つ実施形態にしたがって、図１のＰＷＭ周波数変換器１００の動作の別の方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがって、入力ＰＷＭ信号からサンプリング結果のフィルタリングに基づき、出力ＰＷＭ信号を生成するための図１のＰＷＭ周波数変換器のＰＷＭ生成モジュールを示す図である。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがって、図１のＰＷＭ周波数変換器を実装する発光ダイオード（ＬＥＤ）システムを示す図である。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがって、図１のＰＷＭ周波数変換器を実装する別の代表的ＬＥＤシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１〜図７は、入力パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を、入力ＰＷＭ信号とは異なる周波数を有し且つほぼ等しいデューティ比を有する出力ＰＷＭ信号に変換するためのＰＷＭ周波数変換器、およびＰＷＭ周波数変換器を採用する代表的システムを示す。ＰＷＭ周波数変換器は、入力ＰＷＭ周波数の周波数よりも高い周波数を有するサンプリングクロックを用いることによって、ＰＷＭサイクルにおける入力ＰＷＭ信号をサンプリングする。フィルターモジュールは、１または複数のＰＷＭパラメタの結果として得られたセットをフィルタリングすることによって、クロック不整合な可能性、クロックジッタ、環境変化、および非決定性問題を補償する。比決定性問題は、入力ＰＷＭ信号を生成するために用いられるクロックと、入力ＰＷＭ信号をサンプリングするために用いられるサンプリングクロックとの間にあり、それによってフィルタリングされたＰＷＭパラメタを生成する。少なくとも１つの実施形態において、１または複数のＰＷＭパラメタのフィルタリングされたセットを決定するにおいて、フィルタモジュールによって採用されたサンプリングは、現行ＰＷＭパラメタと以前（または過去の）ＰＷＭパラメタとの差を、変化閾値と比較する。１または複数のＰＷＭパラメタのフィルタリングされたセットは、出力信号の１または複数の対応するＰＷＭサイクルを生成するために用いられる。サンプリング周波数とフィルタにおける適切な変化閾値と適切な選択によって、ＰＷＭ周波数変換器器は、出力ＰＷＭ信号の特定解像度における出力ＰＷＭ信号のために１つの最下位ビット（ＬＳＢ）のＰＷＭステップ解像度を達成し、同時に、全体デューティ範囲の０％から１００％に亘って出力ＰＷＭ信号を正確に生成できる。
【０００８】
図１は、入力ＰＷＭ信号１０２を、異なる周波数を有し且つ実質的に等しいデューティ比を維持する出力ＰＷＭ信号１０４に変換するためのＰＷＭ周波数変換器１００を示す。図示された例において、ＰＷＭ周波数変換器１００は、サンプリングモジュール１０６、フィルタモジュール１０８、ＰＷＭ生成モジュール１１０およびクロックソース１１２，１１４（例えば、発振器）を含む。図１〜図７示されたようなＰＷＭ生成モジュール１１０の種々のモジュールの機能は、ハードウェア、ファームウェア、相当する機能を示すソフトウェアまたはそれの組み合わせを実行する１または複数のプロセッサとして実施される。例えば特定部品の機能は、別項のロジック、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）デバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、などとして実施され得る。
【０００９】
１つの実施形態において、入力ＰＷＭ信号１０２は、ＰＷＭソース１１６によって生成され、周波数ｆ１を有する。ＰＷＭソース１１６は、例えば、入力ＰＷＭ信号１０２がバックライト制御信号であるコンテキストのためのビデオプロセッサ、入力ＰＷＭ信号１０２がモーター制御信号であるコンテキストのためのマイクロコントローラ、等を含む可能性がある。ＰＷＭ周波数変換器１００における入力信号１０２のサンプリングにおいて、クロックソース１１２は、入力ＰＷＭ信号１０２の周波数ｆ１より大きな周波数ｆ２を有するサンプリングクロック１２２を生成する。クロックソース１１４は、周波数ｆ４を有する出力ＰＷＭ信号１０４の生成のために周波数ｆ３を有する生成クロック１２４を生成する。ここで周波数ｆ４は、クロック１２４の周波数ｆ３および出力ＰＷＭ信号のＰＷＭ解像度（例えば、８ビットＰＷＭステップ解像度の場合、２５５＊ｆ３）の積である。
【００１０】
サンプリングモジュール１０６は、入力ＰＷＭ信号１０２を受信するための入力と、サンプリングクロック１２２を受信するための入力と、未処理ＰＷＭパラメタ１２６のセットとしてサンプリングクロック１２２を用いて入力ＰＷＭ信号１０２のサンプリング処理の結果を提供するための出力とを含む。フィルタモジュール１０８は、未処理ＰＷＭパラメタ１２６を受信するための入力と、未処理ＰＷＭパラメタ１２６のフィルタリングに基づき生成されたフィルタリングされたＰＷＭパラメタ１２８のセットを提供する出力とを有する。ＰＷＭ生成モジュール１１０は、フィルタリングされたＰＷＭパラメタ１２８を受信するための入力と、生成クロック１２４を受信するための入力と、出力ＰＷＭ信号１０４を提供するための出力とを含み、ここで、ＰＷＭ生成モジュール１１０は、図２、図４、および図５を参照して以下に記載されるように、生成クロック１２４およびフィルタリングされたＰＷＭパラメタ１２８を用いて出力ＰＷＭ信号１０４を生成する。
【００１１】
図２は、本明細書の少なくとも１つの実施形態にしたがって、図１のＰＷＭ周波数変換器１００の動作方法２００を示す。方法２００のブロック２０２、２０４、２０６、および２０８は、サンプリングモジュール１０６によって実行されたサンプリング工程を示す。ブロック２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、および２２２は、フィルタモジュール１０８によって実行されたフィルタリング工程を示す。ブロック２２４、２２６、および２２８は、ＰＷＭ生成モジュール１１０によって実行されたＰＷＭ生成工程を示す。
【００１２】
ブロック２０２において、ＰＷＭ周波数変換器１００は、入力ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルをサンプリングするための準備として、サンプリングモジュール１０６を初期化することによって初期化される。入力ＰＷＭ信号１０２のサンプリングにおいて、サンプリングモジュール１０６は、２つの変数または値を採用する：Ｎ＿ｔｏｔａｌとＮ＿ｈｉｇｈである。Ｎ＿ｔｏｔａｌは、ＰＷＭサイクルに亘ってサンプリングされるサンプルの総数を示す。Ｎ＿ｈｉｇｈは、ＰＷＭサイクルに亘って選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を示す（例えば、この場合、論理「ハイ」または「１」）。フィルタリングにおいて、フィルタモジュール１０８は、４つの追加的値または変数を用いる：Ｎ＿Ｈ０、Ｎ＿Ｔ０、Ｎ＿Ｈ、およびＮ＿Ｔである。Ｎ＿Ｈ０は、選択サンプル値を有するこれまで任意にサンプリングされたＰＷＭサイクルに亘る過去のまたはベースラインのサンプル数を示す。Ｎ＿Ｔ０、これまで任意にサンプリングされたＰＷＭサイクルに亘る過去のまたはベースラインのサンプル総数を示す。Ｎ＿Ｈは、生成されたＰＷＭサイクルにおけるデューティ比を算出することに用いられた選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を示す。Ｎ＿Ｔは、生成されたＰＷＭサイクルにおけるデューティ比を計算することに用いられたサンプルの総数を示す。したがって、比較のためにこれらの値のためのベースラインをゼロに設定するように、少なくともＮ＿Ｔ０およびＮ＿Ｈ０の値をゼロに設定することによってサンプリングされる第１ＰＷＭサイクルをサンプリングする前に、フィルタモジュール１０８は、ブロック２０２で初期化され得る。
【００１３】
ブロック２０４において、サンプルモジュール１０６は、サンプリングクロック１２２を用いて入力ＰＷＭ信号１０２のＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、サンプリング周波数を駆動する。図２に示されるように、このサンプリング工程は、ブロック２０６で入力ＰＷＭ信号１０２のサンプルを獲得し、次に、サンプルが選択サンプル値を有する場合、カウンタをインクリメントすることによって、ＰＷＭサイクルに亘って選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数（Ｎ＿ｈｉｇｈ）をサンプリングモジュール１０６が決定することを含んでもよい。サンプリング工程はまた、ブロック２０８で入力ＰＷＭ信号１０２のＰＷＭサイクルに亘ってサンプルの総数（Ｎ＿ｔｏｔａｌ）をサンプリングモジュール１０６が決定することを含んでもよい。例えば、ハイの第１ＰＷＭサイクルにおいて、立上りエッジを検出すると、サンプリングモジュール１０６は、カウンタをリセットし、そして次の立上りエッジが検出されるまでカウンタをインクリメントしてもよい。この時点で、次の立上りエッジの時間におけるカウンタ値は、ＰＷＭサイクルの間に獲得されたサンプルの総数を示す。ローの第１ＰＷＭサイクルにおいて、立下りエッジを検出されると、サンプリングモジュール１０６は、カウンタをリセットし、そして次の立ち下りエッジまでカウンタをインクリメントしてもよい。サンプリングモジュール１０６はそして、未処理ＰＷＭパラメタ１２６のセットとしてＮ＿ｔｏｔａｌおよびＮ＿ｈｉｇｈの決定された値をフィルタモジュール１０８に提供する。
【００１４】
ブロック２１０で、フィルタモジュール１０８は、Ｎ＿ｈｉｇｈ値（すなわち、サンプリングされたＰＷＭサイクルにおける「ハイ」サンプルのサンプル数）とＮ＿Ｈ０値との差が、所定の変化閾値以上であるか否か判定する。以下の説明から理解されるように、Ｎ＿Ｈ０値は、１または複数の以前にサンプリングされたＰＷＭサイクルからのハイのサンプルのフィルタリングされたまたはベースラインのサンプル数を示す。したがって、ブロック２１０で、フィルタモジュール１０８は、ＰＷＭサイクルによる最も新しくサンプリングされたハイサンプルのサンプル数はハイＰＷＭサンプルの過去のサンプル数の変化閾値範囲以内にあるか否か判定する。ここで、変化閾値範囲は、所定変化閾値によって定義される。変化閾値範囲外の場合（すなわち、これらの値同士の差が所定変化閾値以上である場合）、ブロック２１２で、フィルタモジュール１０８は、Ｎ＿ＨをＮ＿ｈｉｇｈ値に設定する。以下に記載されるように、Ｎ＿Ｈ値は、生成される出力ＰＷＭ信号１０４の対応するＰＷＭサイクルにおけるデューティ比を計算するために（Ｎ＿Ｔ値と組み合わせられて）用いられる。したがってブロック２１２で、Ｎ＿Ｈ値をＮ＿ｈｉｇｈ値に設定することは、出力ＰＷＭ信号１０４のために生成される対応するＰＷＭサイクルのデューティサイクルを制御するように機能する最も新しくサンプリングされたＰＷＭサイクルのために決定されたハイサンプルのサンプル数をもたらす。さもなければ、選択サンプル値（Ｎ＿ｈｉｇｈ）を有するサンプルのサンプル数が過去の値の変化閾値範囲以内にある場合（すなわち、Ｎ＿ｈｉｇｈ値とＮ＿Ｈ０値との差が所定変化閾値よりも小さい場合）、ブロック２１４で、代わりに、Ｎ＿Ｈ値は、Ｎ＿Ｈ０値に設定され、出力ＰＷＭ信号１０４の対応するＰＷＭサイクルにおけるデューティ比は、以前のＰＷＭサイクルからハイサンプルの過去のまたはベースラインのサンプル数に基づき設定される。
【００１５】
同様のフィルタリング工程は、Ｎ＿ｔｏｔａｌ値に基づきＮ＿Ｔ値を設定するために用いられる。ブロック２１６で、フィルタモジュール１０８は、Ｎ＿ｔｏｔａｌ値（すなわち、サンプリングされたＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数）がＮ＿Ｔ０値の変化閾値範囲以内にあるか否か判定する。ここでブロック２１６における変化閾値範囲は、ブロック２１０のように同一所定変化閾値によって、または別の所定変化閾値によって定義される。以下に記載されるように、Ｎ＿Ｔ０値が１または複数のサンプリングされたＰＷＭサイクルからサンプルの過去のまたはベースラインのサンプル総数を示す。したがってフィルタモジュール１０８は、ＰＷＭサイクルからサンプルの総数が変化閾値範囲以内にあるか否か（すなわち、サンプルの総数がＰＷＭサンプルの過去の総数とはどれくらい異なるか否か）判定する。それらの値の差が所定変化閾値以上の場合、ブロック２１８で、フィルタモジュール１０８は、Ｎ＿Ｔ値をＮ＿ｔｏｔａｌ値に設定する。そのように最も新しくサンプリングされたＰＷＭサイクルからのサンプルの総数は、出力ＰＷＭ信号１０４のために生成される対応するＰＷＭサイクルのデューティサイクルを制御するために働く。さもなければ、Ｎ＿ｔｏｔａｌ値およびＮ＿Ｔ０値との差が所定変化閾値よりも小さい場合、ブロック２２０で、代わりに、Ｎ＿Ｔ値は、Ｎ＿Ｔ０値に設定され、出力ＰＷＭ信号１０４の対応するＰＷＭサイクルにおけるデューティ比は以前のＰＷＭサイクルからのサンプルの過去のまたはベースラインの総数に基づき設定されるという結果をもたらす。ブロック２２で、Ｎ＿Ｈ０値は、Ｎ＿Ｈ値に設定され（それによって、一ＰＷＭサイクル当たりのハイサンプルの過去のまたはベースラインの数を、生成される対応するＰＷＭサイクルのデューティ比を決定するために用いられたハイサンプルのサンプル数に設定する。）、Ｎ＿Ｔ０値は、Ｎ＿Ｔ値に設定される（それによって、一ＰＷＭサイクル当たりのハイサンプルの過去のまたはベースラインの総数を、生成される対応するＰＷＭサイクルのデューティ比を決定するために用いられたサンプルの総数に設定する。）。
【００１６】
以上に記載され、以下でより詳細に記載されるように、Ｎ＿Ｈ値およびＮ＿Ｔ値は、出力信号１０４のために生成されたＰＷＭサイクルにおけるデューティ比を決定するために用いられる。したがって、Ｎ＿Ｈの過去の値とＮ＿ｈｉｇｈの現在の値との差が所定変化閾値によって定義された変化閾値範囲以上の時のみ（同様に、過去の値Ｎ＿Ｔ０および現在に決定されたＮ＿ｔｏｔａｌ値に関する値Ｎ＿Ｔに対し）、Ｎ＿Ｈ値の過去の値から、最も新しくサンプリングされたＰＷＭサイクルのために決定されたＮ＿ｈｉｇｈ値に、Ｎ＿Ｈ値を変化させることによって提供されたフィルタリングは、ある程度のノイズフィルタリングを提供する。それによって、サンプリングされたＰＷＭサイクルのデューティ比の誤ったまたは不一致計算および出力ＰＷＭ信号１０４の対応するＰＷＭサイクルにおけるデューティ比の誤ったまたは不一致生成の可能性を減少する。
【００１７】
ブロック２２２で、過去の値Ｎ＿Ｈ０は、ブロック２１０〜２１４から決定されたＮ＿Ｈの現在の値に設定され、過去の値Ｎ＿Ｔ０は、ブロック２１６〜２２０から決定されたＮ＿Ｔの現在の値に設定される。ブロック２０４〜２２０のサンプリング工程はそして、入力ＰＷＭ信号１０２の次のＰＷＭサイクルで繰り返される可能性がある。並行して、サンプリングされたＰＷＭサイクルからのＮ＿ＨおよびＮ＿Ｔにおける現在の値は、フィルタリングされたＰＷＭパラメタ１２８としてＰＷＭ生成モジュール１１０に提供される。
【００１８】
ブロック２２４で、ＰＷＭ生成モジュール１１０は、Ｎ＿ＨおよびＮ＿Ｔの値に基づきサンプリングされたＰＷＭサイクルのデューティ比（したがって、生成されるべきＰＷＭサイクルのデューティ比）を決定する。１つの実施形態において、デューティ比は、、すなわち、ハイサンプルのサンプル数（Ｎ＿Ｈ）の、サンプリングされたＰＷＭサイクル（Ｎ＿Ｔ）のためのサンプルの総数に対する比、すなわちＮ＿Ｈ／Ｎ＿Ｔとして計算される。代替的には、サンプリングされたＰＷＭサイクルにおけるローサンプル（Ｎ＿Ｌ）のサンプル数は、追跡されてもよく、したがってデューティ比は、（Ｎ＿Ｔ−Ｎ＿Ｌ）／Ｎ＿Ｔとして計算されてもよい。さらに図５を参照して下述されるように、ＰＷＭ生成モジュール１１０は、デューティ比と、出力ＰＷＭ信号１０４のＰＷＭステップ範囲（Ｒ）との積として、すなわちＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＝Ｒ＊（Ｎ＿Ｈ／Ｎ＿Ｔ）として、デューティ値（ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ）を計算する。例えば、Ｎ＿Ｈ＝５０、Ｎ＿Ｔ＝１２０、および出力ＰＷＭ信号が８ビットＰＷＭステップ範囲（すなわち、Ｒ＝２＾８−１すなわち２５５ステップ）を有すると仮定すると、ＰＷＭ＿デューティの値は、２５５＊（５０／１２０）＝１０６．２５であり、整数値を生成するために１０６に切り捨てまたは四捨五入する。ブロック２２６で、ＰＷＭ生成モジュール１１０は、図５を参照して以下に記載されるように、デューティ値ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを用いて出力ＰＷＭ信号１０４の対応するＰＷＭサイクルを生成することによって、生成されたＰＷＭサイクルのデューティ比を制御する。ブロック２２８において、生成されたＰＷＭサイクルと共に出力ＰＷＭ信号１０４はそして、宛先モジュールに提供されることによって、宛先モジュールを駆動、または宛先モジュールの動作を制御しうる。制御は例えば、ディプレイのＬＥＤを活性化／不活性化するためにまたはモーターを駆動するために、出力ＰＷＭ信号１０４を用いる。
【００１９】
ブロック２１０、２１２、２１４、２１６、２１８および２２０に適用されたフィルタリング工程において、所定の変化閾値は、過去の値の代わりに現在の値が用いられる前に、現在の値が過去の値と異なる程度を定義する。したがって、クロックジッタの可能性、クロック不整合、環境変化、現行値の計算にノイズを導入し得る、他の決定性アーティファクトまたはランダムエラーを補償するように変化閾値における適切な値が選択される。理想的には、特定ＰＷＭ性能要件を満たすために、例えば、ＰＷＭステップ解像度の１ＬＳＢまたは０％〜１００％の全範囲に亘ってデューティ比を有するＰＷＭ信号を提供する能力、ＰＷＭ周波数変換器１００をさらに補助するように変化閾値はまた、選択され得る。所定変化閾値が１つまたはそれより高い数字として選択され得るが、発明者は、サンプリング工程の条件が２つの潜在的サンプリング差まで導入することと、よって、３よりも大きい所定変化閾値が１ＬＳＢの最小ＰＷＭステップ解像度のＰＷＭ性能パラメタを達成するための最適閾値および出力ＰＷＭ信号１０４に０％デューティ比を再現する能力を提供することとを決定した。例えば図３は、後のデューティ計算に関するサンプリング差の原因を示す。図示されたチャート３００において、１１個のサンプルは、３つのＰＷＭ信号３０２、３０４、および３０６の各々のためにそれぞれのサンプル点Ｓ１〜Ｓ１１で獲得される。１１サンプル点は図解を簡略するために示されるが、十分なサンプリング解像度を提供するために所与のＰＷＭサイクル以内サンプルのサンプル数は、典型的にはより高いことを理解されたい。
【００２０】
ＰＷＭ信号３０２によって示されるように、ＰＷＭ信号の立ち上がりおよび立ち下りエッジがサンプル点同士の間に発生する場合（例えば、サンプル点Ｓ３とＳ４との間およびＳ８とＳ９との間）、不正確なサンプリング測定である可能性はほとんどない。しかしながらＰＷＭ信号３０４によって示されるように、ＰＷＭ信号のエッジの１つがサンプル点の近傍にある場合（例えば、サンプルＳ３で起こっているＰＷＭ信号の立上りエッジ）、サンプリング不一致が発生するおそれがあり、したがってＰＷＭ信号３０４におけるハイサンプル（Ｎ＿ｈｉｇｈ）の決定されたサンプル数は、２つの値のうちのいずれか１つであってよい。例えば図３において、サンプル点Ｓ３におけるＰＷＭ信号３０４のサンプルがハイサンプル値として処理される場合、Ｎ＿ｈｉｇｈ値は、６である。しかし、サンプル点Ｓ３におけるＰＷＭ信号３０４のサンプルがローサンプル値として処理される場合、Ｎ＿ｈｉｇｈ値は、５である。したがってＰＷＭ信号３０４のＰＷＭサイクルに対する１１サンプルの総数（Ｎ＿ｔｏｔａｌ＝１１）において、サンプルＳ３で割当てられた立上りエッジにおける値に依存して測定されたデューティ比は、５４．５％（６／１１）または４５．４％（５／１１）である。ＰＷＭ信号３０６によって示されるように、サンプリングされたＰＷＭサイクルの立上りエッジおよび立下がりエッジの両方が対応するサンプル点の近傍で発生する場合、サンプリング工程の非決定性は、さらに悪化され得る。サンプル点Ｓ３で起こっている立上りエッジは、ハイサンプル値またはローサンプル値として処理され、サンプル点Ｓ９で起こっている立下りエッジは、同様であり、ＰＷＭ信号３０６の図示されたＰＷＭサイクルにおけるハイサンプルのサンプル数は、５、６、または７である可能性があり、サンプリングされたＰＷＭサイクルのデューティ比は４５．４％、５４．５％、または６３．６％のいずれかとして解釈される（処理される）可能性をもたらす。上述のようにサンプリングパラメタの過去の値ベースのフィルタリングが無い場合、一定なデューティ比が出力ＰＷＭ信号１０４のＰＷＭサイクルで維持され得るが、このサンプリングにおける非決定性は、出力ＰＷＭ信号１０４の連続ＰＷＭサイクルのデューティ比に頻繁にかつ実質的な変化を寄与する。したがって所与のＰＷＭサイクルで２つのサンプリング不一致点が存在するおそれがあるので（１つは立ち上がりエッジであり、１つは立ち下がりエッジである）、この２つの不一致点の可能性を勘案してフィルタモジュール１０８によって適用された変化閾値は、３に設定されてもよい。
【００２１】
サンプリング工程の特性を考慮すると３の変化閾値が適しているが、本明細書の範囲から逸脱することなく３以外の閾値も実行され得る。しかしながらより大きな閾値において、特定性能目標、例えば、０％の最低ＰＷＮデューティまたは１ＬＳＢの最低ＰＷＭ解像度ステップ、を達成するために、１つのＰＷＭサイクルあたりより大きなサンプル数が必要とされる。例えば、８ビット解像度（２５５ステップ）および１つのＰＷＭサイクルあたり４５０サンプルの総数（Ｎ＿ｔｏｔａｌ＝４５０）と共に、出力ＰＷＭ信号１０４では、変化閾値が１ＬＳＢの時（ｔｒｕｎｃ[３／４５０ｘ２５５]＝１ＬＳＢ）の最低ＰＷＭステップである。しかしながら、同一のサンプル数と共に４に設定された変化閾値において、最低ＰＷＭステップは、２ＬＳＢ（ｔｒｕｎｃ[４／４５０ｘ２５５]＝２ＬＳＢ）である。１ＬＳＢと共に４の変化閾値を達成するために、１つのＰＷＭサイクルあたりのサンプルの総数は、１つのＰＷＭサイクルあたり少なくとも５１１サンプルに増加される必要がある。したがって１つの実施形態において、サンプリングクロック１２２は、ＰＷＭステップ範囲ＲとサンプルＮ＿ｔｏｔａｌの総数に対する所定変化閾値の比との切り捨てまたは四捨五入した積がＰＷＭステップ解像度の１ＬＳＢよりも大きくないように、サンプリングモジュール１０６におけるサンプリング周波数を提供すべく構成または選択される。
【００２２】
図４は、本明細書の少なくとも１つ実施形態にしたがって、図１のＰＷＭ周波数変換器１００の動作の別の方法４００を示す。方法４００のブロック４０２および４０４は、サンプリングモジュール１０６によって実行されたサンプリング工程を示す。ブロック４０６、４０８、４１０、および４１２は、フィルタモジュール１０８によって実行されたフィルタリング工程を示す。ブロック４１４および４１６は、ＰＷＭ生成モジュール１１０によって実行されたＰＷＭ生成工程を示す。図２の方法２００とは対照的に、方法４００は、入力ＰＷＭ信号１０２のＰＷＭデューティ比の一時的代表値をまず計算し、次に、所定変化閾値および以前ＰＷＭサイクルのサンプリングから決定された以前のまたは過去のＰＷＭデューティ比に基づきこのＰＷＭパラメタをフィルタリングする。
【００２３】
ブロック４０２では、ＰＷＭ周波数変換器１００は、入力ＰＷＭ信号１０２のＰＷＭサイクルをサンプリングする準備のために、サンプリングモジュール１０６を初期化することによって初期化される。入力ＰＷＭ信号１０２のサンプリングにおいて、上述のように、サンプリングモジュール１０６は、２つの変数または値、Ｎ＿ｔｏｔａｌおよびＮ＿ｈｉｇｈ、を採用する。方法４００のフィルタリングにおいて、フィルタモジュール１０８は、３つの追加的値または変数を用いる：ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ、およびＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｆｉｎａｌである。ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０は、これまでサンプリングされたＰＷＭサイクルに亘って過去のまたはベースラインのＰＷＭデューティ比を示す。ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐは、現在にサンプリングされたＰＷＭサイクルのＰＷＭデューティ比（Ｎ＿ｔｏｔａｌおよびＮ＿ｈｉｇｈを用いて計算される）を示す。ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｆｉｎａｌは、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０および事前選択された変化閾値に基づきＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐのフィルタリングから得られたＰＷＭデューティ比を示す。したがって比較のために、Ｎ＿ｔｏｔａｌ、Ｎ＿ｈｉｇｈ、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ、およびＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｆｉｎａｌにおけるベースラインをゼロに設定するように少なくともＮ＿ｔｏｔａｌ、Ｎ＿ｈｉｇｈ、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ、およびＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｆｉｎａｌを０に設定することによってサンプリングされる第１ＰＷＭサイクルをサンプリングする前に、フィルタモジュール１０８は、ブロック４０２で初期化されてもよい。
【００２４】
ブロック４０４で、サンプルモジュール１０６は、図２のブロック２０４、２０６、および２０８に対して上述されたように、サンプリングクロック１２２を用いて入力ＰＷＭ信号１０２のＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、サンプリング周波数を駆動し、ＰＷＭサイクルに亘って選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数（Ｎ＿ｈｉｇｈ）と、入力ＰＷＭ信号１０２（Ｎ＿ｔｏｔａｌ）のＰＷＭサイクルに亘って獲得されたサンプルの総数とを決定する。
【００２５】
ブロック４０６では、フィルタモジュール１０８は、Ｎ＿ｈｉｇｈ値およびＮ＿ｔｏｔａｌ値を用いることによって、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ値を決定する。例えば１つの実施形態において、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ値は、デューティ比と出力ＰＷＭ信号１０４のＰＷＭステップ範囲Ｒとの積、すなわちＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ＝Ｒ＊（Ｎ＿ｈｉｇｈ／Ｎ＿ｔｏｔａｌ）として計算される。ブロック４０８で、フィルタモジュール１０８は、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ（すなわち、サンプリングされたＰＷＭサイクルの測定されたデューティ比）とＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０（すなわち、以前にサンプリングされたＰＷＭサイクルからの過去のデューティ比）との差は所定変化閾値以上であるか否か判定する。１つのＰＷＭサイクル、ＰＷＭステップ範囲（Ｒ）、などあたり１または複数のサンプルの予定総数に基づき変化閾値を計算することによって、図３に上述された２つの潜在的サンプリングエラーに適応するように所定変化閾値は選択されてもよい。少なくとも１つの実施形態において、所望に応じてより広くまたは狭く変化閾値を可能にするように変化閾値が１０進数として実行されるように、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐ値およびＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０値は、１０進数として維持される。例えば、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐおよびフィルタモジュール１０８の所望感知度を計算するために用いられた特定予定範囲における値に依存して、変化閾値は、例えば、０．２５、０．５、１．０、１．５または２．０のうちのいずれに設定されてもよい。
【００２６】
ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿ＴｅｍｐとＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０との差が変化閾値を超える場合、ブロック４１０で、次にサンプリングされたＰＷＭサイクルにおける過去のＰＷＭでユーティ値として現行ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐを用いるように、フィルタモジュール１０８は、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿ＦｉｎａｌをＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐの整数表現に設定し、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０をＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｔｅｍｐに設定する。さもなければ、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿ＴｅｍｐとＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０との差が変化閾値を超えない場合、ブロック４１２で、フィルタモジュール１０８は、ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｆｉｎａｌを過去のＰＷＭデューティ（ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ０）の整数表現に設定する。
【００２７】
ブロック４０４〜４１２のサンプリング工程は、入力ＰＷＭ信号１０２の次のＰＷＭサイクルで繰り返される。並行して、サンプリングされたＰＷＭサイクルからのＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｆｉｎａｌの値は、フィルタリングされたＰＷＭパラメタ１２８としてＰＷＭ生成モジュール１１０に提供される。ブロック４１４で、ＰＷＭ生成モジュール１１０は、図５を参照して以下により詳細に記載されるように、生成されたＰＷＭサイクルのデューティ比を制御するためのデューティ値ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ＿Ｆｉｎａｌを用いて出力ＰＷＭ信号１０４の対応するＰＷＭサイクルを生成する。ブロック４１６で、宛先モジュールの動作を駆動または他の方法で宛先モジュールを制御するために、例えば出力ＰＷＭ信号１０４を使用することによってディスプレイのＬＥＤを活性化／不活性化またはモータを駆動するために、生成されたＰＷＭサイクルと共に出力ＰＷＭ信号１０４は、次に宛先モジュールに提供されてもよい。
【００２８】
図５は、本明細書の少なくとも１つの実施形態にしたがって、出力ＰＷＭ信号１０４のハイの第１ＰＷＭサイクル（ｈｉｇｈ−ｆｉｒｓｔ  ＰＷＭ  ｃｙｃｌｅ）を生成するためのＰＷＭ生成モジュール１１０の代表的実施例を示す。本明細書で記載されたガイドラインを用いて、同様な構成は、ローの第１ＰＷＭサイクル（ｌｏｗ−ｆｉｒｓｔ  ＰＷＭ  ｃｙｃｌｅ）を生成するために実装されてもよい。図示された例において、ＰＷＭ生成モジュール１１０は、出力ドライバ５０２、デジタル比較器５０４および５０６、レジスタ５０８および５１０、およびカウンタ４１２を含む。カウンタ５１２は、（周波数ｆ３を有する）生成クロック１２４を受信するためのクロック入力と、リセット信号５１４を受信するためのリセット入力と、カウント５１６を与えるための出力とを含む。ここで、リセット信号５１６のアサートに応答してカウンタ５１２は、カウント５１６をゼロに初期化し、そして次のリセットイベントまで生成クロック１２４の各サイクルにおけるカウント５１６をインクリメントする。デジタル比較器５０４は、レジスタ５０８からＰＷＭステップ範囲値Ｒを受信するための入力と、カウント５１６を受信するための入力と、リセット信号５１４を与えるための出力とを有する。ここで、カウント５１６がＰＷＭステップ範囲値Ｒに届く時、デジタル比較器５０４は、リセット信号５１４をアサートする。さもなければ、カウント５１６がＰＷＭステップ範囲Ｒを未満する時、デアサート状態でリセット信号５１４を維持する。デジタル比較器５０６は、カウント５１６を受信するための入力と、レジスタ５１０からデューティ値ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを受信するための入力と、ハイ／ロー信号５１８を与えるための出力とを含む。ここで、カウント５１６がデューティ値ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ以下の時、デジタル比較器５０６は、ハイ／ロー信号５１８をアサートする。さもなければ、カウント５１６がデューティ値ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙより大きい時、デアサート状態にハイ／ロー信号５１８を維持する。ドライバ５０２は、ハイ／ロー信号５１８を受信するための入力および出力ＰＷＭ信号１０４を与えるための出力を含む。ここで、ハイ／ロー信号５１８がアサートされる時、ドライバ５０２は、出力ＰＷＭ信号１０４ハイに引き上がり、さもなければ、ハイ／ロー信号５１８がアサートされない時、ＰＷＭ信号１０４ロー（例えば、接地または電圧基準ＶＳＳに）に引き下がる。
【００２９】
図６および図７は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）列を有するＬＥＤシステムにおける動的電力管理のための図１のＰＷＭ周波数変換器の代表的実施例を示す。本発明で「ＬＥＤ列」という用語は、１または複数の直列に接続されたＬＥＤの組を意味する。ＬＥＤ列の「ヘッド端部」は、駆動電圧／電流を受けるＬＥＤ列の端部または部分であり、ＬＥＤ列の「テール端部」は、ＬＥＤ列の別の端部または部分である。本明細書で「テール電圧」という用語は、ＬＥＤ列のテール端部における電圧またはそれの代表（例えば、電圧分割された代表、増幅された代表、など）を意味する。「サブセットのＬＥＤ列」という用語は、１または複数のＬＥＤ列を意味する。
【００３０】
図６は、本明細書の少なくとも１つの実施形態にしたがって、動的電力管理を有するＬＥＤシステム６００を示す。図示された例において、ＬＥＤシステム６００は、ＬＥＤパネル６０２およびＬＥＤドライバ６０４を含む。ＬＥＤパネル６０２は、複数のＬＥＤ列（例えば、ＬＥＤ列６０５、６０６、６０７、および６０８）を含む。各ＬＥＤ列は、１または複数の直列に接続されたＬＥＤ６０９を含む。ＬＥＤ６０９は例えば、白ＬＥＤ，赤い、緑、青い（ＲＧＢ）ＬＥＤ，有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ），などを含んでもよい。各ＬＥＤ列は、電圧バス６１０（例えば、導電性トレース、ワイヤ、など）を介してＬＥＤドライバ６０４の電圧源６１２からＬＥＤ列のヘッド端部で受取られた調整可能電圧ＶＯＵＴによって駆動される。図６の実施形態において、電圧源６１２は、供給された入力電圧を用いて出力電圧ＶＯＵＴを駆動するように構成されたブースト変換器として実施される。
【００３１】
ＬＥＤドライバ６０４は、ＬＥＤ列６０５〜６０８のテール端部におけるテール電圧に基づき電圧源６１２を制御するように構成されたフィードバックコントローラ６１４を含む。１つの実施形態において、ＬＥＤドライバ６０４は、いずれのＬＥＤ列６０５〜６０８が対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）サイクルの間にいずれの時間に活性化されるか表すディスプレイデータを受信し、ＬＥＤドライバ６０４は、ディスプレイデータに基づきそれぞれのＰＷＭサイクルの適切時間でＬＥＤ列６０５〜６０８を全体的または個々に活性化するように構成される。
【００３２】
１つの実施形態において、フィードバックコントローラ６１４は、複数の電流調整器（例えば、電流調整器６１５、６１６、６１７、および６１８）、アナログ列選択モジュール６２０、ＡＤＣ６２２、コード処理モジュール６２４、制御デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）６２６、エラー増幅器６２８、およびデータタイミングコントローラ６３０を含む。データ／タイミングコントローラ６３０は、ＰＷＭ周波数変換器６３２を含む（図１、ＰＷＭ周波数変換器１００に相当する）。
【００３３】
図６の例において、電流調整器６１５は、活性の時、固定電流（例えば、３０ｍＡ）または固定電流近くでＬＥＤ列６０５を通して流れる電流Ｉ１を維持するように構成される。同様に、電流調整器６１６、６１７、および６１８は、活性の時、固定電流または固定電流近くでＬＥＤ列６０６、６０７、および６０８を通してそれぞれの電流Ｉ２、Ｉ３、およびＩ４を維持するように構成される。
【００３４】
電流調整器の入力が非ゼロ電圧の時、電流調整器は、電流調整器の電流調整工程からしばしば得られた入力電圧における変化を適応するように、より効率的に動作する。このバッファ電圧はしばしば、電流調整器の「ヘッドルーム」と呼ばれる。電流調整器６１５から６１８はそれぞれのＬＥＤ列６０５〜６０８のテール端部に接続されるので、ＬＥＤ列６０５〜６０８のテール電圧は、対応する電流調整器６１５〜６１８におけるヘッドルームの使用可能量を示す。しかしながら、電流調整ために必要なヘッドルームを上回るヘッドルームは、電流調整器によって不要な電力消費を生じる。したがって、より詳細に記載されるように、所定閾値電圧または所定閾値電圧近くで活性ＬＥＤ列の最低テール電圧を維持するようにＬＥＤシステム６００は、動的ヘッドルーム制御を提供する技術を採用し、したがって所定閾値電圧または所定閾値電圧近くで電流調整器６１５〜６１８の最低ヘッドルームを維持する。閾値電圧は、電流調整器６１５〜６１８による適切な電流調整を可能にするための十分なヘッドルームの必要と電流調整器６１５〜６１８における過度ヘッドルームを減少することによる減少された電力消費の利点との間の決定された平衡を代表してもよい。
【００３５】
データ／タイミングコントローラ６３０は、制御ＬＥＤ列６０５〜６０８に与えられた入力ＰＷＭ信号６３３を受信する。典型的には、この入力ＰＷＭ信号６３３は、２０ｋＨｚ未満の周波数を有し、したがって電流調整器６１５〜６１８を直接的に駆動するために用いる場合、監視者に可聴であり、電圧ＶＯＵＴにおけるリップルをより受けやすくなる。したがってＰＷＭ周波数変換器６３２は、入力ＰＷＭ信号６３３をより高い周波数に変換し、同時に、上述された工程を用いることによって元のデューティ比を維持する。次に、得られたＰＷＭ信号６３４は、それぞれのＰＷＭサイクルの相当する部分の間、ＬＥＤ列６０５〜６０８の活性ＬＥＤ列を制御するための電流調整器６１５〜６１８における制御信号通信として提供される。
【００３６】
アナログ列選択モジュール６２０は、それぞれのＬＥＤ列６０５〜６０８のテール電圧ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３、およびＶＴ４を受けるためのＬＥＤ列６０５〜６０８のテール端部に接続された複数のテール入力と、検出期間に亘って任意の所与時点でＬＥＤ列６０５〜６０８の最低テール電圧ＶＴｍｉｎを示すアナログ信号６３２を与えるための出力とを含む。１つの実施形態において、アナログ列選択モジュール６２０は、ＬＥＤ列６０５〜６０８のテール端部に接続された複数の入力およびアナログ信号６３２を与えるための出力を有するダイオードＯＲ回路として実施される。
【００３７】
ＡＤＣ６２２は、１または複数の相当するサンプル点でアナログ信号６３２の電圧を示す１または複数のデジタルコード値ＣＯＵＴを生成するように構成される。コード処理モジュール６２４は、所与検出期間における受信されたコード値ＣＯＵＴの最低値あるいは以前の検出期間からＣｒｅｇにおける以前の値に基づき、１または複数のコード値ＣＯＵＴを受信するための入力とコード値Ｃｒｅｇを与えるための出力とを含む。コード値ＣＯＵＴがＬＥＤ列６０５〜６０８全てのための検出期間（たとえばＰＷＭサイクル、表示フレームサイクルなど）の間に起こった最低テール電圧を示すように、１つの実施形態において、コード処理モジュール６２４は、コード値ＣＯＵＴを閾値コードＣｔｈｒｅｓｈに比較し、該比較に基づきコード値Ｃｒｅｇを生成する。コード処理モジュール６２４は、ハードウェア、１または複数のプロセッサによって実行されたソフトウェア、またはこれらの組み合わせとして実施され得る。例えば、コード処理モジュール６２４は、論理ベースハードウェア状態機械、プロセッサによって実行されたソフトウェア、などとして実施され得る。
【００３８】
制御ＤＡＣ６２６は、コード値Ｃｒｅｇを受信するための入力と、コード値Ｃｒｅｇを表す調整電圧Ｖｒｅｇを与えるための出力とを含む。調整電圧Ｖｒｅｇは、エラー増幅器６２８に提供される。エラー増幅器６２８も、出力電圧ＶＯＵＴを表すフィードバック電圧Ｖｆｂを受ける。図示された実施形態において、出力電圧ＶＯＵＴから電圧Ｖｆｂを生成するために、電圧分割器６４０は用いられる。エラー増幅器６２８は、電圧Ｖｆｂを電圧Ｖｒｅｇと比較し、該比較に基づき信号ＡＤＪを構成する。電圧源６１２は、信号ＡＤＪを受信し、信号ＡＤＪの大きさに基づき出力電圧ＶＯＵＴを調整する。
【００３９】
図７は、図６のＬＥＤシステム６００におけるフィードバックコントローラの代替的実施例を示す。図６記載されるように、所与時間で複数のＬＥＤ列の最低テール電圧を変換するために１つのＡＤＣを利用するよりもむしろ、図７示されたＬＥＤシステム７００は、各ＬＥＤ列にＡＤＣを利用する。したがって図７のＬＥＤドライバ７０４は、複数のＡＤＣ７１５、７１６、７１７、および７１７とデジタル最低選択モジュール７２０とを含む。ＡＤＣ７１５は、ＬＥＤ列６０５のタール端部に接続された入力と、対応するサンプル点におけるＬＥＤ列６０５のテール端部の電圧を表す１または複数のコード値Ｃ１を与えるための出力とを含む。対応する１または複数のサンプル点のためにそれぞれの１または複数のコード値Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４の生成のために、ＡＤＣ７１６〜７１８は、ＬＥＤ列６０６〜６０８に対して同様に構成される。検出期間の終わりに、デジタル最低選択モジュールは、受信されたコード値の最低値を認識し、上述されるようにコード処理モジュール６２４によって処理するためにコード値ＣＯＵＴとして該最低値を転送する。
【００４０】
各ＬＥＤ列のＬＥＤ６０９の順方向電圧バイアスにおける静的変化かつＬＥＤ／６０９のオン・オフを切り替えることによる動的変化によって、ＬＥＤシステム６００かつ７００におけるＬＥＤ列６０５〜６０８の各々に亘る電圧降下の間にかなりの変化が存在する可能性がある。したがって、ＬＥＤ列６０５〜１１０８を適切に動作するために、必要とされるバイアス電圧における有意な変化が存在する可能性がある。しかしながら、従来ＬＥＤドライバで対応するように最小電圧降下に必要な電圧より実質的に高い固定出力電圧ＶＯＵＴを駆動することよって、図６示されたＬＥＤドライバ６０４は、ＬＥＤ列６０６〜１１０８を亘る電圧降下における変化の存在下でＬＥＤドライバ６０４の電力消費を減少または最小化するように出力電圧ＶＯＵＴを調整することを可能にするフィードバック機構を利用する。さらに、入力ＰＷＭ信号６３３の周波数をより高い周波数に変換することによって、ＬＥＤドライバ６０４および７０４は、出力電圧ＶＯＵＴにおいて、より低い電圧降下を受け、そして、監視者が検出できない周波数で電流調整器６１５〜６１８を動作しうる。また、上述された、サンプリングされた入力ＰＷＭサイクルから示すデューティ比を決定するために過去のベースフィルタリング工程を用いることによって、出力ＰＷＭ信号６３４のデューティ比における意図的でないジャンプによるＬＥＤ列６０５〜６０８の点滅を最小化または回避しうる。
【００４１】
第１パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を受信し、第１ＰＷＭ信号と異なる周波数を有する第２ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ周波数変換器において、方法が提供される。１つの態様において、方法は、第１ＰＷＭ信号の第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第１セットを生成するステップと、所定変化閾値に基づき１または複数のＰＷＭパラメタの第１セットをフィルタリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットを生成するステップとを含む。方法はさらに、１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットに基づき第２ＰＷＭ信号における第２ＰＷＭサイクルを生成するステップを含む。１つの実施形態において、第２ＰＷＭサイクルを生成するステップは、１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットを用いて第１ＰＷＭサイクルのデューティ比を決定するステップと、第１ＰＷＭサイクルで決定されたデューティ比と実質的に等しいデューティサイクルを有するように第２ＰＷＭサイクルを生成するステップとを含む。
【００４２】
１つの態様にしたがって、第１ＰＷＭサイクルをサンプリングするステップは、第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって、１または複数のＰＷＭパラメタの第１セットの第１値および第２値を決定するステップを含み、第１値は、第１ＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、第２値は、第１ＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表す。この場合において、１または複数のＰＷＭパラメタの第１セットをフィルタリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットを生成するステップは、所定変化閾値によって定義された変化閾値範囲に基づき第１値をフィルタリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットの第３値を生成するステップおよび変化閾値範囲に基づき第２値をフィルタリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットの第４値を生成するステップを含んでもよい。したがって、第２ＰＷＭサイクルを生成するステップは、第２ＰＷＭ信号のＰＷＭステップ範囲および第３値と第４値の比に基づきデューティ値を生成するステップおよびデューティ値に基づき第２ＰＷＭサイクルを生成するステップを含んでもよい。１つの実施形態において、方法はさらに、ＰＷＭステップ範囲の切り捨てされたまたは四捨五入された積と第２値に対する所定変化閾値の比は第２ＰＷＭ信号のＰＷＭステップ解像度の１つの最下位ビット（ＬＳＢ）より大きくないようにサンプリング周波数を構成するステップを含む。さらに、デューティ値に基づき第２ＰＷＭサイクルを生成するステップは、デューティ値と等しい生成クロックのサイクルのサイクル数を有する第１期間で第１状態に第２ＰＷＭ信号を駆動するステップと、ＰＷＭステップ範囲とデューティ値との差と等しい生成クロックのサイクルのサイクル数を有する第２期間で第２状態に第２ＰＷＭ信号を駆動するステップとを含んでもよく、ここで、第２期間は、第１期間に先立つまたは続く。
【００４３】
１つの実施形態において、第３値を生成するために変化閾値範囲に基づき第１値をフィルタリングするステップは、第１値と第５値との差が所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して、第１値と等しくなるように第３値を設定するステップであって、第５値は、第１ＰＷＭサイクルを先立って起こっている第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルにおける選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、第１値と第５値との差が所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して第５値に等しくなるように第３値を設定するステップを含む。この場合において、第４値を生成するために変化閾値範囲に基づき第２値をフィルタリングするステップは、第２値と第６値との差が所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して第２値と等しくなるように第４値を設定するステップであって、第６値は、第１ＰＷＭサイクルに先立って起こっている第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルにおけるサンプルの総数を表し、第２値と第６値との差が所定変化閾値よりも小さいと判定すること応答して、第６値と等しくなるように第４値を設定するステップを含んでもよい。
【００４４】
別の実施形態において、第１ＰＷＭサイクルをサンプリングするステップは、第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第１値および第２値を決定するステップを含み、ここで第１値は、第１ＰＷＭサイクルで選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、第２値は、第１ＰＷＭサイクルでサンプルの総数を表す。この実施形態において、１または複数のＰＷＭパラメタの第１セットをフィルタリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタを生成するステップは、第１値と第２値の比に基づき第１デューティ値を決定するステップと、所定変化閾値によって定義された変化閾値範囲に基づき第１デューティ値をフィルタリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットの第２デューティ値を生成するステップを含んでもよい。変化閾値範囲に基づき第１デューティ値をフィルタリングことによって第２値を生成するステップは、第１デューティ値と第３デューティ値との差が所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、第１値を等しくなるように第２値を設定するステップであって、第３デューティ値は、第１ＰＷＭサイクルに先立って起こっている第１ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルのＰＷＭデューティ比を表し、第１デューティ値と第３デューティ値との差が所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、第３デューティ値と等しくなるように第２値を設定するステップを含んでもよい。
【００４５】
別の態様にしたがって、パルス幅変調（ＰＷＭ）周波数変換器が提供される。ＰＷＭ周波数は、第１ＰＷＭ信号を受信するための入力と、第１ＰＷＭ信号と異なる周波数を有する第２周波数を与えるための出力とを有する。ＰＷＭ周波数変換器はさらに、第１ＰＷＭ信号の第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタの第１セットを生成するためのサンプリングモジュールと、所定変化閾値に基づき１または複数のＰＷＭパラメタの第１セットをフィルタリングすることによって１または複数のＰＷＭパラメタを生成するためのフィルタモジュールと、１または複数のＰＷＭパラメタの第２セットに基づき第２ＰＷＭ信号における第２ＰＷＭサイクルを生成するためのＰＷＭ生成モジュールとを含む。
【００４６】
第１ＰＷＭ信号を受取り、第１ＰＷＭ信号よりも高い周波数を有する第２周波数を出力するＰＷＭ周波数変換器において、また更なる態様にしたがって、方法は提供される。方法は、第１ＰＷＭ信号の第１ＰＷＭサイクルをサンプリングすることによって第１値および第２値を決定するステップであって、第１値は、第１ＰＷＭサイクルで選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、第２値は、第１ＰＷＭサイクルでサンプルの総数を表すステップと、第３値および第４値を決定するために第１ＰＷＭサイクルに続いて発生する第１ＰＷＭ信号の第２ＰＷＭサイクルをサンプリングするステップであって、第３値は、第２ＰＷＭサイクルで選択サンプル値を有するサンプルのサンプル数を表し、第４値は、第２ＰＷＭサイクルでサンプルの総数を表すステップとを有する。方法は、第１値および所定変化閾値に基づき第３値をフィルタリングすることによって第５値を生成するステップと、第２値および所定変化閾値に基づき第４値をフィルタリングすることによって第６値を生成するステップとを含む。方法はさらに、第５値および第６値に基づき第２ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルを生成するステップを含む。
【００４７】
１つの実施形態において、第２ＰＷＭ信号のＰＷＭサイクルを生成するステップは、第２ＰＷＭ信号のＰＷＭステップ範囲かつ第５値および第６値の比に基づきデューティ値を決定するステップと、デューティ値に基づき第２ＰＷＭ信号におけるＰＷＭサイクルを生成するステップとを含む。さらに、第５値を生成するために第３値をフィルタリングするステップは、第３値と第１値との差が所定変化閾値よりも大きいかまたは等しいと判定することに応答して第３値と等しくなるように第５値を設定するステップと、第３値と第１値との差が所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、第１値と等しくなるように第５値を設定するステップとを含む。第６値を生成するために第４値をフィルタリングするステップは、第４値と第２値との差が所定変化閾値以上であることを判定することに応答して、第４値と等しくなるように第６値を設定するステップと、第４値と第２値との差が所定変化閾値よりも小さいと判定することに応答して、第２値と等しくなるように第６値を設定するステップとを含む。
【００４８】
「他の、別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」という語は、本明細書で用いられているように、少なくとも第２のものかそれ以上という意味としてとして定義されている。「有する、含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｈａｖｉｎｇ）」という語やこれらの語の他のいずれの変形も、本明細書で用いられているように、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という意味として定義されている。「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という語は、電気光学技術を参照して本明細書で用いられているように、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という意味として定義されており、必ずしも直接的に、また機械的に結合する状態を意味するものではない。
【００４９】
本開示の他の実施形態、使用法、及び効果は、本明細書に開示された開示の内容及び実践を考慮すると、当業者には明白であろう。開示内容及び図面は単なる例示にすぎないと見なされるべきであり、それ故に、本開示の範囲は、以下の請求項及びその等価物によってのみ限定されることが意図されている。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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