JP2017225210A - Δς type ad converter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively implement accurate AD conversion without using an expensive high-frequency PLL circuit in a power converter or relay requiring AD conversion of voltage, current, etc.SOLUTION: Synchronization of a PWM carrier with decimeter operation timing is implemented by using reference clock oscillators having frequencies slightly differing from each other. A synchronization correction function is implemented by minutely changing a frequency division ratio selection signal Msel by adjusting a decimation ratio M inside a modulation filter. As a synchronization reference signal, there are two types of signals of a synchronization timing signal Ts(m) and a carrier peak timing Tc(m).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、PWM変調などを用いた電力変換器に係り、PWM変調のキャリア周波数のリプル成分が重畳された電流や電圧波形などのアナログ値を正確にディジタル値に変換する機能に関する。   The present invention relates to a power converter using PWM modulation or the like, and relates to a function for accurately converting an analog value such as a current or voltage waveform on which a ripple component of a carrier frequency of PWM modulation is superimposed into a digital value.

電力変換器などではPWM変調を用いており、方形波状の電圧を出力している。そのため、負荷に流れる電流にもPWMキャリア周波数の高調波成分のリプル波形が重畳している。通常は、このPWM変調を適用した電圧や電流のように高調波を含むアナログ信号をAD変換によりディジタル値に変換し、それをフィードバック信号として制御や計測を行っている。   A power converter or the like uses PWM modulation, and outputs a square wave voltage. Therefore, the ripple waveform of the harmonic component of the PWM carrier frequency is also superimposed on the current flowing through the load. Normally, analog signals including harmonics such as voltages and currents to which this PWM modulation is applied are converted into digital values by AD conversion, and control and measurement are performed using these as feedback signals.

制御応答を向上させるためにはAD変換を高速にして検出遅れを少なくする必要があり、精度を上げるためには不要なPWM高調波成分を除去しやすい検出方法が必要である。このようなPWM変調を適用した電流成分のAD変換に関して、特許文献1が開示されている。   In order to improve the control response, it is necessary to speed up AD conversion to reduce detection delay, and in order to improve accuracy, a detection method that can easily remove unnecessary PWM harmonic components is required. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses an AD conversion of a current component to which such PWM modulation is applied.

この特許文献1の特徴は、図15,図16に記載されているように、PWM変調の生成に使用する三角波キャリア信号に対して、電流検出のサンプル周期をキャリア周期の整数倍に設定し、かつ、三角波キャリア信号の頂点と同期させることである。   As described in FIG. 15 and FIG. 16, the feature of this Patent Document 1 is that the sampling period of current detection is set to an integral multiple of the carrier period with respect to the triangular wave carrier signal used for generating the PWM modulation, And it is synchronizing with the vertex of a triangular wave carrier signal.

そして、AD変換した結果を三角波キャリア信号の周期分だけ平均することにより、三角波キャリア信号に起因する高調波成分を抑制(除去)している。図17では、m,m+1,…の丸印のタイミングで三角波キャリア周波数の8倍のサンプル周期でサンプルおよびAD変換し、三角波キャリア信号の頂点の間隔、例えば、Tc−2のサンプルデータからTcの直前のサンプルデータまでの8点を平均化するものである。   And the harmonic component resulting from a triangular wave carrier signal is suppressed (removed) by averaging the result of AD conversion for the period of a triangular wave carrier signal. In FIG. 17, sampling and AD conversion are performed at a sampling period of 8 times the triangular wave carrier frequency at the timing of circles m, m + 1,..., And the interval between the apexes of the triangular wave carrier signal, for example, Tc−2 sample data Eight points up to the previous sample data are averaged.

しかし、特許文献1の方式でも、粗い離散時刻でサンプルすると、図17のTc−1区間の3と4サンプル間のように細いリプル状の電流波形がサンプルタイミングから外れるためにキャリア周期の平均値をとっても検出誤差が生じてくる。   However, even in the method of Patent Document 1, when sampling at a coarse discrete time, a thin ripple-like current waveform such as between 3 and 4 samples in the Tc-1 section of FIG. Even if it is taken, a detection error occurs.

このようなサンプルの粗さによる誤差を抑制するためには、できるだけサンプル周期を短くしてサンプル点数を増やせばよいが、そのためには高速なAD変換器や大量な点数のデータを平均するために大規模なディジタル回路または高速な演算器が必要になる。   In order to suppress such errors due to the roughness of the sample, it is sufficient to shorten the sample period as much as possible and increase the number of sample points. To that end, in order to average high-speed AD converters and a large amount of point data A large-scale digital circuit or a high-speed computing unit is required.

アナログ信号を高速サンプルするAD変換器としてΔΣ形のAD変換器がディジタルオーディオな どに既によく利用されている。このΔΣ形のAD変換器を利用したPWMキャリア同期方式の検出方法を検討する。ΔΣ形のAD変換器としては多くの回路方式や演算方式が存在するが、今回は非特許文献1を用いて説明する。 非特許文献1には、下記の図や表が記載されている。
(1)図18:2次のΔΣ変調モジュレータ回路の構成図。
(2)図19:ΔΣ変調のアナログ入力とディジタル出力データの例(1bit出力)。
(3)図20:ΔΣ変調モジュレータ出力を複数bit長のデータ幅に変換するデシメーションフィルタの構成図。この回路は「カスケード積分櫛形(CIC:Cascade Integrate Comb)フィルタ」,「Sinc3(3段のSINC関数ディジタルフィルタ)」回路などとも呼ばれる。
(4)図21:図20内部の積分器の詳細回路(積算回路や累算回路とも呼ばれる)。
(5)図22:図20内部の微分器の詳細回路(Comb回路や差分回路とも呼ばれる)。
A ΔΣ type AD converter is already widely used for digital audio and the like as an AD converter for sampling analog signals at high speed. A PWM carrier synchronization detection method using this ΔΣ AD converter will be examined. There are many circuit methods and arithmetic methods as the ΔΣ type AD converter, but this time, it will be described using Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 1 describes the following figures and tables.
(1) FIG. 18: Configuration diagram of a second-order ΔΣ modulation modulator circuit.
(2) FIG. 19: Example of analog input and digital output data of ΔΣ modulation (1 bit output).
(3) FIG. 20: Configuration diagram of a decimation filter that converts a ΔΣ modulation modulator output into a data width of a plurality of bits. This circuit is also referred to as a “cascade integral comb (CIC) filter”, a “Sinc 3 (three-stage SINC function digital filter)” circuit, or the like.
(4) FIG. 21: Detailed circuit of the integrator in FIG. 20 (also called an integration circuit or an accumulation circuit).
(5) FIG. 22: Detailed circuit of the differentiator in FIG. 20 (also called a Comb circuit or a differential circuit).

これらの非特許文献1の概要を説明する。   The outline | summary of these nonpatent literature 1 is demonstrated.

図18はΔΣ形AD変換器のモジュレータ回路の基本原理を示す構成図であり、アナログ入力信号X(t)を、基準クロックFclkに同期して状態が変化する図19のような1bit幅のディジタルデータ(DATA)に変換する。図20はこの図19のような1bit幅の連続的なディジタルデータ(DATA)を多ビット長の離散的なディジタル値に変換する回路の構成例であり、これは3段に縦続接続された積分器I1,I2,I3と、基準クロックをM分周したタイミングで動作するデシメータ30と、3段に縦続接続された微分器D1,D2,D3により構成されている。   FIG. 18 is a block diagram showing the basic principle of the modulator circuit of the ΔΣ type AD converter. The state of the analog input signal X (t) changes in synchronization with the reference clock Fclk as shown in FIG. Convert to data (DATA). FIG. 20 shows a configuration example of a circuit for converting continuous digital data (DATA) having a 1-bit width as shown in FIG. 19 into a discrete digital value having a multi-bit length, which is an integration cascaded in three stages. It comprises an I1, I2, I3, a decimator 30 that operates at a timing obtained by dividing the reference clock by M, and differentiators D1, D2, D3 cascaded in three stages.

ここで、図20の入力信号(x(n)と入力信号の基準クロックfs)は図18の(DATAとfclk)に相当している。デシメータ30は基準クロックfsをデシメーション比Mで分周した周波数F=fs/Mで動作するため、図20の出力信号y(m)もこのデシメータ30の動作タイミングで更新される。   Here, the input signal (x (n) and the reference clock fs of the input signal) in FIG. 20 corresponds to (DATA and fclk) in FIG. Since the decimator 30 operates at a frequency F = fs / M obtained by dividing the reference clock fs by the decimation ratio M, the output signal y (m) in FIG. 20 is also updated at the operation timing of the decimator 30.

図20内の積分器I1〜I3の一段分について、詳細な回路を示したものが図21であり、加算器1とその結果をラッチするD−FF(D−フィリップフロップ)回路D−FFにより構成されている。ここで、D−FF回路D−FFの基準クロックMCLKは、前述の基準クロックfsのことである。   FIG. 21 shows a detailed circuit for one stage of the integrators I1 to I3 in FIG. 20, and the adder 1 and a D-FF (D-Philip flop) circuit D-FF that latches the result are shown in FIG. It is configured. Here, the reference clock MCLK of the D-FF circuit D-FF is the above-described reference clock fs.

図20の微分器D1〜D3の一段分についての詳細な回路を示したものが図22であり、前回の入力値をラッチするD−FF回路D−FFと減算器2により構成されている。この微分器D1〜D3のD−FF回路D−FFは、基準クロックMCLKをM分周したものが基準クロック(MCLK/M)として入力されている。   FIG. 22 shows a detailed circuit for one stage of the differentiators D1 to D3 in FIG. 20, which includes a D-FF circuit D-FF that latches the previous input value and a subtractor 2. In the D-FF circuit D-FF of the differentiators D1 to D3, the reference clock MCLK divided by M is input as the reference clock (MCLK / M).

図23は、図20の回路を図21,図22の回路を用いて表したものである。この非特許文献1では図ごとに信号名が異なっているため、整理しておくと、図18の入力信号X(t)は、図20の入力信号X(n)や図23の入力MOUTに相当する。図20の出力信号y(m)は、図23の信号CN5に相当する。   FIG. 23 shows the circuit of FIG. 20 using the circuits of FIG. 21 and FIG. In this non-patent document 1, since the signal names are different for each figure, the input signal X (t) in FIG. 18 is changed to the input signal X (n) in FIG. 20 or the input MOUT in FIG. Equivalent to. The output signal y (m) in FIG. 20 corresponds to the signal CN5 in FIG.

また、各信号のbit幅については、次のようになっている。
・図18のΔΣ変調のモジュレータ出力信号DATA(X(n),MOUT)は1bit幅
・積分器I1〜I3や微分器D1〜D3の信号(DELTA1,CN1,CN2,CN3,CN4,DN0,DN1,DN3,DN5)については表1に記載しているように、デシメーション比Mに応じて必要なビット長(桁数の下限)が決まっている。
The bit width of each signal is as follows.
.DELTA..SIGMA. Modulation modulator output signal DATA (X (n), MOUT) of FIG. 18 has a 1-bit width. , DN3, DN5), as described in Table 1, the required bit length (lower limit of the number of digits) is determined according to the decimation ratio M.

Figure 2017225210
Figure 2017225210

また、図20では、初段のブロックは積分器ではなく特別な「+/−」入力の関数となっている。これは、図21と同じ積分器の機能ではあるのだが、図19に示した入力信号が2進数の1bit値“1/0”であるのに対し、これを正負の値“1/−1”に変換してから積分するという特殊操作を追加していることを意味している。つまり、出力ディジタル値の範囲を負の最大値から正の最大値のような正負両極性の振幅を持たせるためのものである。   In FIG. 20, the first block is not an integrator but a function of a special “+/−” input. This is the function of the same integrator as in FIG. 21, but the input signal shown in FIG. 19 is a binary 1-bit value “1/0”, whereas this is a positive / negative value “1 / −1”. This means that a special operation of integrating after converting to "" is added. In other words, the range of the output digital value has a positive and negative polarity amplitude from a negative maximum value to a positive maximum value.

しかし、後述する実施形態では説明を簡素化するためにこの特殊操作は適用せず、デシメーションフィルタの入力信号は“1/0”のままで取り扱い、出力ディジタル量は最小値が0で正の最大値を持つ正符号のみの片振幅データとして取り扱うことにする。   However, in the embodiments described later, this special operation is not applied in order to simplify the description, the input signal of the decimation filter is handled as “1/0”, and the output digital quantity has a minimum value of 0 and a positive maximum. It will be handled as single amplitude data having only a positive sign having a value.

また、図20のデシメータ30は、図23では(入力CN2,出力DN0,クロックCNR)の端子を持つD−FF回路D−FFとして表してあり、このクロックCNRには基準クロックMCLKをM分周した信号(MCLK/M)が入力されている。   20 is represented as a D-FF circuit D-FF having terminals (input CN2, output DN0, clock CNR) in FIG. 23, and the reference clock MCLK is divided by M in this clock CNR. Signal (MCLK / M) is input.

前述の図23の内部信号のbit幅については、表1に分周比であるデシメーション比(Decimation Ratio):Mによって必要な幅が決まることが記載されており、図20のような両符号の出力データ(初段の積分入力が“1/−1”)の場合は、表1のBus Width[bits]のビット幅以上が必要であり、その得られる分解能はGain DC[bits]になることが示されている。 As for the bit width of the internal signal in FIG. 23 described above, it is described in Table 1 that the necessary width is determined by a decimation ratio (decimation ratio): M. In the case of output data (the integration input of the first stage is “1 / −1”), the bit width of Bus Width [bits] or more in Table 1 is required, and the obtained resolution may be Gain DC [bits]. It is shown.

ΔΣ形AD変換器のデシメーションフィルタ回路の詳細原理については既に多くの文献があり、また、提案する技術内容とは直接に関係が無いので、ここでは以上のような機能記述のみに留めておくが、下記のような特徴がある。
(1)表1のようにデシメーション比:Mにより、出力データの更新周期と出力データのbit長(分解能)との組み合わせが選択できる。
(2)16bit以上の高い分解能が比較的容易に実現できる。
(3)モジュレータ部ではアナログ信号を基準クロックfclkでサンプルしており、fclk=10MHz以上という高いクロック周波数で動作する素子を使用すれば、数kHz程度のPWM波形に対してはほぼ連続的なサンプルに近似ができる。
Since there are many documents about the detailed principle of the decimation filter circuit of the ΔΣ type AD converter, and it is not directly related to the proposed technical contents, only the function description as described above is limited here. There are the following features.
(1) As shown in Table 1, the decimation ratio: M allows selection of a combination of the output data update cycle and the output data bit length (resolution).
(2) A high resolution of 16 bits or more can be realized relatively easily.
(3) The modulator section samples the analog signal with the reference clock fclk, and if an element that operates at a high clock frequency of fclk = 10 MHz or more is used, it is a substantially continuous sample for a PWM waveform of about several kHz. Can be approximated.

したがって、図17で指摘したような細いリプルが存在しても、これを多数点でサンプルすることになり、より正確なAD変換結果を得ることができる。この方式のようなΔΣ形AD変換を用いた高速サンプルを「アナログ信号を、AD変換出力更新周波数のM倍の周波数でオーバーサンプリングしている」と表現することもできる。   Therefore, even if a thin ripple as pointed out in FIG. 17 exists, it is sampled at many points, and a more accurate AD conversion result can be obtained. A high-speed sample using ΔΣ type AD conversion like this method can also be expressed as “an analog signal is oversampled at a frequency M times the AD conversion output update frequency”.

以降の記述においては,次の用語を用いることにする。
・図18に示す非特許文献1のアナログ入力を1bitデータに変換する回路を「モジュレータ」
・クロックfclkは「モジュレータの基準クロック」または「基準クロック」。
・非特許文献1の図21の全体回路を「デシメーションフィルタ」。
・非特許文献1の図21のデシメーション比Mを「デシメーション比:M」。
・図20の構成要素をそれぞれ「積分器」,「デシメータ」,「微分器」。
・基準クロックからデシメータの動作信号を生成する回路を「デシメータの分周器または分周器」。
・デシメータが動作する分周器出力のタイミングを「デシメータ動作タイミング」これはAD変換器の出力データが更新されるタイミングでもあるので「AD出力タイミング」とも呼ぶ。
The following terms will be used in the following description.
A circuit that converts the analog input of Non-Patent Document 1 shown in FIG. 18 into 1-bit data is “modulator”.
The clock fclk is a “modulator reference clock” or “reference clock”.
The whole circuit of FIG. 21 of Non-Patent Document 1 is a “decimation filter”.
The decimation ratio M in FIG. 21 of Non-Patent Document 1 is “decimation ratio: M”.
20 are “integrator”, “decimator”, and “differentiator”, respectively.
A circuit that generates a decimator operation signal from a reference clock is a “decimator divider or divider”.
The timing of the frequency divider output at which the decimator operates is “decimator operation timing”. This is also referred to as “AD output timing” because the output data of the AD converter is also updated.

このようなΔΣ形モジュレータとデシメーション比:Mのデシメーションフィルタを使用すると、基準クロック周期でオーバーサンプリングしながら、基準クロックのM分周周期で出力データが更新される。   When such a ΔΣ modulator and a decimation filter with a decimation ratio: M are used, output data is updated in the M frequency division cycle of the reference clock while oversampling in the reference clock cycle.

図24の例で説明すると、楕円で囲った波形の部分が1回のデシメーション出力が計測すると示した期間であり、最下段のモジュレータ出力タイミングに示すような高速なクロックを使用すれば、細いリプル成分であっても取り逃すことが無い多数点のサンプルが実現できる。   In the example of FIG. 24, the portion of the waveform surrounded by an ellipse is a period in which a single decimation output is measured, and if a high-speed clock as shown in the bottom modulator output timing is used, a thin ripple is used. Even if it is a component, a large number of samples that cannot be missed can be realized.

また、この楕円が示す期間の最後にAD変換が更新され、これが「特許文献1のAD変換のサンプル周期」に相当する。そこで、これをPWMキャリア信号に同期して、かつ、キャリア周波数の整数倍となるように「基準クロックやデシメーション比Mの組み合わせ」または「キャ リア周波数」を選定すれば、「特許文献1のPWMリプル成分の除去能力」と「非特許文献1のΔΣ形AD変換器の高いオーバーサンプル機能」の両方の長所を組み合わせることができる。これにより、図24のようなPWMリプルを含むアナログ信号波形であっても、正確かつリプル高調成分を除去しやすいAD変換値を得ることができる。以上が従来技術の説明である。   Further, AD conversion is updated at the end of the period indicated by the ellipse, and this corresponds to “sample period of AD conversion in Patent Document 1”. Therefore, if “combination of reference clock and decimation ratio M” or “carrier frequency” is selected so that it is synchronized with the PWM carrier signal and becomes an integral multiple of the carrier frequency, “PWM of Patent Document 1” is selected. The advantages of both “ripple component removal capability” and “high oversampling function of ΔΣ AD converter of Non-Patent Document 1” can be combined. Thereby, even if it is an analog signal waveform containing a PWM ripple like FIG. 24, the AD conversion value which is easy to remove a ripple harmonic component correctly can be obtained. The above is the description of the prior art.

ところが、従来技術の方式では、三角波キャリア信号とAD変換出力タイミングを厳密に同期させるために、PWMキャリア発生回路とデシメーションフィルタ回路の両方の基準クロックを一致させ、さらにPWMキャリア発生器側のキャリア信号とΔΣ形AD変換器側のデシメータ動作(AD出力)タイミングを同時にスタートするなどして同期させなくてはならない。   However, in the prior art method, in order to synchronize the triangular wave carrier signal and the AD conversion output timing precisely, the reference clocks of both the PWM carrier generation circuit and the decimation filter circuit are matched, and the carrier signal on the PWM carrier generator side is further matched. And the decimator operation (AD output) timing on the ΔΣ AD converter side must be synchronized at the same time.

そのため、通常は、PWMキャリアの発振回路とモジュレータやデシメーションフィルタ回路を近接して配置したり同一の集積回路に実装したりして、共通の基準クロックとタイミング信号で動作させる回路とすることが多い。   For this reason, a PWM carrier oscillation circuit and a modulator or decimation filter circuit are usually arranged close to each other or mounted on the same integrated circuit, so that the circuit is operated with a common reference clock and timing signal. .

特開平10−42569号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-42569 特開平2−146939号公報JP-A-2-146939

TEXAS INSRUMENTS Application Report SBAA094-June2003「Combining the ADS1202 with an FPGA Digital Filter for Current Measurement in Motor Control Application」   TEXAS INSRUMENTS Application Report SBAA094-June2003 `` Combining the ADS1202 with an FPGA Digital Filter for Current Measurement in Motor Control Application ''

しかし、大容量の電力変換器などでは装置が大型化するため、信号の配線も長くなってくる。特にゲート信号の配線やアナログ信号の配線はノイズの影響を受けないように短くしたい。そのため、PWM信号を発生する制御部の回路はIGBTなどの主回路側に配置し、一方、ΔΣ形変換器を実装するアナログ回路やAD変換回路はアナログセンサが実装される出力端子側に配置する。そして、それらの間はノイズの影響を受けにくい差動方式などのディジタル伝送で通信する構成が好ましい。   However, in a large-capacity power converter or the like, the apparatus becomes large, so that the signal wiring becomes long. In particular, the gate signal wiring and analog signal wiring should be shortened so as not to be affected by noise. Therefore, the circuit of the control unit that generates the PWM signal is arranged on the main circuit side such as an IGBT, while the analog circuit and the AD conversion circuit on which the ΔΣ converter is mounted are arranged on the output terminal side on which the analog sensor is mounted. . And the structure which communicates by digital transmissions, such as a differential system which does not receive the influence of noise among them, is preferable.

しかし、このようにPWM発生部とAD変換部が離れて配置されると、ノイズが混入しやすくなるため基準クロックを共通化することが困難になってくる。たとえ高い周波数精度を有する水晶振動子を使用しても厳密には微小な周波数差が存在するため、時間が経過するにつれて周波数差が時間積分されてPWMキャリア信号とADサンプルの同期がずれてくる。   However, if the PWM generation unit and the AD conversion unit are arranged apart from each other as described above, it is difficult to share a reference clock because noise is easily mixed. Strictly speaking, even if a crystal unit having high frequency accuracy is used, there is a minute frequency difference. Therefore, the frequency difference is integrated over time, and the synchronization between the PWM carrier signal and the AD sample is shifted. .

このような場合には、図25に示すように、PLL発振器PLLを使用して異なる回路のクロックを同期させる方法が使用されている。   In such a case, as shown in FIG. 25, a method of synchronizing clocks of different circuits using a PLL oscillator PLL is used.

PWMキャリア発生器3からAD変換が動作する同期タイミング信号Ts(m)を送信し、AD変換側ではこの同期タイミング信号Ts(m)の受信信号を基準としてPLL位相同期回路(PLL:Phase Locked Loop)を使ったPLL発振器PLLにより周波数を逓倍することにより送信側の基準クロックと同期したクロックFclk_PLLを生成するものである。   The PWM carrier generator 3 transmits a synchronization timing signal Ts (m) at which AD conversion operates, and the AD conversion side uses a PLL phase synchronization circuit (PLL: Phase Locked Loop) with reference to the reception signal of the synchronization timing signal Ts (m). ) Is used to generate a clock Fclk_PLL synchronized with the reference clock on the transmission side.

そして、PWM発生側のディジタル制御回路4では、アナログ信号のAD変換結果から、電力変換器として必要な機能を実現する制御演算を行ってPWM指令を生成し、そのPWM指令とPWMキャリア信号からPWMコンパレータ部5でPWM信号を出力し、これによりインバータなどの増幅回路INVを介して負荷を駆動して目標通り制御するものである。   Then, the digital control circuit 4 on the PWM generation side generates a PWM command by performing a control calculation for realizing a function necessary as a power converter from the AD conversion result of the analog signal, and generates a PWM command from the PWM command and the PWM carrier signal. The comparator unit 5 outputs a PWM signal, thereby driving a load via an amplifier circuit INV such as an inverter and controlling it as intended.

補足しておくと、ここで非特許文献1の図20では、3段の積分器I1〜I3と3段の微分器D1〜D3の中間にデシメータ30を配置した例を示したが、段数は1段や2段でも3段以上でも動作するので、特に3段のSincフィルタ回路に特 定するものではない。しかし、段数が少ないと、表1のように分解能は低下してしまうので要求性能に応じて適切な選定が必要である。   In addition, FIG. 20 of Non-Patent Document 1 shows an example in which the decimator 30 is arranged between the three-stage integrators I1 to I3 and the three-stage differentiators D1 to D3. Since it operates in one or two stages or more than three stages, it is not particularly limited to a three-stage Sinc filter circuit. However, if the number of stages is small, the resolution will decrease as shown in Table 1, so an appropriate selection is required according to the required performance.

なお、PLL発振器PLLを用いる電力変換器の先行技術として、特許文献2が開示されている。   Patent Document 2 is disclosed as a prior art of a power converter using a PLL oscillator PLL.

以上示したように、電圧,電流などのAD変換を必要とする電力変換器や継電器において、高価な高周波PLL回路を使用することなく、高精度なAD変換を低コストで実現することが課題となる。   As described above, in power converters and relays that require AD conversion such as voltage and current, it is an issue to realize high-precision AD conversion at low cost without using an expensive high-frequency PLL circuit. Become.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、PWM信号を増幅回路に出力するディジタル制御演算部と、PWM信号に基づいて増幅回路から負荷に供給された電流または電圧をアナログ信号として検出し、前記アナログ信号をディジタル信号に変換して前記ディジタル制御演算部に出力するアナログ検出部と、を備えたΔΣ形AD変換器であって、前記ディジタル制御演算部は、第1基準クロックを出力する第1基準クロック発振器と、同期タイミング信号を前記アナログ検出部へ出力するPWMキャリア発生器と、を有し、前記アナログ検出部は、第1基準クロックとは異なる第2基準クロックを出力する第2基準クロック発振器と、デシメータ動作タイミング信号が前記同期タイミング信号より1クロック以上早く発生する場合、分周比選択信号を1とし、前記デシメータ動作タイミング信号と前記同期タイミング信号との時間差が±1クロック未満の場合、前記分周比選択信号を0とし、前記デシメータ動作タイミング信号が前記同期タイミング信号よりも1クロック以上遅く発生する場合、前記分周比選択信号を2とする分周比補正部と、前記分周比選択信号に基づいてデシメーション比を補正し、前記同期タイミング信号と補正したデシメーション比に基づいた前記デシメータ動作タイミング信号を出力する可変分周回路と、前記アナログ信号を第2基準クロックのタイミングでディジタル信号に変換するΔΣモジュレータと、2つ以上直列接続された積分器と、デシメータと、2つ以上直列接続された微分器と、を備え、ΔΣモジュレータが出力したディジタル信号を前記分周比選択信号と前記デシメータ動作タイミング信号に基づいて、分周比選択信号1のとき積分器の入力を0とし、0のとき1段目の積分器はディジタル信号を入力とし、2段目以降の積分器は前段の積分器の出力を入力とし、2のとき1段目の積分器はディジタル信号の2倍を入力とし、2段目の積分器は前段の積分器の出力を2倍した値とディジタル信号を加算した値を入力とし、積分器が3直列以上直列接続した場合3段目以降の積分器は、前段の積分器の出力を2倍した値に前々段の積分器の出力を加算した値を入力として、AD変換データに変換するデシメーションフィルタと、を備え、前記デシメーションフィルタは、AD変換データを前記ディジタル制御演算部に出力することを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems. One aspect of the present invention is a digital control arithmetic unit that outputs a PWM signal to an amplifier circuit, and a load supplied from the amplifier circuit based on the PWM signal. An analog detection unit that detects an electric current or a voltage as an analog signal, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the digital signal to the digital control calculation unit, and includes the digital control calculation unit Includes a first reference clock oscillator that outputs a first reference clock and a PWM carrier generator that outputs a synchronization timing signal to the analog detection unit, and the analog detection unit is different from the first reference clock. A second reference clock oscillator for outputting a second reference clock, and a decimator operation timing signal one clock or more earlier than the synchronous timing signal The frequency division ratio selection signal is set to 1, and when the time difference between the decimator operation timing signal and the synchronization timing signal is less than ± 1 clock, the frequency division ratio selection signal is set to 0 and the decimator operation timing signal Occurs at least one clock later than the synchronization timing signal, a frequency division ratio correction unit that sets the frequency division ratio selection signal to 2, a decimation ratio is corrected based on the frequency division ratio selection signal, and the synchronization timing Two or more variable frequency dividing circuits that output the decimator operation timing signal based on the signal and the corrected decimation ratio, and a ΔΣ modulator that converts the analog signal into a digital signal at the timing of the second reference clock are connected in series. An integrator, a decimator, and two or more differentiators connected in series, and the ΔΣ modulator outputs Based on the division ratio selection signal and the decimator operation timing signal, the integrator input is set to 0 when the division ratio selection signal is 1, and the digital signal is input to the first-stage integrator when the division ratio is 0. The second and subsequent stages of integrators input the output of the previous stage integrator. When the number is 2, the first stage integrator inputs twice the digital signal, and the second stage integrator is the previous stage integrator. When the value obtained by doubling the output of the digital signal and the sum of the digital signals are input, and the integrators are connected in series in three or more series, the integrators in the third and subsequent stages are the same as the values obtained by doubling the output of the previous stage integrator. And a decimation filter that converts the value obtained by adding the outputs of the two stages of integrators into AD conversion data. The decimation filter outputs the AD conversion data to the digital control arithmetic unit. .

また、他の態様として、PWM信号を増幅回路に出力するディジタル制御演算部と、PWM信号に基づいて増幅回路から負荷に供給された電流または電圧をアナログ信号として検出し、前記アナログ信号をディジタル信号に変換して前記ディジタル制御演算部に出力するアナログ検出部と、を備えたΔΣ形AD変換器であって、前記ディジタル制御演算部は、第1基準クロックを出力する第1基準クロック発振器と、キャリア頂点タイミングをアナログ検出部へ出力するPWMキャリア発生器と、を有し、前記アナログ検出部は、第1基準クロックとは異なる第2基準クロックを出力する第2基準クロック発振器と、デシメータ動作タイミング信号をN分周したキャリア周期平均出力タイミング信号が前記キャリア頂点タイミングよりも1クロック以上早く発生する場合、分周比選択信号を1とし、前記キャリア周期平均出力タイミング信号と前記キャリア頂点タイミングとの時間差が±1クロック未満の場合、前記分周比選択信号を0とし、前記キャリア周期平均出力タイミング信号が前記キャリア頂点タイミングよりも1クロック以上遅く発生する場合、前記分周比選択信号を2とする分周比補正部と、前記分周比選択信号に基づいてデシメーション比を補正して、前記キャリア頂点タイミングと補正したデシメーション比に基づいて前記デシメータ動作タイミング信号を出力する可変分周回路と、前記アナログ信号を第2基準クロックのタイミングで前記ディジタル信号に補正するΔΣモジュレータと、2つ以上直列接続された積分器と、デシメータと、2つ以上直列接続された微分器と、を備え、ΔΣモジュレータが出力した前記ディジタル信号を前記分周比選択信号と前記デシメータ動作タイミング信号に基づいて、前記分周比選択信号が1のとき積分器の入力を0とし、0のとき1段目の積分器はディジタル信号を入力とし、2段目以降の積分器は前段の積分器の出力を入力とし、2のとき1段目の積分器は前記ディジタル信号の2倍を入力とし、2段目の積分器は前段の積分器の出力を2倍した値と前記ディジタル信号を加算した値を入力とし、積分器が3直列以上直列接続した場合3段目以降の積分器は、前段の積分器の出力を2倍した値に前々段の積分器の出力を加算した値を入力として、AD変換データに変換するデシメーションフィルタと、を備え、 前記デシメーションフィルタが出力するAD変換データをN回分積算してN(Nは2以上の自然数)で除算した値をAD平均値データとして前記ディジタル制御演算部に出力することを特徴とする。   As another aspect, a digital control arithmetic unit that outputs a PWM signal to an amplifier circuit, and a current or voltage supplied from the amplifier circuit to a load based on the PWM signal is detected as an analog signal, and the analog signal is converted into a digital signal. A ΔΣ AD converter comprising: an analog detection unit that converts the signal into a digital control operation unit; and the digital control operation unit outputs a first reference clock, A PWM carrier generator that outputs a carrier vertex timing to an analog detection unit, the analog detection unit outputting a second reference clock different from the first reference clock, and a decimator operation timing The carrier cycle average output timing signal obtained by dividing the signal by N is one clock lower than the carrier apex timing. If the time difference between the carrier cycle average output timing signal and the carrier vertex timing is less than ± 1 clock, the division ratio selection signal is set to 0. When the carrier cycle average output timing signal is generated one clock or more later than the carrier vertex timing, a division ratio correction unit that sets the division ratio selection signal to 2 and a decimation ratio based on the division ratio selection signal And a variable frequency dividing circuit for outputting the decimator operation timing signal based on the carrier vertex timing and the corrected decimation ratio, and a ΔΣ modulator for correcting the analog signal to the digital signal at the timing of a second reference clock Two or more integrators connected in series, a decimator, and two or more connected in series The digital signal output from the ΔΣ modulator is based on the division ratio selection signal and the decimator operation timing signal, and when the division ratio selection signal is 1, the input of the integrator is set to 0. When 0, the first-stage integrator inputs a digital signal, and the second and subsequent integrators input the output of the previous-stage integrator, and when it is 2, the first-stage integrator doubles the digital signal. Is input, and the second-stage integrator inputs the value obtained by doubling the output of the previous-stage integrator and the digital signal. When three or more integrators are connected in series, the third and subsequent stages are integrated. And a decimation filter for converting the output of the previous-stage integrator to a value obtained by adding the output of the previous-stage integrator to a value obtained by doubling the output of the previous-stage integrator, and converting the converted data into AD conversion data. The decimation filter outputs AD conversion data A value obtained by accumulating the data N times and dividing by N (N is a natural number of 2 or more) is output to the digital control arithmetic unit as AD average value data.

また、その一態様として、前記分周比補正部は、前記キャリア頂点タイミングの発生後からそれ以降の最初のデシメータ動作タイミング信号が出力されるまで以外の期間は、デシメーション比の補正を行わないことを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the frequency division ratio correction unit does not correct the decimation ratio during a period other than after the occurrence of the carrier vertex timing until the first subsequent decimator operation timing signal is output. It is characterized by.

本発明によれば、電圧,電流などのAD変換を必要とする電力変換器や継電器において、高価な高周波PLL回路を使用することなく、高精度なAD変換を低コストで実現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to realize highly accurate AD conversion at low cost without using an expensive high-frequency PLL circuit in a power converter or relay that requires AD conversion such as voltage and current. Become.

実施形態1における電力変換器を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating a power converter according to the first embodiment. 実施形態1における可変分周回路とデシメーションフィルタを示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a variable frequency divider and a decimation filter in the first embodiment. 実施形態1における電力変換器の各部の動作を示すタイムチャート。3 is a time chart illustrating the operation of each unit of the power converter according to the first embodiment. 可変分周回路とデシメーションフィルタを示す概略図。Schematic which shows a variable frequency dividing circuit and a decimation filter. 可変分周回路とデシメーションフィルタを示す概略図。Schematic which shows a variable frequency dividing circuit and a decimation filter. 実施形態2における可変分周回路とデシメーションフィルタを示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram illustrating a variable frequency divider and a decimation filter in the second embodiment. 実施形態3における電力変換器を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram illustrating a power converter according to a third embodiment. 実施形態4における分周比補正部を示すブロック図。FIG. 9 is a block diagram illustrating a frequency division ratio correction unit according to a fourth embodiment. 実施形態4の動作例を示すタイムチャート。9 is a time chart showing an operation example of the fourth embodiment. 実施形態4を適用したAD変換の入出力および各信号の動作タイムチャート。FIG. 6 is an AD conversion input / output and an operation time chart of each signal to which the fourth embodiment is applied. 実施形態4を適用しないAD変換の入出力および各信号の動作タイムチャート。10 is an input / output of AD conversion to which the fourth embodiment is not applied and an operation time chart of each signal. 図11の拡大図。The enlarged view of FIG. 図10の拡大図。The enlarged view of FIG. 図10の拡大図。The enlarged view of FIG. 特許文献1における電力変換器の制御装置を示す概略図。Schematic which shows the control apparatus of the power converter in patent document 1. FIG. 特許文献1における各信号を示すタイムチャート。3 is a time chart showing each signal in Patent Document 1. 離散時刻サンプリングを示すタイムチャート。The time chart which shows discrete time sampling. 2次のΔΣ変調モジュール回路の構成図。The block diagram of a secondary ΔΣ modulation module circuit. ΔΣ変調のアナログ入力とディジタル出力データの例を示す図。The figure which shows the example of the analog input of a delta-sigma modulation, and digital output data. デシメーションフィルタの構成図。The block diagram of a decimation filter. デシメーションフィルタ内部の積分器の詳細回路図。The detailed circuit diagram of the integrator inside a decimation filter. デシメーションフィルタ内部の微分器の詳細回路図。The detailed circuit diagram of the differentiator inside a decimation filter. 図20のデシメーションフィルタを図21,図22の積分器、微分器で示した図。The figure which showed the decimation filter of FIG. 20 with the integrator and the differentiator of FIG. 21, FIG. オーバーサンプリングを示すタイムチャート。A time chart showing oversampling. PLL発振器を用いた異なるプリント板間の同期方式の構成図。The block diagram of the synchronous system between different printed boards using a PLL oscillator.

図25に示す従来の方式では、同期タイミング信号Ts(m)から基準クロックを復元するPLL発振器PLLなどが必要であり、高い周波数で動作する高周波PLL回路が必要になる。   The conventional system shown in FIG. 25 requires a PLL oscillator PLL that restores the reference clock from the synchronization timing signal Ts (m), and a high-frequency PLL circuit that operates at a high frequency.

そこで、本願発明では、周波数がわずかに異なる基準クロック発振器を使用し、かつ、PLL回路を実装せずに、PWMキャリアとAD変換器のモジュレータ動作タイミングとの同期を実現させるものである。   Therefore, in the present invention, the synchronization between the PWM carrier and the modulator operation timing of the AD converter is realized by using a reference clock oscillator having a slightly different frequency and without mounting a PLL circuit.

PLL回路で基準クロックを修正するのではなく、その代わりにデシメーションフィルタ内部のデシメーション比:Mを調整して、モジュレータの分周比を微小(例えば、Mに対してM±1)に変化させることにより同期補正機能を実現するものである。   Instead of correcting the reference clock in the PLL circuit, instead, the decimation ratio: M inside the decimation filter is adjusted to change the frequency division ratio of the modulator to a very small value (for example, M ± 1 with respect to M). Thus, the synchronization correction function is realized.

同期基準信号としては、図17のキャリア頂点タイミングTcと、図24の同期タイミング信号Ts(m)の2種類の信号がある。そのため、実施形態のうちPLL機能に関しては、最初に同期タイミング信号Tsに同期させる実現方法を示し、その後でキャリア頂点タイミングTcと同期するように拡張するという順序で示すことにした。   As the synchronization reference signal, there are two types of signals: the carrier vertex timing Tc in FIG. 17 and the synchronization timing signal Ts (m) in FIG. Therefore, regarding the PLL function in the embodiment, an implementation method of synchronizing with the synchronization timing signal Ts is shown first, and then extended in order to synchronize with the carrier vertex timing Tc.

ここで単純にデシメーション比:Mを補正しただけでは、多段に縦続接続した積分器I1〜I3の積分回数がすべて一致せず、一部の積分器だけ補正前のデシメーション比:Mと異なる回数分を積算した状態になる。この場合には、デシメータ以降の微分回路を経たAD変換出力は異常値になってしまう。そこで、この異常出力を防止する方法を考案した。   Here, simply correcting the decimation ratio: M does not match all the integration times of the cascaded integrators I1 to I3, and only a part of the integrators is different from the pre-correction decimation ratio: M. Will be integrated. In this case, the AD conversion output after the differential circuit after the decimator becomes an abnormal value. Therefore, a method for preventing this abnormal output was devised.

以下、本願発明の電力変換器の実施形態1〜4を詳細に説明する。   Hereinafter, Embodiments 1-4 of the power converter of the present invention will be described in detail.

[実施形態1]
実施形態1の全体構成が図1であり、この概略構成は次のようになっている。ディジタル制御演算部6にはPWM回路11が内蔵されており、PWMキャリア発生器3からキャリア信号とその三角波キャリア周期をN逓倍した同期タイミング信号Ts(m)を出力する。
[Embodiment 1]
The overall configuration of the first embodiment is shown in FIG. 1, and the schematic configuration is as follows. The digital control arithmetic unit 6 includes a PWM circuit 11 and outputs a carrier signal and a synchronization timing signal Ts (m) obtained by multiplying the triangular wave carrier period by N from the PWM carrier generator 3.

PWMコンパレータ部5では、キャリア信号とPWM指令とを比較してPWM信号を生成し、増幅回路(インバータ)INVを経て負荷Lを駆動する。負荷Lの入力電流などの情報はアナログセンサ7で検出し、これをアナログ検出部8でAD変換して、ディジタル値としてディジタル制御演算部6に出力する。   The PWM comparator unit 5 compares the carrier signal with the PWM command to generate a PWM signal, and drives the load L via the amplifier circuit (inverter) INV. Information such as the input current of the load L is detected by the analog sensor 7, AD converted by the analog detection unit 8, and output to the digital control calculation unit 6 as a digital value.

本実施形態1ではAD変換器として前述のΔΣ形を採用し、このデシメータ動作タイミング信号Td(m)をPWMキャリア発生器3から受信した同期タイミング信号Ts(m)のタイミングに同期させるものである。   In the first embodiment, the above-described ΔΣ type is adopted as the AD converter, and the decimator operation timing signal Td (m) is synchronized with the timing of the synchronization timing signal Ts (m) received from the PWM carrier generator 3. .

次に、図1の個々の構成要素について説明する。   Next, the individual components in FIG. 1 will be described.

(1)ディジタル制御演算部6
PWM発生側の回路であり、第1基準クロック発振器9が出力する第1基準クロックFclk1により動作する同期ディジタル回路で構築されており、PWM指令を生成するディジタル制御回路4と、PWMキャリア発生器3やPWMコンパレータ(パルス出力発生器)5を有するPWM回路11と、第1基準クロックFclk1を出力する第1基準クロック発振器9と、を備えている。
(1) Digital control arithmetic unit 6
A circuit on the PWM generation side, which is constructed by a synchronous digital circuit that operates by the first reference clock Fclk1 output from the first reference clock oscillator 9, and a digital control circuit 4 that generates a PWM command, and a PWM carrier generator 3 And a PWM circuit 11 having a PWM comparator (pulse output generator) 5 and a first reference clock oscillator 9 for outputting a first reference clock Fclk1.

このディジタル制御回路4は、後述するようなアナログセンサ7で検出したアナログ信号をAD変換したデータを入力信号とし、これに基づいて負荷Lを制御するために必要な電圧指令に相当するPWM指令を出力している。   This digital control circuit 4 uses, as an input signal, data obtained by AD-converting an analog signal detected by an analog sensor 7 as described later, and outputs a PWM command corresponding to a voltage command necessary for controlling the load L based on this data. Output.

(2)増幅回路INVとアナログセンサ7
増幅回路INVは、電力用半導体スイッチング素子を組み合わせたインバータ等の変換器などであり、実際に負荷Lを駆動するために必要なPWM波形つまりパルス状の電圧または電流波形などに電力増幅する。アナログセンサ7は、この増幅回路の出力情報を電圧センサや電流センサなどを介して検出するものであり、AD変換回路21ではこのアナログ信号をディジタル量に変換して、前述のディジタル制御回路4に伝送する。
(2) Amplifier circuit INV and analog sensor 7
The amplifier circuit INV is a converter such as an inverter combined with a power semiconductor switching element, and amplifies the power to a PWM waveform necessary for actually driving the load L, that is, a pulsed voltage or current waveform. The analog sensor 7 detects output information of the amplifier circuit via a voltage sensor, a current sensor, or the like, and the AD conversion circuit 21 converts the analog signal into a digital quantity and supplies it to the digital control circuit 4 described above. To transmit.

(3)負荷L
ディジタル制御演算部6が制御を行う対象であり、モータや電力系統などがこれに相当する。
(3) Load L
The digital control arithmetic unit 6 is an object to be controlled, and a motor, a power system, and the like correspond to this.

(4)第2基準クロック発振器10
第2基準クロック発振器10は、第1基準クロックFclk1とは異なる第2基準クロックFclk2を出力する。
(4) Second reference clock oscillator 10
The second reference clock oscillator 10 outputs a second reference clock Fclk2 that is different from the first reference clock Fclk1.

(5)アナログ検出部8
アナログ検出部8ではアナログセンサ7の出力信号をディジタル制御演算部6が取り扱うディジタル量にAD変換する。このアナログ検出部8の回路は、PWM側の第1基準クロックFclk1とは異なる第2基準クロックFclk2を使用するが、水晶振動子などを利用するのでこれらの周波数差は微小であるものとする。アナログ検出部8は、さらに下記の要素で構成されている。
(5) Analog detector 8
The analog detection unit 8 AD converts the output signal of the analog sensor 7 into a digital quantity handled by the digital control calculation unit 6. The circuit of the analog detection unit 8 uses a second reference clock Fclk2 that is different from the first reference clock Fclk1 on the PWM side. However, since a crystal resonator or the like is used, the frequency difference between them is very small. The analog detection unit 8 further includes the following elements.

(5−1)ΔΣモジュレータ12
ΔΣモジュレータ12は、ΔΣ変換の原理により、アナログ値を第2基準クロックFclk2のタイミングで1bit長のディジタル信号Si(k)に変換する。厳密には、1bit長に限らず多bit長で出力する回路もあり、その場合でも本実施形態1は有効であるが、本実施形態1では1bitの例を用いて説明する。
(5-1) ΔΣ Modulator 12
The ΔΣ modulator 12 converts an analog value into a 1-bit length digital signal Si (k) at the timing of the second reference clock Fclk2 based on the principle of ΔΣ conversion. Strictly speaking, there is a circuit that outputs not only a 1-bit length but also a multi-bit length. Even in this case, the first embodiment is effective, but the first embodiment will be described using a 1-bit example.

(5−2)分周比補正部13a
この分周比補正部13aで、PLL制御の位相補正に相当する機能を行っている。位相比較器14では、外部から入力される同期タイミング信号Ts(m)の発生時刻t(Ts(m))と内部のデシメータ動作タイミング信号Td(m)の発生時刻t(Td(m))との時間差(位相差)ΔT=t(Td(m))−t(Ts(m))を検出する。
(5-2) Frequency division correction unit 13a
This frequency division ratio correction unit 13a performs a function corresponding to phase correction of PLL control. In the phase comparator 14, the generation time t (Ts (m)) of the synchronization timing signal Ts (m) input from the outside, the generation time t (Td (m)) of the internal decimator operation timing signal Td (m), and The time difference (phase difference) ΔT = t (Td (m)) − t (Ts (m)) is detected.

分周比補正選択部15では、次のように動作する。   The frequency division ratio correction selection unit 15 operates as follows.

(1)Td(m)の方がTs(m)より1クロック以上早く発生する場合(−1[clk]≧ΔT)
Msel=(M+1):分周比選択信号
(2)Td(m)とTs(m)との差が±1クロック未満の場合(−1<ΔT<1[clk])
Mesl=(M):分周比選択信号
(3)Td(m)の方がTs(m)より1クロック以上遅く発生する場合(1[clk]≦ΔT)
Msel=(M−1):分周比選択信号
(1)〜(3)で記載しているクロックは、第2基準クロックFclk2のことである。
(1) When Td (m) is generated one clock or more earlier than Ts (m) (−1 [clk] ≧ ΔT)
Msel = (M + 1): Frequency division ratio selection signal (2) When the difference between Td (m) and Ts (m) is less than ± 1 clock (−1 <ΔT <1 [clk])
Mesl = (M): Frequency division ratio selection signal (3) When Td (m) is generated one clock or more later than Ts (m) (1 [clk] ≦ ΔT)
Msel = (M−1): Frequency division ratio selection signal The clock described in (1) to (3) is the second reference clock Fclk2.

ここでのMは、Fclk1=Fclk2と仮定した理想的なデシメーション比(第2基準クロックFclk2に対しての分周比)である。   Here, M is an ideal decimation ratio (frequency division ratio with respect to the second reference clock Fclk2) assuming that Fclk1 = Fclk2.

実際の回路では分周比選択信号Mselは‘‘0,1,2’’などのコード値であるが、上記では後述の説明との関連を分かりやすくするために機能記述にて表示にした。なお、分周比選択信号Mselをコード値で表す例を以下に示す。
上記(1)の条件時:分周比選択信号Msel=1
上記(2)の条件時:分周比選択信号Msel=0
上記(3)の条件時:分周比選択信号Msel=2
また、今回は第2基準クロックFclk2の周波数誤差が少ないものとして、最小限の補正量つまりデシメーション比の補正値を(M±1)だけに制限することにした。
In an actual circuit, the frequency division ratio selection signal Msel is a code value such as “0, 1, 2”, etc., but in the above description, the function description is displayed in order to make it easy to understand the relation with the description to be described later. An example in which the division ratio selection signal Msel is represented by a code value is shown below.
Condition (1) above: Frequency division ratio selection signal Msel = 1
Condition (2) above: Frequency division ratio selection signal Msel = 0
Condition (3) above: Frequency division ratio selection signal Msel = 2
Further, this time, it is assumed that the frequency error of the second reference clock Fclk2 is small, and the minimum correction amount, that is, the decimation ratio correction value is limited to (M ± 1).

実用的には、時間差の情報にフィルタ機能や補正係数を追加したり、補正量の大きさを±1クロック以上にしたりするなどの検討も必要であるが、これらはPLL制御として既に検討されているので、ここでは簡潔な原理説明に留めておく。   Practically, it is necessary to consider adding a filter function or correction coefficient to the time difference information, or making the correction amount ± 1 clock or more, but these have already been studied as PLL control. Therefore, here is a brief explanation of the principle.

さらに、図1では分周比補正選択部15から直接に分周比を出力するのではなく、分周比選択信号Mselというコードを出力して、このコードに応じてデシメーションフィルタ16や可変分周回路17の内部で分周比を補正させる構成とした。   Further, in FIG. 1, instead of outputting the division ratio directly from the division ratio correction selection unit 15, a code called the division ratio selection signal Msel is output, and the decimation filter 16 and the variable division ratio are selected according to this code. The frequency division ratio is corrected inside the circuit 17.

これも、後述する図2にて同じ構成のセレクタ回路で表現することにより理解しやすいようにしたものであり、機能記述に対応した分周比選択信号Mselにコード化したことには特別な意味は無い。   This is also made easy to understand by expressing it in the selector circuit having the same configuration in FIG. 2 described later, and it has a special meaning in that it is coded in the division ratio selection signal Msel corresponding to the function description. There is no.

(5−3)可変分周回路17とデシメーションフィルタ16
可変分周回路17とデシメーションフィルタ16は、図2に示す構成となっている。 可変分周回路17は、セレクタSel_M1とダウンカウンタCount1,および、カウンタ値が0である場合に‘‘アクティブ(=1)’’としてデシメータ動作タイミング信号Td(m)を出力する比較器Comp1で構成されている。
(5-3) Variable frequency divider 17 and decimation filter 16
The variable frequency dividing circuit 17 and the decimation filter 16 are configured as shown in FIG. The variable frequency dividing circuit 17 includes a selector Sel_M1, a down counter Count1, and a comparator Comp1 that outputs a decimator operation timing signal Td (m) as “active (= 1)” when the counter value is zero. Has been.

そして、ダウンカウンタCount1は、ロードイネーブル端子LDに入力されているデシメータ動作タイミング信号Td(m)がアクティブ(=1)になると、次のクロック発生時にはD入力の値をロードしてQの出力とする。そして、ロードイネーブル端子LDがアクティブでない場合には、零になるまで通常のカウントダウン動作行う。   When the decimator operation timing signal Td (m) input to the load enable terminal LD becomes active (= 1), the down counter Count1 loads the value of the D input and outputs the Q output when the next clock is generated. To do. When the load enable terminal LD is not active, a normal countdown operation is performed until it becomes zero.

したがって、デシメーション比:Mの場合には、D端子に(M−1)の値を設定すれば、第2基準クロックFclk2に対してM分周したタイミングでデシメータ動作タイミング信号Td(m)がア クティブ(=1)になる。   Therefore, when the decimation ratio is M, if the value of (M−1) is set to the D terminal, the decimator operation timing signal Td (m) is applied at the timing divided by M with respect to the second reference clock Fclk2. Active (= 1).

本実施形態1では、このD入力を、基準となるデシメーション比:Mに対して±1に拡張することにより可変分周機能を追加するものである。具体的には、分周比補正選択部15の出力である分周比選択信号Mselに対応するデシメーション比(分周比):{(M+1),M,(M−1)}を実現するためにセレクタSel_M1により{M,(M−1),(M−2)}の値を選択する。   In the first embodiment, a variable frequency dividing function is added by expanding the D input to ± 1 with respect to a decimation ratio M that is a reference. Specifically, in order to realize the decimation ratio (frequency division ratio): {(M + 1), M, (M−1)} corresponding to the frequency division ratio selection signal Msel that is the output of the frequency division ratio correction selection unit 15. The values of {M, (M−1), (M−2)} are selected by the selector Sel_M1.

各積分器I1〜I3の前段に挿入されたセレクタSel_c11,Sel_c12,Sel_c13の入力信号は、Msel信号に応じて下記のような組み合わせになっている。   The input signals of the selectors Sel_c11, Sel_c12, and Sel_c13 inserted in the previous stage of the integrators I1 to I3 have the following combinations according to the Msel signal.

(1)Msel=M分周の場合(基本となるデシメーション周期,デシメータ動作タイミング信号Td(m)が同期タイミング信号Ts(m)と同期)
Sel_c11:ディジタル信号Si(k)を選択(kは第2基準クロックFclk2のタイミングを示す)
Sel_c12:前段のD−FF回路D−FF1の出力を選択
Sel_c13:前段のD−FF回路D−FF2の出力を選択
(2)Msel=(M+1) 分周の場合(デシメータ動作タイミング信号Td(m)を遅らせたい場合)
Sel_c11:入力信号を零に選択
Sel_c12:入力信号を 零に選択
Sel_c13: 入力信号を零に選択
(3)Msel=(M−1)分周の 場合(デシメータ動作タイミング信号Td(m)を早くしたい場合)
Sel_c11: ディジタル信号Si(k)の2倍を選択
Sel_c12 :前段のD−FF回路D−FF1の出力の2倍と、ディジタル信号Si(k)の加算値を選択
Sel_c13 :前段のD−FF回路D−FF2の出力の2倍と、D−FF回路D−FF1の出力の加算値を選択
この入力値を適用する理由については後述するが、本実施形態1の重要なポイントは、可変分周比を選択するセレクタSel_M1によりPLL制御的なデシメーションタイミングの補正を行うが、積分器I1〜I3に追加したセレクタSel_c11,Sel_c12,Sel_c13により、デシメーションタイミング間の積算回数を常にM回相当に近似するようにさせることである。そのため、入力信号を1回分だけ無視したり、2倍にしたりして積算量を補正する調整を行っている。
(1) When Msel = M frequency division (basic decimation period, decimator operation timing signal Td (m) is synchronized with synchronization timing signal Ts (m))
Sel_c11: Digital signal Si (k) is selected (k indicates the timing of the second reference clock Fclk2)
Sel_c12: Selects the output of the D-FF circuit D-FF1 at the previous stage. Sel_c13: Selects the output of the D-FF circuit D-FF2 at the previous stage. ) If you want to delay
Sel_c11: Selects the input signal as zero. Sel_c12: Selects the input signal as zero. Sel_c13: Selects the input signal as zero. (3) When Msel = (M-1) frequency division If)
Sel_c11: Select twice the digital signal Si (k) Sel_c12: Select twice the output of the D-FF circuit D-FF1 in the previous stage and the added value of the digital signal Si (k) Sel_c13: D-FF circuit in the previous stage The double value of the output of the D-FF2 and the added value of the output of the D-FF circuit D-FF1 are selected. The reason why this input value is applied will be described later, but the important point of the first embodiment is the variable frequency division. The selector Sel_M1 for selecting the ratio corrects the PLL-controlled decimation timing. However, the selectors Sel_c11, Sel_c12, and Sel_c13 added to the integrators I1 to I3 always approximate the number of integrations between the decimation timings to M times. It is to make it. Therefore, adjustment is performed to correct the integrated amount by ignoring the input signal only once or doubling the input signal.

デシメーションフィルタ部分のうち、本実施形態1で変更するのは、この3段の積分器I1〜I3部分であり、以降の部分は従来と同じようにダウンカウンタCount1が出力するデシメータ動作タイミング信号Td(m)で動作するデシメータ30,および、微分器D1,微分器D2,微分器D3という3段の微分器で構成されており、最終段の微分器D3の出力がAD変換器の出力 であって、デシメータの動作タイミングで更新される。 以上が、本実施形態1の構成についての説明である。   Of the decimation filter portion, the first embodiment is changed to the three-stage integrators I1 to I3, and the subsequent portions are the decimator operation timing signal Td (output from the down counter Count1 as in the conventional case. m) and a three-stage differentiator, that is, a differentiator D1, a differentiator D2, and a differentiator D3, and the output of the last-stage differentiator D3 is the output of the AD converter. It is updated at the operation timing of the decimator. The above is the description of the configuration of the first embodiment.

(作用・動作の説明)
まず、可変分周動作について説明するために図3のタイムチャートを用いて、図1の分周比補正部13aの分周比選択信号Mselと図2のダウンカウンタCount1のカウンタ値QMとの関係を説明する。
(Description of action / operation)
First, in order to explain the variable frequency division operation, the relationship between the frequency division ratio selection signal Msel of the frequency division ratio correction unit 13a of FIG. 1 and the counter value QM of the down counter Count1 of FIG. Will be explained.

図3の1段目のようなPWM回路11から送信される同期タイミング信号Ts(m)の発生時刻t(Ts(m))と、図3の2段目のようなデシメータ動作タイミング信号Td(m)の発生時刻t(Td(m))との時間差ΔTをPLLの位相差として検出する。   The generation time t (Ts (m)) of the synchronization timing signal Ts (m) transmitted from the PWM circuit 11 as in the first stage in FIG. 3 and the decimator operation timing signal Td (as in the second stage in FIG. A time difference ΔT from the occurrence time t (Td (m)) of m) is detected as a phase difference of the PLL.

この時間差ΔTにより図3の5段目のように分周比選択信号Mselが変化する。時間差ΔTが(−1)〜(+1)クロックの範囲内であれば、Msel信号は「分周比(デシメーション比)=Mを選択」とする。時間差ΔTが(+1)以上になると位相差が1クロック以上遅れたものとみなして、分周比選択信号Mselを「分周比=(M−1)を選択」として、デシメータ動作タイミング信号Td(m)の周期が短くなるように補正する。逆に時間差ΔTが(−1)以下になると位相差が1クロック以上進んだものとみなして分周比選択信号Mselを「分周比=(M+1)を選択」としてデシメータ動作タイミング信号Td(m)の周期が長くなるように補正する。この分周比選択信号Mselの3種類の状態を、図3では零と正負レベルの信号として表現している。   Due to this time difference ΔT, the frequency division ratio selection signal Msel changes as in the fifth stage of FIG. If the time difference ΔT is within the range of (−1) to (+1) clocks, the Msel signal is set to “select frequency division ratio (decimation ratio) = M”. When the time difference ΔT is equal to or greater than (+1), the phase difference is regarded as being delayed by one clock or more, the division ratio selection signal Msel is set to “select division ratio = (M−1)”, and the decimator operation timing signal Td ( Correction is made so that the period of m) becomes shorter. Conversely, when the time difference ΔT becomes (−1) or less, the phase difference is considered to have advanced by one clock or more, and the division ratio selection signal Msel is set to “select division ratio = (M + 1)”, and the decimator operation timing signal Td (m ) So that the period becomes longer. Three types of states of the frequency division ratio selection signal Msel are represented as signals of zero and positive / negative levels in FIG.

この分周比選択信号Mselにより、図3の3段目のカウンタ値QMが零になると、図2の4段目のようなデシメータ動作タイミング信号Td(m)が分周カウンタのロードイネーブル端子LDに入力され、その次のクロックにおけるダウンカウンタCount1のカウンタ値QMは、セレクタSel_Mによって選択された値になる。   When the counter value QM at the third stage in FIG. 3 becomes zero by the frequency division ratio selection signal Msel, the decimator operation timing signal Td (m) as at the fourth stage in FIG. 2 is output to the load enable terminal LD of the frequency divider counter. The counter value QM of the down counter Count1 at the next clock becomes the value selected by the selector Sel_M.

図3の同期タイミング信号Ts(ma−1)や同期タイミング信号Ts(ma)では「M分周」が選択されているので(M−1)がダウンカウンタCount1にロードされる。同期タイミング信号Ts(ma+1)の場合には「M−1分周」が選択されているので(M−2)が、また、Ts(mb)の場合には「M+1分周」が選択されているため(M)がダウンカウンタCount1にロードされる。   In the synchronization timing signal Ts (ma-1) and the synchronization timing signal Ts (ma) of FIG. 3, since "M division" is selected, (M-1) is loaded into the down counter Count1. In the case of the synchronization timing signal Ts (ma + 1), “M−1 division” is selected, so that (M−2) is selected, and in the case of Ts (mb), “M + 1 division” is selected. Therefore, (M) is loaded into the down counter Count1.

この結果、この可変分周の補正が適用された次のデシメータ動作タイミング信号Td(m)の発生タイミングは、同期タイミング信号Ts(m)との時間差が1クロック以内に補正されることになり同期(PLL)機能が実現できる。   As a result, the generation timing of the next decimator operation timing signal Td (m) to which the variable frequency division correction is applied is corrected so that the time difference from the synchronization timing signal Ts (m) is corrected within one clock. (PLL) function can be realized.

本実施形態1の一部である可変分周のみ適用したものが図4であり、また、デシメータは従来例のままである。このままでは、3段の積分器I1〜I3の動作を時系列的にみると、分周比(デシメーション比)が刻々と変化するために各デシメーションタイミングにおける積分回数がM回とM回以外とが混在するようになるため、これをデシメーションした後に3段の微分器D1〜D3を通しても正常なAD変換結果は得られない。そこで、本実施形態1では積分器I1〜I3についても改善を行うものであり、図4を図2のように変更している。   FIG. 4 shows only the variable frequency division which is a part of the first embodiment, and the decimator is a conventional example. If the operation of the three-stage integrators I1 to I3 is viewed in chronological order as it is, the frequency division ratio (decimation ratio) changes every moment, so that the number of integrations at each decimation timing is M times or other than M times. Since they are mixed, a normal AD conversion result cannot be obtained even after passing through the three-stage differentiators D1 to D3 after decimation. Therefore, in the first embodiment, the integrators I1 to I3 are also improved, and FIG. 4 is changed as shown in FIG.

図2には、分周比(デシメーション比)が(M−1)と(M+1)の2種類の分周補正機能が含まれているため、まず、分周比が(M+1)についてのみ分周補正する場合について説明する。   FIG. 2 includes two types of frequency division correction functions with a frequency division ratio (decimation ratio) of (M−1) and (M + 1). Therefore, first, only the frequency division ratio is (M + 1). A case where correction is performed will be described.

図2から、分周比が(M−1)に対応する部分を削除したものが図5である。図5により、分周比選択信号Mselにより分周比(M+1)が選択された場合には、ダウンカウンタCount1の初期値ロード時にのみ1クロック分だけ各積分器I1〜I3の加算器入力をセレクタSel_c1,Sel_c2,Sel_c3によって強制的に零に切り替えている。   FIG. 5 is a diagram obtained by deleting the portion corresponding to the frequency division ratio (M-1) from FIG. According to FIG. 5, when the frequency division ratio (M + 1) is selected by the frequency division ratio selection signal Msel, the adder inputs of the integrators I1 to I3 are selected by one clock only when the initial value of the down counter Count1 is loaded. Sel_c1, Sel_c2, and Sel_c3 are forcibly switched to zero.

これにより、積分回路の動作回数はM+1回であるが、そのうちのダウンカウンタCount1が初期値ロードする1回分は模擬的に積分を停止させるこ とができる。言い換えると、この時の入力信号を破棄することにより、積分回数を基本となるM回行ったものに近似させることができる。   As a result, the number of operations of the integration circuit is M + 1, but the integration can be stopped in a simulated manner for one time the down counter Count1 loads the initial value. In other words, by discarding the input signal at this time, it is possible to approximate the number of integrations to that performed M times.

1回分の入力信号を破棄すると誤差要因となるが、1bit幅で、かつ、モジュレータに入力される1クロック分の極めて短い時間の成分を無視するため実用上は微小であるものとして無視することができる。例えばM=16の場合には、2^16=65534回の積分を行うが、その内の1回分の誤差にしか過ぎない。   Discarding the input signal for one time causes an error. However, since the component of 1 bit width and an extremely short time for one clock input to the modulator is neglected, it may be ignored as being practically minute. it can. For example, in the case of M = 16, 2 ^ 16 = 65534 integrations are performed, but only one error is included.

また、この分周補正の発生頻度も、異なる基準クロックの周波数差によるものであり、水晶振動子のような周波数精度の高い発振器を使用すれば、発生頻度も非常に少なくなるため、ある程度の長い時間間隔における平均値に対する誤差を考えると、さらに影響は小さくなる。このように、ΔΣ形モジュレータ出力は1 bit幅であり瞬時の情報量が少ないことに着目して、積分回数を補正させることにした。   In addition, the frequency of occurrence of the frequency division correction is also due to the frequency difference between different reference clocks. If an oscillator with high frequency accuracy such as a crystal oscillator is used, the frequency of occurrence is very low. Considering the error with respect to the average value in the time interval, the influence is further reduced. Thus, paying attention to the fact that the ΔΣ modulator output has a 1-bit width and the amount of instantaneous information is small, it was decided to correct the number of integrations.

次に、分周比(M−1)の場合の積分器I1〜I3の補正動作を説明する。分周比が(M−1)のように基本回数より少ない場合には、今度は積分回数を1回多くなるように近似補正しなくてはならない。   Next, the correction operation of the integrators I1 to I3 in the case of the frequency division ratio (M-1) will be described. If the frequency division ratio is smaller than the basic number, such as (M−1), the approximation correction must be performed so that the number of integrations is increased by one.

そこで、分周比が(M+1)の補正と同様のタイミング、つまり、分周比選択信号Mselにより分周比(M−1)が選択された場合で、かつ、ダウンカウンタCount1が初期値ロードするタイミングの1クロック分のときだけ各積分器I1〜I3の加算器入力を2倍することにより、あたかも2クロック分の積分を行ったかのように修正することにした。   Therefore, the same timing as the correction of the division ratio (M + 1), that is, when the division ratio (M−1) is selected by the division ratio selection signal Msel, and the down counter Count1 is loaded with the initial value. Only when the timing is equivalent to one clock, the adder inputs of the integrators I1 to I3 are doubled, so that the correction is made as if the integration was performed for two clocks.

これを、図2のセレクタSel_c11,Sel_c12,Sel_c13を「M−1」側に切り替えることにより実現している。しかし、初段の積分器I1では入力信号を2倍するだけでよいが、2段目以降の積分器I2,I3にて2クロック分の積分器を模擬しようとすると、前段の積分器の増加量も考慮しなくてはならない。そこで、(k)と(k+1)という2回分の積分動作について、離散式を用いて説明する。   This is realized by switching the selectors Sel_c11, Sel_c12, and Sel_c13 in FIG. 2 to the “M−1” side. However, in the first-stage integrator I1, it is only necessary to double the input signal. However, if an integrator for two clocks is simulated in the second-stage integrators I2 and I3, the amount of increase in the previous-stage integrator is increased. Must also be considered. Therefore, two integration operations (k) and (k + 1) will be described using a discrete expression.

まず、最初の(k)クロックでは、3段の積分器I1〜I3は(1)式のように入力と前回の積分結果をもとに計算している。ここで、次のように記号を定義する。   First, in the first (k) clock, the three-stage integrators I1 to I3 calculate based on the input and the previous integration result as shown in equation (1). Here, symbols are defined as follows.

k,(k+1),…:基準クロックの動作タイミングを示す番号
i(k):基準クロックの動作タイミングkの時刻におけるデシメーションフィルタに入力されるディジタル信号
1(k),C2(k),C3(k):1段目,2段目,3段目の各積分器I1〜I3のラッチ出力
(k)のタイミングでは次の(1)式の演算が実行される。
k, (k + 1),...: number indicating the operation timing of the reference clock S i (k): digital signal C 1 (k), C 2 (k) input to the decimation filter at the operation timing k of the reference clock , C 3 (k): At the timing of the latch outputs (k) of the integrators I1 to I3 in the first, second, and third stages, the following equation (1) is executed.

Figure 2017225210
Figure 2017225210

そして、同じ入力信号が続くものと仮定してSi(k)≒Si(k+1)と近似すると、(k+1)のタイミングでは次の(2)式の演算が実行されることになる。 Then, assuming that the same input signal continues, and approximating S i (k) ≈S i (k + 1), the calculation of the following equation (2) is executed at the timing of (k + 1).

Figure 2017225210
Figure 2017225210

(2)式に(1)式を代入すると、時刻(n−1)データを前回値とし、時刻(n)を経て(n+1)に達する2クロック分の演算結果をまとめて計算することができ、各段の積分器I1〜I3では(3)〜(5)式のようになる。   By substituting equation (1) into equation (2), time (n-1) data can be used as the previous value, and the operation results for two clocks reaching (n + 1) after time (n) can be calculated together. In each stage of the integrators I1 to I3, equations (3) to (5) are obtained.

Figure 2017225210
Figure 2017225210

この結果より、初段の積分器I1は(3)式のように入力値を2倍して加算するだけでよい。しかし、(4)式と(5)式のように、2段目と3段目の積分器I2,I3では、元の入力信号である前段の積分器の出力を2倍にするだけでなく、さらに前々段の積分器出力(2段目の積分器I2の場合はディジタル信号Si(k))の値も加算しなくてはならないことが分かる。   From this result, the integrator I1 in the first stage only needs to double the input value and add as shown in the equation (3). However, as shown in equations (4) and (5), the second and third integrators I2 and I3 not only double the output of the previous integrator, which is the original input signal. It can also be seen that the value of the output of the previous stage integrator (digital signal Si (k) in the case of the second stage integrator I2) must also be added.

この(3)〜(5)式をブロック図の形式で表現したものが図2である。これにより、(M−1)回の積分演算のうち1回分だけは、2クロック分の入力値に変更することにより、M回の積分動作に近似するものである。   FIG. 2 shows the expressions (3) to (5) in the form of a block diagram. Thus, only one out of (M−1) integration operations is approximated to M integration operations by changing the input value to 2 clocks.

この場合の誤差は、初段において、Si(k)≒Si(k+1)という仮想入力を設定したものであり、(M+1)分周の補正動作と同様に、1bit幅で、かつ、モジュレータに入力される1クロック分の成分となる。したがって、この誤差の影響も実用的には無視することができる。 The error in this case is that in the first stage, a virtual input of S i (k) ≈S i (k + 1) is set. Similar to the (M + 1) frequency division correction operation, the error is 1 bit width and is applied to the modulator. This is a component for one input clock. Therefore, the influence of this error can also be ignored practically.

以上のように、外部から与えられるAD変換タイミングと同期して、ΔΣ形AD変換器を動作させるPLL機能を実現するために、時間差分(位相比較器)に応じて、デシメーションタイミングを生成する分周器の周期を可変にする補正を適用し、さらにその分周比が補正された場合でもデシメーションフィルタ16内の積分器I1〜I3を、補正の無い分周回数相当に近似させることにより、要求されるタイミングで、かつ、正確にAD変換を実行できる。   As described above, in order to realize the PLL function for operating the ΔΣ type AD converter in synchronization with the AD conversion timing given from the outside, the decimation timing is generated according to the time difference (phase comparator). By applying a correction for making the period of the frequency variable, and further correcting the frequency division ratio, the integrators I1 to I3 in the decimation filter 16 are approximated to the number of frequency divisions without correction. A / D conversion can be executed accurately at the timing to be performed.

本実施形態1では、電圧,電流などのAD変換を必要とする電力変換器や継電器において、高価な高周波PLL回路を使用することなく、高精度なAD変換を実現できる。これにより、出力精度の高い電力変換器を低コストで実現できる。   In the first embodiment, high-precision AD conversion can be realized without using an expensive high-frequency PLL circuit in a power converter or relay that requires AD conversion such as voltage and current. Thereby, a power converter with high output accuracy can be realized at low cost.

基本制御回路とAD変換回路が異なる基準クロックを使用する場合に、制御回路の要求するタイミングに同期してAD変換を実行することができるようになる。   When the basic control circuit and the AD conversion circuit use different reference clocks, AD conversion can be executed in synchronization with the timing required by the control circuit.

従来方式ではPLL発振器にて一方の基準クロックと同期した基準クロックを生成していたが、これらの基準クロックの周波数が微小にずれていても、ΔΣ形のAD変換におけるデシメーションフィルタ内部の分周器の分周比を補正する機能を追加することにより、従来のPLL発振器を不要にすることができる。   In the conventional method, a reference clock that is synchronized with one of the reference clocks is generated by a PLL oscillator. Even if the frequency of these reference clocks is slightly shifted, a frequency divider inside the decimation filter in the ΔΣ type AD conversion By adding a function for correcting the frequency division ratio of the conventional PLL oscillator, the conventional PLL oscillator can be made unnecessary.

また、デシメーションフィルタ16内の多段の積分器I1〜I3に対して、分周器の分周比を変化させることによって正常な出力が得られなくなる問題についても、積分器を停止または2回分の積算などの機能を追加して、あたかも基準となるデシメーション比:Mで動作しているように模擬させたため、AD変換出力が異常な値になることもない。   Further, with respect to the problem that a normal output cannot be obtained by changing the frequency dividing ratio of the frequency dividers for the multistage integrators I1 to I3 in the decimation filter 16, the integrator is stopped or integration is performed twice. Such a function is added and simulated as if it operates at a decimation ratio: M as a reference, so that the AD conversion output does not become an abnormal value.

PLL補正による分周比が変化した場合の誤差についても、ΔΣ形のモジュレータ12の出力は1bit幅でしかなく、この1クロック分の積算誤差しか発生しない。   As for the error when the frequency division ratio is changed by the PLL correction, the output of the ΔΣ modulator 12 is only 1 bit width, and only an integration error for this 1 clock occurs.

補正動作の頻度についても、水晶振動子などを用いれば複数クロックの誤差は微小であるのでかなり少なくなる。例えば、1×10^(−9)の周波数差がある10MHzの水晶振動子を使用すると誤差周波数は0.001Hz程度になり、この場合は、100秒に1回の頻度で1クロック分のずれを補正すれば同期を維持できる。   As for the frequency of the correction operation, if a crystal resonator or the like is used, the error of a plurality of clocks is very small, so it is considerably reduced. For example, if a 10 MHz crystal resonator with a frequency difference of 1 × 10 ^ (− 9) is used, the error frequency will be about 0.001 Hz. In this case, a deviation of one clock at a frequency of once every 100 seconds. If this is corrected, synchronization can be maintained.

つまり、前述の無視できるレベルの誤差である上にさらに発生頻度も少ないことから、実用上はほとんど誤差を無視できる。したがって、PLL発振器を使用せずとも、要求される動作タイミングの同期と精度の維持とを両立することができる。   In other words, the error can be neglected and the frequency of occurrence is lower, so that the error can be neglected practically. Therefore, even if a PLL oscillator is not used, it is possible to achieve both required operation timing synchronization and accuracy maintenance.

[実施形態2]
実施形態1のデシメーションフィルタ16は、図2のような3段のSinc関数(CIC回路)を縦続接続したものを使用した。この段数は3段でなくてもよい。そこで、2段のSinc関数(CIC回路)に簡素化した構成を本実施形態2とする。全体構成は実施形態1と同じ図1であり、デシメーションフィルタ16の部分のみ、図2から図6に変更する。図6は、図2から積分器I3とセレクタSel_13、および、このセレクタの入力信号の演算部を削除し、同様に微分器D3も削除している。
[Embodiment 2]
The decimation filter 16 according to the first embodiment uses a cascade connection of three-stage Sinc functions (CIC circuits) as shown in FIG. The number of stages need not be three. Therefore, a configuration simplified to a two-stage Sinc function (CIC circuit) is referred to as the second embodiment. 1 is the same as that of the first embodiment, and only the decimation filter 16 is changed from FIG. 2 to FIG. In FIG. 6, the integrator I3, the selector Sel_13, and the operation unit for the input signal of this selector are deleted from FIG. 2, and the differentiator D3 is also deleted.

これにより、AD変換器の精度(分解能)は低くなるものの、回路が簡素化できる。   Thereby, the accuracy (resolution) of the AD converter is lowered, but the circuit can be simplified.

[実施形態3]
実施形態1〜2では、PWM回路側から送信されるAD変換の動作タイミングとして、PWMキャリア周波数の逓倍信号であるAD変換−デシメータの動作タイミング信号Td(m)を基準タイミングとしていた。
[Embodiment 3]
In the first and second embodiments, the AD conversion-decimator operation timing signal Td (m), which is a PWM carrier frequency multiplied signal, is used as the reference timing as the AD conversion operation timing transmitted from the PWM circuit side.

これに対し、さらに特許文献1のようにキャリア周期期間における複数のAD変換結果を平均する場合には、図7のように、アナログ検出部8のAD変換回路21の出力側にPWMキャリア周期分の平均化回路(N回平均)18を組みこみたい。そして、同期タイミング信号Ts(m)も、平均期間を指定できるキャリア信号のキャリア頂点タイミングTc(n)に変更して、これに同期してAD平均値データSO_ave(n)をディジタル制御演算部6に送信するようにしたい。   On the other hand, when averaging a plurality of AD conversion results in the carrier cycle period as in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, the PWM carrier cycle is output to the output side of the AD conversion circuit 21 of the analog detection unit 8. I would like to build an averaging circuit (N times average) 18. The synchronization timing signal Ts (m) is also changed to the carrier vertex timing Tc (n) of the carrier signal that can specify the average period, and the AD average value data SO_ave (n) is synchronized with this to the digital control calculation unit 6. Want to send to.

そこで、実施形態1に対して、次のような機能を追加する。まず、図25におけるAD変換の動作タイミングに相当するTs(m)を図17の(Tc−2)や(Tc−1)のようなキャリア頂点時刻のキャリア頂点タイミングTc(n)に変更する。   Therefore, the following functions are added to the first embodiment. First, Ts (m) corresponding to the AD conversion operation timing in FIG. 25 is changed to the carrier vertex timing Tc (n) at the carrier vertex time as shown in (Tc-2) or (Tc-1) in FIG.

このキャリア頂点タイミングTc(n)は同期タイミング信号Ts(m)をN分周したものに相当するため、図7の分周比補正部13aの位相比較器14を正常に動作させるために、デシメータ動作タイミング信号Td(m)からN分周器19でデシメータ動作タイミング信号Td(m)をN分周したキャリア周期平均出力タイミング信号Tc_ad(n)を位相比較の信号に、変更する。   Since the carrier vertex timing Tc (n) corresponds to the frequency obtained by dividing the synchronization timing signal Ts (m) by N, in order to operate the phase comparator 14 of the frequency division ratio correction unit 13a in FIG. The carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) obtained by dividing the decimator operation timing signal Td (m) by N by the N divider 19 from the operation timing signal Td (m) is changed to a phase comparison signal.

図7の分周比補正部13aでは、実施形態1と同様に次のように動作する。   The frequency division correction unit 13a in FIG. 7 operates as follows in the same manner as in the first embodiment.

(1)キャリア周期平均出力タイミング信号Tc_ad(n)の方がキャリア頂点タイミングTc(n)より1クロック以上早く発生する場合(−1[clk]≧ΔT)
Msel=(M+1)分周を選択する信号
(2)キャリア周期平均出力タイミング信号Tc_ad(n)とキャリア頂点タイミングTc(n)との差が±1クロック未満の場合(−1<∠ΔT<1[clk])
Msel=(M)分周を選択する信号
(3)キャリア周期平均出力タイミング信号Tc_ad(n)の方がキャリア頂点タイミングTc(n)より1クロック以上遅く発生する場合(1[clk]≦ΔT)
Msel=(M−1)分周を選択する信号
(1)〜(3)で記載しているクロックは、第2基準クロックFclk2のことである。
(1) When the carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) is generated one clock or more earlier than the carrier vertex timing Tc (n) (−1 [clk] ≧ ΔT)
Msel = (M + 1) signal for selecting frequency division (2) When the difference between the carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) and the carrier vertex timing Tc (n) is less than ± 1 clock (-1 <∠ΔT <1 [Clk])
Msel = (M) signal for selecting frequency division (3) When the carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) is generated one clock or more later than the carrier vertex timing Tc (n) (1 [clk] ≦ ΔT)
Msel = (M−1) Signal for Selecting Frequency Division The clock described in (1) to (3) is the second reference clock Fclk2.

そして、このキャリア周期平均出力タイミング信号Tc_ad(n)は平均演算やその結果の送信タイミングとしても使用する。   The carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) is also used as an average calculation and a transmission timing of the result.

実施形態1,2は、PWM回路側から送信されるタイミング信号は同期タイミング信号Ts(m)を使用した。これは、特許文献1ではPWMキャリア周波数の逓倍信号に相当しており、これによりPWM回路側が要求す るAD変換タイミングと実際にAD変換出力を更新するデシメータ動作タイミングを同期させることができる。   In the first and second embodiments, the synchronization timing signal Ts (m) is used as the timing signal transmitted from the PWM circuit side. This corresponds to a multiplied signal of the PWM carrier frequency in Patent Document 1, so that the AD conversion timing required by the PWM circuit side and the decimator operation timing for actually updating the AD conversion output can be synchronized.

さらに、特許文献1では、キャリア頂点タイミングTc期間内における複数回のAD変換結果を平均している。そこで、AD変換器側に図7のようなPWMキャリア周期分の平均化回路(N回平均)18を組みこみたい。そのためには、平均化演算の実行タイミング、つまり、三角波キャリア信号のキャリア頂点タイミングTcもAD変換側に伝送する必要がある。そこで、図7では、同期タイミング信号Ts(m)を三角波キャリア信号のキャリア頂点タイミングTc(n)に変更する。そして、このN逓倍に相当するデシメータ動作タイミング信号Td(m)を可変分周回路で生成して、AD変換タイミングとする。   Furthermore, in patent document 1, the AD conversion result of several times within the carrier vertex timing Tc period is averaged. Therefore, let's assemble an averaging circuit (N times average) 18 for the PWM carrier period as shown in FIG. 7 on the AD converter side. For this purpose, it is necessary to transmit the execution timing of the averaging operation, that is, the carrier vertex timing Tc of the triangular wave carrier signal to the AD conversion side. Therefore, in FIG. 7, the synchronization timing signal Ts (m) is changed to the carrier vertex timing Tc (n) of the triangular wave carrier signal. Then, the decimator operation timing signal Td (m) corresponding to the N multiplication is generated by the variable frequency dividing circuit and used as the AD conversion timing.

PLL動作の時間差検出については、図7のようにデシメータ動作タイミング信号Td(m)をN分周したキャリア周期平均出力タイミング信号Tc_ad(n)を生成し、これとキャリア頂点タイミングTc(n)との発生時刻差を比較して、実施形態1や実施形態2のようにPLLのような機能を実行する。   For detection of the time difference of the PLL operation, a carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) obtained by dividing the decimator operation timing signal Td (m) by N as shown in FIG. 7 is generated, and this and the carrier vertex timing Tc (n) Are compared, and a function such as a PLL is executed as in the first and second embodiments.

図7の平均演算部(N回平均)18に関する方式は一般的であるので詳細は記載していないが、平均演算部18でN回のAD変換結果を記憶しておき、それらの結果を積算してNで除算するものである。この平均された結果を、シリアル伝送の場合には一旦ラッチしてからシリアル伝送信号に変換してディジタル制御演算部6に出力する。   The method related to the average calculation unit (N-time average) 18 in FIG. 7 is general and is not described in detail. However, the average calculation unit 18 stores N AD conversion results and integrates the results. And then divide by N. In the case of serial transmission, the averaged result is once latched, converted into a serial transmission signal, and output to the digital control arithmetic unit 6.

これにより、実施形態1や実施形態2のディジタル制御演算部6から送信される信号に対して、アナログ検出部8でAD変換タイミングと平均値演算タイミングを同期させることができる。   Thereby, the analog detection unit 8 can synchronize the AD conversion timing and the average value calculation timing with respect to the signal transmitted from the digital control calculation unit 6 of the first embodiment or the second embodiment.

本実施形態3を適用すれば、このディジタル制御演算部6からのタイミング信号をキャリア周波数のキャリア頂点タイミングTcに変更することができる。これにより、キャリア頂点タイミングTcと同期した期間におけるAD変換の出力を平均演算することもできるようになり、PWMリプル除去を実現することができる。   If the third embodiment is applied, the timing signal from the digital control calculation unit 6 can be changed to the carrier vertex timing Tc of the carrier frequency. As a result, it is possible to perform an average operation on the output of AD conversion in a period synchronized with the carrier vertex timing Tc, and PWM ripple removal can be realized.

[実施形態4]
実施形態3では、PWMキャリアに同期したキャリア頂点タイミングTc(n)の間隔中に、N回のデシメータ動作タイミング信号Td(m)の出力とAD変換が生じる。図7のように実施形態1に対して位相同期タイミングをN倍周期に変更しただけでは、1回の平均演算を行うN回分のAD変換結果のうち、複数回の分周比補正が実行される可能性がある。
[Embodiment 4]
In the third embodiment, N outputs of the decimator operation timing signal Td (m) and AD conversion occur during the interval of the carrier vertex timing Tc (n) synchronized with the PWM carrier. As shown in FIG. 7, only by changing the phase synchronization timing to the N-fold cycle with respect to the first embodiment, a plurality of frequency division ratio corrections are executed out of N AD conversion results for one average calculation. There is a possibility.

1回当たりの分周比補正によって生じる誤差が微小であっても、キャリア頂点タイミングTc(n)の間隔中に分周比選択信号Mselによる(M−1)や(M+1)の補正動作を多数回行うと誤差が集中してしまい、平均出力の誤差も大きくなってしまう。そこで、本実施形態4では、分周比補正動作が集中しないように制限するために図8のような分周比補正部13bに変更する。   Even if the error caused by the division ratio correction per time is small, many correction operations of (M−1) and (M + 1) by the division ratio selection signal Msel are performed during the interval of the carrier vertex timing Tc (n). If the operation is repeated, the error is concentrated and the error of the average output also becomes large. Therefore, in the fourth embodiment, the frequency division ratio correction unit 13b as shown in FIG. 8 is changed to restrict the frequency division ratio correction operation from being concentrated.

分周比補正部13bの構成は、実施形態3の分周比補正に対してセットリセット動作を行うRS−ffと分周比選択信号Mselを有効・無効にするセレクタSel_Mselを追加し、分周比補正部13aの出力をMsel’とすると、このセレクタSel_Mselの出力を新たな分周比選択信号Mselとして可変分周回路17やデシメーションフィルタ16に入力する。   The configuration of the frequency division ratio correction unit 13b includes RS-ff that performs a set / reset operation for the frequency division ratio correction of the third embodiment and a selector Sel_Msel that enables / disables the frequency division ratio selection signal Msel. When the output of the ratio correction unit 13a is Msel ′, the output of the selector Sel_Msel is input to the variable frequency dividing circuit 17 and the decimation filter 16 as a new frequency division ratio selection signal Msel.

このRS−ffではキャリア頂点タイミングTc(n)でセット動作させ、AD変換のデシメータ動作タイミング信号Td(m)でリセット動作をさせる。   In this RS-ff, the set operation is performed at the carrier vertex timing Tc (n), and the reset operation is performed at the decimator operation timing signal Td (m) for AD conversion.

そして、このRS−ffの出力をセレクタSel_Mselに入力して、RS−ffの出力がアクティブ時(1の時)のみ分周比補正部13aの分周比選択信号1Msel’をそのまま分周比補正部13bの出力Mselとし、RS−ffの出力が0の場合には強制的にデシメーション比=Mとなるように分周比選択信号を出力する。すなわち、RS−ffの出力が0の場合にはデシメーション比の補正は行わない。   Then, the RS-ff output is input to the selector Sel_Msel, and the frequency division ratio selection signal 1Msel ′ of the frequency division ratio correction unit 13a is corrected as it is only when the RS-ff output is active (when 1). When the output Msel of the unit 13b is 0 and the output of RS-ff is 0, the division ratio selection signal is forcibly output so that the decimation ratio = M. That is, when the RS-ff output is 0, the decimation ratio is not corrected.

これにより、補正動作はPWMキャリア周期に対して動作回数が制限されるため、平均値の誤差も制限され、キャリア頂点タイミングTc(n)のノイズが混入しても急激には追従しなくなる。   As a result, since the number of operations in the correction operation is limited with respect to the PWM carrier cycle, the error of the average value is also limited, and even if noise at the carrier vertex timing Tc (n) is mixed, it does not follow rapidly.

図9に本実施形態4の動作例を示す。   FIG. 9 shows an operation example of the fourth embodiment.

実施形態3と実施形態4は、積分器と微分器とが3段の例を示しているが、もちろん、実施形態1のように3段でも、実施形態2のように2段でも、また3段以外の任意の段数でも適応できる。実施形態1,2と実施形態3,4では、機能や原理が異なるので組み合わせが自由であることは自明である。   Embodiments 3 and 4 show an example in which the integrator and the differentiator have three stages. Of course, three stages as in the first embodiment, two stages as in the second embodiment, and 3 stages. Any number of stages other than stages can be applied. Since Embodiments 1 and 2 and Embodiments 3 and 4 have different functions and principles, it is obvious that they can be freely combined.

PWMキャリア信号の代わりに計測同期信号を発生させれば、電流と電圧などの複数の信号を同時に、かつ、精度よく検出できる。そのため、電流と電圧の積である瞬時電力についても高い精度が得られる。   If a measurement synchronization signal is generated instead of a PWM carrier signal, a plurality of signals such as current and voltage can be detected simultaneously and accurately. Therefore, high accuracy can be obtained even for instantaneous power, which is the product of current and voltage.

実施形態1〜4では電力変換器を例として説明した。PWMキャリア信号の代わりに計測同期信号を用いることで、これらの発明を継電器にも適用することができる。   In the first to fourth embodiments, the power converter has been described as an example. By using the measurement synchronization signal instead of the PWM carrier signal, these inventions can be applied to the relay.

さらに、商用電源と同期させるようにすれば、系統連系装置にも拡張できるなど、この原理は多くの用途に適用できることは容易に類推することが出来る。   Furthermore, it can be easily inferred that this principle can be applied to many applications, for example, if it is synchronized with a commercial power supply, it can be extended to a grid interconnection device.

実施形態3に対して、デシメーションフィルタ16内部の分周比補正に対して補正を許可するタイミングを制限することにより、補正動作が頻繁に発生しそうな場合でも平均演算期間に1回のみに制限して出力精度の低下を防止できる。   In contrast to the third embodiment, by limiting the timing for permitting correction for the division ratio correction in the decimation filter 16, even when correction operations are likely to occur frequently, the correction is limited to once in the average calculation period. Therefore, it is possible to prevent a decrease in output accuracy.

さらに、補正回数を制限したことにより、ディジタル制御演算部6から送信されるタイミング信号Tc(n)に対し、ノイズにより誤信号が混入した場合でも、誤ったタイミングに急速に同期しないように、緩やかに同期追従をさせることができる。   In addition, by limiting the number of corrections, the timing signal Tc (n) transmitted from the digital control arithmetic unit 6 is moderate so that even if an erroneous signal is mixed due to noise, it is not rapidly synchronized with the erroneous timing. Can be synchronized.

本実施形態4の方式の効果を示すために、数値演算シミュレーションを行った結果を図10と図11に示す。   In order to show the effect of the system of the fourth embodiment, the results of the numerical calculation simulation are shown in FIGS.

これは次のような条件を設定した。
(1)アナログ検出側の基準クロック周波数=1MHz(ΔΣモジュレータ12の入力クロックに相当)
(2)デシメーションフィルタ16のデシメーション比:M=32(2^5)
(3)平均演算に使用するAD変換出力の回数=4回
AD変換の基本となるモジュレータ周波数:Fc[Hz]=(1MHz/32)/4=7812.5Hz
(4)アナログ信号は振幅±0.8の正弦波信号とする
そして、ディジタル制御演算部6から送信するキャリア頂点タイミングTc(n)の周波数を変化させて、AD変換側の動作をこれに追従させている。
The following conditions were set for this.
(1) Reference clock frequency on the analog detection side = 1 MHz (corresponding to the input clock of the ΔΣ modulator 12)
(2) Decimation ratio of the decimation filter 16: M = 32 (2 ^ 5)
(3) Number of AD conversion outputs used for averaging calculation = 4 times Modulator frequency that is the basis of AD conversion: Fc [Hz] = (1 MHz / 32) /4=7812.5 Hz
(4) The analog signal is a sine wave signal having an amplitude of ± 0.8. Then, the frequency of the carrier vertex timing Tc (n) transmitted from the digital control calculation unit 6 is changed to follow the operation on the AD conversion side. I am letting.

(1)動作開始時の初期時間差ΔT=22[clk](AD側が時間遅れ状態,これをPLL動作により零にする)
(2)キャリア頂点タイミングTc(n)の周波数設定
0〜0.007sの期間:7828.125Hz(=1.002×Fc[Hz])
0.007〜0.01sの期間:7796.875Hz(=0.998×Fc[Hz])
動作開始時は22clk相当の時間遅れに設定し、さらに同期基準信号の周波数もアナログ検出部8の本来のAD変換周波数に対して1.002×Fc[Hz]として、相対的にAD変換が遅れて時間差がさらに開くように設定した。また、逆に0.007s以降では、本来のAD変換周波数に対して0.998×Fc[Hz]として、逆にAD変換側の動作タイミングが進むように切り替えている。
(1) Initial time difference ΔT = 22 [clk] at the start of operation (AD side is in a time delay state, which is made zero by PLL operation)
(2) Frequency setting of carrier vertex timing Tc (n) Period of 0 to 0.007 s: 7828.125 Hz (= 1.002 × Fc [Hz])
Period of 0.007 to 0.01 s: 779.875 Hz (= 0.998 × Fc [Hz])
At the start of operation, a time delay equivalent to 22 clk is set, and the frequency of the synchronization reference signal is also set to 1.002 × Fc [Hz] with respect to the original AD conversion frequency of the analog detection unit 8, and the AD conversion is relatively delayed. The time difference is set to open further. On the other hand, after 0.007 s, the operation is switched to 0.998 × Fc [Hz] with respect to the original AD conversion frequency so that the operation timing on the AD conversion side advances.

この条件のもとで、図4のように実施形態1のうち分周回路の補正のみ適用し、積分器の補正は適用しない場合の動作タイムチャートの例が図11である。これに対し、図2の積分器補正も追加した結果が図10である。   FIG. 11 shows an example of an operation time chart in the case where only the frequency division circuit correction is applied in the first embodiment and the integrator correction is not applied as shown in FIG. 4 under this condition. On the other hand, FIG. 10 shows the result of adding the integrator correction of FIG.

各チャートには下記の信号を描いている。
(1)最上段:入力アナログ信号,AD変換データSo(m),AD平均値データSo_ave(n)
(ここで、AD出力は0〜1の範囲であるが、アナログ信号とスケールを合わせるために、AD変換データには2倍のゲイン補正とオフセット補正を加えてある)
(2)2段目:時間差ΔT[clk]
(3)3段目:分周ダウンカウンタのLD端子の入力
(4)4段目:キャリア信号の頂点を示すキャリア頂点タイミングTcと、モジュレータの動作タイミング信号Td(m)
図11では、3段目のように分周カウンタのLD端子が‘‘31’’から‘‘31±1’’のように補正されることにより、分周比が補正され、2段目の時間差のように初期時間差が徐々に減少して零に収束し、それ以降は周波数差に相当する分周比補正が散発的に発生している。これにより、分周回路を利用したPLL機能が正常に動作することが確認できる。
The following signals are drawn on each chart.
(1) Uppermost stage: input analog signal, AD conversion data So (m), AD average value data So_ave (n)
(Here, the AD output is in the range of 0 to 1, but in order to match the scale with the analog signal, the AD conversion data is subjected to double gain correction and offset correction.)
(2) Second stage: time difference ΔT [clk]
(3) Third stage: input to LD terminal of frequency division down counter (4) Fourth stage: carrier vertex timing Tc indicating the vertex of the carrier signal and modulator operation timing signal Td (m)
In FIG. 11, the division ratio is corrected by correcting the LD terminal of the frequency dividing counter from “31” to “31 ± 1” as in the third stage, and the second stage. Like the time difference, the initial time difference gradually decreases and converges to zero, and thereafter, the frequency division ratio correction corresponding to the frequency difference occurs sporadically. Thereby, it can be confirmed that the PLL function using the frequency dividing circuit operates normally.

しかし、積分器補正を適用していないため、最上段のAD変換データSo(m)はアナログ入力と同じ正弦波形にならず、異常な値になっている。図11の最上段のスケールを変更したものが図12であり、本来のAD入力信号の振幅±0.8に対して、300倍以上の過大な異常信号が発生している。   However, since the integrator correction is not applied, the uppermost AD conversion data So (m) does not have the same sine waveform as the analog input, but has an abnormal value. FIG. 12 is a diagram in which the scale of the uppermost stage in FIG. 11 is changed, and an excessive abnormal signal of 300 times or more is generated with respect to the amplitude ± 0.8 of the original AD input signal.

これに対して、本実施形態4である図2のデシメーションフィルタ16を適用すると、図10のようにAD変換データSo(m)はアナログ入力と同等の正弦波信号が出力されており、積分器の異常現象を対策できていることが分かる。   On the other hand, when the decimation filter 16 of FIG. 2 which is the fourth embodiment is applied, the AD conversion data So (m) is output as a sine wave signal equivalent to an analog input as shown in FIG. It can be seen that it is possible to take measures against the abnormal phenomenon.

また、初期の時間差が零に収束する時刻(0.003s付近)の時間軸を拡大したものが図13であり、本実施形態4で追加した補正動作の制限機能が確認できている。3段目のCount1のLD値が補正されているのは、キャリア信号に相当する方形波(4段目のキャリア基準パルスTc(n))の立ち上がり後の最初のAD変換のタイミングだけである。これにより、連続的な分周比補正の防止や、2段目の時間差のようにゆっくりとした同期補正が実現されている。   FIG. 13 is an enlarged view of the time axis of the time (near 0.003 s) when the initial time difference converges to zero, and the correction function restriction function added in the fourth embodiment can be confirmed. The LD value of the third-stage Count 1 is corrected only at the timing of the first AD conversion after the rising of the square wave (fourth-stage carrier reference pulse Tc (n)) corresponding to the carrier signal. As a result, prevention of continuous frequency division ratio correction and slow synchronization correction such as the second stage time difference are realized.

また、同期が実現された後の定常時に、散発的に位相を進める部分(0.009s付近)の時間軸を拡大したものが図14である。今度は、3段目のCount1のLD端子の値が、基準の31から32に散発的に補正され、(0.02×Fs)の周波数差によって積算されていく時間差がキャリア頂点タイミングTc(n)のタイミングで検出され2段目のように−1クロックの時間差つまりADタイミングが進むと、分周比をM+1に1回だけ補正し、これにより、次のTc(n+1)のタイミング(9.44[ms]付近)では時間差が零付近に修正できている。   FIG. 14 is an enlarged view of the time axis of a portion (near 0.009 s) where the phase is sporadically advanced in the steady state after synchronization is realized. This time, the value of the LD terminal of the third stage Count1 is corrected sporadically from 31 to 32 as a reference, and the time difference accumulated by the frequency difference of (0.02 × Fs) is the carrier vertex timing Tc (n ), And when the time difference of −1 clock, that is, AD timing advances as in the second stage, the frequency division ratio is corrected only once to M + 1, whereby the timing of the next Tc (n + 1) (9. In the vicinity of 44 [ms], the time difference can be corrected to near zero.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

電力変換器の適用例として、モータを駆動するインバータや、系統連系装置(PCS)などがある。   Application examples of the power converter include an inverter that drives a motor, a grid interconnection device (PCS), and the like.

急峻なリプル波形が含まれているアナログ信号を検出してディジタル制御するものであり、AD変換器のサンプルを高速にしてパルス状の細い波形でもサンプル漏れを防止する機能と、PWMキャリア信号の整数倍の周期、かつ、同期したタイミングでAD変換のサンプルを行うことにより、正確かつPWM変調によって生じる高調波成分の除去性能が高い検出機能を実現するものである。   This function detects and digitally controls analog signals that contain steep ripple waveforms, and functions to prevent sample leakage even with pulse-shaped thin waveforms by making the AD converter samples high-speed, and an integer of the PWM carrier signal By performing AD conversion sampling at a double cycle and synchronized timing, a detection function with high accuracy and high removal performance of harmonic components generated by PWM modulation is realized.

本願発明は製品自体ではなく「PWM変調と同期したΔΣ形AD変換」という要素技術であるため、実施形態1〜4ではインバータの電流検出の例を取り上げるがその他のアナログ信号の検出にも利用でき、また、インバータ以外の下記のような製品にも応用できるものである。   Since the present invention is not a product itself but an elemental technique called “ΔΣ-type AD conversion synchronized with PWM modulation”, Embodiments 1 to 4 take up examples of inverter current detection, but can also be used to detect other analog signals. Moreover, it can be applied to the following products other than the inverter.

(1)可変速装置
電流検出や電圧検出,特に電圧波形は高調波を多く含む方形波であるため高周波サンプルが要求される。
(1) Variable speed device Current detection and voltage detection, especially the voltage waveform is a square wave containing many harmonics, so a high frequency sample is required.

(2)電力系統に接続される系統連系装置(PCS)など
系統電圧を検出して同期信号を生成したり,LCフィルタの共振抑制などに応用できる。
(2) System interconnection device (PCS) connected to the power system, etc. It can be applied to the detection of system voltage to generate a synchronization signal, suppression of LC filter resonance, and the like.

(3)継電器
PWMキャリア信号の代わりに計測同期信号を発生させれば、電流と電圧などの複数の信号を同時にかつ精度よく検出できる。そのため、電流と電圧の積である瞬時電力についても高い精度が得られる。
(3) Relay If a measurement synchronization signal is generated instead of a PWM carrier signal, a plurality of signals such as current and voltage can be detected simultaneously and accurately. Therefore, high accuracy can be obtained even for instantaneous power, which is the product of current and voltage.

3…PWMキャリア発生器
4…ディジタル制御回路
5…PWMコンパレータ
6…ディジタル制御演算部
7…アナログセンサ
8…アナログ検出部
9…第1基準クロック発振器
10…第2基準クロック発振器
11…PWM回路
12…ΔΣモジュレータ
13a,13b…分周比補正部
14…位相比較器
15…分周比補正選択部
16…デシメーションフィルタ
17…可変分周回路
18…平均化回路
19…N分周器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... PWM carrier generator 4 ... Digital control circuit 5 ... PWM comparator 6 ... Digital control calculating part 7 ... Analog sensor 8 ... Analog detection part 9 ... 1st reference clock oscillator 10 ... 2nd reference clock oscillator 11 ... PWM circuit 12 ... .DELTA..SIGMA. Modulators 13a, 13b... Division ratio correction unit 14 ... phase comparator 15 ... division ratio correction selection unit 16 ... decimation filter 17 ... variable frequency dividing circuit 18 ... averaging circuit 19 ... N frequency divider

Claims (3)

PWM信号を増幅回路に出力するディジタル制御演算部と、
PWM信号に基づいて増幅回路から負荷に供給された電流または電圧をアナログ信号として検出し、前記アナログ信号をディジタル信号に変換して前記ディジタル制御演算部に出力するアナログ検出部と、
を備えたΔΣ形AD変換器であって、
前記ディジタル制御演算部は、
第1基準クロックを出力する第1基準クロック発振器と、
同期タイミング信号を前記アナログ検出部へ出力するPWMキャリア発生器と、を有し、
前記アナログ検出部は、
第1基準クロックとは異なる第2基準クロックを出力する第2基準クロック発振器と、
デシメータ動作タイミング信号が前記同期タイミング信号より1クロック以上早く発生する場合、分周比選択信号を1とし、前記デシメータ動作タイミング信号と前記同期タイミング信号との時間差が±1クロック未満の場合、前記分周比選択信号を0とし、前記デシメータ動作タイミング信号が前記同期タイミング信号よりも1クロック以上遅く発生する場合、前記分周比選択信号を2とする分周比補正部と、
前記分周比選択信号に基づいてデシメーション比を補正し、前記同期タイミング信号と補正したデシメーション比に基づいた前記デシメータ動作タイミング信号を出力する可変分周回路と、
前記アナログ信号を第2基準クロックのタイミングでディジタル信号に変換するΔΣモジュレータと、
2つ以上直列接続された積分器と、デシメータと、2つ以上直列接続された微分器と、を備え、ΔΣモジュレータが出力したディジタル信号を前記分周比選択信号と前記デシメータ動作タイミング信号に基づいて、分周比選択信号1のとき積分器の入力を0とし、0のとき1段目の積分器はディジタル信号を入力とし、2段目以降の積分器は前段の積分器の出力を入力とし、2のとき1段目の積分器はディジタル信号の2倍を入力とし、2段目の積分器は前段の積分器の出力を2倍した値とディジタル信号を加算した値を入力とし、積分器が3直列以上直列接続した場合3段目以降の積分器は、前段の積分器の出力を2倍した値に前々段の積分器の出力を加算した値を入力として、AD変換データに変換するデシメーションフィルタと、を備え、
前記デシメーションフィルタは、AD変換データを前記ディジタル制御演算部に出力することを特徴とするΔΣ形AD変換器。
A digital control arithmetic unit for outputting a PWM signal to an amplifier circuit;
An analog detection unit that detects a current or voltage supplied from the amplifier circuit to the load based on the PWM signal as an analog signal, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the digital signal to the digital control calculation unit;
A ΔΣ type AD converter comprising:
The digital control arithmetic unit is
A first reference clock oscillator for outputting a first reference clock;
A PWM carrier generator for outputting a synchronization timing signal to the analog detection unit,
The analog detection unit is
A second reference clock oscillator that outputs a second reference clock different from the first reference clock;
When the decimator operation timing signal is generated one clock or more earlier than the synchronization timing signal, the division ratio selection signal is set to 1, and when the time difference between the decimator operation timing signal and the synchronization timing signal is less than ± 1 clock, A division ratio correction unit that sets the division ratio selection signal to 2 when the division ratio selection signal is set to 0 and the decimator operation timing signal is generated at least one clock later than the synchronization timing signal;
A variable frequency divider that corrects a decimation ratio based on the frequency division ratio selection signal and outputs the decimator operation timing signal based on the synchronization timing signal and the corrected decimation ratio;
A ΔΣ modulator that converts the analog signal into a digital signal at the timing of a second reference clock;
Two or more integrators connected in series, a decimator, and two or more differentiators connected in series are provided, and the digital signal output from the ΔΣ modulator is based on the division ratio selection signal and the decimator operation timing signal. When the division ratio selection signal is 1, the integrator input is set to 0. When it is 0, the first-stage integrator inputs the digital signal, and the second and subsequent integrators input the output of the previous-stage integrator. In the case of 2, the first stage integrator inputs twice the digital signal, and the second stage integrator inputs the value obtained by doubling the output of the previous stage integrator and the digital signal, When three or more integrators are connected in series, the integrators in the third and subsequent stages receive AD converted data using the value obtained by adding the output of the preceding integrator to the value obtained by doubling the output of the preceding integrator. A decimation filter that converts to ,
The delta-sigma AD converter, wherein the decimation filter outputs AD conversion data to the digital control arithmetic unit.
PWM信号を増幅回路に出力するディジタル制御演算部と、
PWM信号に基づいて増幅回路から負荷に供給された電流または電圧をアナログ信号として検出し、前記アナログ信号をディジタル信号に変換して前記ディジタル制御演算部に出力するアナログ検出部と、
を備えたΔΣ形AD変換器であって、
前記ディジタル制御演算部は、
第1基準クロックを出力する第1基準クロック発振器と、
キャリア頂点タイミングをアナログ検出部へ出力するPWMキャリア発生器と、を有し、
前記アナログ検出部は、
第1基準クロックとは異なる第2基準クロックを出力する第2基準クロック発振器と、
デシメータ動作タイミング信号をN分周したキャリア周期平均出力タイミング信号が前記キャリア頂点タイミングよりも1クロック以上早く発生する場合、分周比選択信号を1とし、前記キャリア周期平均出力タイミング信号と前記キャリア頂点タイミングとの時間差が±1クロック未満の場合、前記分周比選択信号を0とし、前記キャリア周期平均出力タイミング信号が前記キャリア頂点タイミングよりも1クロック以上遅く発生する場合、前記分周比選択信号を2とする分周比補正部と、
前記分周比選択信号に基づいてデシメーション比を補正して、前記キャリア頂点タイミングと補正したデシメーション比に基づいて前記デシメータ動作タイミング信号を出力する可変分周回路と、
前記アナログ信号を第2基準クロックのタイミングで前記ディジタル信号に補正するΔΣモジュレータと、
2つ以上直列接続された積分器と、デシメータと、2つ以上直列接続された微分器と、を備え、ΔΣモジュレータが出力した前記ディジタル信号を前記分周比選択信号と前記デシメータ動作タイミング信号に基づいて、前記分周比選択信号が1のとき積分器の入力を0とし、0のとき1段目の積分器はディジタル信号を入力とし、2段目以降の積分器は前段の積分器の出力を入力とし、2のとき1段目の積分器は前記ディジタル信号の2倍を入力とし、2段目の積分器は前段の積分器の出力を2倍した値と前記ディジタル信号を加算した値を入力とし、積分器が3直列以上直列接続した場合3段目以降の積分器は、前段の積分器の出力を2倍した値に前々段の積分器の出力を加算した値を入力として、AD変換データに変換するデシメーションフィルタと、を備え、
前記デシメーションフィルタが出力するAD変換データをN回分積算してN(Nは2以上の自然数)で除算した値をAD平均値データとして前記ディジタル制御演算部に出力することを特徴とするΔΣ形AD変換器。
A digital control arithmetic unit for outputting a PWM signal to an amplifier circuit;
An analog detection unit that detects a current or voltage supplied from the amplifier circuit to the load based on the PWM signal as an analog signal, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the digital signal to the digital control calculation unit;
A ΔΣ type AD converter comprising:
The digital control arithmetic unit is
A first reference clock oscillator for outputting a first reference clock;
A PWM carrier generator that outputs the carrier vertex timing to the analog detector,
The analog detection unit is
A second reference clock oscillator that outputs a second reference clock different from the first reference clock;
When the carrier cycle average output timing signal obtained by dividing the decimator operation timing signal by N is generated one clock or more earlier than the carrier vertex timing, the division ratio selection signal is set to 1, and the carrier cycle average output timing signal and the carrier vertex When the time difference from the timing is less than ± 1 clock, the division ratio selection signal is set to 0, and when the carrier cycle average output timing signal is generated one clock or more later than the carrier vertex timing, the division ratio selection signal A frequency division ratio correction unit for
A variable frequency divider that corrects a decimation ratio based on the division ratio selection signal and outputs the decimator operation timing signal based on the carrier vertex timing and the corrected decimation ratio;
A ΔΣ modulator that corrects the analog signal to the digital signal at a timing of a second reference clock;
Two or more integrators connected in series, a decimator, and two or more differentiators connected in series, and the digital signal output from the ΔΣ modulator is used as the division ratio selection signal and the decimator operation timing signal. Based on this, when the division ratio selection signal is 1, the input of the integrator is 0, and when it is 0, the first-stage integrator inputs the digital signal, and the second-stage and subsequent integrators are those of the previous-stage integrator. When the output is input, when the value is 2, the first-stage integrator inputs twice the digital signal, and the second-stage integrator adds the value obtained by doubling the output of the previous-stage integrator and the digital signal. When the value is input and three or more integrators are connected in series, the integrator after the third stage inputs the value obtained by adding the output of the previous stage integrator to the value obtained by doubling the output of the previous stage integrator. Decimation to convert to AD conversion data A filter, and
A ΔΣ-type AD characterized in that AD conversion data output from the decimation filter is integrated N times and a value obtained by dividing by N (N is a natural number of 2 or more) is output to the digital control arithmetic unit as AD average value data. converter.
前記分周比補正部は、
前記キャリア頂点タイミングの発生後からそれ以降の最初のデシメータ動作タイミング信号が出力されるまで以外の期間は、デシメーション比の補正を行わないことを特徴とする請求項2記載のΔΣ形AD変換器。
The division ratio correction unit
3. The ΔΣ AD converter according to claim 2, wherein the decimation ratio is not corrected during a period other than after the generation of the carrier apex timing until the first subsequent decimator operation timing signal is output.
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