JP6686717B2 - ΔΣ AD converter - Google Patents

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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 of 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。   The power converter 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, an analog signal including harmonics such as voltage and current to which this PWM modulation is applied is converted into a digital value by AD conversion, and the digital value is used as a feedback signal for control and measurement.

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 increase the AD conversion speed to reduce the detection delay, and to improve the accuracy, a detection method that easily removes unnecessary PWM harmonic components is required. Patent Document 1 discloses the 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 FIGS. 15 and 16, the feature of Patent Document 1 is that the sampling period for current detection is set to an integral multiple of the carrier period for a triangular wave carrier signal used for generating PWM modulation. Moreover, it is to synchronize with the apex of the 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。   Then, by averaging the AD-converted results for the period of the triangular wave carrier signal, the harmonic component caused by the triangular wave carrier signal is suppressed (removed). In FIG. 17, sampling and AD conversion are performed at a timing of circles m, m + 1, ... At a sampling period that is eight times the triangular wave carrier frequency, and the apex interval of the triangular wave carrier signal, for example, from Tc-2 sample data to Tc 8 points up to the immediately preceding 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-shaped current waveform such as between 3 and 4 samples in the Tc-1 section of FIG. 17 deviates from the sampling timing, and thus the average value of the carrier period. Therefore, a detection error will occur.

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 an error due to the roughness of the sample, it is sufficient to shorten the sampling period as much as possible and increase the number of sampling points. To this end, a high-speed AD converter and averaging a large number of points of data are required. Large-scale digital circuits or high-speed arithmetic units are 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)。
As an AD converter that samples an analog signal at high speed, a ΔΣ type AD converter is already widely used for digital audio and the like. A PWM carrier synchronization type detection method using this ΔΣ type AD converter will be examined. Although there are many circuit systems and arithmetic systems as the ΔΣ type AD converter, this time, the description will be made 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 for converting the ΔΣ modulation modulator output into a data width of a plurality of bits. This circuit is also called 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 integrating circuit or an accumulating circuit).
(5) FIG. 22: Detailed circuit of the differentiator in FIG. 20 (also called a Comb circuit or a difference circuit).

これらの非特許文献1の概要を説明する。   The outline of these non-patent documents 1 will be described.

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, in which the analog input signal X (t) changes its state in synchronization with the reference clock Fclk. 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. It is composed of units I1, I2 and I3, a decimator 30 which operates at a timing obtained by dividing the reference clock by M, and differentiators D1, D2 and D3 which are 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 the 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 this 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 of one stage of the integrators I1 to I3 in FIG. 20. The adder 1 and the D-FF (D-phillip flop) circuit D-FF for latching the result are shown in FIG. It is configured. Here, the reference clock MCLK of the D-FF circuit D-FF is the aforementioned 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 of one stage of the differentiators D1 to D3 of FIG. 20, which is composed of 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 FIGS. 21 and 22. In this non-patent document 1, since the signal names are different for each figure, the input signals X (t) of FIG. 18 are the same as the input signals X (n) of FIG. 20 and the input MOUT of 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.
The ΔΣ modulation modulator output signal DATA (X (n), MOUT) of FIG. 18 has a 1-bit width. The signals of the integrators I1 to I3 and the differentiators D1 to D3 (DELTA1, CN1, CN2, CN3, CN4, DN0, DN1). , DN3, DN5), the required bit length (lower limit of the number of digits) is determined according to the decimation ratio M, as shown in Table 1.

Figure 0006686717
Figure 0006686717

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。   Further, in FIG. 20, the block in the first stage is not an integrator but a function of a special “+/−” input. This is the same function of the integrator as in FIG. 21, but the input signal shown in FIG. 19 has a binary 1-bit value “1/0”, while it has a positive / negative value “1 / −1”. It means that the special operation of converting to "and then integrating is added. That is, the range of the output digital value is to have positive and negative polarities such as a maximum negative value and a maximum positive 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 embodiment to be described later, this special operation is not applied to simplify the description, the input signal of the decimation filter is treated as "1/0", and the output digital amount has a minimum value of 0 and a positive maximum value. It will be treated as one-sided amplitude data with 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。   Further, the decimator 30 of FIG. 20 is represented as a D-FF circuit D-FF having a terminal of (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。 Regarding the bit width of the internal signal in FIG. 23 described above, Table 1 describes that the necessary width is determined by the decimation ratio (Decimation Ratio): M, which is a frequency division ratio. In the case of output data (integral input of the first stage is "1 / -1"), a bit width of Bus Width [bits] in Table 1 or more 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。
There are already many documents about the detailed principle of the decimation filter circuit of the ΔΣ type AD converter, and since it is not directly related to the technical contents to be proposed, only the above functional description will be described here. , It has the following features.
(1) As shown in Table 1, the combination of the update cycle of the output data and the bit length (resolution) of the output data can be selected by the decimation ratio: M.
(2) A high resolution of 16 bits or more can be realized relatively easily.
(3) An analog signal is sampled by the reference clock fclk in the modulator section, and if an element operating at a high clock frequency of fclk = 10 MHz or more is used, almost continuous sampling is performed for a PWM waveform of about several kHz. Can be approximated to.

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 there is a thin ripple pointed out in FIG. 17, this is sampled at a large number of points, and a more accurate AD conversion result can be obtained. A high-speed sample using ΔΣ type AD conversion like this method can 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。
In the following description, the following terms will be used.
A "modulator" is a circuit for converting the analog input of Non-Patent Document 1 shown in FIG. 18 into 1-bit data.
The clock fclk is the "modulator reference clock" or the "reference clock".
"Decimation filter" for the entire circuit of FIG. 21 of Non-Patent Document 1.
The decimation ratio M in FIG. 21 of Non-Patent Document 1 is “decimation ratio: M”.
-The components of FIG. 20 are respectively an "integrator", a "decimator", and a "differentiator".
-A circuit that generates a decimator operating signal from a reference clock is a decimator frequency divider or frequency divider.
The timing of the frequency divider output at which the decimator operates is “decimator operation timing”. This is also the timing at which the output data of the AD converter is updated, so it is also called “AD output timing”.

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 having a decimation ratio of M are used, the output data is updated at the M division cycle of the reference clock while oversampling at 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。   Explaining with the example of FIG. 24, the portion of the waveform surrounded by the ellipse is the period shown that one decimation output is measured, and if a high-speed clock as shown in the modulator output timing at the bottom is used, thin ripple It is possible to realize a large number of samples in which even components are not missed.

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。   Also, the AD conversion is updated at the end of the period indicated by the ellipse, and this corresponds to the “sample period of AD conversion in Patent Document 1”. Therefore, if the "combination of the reference clock and the decimation ratio M" or the "carrier frequency" is selected so as to be synchronized with the PWM carrier signal and become an integral multiple of the carrier frequency, "PWM of Patent Document 1" It is possible to combine the advantages of both “ripple component removal capability” and “high oversampling function of the ΔΣ AD converter of Non-Patent Document 1”. As a result, even with an analog signal waveform including PWM ripple as shown in FIG. 24, it is possible to obtain an accurate AD conversion value in which ripple harmonic components are easily removed. The above is the description of the related 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 conventional method, in order to precisely synchronize the triangular wave carrier signal and the AD conversion output timing, the reference clocks of both the PWM carrier generation circuit and the decimation filter circuit are made to coincide with each other, and further the carrier signal on the PWM carrier generator side is matched. And the decimator operation (AD output) timing on the ΔΣ type 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。   Therefore, in general, the circuit for oscillating the PWM carrier and the modulator or decimation filter circuit are arranged close to each other or mounted on the same integrated circuit to operate as a common reference clock and timing signal. .

特開平10−42569号公報JP, 10-42569, A 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 size of the device becomes large, and the signal wiring also becomes long. In particular, we want to shorten the gate signal wiring and analog signal wiring so that they are not affected by noise. Therefore, the circuit of the control unit that generates the PWM signal is arranged on the main circuit side such as the IGBT, while the analog circuit and the AD conversion circuit that mount the ΔΣ converter are arranged on the output terminal side where the analog sensor is mounted. . Then, it is preferable that a communication is performed between them by digital transmission such as a differential system that is less susceptible to noise.

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 generating section and the AD converting section are arranged apart from each other in this manner, noise is likely to be mixed, and it becomes difficult to share the reference clock. Strictly speaking, there is a minute frequency difference even if a crystal oscillator having a high frequency accuracy is used. Therefore, the frequency difference is time-integrated with time and the synchronization between the PWM carrier signal and the AD sample is deviated. .

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。   A synchronization timing signal Ts (m) for AD conversion is transmitted from the PWM carrier generator 3, and a phase-locked loop (PLL: Phase Locked Loop) is used on the AD conversion side with the received signal of the synchronization timing signal Ts (m) as a reference. ) Is used to generate a clock Fclk_PLL synchronized with the reference clock on the transmission side by multiplying the frequency.

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 performs a control calculation for realizing a function required as a power converter from the AD conversion result of the analog signal to generate a PWM command, and PWM is generated from the PWM command and the PWM carrier signal. A PWM signal is output from the comparator section 5, and thereby a load is driven through an amplifier circuit INV such as an inverter to control as desired.

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。   Supplementally, in FIG. 20 of Non-Patent Document 1, 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 is shown. Since it operates in one, two, three or more stages, it is not particularly limited to a three-stage Sinc filter circuit. However, if the number of stages is small, the resolution will be reduced as shown in Table 1, and therefore 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 a power converter or relay that requires AD conversion of voltage, current, etc., it is an object to realize highly accurate 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 conventional problems described above, and one aspect thereof is a digital control arithmetic unit that outputs a PWM signal to an amplifier circuit, and an amplifier circuit that supplies the load to the load based on the PWM signal. A delta-sigma AD converter including: an analog detection unit that detects a 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. Has 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 that outputs a second reference clock and a decimator operation timing signal that is one clock or more earlier than the synchronization timing signal. 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 division ratio selection signal is set to 0 and the decimator operation timing signal is set. Occurs more than one clock later than the synchronization timing signal, a frequency division ratio correction unit that sets the frequency division ratio selection signal to 2, and a decimation ratio is corrected based on the frequency division ratio selection signal to obtain the synchronization timing. A variable frequency divider circuit that outputs the decimator operation timing signal based on the signal and the corrected decimation ratio, a ΔΣ modulator that converts the analog signal into a digital signal at the timing of the second reference clock, and two or more are connected in series. It has an integrator, a decimator, and two or more series-connected differentiators, and the ΔΣ modulator outputs Based on the frequency division ratio selection signal and the decimator operation timing signal, the digital signal is input to the integrator when the frequency division ratio selection signal is 1, and when it is 0, the first stage integrator inputs the digital signal. In the second and subsequent integrators, the output of the integrator in the previous stage is input, and in the case of 2, the integrator in the first stage receives twice the digital signal and the integrator in the second stage is the integrator in the previous stage. When the value obtained by doubling the output of the above and the digital signal are input and the integrators are connected in series of 3 series or more, the integrators in the 3rd and subsequent stages are set to the value obtained by doubling the output of the integrator in the previous stage. A decimation filter for converting the sum of the outputs of the integrators of each stage into AD conversion data, and 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。   Further, as another aspect, a digital control arithmetic unit that outputs a PWM signal to an amplifier circuit, and a current or a voltage supplied to the load from the amplifier circuit based on the PWM signal is detected as an analog signal, and the analog signal is a digital signal. An analog detection unit for converting into the digital control calculation unit and outputting to the digital control calculation unit, wherein the digital control calculation unit includes a first reference clock oscillator that outputs a first reference clock; A PWM carrier generator for outputting carrier apex timing to an analog detection unit, wherein the analog detection unit outputs 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 1 clock more than the carrier vertex timing. If it occurs earlier than the clock, the division ratio selection signal is set to 1, and 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 occurs 1 clock or more later than the carrier apex timing, a frequency division ratio correction unit that sets the frequency division ratio selection signal to 2, and a decimation ratio based on the frequency division ratio selection signal. And a ΔΣ modulator that corrects the analog signal to the digital signal at the timing of the second reference clock, and a variable frequency divider circuit that outputs the decimator operation timing signal based on the carrier vertex timing and the corrected decimation ratio. And an integrator connected in series with two or more, a decimator, and two or more connected in series with A divider, the digital signal output from the ΔΣ modulator is based on the frequency division ratio selection signal and the decimator operation timing signal, and when the frequency division ratio selection signal is 1, the input of the integrator is 0, When 0, the first-stage integrator inputs the digital signal, and the second-stage and subsequent integrators input the output of the previous-stage integrator, and when 2, the first-stage integrator doubles the digital signal. Is input, and the second-stage integrator receives as input the value obtained by adding the digital signal obtained by doubling the output of the previous-stage integrator. And a decimation filter for converting the AD output data into a value obtained by adding the output of the pre-stage integrator to the value obtained by doubling the output of the pre-stage integrator, and the decimation filter outputs the decimation filter. AD conversion day The data is integrated N times and divided by N (N is a natural number of 2 or more), and a value 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 carrier vertex timing is generated and before the first decimator operation timing signal is output thereafter. 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 of voltage, current, and the like. Become.

実施形態1における電力変換器を示すブロック図。3 is a block diagram showing a power converter according to the first embodiment. FIG. 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。3 is a schematic diagram showing a variable frequency dividing circuit and a decimation filter according to the first embodiment. FIG. 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 showing 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。FIG. 3 is a schematic diagram showing 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。FIG. 3 is a schematic diagram showing 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 showing a variable frequency divider and a decimation filter according to 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。The block diagram which shows the power converter in Embodiment 3. 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 showing a frequency division ratio correction unit according to the 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。10 is an operation time chart of input / output of AD conversion and 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。9 is an operation time chart of input / output of AD conversion and each signal to which the fourth embodiment is not applied. 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. 特許文献1における各信号を示すタイムチャート。The time chart which shows each signal in patent documents 1. 離散時刻サンプリングを示すタイムチャート。A time chart showing discrete time sampling. 2次のΔΣ変調モジュール回路の構成図。FIG. 3 is a configuration 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 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 in the 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 by the integrator and 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。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 method 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, reference clock oscillators having slightly different frequencies are used, and the synchronization between the PWM carrier and the modulator operation timing of the AD converter is realized without mounting the 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 modifying the reference clock with the PLL circuit, instead of adjusting the decimation ratio: M inside the decimation filter, the frequency division ratio of the modulator is changed minutely (for example, M ± 1 with respect to M). To realize the synchronization correction function.

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 embodiments, the implementation method for synchronizing with the synchronization timing signal Ts is shown first, and then the extension is performed so as 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, if the decimation ratio: M is simply corrected, the number of integrations of the integrators I1 to I3 connected in cascade does not match, and only some of the integrators are different from the pre-correction decimation ratio: M. Is added. In this case, the AD conversion output that has passed through the differentiation circuit after the decimator becomes an abnormal value. Therefore, we devised a method to prevent this abnormal output.

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 to 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 its schematic configuration is as follows. A PWM circuit 11 is built in the digital control calculation unit 6, and a PWM carrier generator 3 outputs a carrier signal and a synchronization timing signal Ts (m) obtained by multiplying the triangular wave carrier period by N.

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 as a digital value to the digital control calculation unit 6.

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-mentioned ΔΣ type is adopted as the AD converter, and this 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, individual components of 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 includes a digital control circuit 4 for generating a PWM command and a PWM carrier generator 3 A PWM circuit 11 having a PWM comparator (pulse output generator) 5 and a first reference clock oscillator 9 that outputs a first reference clock Fclk1 are provided.

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。   The digital control circuit 4 uses, as an input signal, data obtained by AD-converting an analog signal detected by an analog sensor 7, which will be described later, and based on this data, outputs a PWM command corresponding to a voltage command necessary for controlling the load L. It is outputting.

(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 in which power semiconductor switching elements are combined, and amplifies the power into a PWM waveform required to actually drive the load L, that is, a pulsed voltage or current waveform. The analog sensor 7 detects the output information of this amplifier circuit via a voltage sensor, a current sensor, etc., and the AD conversion circuit 21 converts this analog signal into a digital quantity, and 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 calculation unit 6 is an object to be controlled, and a motor, an electric 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 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 amount handled by the digital control calculation unit 6. The circuit of the analog detection unit 8 uses the second reference clock Fclk2 different from the first reference clock Fclk1 on the PWM side, but since a crystal oscillator or the like is used, the frequency difference between these is assumed to be minute. The analog detection unit 8 is further composed of 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 the analog value into a digital signal Si (k) having a length of 1 bit at the timing of the second reference clock Fclk2 according to the principle of ΔΣ conversion. Strictly speaking, there is a circuit that outputs not only 1-bit length but also multi-bit length. Even in that case, the first embodiment is effective, but the first embodiment will be described by using an example of 1-bit.

(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 ratio correction unit 13a
The frequency division ratio correction unit 13a performs a function corresponding to the phase correction of the PLL control. In the phase comparator 14, the generation time t (Ts (m)) of the synchronization timing signal Ts (m) input from the outside and the generation time t (Td (m)) of the internal decimator operation timing signal Td (m) are compared. 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) occurs 1 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) occurs 1 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。   M here is an ideal decimation ratio (frequency division ratio for 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 has a code value such as "0, 1, 2", but in the above description, it is displayed as a functional description in order to make it easier to understand the relation with the later description. An example in which the frequency division ratio selection signal Msel is represented by a code value is shown below.
Under the above condition (1): Frequency division ratio selection signal Msel = 1
Under the condition of (2) above: Frequency division ratio selection signal Msel = 0
Under the condition of (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 correction value of the decimation ratio 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 add a filter function and a correction coefficient to the information on the time difference, and to set the correction amount to ± 1 clock or more, but these have already been studied as PLL control. Therefore, I will only give a brief explanation of the principle here.

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, the frequency division ratio is not directly output from the frequency division ratio correction selection unit 15, but a code called the frequency division ratio selection signal Msel is output, and the decimation filter 16 or the variable frequency division is performed according to this code. The circuit 17 has a configuration in which the frequency division ratio is corrected.

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 with a selector circuit of the same configuration in FIG. 2 which will be described later, and it has a special meaning that the frequency division ratio selection signal Msel corresponding to the functional description is coded. 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 dividing circuit 17 and decimation filter 16
The variable frequency dividing circuit 17 and the decimation filter 16 have the configuration 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 0. Has been done.

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。   Then, 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 value of Q when the next clock is generated. To do. Then, when the load enable terminal LD is not active, the 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, in the case of the decimation ratio: M, if the value of (M-1) is set to the D terminal, the decimator operation timing signal Td (m) is adjusted at the timing of dividing the second reference clock Fclk2 by M. It becomes 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, the variable frequency dividing function is added by expanding the D input to ± 1 with respect to the reference decimation ratio: M. 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 which is the output of the frequency division ratio correction selection unit 15. Then, the value of {M, (M-1), (M-2)} is 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 before the integrators I1 to I3 are in 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 division (basic decimation period, decimator operation timing signal Td (m) is synchronized with synchronization timing signal Ts (m))
Sel_c11: Selects the digital signal Si (k) (k indicates the timing of the second reference clock Fclk2)
Sel_c12: Select the output of the preceding D-FF circuit D-FF1 Sel_c13: Select the output of the preceding D-FF circuit D-FF2 (2) In the case of Msel = (M + 1) frequency division (decimator operation timing signal Td (m ) If you want to delay)
Sel_c11: Selects the input signal to zero Sel_c12: Selects the input signal to zero Sel_c13: Selects the input signal to zero (3) In the case of Msel = (M-1) division (decimator operation timing signal Td (m) should be accelerated If)
Sel_c11: Selects twice the digital signal Si (k) Sel_c12: Selects twice the output of the previous stage D-FF circuit D-FF1 and the added value of the digital signal Si (k) Sel_c13: Previous stage D-FF circuit Double the output of the D-FF2 and the added value of the output of the D-FF circuit D-FF1 are selected. The reason for applying this input value will be described later, but the important point of the first embodiment is that the variable frequency division is performed. The selector Sel_M1 that selects the ratio corrects the decimation timing in a PLL control manner, but the selectors Sel_c11, Sel_c12, and Sel_c13 added to the integrators I1 to I3 make the integration times between the decimation timings always approximate to M times. It is to let. Therefore, the input signal is ignored only once or doubled to make an adjustment to correct the integrated amount.

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 part, the part of the decimation filter that is changed in the first embodiment is the part of these three-stage integrators I1 to I3, and the subsequent parts are the decimator operation timing signal Td ( m) and a decimator 30 operating in m) and a three-stage differentiator D1, a differentiator D2, and a differentiator D3, and the output of the final differentiator D3 is the output of the AD converter. , 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。
(Explanation of action / operation)
First, using the time chart of FIG. 3 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。   Generation time t (Ts (m)) of the synchronization timing signal Ts (m) transmitted from the PWM circuit 11 in the first stage of FIG. 3 and decimator operation timing signal Td (in the second stage of FIG. 3 The time difference ΔT from the generation time t (Td (m)) of m) is detected as the 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 “select frequency division ratio (decimation ratio) = M”. When the time difference ΔT becomes (+1) or more, it is considered that the phase difference is delayed by one clock or more, and the frequency division ratio selection signal Msel is set to “select frequency division ratio = (M−1)”, and the decimator operation timing signal Td ( Correct so that the cycle of m) becomes shorter. Conversely, when the time difference ΔT becomes (−1) or less, it is considered that the phase difference has advanced by one clock or more, and the frequency division ratio selection signal Msel is set to “select frequency division ratio = (M + 1)” and the decimator operation timing signal Td (m ) Is corrected so that the cycle becomes longer. The three types of states of the frequency division ratio selection signal Msel are represented as zero and positive and negative level signals 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 due to the frequency division ratio selection signal Msel, the decimator operation timing signal Td (m) at the fourth stage in FIG. 2 changes to the load enable terminal LD of the frequency divider counter. , And 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。   Since "M division" is selected in the synchronization timing signal Ts (ma-1) and the synchronization timing signal Ts (ma) in FIG. 3, (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 (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 correction of the variable frequency division is applied is corrected within a clock with a time difference from the synchronization timing signal Ts (m). (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 is applied, and the decimator is the same as the conventional example. In this state, when the operations of the three-stage integrators I1 to I3 are viewed in time series, the frequency division ratio (decimation ratio) changes every moment, so that the number of integrations at each decimation timing is M or other than M. Since they are mixed, a normal AD conversion result cannot be obtained even after passing through the three 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。   Since FIG. 2 includes two types of frequency division correction functions having a frequency division ratio (decimation ratio) of (M-1) and (M + 1), first, frequency division is performed only for the frequency division ratio (M + 1). The case of correction 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 in which the portion corresponding to the division ratio (M−1) is deleted from FIG. 2. 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 for one clock only when the initial value of the down counter Count1 is loaded. It is forcibly switched to zero by Sel_c1, Sel_c2, and Sel_c3.

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 integrating circuit is M + 1, but it is possible to artificially stop the integration of one time of which the down counter Count1 is loaded with the initial value. In other words, by discarding the input signal at this time, it is possible to approximate the number of integrations to the basic M number of 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 a component having a 1-bit width and an extremely short time for one clock input to the modulator is ignored, it can be ignored as a minute in practical use. it can. For example, in the case of M = 16, 2 ^ 16 = 65534 times of integration are performed, but the error is only one of them.

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。   The frequency of this frequency division correction is also due to the frequency difference between different reference clocks, and if an oscillator with high frequency accuracy such as a crystal oscillator is used, the frequency of occurrence will be very low, so it will be long enough. Considering the error with respect to the average value in the time interval, the influence becomes smaller. In this way, we decided to correct the number of integrations, paying attention to the fact that the ΔΣ modulator output has a 1-bit width and a small amount of instantaneous information.

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. When the frequency division ratio is smaller than the basic number such as (M-1), it is necessary to perform the approximate correction so that the number of integration 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, at the same timing as the correction of the frequency division ratio (M + 1), that is, when the frequency division ratio (M-1) is selected by the frequency division ratio selection signal Msel, and the down counter Count1 is loaded with the initial value. By doubling the adder input of each of the integrators I1 to I3 only for one clock timing, the correction is performed as if the integration for two clocks were performed.

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, the integrator I1 at the first stage only needs to double the input signal, but if the integrators I2 and I3 at the second stage and thereafter try to simulate the integrator for two clocks, the increase amount of the integrator at the previous stage is increased. Must also be considered. Therefore, the two integral operations of (k) and (k + 1) will be described using discrete equations.

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 are calculated based on the input and the previous integration result as shown in equation (1). Here, the 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 operation timing of reference clock S i (k): Digital signal C 1 (k), C 2 (k) input to decimation filter at time of operation timing k of reference clock , C 3 (k): Latch outputs of the integrators I1 to I3 of the first, second, and third stages (k), the operation of the following equation (1) is executed.

Figure 0006686717
Figure 0006686717

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 0006686717
Figure 0006686717

(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 the equation (1) into the equation (2), it is possible to collectively calculate the operation results for two clocks that reach the time (n + 1) after the time (n) by using the time (n-1) data as the previous value. The integrators I1 to I3 at the respective stages are expressed by equations (3) to (5).

Figure 0006686717
Figure 0006686717

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 at the first stage only needs to double the input value and add it as in the equation (3). However, as in the 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, Further, it is understood that the value of the output from the integrator at the previous stage (in the case of the integrator I2 at the second stage, the digital signal Si (k)) must 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. As a result, only one of the (M-1) integration operations is approximated to the M integration operations by changing the input value for two 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 the virtual input of S i (k) ≈S i (k + 1) is set in the first stage, and it has a 1-bit width and the modulator has the same value as the correction operation of the (M + 1) frequency division. It is a component for one clock that is input. Therefore, the effect of this error can be practically ignored.

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 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 that makes the cycle of the frequency divider variable and by approximating the integrators I1 to I3 in the decimation filter 16 to a frequency equivalent to the frequency of frequency division without correction even when the frequency division ratio is corrected, The AD conversion can be accurately executed at the timing.

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, highly accurate AD conversion can be realized without using an expensive high frequency PLL circuit in a power converter or relay that requires AD conversion of voltage, current, and the like. As a result, 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, the 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, the PLL oscillator generates a reference clock that is synchronized with one of the reference clocks. However, even if the frequencies of these reference clocks are slightly deviated, the frequency divider inside the decimation filter in the ΔΣ AD conversion is used. By adding the function of correcting the frequency division ratio of, 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 division ratio of the frequency divider for the multistage integrators I1 to I3 in the decimation filter 16, the integrator is stopped or integrated twice. Since functions such as the above are added to simulate the operation as if the standard decimation ratio: M, 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。   Regarding the error when the frequency division ratio changes due to the PLL correction, the output of the ΔΣ modulator 12 has only a 1-bit width, and only this one-clock integration error 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。   With respect to the frequency of the correction operation, if a crystal oscillator or the like is used, the error of a plurality of clocks is very small, so that it is considerably reduced. For example, if a crystal oscillator of 10 MHz with a frequency difference of 1 × 10 ^ (− 9) is used, the error frequency will be about 0.001 Hz. In this case, once every 100 seconds, a deviation of one clock will occur. Can be maintained to maintain synchronization.

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。   That is, since the error is of a level that can be ignored and the frequency of occurrence is further low, practically, the error can be ignored. Therefore, it is possible to achieve both required operation timing synchronization and accuracy maintenance without using a PLL oscillator.

[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]
As the decimation filter 16 of the first embodiment, those in which three-stage Sinc functions (CIC circuits) as shown in FIG. 2 are connected in cascade are used. The number of stages need not be three. Therefore, a simplified configuration of the two-stage Sinc function (CIC circuit) is referred to as the second embodiment. The overall configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, 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 of 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。   This reduces the accuracy (resolution) of the AD converter, but simplifies the circuit.

[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。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, the AD conversion-decimator operation timing signal Td (m) that is the PWM carrier frequency multiplication 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 further averaging a plurality of AD conversion results during the carrier cycle period as in Patent Document 1, as shown in FIG. I would like to incorporate the averaging circuit (average of N times) 18 of. Then, the synchronization timing signal Ts (m) is also changed to the carrier apex timing Tc (n) of the carrier signal for which the averaging period can be designated, and in synchronization with this, the AD average value data SO_ave (n) is digitally controlled and calculated by the digital control computing 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 such as (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 apex timing Tc (n) corresponds to the synchronization timing signal Ts (m) divided by N, the decimator is used to operate the phase comparator 14 of the division ratio correction unit 13a in FIG. 7 normally. The carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) obtained by dividing the operation timing signal Td (m) by N by the N divider 19 changes the carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) into 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 ratio correction unit 13a in FIG. 7 operates as follows, similar to 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) occurs at least one clock earlier than the carrier vertex timing Tc (n) (-1 [clk] ≧ ΔT).
Signal for selecting Msel = (M + 1) 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 carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) occurs 1 clock or more later than carrier vertex timing Tc (n) (1 [clk] ≦ ΔT)
Signals for selecting Msel = (M-1) frequency division The clocks described in (1) to (3) are 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 the average calculation and the 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 timing signal transmitted from the PWM circuit side uses the synchronous timing signal Ts (m). In Patent Document 1, this corresponds to a multiplied signal of the PWM carrier frequency, and this makes it possible to synchronize the AD conversion timing required by the PWM circuit side and the decimator operation timing for actually updating the AD conversion output.

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。   Further, in Patent Document 1, the AD conversion results of a plurality of times within the carrier peak timing Tc period are averaged. Therefore, I would like to incorporate an averaging circuit (N-time average) 18 for the PWM carrier period as shown in FIG. 7 on the AD converter side. For that purpose, the execution timing of the averaging operation, that is, the carrier vertex timing Tc of the triangular wave carrier signal also needs to be transmitted 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 this 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。   Regarding the time difference detection of the PLL operation, the carrier cycle average output timing signal Tc_ad (n) obtained by dividing the decimator operation timing signal Td (m) by N is generated as shown in FIG. The time difference of occurrence is compared and the function like 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 relating to the average calculation unit (average of N times) 18 in FIG. 7 is not described in detail because it is general, but the average calculation unit 18 stores N times AD conversion results and accumulates the results. And 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。   This allows the analog detection unit 8 to synchronize the AD conversion timing and the average value calculation timing with respect to the signal transmitted from the digital control arithmetic unit 6 according to the first or 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。   By applying the third embodiment, the timing signal from the digital control calculation unit 6 can be changed to the carrier apex timing Tc of the carrier frequency. As a result, it becomes possible to average the output of the AD conversion in the period synchronized with the carrier vertex timing Tc, and the 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, the output of the decimator operation timing signal Td (m) and the AD conversion occur N times 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, the frequency division ratio correction is executed a plurality of times out of N times of AD conversion results for performing one averaging operation. 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 frequency division ratio correction per time is small, many correction operations of (M-1) and (M + 1) by the frequency division ratio selection signal Msel are performed during the interval of the carrier vertex timing Tc (n). If the operation is repeated, the errors will be concentrated and the error of the average output will increase. Therefore, in the fourth embodiment, the frequency division ratio correction unit 13b is changed to the frequency division ratio correction unit 13b as shown in FIG.

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 frequency division ratio correction unit 13b has a configuration in which RS-ff for performing a set / reset operation and a selector Sel_Msel for enabling / disabling the frequency division ratio selection signal for the frequency division ratio correction of the third embodiment are added to perform the frequency division. 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 dividing 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 by the AD conversion decimator operation timing signal Td (m).

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, this RS-ff output is input to the selector Sel_Msel, and only when the RS-ff output is active (when 1), the frequency division ratio selection signal 1Msel ′ of the frequency division ratio correction unit 13a is directly corrected. When the output of RS-ff is 0, the frequency division ratio selection signal is forcibly output so that the decimation ratio = M when the output of RS-ff is 0. 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, the number of operations of the correction operation is limited with respect to the PWM carrier cycle, so that the error of the average value is also limited, and even if noise at the carrier apex timing Tc (n) is mixed, it does not rapidly follow.

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。   Although the third and fourth embodiments show examples of the integrator and the differentiator having three stages, of course, three stages as in the first embodiment, two stages as in the second embodiment, or three 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 the PWM carrier signal, a plurality of signals such as current and voltage can be detected simultaneously and accurately. Therefore, high accuracy can be obtained for the instantaneous electric 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 Embodiments 1 to 4, the power converter has been described as an example. These inventions can also be applied to the relay by using the measurement synchronization signal instead of the PWM carrier signal.

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, such as expansion to a grid interconnection device by synchronizing with a commercial power source.

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 of permitting correction for the frequency division ratio correction inside the decimation filter 16, even if the correction operation is likely to occur frequently, the correction operation is limited to only once in the average calculation period. Output accuracy can be prevented from decreasing.

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。   Further, by limiting the number of corrections, the timing signal Tc (n) transmitted from the digital control arithmetic unit 6 is gently adjusted so as not to be rapidly synchronized with an erroneous timing even if an erroneous signal is mixed due to noise. Can be followed synchronously.

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 method of the fourth embodiment, the results of numerical simulation are shown in FIGS. 10 and 11.

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。
This set the following conditions.
(1) Reference clock frequency on analog detection side = 1 MHz (corresponding to the input clock of ΔΣ modulator 12)
(2) Decimation ratio of the decimation filter 16: M = 32 (2 ^ 5)
(3) Number of AD conversion outputs used for averaging = 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 with an amplitude of ± 0.8. Then, the frequency of the carrier apex timing Tc (n) transmitted from the digital control calculation unit 6 is changed so that the operation on the AD conversion side follows it. I am letting you.

(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 set to zero by PLL operation)
(2) Frequency setting of carrier apex 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: 7796.875 Hz (= 0.998 × Fc [Hz])
At the start of the operation, a time delay corresponding to 22 clk is set, and the frequency of the synchronization reference signal is 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. It was set so that the time difference would be even wider. On the contrary, after 0.007 s, 0.998 × Fc [Hz] is set to the original AD conversion frequency, and switching is performed 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。   Under this condition, an example of an operation time chart when only the correction of the frequency dividing circuit is applied and the correction of the integrator is not applied in the first embodiment as shown in FIG. 4 is shown in FIG. On the other hand, the result of adding the integrator correction of FIG. 2 is shown in 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 the LD terminal of the frequency division down counter (4) Fourth stage: Carrier apex timing Tc indicating the apex of the carrier signal and modulator operation timing signal Td (m)
In FIG. 11, the frequency division ratio is corrected by correcting the LD terminal of the frequency division counter from “31” to “31 ± 1” as in the third stage, and the second stage is corrected. Like the time difference, the initial time difference gradually decreases and converges to zero, and thereafter, the division ratio correction corresponding to the frequency difference occurs sporadically. As a result, 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 AD conversion data So (m) at the uppermost stage does not have the same sine waveform as the analog input, and has an abnormal value. In FIG. 12, the scale at the top of FIG. 11 is changed, and an excessive abnormal signal of 300 times or more is generated with respect to the original amplitude of the AD input signal ± 0.8.

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 sine wave signal equivalent to the analog input is output as the AD conversion data So (m) as shown in FIG. It can be seen that the abnormal phenomenon can be dealt with.

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。   Further, FIG. 13 is an enlarged view of the time axis at the time when the initial time difference converges to zero (around 0.003 s), and the limiting function of the correction operation added in the fourth embodiment can be confirmed. The LD value of the Count1 at the third stage is corrected only at the timing of the first AD conversion after the rising of the square wave (the carrier reference pulse Tc (n) at the fourth stage) corresponding to the carrier signal. As a result, continuous frequency division ratio correction is prevented, and slow synchronization correction like the time difference of the second stage is 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。   Further, FIG. 14 is an enlarged view of the time axis of the portion (around 0.009 s) at which the phase is sporadically advanced in the steady state after the synchronization is realized. This time, the value of the LD terminal of the Count1 of the third stage is sporadically corrected from 31 of the reference to 32, and the time difference accumulated by the frequency difference of (0.02 × Fs) is the carrier vertex timing Tc (n. When the time difference of −1 clock, that is, the AD timing, is detected as in the second stage, the frequency division ratio is corrected to M + 1 only once, whereby the timing of the next Tc (n + 1) (9. At about 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。   In the above, the present invention has been described in detail only for the specific examples described, but it is obvious to those skilled in the art that various variations and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention, Of course, such variations and modifications are 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。   Examples of application of the power converter include an inverter that drives a motor and a system interconnection device (PCS).

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。   It detects an analog signal that contains a steep ripple waveform and performs digital control. It has a function to speed up the sample of the AD converter to prevent sample leakage even with a pulse-like narrow waveform, and an integer PWM carrier signal. By performing AD conversion sampling at a doubled cycle and at a synchronized timing, a detection function that realizes accurate 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 invention of the present application is not the product itself but the elemental technology of “ΔΣ type AD conversion synchronized with PWM modulation”, in Embodiments 1 to 4, an example of current detection of an inverter is taken up, but it can also be used for detection of other analog signals. Also, it can be applied to the following products other than inverters.

(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 high frequency samples are 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 electric power system, etc. The system voltage can be detected to generate a synchronization signal, and it can be applied to suppress resonance of an LC filter.

(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 the PWM carrier signal, a plurality of signals such as current and voltage can be detected simultaneously and accurately. Therefore, high accuracy can be obtained for the instantaneous electric 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
3 ... PWM carrier generator 4 ... Digital control circuit 5 ... PWM comparator 6 ... Digital control calculation unit 7 ... Analog sensor 8 ... Analog detection unit 9 ... First reference clock oscillator 10 ... Second reference clock oscillator 11 ... PWM circuit 12 ... .DELTA..SIGMA. Modulators 13a, 13b ... Dividing ratio correction unit 14 ... Phase comparator 15 ... Dividing ratio correction selecting unit 16 ... Decimation filter 17 ... Variable dividing circuit 18 ... Averaging circuit 19 ... N 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 the PWM signal to the amplifier circuit;
An analog detection unit that detects a current or a voltage supplied to the load from the amplification circuit as an analog signal based on the PWM signal, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the digital signal to the digital control calculation unit;
A delta-sigma AD converter having:
The digital control arithmetic unit,
A first reference clock oscillator for outputting a first reference clock;
A PWM carrier generator that outputs a synchronization timing signal to the analog detector,
The analog detector is
A second reference clock oscillator that outputs a second reference clock different from the first reference clock;
When the decimator operation timing signal occurs 1 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, the When the frequency ratio selection signal is 0 and the decimator operation timing signal occurs later than the synchronization timing signal by one clock or more, the frequency ratio selection unit sets the frequency ratio selection signal to 2.
A variable frequency divider circuit that corrects the 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;
The digital signal output from the ΔΣ modulator includes an integrator connected in series of two or more, a decimator, and a differentiator connected in series of two or more, based on the frequency division ratio selection signal and the decimator operation timing signal. When the division ratio selection signal is 1, the input of the integrator is 0, when it is 0, the digital signal is input to the integrator of the first stage, and the output of the integrator of the previous stage is input to the integrators of the second and subsequent stages. When 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 preceding-stage integrator and the digital signal. When three or more series integrators are connected in series, the third and subsequent integrators use the value obtained by adding the output of the preceding integrator to the value obtained by doubling the output of the preceding integrator as the input, and the AD conversion data With decimation filter, which 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 the PWM signal to the amplifier circuit;
An analog detection unit that detects a current or a voltage supplied to the load from the amplification circuit as an analog signal based on the PWM signal, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the digital signal to the digital control calculation unit;
A delta-sigma AD converter having:
The digital control arithmetic unit,
A first reference clock oscillator for outputting a first reference clock;
A PWM carrier generator that outputs the carrier peak timing to the analog detection unit,
The analog detector 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 occurs earlier than the carrier apex timing by one clock or more, the division ratio selection signal is set to 1 and the carrier cycle average output timing signal and the carrier apex 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 occurs 1 clock or more later than the carrier vertex timing, the division ratio selection signal And a frequency division ratio correction unit that is 2,
A variable frequency divider circuit that corrects the decimation ratio based on the frequency 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 into the digital signal at the timing of a second reference clock;
The digital signal output from the ΔΣ modulator is provided as the frequency division ratio selection signal and the decimator operation timing signal, including an integrator connected in series of two or more, a decimator, and a differentiator connected in series of two or more. Based on this, when the frequency division ratio selection signal is 1, the input of the integrator is 0, when it is 0, the integrator of the first stage inputs the digital signal, and the integrators of the second and subsequent stages are the integrators of the previous stage. When the output is input and the value is 2, the integrator in the first stage inputs twice the digital signal, and the integrator in the second stage adds the value obtained by doubling the output of the integrator in the previous stage and the digital signal. When a value is input and the integrators are connected in series of 3 or more, the third and subsequent integrators input the value obtained by adding the output of the previous integrator to the doubled output of the previous integrator. Decimation to convert to AD conversion data With a filter,
A ΔΣ type AD characterized in that the AD conversion data output from the decimation filter is integrated N times and divided by N (N is a natural number of 2 or more) and the value 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 type AD converter according to claim 2, wherein the decimation ratio is not corrected during a period other than after the occurrence of the carrier apex timing and before the output of the first decimator operation timing signal thereafter.
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