本發(fā)明涉及根據(jù)輸入信號的變化變更濾波器的時間常數(shù)的濾波器時間常數(shù)變更電路，以及使用濾波器時間常數(shù)變更電路的d/a轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)：

在d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出中，一般采用通過低通濾波器對脈沖的波形進行平滑化而輸出的方式。根據(jù)此時的濾波器的時間常數(shù)的大小，響應(yīng)速度與紋波不能同時兼顧。實際上在確定濾波器的時間常數(shù)時，例如在能夠容許的紋波的值中確定為盡可能快的響應(yīng)速度等。另一方面，在逐步地進行d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出的大的變化時，存在著由于該響應(yīng)速度的限制導致的跟隨的延遲成為問題的情形。

作為這樣問題的解決對策，提出了如下的技術(shù)：在存在d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出的大且急的變化時，通過減小濾波器的時間常數(shù)，實現(xiàn)紋波的限制并且加快響應(yīng)(參照專利文獻1)。圖14為表示專利文獻1所公開的d/a轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的框圖。圖14的d/a轉(zhuǎn)換電路使用asic(applicationspecificintegratedcircuit，專用集成電路)300，以使響應(yīng)性提高。在制作pwm信號的數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)生了變化時，切換為由電阻302和電容303形成的時間常數(shù)較小的模擬濾波器，改善響應(yīng)性。在數(shù)字數(shù)據(jù)沒有變化時，切換為由電阻301和電容303構(gòu)成的時間常數(shù)較大的模擬濾波器，抑制輸出紋波。

在與從d/a轉(zhuǎn)換電路輸入至濾波器的輸入信號的變化的大小相對應(yīng)地使濾波器的時間常數(shù)發(fā)生變化的情況下，作為常識的想法，能夠想到例如圖15那樣的構(gòu)成。在圖15的例子中，變化量計算部100計算輸入信號f(t)的變化量δf(t)/δt，根據(jù)該變化量δf(t)/δt，時間常數(shù)變更部101變更濾波器102的時間常數(shù)。在圖16的例子中，在輸入信號f(t)發(fā)生了變化時，變更濾波器102的時間常數(shù)。另一方面，在圖17的例子中，在變化量δf(t)/δt超過了閾值th時，變更濾波器102的時間常數(shù)。

一般地，在變化量計算部100進行的處理相當于微分，生成用于濾波器102的時間常數(shù)變更的控制信號(圖16、圖17的濾波器時間常數(shù)變更標識)被限制于輸入信號f(t)具有傾斜的期間。因此，在輸入信號f(t)具有傾斜的時間寬度非常短的情況下，生成用于時間常數(shù)變更的控制信號的時間寬度也變短。進行濾波器102的時間常數(shù)變更的適當?shù)臅r間寬度依存于濾波器102具有的時間常數(shù)以及濾波器102的目的，因此，如果生成用于時間常數(shù)變更的控制信號的時間寬度變短的話，則有可能不能夠充分地發(fā)揮濾波器102的時間常數(shù)變更為目的的功能。

例如，考慮如下的情況：為了與某一定以上的輸入信號f(t)的急劇的變化相對應(yīng)，與輸入信號f(t)的變化對應(yīng)地暫時減小濾波器102的時間常數(shù)。此時，變更時間常數(shù)的時間寬度需要為如下長度：即，根據(jù)變更后的濾波器102的時間常數(shù)，能夠充分地追隨輸入信號f(t)。但即使僅在輸入信號f(t)的變化期間(僅在微分值超過閾值th期間)減小濾波器102的時間常數(shù)，濾波器102的輸出也成為圖18那樣，并不能夠充分地發(fā)揮濾波器102的功能。在圖18的例子中，g(t)表示濾波器102的實際的輸出，g’(t)表示理想的輸出。根據(jù)圖18可知，濾波器102的輸出g(t)并不能夠追隨輸入信號f(t)的變化。

針對這樣的圖15構(gòu)成的問題點，容易想到：使用計時器，以變化量計算部100的輸出(輸入信號f(t)的微分值)作為觸發(fā)，在變化量計算部100的輸出超過了閾值的情況下將濾波器102的時間常數(shù)變更保持一定時間的機制，由此能夠充分地發(fā)揮濾波器102的功能。在圖19的例子中，通過在變化量計算部100和時間常數(shù)變更部101之間設(shè)置計時器103，由計時器103制作向輸入信號f(t)的追隨所必要的時間寬度的信號，由此如圖20所示，給予向輸入信號f(t)的追隨所必要的時間常數(shù)變更的時間寬度。

但是，在圖19所示的構(gòu)成中，在以變化量計算部100的輸出(輸入信號f(t)的微分值)作為濾波器102的時間常數(shù)變更的觸發(fā)中，存在著增大在原本無意場景下的誤動作之虞。例如，圖21所示那樣的與瞬間的輸入信號f(t)的變化相對應(yīng)，進行了一定時間濾波器102的時間常數(shù)變更，存在著在無意圖的區(qū)域濾波器102的輸出g(t)產(chǎn)生紋波的問題。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2003-101413號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

如以上那樣，在與輸入信號的變化相應(yīng)地變更濾波器的時間常數(shù)的構(gòu)成中，存在著如下的問題點：如果使濾波器的輸出充分地追隨輸入信號的變化，則在濾波器的輸出產(chǎn)生較大的紋波。

另外，以上的問題并不限于以d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出為輸入的濾波器，例如在對模擬信號進行濾波處理并輸入至a/d轉(zhuǎn)換電路的濾波器等中也同樣地發(fā)生。

本發(fā)明為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種在與輸入信號的變化相應(yīng)地變更濾波器的時間常數(shù)的構(gòu)成中，能夠降低濾波器的輸出的紋波的濾波器時間常數(shù)變更電路。

解決問題的技術(shù)手段

本發(fā)明為確定用于對輸入信號進行濾波的濾波器的時間常數(shù)的濾波器時間常數(shù)變更電路，所述濾波器時間常數(shù)變更電路的特征在于，變化量計算部，其計算由當前時間點的所述輸入信號的值f(t)和從當前時間點起t時間前的輸入信號的值f(t-t)而獲得的每一規(guī)定時間t的變化量h(t，t)＝f(t)-f(t-t)；以及比較部，其根據(jù)所述變化量h(t，t)與規(guī)定的閾值的比較結(jié)果來輸出控制所述濾波器的時間常數(shù)的控制信號。

另外，在本發(fā)明的濾波器時間常數(shù)變更電路的一構(gòu)成例中，其特征在于，在所述變化量h(t，t)為所述閾值以下的情況下，所述比較部輸出使所述濾波器的時間常數(shù)為第1濾波器時間常數(shù)τ1的控制信號；在所述變化量h(t，t)超過所述閾值的情況下，所述比較部輸出使所述濾波器的時間常數(shù)變更為小于所述第1濾波器時間常數(shù)τ1的第2濾波器時間常數(shù)τ2的控制信號。

另外，在本發(fā)明的濾波器時間常數(shù)變更電路的一構(gòu)成例中，其特征在于，所述規(guī)定時間t為從所述輸入信號的變化開始時間點起，直到在所述第2濾波器時間常數(shù)τ2中，所述濾波器的輸出信號的值相對于該變化的最終值達到規(guī)定的比例為止的時間。

另外，本發(fā)明的d/a轉(zhuǎn)換電路的特征在于，包括：d/a轉(zhuǎn)換部，其將數(shù)字輸入信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；濾波器，其對該d/a轉(zhuǎn)換部的輸出信號進行平滑化；以及技術(shù)方案1至3中任一項所述的濾波器時間常數(shù)變更電路，其以所述數(shù)字輸入信號為輸入，并輸出控制所述濾波器的時間常數(shù)的控制信號。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)置變化量計算部和比較部，能夠使濾波器的輸出追隨輸入信號的變化，并且能夠降低濾波器的輸出的紋波。另外，在本發(fā)明中，由于能夠不使用現(xiàn)有那樣的計時器地實現(xiàn)濾波器的輸出的紋波降低，因此能夠容易地進行電路的安裝。

附圖說明

圖1為說明本發(fā)明所涉及的變化量計算的原理的波形圖。

圖2為說明本發(fā)明所涉及的變化量計算的原理的波形圖。

圖3為說明在本發(fā)明中變更濾波器的時間常數(shù)的動作的波形圖。

圖4為表示本發(fā)明所涉及的變化量計算的其他例子的波形圖。

圖5為表示本發(fā)明所涉及的變化量計算的其他例子的波形圖。

圖6為說明在本發(fā)明中變更濾波器的時間常數(shù)的動作的波形圖。

圖7為表示本發(fā)明所涉及的變化量計算的其他例子的波形圖。

圖8為表示本發(fā)明所涉及的變化量計算的其他例子的波形圖。

圖9為說明在本發(fā)明中變更濾波器的時間常數(shù)的動作的波形圖。

圖10為表示本發(fā)明的實施方式所涉及的d/a轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的框圖。

圖11為說明本發(fā)明的實施方式中的規(guī)定時間的設(shè)定方法的圖。

圖12為表示本發(fā)明的實施方式所涉及的d/a轉(zhuǎn)換電路的響應(yīng)的例子的波形圖。

圖13為表示本發(fā)明的實施方式所涉及的d/a轉(zhuǎn)換電路的響應(yīng)的實測結(jié)果的波形圖。

圖14為表示現(xiàn)有的d/a轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的框圖。

圖15為表示使濾波器的時間常數(shù)發(fā)生變化的構(gòu)成的框圖。

圖16為說明在圖15的構(gòu)成中變更濾波器的時間常數(shù)的動作的波形圖。

圖17為說明在圖15的構(gòu)成中變更濾波器的時間常數(shù)的其他動作的波形圖。

圖18為說明圖15的構(gòu)成的問題點的波形圖。

圖19表示使濾波器的時間常數(shù)發(fā)生變化的其他構(gòu)成的框圖。

圖20為說明在圖19的構(gòu)成中變更濾波器的時間常數(shù)的動作的波形圖。

圖21為說明圖19的構(gòu)成的問題點的波形圖。

具體實施方式

[發(fā)明原理]

圖1的(a)～圖1的(c)，圖2的(a)～圖2的(c)為說明本發(fā)明所涉及的變化量計算的原理的波形圖。在本發(fā)明中，將計算輸入信號的變化量(微分值)的現(xiàn)有的構(gòu)成替換為計算與作為濾波器的目的的時間常數(shù)變化相對應(yīng)的每一個時間寬度t的變化量的構(gòu)成，由此，使濾波器的時間常數(shù)變更的效果恰當?shù)胤从场＞唧w來說，計算由想要計算變化量的當前時間點的輸入信號的值f(t)與從當前時間點起t時間前的輸入信號的值f(t-t)而獲得的每一規(guī)定時間的變化量h(t，t)＝f(t)-f(t-t)，并根據(jù)該計算結(jié)果來確定濾波器的時間常數(shù)。在圖1的(a)～圖1的(c)、圖2的(a)～圖2的(c)的例子中，示出了相應(yīng)于隨時間變化的輸入信號逐次計算變化量h(t，t)的狀況。

若采用在如以上那樣計算出的變化量h(t，t)超過了規(guī)定是閾值th時濾波器的時間常數(shù)變小(將濾波器時間常數(shù)變更標識作為“1”)的構(gòu)成的話，濾波器的輸出g(t)成為圖3所示那樣。圖3中的g’(t)表示理想的輸出。

與圖20的情況進行比較的話則可以看出，本發(fā)明濾波器的輸出g(t)更早地追隨輸入信號f(t)。

另外，在本發(fā)明中，變化量h(t，t)為將輸入信號f(t)的變化的大小的總量作為信息而包含的形式，因此不會發(fā)生在圖21說明那樣的紋波的問題。在圖4的(a)～圖4的(d)、圖5中示出了針對圖21所示那樣的瞬間的輸入信號f(t)變化的本發(fā)明的變化量計算的結(jié)果。

若采用在圖4的(a)～圖4的(d)、圖5的計算結(jié)果超過了閾值th時將濾波器的時間常數(shù)變小的構(gòu)成，則濾波器的輸出g(t)成為圖6所示那樣。在本發(fā)明中，根據(jù)輸入信號的二點間的差(f(t)-f(t-t)能夠取得的最大值來規(guī)定閾值th，因此不會發(fā)生由低于閾值th的噪聲所導致的誤動作。

另外，在本發(fā)明中，即使在非常尖銳且大的值的噪聲混入了輸入信號f(t)中的情況下，也由于在該噪聲的峰的時間寬度×2以內(nèi)的時間寬度下對濾波器的時間常數(shù)進行變更的動作，因此能夠期待與圖19使用計時器的情況相比對濾波器輸出的影響變小。在圖7的(a)～圖7的(c)、圖8的(a)、圖8的(b)中示出了針對這樣的噪聲輸入的本發(fā)明的變化量計算的結(jié)果。

若采用在圖7的(a)～圖7的(c)、圖8的(a)、圖8的(b)的計算結(jié)果超過了閾值th時將濾波器的時間常數(shù)變小的構(gòu)成，則濾波器的輸出g(t)成為圖9所示那樣。

如以上所述，在本發(fā)明中，能夠解決在現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的、在無意圖的區(qū)域濾波器的輸出g(t)產(chǎn)生紋波這樣的問題。

[實施方式]

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖10為表示本發(fā)明的實施方式所涉及的d/a轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的框圖。本實施方式的d/a轉(zhuǎn)換電路由如下部分構(gòu)成：d/a轉(zhuǎn)換部1，其將16bit的數(shù)字輸入信號f(t)轉(zhuǎn)換為模擬信號；低通濾波器2，其對d/a轉(zhuǎn)換部1的輸出信號進行平滑化；緩沖電路3，其被連接于低通濾波器2的輸出端子；以及濾波器時間常數(shù)變更電路4，其基于輸入信號f(t)的變化量來確定低通濾波器2的時間常數(shù)。

作為d/a轉(zhuǎn)換部1，能夠適用δσ調(diào)制器、pwm(pulsewidthmodulation，脈沖寬度調(diào)制)調(diào)制器、t形電阻型的d/a轉(zhuǎn)換器等各種各樣的構(gòu)成，本發(fā)明并不限定d/a轉(zhuǎn)換的方式。

低通濾波器2由如下部分構(gòu)成：電阻r1、r2，其串聯(lián)地設(shè)置于d/a轉(zhuǎn)換部1的輸出端子與緩沖電路3的輸入端子之間；開關(guān)sw1，其根據(jù)來自濾波器時間常數(shù)變更電路4的控制信號來短路電阻r1；以及電容c1，其被設(shè)置于緩沖電路3的輸入端子與接地之間。

濾波器時間常數(shù)變更電路4由延遲部40、減法部41以及比較部42(比較器)構(gòu)成。延遲部40與減法部41構(gòu)成了變化量計算部。

延遲部40使數(shù)字輸入信號f(t)延遲規(guī)定時間t。作為延遲部40，能夠使用多級級聯(lián)的觸發(fā)器。

減法部41從數(shù)字輸入信號f(t)減去延遲部40的數(shù)字輸出信號。這樣，能夠計算每一時間t的輸入信號的變化量，即能夠計算h(t，t)＝f(t)-f(t-t)。

比較部42將減法部41的數(shù)字輸出信號與規(guī)定的閾值th進行比較。在減法部41的數(shù)字輸出信號的值超過了閾值th時，比較部42將用于控制低通濾波器2的開關(guān)sw1的控制信號(濾波器時間常數(shù)變更標識)設(shè)為“1”(high，高)，在減法部41的數(shù)字輸出信號的值為閾值th以下時，比較部42將控制信號設(shè)為“0”(low，低)。關(guān)于閾值th，考慮輸入信號的兩點間的差(f(t)-f(t-t)能夠取得的最大值以及想要去除的噪聲的大小而預(yù)先進行設(shè)定即可。

低通濾波器2為能夠改變時間常數(shù)的有源濾波器。在從比較部42輸出的控制信號為“1”時，開關(guān)sw1為導通狀態(tài)。由此，由于電阻r1被短路，因而低通濾波器2的時間常數(shù)變小。在從比較部42輸出的控制信號為“0”時，開關(guān)sw1為斷開狀態(tài)。由此，由于電阻r1與r2串聯(lián)地連接，因而低通濾波器2的時間常數(shù)變大。

如圖11所示，成為延遲部40的延遲時間的規(guī)定時間t，預(yù)先將如下的時間設(shè)定為t即可：即，從輸入信號f(t)的變化開始時間點起，直到d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出信號g(t)的值相對于該變化的最終值(100％)達到規(guī)定的比例a(例如63.2％或者90％)為止的時間。比例a根據(jù)d/a轉(zhuǎn)換電路的所期望的性能來進行設(shè)定即可。

在本實施方式中，由低通濾波器2的時間常數(shù)決定d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出信號g(t)追隨輸入信號f(t)的速度和輸出信號g(t)的紋波的水平，該速度與紋波的水平不能同時兼顧。在本實施方式中，低通濾波器2以例如τ1＝10msec的時間常數(shù)作為基本，但是在另一方面有時也需要1msec的高速響應(yīng)。但是，若將低通濾波器2的時間常數(shù)作為τ2＝1msec，則輸出信號g(t)的紋波變大。因此，準備有t＝1msec、a＝63.2％，且能夠追隨輸入信號f(t)的急劇變化的高速響應(yīng)模式。

根據(jù)本實施方式，如圖12所示，在輸入信號f(t)發(fā)生了變化時，成為如下的動作：在變化量h(t，t)超過了閾值th的t1時間點，低通濾波器2的時間常數(shù)從例如τ1＝10msec變更為τ2＝1msec(開關(guān)sw1導通)；在輸出信號g(t)相對于輸入信號f(t)達到比例a＝63.2％的t2時間點，低通濾波器2的時間常數(shù)從τ2＝1msec變更為τ1＝10msec(開關(guān)sw1斷開)。

圖13為表示本實施方式的d/a轉(zhuǎn)換電路的響應(yīng)的實測結(jié)果的波形圖。圖13的130表示在將低通濾波器2的時間常數(shù)固定為1msec時的d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出信號g(t)，131表示在將低通濾波器2的時間常數(shù)固定為10msec時的d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出信號g(t)，132表示本實施方式的d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出信號g(t)。

由圖13可以看出，若減小低通濾波器2的時間常數(shù)則在輸出信號g(t)中出現(xiàn)很大的紋波。因此，想要僅在追隨輸入信號f(t)的變化期間減小低通濾波器2的時間常數(shù)，但是即使僅在輸入信號f(t)的變化瞬間減小時間常數(shù)也是不夠的。因此，在本實施方式中，通過計算輸入信號f(t)的變化量h(t，t)，僅在變化量h(t，t)超出了閾值th期間減小低通濾波器2的時間常數(shù)，實現(xiàn)了充分的時間常數(shù)變更的時間。

在本實施方式中，由于能夠不使用圖19所示的計時器而實現(xiàn)輸出的紋波降低，因此能夠容易地進行向集成電路的d/a轉(zhuǎn)換電路的安裝。

另外，在本實施方式中，作為低通濾波器2的例子以一階濾波器作為例子進行了列舉說明，但是并不限定于此，在例如將一階濾波器多級級聯(lián)的高階濾波器等其他濾波器中也能夠適用本發(fā)明。

另外，在本實施方式中，以作為d/a轉(zhuǎn)換電路所適用的例子進行了說明，也可以將本發(fā)明的濾波器時間常數(shù)變更電路4應(yīng)用為a/d轉(zhuǎn)換電路的輸入部。這種情況下，將模擬輸入信號f(t)輸入至低通濾波器2，將低通濾波器2的輸出信號輸入至a/d轉(zhuǎn)換電路即可。濾波器時間常數(shù)變更電路4由模擬電路構(gòu)成。作為延遲部40的例子，例如有ccd(charge-coupleddevice，電荷耦合元件)。

【產(chǎn)業(yè)上的利用可能性】

本發(fā)明能夠應(yīng)用于基于輸入信號而變更濾波器的時間常數(shù)的技術(shù)。

符號說明

1…d/a轉(zhuǎn)換部，2…低通濾波器，3…緩沖電路，4…濾波器時間常數(shù)變更電路，40…延遲部，41…減法部，42…比較部，r1，r2…電阻，c1…電容，sw1…開關(guān)。