JP6094130B2 - Pwm信号生成装置 - Google Patents
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Description
《半導体装置の全体構成》
図1は、本発明の実施の形態1によるPWM信号生成装置において、それを備えた半導体装置の概略構成例を示すブロック図である。図1に示す半導体装置MCUは、例えば、一つの半導体チップで実現され、ディジタル方式で電源制御を行うためのマイクロコントローラとなっている。図1の半導体装置(マイクロコントローラ)MCUは、アナログバスABUSと、ディジタルバスDBUSと、これらのバスに適宜結合された複数の機能ユニットと、外部との間の通信を担うインタフェースユニットGPIOを備える。
図2は、図1の半導体装置におけるPWM信号生成ユニットの概略構成例を示すブロック図である。図2に示すPWM信号生成ユニット(PWM信号生成装置)PWMUは、クロック・パルス信号生成部CPGと、カウンタ部CUNT、複数(ここでは2個)のレジスタ部REG1,REG2と、比較回路部CMPと、PWM出力パターン生成部PWMPTGと、PWM出力生成部PWMGを備える。CPGは、分周回路NDIVと、パルス信号生成回路PGENを備える。NDIVは、例えば図1のPLL回路によって生成された1GHzのマスタクロック信号CLKmを受け、それをN分周(例えば8分周)する。NDIVは、特に、組合せ論理回路を含まないため、CLKmで動作することが可能である。PGENは、このN分周(例えば8分周)されたクロック信号を用いて複数のパルス信号を生成する。
図3は、図2におけるクロック・パルス信号生成部の詳細な構成例を示す回路図である。図4は、図3のクロック・パルス信号生成部によって生成される信号の一例を示す波形図である。図3のクロック・パルス信号生成部CPG1において、分周回路NDIV1は、リング状に縦続接続された8段のフリップフロップ回路FF1を備え、各FF1は、マスタクロック信号CLKmの一方のエッジ(ここでは立ち上がりエッジ)に同期して動作する。すなわち、NDIV1は8ビットの巡回型のシフトレジスタとなっている。この例では、初期値として、8段のFF1の内の前半の4段に‘H’レベル(‘1’レベル)か‘L’レベル(‘0’レベル)の一方を設定し、その他方を後半の4段に設定している。
図5は、図1におけるPWM出力生成部の詳細な構成例を示す回路図である。図5に示すPWM出力生成部PWMG1は、2個のパターンデータ生成回路PDG1,PDG2と、位相調整回路PHCTLと、2個のパルス選択回路部(アンド演算回路部)PSEL1,PSEL2と、オア演算回路OR1を備える。PDG1は、8個のフリップフロップ回路FF2を備える。8個のFF2は、それぞれ、図1のPWM出力パターン生成部PWMPTGからのPWMパターンデータnxpat[7:0](nxpat[0]〜nxpat[7])を図4に示したクロック信号C[4]でラッチし、パターンデータpat[0]〜pat[7]を出力する。
図7(a)は、図5における補間用のパルス選択回路部(アンド演算回路部)の効果の一例を示す図であり、図7(b)は、図7(a)の比較例として補間用のパルス選択回路部(アンド演算回路部)が無い場合の問題点の一例を示す図である。まず、図7(b)に示すように、図5における補間用のパルス選択回路部(アンド演算回路部)PSEL2が無い場合で、パルス選択回路部(アンド演算回路部)PSEL1に入力される、連続するパターンデータP[n],P[n+1](nは0〜7の整数、(n+1)≧8の場合に(n+1)は8の剰余)が共に‘H’レベルであった場合を想定する。
図9は、図2におけるPWM出力パターン生成部の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図9に示すPWM出力パターン生成部PWMPTGは、デコーダ回路DECと、フリップフロップ回路FFaと、選択回路SEL[0]〜SEL[7]を備える。SEL[n](nは0〜7の整数)は、2ビットの選択信号SE[n]に基づいて4入力の中から1出力を選択し、それをPWMパターンデータnxpat[n]として出力する。SEL[0]の出力(nxpat[0])は、SEL[1]における4入力中の2入力となり、その一方はSEL[0]の出力の非反転データ、他方はSEL[0]の出力の反転データとなる。同様に、SEL[1](nxpat[1])の出力は、SEL[2]における4入力中の2入力となり、以降も同様にして、図示しないSEL[6]の出力(nxpat[6])はSEL[7]における4入力中の2入力となる。
《クロック・パルス信号生成部の詳細(変形例[1])》
図10は、本発明の実施の形態2によるPWM信号生成装置において、図2のクロック・パルス信号生成部の詳細な構成例を示す回路図である。図10のクロック・パルス信号生成部CPG2において、分周回路NDIV2は、図3に示した分周回路NDIV1と同様の回路構成を備えている。ただし、NDIV2は、8段のフリップフロップ回路FF1の初期値がNDIV1とは異なっており、1段目〜6段目に‘L’レベル(‘0’レベル)が設定され、7段目および8段目に‘H’レベル(‘1’レベル)が設定される。
《クロック・パルス信号生成部の詳細(変形例[2])》
図11は、本発明の実施の形態3によるPWM信号生成装置において、図2のクロック・パルス信号生成部の詳細な構成例を示す回路図である。図11のクロック・パルス信号生成部CPG3は、図10のクロック・パルス信号生成部CPG2と比較して、パルス信号生成回路PGEN3内に8個のフリップフロップ回路FF6が加わった構成となっている。8個のFF6は、それぞれ、アンド演算回路AD6[0]〜AD6[7]の出力信号をマスタクロック信号CLKmの立ち上がりエッジでラッチすることでパルス信号S[0]〜S[7]を出力する。
《クロック・パルス信号生成部の詳細(変形例[3])》
図12(a)は、本発明の実施の形態4によるPWM信号生成装置において、図2のクロック・パルス信号生成部の詳細な構成例を示す回路図であり、図12(b)は、図12(a)の一部の動作例を示す波形図である。図12(a)に示すクロック・パルス信号生成部CPG4は、2個の分周回路NDIV4a,NDIV4bと、パルス信号生成回路PGEN4を備える。
《PWM出力生成部の詳細(変形例[1])》
図13は、本発明の実施の形態5によるPWM信号生成装置において、図1におけるPWM出力生成部の詳細な構成例を示す回路図である。図13に示すPWM出力生成部PWMG2は、2個のパターンデータ生成回路PDG3,PDG4と、位相調整回路PHCTLと、2個のパルス選択回路部(アンド演算回路部)PSEL1,PSEL2と、オア演算回路OR1を備える。この内、PHCTLと、PSEL1,PSEL2と、OR1の構成に関しては、図5のPWM出力生成部PWMG1と同様である。
《PWM出力生成部の詳細(変形例[2])》
図14は、本発明の実施の形態6によるPWM信号生成装置において、図1におけるPWM出力生成部の詳細な構成例を示す回路図である。図14に示すPWM出力生成部PWMG3は、2個のパターンデータ生成回路PDG1,PDG5と、位相調整回路PHCTL’と、2個のパルス選択回路部(アンド演算回路部)PSEL3,PSEL4と、パルス幅変更回路PCLと、オア演算回路OR2を備える。この内、PDG1の構成に関しては、図5の場合と同様である。
ACMP アナログ電圧比較ユニット
AD アンド演算回路
ADC アナログ・ディジタル変換ユニット
C クロック信号
CLKm マスタクロック信号
CMP 比較回路部
CPC チップ制御ユニット
CPG クロック・パルス信号生成部
CPU 中央演算処理ユニット
CT カウンタの値
CTH,CTH’ カウンタの設定値
CUNT カウンタ部
DAC ディジタル・アナログ変換ユニット
DBG デバッグユニット
DBUS ディジタルバス
DEC デコーダ回路
DMAC ダイレクトメモリアクセス制御ユニット
DSP ディジタルシグナルプロセッサユニット
EVNT イベント設定値
FF フリップフロップ回路
GPIO インタフェースユニット
INTC 割り込み制御回路
LVD 電圧低下検出回路
MCU 半導体装置(マイクロコントローラ)
MEMU メモリユニット
MT マッチ信号
NDIV 分周回路
OPAMP オペアンプユニット
OR オア演算回路
OSC 発振回路
PCL パルス幅変更回路
PDG パターンデータ生成回路
PGEN パルス信号生成回路
PHCTL,PHCTL’ 位相調整回路
POR パワーオンリセット回路
PSEL パルス選択回路部(アンド演算回路部)
PWMG PWM出力生成部
PWMOUT PWM信号
PWMPTG PWM出力パターン生成部
PWMU PWM信号生成ユニット(PWM信号生成装置)
REG レジスタ部
S パルス信号
SCU シリアル通信ユニット
SEL 選択回路
SE 選択信号
SYSC システム制御ユニット
TJSEN 温度センサユニット
TMR タイマユニット
VREF 基準電圧生成ユニット
WDT ウォッチドッグタイマ
cpat,pat,patA,hpat,P,PH,PC パターンデータ
nxpat PWMパターンデータ
Claims (12)
- それぞれ、同じパルス幅と、第1周期のN(Nは2以上の整数)倍の第2周期と、前記第1周期を単位として順に異なる位相とを持つN個の第1パルス信号[n](n=1,2,…,N)を生成する信号生成回路と、
前記第2周期毎に更新されるNビットのパラレルデータであり、前記第2周期内のN区間におけるPWM信号の論理レベルをそれぞれ設定する第1パターンデータと、
前記第1パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第2パターンデータを出力する位相調整回路と、
前記第2パターンデータと前記N個の第1パルス信号[n]が入力されるN個のアンド演算回路を含み、前記N個の第1パルス信号[n]のそれぞれを前記第2パターンデータに基づいて選択的に出力する第1アンド演算回路部と、
前記第1アンド演算回路部からの出力を入力としてオア演算を行い、前記第1パターンデータに応じた前記PWM信号を出力するオア演算回路とを備え、
前記位相調整回路は、前記第2パターンデータの一部のビットを第1位相で出力し、前記第2パターンデータの他の一部のビットを、前記第1位相を基準として前記第1周期のM(Mは1〜(N−1)の整数)倍の位相差を持つ第2位相で出力するPWM信号生成装置。 - 請求項1記載のPWM信号生成装置において、
前記N個の第1パルス信号[n]は、前記第1周期のパルス幅を持ち、
前記PWM信号生成装置は、第2アンド演算回路部をさらに備え、
前記オア演算回路は、前記第1アンド演算回路部の出力に加えて、さらに、前記第2アンド演算回路部の出力を入力としてオア演算を行い、
前記信号生成回路は、さらに、前記第1周期の2倍のパルス幅と、前記第2周期と、それぞれ、前記N個の第1パルス信号[n]と同じ位相とを持つN個の第2パルス信号[n]を生成し、
前記第2アンド演算回路部は、前記N個の第2パルス信号[n]が入力されるN個のアンド演算回路を含み、前記第1アンド演算回路部が第1パルス信号[k](kは1〜Nの整数)と第1パルス信号[k+1]を順次出力する際に第2パルス信号[k]を出力するPWM信号生成装置。 - 請求項2記載のPWM信号生成装置において、
前記第1パターンデータにおける隣接する2ビットが共に第1論理レベルである場合を検出し、当該検出結果に基づきNビットの第3パターンデータを生成する第1パターンデータ生成回路をさらに備え、
前記位相調整回路は、さらに、前記第3パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第4パターンデータを出力し、
前記第4パターンデータは、前記第2アンド演算回路部内の前記N個のアンド演算回路に入力されるPWM信号生成装置。 - 請求項3記載のPWM信号生成装置において、
前記第2位相と前記第1位相は、前記第2周期の半周期分の位相差を持ち、
前記位相調整回路は、前記第2パターンデータの一部のビットに前記第1位相を持たせ、当該一部のビットを除く残りのビット全てに前記第2位相を持たせるPWM信号生成装置。 - 請求項1記載のPWM信号生成装置において、
前記N個の第1パルス信号[n]は、前記第1周期の2倍のパルス幅を持つPWM信号生成装置。 - 請求項5記載のPWM信号生成装置において、
第3アンド演算回路部をさらに備え、
前記オア演算回路は、前記第1アンド演算回路部の出力に加えて、さらに、前記第3アンド演算回路部の出力を入力としてオア演算を行い、
前記信号生成回路は、さらに、前記第1周期のパルス幅と、前記第2周期と、それぞれ、前記N個の第1パルス信号[n]と同じ位相とを持つN個の第3パルス信号[n]を生成し、
前記第1アンド演算回路部は、前記オア演算回路に前記第1周期の2倍以上のパルス幅を持つ前記PWM信号を出力させる場合に前記N個の第1パルス信号[n]の中の所定の前記第1パルス信号[n]を出力し、
前記第3アンド演算回路部は、前記N個の第3パルス信号[n]が入力されるN個のアンド演算回路を含み、前記オア演算回路に前記第1周期のパルス幅を持つ前記PWM信号を出力させる場合に前記N個の第3パルス信号[n]の中の所定の1個を出力するPWM信号生成装置。 - 請求項6記載のPWM信号生成装置において、
前記第1パターンデータにおける隣接する3ビットが順に、第1論理レベル、第2論理レベル、前記第1論理レベルである場合を検出し、当該検出結果に基づきNビットの第5パターンデータを生成する第2パターンデータ生成回路をさらに備え、
前記位相調整回路は、さらに、前記第5パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第6パターンデータを出力し、
前記第6パターンデータは、前記第3アンド演算回路部内の前記N個のアンド演算回路に入力されるPWM信号生成装置。 - 請求項5記載のPWM信号生成装置において、さらに、
第4アンド演算回路部と、
前記第1アンド演算回路部と前記オア演算回路の間に挿入され、前記第1アンド演算回路部から選択的に出力される前記第1パルス信号[n]の中の第1パルス信号[k](kは1〜Nの整数)を対象としてパルス幅を削減し、前記第1パルス信号[k]を除く前記第1パルス信号[n]と、前記パルス幅を削減した前記第1パルス信号[k]とを前記オア演算回路に出力するパルス幅変更回路とを備え、
前記第4アンド演算回路部は、前記N個の第1パルス信号[n]が入力されるN個のアンド演算回路を含み、前記パルス幅変更回路に前記第1パルス信号[k]のパルス幅を削減させる場合に第1パルス信号[k+1]を出力し、
前記パルス幅変更回路は、前記第1アンド演算回路部からの前記第1パルス信号[k]と前記第4アンド演算回路部からの前記第1パルス信号[k+1]との論理演算を行うことで前記第1パルス信号[k]のパルス幅を削減するPWM信号生成装置。 - 請求項8記載のPWM信号生成装置において、
前記第1パターンデータにおける隣接する2ビットが順に、第1論理レベル、第2論理レベルである場合を検出し、当該検出結果に基づきNビットの第7パターンデータを生成する第3パターンデータ生成回路をさらに備え、
前記位相調整回路は、さらに、前記第7パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第8パターンデータを出力し、
前記第8パターンデータは、前記第4アンド演算回路部内の前記N個のアンド演算回路に入力されるPWM信号生成装置。 - それぞれ、第1周期のN(Nは2以上の整数)倍の第2周期と、前記第1周期の2倍のパルス幅と、前記第1周期を単位として順に異なる位相とを持つN個の第1パルス信号[n](n=1,2,…,N)を生成する信号生成回路と、
前記第2周期毎に更新されるNビットのパラレルデータであり、前記第2周期内のN区間におけるPWM信号の論理レベルをそれぞれ設定する第1パターンデータと、
前記第1パターンデータにおける隣接する2ビットが順に、第1論理レベル、第2論理レベルである場合を検出し、当該検出結果に基づきNビットの第3パターンデータを生成するパターンデータ生成回路と、
前記第1パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第2パターンデータを出力し、前記第3パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第4パターンデータを出力する位相調整回路と、
前記N個の第1パルス信号[n]のそれぞれを前記第2パターンデータに基づいて選択的に出力する第1選択回路部と、
前記N個の第1パルス信号[n]のそれぞれを前記第4パターンデータに基づいて選択的に出力する第2選択回路部と、
前記第1選択回路部から選択的に出力される前記第1パルス信号[n]を受け、前記第1パルス信号[n]の中の第1パルス信号[k](kは1〜Nの整数)を対象に、前記第2選択回路部からの第1パルス信号[k+1]を用いた論理演算を行うことで、前記第1パルス信号[k]のパルス幅を前記第1周期の2倍から前記第1周期に削減し、前記第1パルス信号[k]を除く前記第1パルス信号[n]と、前記パルス幅を削減した前記第1パルス信号[k]とを出力するパルス幅変更回路と、
前記パルス幅変更回路からの出力を入力としてオア演算を行い、第1パターンデータに応じた前記PWM信号を出力するオア演算回路と、
を備え、
前記位相調整回路は、前記第2パターンデータの一部のビットを第1位相で出力し、前記第2パターンデータの他の一部のビットを、前記第1位相を基準として前記第1周期のM(Mは1〜(N−1)の整数)倍の位相差を持つ第2位相で出力し、前記第4パターンデータの一部のビットを前記第1位相で出力し、前記第4パターンデータの他の一部のビットを前記第2位相で出力する、
PWM信号生成装置。 - それぞれ、第1周期のパルス幅と、前記第1周期のN(Nは2以上の整数)倍の第2周期と、前記第1周期を単位として順に異なる位相とを持つN個の第1パルス信号[n](n=1,2,…,N)と、それぞれ、前記第1周期の2倍のパルス幅と、前記第2周期と、前記N個の第1パルス信号[n]と同じ位相とを持つN個の第2パルス信号[n]とを生成する信号生成回路と、
前記第2周期毎に更新されるNビットのパラレルデータであり、前記第2周期内のN区間におけるPWM信号の論理レベルをそれぞれ設定する第1パターンデータと、
前記第1パターンデータにおける隣接する2ビットが共に第1論理レベルである場合を検出し、当該検出結果に基づきNビットの第2パターンデータを生成するパターンデータ生成回路と、
前記第1パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第3パターンデータを出力し、前記第2パターンデータを受け、各ビットの位相を調整したのちNビットの第4パターンデータを出力する位相調整回路と、
前記N個の第1パルス信号[n]のそれぞれを前記第2パターンデータに基づいて選択的に出力する第1選択回路部と、
前記第1選択回路部が第1パルス信号[k](kは1〜Nの整数)と第1パルス信号[k+1]を順次出力する際に第2パルス信号[k]を出力する第2選択回路部と、
前記第1および第2選択回路部からの出力を入力としてオア演算を行い、前記第1パターンデータに応じた前記PWM信号を出力するオア演算回路と、
を備え、
前記位相調整回路は、前記第3パターンデータの一部のビットを第1位相で出力し、前記第3パターンデータの他の一部のビットを、前記第1位相を基準として前記第1周期のM(Mは1〜(N−1)の整数)倍の位相差を持つ第2位相で出力し、前記第4パターンデータの一部のビットを前記第1位相で出力し、前記第4パターンデータの他の一部のビットを前記第2位相で出力する、
PWM信号生成装置。 - 請求項11記載のPWM信号生成装置において、
前記第2位相と前記第1位相は、前記第2周期の半周期分の位相差を持ち、
前記位相調整回路は、前記第3パターンデータの一部のビットに前記第1位相を持たせ、当該一部のビットを除く残りのビット全てに前記第2位相を持たせ、前記第4パターンデータの一部のビットに前記第1位相を持たせ、当該一部のビットを除く残りのビット全てに前記第2位相を持たせるPWM信号生成装置。
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