JPH10335993A

JPH10335993A - 波形発生装置

Info

Publication number: JPH10335993A
Application number: JP9140648A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Katakura; 雅幸片倉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】波形発生装置に関し、予め定義された任意の
信号波形を高い精度で、しかも、高速に発生できるよう
にすると共に簡便な構成で実現できるようにする。【解決手段】予め任意の信号波形の各々の変化点毎に
定義された電圧目標値及び時刻値とその信号波形の立ち
上がり及び立ち下がりの傾きを決める傾斜値の各々のデ
ータＶ（ｉ），ＳＲ（ｉ），Ｔ（ｉ）を組して蓄積する
メモリ１２と、この時刻値に対応する電圧目標値及び傾
斜値の各々のデータＶ（ｉ），ＳＲ（ｉ）をスタートパ
ルス信号Ｓｐに基づいてメモリ１２から読み出し、各々
のデータＶ（ｉ），ＳＲ（ｉ）をアナログ信号Ｓｖ，Ｓ
ｒに変換するデータ変換回路１３と、このアナログ信号
Ｓｖ及びＳｒに従って、各々の変化点が電圧目標値であ
って傾斜値に対応して時刻経過と共にその波形が立ち上
がり又は立ち下がるようなアナログ信号波形Ｖoutを順
次発生する信号出力回路１４とを備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁弁、モータ、圧
電素子等の電気−機械変換系（以下アクチュエータとい
う）を駆動するための信号波形を発生する装置に適用し
て好適な波形発生装置に関する。更に詳しくは、予め定
義された任意の信号波形の各々の変化点における電圧目
標値及び時刻値と、その波形の立ち上がり及び立ち下が
りの傾きを決める傾斜値とを組にしたデータに基づいて
アナログ信号波形を発生するようにして、装置の簡易化
及びデータ処理の高速化を図るようになされた波形発生
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気操作量を変位、速度、力等の
実際の物理量に変換する能動的な装置として色々な種類
のアクチュエータが使用されている。電磁力を利用した
アクチュエータには電磁弁やモータなどがある。圧電効
果を利用したアクチュエータにはピエゾ素子などの圧電
素子がある。これらの圧電素子や電磁弁等のアクチュエ
ータでは、所望の変位、速度や力等を得るために専用の
波形発生装置で発生されたパルス信号によって駆動され
る場合が多い。

【０００３】このとき波形発生装置からの出力波形によ
って、そのままアクチュエータが駆動されるはずである
が、実際には結果として、波形発生装置の出力波形とは
異なった入力波形によって、アクチュエータが駆動され
る場合がある。例えば、入力波形として単一のパルス信
号をアクチュエータに与えても、アクチュエータが振動
を伴った状態で駆動されてしまい、所望の変位、速度、
力等が得られないような場合がある。

【０００４】これはアクチュエータ自身、あるいはこの
アクチュエータが機械的作用を及ぼす部位における慣性
やコンプライアンスに起因するものと思われる。このよ
うな振動を伴った入力波形（以下振動波形という）を所
望の波形形状に戻すには、アクチュエータの振動波形、
つまり、この波形発生装置の出力波形に複雑な波形を合
成して振動の影響を取り除かなければならない。

【０００５】この振動波形から振動の影響を取り除くた
めの最も簡単な例として、電磁弁やモータ等のアクチュ
エータを図５Ａに示すような２次系回路（二次系の伝達
関数を持つ）に置き換えた場合を考えてみよう。これら
のアクチュエータにより例えば微小変位を起こさせるた
めには、波形発生装置で発生された図５Ｂに示すような
単発のパルス信号（矩形波）Ｓinが二次系回路７に入力
される。このパルス信号Ｓinを入力した二次系回路７の
出力波形Ｓoutは図５Ｃに示される。

【０００６】一般に、二次系回路７では上述した要因に
より出力波形Ｓoutの立ち下がりにリンギング（振動）
を伴うことがしばしば起こる。二次系回路７が電磁弁の
ようなアクチュエータである場合には、その電磁弁を閉
じるときにこのリンギングが生ずると、弁が振動してし
まって、規定時間内に弁が完全に閉じられない状態とな
る。その結果、電磁弁によって開閉制御される流体等が
ぴたりと止まらなくなる。

【０００７】従って、このリンギングを抑えるために
は、図５Ｄに示すように入力波形Ｓin’の立ち下がりに
傾斜を持たせるように波形を整形する必要がある。例え
ば、立ち下がりに一定の傾斜値（スルーレート）を持た
せた場合は、この入力波形Ｓin’を入力した二次系回路
７の出力波形Ｓout’は図５Ｅのように改善される。こ
の改善方法は出力波形Ｓoutのリンギングが抑えられる
が、逆にその後縁に尾を引くように立ち下がりがなまっ
てしまうという問題が起きる。

【０００８】そこで、このリンギングが抑えられ、しか
も、立ち下がりがなまらないようにする方法として、図
５Ｆに示すような階段状に加工した波形Ｓin”を二次系
回路７に入力する方法が考えられる。この方法はパルス
信号Ｓinの後縁に、例えば他のパルス信号を重畳するこ
とによりなされる。このときには、図５Ｇに示すような
出力波形Ｓout”が得られるので、二次系回路７の出力
波形Ｓout”をなまらせることなく、しかも、リンギン
グを抑圧することができる。

【０００９】従って、二次系回路７によって置き換えら
れる電磁弁等を振動させることなく駆動できるようにな
る。

【００１０】ところで、図５Ｆに示した階段状の波形Ｓ
in”を実際に発生させる最も簡単な装置としては色々な
種類のパルス信号を発生させて、これを合成する装置と
することが考えられる。図６は階段状の入力波形Ｓinを
発生させるための波形発生装置１０の構成例を示す図で
ある。この例では合成できる波形が３種類であり、外部
からのスタートパルス信号Ｓｐによって波形を発生する
ようになっている。

【００１１】図６に示すように、入力端子１には単安定
マルチバイブレータ３Ａが接続され、スタートパルス信
号Ｓｐに基づいて図７Ｂに示すようにパルス幅φ１の基
本波（矩形波）となる信号Ｓｐ１が発生される。この信
号Ｓｐ１は波形整形回路４Ａでパルス振幅が３倍に増幅
されて加算器５に出力される。３倍に増幅された後の信
号をＳｐ１’で示す（図６，図７Ｇ）。

【００１２】入力端子１には更に遅延回路２Ａが接続さ
れ、スタートパルス信号Ｓｐが所定時間ｔ１だけ遅延さ
れる。遅延回路２Ａの出力段には単安定マルチバイブレ
ータ３Ｂが接続され、遅延後のスタートパルス信号Ｓｐ
に基づいて遅延時間ｔ１だけ遅れた時点からパルス幅φ
２の信号Ｓｐ２が発生される（図７Ｄ）。この信号Ｓｐ
２は波形整形回路４Ｂでパルス振幅が２倍に増幅されて
加算器５に出力される。２倍に増幅された後の信号をＳ
ｐ２’で示す（図６、図７Ｇ）。

【００１３】遅延回路２Ａの出力段には更に遅延回路２
Ｂが接続され、遅延回路２Ａで遅延されたスタートパル
ス信号Ｓｐが更に所定時間ｔ２だけ遅延される。遅延回
路２Ｂの出力段には単安定マルチバイブレータ３Ｃが接
続され、遅延回路２Ａ、２Ｂで遅延されたスタートパル
ス信号Ｓｐに基づいて更に出力タイミングが遅らされた
パルス幅φ３の信号Ｓｐ３が発生される（図７Ｆ）。こ
の例では、信号Ｓｐ３はパルス振幅が１倍のまま波形整
形回路４Ｃから加算器５へ出力される。

【００１４】この波形発生装置１０では、これらの３つ
の信号Ｓｐ１’、Ｓｐ２’Ｓｐ３が加算器５によって合
成され、図５Ｆに示すのと同じ波形であるこの合成信号
Ｓｐ0（図７Ｇ）によってアクチュエータが駆動される
構成になっている。

【００１５】この合成信号Ｓｐ0で電磁弁等のアクチュ
エータを駆動すると、上述した理由からも明かなよう
に、ほぼ振動を伴うことなく、電磁弁が閉じられるよう
になる。

【００１６】このように、遅延回路２Ａ，２Ｂ、単安定
マルチバイブレータ３Ａ〜３Ｃ及び波形整形回路４Ａ〜
４Ｃ等の簡便な回路の組み合わせによって、波形発生装
置１０を構成できるという利点がある。しかし、電磁弁
やモータ等のアクチュエータにより要求される入力波形
から完全にリンギングをなくすためには、この合成波形
Ｓｐ0の階段状部分を更に小刻みにした波形を発生させ
る必要がある。

【００１７】このため、波形発生装置１０ではスタート
パルス信号Ｓｐをもっと細かく遅延するために更に数多
くの遅延回路が必要になったり、回路定数（倍数；増幅
度）が異なった数多くの波形整形回路が必要となるなど
の他に、その制御も一段と難しくなる。

【００１８】そこで、電磁弁やモータ等のアクチュエー
タで要求される入力波形の立ち下がり部分を高い精度で
整形できるようにするためには、マイクロコンピュータ
と波形メモリを組み合わせた波形発生装置が有効であ
る。

【００１９】図８Ａはマイクロコンピータと波形メモリ
とを備えた従来の波形発生装置の構成例を示す図であ
る。この装置では予め電磁弁やモータ等のアクチュエー
タで要求される色々な種類の波形が波形データＤとして
準備され、これら波形データＤが外部から選択できるよ
うになっている。例えば、アクチュエータが電磁弁であ
る場合には、図８Ｂに示すように時刻の経過と共に弁を
開閉し、電圧目標値ｖ（１）、ｖ（２）、ｖ（３）・・
・に対応して弁の開度θ１，θ２、θ３・・・を制御す
るような波形が要求される場合がある。

【００２０】マイクロコンピュータ８Ａには、図８Ａに
示すように波形メモリ８Ｂが接続され、電磁弁の制御に
要求される入力波形の波形データＤが格納される。波形
データはシステムクロック（最小時間分解能；例えば、
クロック周波数が数十ＭＨｚ）刻みで生成される。この
例では弁を閉めるときに、振動が生じないように波形の
立ち上がり及び立ち下がり部分がそれぞれ傾斜してい
る。この波形立ち下がり部分（例えば、遷移区間ａ〜
ｂ）の波形データは、システムクロックに換算すると１
０クロック分位で補完される。この波形の遷移区間ａ〜
ｂは図７Ｇに示した合成波形Ｓｐ0の下り階段部分に対
応する。

【００２１】マイクロコンピュータ８Ａの出力段には高
分解能のデジタル・アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ変換器
という）９が接続され、波形メモリ８Ｂから読み出され
た波形データＤがデジタル・アナログ変換される。そし
て、この装置ではデジタル・アナログ変換後のアナログ
波形は電磁弁等に直接出力される構成となっている。

【００２２】次に、本装置の動作を説明する。まず、電
磁弁の制御に要求される信号波形が、マイクロコンピュ
ータ８Ａに指示されると、この電磁弁で適用される波形
データＤが波形メモリ８Ｂからマイクロコンピータ８Ａ
によって読み出される。この波形データはＤ／Ａ変換器
９に転送される。この波形データＤがＤ／Ａ変換器９で
アナログ信号に変換された後、要求されたアナログ波形
としてアクチュエータに出力される。

【００２３】波形メモリ８Ｂには多様な波形データＤが
蓄積されているので、それらの内の任意の波形データＤ
をリードすることで、任意のアナログ波形をアクチュエ
ータに供給できる。

【００２４】このように、マイクロコンピュータ８Ａ及
び波形メモリ８Ｂを備えた波形発生装置では外部からの
指示によって、色々な種類の波形の中から電磁弁の制御
やモータの制御に必要な波形を選択できて、高精度に所
望の信号波形を発生できるという特徴を有している。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８Ａ
に示したマイクロコンピュータ８Ａ及び波形メモリ８Ｂ
を備えた従来の波形発生装置では、次のような問題があ
る。

【００２６】（１）電磁弁やモータ等のアクチュエータ
で要求される多種多様の波形を用意するには、システム
クロック刻みで予め作成した膨大な量の波形データＤが
必要となる。例えば、図８Ｂにおいて電圧目標値ｖ
（２）から電磁弁を「閉」に至らしめる電圧目標値に波
形を立ち下げる期間（遷移区間ａ〜ｂ）を１μＳとした
場合に、その波形を発生させるためには、その遷移区間
ａ〜ｂだけでも、システムクロック単位で１０クロック
分位を補完するような波形データＤが必要となる。この
ため、膨大な量の波形データＤを格納するための大容量
の波形メモリ８Ｂが必要となる。

【００２７】（２）従来装置で、アクチュエータ等に要
求される複雑な入力波形を忠実に再現するためには、シ
ステムクロック刻みの波形データＤを高分解能のＤ／Ａ
変換器９により高速に発生させなければならない。上述
の例で言うならば、Ｄ／Ａ変換器９の動作速度として１
０ＭＨｚ程度のものが必要とされる。一般に高分解能の
Ｄ／Ａ変換器は高価であり、装置自体の低廉化の妨げと
なる。

【００２８】そこで、本発明は上述した問題点に鑑み創
作されたものであって、予め定義された任意の信号波形
を高い精度で、しかも、少ないデータで高速に発生でき
るようにすると共に、簡便な構成で実現できるようにし
た波形発生装置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め本発明の波形発生装置では、予め任意の信号波形の各
々の変化点毎に定義された電圧目標値及び時刻値とその
信号波形の立ち上がり及び立ち下がりの傾きを決める傾
斜値とに関する各々のデータを組みにして記憶するメモ
リと、任意の信号波形の時刻値に対応する電圧目標値及
び傾斜値の各々のデータを信号発生開始信号に基づいて
メモリから読み出し、各々のデータを電圧目標値に関す
るアナログ信号及び傾斜値に関するアナログ信号に変換
するデータ変換回路と、このデータ変換回路からの電圧
目標値及び傾斜値に関するアナログ信号に従ってアナロ
グ信号波形を発生する信号出力回路とを備え、各々の変
化点が電圧目標値であって傾斜値に対応して時刻経過と
共にその波形が立ち上がり又は立ち下がるような、予め
定義された任意のアナログ信号波形を順次発生するよう
にしたものである。

【００３０】本発明の波形発生装置では、任意の信号波
形の各々の変化点毎に電圧目標値、時刻値及び傾斜値と
を組にしたデータを予め定義して用意すればよく、従来
方式のようにシステムクロック（最小時間分解能）刻み
で生成された波形データのようなものを用意する必要が
ない。従って、システムクロック刻みの波形データを格
納するような大容量の波形メモリが不要となる。

【００３１】本発明の波形発生装置では予めメモリに蓄
積された電圧目標値、時刻値及び傾斜値の各々のデータ
をデータ変換回路に独自に読み出せるようなバッファ構
成となされているので、データ変換回路ではコンピュー
タ等によるデータ転送処理とは非同期に、時刻値に対応
した電圧目標値及び傾斜値の各々のデータをアナログ信
号に変換することができる。従って、データ転送速度に
制限されることなく、高速に波形を発生することができ
る。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施
の態様としての波形発生装置１００の構成を示す図であ
る。この実施の形態では電磁弁やモータ等のアクチュエ
ータで要求される信号波形の各々の変化点毎に定義され
た電圧目標値、時刻値及び傾斜値（スルーレート，時間
変化率）の３種類を組にしたデータをコンピュータ等か
ら一旦メモリに蓄積し、波形発生開始信号（以下スター
トパルス信号という）Ｓｐに基づいて、これらデータを
メモリからデータ変換回路へ非同期に読み出してアナロ
グ信号波形を発生させるようしたものである。

【００３３】本発明の波形発生装置１００のデータ入力
端子１１Ａには、図１に示すようにインタフェース回路
１１が接続され、予め電磁弁やモータ等のアクチュエー
タの駆動用に定義された信号波形の電圧目標値、時刻値
及び傾斜値の各々のデータＶ（ｉ）、Ｔ（ｉ），ＳＲ
（ｉ）が１組となって入力される。

【００３４】例えば、時間の経過と共に弁を開閉するア
ナログ型の電磁弁等で要求される信号波形を発生させる
場合には、図２Ｂに示すように、電磁弁を開けるための
時刻値データＴ（０）に対応して傾斜値データＳＲ
（０）及び電圧目標値データＶ（０）の３つが１組とな
って定義される。同様に、電磁弁を閉じるための時刻値
データＴ（１）に対応して傾斜値データＳＲ（１）及び
電圧目標値データＶ（１）の３つが１組となって定義さ
れている。従って、再び弁を開くためには時刻値データ
Ｔ（２）に対応して傾斜値データＳＲ（２）及び電圧目
標値データＶ（２）の３つが１組となって定義される。

【００３５】このように電磁弁の開閉に伴う時刻値デー
タＴ（ｉ）に対応して傾斜値データＳＲ（ｉ）及び電圧
目標値データＶ（ｉ）の３つが１組となって定義され、
時刻値データＴ（ｎ）に対応して傾斜値データＳＲ
（ｎ）及び電圧目標値データＶ（ｎ）の３つが１組とな
って定義される（図２Ｂ参照）。

【００３６】データＶ（ｉ）は予め定義された波形の各
々の変化点における電圧目標値である。アクチュエータ
が電磁弁の場合は電圧目標値Ｖ（０），Ｖ（２）、Ｖ
（４）・・・すなわち、ｉが偶数のとき、弁を開く開度
θ１、θ２、θ３・・・を決める電圧となる（図２Ｃ参
照）。電圧が大きいほど大きく弁が開くことを示す。従
って、電磁弁によって制御される流体物（インク等）の
流量がこの電圧目標値によって制御できる。

【００３７】データＴ（ｉ）はアクチュエータ等で要求
される波形の変化点における時刻値である。データＳＲ
（ｉ）はその信号波形の立ち上がり及び立ち下がりの傾
きを決める傾斜値（スルーレート、時間変化率）であ
る。特に信号波形の立ち下がりは電磁弁を閉じる状態を
左右するので、この部分にリンギングが生じないように
予め実験等により確かめた傾斜値により定義される。

【００３８】このように定義された電圧目標値、傾斜値
及び時刻値の各々のデータＶ（０），ＳＲ（０），Ｔ
（０）、Ｖ（１），ＳＲ（１），Ｔ（１）・・・、Ｖ
（ｉ），ＳＲ（ｉ），Ｔ（ｉ）・・・、Ｖ（ｎ），ＳＲ
（ｎ），Ｔ（ｎ）が、図３Ｂに示すライトイネーブル信
号ＷＥに基づいてコンピュータ等からデータ端子１１Ａ
にシリアルに転送されくる（図３Ａ参照）。

【００３９】インタフェース１１に接続されたクロック
端子１１Ｂには、これらデータＶ（ｉ）、Ｔ（ｉ），Ｓ
Ｒ（ｉ）の入力時に、クロック信号ＣＬＫが供給され、
ライトイネーブル端子１１Ｃには、ライトイネーブル信
号ＷＥが供給される。

【００４０】インタフェース１１の出力段には電圧目標
値メモリ部２１、傾斜値メモリ部２２及び時刻値メモリ
部２３によって構成されたメモリ１２が接続される。電
圧目標値データＶ（０），Ｖ（１），・・・Ｖ（ｉ），
・・・Ｖ（ｎ）は電圧目標値メモリ部２１に一旦蓄積さ
れる。傾斜値データＳＲ（０），ＳＲ（１），・・・Ｓ
Ｒ（ｉ），・・・ＳＲ（ｎ）は傾斜値メモリ部２２に一
旦蓄積される。時刻値データＴ（０），Ｔ（１）・・
・，Ｔ（ｉ）・・・，Ｔ（ｎ）は時刻値メモリ部２３に
一時蓄積される。電圧目標値メモリ部２１、傾斜値メモ
リ部２２及び時刻値メモリ部２３に対応するデータを分
けて格納すると、データＴ（ｉ）に対応するデータＶ
（ｉ）、ＳＲ（ｉ）が並列に読み出せるので高速化が図
れる。

【００４１】メモリ１２の出力段には、タイミング発生
回路３１、読み出し部３２、デジタル・アナログ変換器
（以下Ｄ／Ａ変換器という）３３及び３４によって構成
されたデータ変換回路１３が接続される。電磁弁等の駆
動時に外部からスタートパルス信号Ｓｐがタイミング発
生回路３１に入力されると、このスタートパルス信号Ｓ
ｐに基づいてデータ読み出し動作を開始する。つまり、
スタートパルス信号Ｓｐによってタイミング発生回路３
１内のカウンタ等が起動されると共に、カウンタの出力
値と時刻値データＴ（０）とが読み出し部３２で比較さ
れる。

【００４２】この比較結果でカウンタの出力値と時刻値
データＴ（０）とが一致すると、この時刻値データＴ
（０）に対応する電圧目標値データＶ（０）がメモリ部
２１からＤ／Ａ変換器３３に読み出される。これと共に
傾斜値データＳＲ（０）がメモリ部２２からＤ／Ａ変換
器３４に読み出される。データＶ（０）はＤ／Ａ変換器
３３によって、電圧目標値に関するアナログ信号Ｓｖに
変換され、データＳＲ（０）はＤ／Ａ変換器３４によっ
て、傾斜値に関するアナログ信号Ｓｒに変換される。

【００４３】カウンタはカウント動作を継続しているの
で、時刻値データＴ（１）にカウンタの出力値が一致す
ると、先の時刻値データＴ（０）が時刻値データＴ
（１）に更新される。更新された時刻値データＴ（１）
に対応する電圧目標値データＶ（１）がメモリ部２１か
らＤ／Ａ変換器３３に読み出される。これと共に傾斜値
データＳＲ（１）がメモリ部２２からＤ／Ａ変換器３４
に読み出される。データＶ（１）はＤ／Ａ変換器３３に
よって、電圧目標値に関するアナログ信号Ｓｖに変換さ
れ、データＳＲ（１）はＤ／Ａ変換器３４によって、傾
斜値に関するアナログ信号Ｓｒに変換される。

【００４４】このようにカウント出力値が時刻値データ
Ｔ（ｉ）に一致するタイミング毎に、この時刻値データ
Ｔ（ｉ）と組にされた電圧目標値データＶ（ｉ）及び傾
斜値データＳＲ（ｉ）がメモリ１２から順次読み出さ
れ、データＶ（ｉ）は電圧目標値に関するアナログ信号
Ｓｖに変換され、データＳＲ（ｉ）は傾斜値に関するア
ナログ信号Ｓｒに変換される。

【００４５】データ変換回路１３の出力段には信号出力
回路１４が接続され、これらのアナログ信号Ｓｖ、Ｓｒ
に従ってアナログ信号波形Ｖoutが発生される。このア
ナログ信号波形Ｖoutは各々の変化点が電圧目標値であ
って傾斜値に対応して時刻経過と共に立ち上がり又は立
ち下がるように順次発生される。

【００４６】したがって、図２Ａに示すように、時刻ｔ
＜０では信号出力回路１４が例えば電圧Ｖ（−１）を出
力しているものとすれば、スタートパルス信号Ｓｐがタ
イミング発生回路３１に入力されると、タイミング発生
回路３１ではカウンタ（図示せず）が起動されて、カウ
ント出力信号Ｓｃに基づいてデータ読み出し動作が開始
される。

【００４７】カウンタの出力値と時刻値データＴ（０）
とが一致すると、電磁弁等で要求される信号波形の時刻
値データＴ（０）に対応する電圧目標値データＶ（０）
がメモリ部２１からＤ／Ａ変換器３３に読み出される。

【００４８】これによって、電圧Ｖ（−１）の状態から
データＶ（０）に関するアナログ信号Ｓｖが設定され
る。同様に、傾斜値データＳＲ（０）に基づくアナログ
信号Ｓｒが設定されるので、これに従う時間変化率で波
形が立ち上がる。この波形はデータＶ（０）に基づくア
ナログ信号Ｓｖにより電圧目標値Ｖ（０）に近づき、こ
の値Ｖ（０）に到達すると、そのまま一定値を保つ。こ
れにより、ｔ＝０〜ｔ＝Ｔ１までのアナログ波形が得ら
れる。

【００４９】その後、読み出し速度の高速化のために事
前に時刻値データＴ（１）をレジスタ（図示せず）に読
み出す等の処理がなされ、カウンタの出力値と時刻値デ
ータＴ（１）とが読み出し部３２で比較される。この比
較結果で時刻値データＴ（１）に更新され、更新された
時刻値データＴ（１）に対応する電圧目標値データＶ
（１）がメモリ部２１からＤ／Ａ変換器３３に読み出さ
れる。

【００５０】信号出力回路１４では、時刻ｔがｔ＝Ｔ１
に更新されたので、電圧目標値に関し、データＶ（０）
からデータＶ（１）に基づくアナログ信号Ｓｖに設定し
直され、傾斜値に関しても、データＳＲ（０）からデー
タＳＲ（１）に基づくアナログ信号Ｓｒに設定し直され
る。

【００５１】これに従い傾斜値データＳＲ（１）に基づ
く時間変化率で波形が立ち下がる。この波形はデータＶ
（１）に基づくアナログ信号Ｓｖにより電圧目標値Ｖ
（１）に近づき、この値Ｖ（１）に到達すると、そのま
ま一定値が保たれる。これによって、ｔ＝Ｔ１〜ｔ＝Ｔ
２までのアナログ波形が得られる。このような動作が時
刻ｔ＝０〜Ｔｎまで繰り返されることによって、電磁弁
等で要求されるアナログ信号波形Ｖoutを順次発生でき
る。

【００５２】図４は信号出力回路１４の内部の構成を示
す図である。信号出力回路１４は図４に示すように差動
増幅回路４１及びミラー積分回路４２によって構成され
る。

【００５３】差動増幅回路４１ではトランジスタＱ１，
Ｑ２のエミッタに可変電流源Ｉ0が接続される。この可
変電流源Ｉ0は電源線ＶＣＣに接続され、可変電流源Ｉ0
に流れるＩSRは図１で示したＤ／Ａ変換器３４の出力に
よって制御される。すなわち、傾斜値に関するアナログ
信号ＳｒによってトランジスタＱ１，Ｑ２の共通エミッ
タ電流（差動増幅回路４１の動作電流）ＩSRが制御され
る。

【００５４】トランジスタＱ１のベースはＤ／Ａ変換器
３３の出力である電圧目標値に関するアナログ信号Ｓｖ
が供給される。この例では各々の変化点の時刻値で次々
と電圧目標値と傾斜値とを切り換えるように、データＶ
（ｉ），ＳＲ（ｉ），Ｔ（ｉ）が順次更新されると、電
圧目標値用のＤ／Ａ変換器３３からのアナログ信号Ｓｖ
によって差動増幅回路４１のトランジスタＱ２のベース
電位Ｖｂ、すなわち、アナログ出力波形Ｖoutの最終到
達値が設定される。

【００５５】このトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタに
はカレントミラー回路５１が接続され、これらのトラン
ジスタＱ１，Ｑの２コレクタ電流ｉｃ１，ｉｃ２がミラ
ー結合されて常に同等になるように制御される。

【００５６】トランジスタＱ１のコレクタには積分容量
Ｃとミラーアンプ５２を並列に接続したミラー積分回路
４２が接続される。ミラー積分回路４２の出力は出力端
子４３とトランジスタＱ２のベースとに接続されてい
る。この例では、傾斜値用のＤ／Ａ変換器３４のアナロ
グ信号Ｓｒによってミラー積分回路４２の入力値、つま
り、積分容量Ｃの充電・放電の時間変化率（スルーレー
ト）が設定される。

【００５７】次に、この信号出力回路１４の動作を説明
する。まず、スタートパルス信号Ｓｐが立ち上がると、
時刻ｔ＝０でデータＳＲ（０）によるアナログ信号Ｓｒ
によって可変電流源Ｉ0が共通エミッタ電流ＩSRを増加
し始める。

【００５８】このとき、トランジスタＱ１のベースはＤ
／Ａ変換器３３からの電圧目標値Ｖ（０）に関するアナ
ログ信号Ｓｖが設定された状態となる。この状態で共通
エミッタ電流ＩSRが徐々に増加されると、トランジスタ
Ｑ１はオフからオンするようになる。これにより、カレ
ントミラー回路５１ではトランジスタＱ２のコレクタ電
流ｉｃ２に等しくなるようにミラー電流（ｉｃ１−ｉ
１）を流すので、積分容量Ｃに充電電流ｉ１を供給する
ようになる。その結果、ミラーアンプ５２の出力がトラ
ンジスタＱ２のベース電位Ｖｂを立ち上げるようにな
り、トランジスタＱ２は徐々にオンしはじめる。

【００５９】その後、データＶ（０）によるアナログ信
号ＳｖとトランジスタＱ２のベース電位Ｖｂとが等しく
なると、トランジスタＱ１とＱ２とは共にオンしたま
ま、同等のコレクタ電流ｉｃ１，ｉｃ２を流すようにな
るので、データＶ（０）による電圧目標値を保持するよ
うになる。この動作によって、ｔ＝０〜ｔ＝Ｔ１までの
アナログ波形が得られる。

【００６０】また、時刻値データＴ（０）がＴ（１）に
更新されて、時刻ｔ＝Ｔ１になると、データＳＲ（１）
によるアナログ信号Ｓｒによって可変電流源Ｉ0が共通
エミッタ電流ＩSRを減少し始める。このとき、トランジ
スタＱ１のベースはＤ／Ａ変換器３３からの電圧目標値
Ｖ（１）に関するアナログ信号Ｓｖが設定された状態と
なる。この状態で、共通エミッタ電流ＩSRが徐々に減ら
されると、トランジスタＱ１はオンからオフするように
なる。

【００６１】これにより、カレントミラー回路５１では
トランジスタＱ２のコレクタ電流ｉｃ２に等しくなるよ
うに、ミラー電流（ｉｃ１＋ｉ）を流すようになるの
で、積分容量Ｃからの放電電流ｉを引き込むようにな
る。その結果、ミラーアンプ５２の出力がトランジスタ
Ｑ２のベース電位Ｖｂを立ち下げるようになり、トラン
ジスタＱ２は徐々にオフしはじめる。

【００６２】その後、データＶ（１）によるアナログ信
号ＳｖとトランジスタＱ２のベース電位Ｖｂとが等しく
なると、トランジスタＱ１とＱ２とは共にオフしたま
ま、ほとんど零に近い同等のコレクタ電流ｉｃ１，ｉｃ
２を流すので、データＶ（１）による電圧目標値を保持
するようになる。この動作によって、ｔ＝Ｔ１〜ｔ＝Ｔ
２までのアナログ波形が得られることになるから、この
ような動作を繰り返すことによって、図２Ｂのアナログ
波形が得られる。

【００６３】これにより、トランジスタＱ１，Ｑ２の共
通エミッタ電流ＩSRとミラー積分回路４２の積分容量Ｃ
で決まる所定の傾斜値（スルーレート）によって、電圧
目標値Ｖ（０），Ｖ（１），Ｖ（２）・・・に次々到達
するような信号波形をミラーアンプ５２から電磁弁等に
出力することができる。

【００６４】本発明の波形発生装置１００では電磁弁等
で要求される信号波形の各々の変化点毎の電圧目標値、
時刻値及び傾斜値の各々のデータＶ（ｉ）、ＳＲ
（ｉ）、Ｔ（ｉ）を組にした集合データを予め定義して
メモリなどに蓄積すればよく、従来方式のようにシステ
ムクロック（最小時間分解能）刻みで作成したような膨
大な量の波形データを用意する必要がない。

【００６５】もちろん、これらのデータＶ（ｉ）、ＳＲ
（ｉ）、Ｔ（ｉ）が格納できるメモリ部２１、２２、２
３の容量は少なくて済み、従来方式のような波形データ
を格納する大容量の波形メモリが不要となる。

【００６６】本発明の実施の形態ではコンピュータによ
るデータ転送処理とは非同期に、時刻値メモリ部２３の
データＴ（ｉ）を参照しながら、電圧目標値メモリ部２
１からＤ／Ａ変換器３３にデータＶ（ｉ）を読み出すと
共に、傾斜値メモリ部２２からＤ／Ａ変換器３４にデー
タＳＲ（ｉ）を読み出すバッファ構成としたので、従来
方式のようにデータ転送速度に制限されることなく、電
圧目標値及び傾斜値の各々のデータＶ（ｉ）、ＳＲ
（ｉ）をアナログ信号Ｓｖ，Ｓｒに非同期に変換するこ
とができる。これにより、アナログ信号Ｓｖ，Ｓｒに基
づいて、電磁弁等で要求される信号波形を高速に発生す
ることができる。

【００６７】本実施の形態では電圧目標値、傾斜値、時
刻値の各々のデータＶ（ｉ）、ＳＲ（ｉ）、Ｔ（ｉ）が
シリアルにインタフェース１１へ転送される場合につい
て説明したが、これらのデータＶ（ｉ）、ＳＲ（ｉ）、
Ｔ（ｉ）がパラレルに転送されてくるものであってもよ
い。データ転送時間を短縮させるためである。

【００６８】上述のＤ／Ａ変換器３３、３４には従来方
式のＤ／Ａ変換器９に比べて性能の低いものを使用でき
る。図７Ｂで説明したような従来方式では、立ち上がり
期間ａ〜ｂの波形データＤをアナログ波形に変換するた
めには、動作速度として１０ＭＨｚ程度のＤ／Ａ変換器
が必要になっていた。

【００６９】しかし、本実施の形態では信号波形の変化
点毎に１回の割合でデータＶ（ｉ）をメモリ部２１から
Ｄ／Ａ変換器３３へ読み出せばよい。上述の例で言うと
Ｄ／Ａ変換器３３としては、１μＳまでにアナログ信号
Ｓｖの値が決定できるような性能のＤ／Ａ変換器を使用
できる。

【００７０】また、傾斜値用のＤ／Ａ変換器３４として
はＤ／Ａ変換器３３よりも高速に動作するものが必要と
なるが、従来方式のような高分解能のＤ／Ａ変換器は必
要としない。アナログ信号Ｓｒに基づいて信号出力回路
１４を駆動できればよく、本実施の形態ではＤ／Ａ変換
器３４として中速分解能のＤ／Ａ変換器を使用できる。

【００７１】電磁弁等で要求されるアナログ波形をＤ／
Ａ変換器３４によって直接発生させるわけではないから
である。

【００７２】本実施の形態では１種類の信号波形を発生
する場合について説明したが、Ｍ種類の信号波形を発生
する場合には、ｎ組の電圧目標値データＶ（ｉ）、傾斜
値データＳＲ（ｉ）、時刻値データＴ（ｉ）で定義され
た信号波形をさらにＭ個を用意し、このＭ種のデータか
ら所望のデータを選択するようにする。このようにデー
タを選択することで、高速に波形切り換えを行いながら
電磁弁等で要求される複雑な信号波形を発生することが
できる。

【００７３】本実施の形態ではアクチュエータの例とし
て電磁弁の場合について説明したが、ピエゾ素子のよう
な圧電素子の場合であっても同様な効果が得られる。

【００７４】本実施の形態では電圧目標値の大きさによ
って電磁弁の開度制御を行う場合に付いて説明したが、
電圧目標値がオン・オフの２つであって、単なる弁の開
閉制御を行う場合であっても同様な効果が得られる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の波形発生装
置では、予め任意の信号波形の各々の変化点毎に定義さ
れた電圧目標値及び時刻値とその信号波形の立ち上がり
及び立ち下がりの傾きを決める傾斜値とに関する各々の
データが組みにされて一旦メモリに蓄積され、このメモ
リから時刻値に対応した電圧目標値及び傾斜値の各々の
データが読み出され、これらデータがアナログ信号に変
換された後、この電圧目標値及び傾斜値に関するアナロ
グ信号に基づいて、各々の変化点が電圧目標値であって
傾斜値に対応して時刻経過と共にその波形が立ち上がり
又は立ち下がるような、予め定義された任意のアナログ
信号波形を順次発生させるようにしたものである。

【００７６】このような構成によって、本発明の波形発
生装置では任意の信号波形の各々の変化点毎に電圧目標
値、時刻値及び傾斜値を組にしたデータを予め定義し用
意すればよく、従来方式のようにシステムクロック刻み
で生成された波形データのようなものを用意する必要が
ない。従って、システムクロック刻みの波形データを格
納するような大容量の波形メモリが不要となる。

【００７７】このような任意の信号波形を高い精度で、
しかも、高速に発生できて簡便な構成で実現できる波形
発生装置は電磁力や圧電効果を利用したアクチュエータ
等に適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態としての波形発生装置の構
成を示す図である。

【図２】電磁弁等で必要とされる信号波形のデータＶ
（ｉ）、ＳＲ（ｉ）、Ｔ（ｉ）の組み合わせ例を示す図
である。

【図３】任意の信号波形のデータＶ（ｉ）、ＳＲ
（ｉ）、Ｔ（ｉ）の入力例を示す図である。

【図４】信号出力回路の内部構成例を示す図である。

【図５】二次系回路とその振動を除くための入力波形例
を示す図である。

【図６】従来の波形発生装置の構成例を示す図である。

【図７】波形発生装置１で波形Ｓinを発生させる例であ
る。

【図８】マイクロコンピュータ及び波形メモリを用いた
波形発生装置の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・入力端子、２Ａ，２Ｂ・・・遅延回路、３Ａ〜
３Ｃ・・・単安定マルチバイブレータ、４Ａ〜４Ｃ・・
・波形整形回路、５・・・加算器、６・・・出力端子、
７・・・二次系回路、８Ａ・・・マイクロコンピュー
タ、８Ｂ・・・波形メモリ、９，３３，３４・・・Ｄ／
Ａ変換器、１０，１００・・・波形発生装置、１１・・
・インタフェース、１１Ａ・・・データ入力端子、１１
Ｂ・・・クロック端子、１１Ｃ・・・ライトイネーブル
端子、１２・・・メモリ、１３・・・データ変換回路、
１４・・・信号出力回路、２１・・・電圧目標値メモリ
部、２２・・・傾斜値メモリ部、２３・・・時刻値メモ
リ部、３１・・・タイミング発生回路、３２・・・デー
タ読み出し部、４１・・・差動増幅回路、４２・・・ミ
ラー積分回路、４３・・・出力端子、５１・・・カレン
トミラー回路、５２・・・ミラーアンプ、Ｃ・・・積分
容量、Ｉo・・・可変電流源、Ｑ１，Ｑ２・・・トラン
ジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め任意の信号波形の各々の変化点毎に
定義された電圧目標値及び時刻値と前記信号波形の立ち
上がり及び立ち下がりの傾きを決める傾斜値とに関する
各々のデータを組みにして記憶するメモリと、前記任意の信号波形の時刻値に対応する電圧目標値及び
傾斜値の各々のデータを信号発生開始信号に基づいて前
記メモリから読み出し、前記各々のデータを前記電圧目
標値に関するアナログ信号及び前記傾斜値に関するアナ
ログ信号に変換するデータ変換回路と、前記データ変換回路からの電圧目標値及び傾斜値に関す
るアナログ信号に従ってアナログ信号波形を発生する信
号出力回路とを備え、前記各々の変化点が電圧目標値であって傾斜値に対応し
て時刻経過と共にその波形が立ち上がり又は立ち下がる
ような、予め定義された任意のアナログ信号波形を順次
発生させるようにしたことを特徴とする波形発生装置。
【請求項２】前記信号出力回路は、一方の入力に前記データ変換回路からの電圧目標値に関
するアナログ信号が設定されると共に、前記データ変換
回路からの傾斜値に関するアナログ信号によって動作電
流が調整される差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力を積分した信号を該差動増幅回
路の他方の入力に帰還する積分回路とを有し、前記電圧目標値に関するアナログ信号と前記積分回路の
出力信号とが等しくなったとき、前記積分回路の出力信
号を一定に保つようにしたことを特徴とする請求項１に
記載する波形発生装置。