噪声去除电路、噪声去除方法以及马达控制装置与流程

本发明涉及电信号的噪声去除技术，特别涉及适合于去除混入到模拟信号的尖刺状的噪声的噪声去除电路以及噪声去除方法。

背景技术：

以往，对于脉冲信号、通信信号、语音信号、控制信号等各种模拟信号，为了去除混入到它们中的尖刺状的尖形波形的噪声(以下称为尖刺噪声)，使用低通滤波器等噪声滤波器。例如，在专利文献1的有刷dc马达中，在进行所谓无传感器定位时，使用低通滤波器来去除电流脉动信号的噪声。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-211636号公报

技术实现要素：

然而，在去除尖刺噪声时，如果使用例如具有电容器那样具有时间常数的元件的滤波器，则存在原信号波形由于该时间常数而钝化，从而波形发生变化的问题。另外，即使在使用齐纳二极管、压敏电阻等无源的噪声去除元件的情况下，由于它们具有的电容分量、非线性的特性，有时波形也发生变化。一旦由于滤波器而波形与原来的信号相比发生变化，虽然能够去除尖刺噪声，但可能导致传感中使用的波形的质量劣化，传感精度降低。

本发明提供一种噪声去除电路，从电信号中去除尖刺状的波形的噪声，其特征在于，具有：信号放大部，输入所述电信号，对所述电信号进行放大；以及放大控制部，根据所述电信号的电压，对所述信号放大部中的所述电信号的放大率进行控制，所述放大控制部以所述电信号的电压越大使所述信号放大部的放大率越小的方式进行限制。

在本发明中，在电信号的电压大时，通过放大控制部来限制信号放大部的放大率，所以在电信号中包含尖刺噪声的情况下，放大率被抑制，尖刺噪声部分的放大量变小。其结果，在从信号放大部输出的信号中，尖刺噪声被抑制得较小，形成不使原来的波形劣化而去除了尖刺噪声的状态的信号。

在所述噪声去除电路中，也可以在所述信号放大部中设置有对所述电信号进行放大并输出的差动放大电路，在所述放大控制部中设置有：信号变换部，将根据所述电信号形成的控制信号变换为电流信号；以及电流镜电路，根据来自该信号变换部的所述电流信号，使所述差动放大电路的控制电流变化，控制所述信号放大部的放大率，由所述放大控制部利用所述电流镜电路控制所述控制电流，限制所述信号放大部的放大率，以避免所述差动放大电路的输出超过预定值。

另外，在该噪声去除电路的前级也可以配置有：控制电压发生电路，从所述电信号中抽出其脉动分量的中心值，作为电信号的变化分量而输出；以及信号反转电路，使所述控制电压发生电路的输出信号的波形上下反转并输出，从所述信号反转电路输出所述控制信号，输入到所述信号变换部。

进而，也可以在预测出所述电信号的电压成为预定值以上的情况下，由所述放大控制部降低所述信号放大部的放大率。

本发明提供一种噪声去除方法，从电信号中去除尖刺状的波形的噪声，其特征在于，使用：差动放大电路，对所述电信号进行放大并输出；信号变换部，将根据所述电信号形成的控制信号变换为电流信号；以及电流镜电路，根据来自该信号变换部的所述电流信号，使所述差动放大电路的控制电流变化，控制所述信号放大部的放大率，利用所述电流镜电路，以所述电信号的电压越大使所述信号放大部的放大率越减小的方式控制所述差动放大电路的控制电流，限制所述差动放大电路的放大率，以避免所述差动放大电路的输出超过预定值，从而去除噪声。

在本发明中，在电信号的电压大时，利用电流镜电路使差动放大电路的控制电流变化来限制差动放大电路的放大率，所以，在电信号中包含有尖刺噪声的情况下，放大率被抑制，尖刺噪声部分的放大量变小。其结果，在从差动放大电路输出的信号中，尖刺噪声被抑制得较小，形成不使原来的波形劣化而去除了尖刺噪声的状态的信号。

另外，本发明提供一种马达控制装置，该马达控制装置具有：电流检测部，探测直流马达的电枢电流，将电枢电流的变化输出为电压变化信号；以及噪声去除电路，配置于该电流检测部的后级，去除包含于所述电枢电流的尖刺状的波形的噪声，马达控制装置的特征在于，所述噪声去除电路具有：信号放大部，对所述电压变化信号进行放大；以及放大控制部，输入根据所述电压变化信号形成的控制信号，根据所述电压变化信号的电压，对所述信号放大部中的所述电压变化信号的放大率进行控制，所述放大控制部以所述电压变化信号的电压越大使所述信号放大部的放大率越小的方式进行限制。

在本发明中，在噪声去除电路中，在电压变化信号的电压大时，通过放大控制部来限制信号放大部的放大率，所以在电压变化信号中包含尖刺噪声的情况下，放大率被抑制，尖刺噪声部分的放大量变小。其结果，在从信号放大部输出的信号中，尖刺噪声被抑制得较小，形成不使原来的波形劣化而去除了尖刺噪声的状态的信号。

在所述马达控制装置中，在所述信号放大部中设置有差动放大电路，该差动放大电路对所述电压变化信号进行放大并输出，在所述放大控制部中设置有：信号变换部，将所述控制信号变换为电流信号；以及电流镜电路，根据来自该信号变换部的所述电流信号，使所述差动放大电路的控制电流变化，控制所述信号放大部的放大率。

根据本发明的噪声去除电路，由于设置有对电信号的电压进行放大的信号放大部以及根据电信号的电压来控制信号放大部的放大率的放大控制部，并限制为电信号的电压越大，使信号放大部的放大率越小，所以在电信号中包含尖刺噪声的情况下，放大率被抑制，能够减小尖刺噪声部分的放大量。因此，在从信号放大部输出的信号中，尖刺噪声被抑制得较小，不使原来的波形劣化而能够去除尖刺噪声。

根据本发明的噪声去除方法，由于使用：差动放大电路，对电信号的电压进行放大；信号变换部，将根据电信号形成的控制信号变换为电流信号；以及电流镜电路，根据来自信号变换部的电流信号使差动放大电路的控制电流变化，控制信号放大部的放大率，并通过电流镜电路，以电信号的电压越大使信号放大部的放大率越小的方式使差动放大电路的控制电流变化，从而限制差动放大电路的放大率，所以在电信号中包含尖刺噪声的情况下，放大率被抑制，能够减小尖刺噪声部分的放大量。因此，在从差动放大电路输出的信号中，尖刺噪声被抑制得较小，不使原来的波形劣化而能够去除尖刺噪声。

根据本发明的马达控制装置，具有：电流检测部，探测直流马达的电枢电流，将电枢电流变化输出为电压变化信号；以及噪声去除电路，配置于电流检测部的后级，去除包含于电枢电流的尖刺状的波形的噪声，其中，在噪声去除电路中，设置有：信号放大部，对电压变化信号进行放大；以及放大控制部，根据电压变化信号的电压而控制信号放大部的放大率，以电压变化信号的电压越大使信号放大部的放大率越小的方式对信号放大部的放大率进行限制，所以在电压变化信号中包含尖刺噪声的情况下，放大率被抑制，能够减小尖刺噪声部分的放大量。因此，在从信号放大部输出的信号中，尖刺噪声被抑制得较小，不使原来的波形劣化而能够去除尖刺噪声，能够提高马达的控制精度。

附图说明

图1是示出作为本发明的一个实施方式的噪声去除电路的结构的框图。

图2是来自电流检测部的输出信号的一个例子。

图3是示出控制电压发生电路中的处理的说明图。

图4是示出cv反转电路中的处理的说明图。

图5是示出噪声去除电路的作用的说明图。

图6是示出噪声去除电路的内部结构的说明图。

图7是示出噪声去除电路中的实际的噪声去除处理效果的说明图。

(符号说明)

1：噪声去除电路；2：电源；3：有刷dc马达；4：电源线；5：分流电阻；6：电流检测部；7：控制电压发生电路；8：cv反转电路；11：差动放大电路部；12：放大控制部；13：v/i变换部；14：电流镜电路部；15：放大输出电路部；21：低通滤波器；cv0：源控制电压；cvin增益控制信号ic：拖尾电流；s1：电压变化信号；vcv：增益控制信号电压；vout：波形调整信号。

具体实施方式

以下，根据附图，详细说明本发明的实施方式。以下的实施方式的目的在于提供一种噪声去除电路以及噪声去除方法，其尽可能不破坏原来的波形的形状而能够去除包含于电信号的尖刺噪声。

图1是示出作为本发明的一个实施方式的噪声去除电路1的结构的框图，本发明的噪声去除方法也利用该电路来实施。噪声去除电路1例如用于车辆的电动车窗用马达的动作控制装置，在维持原来的波形的同时去除马达电流(电枢电流)中包含的尖刺噪声。由此，能够从马达电流中将电流脉动高精度地数字信号化而抽出，无需使用霍尔ic等旋转检测部件，就能够检测dc马达的转速、旋转方向等。

噪声去除电路1配置于从电源2对有刷dc马达3(以下简记为“马达3”)供给电力的电源线4上。在电源线4上设置有分流电阻5，噪声去除电路1连接于分流电阻5的前后侧(电源2侧和马达3侧)。在噪声去除电路1的后级例如连接有未图示的脉动检测装置，该脉动检测装置从去除尖刺噪声后的电流脉动信号中仅抽出脉动分量，并以矩形波的形式输出。马达3的驱动控制装置具备噪声去除电路1、上述脉动检测装置等，根据从脉动检测装置输出的矩形波，计算马达3的转速、旋转方向等，并控制马达3的动作。

如图1所示，在噪声去除电路1的前级，在噪声去除电路1与分流电阻5之间，设置有电流检测部(信号检测部)6、控制电压(cv：controlvoltage)发生电路7以及cv反转电路(信号反转电路)8。从电流检测部6对噪声去除电路1输入电压变化信号s1。另外，从cv反转电路8对噪声去除电路1输入增益控制信号cvin。噪声去除电路1从电压变化信号s1去除尖刺噪声，之后，使用增益控制信号cvin对其进行放大，作为波形调整信号vout输出。此外，也可以将噪声去除电路1和其前级的控制电压发生电路7以及cv反转电路(信号反转电路)8考虑为噪声去除电路，或者，可以将包括噪声去除电路1和其前级的控制电压发生电路7、cv反转电路(信号反转电路)8和电流检测部6的结构考虑为噪声去除电路。

电流检测部6检测分流电阻5的前后的电压差(电压降)，探测马达驱动电流的电压。另外，电流检测部6将马达驱动电流的电压变化输出为电压变化信号(电信号)s1。图2是来自电流检测部6的输出信号的一个例子。在电流检测部6中，将基于电源电压的偏置电压voff1作为基准，对分流电阻5的前后的电压差进行差动放大而输出。如图2所示，成为电压变化信号s1中包含有尖刺噪声等噪声分量和电流脉动分量的状态。从电流检测部6输出包含两个分量的状态的电压信号，送到噪声去除电路1和控制电压发生电路7。

图3是示出控制电压发生电路7中的处理的说明图，图4是示出cv反转电路8中的处理的说明图。控制电压发生电路7通过使用低通滤波器21，从由电流检测部6输入的电压变化信号s1(图2)抽出电流脉动分量的中心值，将抽出的电流脉动分量的中心值作为马达驱动电流的变化分量(图3的fv(t))，并输出为源控制电压cv0。源控制电压cv0被输入到cv反转电路8，如图4所示，信号上下反转，输出增益控制信号cvin。使源控制电压cv0上下反转的增益控制信号cvin(电压vcv的)之后被输入到噪声去除电路1。

在此，如图5所示，在将电压变化信号s1直接放大而形成矩形波信号时，尖刺噪声也同样地被放大，形成如图5的(a)所示的信号。此时，如上所述，在使用具有时间常数的滤波器等时，尖刺噪声被去除但信号波形钝化，无法准确地掌握信号持续时间。因此，在噪声去除电路1中，使用使源控制电压cv0反转得到的增益控制信号cvin，控制配置在噪声去除电路1内的可变增益放大电路，在维持原来的波形的同时去除尖刺噪声。

图6是示出噪声去除电路1的内部结构的说明图。如图1、6所示，噪声去除电路1包括：差动放大电路部(信号放大部)11，其被输入电压变化信号s1；以及放大控制部12，其控制差动放大电路部11中的放大率(增益)。差动放大电路部11是利用放大控制部12控制在差动放大电路中流过的拖尾电流(控制电流)，从而能够调整其放大率的可变增益放大电路。放大控制部12设置有：v/i变换部(信号变换部)13，其被输入控制电压cvin；以及电流镜电路部14。放大控制部12通过控制向电流镜电路部14输入的输入电流，而调整差动放大电路部11的增益(gain)。另外，在噪声去除电路1中，在差动放大电路部11的后级设置有放大输出电路部15，该放大输出电路部15对去除尖刺噪声后的信号进行放大，作为波形调整信号vout输出。

输入到噪声去除电路1的增益控制信号cvin由v/i变换部13变换为电流信号，输入到电流镜电路部14。增益控制信号cvin(vcv)是使源控制电压cv0上下反转后的形状。即，在源控制电压cv0大的情况下，增益控制信号cvin变小，在源控制电压cv0小的情况下，增益控制信号cvin变大。因此，源控制电压cv0越大，输入到电流镜电路部14的电流值也越小，源控制电压cv0越小输入到电流镜电路部14的电流值也越大。因此，差动放大电路部11的拖尾电流ic(参照图6)也同样地增减，在源控制电压cv0大时，差动放大电路部11中的增益被抑制，在源控制电压cv0小时，差动放大电路部11中的增益增加。

在噪声去除电路1中，在希望从图5的(a)的信号去除超过预定值的噪声的情况下，作为其阈值的电平(图5的δvlimit：预定值)、和用于对其进行控制的拖尾电流ic(iclimit，参照图6)的关系近似如下。

δvlimit＝(iclimit/2)×rc·····(1)

(rc：差动放大电路部11的电源(vcc)侧电阻，参照图6)

此外，关于δvlimit，优选将与δv+/-的关系调整为δvlimit>δv+/-，以使得不影响原来的信号。

另一方面，拖尾电流ic与利用v/i变换部13对增益控制信号cvin(vcv)变换而得到的电流信号同值(电流镜电路部14的作用)，表示为如下所示。

iclimit＝vcv/rf…………(2)

(rf：v/i变换部13的电流镜电路部前级的电阻，参照图6)

根据上述(1)(2)式，δvlimit能够如下表示。

δvlimit＝vcv×rc/(2rf)

因此，δvlimit根据vcv而变化，在vcv小的情况下(包含尖刺噪声、电压变化信号s1的电压大、源控制电压cv0变大的情况下)，δvlimit变小，增益被抑制。即，在噪声去除电路1中，利用iclimit限制了差动放大电路部11的放大率，以避免差动放大电路部11的输出变得比δvlimit还大。另外，此时的δvlimit被控制为：源控制电压cv0越大则δvlimit越小。其结果，电压变化信号s1中的仅尖刺噪声部分的增益减小，形成的矩形波信号也成为如图5(b)的形状，在维持原来的波形形状的同时去除了尖刺噪声。

如图3所示，关于电压变化信号s1，在噪声变大时，抽出了电流脉动分量的中心值的源控制电压cv0(图3的fv(t))也变大。另外，尖刺噪声有在电流值大时易于出现的倾向。因此，在将这样的电压变化信号s1输入到噪声去除电路1时，在源控制电压cv0越大的情况下，即在包含越多的尖刺噪声且噪声越大的情况下，增益越被抑制。另一方面，在源控制电压cv0小时，即在噪声少时，增益增大。因此，在从噪声去除电路1输出的信号中，尖刺噪声被抑制得较小，将去除尖刺噪声后的形状的信号输出为波形调整信号vout。

这样，在本发明所涉及的噪声去除电路1中，主动地使用通常多用于恒定电流的电流镜电路，限制在差动放大电路部11中流过的拖尾电流ic的电流量，控制差动放大电路部11的增益。此时，对电流镜电路部14输入从作为控制对象的电压变化信号s1抽出的源控制电压cv0的反转信号，作为增益控制信号cvin。由此，拖尾电流ic根据电压变化信号s1而变化，差动放大电路部11的增益得到控制。而且，在电压变化信号s1中包含有尖刺噪声的情况下，减小拖尾电流ic而限制放大率。

其结果，在包含有尖刺噪声的情况下，此时的增益被抑制，尖刺噪声部分的放大量变小。另一方面，关于无尖刺噪声的部分，保持放大量，其结果，形成如图5的(b)所示的去除尖刺噪声的信号。图7是示出使用噪声去除电路1时的实际的噪声去除处理效果的说明图。从图7的(b)可知，通过噪声去除电路1，未破坏图7的(a)的波形而去除了包含于其中的尖刺噪声。因此，通过使用本发明的噪声去除电路1，能够尽可能地不破坏原来的波形的形状，而去除包含于作为电信号的电压变化信号s1的尖刺噪声，能够防止波形的劣化。其结果，能够从马达电流中将电流脉动高精度地数字信号化而抽出，能够提高马达的控制精度。

本发明不限定于所述实施方式，当然能够在不脱离其要旨的范围内进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，作为增益控制信号cvin，使用了源控制电压cv0的反转信号，但还能够使用源控制电压cv0自身。在该情况下，以源控制电压cv0大时使差动放大电路部11的增益变小的方式，例如，实施使v/i变换部13的输出反转、或者使差动放大电路部11针对拖尾电流ic的动作反过来等的措施。

另外，在上述实施方式中，根据增益控制信号cvin的变化而使拖尾电流ic变化，但也可以根据增益控制信号cvin的变化而预测其增减并控制拖尾电流ic。即，也可以在预测出包含尖刺噪声的可能性的情况下，主动地控制拖尾电流ic，从而去除尖刺噪声。例如，也可以在增益控制信号cvin为预定值以上的情况下、在增益控制信号cvin在微小时间中的变化量超过阈值的情况下(cvin的微分系数为预定值以上的情况下等)，判断为混进来尖刺噪声的可能性高，通过在放大控制部12中另外设置的预测控制部，来降低拖尾电流ic。

【产业上的可利用性】

本发明的噪声去除电路以及噪声去除方法不仅能够应用于马达的动作控制，而且还能够广泛应用于电信号中的尖刺噪声去除。例如，本发明不仅能够应用于如上述实施方式那样的电动车窗用马达的动作控制，而且还能够应用于雨刷器和电动座椅等其他车载电动装置、使用有刷马达的家用电器产品等。