パルス変調

パルス変調とは

パルス変調は、矩形波であるパルスを基本とした変調方式の総称です。パルス変調では、パルスの様々な特性（幅、振幅、周波数、密度、位置など）を変化させることで、情報を伝送したり、電気信号を制御したりします。以下に代表的なパルス変調方式について説明します。

パルス幅変調（PWM）

パルス幅変調（PWM：Pulse Width Modulation）は、パルスの幅（パルス幅）を変化させることで波形を表現・生成する方式です。パルスの高さ（電圧）は一定であるのが一般的ですが、マルチレベルインバータなどでは高さの異なるパルスを利用することもあります。

PWMでは、パルスの正負反転周期によって擬似的な正弦波の周期が決定され、パルスの幅や間隔（デューティ比）によって擬似正弦波の振幅（電圧）が決定されます。パルス電流の向きを正方向に固定するとチョッパ制御となり、DC-DCコンバータとしても利用できます。

パルスはデジタル制御回路によって柔軟に生成できるため、振幅や周期を様々な値にすることが可能です。この特性を活かし、インバータによる電動機の速度制御方式として広く用いられています。

パルス振幅変調（PAM）

パルス振幅変調（PAM：Pulse Amplitude Modulation）は、一定間隔で発生するパルスの振幅（電圧）を変化させることで波形を表現・生成する方式です。PAMは、アナログ時分割多重伝送に利用されることがあります。

パルス振幅変調インバータでは、整流部の出力電圧を可変にすることでパルス電圧の振幅を変化させます。さらにパルス幅変調（PWM）を組み合わせることで、擬似的な正弦波を生成できます。

また、デジタルデータをベースバンド伝送する際、2値よりも多い振幅（電圧レベル）を扱うことで、一度のパルスで2ビット以上のデータを伝送できるため、高速なイーサネット規格である1000BASE-Tや1000BASE-TXなどで使用されています。

振幅変化を併用することで、電圧の可変幅を大きくできるという利点もあります。

パルス周波数変調（PFM）

パルス周波数変調（PFM：Pulse Frequency Modulation）は、パルスの周波数を変化させることでアナログ信号を変調する方式です。一定時間間隔のオン時間と可変時間間隔のオフ時間、またはその逆のパターンでパルスを生成します。PWMがパルスの周期（周波数）が一定であるのに対し、PFMは周波数が変化するのが特徴です。

PFMは、PWMと共にスイッチングレギュレータの制御信号として用いられます。

また、FM復調の一種であるパルスカウント方式では、FM信号を復調する過程で生成される信号がPFMとなります。具体的には、FM信号の立ち上がりまたは立ち下がりで単安定マルチバイブレータをトリガすると、PFM信号が得られます。

パルス密度変調（PDM）

パルス密度変調（PDM：Pulse Density Modulation）は、一定幅のパルスの密度を変化させることで波形を表現・生成する方式です。PDMは、デジタル-アナログ変換回路に用いられており、Super Audio CDに採用されているDirect Stream DigitalのΔΣ変調で利用されています。

パルス位置変調（PPM）

パルス位置変調（PPM：Pulse Position Modulation）またはパルス位相変調は、一定幅のパルスの位置を変化させることで波形振幅を表現・生成する方式です。PPMは、サイリスタ位相制御の制御用パルスとして利用されています。

パルス符号変調（PCM）

パルス符号変調（PCM：Pulse Code Modulation）は、一定周期で標本化された信号を量子化し、二進符号化する方式です。PCMは、デジタル伝送に広く用いられています。

まとめ

パルス変調は、パルスの様々な特性を変化させることで、情報を効率的に伝送したり、電気信号を精密に制御したりするための重要な技術です。PWM、PAM、PFM、PDM、PPM、PCMなど、それぞれ異なる特徴を持つ変調方式が、様々な分野で活用されています。

出典

• - エイム電子テクニカルサポート

関連項目

• - 変調方式
• - デジタル変調
• - パルス - パルス波

もう一度検索