アナログシンセの VCO ブロック (14) -- リニア VCO 回路(9)

リセット方式についての話は、いったん終わりにします。　後で再び触れる機会はあると思います。
ここからは「リワインド方式」について解説します。　
「リワインド方式」とは、「リセット方式」との対比として、私が勝手に名付けたもので、「ノン・ストップ式」と表現される方もいます。
もっと詳しく言うと、「一定量の電荷注入によるリワインド方式」となります。
容量 $C$ のタイミング・コンデンサを、入力電流 $I$ で充電すると、コンデンサ電圧は傾き $m = I / C$ で上昇して行きます。
電源電圧には限りがありますから無限に大きくなることはできませんし、周期波形を得るために上昇していたコンデンサ電圧を引き戻してやる必要があります。
リセット方式では、コンデンサを放電させて強制的に元に戻していますが、リワインド方式では、一定量の電荷を注入することで、電圧を引き戻しています。
コンデンサに電荷 $-Q_{\small\rm R}$ を注入したとき $-Q_{\small\rm R} = C \cdot V_{\small\rm R}$ の関係から、 $V_{\small\rm R} = -Q_{\small\rm R} / C$ だけコンデンサ電圧が変化します。

コンデンサ容量 $C$ は一定ですから、正確に一定量の電荷 $-Q_{\small\rm R}$ を注入できれば、正確に電圧 $V_{\small\rm R}$ だけ引き戻すことができます。
もし、インパルス状に瞬間的に電荷を注入できれば、左図の理想波形のように瞬間に立ち下がる波形になります。
しかし、それは無理ですから、一定電流 $-I_{\small\rm R}$ を一定時間 $T$ 流せば、コンデンサに蓄積されるトータルの電荷量は $Q_{\small\rm R} = -I_{\small\rm R} \cdot T$ になります。
このリワインド電流 $-I_{\small\rm R}$ を流している間も入力電流 $I$ の積分は停止しませんから*1リワインド時間 $T$ が明けた時点以降のコンデンサ電圧は、理想波形と一致します。
原理的に、リワインド時間による誤差は一切発生しません。
もう少し具体的にするために、時間 $t = 0$ で理想波形はゼロから始まり、 $V_{\small\rm R}$ に達するとリワインドされるものとします。
そうすると、 $t=0$ から $t=T$ が実際のリワインド期間で、リワインド電流は $-I_{\small\rm R}$ ですが、この期間も入力電流は流れ続けるので、正味の充電電流は $I-I_{\small\rm R}$ となります。
$t=0$ でリワインド動作に入る直前のコンデンサ電圧は $V_{\small\rm R}$ ですから、時間 $t$ でのコンデンサ電圧 $V$ は、
$\quad\quad V = V_{\small\rm R} + (I-I_{\small\rm R}) \cdot t$
となります。
リワインド期間が明ける $t=T$ でのコンデンサ電圧を求めると
$V = V_{\small\rm R} + (I-I_{\small\rm R}) \cdot T = V_{\small\rm R} + I \cdot T - I_{\small\rm R} \cdot T= V_{\small\rm R} + I \cdot T - V_{\small\rm R} = I \cdot T$
となり、理想波形での電圧と一致します。　それ以降は入力電流だけですから、ずっと理想波形と一致し続けます。
この波形は、リセット方式で高域補償をかけた波形と本質的に同じです。　したがって、振幅 (p-p 値) は一定ではなく、周波数が高くなると小さくなります。
電圧の基準となるのはリワインドを開始するトリップ・ポイントひとつだけで、リワインド終了時の電圧を直接指定するメカニズムは存在していません。　リワインド電荷量を通じて間接的に決定されます。
これは、本質的に２つの電圧値を指定するリセット方式と大きく違う点です。
リセット方式では、タイミング・コンデンサの値を変えても、値が大きすぎてリセットできなくならない限り不都合はありませんが、リワインド方式では、コンデンサの値を変えたら、リワインド電流あるいはリワインド時間を調整しなければなりません。
実際の回路については次回以降に説明します。