JPWO2018180111A1 - Noise removal circuit - Google Patents
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Abstract
第1の入力信号端子(1)と第2の入力信号端子(2)との間の差電圧信号を所定の比率で減衰させ、基準電圧端子(3)の電圧を基準とする電圧信号に変換して出力信号端子(4)に出力する減衰器の機能を有し、第1の入力信号端子(1)および第2の入力信号端子(2)と基準電圧端子(3)との間に同相で入力されるノイズを、出力信号端子(4)から出力される出力信号から除去するためのノイズ除去回路(100)は、一端が第1の入力信号端子(1)に接続され、他端が出力信号端子(4)に接続される第1の抵抗(5)と、一端が出力信号端子(4)と第1の抵抗(5)の他端とを結ぶ経路に接続され、他端が基準電圧端子(3)に接続される第2の抵抗(6)と、基準電圧端子(3)と第2の入力信号端子(2)との差電圧を電流に変換し、出力信号端子(4)に電流信号を出力する電圧−電流変換器(7)と、を備える。A voltage difference signal between the first input signal terminal (1) and the second input signal terminal (2) is attenuated at a predetermined ratio and converted into a voltage signal based on the voltage of the reference voltage terminal (3). And has an attenuator function of outputting to an output signal terminal (4), and in-phase between the first input signal terminal (1) and the second input signal terminal (2) and the reference voltage terminal (3). The noise removal circuit (100) for removing the noise input at the output signal terminal (4) from the output signal output from the output signal terminal (4) has one end connected to the first input signal terminal (1) and the other end connected to the first input signal terminal (1). A first resistor (5) connected to the output signal terminal (4), one end is connected to a path connecting the output signal terminal (4) and the other end of the first resistor (5), and the other end is a reference. A second resistor (6) connected to the voltage terminal (3), and a voltage difference between the reference voltage terminal (3) and the second input signal terminal (2). Comprising a current converter (7), a - is converted into a current, voltage and outputs a current signal to an output signal terminal (4).
Description
本開示は、ノイズ除去回路に関する。 The present disclosure relates to a noise removal circuit.
ノイズ環境下において任意の電圧信号を検出する場合、入力信号の接地電位と信号検出回路の接地電位の間に発生したノイズが、信号検出回路の正負両入力信号端子に同位相・同振幅(コモン・モード・ノイズ)で重畳した場合でも、信号検出回路が入力信号を正しく検出する為に、オペアンプを用いた減算回路構成でコモン・モード・ノイズを除去する技術が開示されている。(例えば、特許文献1、2参照)。
When an arbitrary voltage signal is detected in a noise environment, noise generated between the ground potential of the input signal and the ground potential of the signal detection circuit is applied to both the positive and negative input signal terminals of the signal detection circuit in the same phase and the same amplitude (common). A technique for removing common mode noise with a subtraction circuit configuration using an operational amplifier is disclosed in order for the signal detection circuit to correctly detect an input signal even when the signal is superimposed by (mode noise). (For example, see
しかしながら、特許文献1、2のオペアンプを用いた回路はフィードバック制御が行われることを前提とした減算回路構成であり、有限の回路遅延時間を持つオペアンプは、当然任意の周波数帯域以上では目標値に対してフィードバック制御を追従できず、フィードバック制御が外れ減算機能が果たせなくなることがある。このため、特許文献1、2の回路構成では高周波帯域において充分なコモン・モード・ノイズの除去効果が得られなくなるという課題がある。
However, the circuits using the operational amplifiers disclosed in
本開示は、このような従来の課題を解決するものであり、シンプルな回路構成でコモン・モード・ノイズを効果的に除去できるノイズ除去回路を提供する事を目的とする。 The present disclosure is intended to solve such a conventional problem, and an object of the present disclosure is to provide a noise elimination circuit that can effectively eliminate common mode noise with a simple circuit configuration.
上記目的を達成する為に、本開示の一態様に係るノイズ除去回路は、第1の入力信号端子と第2の入力信号端子との間の差電圧信号を、所定の比率で減衰させ、基準電圧端子の電圧を基準とする電圧信号に変換して出力信号端子に出力する減衰器の機能を有し、前記第1の入力信号端子および前記第2の入力信号端子と基準電圧端子との間に同相で入力されるノイズを、前記出力信号端子から出力される出力信号から除去するためのノイズ除去回路であって、一端が前記第1の入力信号端子に接続され、他端が前記出力信号端子に接続される第1の抵抗と、一端が前記出力信号端子と前記第1の抵抗の他端とを結ぶ経路に接続され、他端が前記基準電圧端子に接続される第2の抵抗と、前記基準電圧端子と前記第2の入力信号端子との差電圧を電流に変換し、前記出力信号端子に電流信号を出力する電圧−電流変換器と、を備えている事を特徴とする。 To achieve the above object, a noise elimination circuit according to an embodiment of the present disclosure attenuates a difference voltage signal between a first input signal terminal and a second input signal terminal at a predetermined ratio, and An attenuator function of converting the voltage of the voltage terminal into a voltage signal with reference as a reference and outputting the voltage signal to an output signal terminal; A noise removing circuit for removing noise input in-phase from the output signal output from the output signal terminal, one end of which is connected to the first input signal terminal, and the other end of which is the output signal. A first resistor connected to a terminal, a second resistor connected at one end to a path connecting the output signal terminal and the other end of the first resistor, and a second end connected to the reference voltage terminal; , The difference voltage between the reference voltage terminal and the second input signal terminal Converted into a current, a voltage and outputs a current signal to the output signal terminal - characterized in that comprises a current converter, a.
本開示により、シンプルな回路構成でコモン・モード・ノイズを効果的に除去できるノイズ除去回路が実現される。 According to the present disclosure, a noise removing circuit that can effectively remove common mode noise with a simple circuit configuration is realized.
本願発明者による知見に基づいて、本開示の一態様の概要は以下のとおりである。 Based on the findings of the present inventors, an outline of one embodiment of the present disclosure is as follows.
本開示の一形態にかかるノイズ除去回路は、第1の入力信号端子と第2の入力信号端子との間の差電圧信号を、所定の比率で減衰させ、基準電圧端子の電圧を基準とする電圧信号に変換して出力信号端子に出力する減衰器の機能を有し、前記第1の入力信号端子および前記第2の入力信号端子と基準電圧端子との間に同相で入力されるノイズを、前記出力信号端子から出力される出力信号から除去するためのノイズ除去回路であって、一端が前記第1の入力信号端子に接続され、他端が前記出力信号端子に接続される第1の抵抗と、一端が前記出力信号端子と前記第1の抵抗の他端とを結ぶ経路に接続され、他端が前記基準電圧端子に接続される第2の抵抗と、前記基準電圧端子と前記第2の入力信号端子との差電圧を電流に変換し、前記出力信号端子に電流信号を出力する電圧−電流変換器と、を備えている事を特徴とする。 A noise removal circuit according to an embodiment of the present disclosure attenuates a difference voltage signal between a first input signal terminal and a second input signal terminal at a predetermined ratio, and uses a voltage of a reference voltage terminal as a reference. It has a function of an attenuator that converts the voltage into a voltage signal and outputs the voltage signal to an output signal terminal, and suppresses noise input in phase between the first input signal terminal, the second input signal terminal, and the reference voltage terminal. A noise removing circuit for removing an output signal output from the output signal terminal, wherein one end is connected to the first input signal terminal and the other end is connected to the output signal terminal. A resistor, one end of which is connected to a path connecting the output signal terminal and the other end of the first resistor, and the other end of which is connected to the reference voltage terminal; 2 is converted to a current, Characterized in that comprises a current converter, a - voltage for outputting a current signal to the signal terminal.
これによれば、本開示のノイズ除去回路は、少なくとも2つの抵抗と電圧−電流変換器とで構成されたシンプルな回路構成であり、また、演算増幅器を用いていないため、高周波帯域で利得低下や位相ずれが起こりにくく、高周波帯域までコモン・モード・ノイズを充分に除去する事ができる。このように、本開示のノイズ除去回路によれば、シンプルな回路構成でコモン・モード・ノイズを効果的に除去できる。 According to this, the noise elimination circuit of the present disclosure has a simple circuit configuration including at least two resistors and a voltage-current converter, and does not use an operational amplifier. And common-mode noise can be sufficiently removed up to a high frequency band. As described above, according to the noise removing circuit of the present disclosure, common mode noise can be effectively removed with a simple circuit configuration.
また、前記電圧−電流変換器は、入力信号端子に出力信号が戻る負帰還ループが存在しなくてもよい。 The voltage-current converter may not have a negative feedback loop for returning an output signal to an input signal terminal.
本開示のノイズ除去回路には、発振の原因である負帰還ループが存在しないため、発振する危険性が少ない。従って、位相補償回路などが不要で、回路を単純化でき、半導体集積回路の場合はチップ面積を縮小できる。 In the noise elimination circuit of the present disclosure, there is no risk of oscillation because there is no negative feedback loop that causes oscillation. Therefore, a phase compensation circuit or the like is not required, and the circuit can be simplified. In the case of a semiconductor integrated circuit, the chip area can be reduced.
また、前記第2の入力信号端子には第1の接地点の接地電位が印加され、前記基準電圧端子には第2の接地点の接地電位が印加され、前記電圧−電流変換器は、前記第2の入力信号端子に接続されることで前記第1の接地点の接地電位が印加される負極入力信号端子と、前記基準電圧端子に接続されることで前記第2の接地点の接地電位が印加される正極入力信号端子とを有していてもよい。 Further, a ground potential of a first ground point is applied to the second input signal terminal, a ground potential of a second ground point is applied to the reference voltage terminal, and the voltage-current converter is A negative input signal terminal to which the ground potential of the first ground point is applied by being connected to the second input signal terminal; and a ground potential of the second ground point which is connected to the reference voltage terminal. And a positive-polarity input signal terminal to which is applied.
これによれば、第1の接地点の接地電位および第2の接地点の接地電位間に存在するノイズを出力信号端子から出力される出力信号から除去できる。また、電圧−電流変換器の相互コンダクタンスを、第2の抵抗の抵抗値に依存せず、第1の抵抗の抵抗値の逆数とすることができる。具体的には、本開示のノイズ除去回路では、ノイズ成分を除去する条件に第2の抵抗が含まれないが、入出力電圧利得は、第1の抵抗の抵抗値と第2の抵抗の抵抗値との比で変えることができる。従って、第1の抵抗の抵抗値を一定にして第2の抵抗の抵抗値を変えることで入出力信号の入出力電圧利得、すなわち減衰比(所定の比率)を変えるときに、電圧−電流変換器の相互コンダクタンスを第1の抵抗の抵抗値の逆数となっていれば、第2の抵抗の抵抗値を変えても電圧−電流変換器の相互コンダクタンスを変えることなく、十分なノイズ除去を行うことができる。 According to this, noise existing between the ground potential at the first ground point and the ground potential at the second ground point can be removed from the output signal output from the output signal terminal. Further, the mutual conductance of the voltage-current converter can be set to be the reciprocal of the resistance value of the first resistor without depending on the resistance value of the second resistor. Specifically, in the noise elimination circuit of the present disclosure, the condition for removing the noise component does not include the second resistor, but the input / output voltage gain is determined by the resistance of the first resistor and the resistance of the second resistor. It can be changed by the ratio with the value. Accordingly, when the input / output voltage gain of the input / output signal, that is, the attenuation ratio (predetermined ratio) is changed by changing the resistance value of the second resistor while keeping the resistance value of the first resistor constant, voltage-current conversion is performed. If the transconductance of the converter is the reciprocal of the resistance of the first resistor, sufficient noise removal can be performed without changing the transconductance of the voltage-current converter even if the resistance of the second resistor is changed. be able to.
また、前記電圧−電流変換器は、前記電圧−電流変換器の相互コンダクタンスを前記第1の抵抗の抵抗値の逆数に適合させてもよい。また、前記電圧−電流変換器の相互コンダクタンスは、前記第2の抵抗の抵抗値に依存しておらず、前記電圧−電流変換器は、前記第2の抵抗の抵抗値を変えることによって前記所定の比率を変え、前記電圧−電流変換器の相互コンダクタンスを前記第1の抵抗の抵抗値の逆数のみに適合させてもよい。 Further, the voltage-current converter may adapt a transconductance of the voltage-current converter to a reciprocal of a resistance value of the first resistor. Further, the transconductance of the voltage-current converter does not depend on the resistance value of the second resistor, and the voltage-current converter changes the predetermined value by changing the resistance value of the second resistor. May be changed so that the transconductance of the voltage-current converter is adapted only to the reciprocal of the resistance value of the first resistor.
このように、電圧−電流変換器は、相互コンダクタンスを第1の抵抗の抵抗値の逆数に適合させることができる。 In this way, the voltage-current converter can adapt the transconductance to the reciprocal of the resistance of the first resistor.
また、前記電圧−電流変換器は、前記基準電圧端子に対して負電圧の電源供給が不要な回路で構成されていてもよい。 Further, the voltage-current converter may be constituted by a circuit that does not require a negative voltage power supply to the reference voltage terminal.
これによれば、よりシンプルな回路構成でコモン・モード・ノイズを効果的に除去できる。 According to this, common mode noise can be effectively removed with a simpler circuit configuration.
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、駆動タイミング等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成について、重複する説明は省略又は簡略化する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a specific example of the present disclosure. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, drive timings, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present disclosure. In addition, among the components in the following embodiments, components that are not described in independent claims indicating the highest concept of the present disclosure are described as arbitrary components. In addition, each drawing is not necessarily strictly illustrated. In each of the drawings, duplicate descriptions of substantially the same configuration will be omitted or simplified.
(実施の形態)
図1は、実施の形態に係るノイズ除去回路100の回路構成図である。なお、図1には、ノイズ除去回路100の他に、ノイズ除去回路100に接続される入力信号8、第1の接地点11および第2の接地点10を示している。入力信号8は、正極側がノイズ除去回路100の第1の入力信号端子1に接続され、負極側がノイズ除去回路100の第2の入力信号端子2に接続される。また、入力信号8の負極側は、第1の接地点11に接続される。(Embodiment)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the
ノイズ除去回路100は、第1の入力信号端子1と第2の入力信号端子2との間の差電圧信号を、所定の比率で減衰させ、基準電圧端子3の電圧を基準とする電圧信号に変換して出力信号端子4に出力する減衰器の機能を有する。一般的に、電子機器の入力段において、入力信号の振幅を当該電子機器の電子回路で処理できる適切な振幅に変換するためにこのような減衰器を用いる場合に、入力信号の接地電位と、当該減衰器を構成する電圧信号検出回路の接地電位の間に発生したノイズによって、電圧信号検出回路の正負両入力信号端子に同位相・同振幅で重畳することがある。この重畳した信号は、コモン・モード・ノイズと呼ばれ、正しい検出を阻害する信号となる為、除去することが必要である。これに対して、ノイズ除去回路100は、電子機器で使われる減衰器において、上記正負両入力信号端子に同位相・同振幅で重畳するコモン・モード・ノイズを除去する機能を有する回路である。具体的には、ノイズ除去回路100は、第1の入力信号端子1および第2の入力信号端子2と基準電圧端子3との間に同相で入力されるノイズを、出力信号端子4から出力される出力信号から除去するための回路である。ノイズ除去回路100は、当該機能を実現するために、第1の抵抗5、第2の抵抗6および電圧−電流変換器7を備える。
The
第1の抵抗5は、一端が第1の入力信号端子1に接続され、他端が出力信号端子4に接続される。第1の抵抗5の一端は、図1における第1の抵抗5の左側端であり、第1の抵抗5の他端は、図1における第1の抵抗5の右側端である。第1の抵抗の一端は、第1の入力信号端子1を介して入力信号8の正極側に接続される。
The
第2の抵抗6は、一端が出力信号端子4と第1の抵抗5の他端とを結ぶ経路に接続され、他端が基準電圧端子3に接続される。第2の抵抗6の一端は、図1における第2の抵抗6の上側端であり、第2の抵抗6の他端は、図1における第2の抵抗6の下側端である。第2の抵抗6の他端は、基準電圧端子3を介して第2の接地点10に接続される。第2の抵抗6は、例えば、可変抵抗である。
The
電圧−電流変換器7は、基準電圧端子3と第2の入力信号端子2との差電圧を電流に変換して出力信号端子4に電流信号を出力する。第2の入力信号端子2には第1の接地点11の接地電位Vg1が印加され、基準電圧端子3には第2の接地点10の接地電位Vg2が印加される。電圧−電流変換器7は、第2の入力信号端子2に接続されることで第1の接地点11の接地電位Vg1が印加される負極入力信号端子と、基準電圧端子3に接続されることで第2の接地点10の接地電位Vg2が印加される正極入力信号端子とを有する。The voltage-
また、図1に示されるように、入力信号8の接地電位Vg1の、接地電位Vg2に対する電位差Vcmnは、接地電位Vg1と接地電位Vg2の間に発生するノイズ信号の振幅を表しており、第2の接地点10(接地電位Vg2)から見て入力信号8の正負両入力信号端子に同位相かつ同振幅で重畳されるコモン・モード・ノイズは正しい入力信号の検出を阻害するノイズであり、これをノイズ除去回路100で除去する。Further, as shown in Figure 1, the ground potential V g1 of the input signal 8, the potential difference V cmn with respect to the ground potential V g2 represents the amplitude of the noise signal generated between the ground potential V g2 and the ground potential V g1 When viewed from the second ground point 10 (ground potential V g2 ), common mode noise superimposed on the positive and negative input signal terminals of the input signal 8 with the same phase and the same amplitude hinders detection of a correct input signal. The noise is removed by the
ここで、本実施の形態の理解を容易化する為、以下、図面を用いて一般的な回路を説明する。 Here, in order to facilitate understanding of the present embodiment, a general circuit will be described below with reference to the drawings.
図2は、一般的なノイズ除去回路の一例を示す回路構成図である。図2は、一般的な回路(ノイズ除去回路100a)を示しており、ノイズ除去回路100aは、具体的には、一般的な演算増幅器(オペアンプ)を用いた差動増幅回路であり、コモン・モード・ノイズ除去を目的として使用される。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an example of a general noise removal circuit. FIG. 2 shows a general circuit (
ノイズ除去回路100aは、第1の入力信号端子1と第2の入力信号端子2の差電圧を出力信号端子4に、基準電圧端子3に対する電圧信号として出力する。入力信号8の正極側が第1の入力信号端子1を介して第1の抵抗5の一端に接続され、第1の抵抗5の他端が第2の抵抗6の一端と演算増幅器33の正極入力信号端子とに接続され、第2の抵抗6の他端が基準電圧端子3を介して第2の接地点10に接続される。入力信号8の負極側が第2の入力信号端子2を介して第3の抵抗31の一端に接続され、第3の抵抗31の他端が第4の抵抗32の一端と演算増幅器33の負極入力信号端子とに接続され、第4の抵抗32の他端が演算増幅器33の出力信号端子4に接続されている。
The
図1と同様にノイズ除去回路100aにおいて、入力信号8の接地電位(第1の接地点11の接地電位Vg1)の、第2の接地点10の接地電位Vg2に対する電位差Vcmnは、接地電位Vg1と接地電位Vg2の間に発生するノイズ信号の振幅を表している。As in FIG. 1, in the
ノイズ除去回路100aにおいて、第1の抵抗5、第2の抵抗6、第3の抵抗31、第4の抵抗32それぞれの抵抗値をR1、R2、R3、R4とすると、入力信号8に対する出力信号の電圧利得GVinは、演算増幅器33の電圧利得が充分に高い場合、下記の式(1)で表すことができる。In the
GVin=(1+R4/R3)/(1+R1/R2) 式(1)G Vin = (1 + R 4 / R 3 ) / (1 + R 1 / R 2 ) Equation (1)
従って、R1/R2あるいはR4/R3の値を変えれば電圧利得を変える事ができる。 Therefore, it is possible to change the voltage gain By changing the value of
一方、ノイズ信号の振幅Vcmnに対する出力信号の電圧利得GVcmは、下記の式(2)で表すことができる。On the other hand, the voltage gain G Vcm of the output signal with respect to the amplitude V cmn of the noise signal can be expressed by the following equation (2).
GVcm=(R2/R1−R4/R3)/(1+R2/R1) 式(2) G Vcm = (R 2 / R 1 -
GVcmをゼロにすることにより出力からノイズ成分を除去することができる。その条件は、下記の式(3)で表すことができる。The noise component can be removed from the output by setting G Vcm to zero. The condition can be expressed by the following equation (3).
R2/R1=R4/R3 式(3) R 2 / R 1 = R 4 /
すなわち抵抗比R2/R1とR4/R3の値を等しくすることでコモン・モード・ノイズ成分を除去することが可能である。That is, it is possible to remove the common mode noise component by making the values of the resistance ratios R 2 / R 1 and R 4 / R 3 equal.
ノイズ除去回路100aにおいて、式(1)で表される電圧利得GVinをR2の値を変えて切り換える場合は、ノイズ信号に対する電圧利得GVcmがゼロになるように、すなわち、式(3)が成り立つようにR3あるいはR4の値を変える必要がある。この場合、一般的にはR4の値をR2の値に応じて変える方法を用いる。従って、R2の値を変えて電圧利得を変える場合、R2の値に比例するようにR4の値を変える必要がある。In the
この場合、回路が複雑になり規模も大きくなる問題と、R2とR4を変えることによってR2/R1とR4/R3の相対比を正確に等しくすることが難しくなり、抵抗の相対比に不一致が生じた場合にノイズが充分に除去できなくなる問題が生じる。In this case, the circuit becomes complicated and the scale becomes large, and it becomes difficult to make the relative ratios of R 2 / R 1 and R 4 / R 3 exactly equal by changing R 2 and R 4 . When the relative ratios do not match, there is a problem that noise cannot be sufficiently removed.
また、ノイズ除去回路100aは、演算増幅器33を用いて出力から入力に負帰還を掛けているが、負帰還を掛けることには常に発振の危険性を伴うので発振安定性に注意して設計する必要がある。一般的に、演算増幅器33の内部に位相補償回路を付加して発振しないようにするなどの対策が必要であり、回路が複雑となり、半導体集積回路が用いられる場合にはチップ面積が増大するという問題が生じる。
The
さらに、演算増幅器には、発振の危険性を回避する為に周波数帯域が制限されるという特性がある。この特性によって高周波帯域では利得低下や位相ずれが生じるためにコモン・モード・ノイズを充分に除去できないという問題が生じる。 Further, the operational amplifier has a characteristic that the frequency band is limited in order to avoid the risk of oscillation. This characteristic causes a problem that common mode noise cannot be sufficiently removed due to a decrease in gain and a phase shift in a high frequency band.
図3は、一般的なノイズ除去回路の別の一例を示す回路構成図である。図3は、一般的な回路(ノイズ除去回路100b)を示しており、ノイズ除去回路100bは、具体的には、図2記載の回路とは別の一般的な差動増幅回路である。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing another example of a general noise removal circuit. FIG. 3 shows a general circuit (
ノイズ除去回路100bは、ノイズ除去回路100aと同様に、第1の入力信号端子1と第2の入力信号端子2の差電圧を出力信号端子4に基準電圧端子3に対する電圧信号として出力する。
The
ノイズ除去回路100bは、図2で示した差動増幅回路に加えて、図3に示されるように、入力ステージに差動入力・差動出力の平衡型増幅回路を持った構成となっている。
The
入力信号8の正極側が第1の入力信号端子1を介して演算増幅器34の正極入力信号端子に接続され、入力信号8の負極側が第2の入力信号端子2を介して演算増幅器35の正極入力信号端子に接続される。演算増幅器34の負極入力信号端子と演算増幅器35の負極入力信号端子の間に第5の抵抗36が接続され、演算増幅器34の負極入力信号端子と演算増幅器34の出力信号端子の間に第6の抵抗37が接続され、演算増幅器35の負極入力信号端子と演算増幅器35の出力信号端子の間に第7の抵抗38が接続されている。演算増幅器34の出力信号端子が図2で説明した第1の抵抗5に接続され、演算増幅器35の出力信号端子が図2で説明した第3の抵抗31に接続されている。
The positive side of the input signal 8 is connected to the positive input terminal of the
図2同様にノイズ除去回路100bにおいて、入力信号8の接地電位Vg1の接地電位Vg2に対する電位差Vcmnは、接地電位Vg1と接地電位Vg2の間に発生するノイズ信号の振幅を表している。2 Similarly
ノイズ信号の振幅Vcmnに対する演算増幅器34の出力と演算増幅器35の出力の電圧利得は、どちらも1であるので、ノイズ信号の振幅Vcmnに対する演算増幅器33の出力信号の電圧利得GVcmは、式(2)と等しい。従って、出力からノイズ成分を除去する条件も、式(3)と等しい。Since the voltage gains of the output of the
ノイズ除去回路100bにおいて、入力信号8に対する電圧利得を変える場合、第5の抵抗36の値のみで変えられ、他の抵抗の値を同時に変えなくても同相信号除去比への影響は少ない。
When changing the voltage gain for the input signal 8 in the
しかし、ノイズ除去回路100bは、演算増幅器3個と抵抗7個を用いた回路であるため複雑で規模も大きくなる問題が生じる。
However, since the
また、ノイズ除去回路100bは、3個の演算増幅器それぞれにおいて負帰還を掛けているため発振の危険性があり、それを対策する位相補償回路をそれぞれに付加しなければならないという問題が生じる。
In addition, since the
さらに、上述したように、演算増幅器には、発振の危険性を回避する為に周波数帯域が制限されるという特性があり、ノイズ除去回路100bには、当該特性によって高周波帯域では利得低下や位相ずれが生じるためにコモン・モード・ノイズが充分に除去できないという問題が生じる。
Further, as described above, the operational amplifier has a characteristic that the frequency band is limited in order to avoid the risk of oscillation, and the
一方、本実施の形態に係るノイズ除去回路100は、上述した問題を解決することが出来る。以下、その詳細について図1を用いて説明する。
On the other hand, the
まず、ノイズ除去回路100において、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスをgmとし、第1の抵抗5および第2の抵抗6それぞれの抵抗値をR1、R2とすると、入力信号8に対する出力信号の電圧利得GVinは、下記の式(4)で表すことができる。First, in the
GVin=1/(1+R1/R2) 式(4)G Vin = 1 / (1 + R 1 / R 2 ) Equation (4)
従って、ノイズ除去回路100はR1/R2の値を変えれば電圧利得を変えることができる。Therefore, the
一方、ノイズ信号の振幅Vcmnに対する出力信号の電圧利得GVcmは、下記の式(5)で表すことができる。On the other hand, the voltage gain G Vcm of the output signal with respect to the amplitude V cmn of the noise signal can be expressed by the following equation (5).
GVcm=(1−R1gm)/(1+R1/R2) 式(5) G Vcm = (1-R 1 g m) / (1 +
GVcmをゼロにすることにより出力からノイズ成分を除去することができる。The noise component can be removed from the output by setting G Vcm to zero.
その条件は、下記の式(6)で表すことができる。 The condition can be expressed by the following equation (6).
gm=1/R1 式(6)g m = 1 / R 1 Equation (6)
式(6)に示されるように、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスgmは、第2の抵抗6の抵抗値に依存しておらず、第1の抵抗5の抵抗値の逆数である。すなわちノイズ除去回路100は、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスgmを第1の抵抗5の抵抗値の逆数である1/R1にすることでコモン・モード・ノイズ成分を最も効果的に除去できる。例えば、電圧−電流変換器7は、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスgmを第1の抵抗5の抵抗値の逆数に適合させる。As shown in equation (6), the voltage - transconductance g m of the
また、ノイズ除去回路100では、ノイズ成分を除去する条件の式(6)にはR2は含まれないが、式(4)で表される入出力電圧利得GVinは、R1/R2の値で変えることができる。Further, in the
従って、ノイズ除去回路100は、第1の抵抗5の抵抗値R1を一定にして第2の抵抗6の抵抗値R2を変えることで入出力信号の入出力電圧利得、すなわち減衰比を変えるときに、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスgmを第1の抵抗5の抵抗値R1の逆数に適合させていれば、抵抗値R2を変えても相互コンダクタンスgmを変えることなく、十分なノイズ除去を行うことができる。例えば、電圧−電流変換器7は、第2の抵抗6の抵抗値を変えることによって所定の比率(減衰比)を変え、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスgmを第1の抵抗の抵抗値5の逆数のみに適合させる。Therefore, the
また、本実施の形態のノイズ除去回路100は、入力信号端子に出力信号が戻る負帰還ループが存在しないため、発振する危険性も無い。従って、演算増幅器の内部に付加する必要のあった位相補償回路などが不要で、回路を単純化でき、半導体集積回路の場合はチップ面積を縮小できる。
In addition, the
さらに、演算増幅器を用いず、電圧−電流変換器7を用いているので、高周波帯域で利得低下や位相ずれが起こりにくく、高周波帯域までコモン・モード・ノイズを充分に除去する事ができる。また、同等のノイズ除去効果を得るために、ノイズ除去回路100bでは、演算増幅器3個と抵抗7個を用いられたが、ノイズ除去回路100では、電圧−電流変換器7が1個と抵抗2個が用いられ、シンプルな回路構成となっている。
Further, since the voltage-
次に、本実施の形態のノイズ除去回路100に備わる電圧−電流変換器7の詳細を説明する。
Next, the details of the voltage-
図4Aは、本実施の形態に係る電圧−電流変換器7の一例を示す回路構成図である。
FIG. 4A is a circuit configuration diagram illustrating an example of the voltage-
図4A記載の電圧−電流変換器7において、端子12は電圧−電流変換器7の正極入力信号端子、端子13は電圧−電流変換器7の負極入力信号端子、端子14は電圧−電流変換器7の出力信号端子である。
In the voltage-
電圧−電流変換器7において、ベースが端子12に接続されるPNPトランジスタ16のエミッタには定電流源18と抵抗19の一端とが接続され、ベースが端子13に接続されるPNPトランジスタ15のエミッタには定電流源17と抵抗19の他端が接続されている。
In the voltage-
定電流源18の電流と定電流源17の電流がIrefで等しく、PNPトランジスタ16のベース・エミッタ間電圧とPNPトランジスタ15のベース・エミッタ間電圧が一定値で等しいと見なすと、抵抗19には正負入力信号端子間電圧を抵抗値で除算した値の電流が流れ、PNPトランジスタ16のエミッタには定電流源18から抵抗19に流れる電流を減算した電流が流れ、PNPトランジスタ15のエミッタには定電流源17から抵抗19に流れる電流を加算した電流が流れる。
Assuming that the current of the constant
PNPトランジスタ16のコレクタ電流は、NPNトランジスタ20とNPNトランジスタ21からなるカレントミラーを介して端子14に負の電流を供給し、PNPトランジスタ15のコレクタ電流は、NPNトランジスタ22とNPNトランジスタ23からなるカレントミラーを介し、さらにPNPトランジスタ24とPNPトランジスタ25からなるカレントミラーを介して端子14に正の電流を供給している。
The collector current of the
端子14からはPNPトランジスタ15のコレクタ電流とPNPトランジスタ16のコレクタ電流の差の電流が出力される。抵抗19の抵抗値をR8とすると、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスgmは、gm=2/R8になる。From the terminal 14, a current having a difference between the collector current of the
本実施の形態のノイズ除去回路100に備わる電圧−電流変換器7として、図4A記載の回路を使用した場合は、負帰還が掛かっていないので発振の危険性が無く、さらに、高周波帯域で利得低下や位相ずれを防いで高周波までコモン・モード・ノイズを充分に除去することができる。
When the circuit shown in FIG. 4A is used as the voltage-
図4Bは、本実施の形態に係る電圧−電流変換器7の別の一例を示す回路構成図である。
FIG. 4B is a circuit configuration diagram illustrating another example of the voltage-
図4B記載の電圧−電流変換器7において、端子12は電圧−電流変換器7の正極入力信号端子、端子13は電圧−電流変換器7の負極入力信号端子、端子14は電圧−電流変換器7の出力信号端子である。
In the voltage-
端子12は抵抗40の一端に接続され、抵抗40の他端はNchMOSFET29のソースに接続され、端子13は抵抗39の一端に接続され、抵抗39の他端はNchMOSFET28のソースに接続に接続されている。NchMOSFET28のゲートおよびドレインは定電流源17とNchMOSFET29のゲートとに接続され、NchMOSFET29のドレインは定電流源18と端子14に接続されている。
The terminal 12 is connected to one end of the
定電流源17と定電流源18の電流値がIrefで等しく、NchMOSFET28のゲート・ソース間電圧とNchMOSFET29のゲート・ソース間電圧が一定値で等しく、抵抗39と抵抗40の抵抗値が等しいとすると、端子14からは正極入力信号端子と負極入力信号端子との間の電圧を抵抗40の抵抗値R10で除算した値の電流が出力される。これより、電圧−電流変換器7の相互コンダクタンスgmは、gm=1/R10になる。Assuming that the current values of the constant
図4B記載の電圧−電流変換器7では、負極入力信号端子にIref、正極入力信号端子にIref±Vcmn/R10の電流が流れる欠点があるが、接続先は図1における第1の接地点11と第2の接地点10であり、両方ともインピーダンスが低く電流が流れ込んでも電位の変動は起きないので、電圧利得特性への影響は無い。The voltage-
また、図1に示したように、電圧−電流変換器7の各入力信号端子が接地点に接続されて電位がゼロの場合、図4A記載の電圧−電流変換器7では端子26に正電圧の電源と端子27に負電圧の電源を供給することが求められるのに対し、図4B記載の電圧−電流変換器7では、負電圧の電源供給が不要で端子26に正電圧の電源を供給するだけで動作できることが利点である。このように、図4B記載の電圧−電流変換器7は、基準電圧端子3に対して負電圧の電源供給が不要な回路で構成される。
Also, as shown in FIG. 1, when each input signal terminal of the voltage-
また、本実施の形態のノイズ除去回路100に備わる電圧−電流変換器7として、図4Bの回路を使用した場合も、図4Aの場合と同様に、負帰還が掛かっていないので発振の危険性が無く、さらに、高周波帯域で利得低下や位相ずれを防いで高周波帯域までコモン・モード・ノイズを充分に除去することができる。
Also, in the case where the circuit of FIG. 4B is used as the voltage-
以上、図4Aおよび図4Bで示した電圧−電流変換器7のいずれかを、図1で示した本実施の形態のノイズ除去回路100に使用することにより、相互コンダクタンスgmを式(6)が成り立つように、第1の抵抗5の抵抗値に応じて設定でき、高周波帯域まで最適な同相信号除去比を得ることができる。また、負帰還が掛かっていないので発振の危険性が無く、高周波帯域で利得低下や位相ずれを防ぐことができる。Above, the voltage shown in FIGS. 4A and 4B - one of the
以上、図面を用いて説明したように、本実施の形態に係るノイズ除去回路は、抵抗と電圧−電流変換器のみの簡素な回路で構成でき、減衰器として設定される電圧利得の変化に依存せずに常に最適で、かつ、広い周波数帯域でコモン・モード・ノイズを除去することができる。 As described above with reference to the drawings, the noise elimination circuit according to the present embodiment can be configured by a simple circuit including only a resistor and a voltage-current converter, and depends on a change in a voltage gain set as an attenuator. It is always optimal and can remove common mode noise over a wide frequency band.
1 第1の入力信号端子
2 第2の入力信号端子
3 基準電圧端子
4 出力信号端子
5 第1の抵抗
6 第2の抵抗
7 電圧−電流変換器
8 入力信号
10 第2の接地点
11 第1の接地点
12〜14、26、27 端子
15、16、24、25 PNPトランジスタ
17、18 定電流源
19、39、40 抵抗
20〜23 NPNトランジスタ
28、29 NchMOSFET
31 第3の抵抗
32 第4の抵抗
33〜35 演算増幅器
36 第5の抵抗
37 第6の抵抗
38 第7の抵抗
100、100a、100b ノイズ除去回路REFERENCE SIGNS
31
Claims (6)
一端が前記第1の入力信号端子に接続され、他端が前記出力信号端子に接続される第1の抵抗と、
一端が前記出力信号端子と前記第1の抵抗の他端とを結ぶ経路に接続され、他端が前記基準電圧端子に接続される第2の抵抗と、
前記基準電圧端子と前記第2の入力信号端子との差電圧を電流に変換し、前記出力信号端子に電流信号を出力する電圧−電流変換器と、
を備えている事を特徴とする
ノイズ除去回路。A differential voltage signal between the first input signal terminal and the second input signal terminal is attenuated at a predetermined ratio, converted to a voltage signal based on the voltage of the reference voltage terminal, and output to the output signal terminal. It has the function of an attenuator, and converts noise input in phase between the first input signal terminal and the second input signal terminal and the reference voltage terminal from an output signal output from the output signal terminal. A noise removing circuit for removing,
A first resistor having one end connected to the first input signal terminal and the other end connected to the output signal terminal;
A second resistor having one end connected to a path connecting the output signal terminal and the other end of the first resistor, and the other end connected to the reference voltage terminal;
A voltage-current converter that converts a difference voltage between the reference voltage terminal and the second input signal terminal into a current and outputs a current signal to the output signal terminal;
A noise elimination circuit comprising:
前記電圧−電流変換器は、前記第2の入力信号端子に接続されることで前記第1の接地点の接地電位が印加される負極入力信号端子と、前記基準電圧端子に接続されることで前記第2の接地点の接地電位が印加される正極入力信号端子とを有する事を特徴とする請求項1または2に記載のノイズ除去回路。A ground potential of a first ground point is applied to the second input signal terminal, a ground potential of a second ground point is applied to the reference voltage terminal,
The voltage-current converter is connected to the second input signal terminal, and is connected to the negative input signal terminal to which the ground potential of the first ground point is applied, and to the reference voltage terminal. The noise elimination circuit according to claim 1, further comprising a positive input signal terminal to which a ground potential of the second ground point is applied.
前記電圧−電流変換器は、前記第2の抵抗の抵抗値を変えることによって前記所定の比率を変え、前記電圧−電流変換器の相互コンダクタンスを前記第1の抵抗の抵抗値の逆数のみに適合させる事を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のノイズ除去回路。The transconductance of the voltage-current converter does not depend on the resistance of the second resistor,
The voltage-current converter changes the predetermined ratio by changing the resistance value of the second resistor, and adapts the transconductance of the voltage-current converter to only the reciprocal of the resistance value of the first resistor. The noise elimination circuit according to claim 1, wherein the noise is eliminated.
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