JP2008167197A

JP2008167197A - ノイズキャンセル回路、アナログ信号処理回路部及び電子機器

Info

Publication number: JP2008167197A
Application number: JP2006354833A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hatanaka; 浩一畠中; Kazumi Matsumoto; 一実松本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: US20080157863A1; US8134255B2; JP5003153B2

Abstract

【課題】電源ラインの信号に重畳されるノイズを適切にキャンセルすること。
【解決手段】デジタル信号処理回路部５の電源端子電圧の交流成分を打ち消すキャンセル信号がキャンセル信号生成部１１によって生成され、生成されたキャンセル信号が、合成部１３においてアナログ信号処理回路部３の電源電圧に合成されることで、該電源電圧に重畳されたノイズがキャンセルされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノイズキャンセル回路、アナログ信号処理回路部及び電子機器に関する。

電子回路の信号にノイズが混入すると、誤作動や特性劣化等の問題を引き起こす。このノイズの混入経路は、電子回路間を結ぶ信号ラインであったり、電子回路の電源ラインであったりと様々である。

特許文献１には、電源ラインの電源電圧に重畳されたノイズを、電源とアース間に配接したローパスフィルタによって除去する技術が開示されている。
特開平６−１８８７２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術を用いて高周波のノイズを完全に除去するためには、容量の大きなコンデンサを用いたフィルタを構成する必要があるため、部品コストやモジュールサイズの増大の点で問題がある。例えば、４０μＦのコンデンサを基板上に形成する場合には、１ミリ角〜２ミリ角の回路面積が必要になる。

また、電源には電源リップルと呼ばれる微小な交流成分が含まれており、電子回路の特性を劣化させる場合がある。しかし、電源リップルは一般に低周波であるため、ローパスフィルタを用いる特許文献１の技術では除去できない。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものである。

以上の課題を解決するための第１の発明は、第１の電子回路の電源端子電圧から、当該電源端子電圧の交流成分を打ち消すキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、電源ライン及び／又は接地ラインが前記第１の電子回路と共通である第２の電子回路の電源電圧に前記生成されたキャンセル信号を合成する合成部とを備えたノイズキャンセル回路である。

この第１の発明によれば、キャンセル信号生成部により生成された第１の電子回路の電源端子電圧の交流成分を打ち消すキャンセル信号が、合成部において、電源ライン及び／又は接地ラインが第１の電子回路と共通である第２の電子回路の電源電圧に合成されることで、第２の電子回路の電源電圧に重畳しているノイズがキャンセルされる。

キャンセル信号生成部及び合成部は、コンデンサを用いたフィルタにより同機能を構成する場合と比べて小型の回路で構成することができるため、モジュールサイズの増大を防止することができる。また、キャンセル信号生成部により生成されるキャンセル信号は、第１の電子回路の電源端子電圧に含まれる交流成分を打ち消す信号であるため、第２の電子回路の電源電圧に重畳された電源リップルも効果的に除去することができる。

また、第２の発明として、第１の発明のノイズキャンセル回路における前記キャンセル信号生成部が、前記第１の電子回路の電源端子電圧の交流成分を抽出する抽出部と、前記抽出された交流成分の信号を１８０度移相する移相部とを有するノイズキャンセル回路を構成してもよい。

この第２の発明によれば、第１の電子回路の電源端子電圧の交流成分が抽出され、該交流成分の信号が１８０度移相されることで、キャンセル信号が生成される。

また、第３の発明として、第１又は第２の発明のノイズキャンセル回路における前記第１の電子回路がデジタル信号処理回路部であり、前記第２の電子回路がアナログ信号処理回路部であるノイズキャンセル回路を構成してもよい。

この第３の発明によれば、上述した発明と相まって、アナログ信号処理回路部の電源電圧に重畳したデジタル信号処理回路部からのノイズがキャンセルされることになる。

また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明のノイズキャンセル回路を電源入力段に備えた前記第２の電子回路でなるアナログ信号処理回路部を構成してもよい。

この第４の発明によれば、ノイズキャンセル回路をアナログ信号処理回路部に内蔵することで、モジュールサイズの一層の小型化を図ることができる。

また、第５の発明として、第１〜第３の何れかの発明のノイズキャンセル回路を備えた電子機器を構成してもよい。

１．原理
図１は、本実施形態における電源ラインのノイズキャンセルの原理を説明するための図である。ここでは、アナログ信号処理回路部３の電源と、デジタル信号処理回路部５の電源とが共通である場合について説明する。

アナログ信号処理回路部３と、デジタル信号処理回路部５とは、共通の電源ラインを介して電源７に並列に接続されている。このため、デジタル信号処理回路部５の回路動作による電磁場の変化に起因して交流電流が発生すると、この交流電流が共通の電源ラインを通じて、アナログ信号処理回路部３に妨害波として混入する。

また、アナログ信号処理回路部３、デジタル信号処理回路部５及び電源７の接地ラインが共通である場合は、デジタル信号処理回路部５からの妨害波が、接地ラインを介してアナログ信号処理回路部３側に回り込む場合もある。

一方、電源７の電源電圧は、デジタルマルチメータやテスタ等で計測すると一定レベルを示すが、実際には、電源リップルと呼ばれる微小な揺らぎ（交流成分）が内在している。この電源リップルは、例えば振幅の微小なアナログ信号を扱う回路部にとっては大きなノイズとなり得、特性劣化等の問題を引き起こす。

以上の通り、電源ラインを通じて、アナログ信号処理回路部３は、デジタル信号処理回路部５の妨害波の影響と、電源７の電源リップルの影響とを受けることになる。

この問題を解決するため、本実施形態では、デジタル信号処理回路部５の電源端子とアナログ信号処理回路部３の電源端子間にノイズキャンセル回路１を設けた。ノイズキャンセル回路１は、キャンセル信号生成部１１と、合成部１３とを備えて構成され、デジタル信号処理回路部５の電源端子電圧を入力電圧として、該電源端子電圧の交流成分を打ち消すキャンセル信号を生成し、生成したキャンセル信号を、アナログ信号処理回路部３の電源電圧に合成する。

図２は、キャンセル信号生成部１１の回路構成の一例を示す図である。
キャンセル信号生成部１１は、交流成分抽出部１１１と、増幅部１１３と、移相部１１５と、減衰部１１７と、バイアス部１１９とを備えて構成される。

交流成分抽出部１１１は、バイパスコンデンサ等によって構成され、デジタル信号処理回路部５の電源端子電圧（入力信号）の直流成分を遮断し、交流成分の信号を抽出して増幅部１１３に出力する。

増幅部１１３は、交流成分抽出部１１１により抽出された交流成分の信号を所定の増幅率で増幅する増幅器であり、増幅した信号を移相部１１５に出力する。

移相部１１５は、増幅部１１３で増幅された信号を１８０度移相する移相回路であり、移相した信号を減衰部１１７に出力する。移相の対象とする周波数は、デジタル信号処理回路部５からの妨害波の周波数及び電源７の出力に含まれる電源リップルの周波数である。

減衰部１１７は、移相部１１５で移相された信号を所定の減衰率で減衰させる減衰器であり、減衰させた信号をバイアス部１１９に出力する。

バイアス部１１９は、減衰部１１７で減衰された信号に電源７の定格電圧をバイアスするバイアス回路であり、バイアスした後の信号をキャンセル信号として、合成部１３に出力する。

合成部１３は、アナログ信号処理回路部３の電源電圧に、キャンセル信号生成部１１で生成されたキャンセル信号を合成する加算器である。

キャンセル信号生成部１１から出力されるキャンセル信号は、妨害波の周波数の信号と、電源リップルの周波数の信号とが、それぞれ１８０度移相された信号である。従って、キャンセル信号をアナログ信号処理回路部３に印加される電源電圧に合成することで、該電源電圧に重畳された妨害波及び電源リップルを適切に除去することができる。また、ノイズキャンセル回路１は、小型の回路素子によって構成することが可能であるため、モジュールサイズの増大を防止することができる。

尚、図３に示すように、ノイズキャンセル回路１をアナログ信号処理回路部３のモジュール内の電源入力段に設け、アナログ信号処理回路部３内においてキャンセル信号の生成及び合成を行う構成としてもよい。これにより、回路全体のサイズの一層の小型化を図ることができる。

２．実施例
次に、上述したノイズキャンセル回路１をＧＰＳ（Global Positioning System）モジュールに実装した場合の実施例について説明する。但し、本発明を適用可能な実施例がこれに限定されるわけではない。

２−１．第１実施例
図４は、第１実施例におけるＧＰＳモジュール１００の構成を示すブロック図である。
ＧＰＳモジュール１００は、ノイズキャンセル回路１と、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部３０と、ベースバンド処理回路部５０と、ＧＰＳ用電源７０とを備えて構成される。

ＲＦ受信回路部３０は、ＲＦ信号の受信回路であり、ＧＰＳアンテナで受信されたＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号を増幅等した後、中間周波数の信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートする。そして、ＩＦ信号を増幅等した後、デジタル信号に変換してベースバンド処理回路部５０に出力する。このＲＦ受信回路部３０は、図１のアナログ信号処理回路部３に相当する。

ベースバンド処理回路部５０は、ＲＦ受信回路部３０から出力されたＩＦ信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出し、疑似距離の演算や測位演算等を行う回路部である。このベースバンド処理回路部５０は、図１のデジタル信号処理回路部５に相当する。

ＧＰＳ用電源７０は、ＲＦ受信回路部１０及びベースバンド処理回路部３０の電源回路であり、図１の電源７に相当する。

ＧＰＳモジュール１００では、ノイズキャンセル回路１において、ベースバンド処理回路部５０の電源端子電圧に表れる交流成分を打ち消すキャンセル信号が生成された後、ＲＦ受信回路部３０に印加される電源電圧に合成されることで、該電源電圧に重畳されたベースバンド処理回路部５０からの妨害波及びＧＰＳ用電源７０からの電源リップルが除去される。

２−２．第２実施例
図５は、第２実施例におけるＧＰＳモジュール２００の構成を示すブロック図である。尚、ＧＰＳモジュール１００と同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略する。ＧＰＳモジュール２００は、ノイズキャンセル回路１と、ＲＦ受信回路部３０と、ベースバンド処理回路部５０と、ＲＦ用電源７１と、ベースバンド用電源７３とを備えて構成される。

ＧＰＳモジュール２００がＧＰＳモジュール１００と大きく異なる点は、ＲＦ受信回路部３０の電源ラインと、ベースバンド処理回路部５０の電源ラインとが独立している点である。従って、ベースバンド処理回路部５０の電源ラインを介してＲＦ受信回路部３０に妨害波が混入することはない。

しかし、ＲＦ受信回路部３０と、ベースバンド処理回路部５０と、ＲＦ用電源７１と、ベースバンド用電源７３とは、それぞれ共通の接地ラインでアースされている。従って、電源及び電源ラインが個別であっても、ベースバンド処理回路部５０からの妨害波が、接地ラインを介してＲＦ受信回路部３０側に回り込み、ＲＦ受信回路部３０にかかる電源電位と接地電位間の電圧（電源電圧）は、結局妨害波が重畳した電圧となる。

この接地ラインを介してＲＦ受信回路部３０側に回りこんだ妨害波と、ＲＦ用電源７１の電源リップルとを除去するため、本実施例では、ベースバンド処理回路部５０の電源端子とＲＦ受信回路部３０の電源ライン間にノイズキャンセル回路１を設ける。

また、ＲＦ受信回路部３０には３つの電源端子が設けられており、ＲＦ用電源７１の電圧が、各電源端子に印加されるように構成されている。このため、ノイズキャンセル回路１の合成部１３は、ＲＦ用電源７１からＲＦ受信回路部３０までの電源ラインのうち、最初の分岐接点Ｐ１よりもＲＦ用電源７１寄りの位置に設けられている。

ＧＰＳモジュール２００では、ノイズキャンセル回路１において、ベースバンド処理回路部５０の電源端子電圧に表れる交流成分を打ち消すキャンセル信号が生成された後、ＲＦ受信回路部３０に印加される電源電圧に合成されることで、共通の接地ラインを介してベースバンド処理回路部５０側からＲＦ受信回路部３０側に回り込んだ妨害波と、ＲＦ用電源７１の電源リップルとが除去される。

２−３．実験結果
図６は、ＧＰＳモジュール２００において、電源リップルの周波数（リップル周波数）に対して、ＲＦ受信回路部３０が特性劣化を引き起こす可能性のある電源リップルの最小振幅（リップル振幅）を示す実験結果である。図６では、横軸をリップル周波数［Ｈｚ］、縦軸をリップル振幅［ｍＶｐｐ］とし、両対数グラフで示している。

例えば、リップル周波数が「１０Ｈｚ」である場合は、リップル振幅は「１０００ｍＶｐｐ」であることから、周波数が「１０Ｈｚ」の電源リップルについては、振幅が「１０００ｍＶｐｐ」以上となると、ＲＦ受信回路部３０の特性を劣化させることになる。同様に、周波数が「１００ｋＨｚ」の電源リップルについては、振幅が「約１ｍＶｐｐ」以上になると、ＲＦ受信回路部３０の特性が劣化する可能性があることがわかる。

また、リップル振幅は、リップル周波数「１００ｋＨｚ」において最小となるが、それを超えると徐々に増加していることがわかる。従って、周波数が高く、振幅が小さい電源リップルほど、ＲＦ受信回路部３０の特性劣化を引き起こし易いとは一概に言えないことになる。

３．他の実施例
上述した実施形態では、デジタル信号処理回路部の電源端子電圧からキャンセル信号を生成し、アナログ信号処理回路部の電源電圧に合成する場合について説明したが、他には、第１のデジタル信号処理回路部の電源端子電圧からキャンセル信号を生成し、第２のデジタル信号処理回路部の電源電圧に合成する構成としてもよい。

また、本発明のノイズキャンセル回路は、携帯型電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）等の各種電子機器に内蔵することが可能である。例えば、ＧＰＳモジュール１００やＧＰＳモジュール２００を、ＧＰＳアンテナとともに携帯型電話機に搭載することで、ＧＰＳ機能を有する携帯型電話機においてノイズキャンセルを行うことが可能となる。

電源ラインのノイズキャンセルの原理を説明するための図。キャンセル信号生成部の回路構成の一例を示す図。変形例における回路構成の一例を示す図。第１実施例におけるＧＰＳモジュールの構成を示す図。第２実施例におけるＧＰＳモジュールの構成を示す図。電源リップルに関する実験結果の一例を示す図。

符号の説明

１ノイズキャンセル回路、３アナログ信号処理回路部、
５デジタル信号処理回路部、７電源、１１キャンセル信号生成部、
１３合成部、３０ＲＦ受信回路部、５０ベースバンド処理回路部、
７０ＧＰＳ用電源、７１ＲＦ用電源、７３ベースバンド用電源、
１００、２００ＧＰＳモジュール

Claims

第１の電子回路の電源端子電圧から、当該電源端子電圧の交流成分を打ち消すキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、
電源ライン及び／又は接地ラインが前記第１の電子回路と共通である第２の電子回路の電源電圧に前記生成されたキャンセル信号を合成する合成部と、
を備えたノイズキャンセル回路。
前記キャンセル信号生成部は、
前記第１の電子回路の電源端子電圧の交流成分を抽出する抽出部と、
前記抽出された交流成分の信号を１８０度移相する移相部と、
を有する請求項１に記載のノイズキャンセル回路。
前記第１の電子回路はデジタル信号処理回路部であり、
前記第２の電子回路はアナログ信号処理回路部である、
請求項１又は２に記載のノイズキャンセル回路。
請求項１〜３の何れか一項に記載のノイズキャンセル回路を電源入力段に備えた前記第２の電子回路でなるアナログ信号処理回路部。
請求項１〜３の何れか一項に記載のノイズキャンセル回路を備えた電子機器。