JP2010212820A - Frequency-dependent erasure circuit and phase shift circuit using the same - Google Patents

Frequency-dependent erasure circuit and phase shift circuit using the same Download PDF

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Seitaro Kon
盛太郎 昆
Tatsuji Yamada
達司 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frequency-dependent erasure circuit in which the amplitude of an output signal does not change but only the phase thereof is shifted at 90° with respect to an input signal, and which can keep accuracy without changing a circuit constant over a wide band; and a phase shift circuit using the same. <P>SOLUTION: The frequency-dependent erasure circuit 2 is structured such that an integrator 5 and a differentiator 6 are each connected to an input terminal; the integrator 5 and the differentiator 6 are connected to a multiplier 8; outputs of the integrator 5 and the differentiator 6 are multiplied with each other by the multiplier 8 to eliminate frequency dependency of signal amplitude; and only the phase is shifted at 90°. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力信号の周波数に関わらず、振幅を変化させずに位相のみを90度シフトする周波数依存性消去回路、およびそれを用いた位相シフト回路に関する。   The present invention relates to a frequency-dependent cancellation circuit that shifts only the phase by 90 degrees without changing the amplitude regardless of the frequency of the input signal, and a phase shift circuit using the same.

一般に、アナログ信号の位相を90°シフトする回路としては積分器やPLL(Phase−Locked Loop)回路などが挙げられるが、これらの回路では信号の周波数によって出力の振幅が変化する。また、振幅を変化させずに位相をシフトするオールパスフィルタでは、信号周波数が変化する度に回路定数の変更が必要である。
現状、これらの回路をベースに様々な工夫がなされ、多くの90°位相シフト回路が実現されている。例えば、特許文献1記載の広帯域位相シフト回路では、次数の異なるオールパスフィルタを2つ用いることで広帯域に渡って互いに直交した信号を作り出している。
In general, examples of circuits that shift the phase of an analog signal by 90 ° include an integrator and a PLL (Phase-Locked Loop) circuit. In these circuits, the output amplitude changes depending on the frequency of the signal. Further, in an all-pass filter that shifts the phase without changing the amplitude, it is necessary to change the circuit constant every time the signal frequency changes.
At present, various devices are made based on these circuits, and many 90 ° phase shift circuits are realized. For example, in the wideband phase shift circuit described in Patent Document 1, signals that are orthogonal to each other over a wide band are generated by using two all-pass filters having different orders.

特許公開平8−307208Patent Publication No. 8-307208

L.Callegaro,V.D’Elia,Meas.Sci.Technol.8,(1997),673−675L. Callegaro, V.M. D'Elia, Meas. Sci. Technol. 8, (1997), 673-675. B.Djokic,et.al: IEEE IM, Vol.49, No.1, 161−165 (2000)B. Djoic, et. al: IEEE IM, Vol. 49, no. 1, 161-165 (2000)

しかし、回路構成は1入力に対して2出力となっており、これら2つの出力は互いに直交しているものの、入力信号に対して出力信号が直交しているわけではない。
また、非特許文献1記載の90°位相シフト回路では、トランスコンダクタンスアンプでLPFを構成し、このフィルタのカットオフ周波数が入力信号の周波数と一致するようにトランスコンダクタンスアンプへ入力する電流を制御する。これによりLPFに入力された信号は、振幅はそのままに位相だけが45°シフトする。さらに同じ回路をもう一段、直列に接続することで位相をトータルで90°シフトさせる。しかし入力信号の周波数とフィルタのカットオフ周波数を一致させるために入力信号の周波数に依存した電流制御を必要とするため、一般的には精度が出にくい。
However, the circuit configuration has two outputs for one input, and these two outputs are orthogonal to each other, but the output signals are not orthogonal to the input signals.
In the 90 ° phase shift circuit described in Non-Patent Document 1, an LPF is configured by a transconductance amplifier, and the current input to the transconductance amplifier is controlled so that the cutoff frequency of the filter matches the frequency of the input signal. . As a result, the signal input to the LPF shifts only the phase by 45 ° without changing the amplitude. Furthermore, the phase is shifted by 90 ° in total by connecting another stage of the same circuit in series. However, since current control depending on the frequency of the input signal is required in order to match the frequency of the input signal and the cutoff frequency of the filter, it is generally difficult to obtain accuracy.

さらに、非特許文献2記載の90°位相シフト回路では、信号を積分器に入力して位相を90°シフトさせた後、信号周波数によって変化する振幅を、周波数依存型の可変ゲインアンプによって増幅することで、入力信号と同振幅で位相のみが90°シフトしている信号を得ている。この回路は高精度な結果が得られているが、その帯域幅は非常に狭い。
したがって、現状では高精度な回路は帯域が非常に狭く、広帯域な回路は精度が低い傾向がある。
Furthermore, in the 90 ° phase shift circuit described in Non-Patent Document 2, a signal is input to an integrator and the phase is shifted by 90 °, and then the amplitude that changes depending on the signal frequency is amplified by a frequency-dependent variable gain amplifier. Thus, a signal having the same amplitude as the input signal and a phase shifted by 90 ° is obtained. Although this circuit has obtained highly accurate results, its bandwidth is very narrow.
Therefore, at present, a highly accurate circuit has a very narrow band, and a broadband circuit tends to have a low accuracy.

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、このような従来の90°位相シフト回路とは異なる方法を用いることで、入力信号に対して出力信号の振幅に変化がなく位相のみが90°ずれており、かつ広帯域に渡って回路定数の変更なしに精度を保つことができる周波数依存性消去回路、およびそれを用いた位相シフト回路を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above. By using a method different from such a conventional 90 ° phase shift circuit, the amplitude of the output signal is changed with respect to the input signal. Another object of the present invention is to provide a frequency-dependent canceling circuit in which only the phase is shifted by 90 ° and the accuracy can be maintained without changing circuit constants over a wide band, and a phase shift circuit using the same.

本発明の周波数依存性消去回路、およびそれを用いた位相シフト回路は、周波数依存性消去回路の積分器および微分器の出力を掛け合わせることにより、信号振幅の周波数依存性(ωの成分)を消去し、信号周波数による回路定数の変更なく位相のみを90度シフトさせる。
また、入力の√を出力する開平回路により、周波数依存性消去回路の2乗出力を1乗出力に変換する。
また、整流波形復元回路4により、整流波形を復元する。
The frequency-dependent cancellation circuit of the present invention and the phase shift circuit using the frequency-dependent cancellation circuit multiply the outputs of the integrator and the differentiator of the frequency-dependent cancellation circuit, thereby reducing the frequency dependency (ω component) of the signal amplitude. Erasing and shifting only the phase by 90 degrees without changing the circuit constant according to the signal frequency.
Further, the square root output of the frequency dependence elimination circuit is converted into a square output by a square root circuit that outputs √ of the input.
Further, the rectified waveform is restored by the rectified waveform restoration circuit 4.

本発明の周波数依存性消去回路、およびそれを用いた位相シフト回路は、積分器および微分器の出力を乗算することで振幅の周波数成分(ωの成分)を消去することを特徴としており、その位相は入力信号に対して常に90°ずれている。
したがって積分器および微分器が動作可能である帯域において、振幅の変化なく位相のみを90°回すことが可能であり、入力信号の周波数が変化する場合においても面倒な補償や調整を必要としない。
The frequency dependent cancellation circuit of the present invention and the phase shift circuit using the frequency cancellation circuit are characterized by canceling the frequency component of the amplitude (component of ω) by multiplying the outputs of the integrator and the differentiator. The phase is always 90 ° shifted from the input signal.
Therefore, in the band where the integrator and the differentiator can operate, only the phase can be rotated by 90 ° without changing the amplitude, and no troublesome compensation or adjustment is required even when the frequency of the input signal changes.

本発明の位相シフト回路の構成図である。It is a block diagram of the phase shift circuit of this invention. 図1の回路の各部信号波形を示す図である。It is a figure which shows each part signal waveform of the circuit of FIG. 図1の回路の回路2および回路3の変更例の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a modification example of the circuit 2 and the circuit 3 of the circuit of FIG. 図1の回路の回路4の変更例の回路図である。It is a circuit diagram of the example of a change of the circuit 4 of the circuit of FIG.

本発明の周波数依存性消去回路、およびそれを用いた位相シフト回路は、積分器および微分器の出力を乗算することで振幅の周波数成分(ωの成分)を消去するように構成する。   The frequency dependence canceling circuit and the phase shift circuit using the same according to the present invention are configured to cancel the frequency component (ω component) of the amplitude by multiplying the outputs of the integrator and the differentiator.

本発明の実施例1を図面に基づいて詳述する。
図1は本発明の位相シフト回路の構成図である。
図1の位相シフト回路は、積分器(integrator)と微分器(differentiator)の出力を掛け合わせ、信号振幅の周波数依存性を消去した出力信号を得る構成を主要な構成とし、その後、その信号振幅の周波数依存性を消去した出力信号を、開平(√を出力する)することで入力信号に対して位相が90°ずれた(シフトした)信号を出力する構成にも特徴を有する。
図1のシフト位相回路は、積分器と微分器の出力を掛け合わせることで振幅の周波数依存性(ωの成分)を消去する周波数依存性消去回路2、入力の√を出力する開平回路3、入力信号の整流波形を復元する整流波形復元回路4から構成される。
周波数依存性消去回路2は、入力端子に積分器5と微分器6を並列に接続し、それら積分器5と微分器6の出力側をそれぞれフィルタ7を介して掛け算器8に接続して構成する。
Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a phase shift circuit of the present invention.
The phase shift circuit shown in FIG. 1 is mainly configured to obtain an output signal obtained by eliminating the frequency dependence of the signal amplitude by multiplying the output of the integrator and the differentiator, and then the signal amplitude. The output signal from which the frequency dependence is removed is square-rooted (outputs √) to output a signal whose phase is shifted (shifted) by 90 ° with respect to the input signal.
The shift phase circuit of FIG. 1 includes a frequency-dependent elimination circuit 2 that eliminates the frequency dependence (ω component) of the amplitude by multiplying the outputs of the integrator and the differentiator, and a square root circuit 3 that outputs √ of the input. It comprises a rectified waveform restoration circuit 4 for restoring the rectified waveform of the input signal.
The frequency dependence canceling circuit 2 is configured by connecting an integrator 5 and a differentiator 6 in parallel to input terminals, and connecting the outputs of the integrator 5 and the differentiator 6 to a multiplier 8 via a filter 7 respectively. To do.

開平回路3は、入力端子にLog回路9を接続し、Log回路9の出力電圧を抵抗R10で抵抗分割し、抵抗分割点にアンチLog回路11を接続して構成する。開平回路3のLog回路9は、周波数依存性消去回路2の掛け算器8の出力を入力する。
入力信号の整流波形を復元する整流波形復元回路4は、比較器12と掛け算器/インバータ13を直列接続して構成する。比較器12は、周波数依存性消去回路2の微分器6のフィルタ出力を入力する。開平回路3の掛け算器/インバータ13は、入力アンチLog回路11の出力を入力する。
The square root circuit 3 is configured by connecting the Log circuit 9 to the input terminal, dividing the output voltage of the Log circuit 9 by the resistor R10, and connecting the anti-Log circuit 11 to the resistance dividing point. The Log circuit 9 of the square root circuit 3 inputs the output of the multiplier 8 of the frequency dependence elimination circuit 2.
The rectified waveform restoration circuit 4 for restoring the rectified waveform of the input signal is configured by connecting a comparator 12 and a multiplier / inverter 13 in series. The comparator 12 receives the filter output of the differentiator 6 of the frequency dependence canceling circuit 2. The multiplier / inverter 13 of the square root circuit 3 inputs the output of the input anti-Log circuit 11.

(積分器・微分器)
積分器および微分器については一般的な回路構成のものでも十分に使用可能である。ただし、本発明を実行するためには所望の周波数帯において、積分および微分特性を発揮している必要があり、広帯域化のために完全微分・完全積分回路(後記図3参照)を使用している。ただし積分回路はフィードバック間にさらに抵抗とキャパシタを追加した構成を用いて(後記図3(b)参照)おり、これにより直流用のフィードバックを形成し、低周波域におけるゲインを制限して出力に現れるDC(直流)成分を抑えている。
その他にも、例えばキャパシタ接地型の積分器を使用することにより、DC成分の発生を抑えることが可能であると考えられる。また、原理的に低周波域でのゲインが大きくなるため、オフセットの小さいICを選定することも重要である。
これとは逆に、微分器は高周波域でゲインが大きくなるために高周波ノイズを増幅しやすく、さらに入力電圧の振幅と周波数によっては、出力が電源に張り付き、クリップしてしまう可能性がある。設計の際には、所望の周波数帯において使用する入力電圧の大きさと最大周波数におけるゲイン、IC(集積回路)に供給している電源電圧との関係に留意すべきである。
(Integrator / differentiator)
As for the integrator and the differentiator, those having a general circuit configuration can be sufficiently used. However, in order to implement the present invention, it is necessary to exhibit integral and differential characteristics in a desired frequency band, and a full differential / complete integration circuit (see FIG. 3 to be described later) is used for widening the bandwidth. Yes. However, the integration circuit uses a configuration in which a resistor and a capacitor are further added between the feedbacks (see FIG. 3 (b) below), thereby forming a feedback for direct current and limiting the gain in the low frequency range to the output. The appearing DC (direct current) component is suppressed.
In addition, it is considered possible to suppress generation of a DC component by using, for example, a capacitor grounded integrator. In principle, since the gain in the low frequency range increases, it is also important to select an IC with a small offset.
On the other hand, the differentiator easily amplifies high frequency noise because the gain increases in the high frequency region, and the output may stick to the power source and clip depending on the amplitude and frequency of the input voltage. At the time of designing, attention should be paid to the relationship between the magnitude of the input voltage used in a desired frequency band, the gain at the maximum frequency, and the power supply voltage supplied to the IC (integrated circuit).

(フィルタ)
ここで使用しているフィルタの目的は、積分器の出力に現れるDC成分(容量Cに基づく)を除去することである。したがって基本的にはHPFを使用することになるが、ノイズ対策としてHPF(ハイパスフィルタ)にLPF(ローパスフィルタ)をカスケード接続した広帯域BPF(バンドパスフィルタ)を用いるのが良い。また、DC成分が比較的小さい場合にはフィルタではなくオフセット調整回路(あるいはレベルシフト回路)を外付けし、DC成分をキャンセルすることも可能と考えられるが、この手法は信号周波数の変化に対して容量Cが一定である(あるいは変動が非常に小さい)場合に限られる。
さらにDC成分をカットする別の手段としては、トランスを使用する方法がある。トランスは原理上、一次側から二次側へDC成分が伝達されないため完全にCを除去することが可能である。その一方、回路規模が大きくなることや、周波数特性が良好ではないため位相がずれるなどデメリットもあるが、小型で周波数特性が良好なトランスが入手できるのであれば、本発明に対しても十分に使用可能である。
なお、フィルタ(BPFもしくはHPF)やトランス、レベルシフト回路等の容量Cを消去するための回路は積分器と掛算器の間に設置する。また、基本的には周波数帯域を広くとるほど積分器・微分器はノイズを拾って増幅しやすいと考えられるため、積分器および微分器の出力と掛算器の間にさらにLPFを追加するのが望ましい。
(filter)
The purpose of the filter used here is to remove the DC component (based on capacitance C) that appears at the output of the integrator. Therefore, although an HPF is basically used, it is preferable to use a broadband BPF (band pass filter) in which an LPF (low pass filter) is cascade-connected to an HPF (high pass filter) as a noise countermeasure. In addition, if the DC component is relatively small, it may be possible to cancel the DC component by adding an offset adjustment circuit (or level shift circuit) instead of a filter. This is limited to the case where the capacitance C is constant (or the fluctuation is very small).
As another means for cutting the DC component, there is a method using a transformer. In principle, since the DC component is not transmitted from the primary side to the secondary side in the transformer, C can be completely removed. On the other hand, there are disadvantages such as an increase in circuit scale and a phase shift due to poor frequency characteristics. However, if a small transformer with good frequency characteristics is available, it is sufficient for the present invention. It can be used.
A circuit for eliminating the capacitor C such as a filter (BPF or HPF), a transformer, and a level shift circuit is provided between the integrator and the multiplier. Basically, it is considered that the integrator / differentiator picks up noise and amplifies it more easily as the frequency band is wider. Therefore, an LPF is added between the output of the integrator and differentiator and the multiplier. desirable.

(掛算器)
掛算器に関しては多くの市販品があるため詳細説明は省略する。ただし積分器・微分器の出力を掛け合わせる際にどちらか一方を反転し、位相を揃える必要がある(そのままでは位相が180°ずれている)。市販されている多くの掛算器には反転入力端子が備わっており、この端子を使用することで対応できるが、反転入力端子がない、あるいは使用したくない場合にはフィルタの後段に反転増幅回路を追加しても良い。
(Multiplier)
Since there are many commercial products regarding the multiplier, detailed description thereof is omitted. However, when multiplying the outputs of the integrator and differentiator, it is necessary to invert one of them and align the phases (the phase is shifted by 180 ° as it is). Many multipliers on the market have an inverting input terminal, and this terminal can be used to cope with it. However, if there is no inverting input terminal or if you do not want to use it, an inverting amplifier circuit is placed after the filter. May be added.

(開平回路(√))
開平回路はその名の通り、入力信号の√を出力する回路である。図1に記載している回路(Log→分圧→Anti Log)の構成を用いると、例えば分圧比を1:2から1:3にすることで出力は
となり、逆に分圧比を2:1とすれば出力は入力の二乗となるため応用性が高い回路である。
しかし本発明において必要な出力は√のみであり、必ずしもこの回路構成でなくとも良い。掛算器ほど豊富ではないが√出力のICもいくつか市販されている。したがって、この部分の変更例はかなりの数が想定されるが、入力の√を出力する回路であればどのような回路でも良い。
(Kaihei circuit (√))
As the name implies, the square root circuit is a circuit that outputs √ of the input signal. If the circuit configuration shown in FIG. 1 (Log → Partial pressure → Anti Log) is used, for example, by changing the voltage division ratio from 1: 2 to 1: 3, the output is
On the other hand, if the voltage division ratio is 2: 1, the output is the square of the input, so the circuit is highly applicable.
However, the output required in the present invention is only √, and this circuit configuration is not necessarily required. There are several commercially available ICs that are not as abundant as multipliers but have a √ output. Accordingly, a considerable number of modifications of this part are assumed, but any circuit that outputs √ of the input may be used.

(全波整流波形の復調回路)
図1の回路3の出力信号波形Vは図2(f)となる。この出力信号波形Vは、入力信号Vinに対して位相が90°ずれており、振幅が周波数依存性を持たない。したがって図2(f)における‘山を一つおきに’反転すれば所望の信号が得られることになる。そこで‘山を一つおきに’反転するためにコンパレータを使用してこれと同じタイミングでHighとLowが入れ替わる信号を作る(図2(g))。コンパレータに入力する信号は原理的には積分器・微分器どちらの出力でも構わないが、今回はDCレベルがより安定している微分器の出力を使用した。図4に最終段に使用可能と考えられる回路構成を示す。(a)(b)はともにコンパレータのHとLでスイッチ(あるいはFET)をON/OFFし、後段の反転増幅回路によって入力を反転/非反転出力する。(c)はより単純で、VMとVcをそのまま掛け合わせることで結果的に‘山一つおきに’反転することになる。
(Full-wave rectified waveform demodulation circuit)
The output signal waveform V A of the circuit 3 in FIG. 1 is as shown in FIG. The output signal waveform V A, the phase has shifted 90 ° with respect to the input signal V in, the amplitude does not have the frequency dependency. Therefore, a desired signal can be obtained by inverting every other peak in FIG. Therefore, in order to invert every other peak, a comparator is used to generate a signal in which High and Low are switched at the same timing (FIG. 2 (g)). The signal input to the comparator may in principle be the output of either an integrator or a differentiator, but this time, the output of a differentiator with a more stable DC level was used. FIG. 4 shows a circuit configuration that can be used in the final stage. In both (a) and (b), the switch (or FET) is turned ON / OFF by the comparators H and L, and the input is inverted / non-inverted by the inverting amplifier circuit in the subsequent stage. (C) is simpler, and by multiplying VM and Vc as they are, the result is inverted every other mountain.

ただし(c)の場合にはコンパレータのHとLのレベルが異なるとGNDレベルを基準にして、完全に対象にならない可能性がある。したがってこの場合にはコンパレータの電源に注意が必要となる。また、(a)(b)においてはスイッチングスピードが遅いと波形が大きく崩れる可能性がある。回路4部分についてもその他多くの変更例が存在する。
本発明において新規かつ重要な部分は周波数依存性消去回路2であり、開平回路3および整流波形復元回路4については図1記載の回路構成以外にも後記するように他の回路構成が適用可能である。
However, in the case of (c), if the H and L levels of the comparators are different, there is a possibility that they will not be completely covered based on the GND level. In this case, therefore, attention must be paid to the power supply of the comparator. Further, in (a) and (b), if the switching speed is slow, the waveform may be greatly collapsed. Many other modifications exist for the circuit 4 portion.
In the present invention, the new and important part is the frequency dependent erasing circuit 2, and other circuit configurations can be applied to the square root circuit 3 and the rectified waveform restoring circuit 4 in addition to the circuit configuration shown in FIG. is there.

図2は回路中の各部分における信号の波形例を示している。
図2(a)は入力信号Vinの信号波形、図2(b)は微分器6の出力信号Vdiff波形、図2(c)は積分器5の出力信号Vint波形、図2(d)はフィルタ7又はトランス(図示省略)の出力信号波形、図2(e)は掛け算器8の出力信号V波形、図2(f)はアンチLog回路11の出力信号V波形、図2(g)は比較器12の出力信号V波形、図2(h)は掛け算器/インバータ13の出力信号Vint波形と入力信号Vinの信号波形、をそれぞれ示す。
FIG. 2 shows a waveform example of a signal at each part in the circuit.
2 (a) is the input signal V in of the signal waveform, FIG. 2 (b) the output signal V diff waveform of the differentiator 6, FIG. 2 (c) the output signal V int waveform of the integrator 5, FIG. 2 (d ) is an output signal waveform of the filter 7 or trans (not shown), FIG. 2 (e) is the output signal V M waveform of the multiplier 8, FIG. 2 (f) is the output signal V a waveform of the anti-Log circuit 11, FIG. 2 (g) shows the output signal V C waveform of the comparator 12, FIG. 2 (h) is the output signal V int waveform and the input signal V in the signal waveform of the multiplier / inverter 13, respectively.

図1のシフト位相回路の動作を、図2の各部の信号波形を参照して説明する。
まず、図1のシフト位相回路の入力端子に入力信号Vinを入力する。
入力信号Vin(図2(a))を振幅A、角速度ωの正弦波とすれば、
であるから、図中の積分器5・微分器6の出力Vint(図2(c))、Vdiff(図2(b))はそれぞれ
となる。
The operation of the shift phase circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to signal waveforms at various parts in FIG.
First, the input signal Vin is input to the input terminal of the shift phase circuit of FIG.
If the input signal V in (FIG. 2A) is a sine wave with an amplitude A and an angular velocity ω,
Therefore, the outputs V int (FIG. 2 (c)) and V diff (FIG. 2 (b)) of the integrator 5 and the differentiator 6 in the figure are respectively
It becomes.

ここでCは積分定数を表しており、直流成分に相当する。そこでCをフィルタ7によって除去したのち(図2(d))、一方を反転してこれらを掛け合わせれば、その出力V(図2(e))は
となるから振幅の周波数依存性(ωの成分)を消去することができる。ここでVをログアンプに入力すれば、その出力Vlog
であるから、これを二分の一に分圧して
さらにアンチログアンプに入力すれば、その出力V(図2(f))は
となる。
Here, C represents an integral constant and corresponds to a DC component. So After the C is removed by the filter 7 (FIG. 2 (d)), if ask inverts one multiplies these, the output V M (see FIG. 2 (e)) is
Therefore, the frequency dependency of the amplitude (component of ω) can be eliminated. If the input wherein V M to a log amplifier, the output V log is
So, divide this into half
In more input to antilog amplifier, the output V A (FIG. 2 (f)) is
It becomes.

よって入力信号に対して位相が90度ずれた(シフトした)全波整流信号が得られる。これにコンパレータで作った信号Vc(図2(g))を掛け合わせる、もしくはVcのタイミングで反転すれば最終的な出力Vout(図2(h))は
となり、入力信号と同振幅で位相のみが90度ずれた信号が得られる。
Therefore, a full-wave rectified signal whose phase is shifted (shifted) by 90 degrees with respect to the input signal is obtained. If this is multiplied by the signal Vc (FIG. 2 (g)) generated by the comparator or inverted at the timing of Vc, the final output V out (FIG. 2 (h)) will be
Thus, a signal having the same amplitude as the input signal and a phase shift of 90 degrees is obtained.

図3は、本発明の実施例2を示し、図1の周波数依存性消去回路2の積分器5および微分器6の他の実施例を示す。
図3(a)は微分器6の他の実施例を示す。図3(b)は積分器5の他の実施例を示す。図3(a)の微分器21は、オペアンプ23の反転端子(−)と接地との間に容量C1を接続し、オペアンプ23の非反転端子(+)と接地との間に抵抗R2を接続し、オペアンプ23の非反転端子(+)と入力端子との間に容量C2を接続し、オペアンプ23の反転端子(−)とオペアンプ23の出力端子との間に帰還抵抗R1を接続した構成をとる。
図3(b)の積分器22は、オペアンプ24の反転端子(−)と接地との間に抵抗R3を接続し、オペアンプ24の非反転端子(+)と接地との間に容量C6を接続し、オペアンプ24の非反転端子(+)と入力端子との間に抵抗R6を接続し、オペアンプ24の反転端子(−)とオペアンプ24の出力端子との間に帰還抵抗R4とR5、および、帰還容量C5を並列接続した構成をとる。帰還抵抗R4とR5の中点と接地の間に容量C4を接続する構成をとる。
本発明を実行するためには所望の周波数帯において、積分および微分特性を発揮している必要があり、広帯域化のために完全微分・完全積分回路(図3)を使用している。ただし積分回路はフィードバック間にさらに抵抗とキャパシタを追加した構成を用いて(図3(b))おり、これにより直流用のフィードバックを形成し、低周波域におけるゲインを制限して出力に現れるDC成分を抑えている。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, and shows another embodiment of the integrator 5 and the differentiator 6 of the frequency dependent cancellation circuit 2 of FIG.
FIG. 3A shows another embodiment of the differentiator 6. FIG. 3B shows another embodiment of the integrator 5. In the differentiator 21 in FIG. 3A, a capacitor C1 is connected between the inverting terminal (−) of the operational amplifier 23 and the ground, and a resistor R2 is connected between the non-inverting terminal (+) of the operational amplifier 23 and the ground. In this configuration, the capacitor C2 is connected between the non-inverting terminal (+) and the input terminal of the operational amplifier 23, and the feedback resistor R1 is connected between the inverting terminal (−) of the operational amplifier 23 and the output terminal of the operational amplifier 23. Take.
The integrator 22 in FIG. 3B connects the resistor R3 between the inverting terminal (−) of the operational amplifier 24 and the ground, and connects the capacitor C6 between the non-inverting terminal (+) of the operational amplifier 24 and the ground. The resistor R6 is connected between the non-inverting terminal (+) and the input terminal of the operational amplifier 24, the feedback resistors R4 and R5 are connected between the inverting terminal (−) of the operational amplifier 24 and the output terminal of the operational amplifier 24, and The feedback capacitor C5 is connected in parallel. A configuration is adopted in which a capacitor C4 is connected between the midpoint of the feedback resistors R4 and R5 and the ground.
In order to carry out the present invention, it is necessary to exhibit integral and differential characteristics in a desired frequency band, and a complete differentiation / complete integration circuit (FIG. 3) is used for widening the bandwidth. However, the integration circuit uses a configuration in which a resistor and a capacitor are further added between the feedbacks (FIG. 3 (b)), thereby forming a feedback for direct current, limiting the gain in the low frequency region, and appearing at the output. Ingredients are suppressed.

図4は、本発明の実施例3を示し、図1の整流波形復元回路4の他の実施例を示す。
図4(a)の整流波形復元回路31は、コンパレータ回路部分(Comparator)とインバータ回路部分(Invert)からなる。
コンパレータ回路部分を構成するオペアンプ32の非反転入力端子(+)は接地され、反転入力端子(−)は信号(Diff IN)入力端子となっている。オペアンプ32の出力端子はインバータ回路部分のFETのゲートに接続される。
インバータ回路部分を構成するオペアンプ33の非反転入力端子(+)は抵抗R12を介してアンチLog回路11の出力Vに接続されると共に、FETのソース、ドレインを介して接地される。オペアンプ33の反転入力端子(−)は抵抗R11を介してアンチLog回路11の出力Vに接続されると共に、帰還抵抗R13を介してオペアンプ33の出力に接続される。
FIG. 4 shows Embodiment 3 of the present invention, and shows another embodiment of the rectified waveform restoration circuit 4 of FIG.
The rectified waveform restoration circuit 31 in FIG. 4A includes a comparator circuit part (Comparator) and an inverter circuit part (Invert).
The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 32 constituting the comparator circuit portion is grounded, and the inverting input terminal (−) is a signal (Diff IN) input terminal. The output terminal of the operational amplifier 32 is connected to the FET gate in the inverter circuit portion.
The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 33 constituting the inverter circuit portion is connected to the output VA of the anti-Log circuit 11 via the resistor R12 and grounded via the source and drain of the FET. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier 33 is connected to the output VA of the anti-Log circuit 11 through the resistor R11, and is connected to the output of the operational amplifier 33 through the feedback resistor R13.

図4(b)の整流波形復元回路32は、コンパレータ回路部分(Comparator)とインバータ回路部分(Invert)からなる。
コンパレータ回路部分を構成するオペアンプ34の非反転入力端子(+)は接地され、反転入力端子(−)は信号(Diff IN)入力端子となっている。オペアンプ32の出力端子はインバータ回路部分のスイッチSWに切り替え信号として出力される。スイッチSWは導通状態と接地状態を切り替えるように構成されている周知な構成を有する。
インバータ回路部分を構成するオペアンプ35の非反転入力端子(+)はSWと抵抗R15を介してアンチLog回路11の出力Vに接続される。オペアンプ35の反転入力端子(−)は抵抗R14を介してアンチLog回路11の出力Vに接続されると共に、帰還抵抗R16を介してオペアンプ35の出力に接続される。
The rectified waveform restoration circuit 32 in FIG. 4B includes a comparator circuit part (Comparator) and an inverter circuit part (Invert).
The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 34 constituting the comparator circuit portion is grounded, and the inverting input terminal (−) is a signal (Diff IN) input terminal. The output terminal of the operational amplifier 32 is output as a switching signal to the switch SW in the inverter circuit portion. The switch SW has a known configuration that is configured to switch between a conductive state and a ground state.
The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 35 constituting the inverter circuit portion is connected to the output VA of the anti-Log circuit 11 via SW and the resistor R15. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier 35 is connected to the output VA of the anti-Log circuit 11 through the resistor R14, and is connected to the output of the operational amplifier 35 through the feedback resistor R16.

図4(c)の整流波形復元回路33は、オペアンプ36の非反転入力端子(+)が接地され、反転入力端子(−)が信号(Diff IN)入力端子となっている。オペアンプ36の出力端子は掛け算器8aに接続されている。掛け算器8aはオペアンプ36の出力とアンチLog回路11の出力V掛け算し出力する。
本発明の位相シフト回路は、周波数依存性消去回路2、開平回路3および整流波形復元回路4が所期の機能を奏する限りにおいて任意の回路素子を用いて構成することができる。
In the rectified waveform restoration circuit 33 of FIG. 4C, the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 36 is grounded, and the inverting input terminal (−) is a signal (Diff IN) input terminal. The output terminal of the operational amplifier 36 is connected to the multiplier 8a. The multiplier 8a multiplies the output of the operational amplifier 36 and the output VA of the anti-log circuit 11 and outputs the result.
The phase shift circuit of the present invention can be configured by using arbitrary circuit elements as long as the frequency-dependent elimination circuit 2, the square root circuit 3, and the rectified waveform restoration circuit 4 have the intended functions.

1 位相シフト回路
2 周波数依存性消去回路
3 開平回路
4 整流波形復元回路
5 積分器
6 微分器
7 フィルタ
8 掛け算器
9 Log回路
10 抵抗
11 アンチLog回路
12 比較器
13 掛け算器/インバータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase shift circuit 2 Frequency dependence elimination circuit 3 Square root extraction circuit 4 Rectification waveform restoration circuit 5 Integrator 6 Differentiator 7 Filter 8 Multiplier 9 Log circuit 10 Resistance 11 Anti-Log circuit 12 Comparator 13 Multiplier / inverter

Claims (2)

入力端子に積分器および微分器をそれぞれ接続し、前記積分器および微分器を掛け算器に接続し、前記掛け算器で前記積分器および微分器の出力を掛け合わせ、信号振幅の周波数依存性を消去し、位相のみを90度シフトするようにしたことを特徴とする周波数依存性消去回路。   Connect the integrator and differentiator to the input terminal respectively, connect the integrator and differentiator to the multiplier, and multiply the output of the integrator and differentiator by the multiplier to eliminate the frequency dependence of the signal amplitude And a frequency-dependent canceling circuit, wherein only the phase is shifted by 90 degrees. 前記周波数依存性消去回路と、入力信号の√を出力する開平回路と、入力信号の整流波形を復元する整流波形復元回路からなり、前記周波数依存性消去回路の掛け算器の出力を前記開平回路に入力し、前記開平回路の出力を整流波形復元回路に入力し、前記前記周波数依存性消去回路の前記微分器又は前記積分器の出力を前記整流波形復元回路に入力し、前記周波数依存性消去回路により入力信号の振幅周波数依存性を消去し、前記開平回路により入力信号に対して位相が90度ずれた全波整流信号を出力し、前記整流波形復元回路により入力信号と同位相で位相のみが90度ずれた信号を出力するようにしたことを特徴とする位相シフト回路。   The frequency dependent elimination circuit, a square root circuit that outputs √ of the input signal, and a rectification waveform restoration circuit that restores the rectified waveform of the input signal, and outputs the multiplier of the frequency dependence elimination circuit to the square root circuit. The output of the square root circuit is input to a rectification waveform restoration circuit, the output of the differentiator or the integrator of the frequency dependence elimination circuit is input to the rectification waveform restoration circuit, and the frequency dependence elimination circuit To cancel the amplitude frequency dependency of the input signal, and to output a full-wave rectified signal whose phase is shifted by 90 degrees with respect to the input signal by the square root circuit, and to have only the phase in phase with the input signal by the rectified waveform restoring circuit. A phase shift circuit characterized in that a signal shifted by 90 degrees is output.
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