JP2011130069A - Filter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルタ装置に関し、特に少ない電力でフィルタリング処理を行うことのできるフィルタ装置に関する。 The present invention relates to a filter device, and particularly to a filter device capable of performing a filtering process with a small amount of power.
電子回路において、例えば高精度なセンサから出力された小さいレベルの検出信号や、昇圧回路で昇圧された信号、音声信号等に含まれる不要なノイズ成分を除去するために、その特性や用途に応じた各種のフィルタ回路が用いられる。そのようなフィルタ回路の一例として、特許文献1のフィルタ回路がある。
図5および図6を参照して、従来のフィルタ回路における動作を説明する。図5は従来のフィルタ回路の構成を示す回路図であり、図6は従来のフィルタ回路における出力信号の波形の動きを示すタイムチャートである。
In an electronic circuit, for example, a small level detection signal output from a high-precision sensor, a signal boosted by a booster circuit, an unnecessary noise component included in an audio signal, etc. Various filter circuits are used. As an example of such a filter circuit, there is a filter circuit disclosed in Patent Document 1.
The operation of the conventional filter circuit will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional filter circuit, and FIG. 6 is a time chart showing the movement of the waveform of the output signal in the conventional filter circuit.
図5に示すフィルタ回路100は、抵抗101とキャパシタ102とを有する。フィルタ回路100は、抵抗101とキャパシタ102とからローパスフィルタとして機能する回路である。フィルタ回路100の入力側にはアナログ回路103等が接続され、フィルタ回路100はアナログ回路103からの出力信号Va_outの特定の低域周波数の信号のみを通過させるフィルタリング処理を行う。
A
図6に示すフィルタ回路100においては、アナログ回路103に電力を連続して供給して、アナログ回路103からの出力信号Va_outが0V以上になると、フィルタ回路100からの出力信号Vlpf_outが立ち上がる。また、アナログ回路103からの出力信号Va_outが0V以下になると、フィルタ回路100からの出力信号Vlpf_outが立ち下がる。
In the
そして、アナログ回路103に電力を連続して供給して、アナログ回路103からの出力信号Va_outが0V以上または0V以下になるパルス幅を変化させていくことで、フィルタ回路100からの出力信号Vlpf_outの大きさを変化させることができる。例えば図示するように、アナログ回路103からの出力信号Va_outが0V以上または0V以下になるパルス幅を徐々に小さくしていくことで、フィルタ回路100からの出力信号Vlpf_outの大きさを徐々に小さくしていくことができる。
Then, by continuously supplying power to the
しかしながら、上述したフィルタ回路は、大きな抵抗値を有する抵抗と、大きな容量を有するキャパシタとを必要とするものであるため、電力が多くなる傾向がある。また、アナログ回路にも常時電力を供給しなければならないため、電力が一層多くなる。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、少ない電力でフィルタリング処理を行うことのできるフィルタ装置を提供することを目的とする。
However, since the above-described filter circuit requires a resistor having a large resistance value and a capacitor having a large capacitance, the power tends to increase. In addition, since power must be constantly supplied to the analog circuit, the power is further increased.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a filter device that can perform a filtering process with a small amount of power.
本発明に係るフィルタ装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
本発明に係る第1のフィルタ装置は、電気信号を入力し、電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換える信号入力スイッチング素子と、前記信号入力スイッチング素子を介して入力される前記電気信号のフィルタリング処理を行うフィルタ回路と、前記電気的接続状態が間欠的になるように前記信号入力スイッチング素子を切り換え制御するスイッチ制御手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the filter device according to the present invention is configured as follows.
The first filter device according to the present invention receives an electric signal and inputs the signal through the signal input switching element and a signal input switching element that switches between an electrical connection state and an electrical disconnection state. A filter circuit that performs filtering of the electrical signal, and switch control means that switches and controls the signal input switching element so that the electrical connection state becomes intermittent.
上記のフィルタ装置によれば、スイッチ制御手段は、フィルタ回路に電気信号を入力する動作フェーズにて、例えばクロック制御信号の8クロックのうち1/2クロック、つまり1/16の期間だけ信号入力スイッチング素子を電気的接続状態にする。また、スイッチ制御手段は、フィルタ回路に電気信号を入力しない休止フェーズにて、信号入力スイッチング素子を電気的切断状態にする。このように、信号入力スイッチング素子の電気的接続状態が間欠的になるように信号入力スイッチング素子を切り換え制御することによって、連続して電力を消費しているときよりも抵抗値の小さい抵抗と容量の小さいキャパシタを用いても、連続して電力を消費しているときと同じ出力を得られる。つまり、従来と同じ出力を得られるフィルタリング処理でありながら、フィルタリング処理で消費する電力を抑えることが可能となる。 According to the above filter device, the switch control means performs signal input switching only in a period of 1/2 clock, that is, 1/16 of 8 clock control signals in the operation phase of inputting an electrical signal to the filter circuit. The element is brought into an electrical connection state. Further, the switch control means puts the signal input switching element into an electrically disconnected state in a pause phase in which an electric signal is not input to the filter circuit. Thus, by controlling the switching of the signal input switching element so that the electrical connection state of the signal input switching element becomes intermittent, the resistance and the capacitance having a smaller resistance value than when the power is continuously consumed. Even with a small capacitor, it is possible to obtain the same output as when power is continuously consumed. In other words, it is possible to suppress the power consumed in the filtering process while the filtering process can obtain the same output as the conventional one.
本発明に係る第2のフィルタ装置は、前記スイッチ制御手段は、前記電気信号を出力する回路が有する、自回路に電力を供給するための電力供給スイッチング素子を切り換える動作を制御するための電力供給スイッチ制御信号と、前記電力供給スイッチング素子が電気的接続状態であるときに前記信号入力スイッチング素子を電気的接続状態に切り換える動作を制御するための信号入力スイッチ制御信号とを生成することを特徴とする。 In the second filter device according to the present invention, the switch control means is a power supply for controlling an operation of switching a power supply switching element for supplying power to the circuit, which is included in the circuit that outputs the electrical signal. Generating a switch control signal and a signal input switch control signal for controlling an operation of switching the signal input switching element to an electrically connected state when the power supply switching element is in an electrically connected state; To do.
上記のフィルタ装置によれば、スイッチ制御手段は、フィルタ回路に電気信号を出力する回路に電力を供給する動作フェーズにて、クロック制御信号の8クロックのうち1クロック、つまり1/8の期間だけスイッチを電気的接続状態にする。また、スイッチ制御手段は、休止フェーズにおいては、電力供給スイッチング素子を電気的切断状態にする。このように、電力供給スイッチング素子を間欠した動作となるように制御することによって、連続して電力を消費しているときよりも電気信号を出力する回路を少ない電力で動作させても、連続して電力を供給しているときと同じ出力を得られる。つまり、従来と同じ出力を得られるフィルタリング処理でありながら、フィルタリング処理で消費する電力を抑えることが可能となる。また、電力供給スイッチング素子を制御するための電力供給スイッチ制御信号によって、フィルタ回路に電気信号を出力する回路に電力を供給するための信号入力スイッチング素子が電気的接続状態になって、電力が安定して供給されるようになってからフィルタ回路に信号入力スイッチング素子を制御するための信号入力スイッチ制御信号を出力する。このように動作させることで、フィルタ回路に電気信号を出力する回路からの出力される電気信号も安定し、フィルタ回路から安定した信号を出力させることが可能となる。
本発明に係る第3のフィルタ装置は、前記スイッチ制御手段は、前記電力供給スイッチング素子を電気的接続状態にするように電力供給スイッチ制御信号を出力した後、前記信号入力スイッチング素子を電気的接続状態にするように信号入力スイッチ制御信号を出力することを特徴とする。
According to the above filter device, the switch control means is 1 clock out of 8 clocks of the clock control signal, that is, a period of 1/8 in the operation phase of supplying power to the circuit that outputs the electrical signal to the filter circuit. Set the switch to electrical connection. Further, the switch control means puts the power supply switching element in an electrically disconnected state in the pause phase. In this way, by controlling the power supply switching element so as to operate intermittently, even if the circuit that outputs the electric signal is operated with less power than when the power is continuously consumed, the power supply switching element is continuously operated. To obtain the same output as when power is being supplied. In other words, it is possible to suppress the power consumed in the filtering process while the filtering process can obtain the same output as the conventional one. In addition, the power supply switch control signal for controlling the power supply switching element makes the signal input switching element for supplying power to the circuit that outputs the electric signal to the filter circuit in an electrically connected state, thereby stabilizing the power. Then, a signal input switch control signal for controlling the signal input switching element is output to the filter circuit. By operating in this way, the electric signal output from the circuit that outputs the electric signal to the filter circuit is also stabilized, and it becomes possible to output a stable signal from the filter circuit.
In a third filter device according to the present invention, the switch control means outputs a power supply switch control signal so as to bring the power supply switching element into an electrically connected state, and then electrically connects the signal input switching element. A signal input switch control signal is output so as to be in a state.
上記のフィルタ装置によれば、電力供給スイッチ制御信号を信号入力スイッチ制御信号の立ち上がりよりも、例えば1/2クロックだけ早めに立ち上げることによって、通常フィルタ回路から電気信号を出力する回路に電力が供給されてから電気信号の出力が安定するまでの時間を確保し、電気的接続状態が間欠的でなく連続的にスイッチング素子を切り換え制御したときと同様に、安定した出力を得ることが可能となる。
発明に係る第4のフィルタ装置は、前記フィルタ回路は、抵抗およびコンデンサを有するローパスフィルタであることを特徴とする。
上記のフィルタ装置によれば、制御手段のみの制御方法を変えるだけで、用途に合わせて各種のローパスフィルタを用いることが可能となる。
According to the above filter device, the power is supplied to the circuit that outputs the electrical signal from the normal filter circuit by raising the power supply switch control signal, for example, by 1/2 clock earlier than the rise of the signal input switch control signal. It is possible to secure a time until the output of the electric signal is stabilized after being supplied, and it is possible to obtain a stable output in the same manner as when the switching state of the switching element is continuously switched instead of being intermittent. Become.
According to a fourth filter device of the present invention, the filter circuit is a low-pass filter having a resistor and a capacitor.
According to the filter device described above, it is possible to use various low-pass filters in accordance with applications by changing only the control method of the control means.
本発明におけるフィルタ装置によれば、フィルタ回路に電気信号を出力する回路に電力を供給するための電力供給スイッチング素子およびフィルタ回路に電気信号を入力するための信号入力スイッチング素子の電気的接続状態が間欠的になるように、信号入力スイッチング素子を切り換え制御することによって、スイッチング素子の電気的接続状態が間欠的にならないように信号入力スイッチング素子を切り換え制御しているときよりも、フィルタ回路およびフィルタ回路に電気信号を出力する回路でのフィルタリング処理に要する電力を抑えることができる。 According to the filter device of the present invention, the electrical connection state of the power supply switching element for supplying power to the circuit that outputs the electrical signal to the filter circuit and the signal input switching element for inputting the electrical signal to the filter circuit is By switching the signal input switching element so as to be intermittent, the filter circuit and the filter are more effective than when switching the signal input switching element so that the electrical connection state of the switching element is not intermittent. Electric power required for filtering processing in a circuit that outputs an electrical signal to the circuit can be suppressed.
同時に、フィルタ回路の抵抗の抵抗値およびキャパシタの容量値を小さくすることができる。これにより、抵抗およびキャパシタの体積も小さくなるため、LSI(Large Scale Integration)の内部にローパスフィルタを形成する場合にも、LSI自体の面積を大幅に小さくすることができる。さらに、コストを抑えることもできる。 At the same time, the resistance value of the resistor of the filter circuit and the capacitance value of the capacitor can be reduced. As a result, the volume of the resistor and the capacitor is also reduced. Therefore, even when a low pass filter is formed inside an LSI (Large Scale Integration), the area of the LSI itself can be significantly reduced. Furthermore, costs can be reduced.
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等の構成要素は同一符号によって示す。
(フィルタ装置10の構成)
まず、図1を参照して、本発明に係るフィルタ装置10の構成を説明する。図1は、本発明に係るフィルタ装置10の構成を示す回路図である。
図1に示す本発明に係るフィルタ装置10は、ローパスフィルタ回路11、信号入力スイッチ12およびスイッチ制御部13を備えて構成される。
フィルタ装置10の入力側には、フィルタ装置のフィルタ回路でフィルタリング処理する信号を出力するアナログ回路16が接続される。アナログ回路16は、昇圧回路や音声信号処理回路等のアナログ素子で構成される回路である。アナログ回路16の内部には、スイッチ制御部13から出力されるクロック制御信号φ1に合わせて、電力を供給・停止するための電力供給スイッチ17がある。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each drawing referred to in the following description, components equivalent to those in the other drawings are denoted by the same reference numerals.
(Configuration of filter device 10)
First, with reference to FIG. 1, the structure of the
A
An
ローパスフィルタ回路11は、抵抗14とキャパシタ15とを有し、特定の低域周波数の信号のみを通過させるためのフィルタ回路である。本実施形態におけるローパスフィルタ回路11は、低域周波数の帯域の信号を通過させるフィルタリング処理を行うフィルタ回路として説明する。
信号入力スイッチ12は、例えばMOSトランジスタ等のスイッチング素子であり、スイッチ制御部13のクロック制御信号φ2によって電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換えられ、ローパスフィルタ回路11に信号を入力するものである。
The low-
The
スイッチ制御部13は、クロック制御信号φを生成するのと共に、このクロック制御信号φに合わせて、アナログ回路に電力を供給・停止するためのアナログ回路16の電力供給スイッチ17の電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換える動作を制御するための電力供給スイッチ制御用のクロック制御信号φ1、およびローパスフィルタ回路11にアナログ信号を入力するための信号入力スイッチ12の電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換える動作を制御するための信号入力スイッチ制御用のクロック制御信号φ2を生成するための回路である。
The
(スイッチ制御部13の構成)
次に、図2を参照して、スイッチ制御部13の構成を説明する。図2は、スイッチ制御部13の構成を示す回路図である。
図2に示すスイッチ制御部13は、3ビットカウンタ13a、AND回路13b,13cを備えて構成される。
3ビットカウンタ13aは、クロック制御信号φを入力し、0〜7、つまり(000)2〜(111)2をカウントし、そのカウント値を出力する回路である。
(Configuration of the switch control unit 13)
Next, the configuration of the
The
The 3-bit counter 13a is a circuit that receives the clock control signal φ, counts 0 to 7, that is, (000) 2 to (111) 2 , and outputs the count value.
AND回路13bは、3ビットカウンタ13aから出力されるカウント値を入力して、(111)2が入力されたときに1(Hレベル)を出力し、それ以外のとき0(Lレベル)を出力する回路である。AND回路13bから出力された値は、クロック制御信号φ1となる。
AND回路13cは、クロック制御信号φとAND回路13bから出力される値とを入力して、クロック制御信号φからLレベルが出力され、AND回路13bからHレベルが出力されたときにHレベルを出力し、それ以外のとき0(Lレベル)を出力する回路である。AND回路13cから出力された値は、クロック制御信号φ2となる。
The AND
The AND
(スイッチ制御部13の動作)
続いて、図3および図4を参照して、スイッチ制御部13の動作を説明する。図3および図4は、スイッチ制御部13から出力される信号に伴う各信号の動きを示すタイムチャートである。
図3のタイムチャートに示すように、スイッチ制御部13はクロック制御信号φを一定周期で出力する。
スイッチ制御部13は、まず電力供給スイッチ17の動作フェーズにおいて、クロック制御信号φの8クロックの期間のうち1クロックの期間、つまり1/8の期間だけクロック制御信号φ1をHレベルで出力して、アナログ回路16の電力供給スイッチ17を電気的接続状態にする。これにより、アナログ回路16に電力が供給され、アナログ回路16からアナログ信号が出力される。このアナログ信号を、図3中にアナログ回路16からの出力信号Va_outとして示す。
(Operation of the switch control unit 13)
Subsequently, the operation of the
As shown in the time chart of FIG. 3, the
First, in the operation phase of the
アナログ回路16の電力供給スイッチ17を電気的接続状態になってから1/2クロック遅れて、スイッチ制御部13は、信号入力スイッチ12の動作フェーズにおいて、クロック制御信号φの8クロックのうち1/2クロック、つまり1/16の時間だけクロック制御信号φ2を信号入力スイッチ12を電気的接続状態にする。これにより、アナログ回路16からローパスフィルタ回路11にアナログ信号が入力される。
The
ローパスフィルタ回路11からは、アナログ回路16から出力されたアナログ信号をフィルダリング処理した信号が出力される。このアナログ信号をフィルダリング処理した信号を、図3中にローパスフィルタ回路11からの出力信号Vlpf_outとして示す。
アナログ回路16からの出力信号Va_outは、クロック制御信号φ1をHレベルになると立ち上がり始め、クロック制御信号φ2がHレベルになる前に立ち上がりが完了している。また、ローパスフィルタ回路11からの出力信号Vlpf_outは、クロック制御信号φ2がHレベルになるフェーズのみで増加する。
The low-
The output signal Va_out from the
次に、スイッチ制御部13は、信号入力スイッチ12の休止フェーズにおいて、クロック制御信号φの8クロックのうち7クロック、つまり15/16の時間だけ信号入力スイッチ12をオフ状態にする。これにより、アナログ回路16からローパスフィルタ回路11にアナログ信号が入力されなくなる。
さらに、電力供給スイッチ17の休止フェーズにおいて、クロック制御信号φの8クロックのうち15/2クロックの期間、つまり7/8の期間だけクロック制御信号φ1をHレベルで出力して、アナログ回路16の電力供給スイッチ17を電気的切断状態にする。これにより、アナログ回路16に電力が供給されなくなり、アナログ回路16からアナログ信号が出力されなくなる。
Next, in the idle phase of the
Further, in the pause phase of the
休止フェーズではアナログ回路16からの出力信号Va_outが無くても、フィルタリング処理を行うことができるフェーズである。従って、動作フェーズのみアナログ回路16に電力を供給し、アナログ回路16の電力供給スイッチ17を電気的接続状態にしなくても、動作フェーズおよび休止フェーズで連続して電力を供給しているときと同じ出力を得ることができる。
The pause phase is a phase in which the filtering process can be performed without the output signal Va_out from the
このように、信号入力スイッチ12および電力供給スイッチ17の電気的接続状態が間欠的になるように各スイッチを切り換え制御することによって、フィルタリング処理で消費する電力は従来技術における連続動作しているときの1/8となる。また、ローパスフィルタ回路11にアナログ信号を入力するための信号入力スイッチ12が電気的接続状態となる時間は、従来技術における連続動作しているときの1/16となる。このため、周波数fc=2π(1/16RC)となり、抵抗14の抵抗値Rおよびキャパシタ15の容量値Cを連続で制御しているときの1/16にすることができる。
As described above, when the switch is controlled so that the electrical connection state of the
このように、抵抗14の抵抗値Rおよびキャパシタ15の容量値Cを小さくすることができるため、抵抗14およびキャパシタ15の体積も小さくなる。抵抗14およびキャパシタ15の面積は、抵抗14およびキャパシタ15の値と比例するので、抵抗14の抵抗値Rおよびキャパシタ15の容量値Cを1/16にすると、面積も1/16にすることができる。特に、LSI(Large Scale Integration)の内部にローパスフィルタを形成する場合には、LSI自体の面積を大幅に小さくすることができるのと同時に、コストを抑えることもできる。
Thus, since the resistance value R of the
なお、通常アナログ回路16は、電力供給スイッチ17を電気的接続状態となり、電源が供給されてから出力が安定するまで一定の時間が必要である。このため、クロック制御信号φ1を、クロック制御信号φ2よりも1/2クロックだけ早めに立ち上げる。また、クロック制御信号φ1を起ち下げるときには、クロック制御信号φ2を起ち下げた後、クロック制御信号φ1を起ち下げることで、信号入力スイッチ12が電気的切断状態になってから、アナログ回路16への電力の供給を停止すれば良い。
In general, the
また、図4のタイムチャートに示すように、図3のタイムチャートより時間を長くしてみると、上記の動作により、動作フェーズのみ電力を供給しているが、図6に示した従来のフィルタ回路で説明したように連続して電力を供給しているときと同じ出力を得られることがわかる。
このように、フィルタ装置10の前段に接続されるアナログ回路16は連続して電力を供給しているときよりも少ない電力で動作することができるものでありながら、フィルタ装置10に新たに制御用の回路等を設けることなく、従来のフィルタ回路と同様のフィルタリング処理を行うことができる。
Further, as shown in the time chart of FIG. 4, when the time is made longer than that of the time chart of FIG. 3, the electric power is supplied only in the operation phase by the above operation, but the conventional filter shown in FIG. As described in the circuit, it can be seen that the same output can be obtained as when power is continuously supplied.
As described above, the
なお、本実施形態におけるフィルタ装置では、ローパスフィルタ11で説明したがこれに限定されず、アナログ回路から出力される信号のフィルタリング処理を行うフィルタ回路であれば、例えばハイパスフィルタも適用することができる。
また、クロック制御信号φ2をHレベルにする時間も、クロック制御信号φ1よりも短い時間、つまりオーバーラップしない時間であれば、アナログ回路やフィルタ特性に応じて、任意の時間に設定することができる。
In the filter device according to the present embodiment, the low-
Further, if the time for setting the clock control signal φ2 to the H level is also shorter than the clock control signal φ1, that is, the time when there is no overlap, it can be set to any time according to the analog circuit and filter characteristics. .
(まとめ)
スイッチ制御部13は、動作フェーズにおいて、クロック制御信号φ1をクロック制御信号φの8クロックのうち1クロック、つまり1/8の時間だけ電力供給スイッチ17を電気的接続状態にする。次に、スイッチ制御部13は、クロック制御信号φ2をクロック制御信号φの8クロックのうち1/2クロック、つまり1/16の時間だけ信号入力スイッチ12を電気的接続状態にする。この電気的接続状態が間欠的になるように各スイッチを切り換え制御することによって、連続で制御しているときと比較して、フィルタリング処理で消費する電力を1/8に少なくし、抵抗14の抵抗値Rおよびキャパシタ15の容量値Cを1/16に小さくすることができる。
(Summary)
In the operation phase, the
特に、小型かつ少電力で動作する電子機器向けのフィルタ装置として利用される。 In particular, it is used as a filter device for electronic devices that are small and operate with low power.
10 フィルタ装置
11 フィルタ回路
12 信号入力スイッチ
13 スイッチ制御部
14 抵抗
15 キャパシタ
16 アナログ回路
17 電力供給スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記信号入力スイッチング素子を介して入力される前記電気信号のフィルタリング処理を行うフィルタ回路と、
前記電気的接続状態が間欠的になるように前記信号入力スイッチング素子を切り換え制御するスイッチ制御手段と、
を備えることを特徴とするフィルタ装置。 A signal input switching element that inputs an electrical signal and switches between an electrical connection state and an electrical disconnection state;
A filter circuit that performs a filtering process on the electrical signal input via the signal input switching element;
Switch control means for switching and controlling the signal input switching element so that the electrical connection state is intermittent;
A filter device comprising:
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