JP2015082718A - Low-frequency amplifier circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-frequency amplifier circuit that is adaptable to a frequency of a reflected wave from an object and has dynamic range adaptable to a short distance to a long distance.SOLUTION: A low-frequency amplifier circuit includes: an amplifier element 3 amplifying a detection signal Vdet; an attenuation circuit 20 attenuating an output signal from the amplifier element 3; a control circuit 30 controlling an attenuation amount of the attenuation circuit 20; a first negative feedback circuit 40 connected between input and output terminals of the amplifier circuit 3; and a second negative feedback circuit 50 connected between an output terminal of the attenuation circuit 20 and the input terminal of the amplifier circuit 3. A capacitor is connected to one of the first negative feedback circuit 40 and the second negative feedback circuit 50, and a resistor is connected to the other of them. The attenuation circuit 20 has a first field-effect transistor 1. The control circuit 30 generates a control signal Vcnt having a control voltage value changed by a voltage value of the detection signal Vdet, and controls the attenuation amount of the attenuation circuit 20 by applying the control signal Vcnt to a gate G1 of the first field-effect transistor 1.

Description

本発明は、低周波増幅回路、特に電波を用いて対象物の動き又は対象物までの距離を検出するための無線センサ装置に使用される低周波増幅回路に関わる。   The present invention relates to a low-frequency amplifier circuit, and more particularly to a low-frequency amplifier circuit used in a wireless sensor device for detecting a movement of an object or a distance to the object using radio waves.

従来、発振回路から出力される高周波信号をアンテナに供給して電波を放射し、対象物からの反射波を受信し、受信信号を分析して対象物の動き又は対象物までの距離を検出する無線センサ装置がある。物体に電波を当てると反射波の周波数が放射電波の周波数から僅かにずれる原理を利用したもので、そのずれの大きさから物体の動き又は速度を測定できる。また、反射波の遅延量(位相変化)から対象物までの距離を測定できる。このような無線センサ装置には、受信した信号のレベルに応じた電圧を出力するための検波回路が設けられている。また、検波回路の後段には低周波増幅回路が設けられていて、低周波増幅回路で増幅された受信信号が、その後段に設けられた信号処理回路によって分析される。   Conventionally, a high-frequency signal output from an oscillation circuit is supplied to an antenna to radiate a radio wave, a reflected wave from an object is received, and the received signal is analyzed to detect the movement of the object or the distance to the object. There is a wireless sensor device. This is based on the principle that the frequency of the reflected wave slightly shifts from the frequency of the radiated radio wave when the object is irradiated with the radio wave, and the movement or speed of the object can be measured from the magnitude of the deviation. Further, the distance from the delay amount (phase change) of the reflected wave to the object can be measured. Such a wireless sensor device is provided with a detection circuit for outputting a voltage corresponding to the level of the received signal. In addition, a low-frequency amplifier circuit is provided after the detection circuit, and a reception signal amplified by the low-frequency amplifier circuit is analyzed by a signal processing circuit provided at the subsequent stage.

このような無線センサ装置として、特許文献1に記載された発明が開示されている。特許文献1に記載された無線センサ装置900を図13に示す。   As such a wireless sensor device, the invention described in Patent Document 1 is disclosed. A wireless sensor device 900 described in Patent Document 1 is shown in FIG.

この無線センサ装置900は、送信周波数が所定周期で連続的に増加及び減少するように周波数拡散された高周波送信信号を生成してアンテナ915から放射すると共に、対象物からの反射波をアンテナ915で受信する。ミキサ回路916に高周波送信信号と反射波とが入力され、ミキサ回路916が双方の周波数が一致したところで位相検波器として動作してDCビート信号を出力し、そのDCビート信号をローパスフィルタ917で抽出する。その後、DCビート信号を低周波増幅回路918で増幅し、信号処理回路919においてDCビート信号の変動を分析し対象物の動きを検出する。   The wireless sensor device 900 generates a high-frequency transmission signal that is frequency-spread so that the transmission frequency continuously increases and decreases in a predetermined cycle and radiates it from the antenna 915, and also reflects the reflected wave from the object with the antenna 915. Receive. When the high frequency transmission signal and the reflected wave are input to the mixer circuit 916, the mixer circuit 916 operates as a phase detector when both frequencies coincide with each other, outputs a DC beat signal, and the DC beat signal is extracted by the low-pass filter 917. To do. Thereafter, the DC beat signal is amplified by the low-frequency amplifier circuit 918, and the signal processing circuit 919 analyzes the fluctuation of the DC beat signal to detect the movement of the object.

特開2011−058836号公報JP 2011-058836 A

しかしながら、特許文献1に記載された無線センサ装置900における低周波増幅回路918には以下のような問題があった。対象物(主に人体)との距離は近距離から遠距離までが想定されている。対象物との距離が変化することによってミキサ回路916で得られる検波信号には変化が生じる。しかし、近距離時においては、ミキサ回路916からの高出力電圧と低周波増幅回路918による増幅によって、信号処理回路919の許容入力電圧範囲を超えた電圧値の信号が信号処理回路919に入力される可能性がある。従って、精度の高い信号処理が難しくなるという問題があった。また、遠距離時においては、対象物に対する検知感度を高めるため低周波増幅回路918には高増幅度が必要になる。即ち、近距離から遠距離まで対応するためのダイナミックレンジが必要とされる。しかし、低周波増幅回路918の増幅度は固定化されているため、このようなダイナミックレンジを得ることは困難であった。また、対象物からの反射波は、検知する対象が異なる場合、その周波数も異なるため、増幅特性にはそれに対応した周波数特性が必要となってくるが、低周波増幅回路918ではそれに対応できていなかった。   However, the low-frequency amplifier circuit 918 in the wireless sensor device 900 described in Patent Document 1 has the following problems. The distance from the object (mainly the human body) is assumed from a short distance to a long distance. A change occurs in the detection signal obtained by the mixer circuit 916 when the distance to the object changes. However, at a short distance, a signal having a voltage value exceeding the allowable input voltage range of the signal processing circuit 919 is input to the signal processing circuit 919 due to the high output voltage from the mixer circuit 916 and the amplification by the low frequency amplification circuit 918. There is a possibility. Therefore, there is a problem that signal processing with high accuracy becomes difficult. Further, at a long distance, the low frequency amplifier circuit 918 needs to have a high degree of amplification in order to increase the detection sensitivity for the object. That is, a dynamic range is required to cope with a short distance to a long distance. However, since the amplification degree of the low-frequency amplifier circuit 918 is fixed, it is difficult to obtain such a dynamic range. In addition, since the reflected wave from the object has different frequencies when the object to be detected is different, the frequency characteristic corresponding to the amplification characteristic is required, but the low frequency amplifier circuit 918 can cope with it. There wasn't.

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、対象物からの反射波の周波数に対応可能であり、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a state of the art, and the object thereof is to cope with the frequency of a reflected wave from an object, and has a dynamic range capable of dealing from a short distance to a long distance. The object is to provide a low-frequency amplifier circuit.

この課題を解決するために、本発明の低周波増幅回路は、検波回路から出力される検波信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子からの出力信号を減衰させる減衰回路と、前記減衰回路の減衰量を制御する制御回路と、を備えた低周波増幅回路であって、前記増幅素子の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第1負帰還回路が接続されていると共に、前記減衰回路の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第2負帰還回路が接続されていて、前記第1負帰還回路又は前記第2負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されていて、前記減衰回路は、ドレインが前記増幅素子の出力端に接続された第1電界効果トランジスタを有し、前記第1電界効果トランジスタのソースから低周波増幅回路出力信号が出力されるように構成されていて、前記制御回路では、前記検波信号が入力され、前記検波信号の電圧値によって制御電圧値が変化する制御信号を生成し、前記制御信号を前記第1電界効果トランジスタのゲートに印加することにより前記減衰回路の減衰量を制御するという特徴を有する。   In order to solve this problem, a low-frequency amplifier circuit according to the present invention includes an amplification element that amplifies a detection signal output from a detection circuit, an attenuation circuit that attenuates an output signal from the amplification element, and the attenuation circuit. A control circuit for controlling the amount of attenuation, and a first negative feedback circuit is connected between the output terminal of the amplification element and the input terminal of the amplification element, A second negative feedback circuit is connected between the output terminal of the attenuation circuit and the input terminal of the amplifying element, and a capacitor is connected to one of the first negative feedback circuit or the second negative feedback circuit. And the other end is connected to a resistor, and the attenuation circuit includes a first field effect transistor having a drain connected to the output terminal of the amplifying element, and is connected to the source of the first field effect transistor. Frequency amplification circuit output The control circuit receives the detection signal, generates a control signal whose control voltage value changes according to the voltage value of the detection signal, and outputs the control signal to the first signal. The attenuation of the attenuation circuit is controlled by applying to the gate of the field effect transistor.

このように構成された低周波増幅回路は、第1負帰還回路及び第2負帰還回路を有し、第1負帰還回路又は第2負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されているため、第1負帰還回路と第2負帰還回路との組み合わせによって、対象物からの反射波の周波数に対応した周波数特性を持たせることが可能である。また、減衰回路が第1電界効果トランジスタを有しており、第1電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して、増幅された検波信号の減衰量を可変させることができるので、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することが容易にできる。   The low-frequency amplifier circuit configured as described above has a first negative feedback circuit and a second negative feedback circuit, and a capacitor is connected to one of the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit. At the same time, since a resistor is connected to the other, it is possible to provide frequency characteristics corresponding to the frequency of the reflected wave from the object by combining the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit. . In addition, since the attenuation circuit includes the first field effect transistor, the attenuation amount of the amplified detection signal can be varied using the variable resistance action of the first field effect transistor. It is possible to easily provide a low-frequency amplifier circuit having a dynamic range that can handle distances.

また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記減衰回路において、前記第1電界効果トランジスタのドレインとソースとの間に第1抵抗が接続されていると共に、前記第1電界効果トランジスタのソースとグランドとの間に第2抵抗が接続されているという特徴を有する。   In the low frequency amplifier circuit of the present invention having the above-described configuration, a first resistor is connected between a drain and a source of the first field effect transistor in the attenuation circuit, and the first field effect transistor is provided. The second resistor is connected between the source and the ground.

このように構成された低周波増幅回路は、第1電界効果トランジスタに第1抵抗と第2抵抗が接続されているため、第1電界効果トランジスタの可変抵抗作用による減衰量を第1抵抗と第2抵抗とによって調整することが可能となる。   In the low-frequency amplifier circuit configured as described above, since the first resistor and the second resistor are connected to the first field effect transistor, the attenuation amount due to the variable resistance action of the first field effect transistor is set to the first resistor and the second resistor. It becomes possible to adjust by 2 resistance.

また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記制御回路において、ゲートが前記検波回路の出力端に接続された第2電界効果トランジスタを有し、前記第2電界効果トランジスタのドレインが前記第1電界効果トランジスタのゲートに接続されていると共に、前記第1電界効果トランジスタのゲートと前記第2電界効果トランジスタのドレインとの接続点と電源端子との間に第3抵抗が接続されていて、前記第2電界効果トランジスタのソースがグランドに接続されているという特徴を有する。   In the low frequency amplifier circuit of the present invention having the above-described configuration, the control circuit includes a second field effect transistor having a gate connected to an output terminal of the detection circuit, and the drain of the second field effect transistor is A third resistor is connected between the power supply terminal and a connection point between the gate of the first field effect transistor and the drain of the second field effect transistor. The source of the second field effect transistor is connected to the ground.

このように構成された低周波増幅回路は、制御回路が、第2電界効果トランジスタを有しており、第2電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して制御信号の電圧値を可変させることができるので、減衰回路を制御することが容易にできる。   In the low-frequency amplifier circuit configured as described above, the control circuit includes the second field effect transistor, and the voltage value of the control signal can be varied using the variable resistance action of the second field effect transistor. Therefore, the attenuation circuit can be easily controlled.

また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記第1負帰還回路が抵抗のみで構成されており、前記第2負帰還回路がキャパシタのみで構成されているという特徴を有する。   Further, the low-frequency amplifier circuit of the present invention having the above-described configuration is characterized in that the first negative feedback circuit is configured by only a resistor, and the second negative feedback circuit is configured by only a capacitor.

このように構成された低周波増幅回路は、減衰回路の出力端と増幅素子の入力端との間に接続されている第2負帰還回路をキャパシタのみで構成したため、増幅素子から減衰回路までを含めた低周波増幅回路全体で取り扱う周波数の内、特に高い周波数領域のゲインを上げる効果がある。従って、低周波増幅回路の高域側の周波数特性を改善することができる。   In the low-frequency amplifier circuit configured in this way, since the second negative feedback circuit connected between the output terminal of the attenuation circuit and the input terminal of the amplifier element is configured only by the capacitor, the circuit from the amplifier element to the attenuation circuit is Of the frequencies handled by the entire low-frequency amplifier circuit, the gain in the high frequency region is particularly increased. Accordingly, it is possible to improve the frequency characteristics on the high frequency side of the low frequency amplifier circuit.

また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記第1負帰還回路がキャパシタのみで構成されており、前記第2負帰還回路が抵抗のみで構成されているという特徴を有する。   Further, the low-frequency amplifier circuit of the present invention having the above-described configuration is characterized in that the first negative feedback circuit is composed of only a capacitor, and the second negative feedback circuit is composed of only a resistor.

このように構成された低周波増幅回路は、減衰回路の出力端と増幅素子の入力端との間に接続されている第2負帰還回路を抵抗のみで構成したため、増幅素子から減衰回路までを含めた低周波増幅回路全体で取り扱う周波数の内、特に低い周波数領域のゲインを上げる効果がある。従って、低周波増幅回路の低域側の周波数特性を改善することができる。   In the low-frequency amplifier circuit configured as described above, the second negative feedback circuit connected between the output terminal of the attenuation circuit and the input terminal of the amplifier element is configured only by a resistor. Of the frequencies handled by the entire low-frequency amplifier circuit, the gain in the low-frequency region is particularly increased. Therefore, it is possible to improve the frequency characteristics of the low frequency side of the low frequency amplifier circuit.

本発明の低周波増幅回路は、第1負帰還回路及び第2負帰還回路を有し、第1負帰還回路又は第2負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されているため、第1負帰還回路と第2負帰還回路との組み合わせによって、対象物からの反射波の周波数に対応した周波数特性を持たせることが可能である。また、減衰回路が第1電界効果トランジスタを有しており、第1電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して、増幅された検波信号の減衰量を可変させることができるので、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することが容易にできる。   The low-frequency amplifier circuit of the present invention includes a first negative feedback circuit and a second negative feedback circuit, and a capacitor is connected to one of the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit, and the other Since a resistor is connected to the, a combination of the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit can provide frequency characteristics corresponding to the frequency of the reflected wave from the object. In addition, since the attenuation circuit includes the first field effect transistor, the attenuation amount of the amplified detection signal can be varied using the variable resistance action of the first field effect transistor. It is possible to easily provide a low-frequency amplifier circuit having a dynamic range that can handle distances.

本発明の実施形態に係る低周波増幅回路を有する無線センサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radio | wireless sensor apparatus which has the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment of this invention. 実施形態に係る低周波増幅回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 実施形態に係る低周波増幅回路の原理を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the principle of the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 実施形態に係る低周波増幅回路の原理を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the principle of the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 実施形態に係る低周波増幅回路の原理を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the principle of the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 実施形態に係る低周波増幅回路における、検波信号と制御信号との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a detection signal and a control signal in the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 実施形態に係る低周波増幅回路の第1変形例の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the 1st modification of the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 図7に示す低周波増幅回路の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the low frequency amplifier circuit shown in FIG. 実施形態に係る低周波増幅回路の第2変形例の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the 2nd modification of the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 図9に示す低周波増幅回路の周波数特性を示すグラフである。10 is a graph showing frequency characteristics of the low-frequency amplifier circuit shown in FIG. 9. 実施形態に係る低周波増幅回路の第3変形例の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the 3rd modification of the low frequency amplifier circuit which concerns on embodiment. 図11に示す低周波増幅回路の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the low frequency amplifier circuit shown in FIG. 従来例に係る無線センサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the wireless sensor apparatus which concerns on a prior art example.

[実施形態]
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る低周波増幅回路100を有する無線センサ装置150の構成を示すブロック図である。無線センサ装置150は、送信信号生成回路60と、送受信アンテナ90と、検波回路70と、本発明の実施形態に係る低周波増幅回路100と、信号処理回路80とから構成されている。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless sensor device 150 having a low-frequency amplifier circuit 100 according to an embodiment of the present invention. The wireless sensor device 150 includes a transmission signal generation circuit 60, a transmission / reception antenna 90, a detection circuit 70, a low-frequency amplifier circuit 100 according to an embodiment of the present invention, and a signal processing circuit 80.

無線センサ装置150は、例えば、一人住まいの高齢者など単独で生活を営む人の日々の生活状態や健康状態の異常などを検出し、総合的な身体状態を監視する安否監視装置(図示せず)等に用いることができる。図1で説明すると、送信信号生成回路60から出力される高周波信号を送受信アンテナ90に供給して電波を放射し、その後、対象物91からの反射波を受信し、その受信信号を分析して対象物91の動き又は対象物91までの距離を検出する。対象物91の動きとしては、高齢者等の人が家の中を移動する時の動作は勿論、人の呼吸や心拍等の生体情報も含まれる。心拍による動きの周波数は1〜5Hz程度の非常に低い周波数であり、また、呼吸による動きの周波数は0.2〜0.5Hz程度の更に低い周波数である。本発明では、0.2〜5Hz程度の低周波数を取り扱う低周波増幅回路100を提供する。   The wireless sensor device 150 is a safety monitoring device (not shown) that detects, for example, an abnormality in a daily life state or a health state of a person who lives alone, such as an elderly person living alone, and monitors a comprehensive physical state. ) And the like. Referring to FIG. 1, a high-frequency signal output from the transmission signal generation circuit 60 is supplied to the transmission / reception antenna 90 to radiate a radio wave, and then a reflected wave from the object 91 is received, and the received signal is analyzed. The movement of the object 91 or the distance to the object 91 is detected. The movement of the object 91 includes not only an operation when a person such as an elderly person moves in the house but also biological information such as a person's breathing and heartbeat. The frequency of motion due to the heartbeat is a very low frequency of about 1 to 5 Hz, and the frequency of motion due to breathing is a lower frequency of about 0.2 to 0.5 Hz. The present invention provides a low-frequency amplifier circuit 100 that handles a low frequency of about 0.2 to 5 Hz.

送信信号生成回路60は、高周波数(例えば、2.45GHz)を中心とした周波数レンジ内で所定周期(例えば、2μs)にて周波数を連続的に変化させて周波数拡散した高周波送信信号を生成する。図1に示すように、送信信号生成回路60には送受信アンテナ90が接続されていて、送信信号生成回路60から伝送された高周波送信信号は、送受信アンテナ90から大気中に放射される。本実施形態では、送受信アンテナ90で送信アンテナと受信アンテナを共用するが、送信アンテナと受信アンテナを別々に設けても良い。放射された高周波送信信号は対象物91に達してそこで反射され、その後、対象物91からの反射波が送受信アンテナ90で受信される。検波回路70には、送信信号生成回路60から伝送された高周波送信信号と、送受信アンテナ90で受信された対象物91からの反射波が入力される。   The transmission signal generation circuit 60 generates a high-frequency transmission signal that is frequency-spread by continuously changing the frequency at a predetermined period (for example, 2 μs) within a frequency range centered on a high frequency (for example, 2.45 GHz). . As shown in FIG. 1, a transmission / reception antenna 90 is connected to the transmission signal generation circuit 60, and the high-frequency transmission signal transmitted from the transmission signal generation circuit 60 is radiated from the transmission / reception antenna 90 to the atmosphere. In the present embodiment, the transmission / reception antenna 90 shares the transmission antenna and the reception antenna, but the transmission antenna and the reception antenna may be provided separately. The radiated high-frequency transmission signal reaches the object 91 and is reflected there, and then the reflected wave from the object 91 is received by the transmission / reception antenna 90. A high-frequency transmission signal transmitted from the transmission signal generation circuit 60 and a reflected wave from the object 91 received by the transmission / reception antenna 90 are input to the detection circuit 70.

検波回路70の出力段にはローパスフィルタ(図示せず)が接続されている。ローパスフィルタに、低周波成分(例えば100Hz以下)を取り出すように通過帯域特性を設定することで、DC抽出回路として機能させている。高周波送信信号と反射波の周波数が異なっている間は、検波回路70から周波数変換されて種々の周波数(高周波及び中間周波数)の信号が出力されるが、これらの信号はローパスフィルタで抑制される。そして、高周波送信信号と反射波の周波数が一致している時には、検波回路70から出力されるDCビートをローパスフィルタで取り出している。   A low pass filter (not shown) is connected to the output stage of the detection circuit 70. The low-pass filter is made to function as a DC extraction circuit by setting passband characteristics so as to extract a low-frequency component (for example, 100 Hz or less). While the frequency of the high-frequency transmission signal and the reflected wave is different, the detection circuit 70 converts the frequency and outputs signals of various frequencies (high frequency and intermediate frequency), but these signals are suppressed by a low-pass filter. . When the frequency of the high-frequency transmission signal and the reflected wave match, the DC beat output from the detection circuit 70 is extracted by a low-pass filter.

検波回路70の後段には本発明の実施形態に係る低周波増幅回路100が接続されている。低周波増幅回路100は、ローパスフィルタで抽出されたDCビートを後段の回路で処理可能な電圧値に増幅する。後段の信号処理回路80は、CPU、メモリ及びCPUで実行されるプログラム等で構成され、検波回路70から出力される低周波成分(DC成分を含む)を分析して対象物91の動き、対象物91までの距離を検出する機能を備える。本発明は、この無線センサ装置150内の低周波増幅回路100に関する。   The low-frequency amplifier circuit 100 according to the embodiment of the present invention is connected to the subsequent stage of the detection circuit 70. The low-frequency amplifier circuit 100 amplifies the DC beat extracted by the low-pass filter to a voltage value that can be processed by a subsequent circuit. The signal processing circuit 80 in the subsequent stage includes a CPU, a memory, a program executed by the CPU, and the like. The low-frequency component (including the DC component) output from the detection circuit 70 is analyzed, and the movement of the target 91 and the target A function for detecting the distance to the object 91 is provided. The present invention relates to the low-frequency amplifier circuit 100 in the wireless sensor device 150.

次に、低周波増幅回路100の構成について、図2を用いて説明する。   Next, the configuration of the low-frequency amplifier circuit 100 will be described with reference to FIG.

図2は、本発明の実施形態に係る低周波増幅回路100の構成を示す回路図である。低周波増幅回路100は、入力端子51と、増幅部10と、減衰回路20と、制御回路30と、第1負帰還回路40と、第2負帰還回路50と、出力端子52と、から構成されている。入力端子51には、検波回路70の出力端が接続されていて、この入力端子51に増幅部10の入力端が接続されており、また、増幅部10の出力端には減衰回路20の入力端が接続されている。入力端子51には、また制御回路30の入力端が接続され、制御回路30は減衰回路20とも接続されている。また、増幅部10の入出力端間には、第1負帰還回路40が接続されており、減衰回路20の出力端と増幅部10の入力端との間には、第2負帰還回路50が接続されている。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the low-frequency amplifier circuit 100 according to the embodiment of the present invention. The low-frequency amplifier circuit 100 includes an input terminal 51, an amplifier 10, an attenuation circuit 20, a control circuit 30, a first negative feedback circuit 40, a second negative feedback circuit 50, and an output terminal 52. Has been. The input terminal 51 is connected to the output terminal of the detection circuit 70, and the input terminal 51 is connected to the input terminal of the amplifying unit 10. The output terminal of the amplifying unit 10 is connected to the input terminal of the attenuation circuit 20. The ends are connected. The input terminal 51 is also connected to the input terminal of the control circuit 30, and the control circuit 30 is also connected to the attenuation circuit 20. A first negative feedback circuit 40 is connected between the input and output terminals of the amplifying unit 10, and a second negative feedback circuit 50 is connected between the output terminal of the attenuating circuit 20 and the input terminal of the amplifying unit 10. Is connected.

増幅部10は、入力端子51に接続された結合用の抵抗17とキャパシタ18との直列接続回路と、この直列接続回路に直列接続された増幅素子3とで構成されている。キャパシタ18は、直流カットの機能も有している。増幅素子3としてはオペアンプが使用され、検波回路70から出力される検波信号Vdetを増幅する。   The amplifying unit 10 includes a series connection circuit of a coupling resistor 17 and a capacitor 18 connected to an input terminal 51, and an amplification element 3 connected in series to the series connection circuit. The capacitor 18 also has a DC cut function. An operational amplifier is used as the amplifying element 3 and amplifies the detection signal Vdet output from the detection circuit 70.

減衰回路20は、増幅素子3からの出力信号を減衰させるように構成されている。減衰回路20は、ドレインD1が増幅素子3の出力端に接続された第1電界効果トランジスタ1(以下FET1と略す(FET:Field Effect Transistor))を有し、FET1のソースS1から出力端子52に低周波増幅回路出力信号Voutが出力されるように構成されている。減衰回路20では、FET1のドレインD1とソースS1との間に第1抵抗11が接続されていると共に、FET1のソースS1とグランドGNDとの間に第2抵抗12が接続されている。尚、第1抵抗11は抵抗値R11を持ち、第2抵抗12は抵抗値R12を持つ。また、FET1は、FET1が導通した時に可変の抵抗値R1を持つドレイン・ソース間オン抵抗を有する。   The attenuation circuit 20 is configured to attenuate the output signal from the amplification element 3. The attenuation circuit 20 includes a first field effect transistor 1 (hereinafter referred to as FET 1 (FET: Field Effect Transistor)) whose drain D1 is connected to the output terminal of the amplifying element 3, and is connected from the source S1 of the FET 1 to the output terminal 52. The low frequency amplifier circuit output signal Vout is output. In the attenuation circuit 20, a first resistor 11 is connected between the drain D1 and the source S1 of the FET1, and a second resistor 12 is connected between the source S1 of the FET1 and the ground GND. The first resistor 11 has a resistance value R11, and the second resistor 12 has a resistance value R12. Further, the FET 1 has a drain-source on-resistance having a variable resistance value R1 when the FET 1 is turned on.

制御回路30は、一端が入力端子51に接続された第4抵抗14と、第4抵抗14の他端とグランドGNDとの間に接続された第5抵抗15と、第4抵抗14と第5抵抗15との接続点にゲートG2が接続された第2電界効果トランジスタ2(以下FET2と略す)と、を有している。そして、FET2のドレインD2がFET1のゲートG1に接続されていると共に、FET2のソースS2がグランドGNDに接続されている。また、FET1のゲートG1とFET2のドレインD2との接続点と電源端子53との間に第3抵抗13が接続されている。尚、第3抵抗13は抵抗値R13を持ち、また、FET2は、FET2が導通した時に可変の抵抗値R2を持つドレイン・ソース間オン抵抗を有する。   The control circuit 30 includes a fourth resistor 14 having one end connected to the input terminal 51, a fifth resistor 15 connected between the other end of the fourth resistor 14 and the ground GND, a fourth resistor 14 and a fifth resistor. And a second field effect transistor 2 (hereinafter abbreviated as FET2) having a gate G2 connected to a connection point with the resistor 15. The drain D2 of the FET2 is connected to the gate G1 of the FET1, and the source S2 of the FET2 is connected to the ground GND. The third resistor 13 is connected between the connection point between the gate G 1 of the FET 1 and the drain D 2 of the FET 2 and the power supply terminal 53. The third resistor 13 has a resistance value R13, and the FET 2 has a drain-source on-resistance having a variable resistance value R2 when the FET 2 is turned on.

増幅素子3の出力端と増幅素子3の入力端との間に接続されている第1負帰還回路40、及び減衰回路20の出力端と増幅素子3の入力端との間に接続されている第2負帰還回路50のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されている。   The first negative feedback circuit 40 connected between the output terminal of the amplifying element 3 and the input terminal of the amplifying element 3, and is connected between the output terminal of the attenuating circuit 20 and the input terminal of the amplifying element 3. A capacitor is connected to one of the second negative feedback circuits 50, and a resistor is connected to the other.

本発明に係る低周波増幅回路100では、増幅部10内の増幅素子3に検波回路70からの検波信号Vdetが入力されると共に、制御回路30にも検波回路70からの検波信号Vdetが入力される。そして、制御回路30において検波信号Vdetの電圧値によって制御電圧値が変化する制御信号Vcntが生成され、その制御信号Vcntを減衰回路20のFET1のゲートG1に印加することにより減衰回路20の減衰量を制御するように構成されている。   In the low frequency amplifier circuit 100 according to the present invention, the detection signal Vdet from the detection circuit 70 is input to the amplification element 3 in the amplification unit 10, and the detection signal Vdet from the detection circuit 70 is also input to the control circuit 30. The The control circuit 30 generates a control signal Vcnt whose control voltage value changes depending on the voltage value of the detection signal Vdet, and applies the control signal Vcnt to the gate G1 of the FET 1 of the attenuation circuit 20, thereby reducing the attenuation amount of the attenuation circuit 20. Is configured to control.

次に、低周波増幅回路100における減衰回路20と制御回路30とによる信号減衰の動作とその原理について、図2乃至図6を用いて説明する。図3、図4、及び図5は、実施形態に係る低周波増幅回路100の原理を示す等価回路図である。また、図6は、実施形態に係る低周波増幅回路100における、検波信号Vdetと制御信号Vcntとの関係を示すグラフである。   Next, the operation and principle of signal attenuation by the attenuation circuit 20 and the control circuit 30 in the low-frequency amplifier circuit 100 will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5 are equivalent circuit diagrams illustrating the principle of the low-frequency amplifier circuit 100 according to the embodiment. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the detection signal Vdet and the control signal Vcnt in the low-frequency amplifier circuit 100 according to the embodiment.

図3に示すように、減衰回路20のFET1及び制御回路30のFET2は、それぞれ第1可変抵抗VR1(以下VR1と略す)及び第2可変抵抗VR2(以下VR2と略す)として表すことができる。図2及び図3に示すように、VR1としてのFET1は、ゲートG1に印加される制御信号VcntとソースS1との差の電圧、即ちゲート・ソース間電圧Vgs1の電圧値によってそのドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値R1が可変される。ゲート・ソース間電圧Vgs1が大きな時には、FET1に大きな電流が流れるため抵抗値R1は小さくなり、ゲート・ソース間電圧Vgs1が小さな時には、FET1に小さな電流が流れるため抵抗値R1は大きくなる。同様に、VR2としてのFET2は、ゲートG2とソースS2との間の電圧、即ちゲート・ソース間電圧Vgs2の電圧値によってそのドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値R2が可変される。ゲート・ソース間電圧Vgs2が大きな時には、FET2に大きな電流が流れるため、抵抗値R2は小さくなり、ゲート・ソース間電圧Vgs2が小さな時には、FET2に小さな電流が流れるため抵抗値R2は大きくなる。FET2のドレインD2からの出力電圧は、制御回路30から出力される制御信号Vcntであり、FET1を制御するための電圧として使用される。尚、制御信号Vcntの制御電圧値は、電源端子53に供給されている電源電圧Vccを、第3抵抗13の抵抗値R13とFET2のドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値R2とで分圧した電圧となる。   As shown in FIG. 3, the FET 1 of the attenuation circuit 20 and the FET 2 of the control circuit 30 can be expressed as a first variable resistor VR1 (hereinafter abbreviated as VR1) and a second variable resistor VR2 (hereinafter abbreviated as VR2), respectively. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the FET 1 as VR1 has a drain-source-to-source voltage depending on the voltage difference between the control signal Vcnt applied to the gate G1 and the source S1, that is, the gate-source voltage Vgs1. The resistance value R1 of the on-resistance is varied. When the gate-source voltage Vgs1 is large, a large current flows through the FET1, so the resistance value R1 is small. When the gate-source voltage Vgs1 is small, a small current flows through the FET1, and the resistance value R1 is large. Similarly, the resistance value R2 of the drain-source on-resistance of the FET2 as VR2 is varied by the voltage between the gate G2 and the source S2, that is, the voltage value of the gate-source voltage Vgs2. When the gate-source voltage Vgs2 is large, a large current flows through the FET2, so the resistance value R2 is small. When the gate-source voltage Vgs2 is small, a small current flows through the FET2, and the resistance value R2 is large. The output voltage from the drain D2 of the FET2 is a control signal Vcnt output from the control circuit 30, and is used as a voltage for controlling the FET1. The control voltage value of the control signal Vcnt is obtained by dividing the power supply voltage Vcc supplied to the power supply terminal 53 by the resistance value R13 of the third resistor 13 and the resistance value R2 of the drain-source on-resistance of the FET2. Voltage.

図3では、第1モードとして、検波回路70からの検波信号Vdetが最小値である場合を示す。検波信号Vdetが小さいため、検波信号Vdetを第4抵抗14及び第5抵抗15で分割した電圧値も小さくなり、ゲート・ソース間電圧Vgs2が小さくなる。その結果、抵抗値R2が最も大きくなって抵抗値R2maxとなり、FET2のドレインD2からの制御信号Vcntも最も大きくなる。従って、ゲート・ソース間電圧Vgs1が大きくなり、FET1に大きな電流が流れるため抵抗値R1は小さくなり抵抗値R1minとなる。抵抗値R1minはほぼ0Ωである。   FIG. 3 shows a case where the detection signal Vdet from the detection circuit 70 has a minimum value as the first mode. Since the detection signal Vdet is small, the voltage value obtained by dividing the detection signal Vdet by the fourth resistor 14 and the fifth resistor 15 is also small, and the gate-source voltage Vgs2 is small. As a result, the resistance value R2 becomes the largest and becomes the resistance value R2max, and the control signal Vcnt from the drain D2 of the FET2 becomes the largest. Accordingly, the gate-source voltage Vgs1 increases and a large current flows through the FET1, so the resistance value R1 decreases and becomes the resistance value R1min. The resistance value R1min is approximately 0Ω.

前述の通り、FET1のドレインD1とソースS1との間には、第1抵抗11が接続されているが、ドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値R1がほぼ0Ωとなるため、第1抵抗11の抵抗値に関わらず、増幅素子3と出力端子52との間の抵抗値はほぼ0Ωとなる。従って、減衰回路20における減衰量は最小の0dBとなる。よって、低周波増幅回路出力信号Voutとしては増幅素子3の出力電圧がそのまま現れる。   As described above, the first resistor 11 is connected between the drain D1 and the source S1 of the FET 1. However, since the resistance value R1 of the drain-source on-resistance is approximately 0Ω, Regardless of the resistance value, the resistance value between the amplifying element 3 and the output terminal 52 is approximately 0Ω. Accordingly, the attenuation amount in the attenuation circuit 20 is the minimum 0 dB. Therefore, the output voltage of the amplifying element 3 appears as it is as the low-frequency amplifier circuit output signal Vout.

次に、第2モードとして、検波回路70からの検波信号Vdetが中間値である場合を図4に示す。検波信号Vdetが中間値であるため、検波信号Vdetを第4抵抗14及び第5抵抗15で分割した電圧値も中間値であり、FET2のゲート・ソース間電圧Vgs2も中間値となる。その結果、ドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値R2はある中間値を持つ抵抗値R2midとなり、制御信号Vcntも中間値を取る。制御信号Vcntが中間値であるため、抵抗値R1もある中間値を持つ抵抗値R1midとなる。前述の通り、FET1のドレインD1とソースS1との間には、抵抗値R11を持つ第1抵抗11が接続されている。従って、増幅素子3の出力端と出力端子52との間の抵抗値は、抵抗値R1midと抵抗値R11との並列接続抵抗値、即ち抵抗値(R1mid//R11)となる。よって、低周波増幅回路出力信号Voutとしては増幅素子3の出力電圧を、抵抗値(R1mid//R11)と第2抵抗12の抵抗値R12とで分割した電圧値が現れる。従って、減衰量は中間の値となる。そして、低周波増幅回路出力信号Voutとしては、増幅素子3の出力電圧がこの減衰量で減衰されて出力端子52に出力される。   Next, FIG. 4 shows a case where the detection signal Vdet from the detection circuit 70 is an intermediate value as the second mode. Since the detection signal Vdet is an intermediate value, the voltage value obtained by dividing the detection signal Vdet by the fourth resistor 14 and the fifth resistor 15 is also an intermediate value, and the gate-source voltage Vgs2 of the FET 2 is also an intermediate value. As a result, the resistance value R2 of the drain-source on-resistance becomes a resistance value R2mid having a certain intermediate value, and the control signal Vcnt also takes an intermediate value. Since the control signal Vcnt is an intermediate value, the resistance value R1 also has a resistance value R1mid having a certain intermediate value. As described above, the first resistor 11 having the resistance value R11 is connected between the drain D1 and the source S1 of the FET1. Accordingly, the resistance value between the output terminal of the amplifying element 3 and the output terminal 52 is a parallel connection resistance value of the resistance value R1mid and the resistance value R11, that is, the resistance value (R1mid // R11). Therefore, a voltage value obtained by dividing the output voltage of the amplifying element 3 by the resistance value (R1mid // R11) and the resistance value R12 of the second resistor 12 appears as the low-frequency amplifier circuit output signal Vout. Accordingly, the attenuation amount is an intermediate value. As the low-frequency amplifier output signal Vout, the output voltage of the amplifier 3 is attenuated by this attenuation amount and output to the output terminal 52.

次に、第3モードとして、検波回路70からの検波信号Vdetが最大値である場合を図5に示す。検波信号Vdetが最大値であるため、検波信号Vdetを第4抵抗14及び第5抵抗15で分割した電圧値も最大値であり、ゲート・ソース間電圧Vgs2も最大値となる。その結果、FET2に大きな電流が流れるため抵抗値R2は小さくなり抵抗値R2minとなる。抵抗値R2minはほぼ0Ωである。抵抗値R2がほぼ0Ωとなり、制御信号Vcntも0Vとなるため、抵抗値R1は最大値の抵抗値R1maxとなる。前述の通り、FET1のドレインD1とソースS1との間には、抵抗値R11を持つ第1抵抗11が接続されている。従って、増幅素子3と出力端子52との間の抵抗値は、抵抗値R1maxと抵抗値R11との並列接続抵抗値、即ち抵抗値(R1max//R11)となる。(実際にはR1maxが非常に大きいため、ほぼR11となる)よって、低周波増幅回路出力信号Voutとしては、増幅素子3の出力電圧を抵抗値(R1max//R11)と第2抵抗12の抵抗値R12とで分割した電圧値が現れる。従って、減衰量は最大となる。   Next, FIG. 5 shows a case where the detection signal Vdet from the detection circuit 70 has the maximum value as the third mode. Since the detection signal Vdet is the maximum value, the voltage value obtained by dividing the detection signal Vdet by the fourth resistor 14 and the fifth resistor 15 is also the maximum value, and the gate-source voltage Vgs2 is also the maximum value. As a result, since a large current flows through the FET 2, the resistance value R2 becomes small and becomes the resistance value R2min. The resistance value R2min is approximately 0Ω. Since the resistance value R2 is approximately 0Ω and the control signal Vcnt is also 0V, the resistance value R1 is the maximum resistance value R1max. As described above, the first resistor 11 having the resistance value R11 is connected between the drain D1 and the source S1 of the FET1. Therefore, the resistance value between the amplifying element 3 and the output terminal 52 is a parallel connection resistance value of the resistance value R1max and the resistance value R11, that is, the resistance value (R1max // R11). (Actually, R1max is very large and thus becomes almost R11.) Therefore, as the low-frequency amplifier circuit output signal Vout, the output voltage of the amplifying element 3 is set to the resistance value (R1max // R11) and the resistance of the second resistor 12. A voltage value divided by the value R12 appears. Therefore, the amount of attenuation is maximized.

図6は、上述した第1モードから第3モードまでの、検波信号Vdetと制御信号Vcntとの関係を示すグラフである。ここで、検波信号Vdetが小さい場合は、図1に示す送受信アンテナ90で受信した対象物91からの反射波のレベルが小さく、検波信号Vdetが大きい場合は、対象物91からの反射波のレベルが大きいことを意味している。また、制御信号Vcntが小さい場合は、図2に示す減衰回路20における減衰量が大きく、検波信号Vdetが大きい場合は、減衰回路20における減衰量が小さいことを意味している。第1モードにおいては、検波信号Vdetが最小値(0.7V)の時に、制御信号Vcntが最大値(2.5V)であることが分かる。この時、減衰回路20における減衰量は最小となる。従って、低周波増幅回路100のゲインは最大になる。第2モードにおいては、検波信号Vdetが最小値から最大値までの値(0.7V〜1.0V)となり、制御信号Vcntが最大値から最小値までの値(2.5V〜0V)となることが分かる。この時、減衰回路20における減衰量は中間の値となる。従って、低周波増幅回路100のゲインは中間の値となる。また、第3モードにおいては、検波信号Vdetが最大値(1.0V)の時に、制御信号Vcntが最小値(0V)であることが分かる。この時、減衰回路20における減衰量は最大となる。従って、低周波増幅回路100のゲインは最小になる。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the detection signal Vdet and the control signal Vcnt from the first mode to the third mode described above. Here, when the detection signal Vdet is small, the level of the reflected wave from the object 91 received by the transmission / reception antenna 90 shown in FIG. 1 is small, and when the detection signal Vdet is large, the level of the reflected wave from the object 91 is Means big. Further, when the control signal Vcnt is small, the attenuation amount in the attenuation circuit 20 shown in FIG. 2 is large, and when the detection signal Vdet is large, it means that the attenuation amount in the attenuation circuit 20 is small. In the first mode, it can be seen that the control signal Vcnt is the maximum value (2.5 V) when the detection signal Vdet is the minimum value (0.7 V). At this time, the attenuation amount in the attenuation circuit 20 is minimized. Therefore, the gain of the low frequency amplifier circuit 100 is maximized. In the second mode, the detection signal Vdet is a value from the minimum value to the maximum value (0.7 V to 1.0 V), and the control signal Vcnt is a value from the maximum value to the minimum value (2.5 V to 0 V). I understand that. At this time, the attenuation amount in the attenuation circuit 20 becomes an intermediate value. Accordingly, the gain of the low-frequency amplifier circuit 100 is an intermediate value. In the third mode, it can be seen that the control signal Vcnt is the minimum value (0V) when the detection signal Vdet is the maximum value (1.0V). At this time, the attenuation amount in the attenuation circuit 20 is maximized. Therefore, the gain of the low frequency amplifier circuit 100 is minimized.

次に、第1負帰還回路40又は第2負帰還回路50内のキャパシタ又は抵抗による低周波増幅回路100におけるゲインの周波数特性の変化について、図7乃至図12を用いて説明を行う。   Next, a change in the frequency characteristic of the gain in the low-frequency amplifier circuit 100 due to the capacitor or resistor in the first negative feedback circuit 40 or the second negative feedback circuit 50 will be described with reference to FIGS.

図7は、第1変形例である低周波増幅回路200の構成を示す回路図であり、図8は、低周波増幅回路200のゲインの周波数特性を示すグラフである。図9は、第2変形例である低周波増幅回路300の構成を示す回路図であり、図10は、低周波増幅回路300のゲインの周波数特性を示すグラフである。図11は、第3変形例である低周波増幅回路400の構成を示す回路図であり、図12は、低周波増幅回路400のゲインの周波数特性を示すグラフである。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a low-frequency amplifier circuit 200 as a first modification, and FIG. 8 is a graph showing frequency characteristics of gain of the low-frequency amplifier circuit 200. FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a low-frequency amplifier circuit 300 that is a second modification, and FIG. 10 is a graph showing frequency characteristics of gain of the low-frequency amplifier circuit 300. FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration of a low-frequency amplifier circuit 400 according to a third modification, and FIG. 12 is a graph illustrating a frequency characteristic of a gain of the low-frequency amplifier circuit 400.

尚、図8、図10、及び図12は、各低周波増幅回路の、前述の図6に示した第2モード(中間の領域)における制御信号Vcntが1.6Vから2.0Vまで変化した場合の周波数特性を表している。(制御信号Vcntが1.6V以下、又は、2.0V以上の領域では、制御信号Vcntが1.6V、又は2.0Vの時と比べてその差が小さいため、ここでは説明を1.6Vから2.0Vまでとした。)また、実施形態に係る低周波増幅回路の第1変形例乃至第3変形例において、制御信号Vcntが1.6Vにおける最大のゲインがほぼ同一(約84dB)になるように、第1抵抗11の抵抗値R11及び第2抵抗12の抵抗値R12を適宜選択している。   8, 10, and 12, the control signal Vcnt of each low frequency amplifier circuit in the second mode (intermediate region) shown in FIG. 6 is changed from 1.6 V to 2.0 V. The frequency characteristics in the case are shown. (In the region where the control signal Vcnt is 1.6V or less, or 2.0V or more, the difference is small compared to when the control signal Vcnt is 1.6V or 2.0V. In addition, in the first to third modifications of the low-frequency amplifier circuit according to the embodiment, the maximum gain when the control signal Vcnt is 1.6 V is substantially the same (about 84 dB). Thus, the resistance value R11 of the first resistor 11 and the resistance value R12 of the second resistor 12 are appropriately selected.

第1変形例では、図7に示すように、第1負帰還回路40は、負帰還抵抗21と負帰還キャパシタ22との並列接続回路で構成されている。また、第2負帰還回路50は、負帰還抵抗23のみで構成されている。負帰還抵抗21は、取り扱う周波数全体に負帰還を掛ける場合に一般的に用いられる。負帰還キャパシタ22は、増幅素子3単体での周波数特性を改善するために用いられ、増幅素子3によって増幅する周波数の内、特に高い周波数において特性をフラットにする効果がある。但し、減衰回路20に対しては、負帰還キャパシタ22による負帰還が効かないため、低周波増幅回路100全体としては高い周波数における周波数特性が改善されない可能性がある。また、負帰還抵抗23の抵抗値は、負帰還抵抗21の抵抗値に比較して非常に大きく設定されているため、抵抗による負帰還は主に負帰還抵抗21によって行われる。負帰還抵抗23による負帰還は、微小な調整を行う場合に使用されるが、微小な調整が必要のない場合は削除される場合もある。   In the first modification, as shown in FIG. 7, the first negative feedback circuit 40 is configured by a parallel connection circuit of a negative feedback resistor 21 and a negative feedback capacitor 22. Further, the second negative feedback circuit 50 is configured by only the negative feedback resistor 23. The negative feedback resistor 21 is generally used when negative feedback is applied to the entire frequency to be handled. The negative feedback capacitor 22 is used to improve the frequency characteristic of the amplification element 3 alone, and has an effect of flattening the characteristic at a particularly high frequency among the frequencies amplified by the amplification element 3. However, since the negative feedback by the negative feedback capacitor 22 does not work for the attenuation circuit 20, the low frequency amplifier circuit 100 as a whole may not improve the frequency characteristics at a high frequency. Further, since the resistance value of the negative feedback resistor 23 is set to be very large compared to the resistance value of the negative feedback resistor 21, the negative feedback by the resistor is mainly performed by the negative feedback resistor 21. The negative feedback by the negative feedback resistor 23 is used when fine adjustment is performed, but may be deleted when fine adjustment is not necessary.

図8に示すように、第1変形例では、例えば周波数2Hzにおいて、Vcnt=1.6VでのゲインとVcnt=2.0Vでのゲインとの差は約14dBもあり、制御信号Vcntによるゲインの制御範囲が広いことが分かる。従って、第1変形例は、低い検波信号電圧値から高い検波信号電圧値までの広いダイナミックレンジが要求される場面で使用することに適している。   As shown in FIG. 8, in the first modification, for example, at a frequency of 2 Hz, the difference between the gain at Vcnt = 1.6V and the gain at Vcnt = 2.0V is about 14 dB, and the gain of the control signal Vcnt is It can be seen that the control range is wide. Therefore, the first modification is suitable for use in a scene where a wide dynamic range from a low detection signal voltage value to a high detection signal voltage value is required.

しかし、第1変形例では、周波数2Hz以上の高い周波数において、そのゲインが下がっていることが分かる。この周波数特性を改善したのが第2変形例である。   However, in the first modification, it can be seen that the gain decreases at a high frequency of 2 Hz or higher. This frequency characteristic is improved in the second modification.

第2変形例では、図9に示すように、第1負帰還回路40は、負帰還抵抗25のみで構成されていて、第2負帰還回路50は、負帰還キャパシタ24のみで構成されている。負帰還抵抗25は、前述したように、取り扱う周波数全体に負帰還が掛かるが、周波数特性にはあまり影響しない。負帰還キャパシタ22は、減衰回路20の出力端と増幅素子3の入力端との間に接続されているため、増幅素子3から減衰回路20までを含めた低周波増幅回路100全体に負帰還を掛ける効果がある。   In the second modification, as shown in FIG. 9, the first negative feedback circuit 40 is configured by only the negative feedback resistor 25, and the second negative feedback circuit 50 is configured by only the negative feedback capacitor 24. . As described above, the negative feedback resistor 25 applies negative feedback to the entire frequency to be handled, but does not significantly affect the frequency characteristics. Since the negative feedback capacitor 22 is connected between the output terminal of the attenuation circuit 20 and the input terminal of the amplification element 3, negative feedback is provided to the entire low-frequency amplification circuit 100 including the amplification element 3 to the attenuation circuit 20. Has the effect of multiplying.

また、増幅素子3の出力端と減衰回路20の出力端との間には、第1抵抗11とFET1のドレイン・ソース間オン抵抗との並列接続による抵抗(今後これを並列接続抵抗と呼ぶ)が接続されていることになる。従って、増幅素子3の出力端と増幅素子3の入力端との間には、この並列接続抵抗と負帰還キャパシタ24との直列接続回路が接続されることになる。ここで、この直列接続回路において生じる共振周波数を適切な周波数に設定することにより、低周波増幅回路100の周波数特性、特に高い周波数の領域における周波数特性に改善を加えることができる。   In addition, a resistance by parallel connection of the first resistor 11 and the ON-resistance between the drain and source of the FET 1 is provided between the output terminal of the amplifying element 3 and the output terminal of the attenuation circuit 20 (hereinafter referred to as a parallel connection resistance). Will be connected. Accordingly, a series connection circuit of the parallel connection resistor and the negative feedback capacitor 24 is connected between the output terminal of the amplification element 3 and the input terminal of the amplification element 3. Here, by setting the resonance frequency generated in the series connection circuit to an appropriate frequency, it is possible to improve the frequency characteristics of the low-frequency amplifier circuit 100, particularly in the high frequency region.

この直列接続回路による共振周波数を適切な周波数に設定し、低周波増幅回路100の周波数特性に改善を加えた結果を図10に示す。図10に示すように、低周波増幅回路100で取り扱う周波数の内、2〜5Hzの高い周波数領域のゲインを、図8に示す周波数特性に比べて、持ち上げることができている。   FIG. 10 shows a result of improving the frequency characteristics of the low frequency amplifier circuit 100 by setting the resonance frequency by the series connection circuit to an appropriate frequency. As shown in FIG. 10, among the frequencies handled by the low-frequency amplifier circuit 100, the gain in the high frequency region of 2 to 5 Hz can be raised compared to the frequency characteristics shown in FIG.

例えば、Vcnt=2.0V・周波数1Hz〜5Hzにおいて、そのゲイン差は約2dBに収まっている。即ち、周波数1Hz〜5Hzにおいて高いゲインを保っている。従って、第2変形例は、周波数1Hz〜5Hzで使用することに適している。例えば、周波数1Hz〜5Hzが使用される人の心拍に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。   For example, when Vcnt = 2.0 V and a frequency of 1 Hz to 5 Hz, the gain difference is within about 2 dB. That is, a high gain is maintained at a frequency of 1 Hz to 5 Hz. Therefore, the second modification is suitable for use at a frequency of 1 Hz to 5 Hz. For example, it is desirable to use biometric information related to a heartbeat of a person who uses a frequency of 1 Hz to 5 Hz in a scene where it is required.

しかし、第2変形例では、周波数0.5Hz以下の低い周波数において、そのゲインが下がっていることが分かる。例えば、Vcnt=2.0V・周波数0.3Hzにおいて、そのゲインの大きさは約62.5dBである。従って、周波数0.5Hz以下の低い周波数領域においてのゲインアップが望まれる。この周波数領域における特性を改善したのが第3変形例である。   However, in the second modification, it can be seen that the gain decreases at a low frequency of 0.5 Hz or less. For example, when Vcnt = 2.0 V and a frequency of 0.3 Hz, the magnitude of the gain is about 62.5 dB. Accordingly, it is desired to increase the gain in a low frequency region having a frequency of 0.5 Hz or less. The third modification is an improvement in the characteristics in the frequency domain.

第3変形例では、図11に示すように、第1負帰還回路40は、負帰還キャパシタ26のみで構成されていて、第2負帰還回路50は、負帰還抵抗27のみで構成されている。負帰還キャパシタ26は、増幅素子3の出力端と増幅素子3の入力端との間に接続されているため、増幅素子3で増幅する周波数帯域に負帰還が掛かるが、増幅素子3から減衰回路20までを含めた低周波増幅回路100全体には負帰還が掛からない。また、抵抗とキャパシタとによる直列共振も発生しない。そのため、周波数の高い領域のゲインはあまりフラットにならない。それに対して、周波数の低い領域では、低周波増幅回路100全体に負帰還キャパシタによる負帰還を掛けず、負帰還抵抗27によってのみ負帰還を掛けることによって、相対的に周波数の低い領域でゲインを高くすることができる。   In the third modified example, as shown in FIG. 11, the first negative feedback circuit 40 is configured by only the negative feedback capacitor 26, and the second negative feedback circuit 50 is configured by only the negative feedback resistor 27. . Since the negative feedback capacitor 26 is connected between the output terminal of the amplifying element 3 and the input terminal of the amplifying element 3, negative feedback is applied to the frequency band amplified by the amplifying element 3. Negative feedback is not applied to the entire low-frequency amplifier circuit 100 including up to 20. Further, series resonance due to the resistor and the capacitor does not occur. Therefore, the gain in the high frequency region is not so flat. On the other hand, in the low frequency region, the entire low frequency amplifier circuit 100 is not subjected to negative feedback by the negative feedback capacitor, but is negatively fed only by the negative feedback resistor 27, so that the gain can be increased in the relatively low frequency region. Can be high.

図12に示すように、第3変形例では、例えば、Vcnt=2.0V・周波数0.3Hzにおいて、そのゲインの大きさは約65dBである。この周波数において、第2変形例に比較して約2.5dB改善されている。従って、第3変形例は、周波数0.2Hz〜0.5Hzで使用することに適している。例えば、周波数0.2Hz〜0.5Hzが使用される人の呼吸に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。   As shown in FIG. 12, in the third modification, for example, when Vcnt = 2.0 V and frequency 0.3 Hz, the magnitude of the gain is about 65 dB. This frequency is improved by about 2.5 dB compared to the second modification. Therefore, the third modification is suitable for use at a frequency of 0.2 Hz to 0.5 Hz. For example, it is desirable to use biological information related to breathing of a person who uses a frequency of 0.2 Hz to 0.5 Hz in a scene where it is required.

以上述べたように、第1変形例は、低い検波信号電圧値から高い検波信号電圧値までの広いダイナミックレンジが要求される場面で使用することに適している。また、第2変形例は、周波数1Hz〜5Hzの高い周波数で使用することに適している。例えば、周波数1Hz〜5Hzが使用される人の心拍に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。更に、第3変形例は、周波数0.2Hz〜0.5Hzの低い周波数で使用することに適している。例えば、周波数0.2Hz〜0.5Hzが使用される人の呼吸に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。このように、本発明の実施形態では、第1変形例、第2変形例、又は第3変形例を、その使用目的に応じて使い分けることで、発明の効果をより明確に発揮させることができる。   As described above, the first modification is suitable for use in a scene where a wide dynamic range from a low detection signal voltage value to a high detection signal voltage value is required. The second modification is suitable for use at a high frequency of 1 Hz to 5 Hz. For example, it is desirable to use biometric information related to a heartbeat of a person who uses a frequency of 1 Hz to 5 Hz in a scene where it is required. Furthermore, the third modification is suitable for use at a low frequency of 0.2 Hz to 0.5 Hz. For example, it is desirable to use biological information related to breathing of a person who uses a frequency of 0.2 Hz to 0.5 Hz in a scene where it is required. Thus, in the embodiment of the present invention, the effects of the invention can be exhibited more clearly by properly using the first modification, the second modification, or the third modification according to the purpose of use. .

以上説明したように、本発明の低周波増幅回路は、第1負帰還回路及び第2負帰還回路を有し、第1負帰還回路又は第2負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されているため、第1負帰還回路と第2負帰還回路との組み合わせによって、対象物からの反射波の周波数に対応した周波数特性を持たせることが可能である。また、減衰回路が第1電界効果トランジスタを有しており、第1電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して、増幅された検波信号の減衰量を可変させることができるので、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することが容易にできる。   As described above, the low-frequency amplifier circuit of the present invention has the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit, and the capacitor is connected to one of the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit. In addition, since a resistor is connected to the other, a combination of the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit can provide a frequency characteristic corresponding to the frequency of the reflected wave from the object. Is possible. In addition, since the attenuation circuit includes the first field effect transistor, the attenuation amount of the amplified detection signal can be varied using the variable resistance action of the first field effect transistor. It is possible to easily provide a low-frequency amplifier circuit having a dynamic range that can handle distances.

本発明は上記の実施形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施することができる。例えば、本発明の低周波増幅回路には、図2に示される構成要素と等価な構成要素が含まれることがあっても良い。   The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and can be implemented with appropriate modifications in a mode in which the effect is exhibited. For example, the low frequency amplifier circuit of the present invention may include components equivalent to the components shown in FIG.

1 第1電界効果トランジスタ
2 第2電界効果トランジスタ
3 増幅素子
10 増幅部
11 第1抵抗
12 第2抵抗
13 第3抵抗
14 第4抵抗
15 第5抵抗
17 抵抗
18 キャパシタ
20 減衰回路
21 負帰還抵抗
22 負帰還キャパシタ
23 負帰還抵抗
24 負帰還キャパシタ
25 負帰還抵抗
26 負帰還キャパシタ
27 負帰還抵抗
30 制御回路
40 第1負帰還回路
50 第2負帰還回路
51 入力端子
52 出力端子
53 電源端子
60 送信信号生成回路
70 検波回路
80 信号処理回路
90 送受信アンテナ
91 対象物
100 低周波増幅回路
150 無線センサ装置
200 低周波増幅回路
300 低周波増幅回路
400 低周波増幅回路
D1 ドレイン
D2 ドレイン
S1 ソース
S2 ソース
G1 ゲート
G2 ゲート
R1 抵抗値
R2 抵抗値
R11 抵抗値
R12 抵抗値
VR1 可変抵抗
VR2 可変抵抗
Vgs1 ゲート・ソース間電圧
Vgs2 ゲート・ソース間電圧
Vcc 電源電圧
Vout 低周波増幅回路出力信号
Vcnt 制御信号
Vdet 検波信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st field effect transistor 2 2nd field effect transistor 3 Amplifying element 10 Amplifying part 11 1st resistance 12 2nd resistance 13 3rd resistance 14 4th resistance 15 5th resistance 17 Resistance 18 Capacitor 20 Attenuation circuit 21 Negative feedback resistance 22 Negative feedback capacitor 23 Negative feedback resistor 24 Negative feedback capacitor 25 Negative feedback resistor 26 Negative feedback capacitor 27 Negative feedback resistor 30 Control circuit 40 First negative feedback circuit 50 Second negative feedback circuit 51 Input terminal 52 Output terminal 53 Power supply terminal 60 Transmission signal Generation circuit 70 Detection circuit 80 Signal processing circuit 90 Transmission / reception antenna 91 Object 100 Low frequency amplification circuit 150 Wireless sensor device 200 Low frequency amplification circuit 300 Low frequency amplification circuit 400 Low frequency amplification circuit D1 Drain D2 Drain S1 Source S2 Source G1 Gate G2 Gate R1 Anti value R2 resistance R11 the resistance value R12 resistance VR1 variable resistor VR2 variable resistor Vgs1 gate-source voltage Vgs2 between the gate and the source voltage Vcc supply voltage Vout low frequency amplifying circuit output signal Vcnt control signal Vdet detection signal

Claims (5)

検波回路から出力される検波信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子からの出力信号を減衰させる減衰回路と、前記減衰回路の減衰量を制御する制御回路と、を備えた低周波増幅回路であって、
前記増幅素子の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第1負帰還回路が接続されていると共に、前記減衰回路の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第2負帰還回路が接続されていて、前記第1負帰還回路又は前記第2負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されていて、
前記減衰回路は、ドレインが前記増幅素子の出力端に接続された第1電界効果トランジスタを有し、前記第1電界効果トランジスタのソースから低周波増幅回路出力信号が出力されるように構成されていて、
前記制御回路では、前記検波信号が入力され、前記検波信号の電圧値によって制御電圧値が変化する制御信号を生成し、前記制御信号を前記第1電界効果トランジスタのゲートに印加することにより前記減衰回路の減衰量を制御することを特徴とする低周波増幅回路。
A low frequency amplifier circuit comprising: an amplifying element for amplifying a detection signal output from the detection circuit; an attenuating circuit for attenuating the output signal from the amplifying element; and a control circuit for controlling the attenuation amount of the attenuating circuit. There,
A first negative feedback circuit is connected between the output terminal of the amplification element and the input terminal of the amplification element, and a second negative feedback circuit is connected between the output terminal of the attenuation circuit and the input terminal of the amplification element. A circuit is connected, a capacitor is connected to one of the first negative feedback circuit or the second negative feedback circuit, and a resistor is connected to the other,
The attenuation circuit includes a first field effect transistor having a drain connected to an output terminal of the amplification element, and is configured to output a low frequency amplification circuit output signal from a source of the first field effect transistor. And
The control circuit receives the detection signal, generates a control signal whose control voltage value changes according to the voltage value of the detection signal, and applies the control signal to the gate of the first field effect transistor to thereby attenuate the attenuation. A low-frequency amplifier circuit that controls the attenuation of the circuit.
前記減衰回路は、前記第1電界効果トランジスタのドレインとソースとの間に第1抵抗が接続されていると共に、前記第1電界効果トランジスタのソースとグランドとの間に第2抵抗が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の低周波増幅回路。   The attenuation circuit has a first resistor connected between a drain and a source of the first field effect transistor and a second resistor connected between a source of the first field effect transistor and a ground. The low-frequency amplifier circuit according to claim 1, wherein 前記制御回路は、ゲートが前記検波回路の出力端に接続された第2電界効果トランジスタを有し、
前記第2電界効果トランジスタのドレインが前記第1電界効果トランジスタのゲートに接続されていると共に、前記第1電界効果トランジスタのゲートと前記第2電界効果トランジスタのドレインとの接続点と電源端子との間に第3抵抗が接続されていて、前記第2電界効果トランジスタのソースがグランドに接続されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の低周波増幅回路。
The control circuit includes a second field effect transistor having a gate connected to an output terminal of the detection circuit,
A drain of the second field effect transistor is connected to a gate of the first field effect transistor, and a connection point between a gate of the first field effect transistor and a drain of the second field effect transistor and a power supply terminal The low-frequency amplifier circuit according to claim 1, wherein a third resistor is connected therebetween, and a source of the second field effect transistor is connected to the ground.
前記第1負帰還回路が抵抗のみで構成されており、前記第2負帰還回路がキャパシタのみで構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の低周波増幅回路。   The low-frequency amplification according to any one of claims 1 to 3, wherein the first negative feedback circuit is configured by only a resistor, and the second negative feedback circuit is configured by only a capacitor. circuit. 前記第1負帰還回路がキャパシタのみで構成されており、前記第2負帰還回路が抵抗のみで構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の低周波増幅回路。
4. The low-frequency amplification according to claim 1, wherein the first negative feedback circuit is configured by only a capacitor, and the second negative feedback circuit is configured by only a resistor. 5. circuit.
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