JP2017191518A - 基準電圧生成回路および信号処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】予め定められた基準電圧を生成する基準電圧生成回路を提供する。
【解決手段】入力端子および出力端子を有し、入力端子に入力された入力電圧に応じた出力電圧を、出力端子から出力する増幅部と、増幅部の出力電圧に基づく入力電圧を入力端子に入力するフィードバック部とを備え、フィードバック部は、出力電圧に応じて、周波数変調された基準電圧を生成する第１チョッパスイッチと、出力ノードを有し、基準電圧を出力ノードから出力する出力部とを有する基準電圧生成回路を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基準電圧生成回路および信号処理システムに関する。

従来、基準電圧生成回路を用いて、予め定められた基準電圧を生成することが知られている（例えば、特許文献１−３参照）。また、従来の基準電圧生成回路においては、１／ｆノイズが発生する。
特許文献１ 米国特許出願公開第２００９／０２８４２４２号明細書
特許文献２ 米国特許出願公開第２０１４／０１３９２８５号明細書
特許文献３ 米国特許第６４６２６１２号明細書

しかしながら、従来の基準電圧生成回路は、発生した１／ｆノイズを除去するために、例えば、フィルタ部等の構成を別途設ける必要があった。そのため、従来の基準電圧生成回路は、簡易な構成で１／ｆノイズを低減することができなかった。

本発明の第１の態様においては、入力端子および出力端子を有し、入力端子に入力された入力電圧に応じた出力電圧を、出力端子から出力する増幅部と、増幅部の出力電圧に基づく入力電圧を入力端子に入力するフィードバック部とを備え、フィードバック部は、出力電圧に応じて、周波数変調された基準電圧を生成する第１チョッパスイッチと、出力ノードを有し、基準電圧を出力ノードから出力する出力部とを有する基準電圧生成回路を提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る基準電圧生成回路と、入力に応じた駆動信号を出力する発光素子に接続され、基準電圧に応じて発光素子を駆動する駆動部と、駆動信号に含まれる信号成分および第１ノイズ成分を検出する受光素子と、駆動信号から第１ノイズ成分を除去し、信号成分を取り出す信号処理部とを備える信号処理システムを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施例１に係る基準電圧生成回路１００の構成の一例を示す。 比較例１に係る基準電圧生成回路５００の構成の一例を示す。 比較例２に係る基準電圧生成回路５００の構成の一例を示す。 実施例２に係る信号処理システム２００の構成の一例を示す。 比較例１に係る基準電圧生成回路５００の基準電圧Ｖｒｅｆ'のノイズパワースペクトルの一例を示す。 実施例１に係る基準電圧生成回路１００の基準電圧Ｖｒｅｆのノイズパワースペクトルの一例を示す。 信号処理システム２００におけるパワースペクトルの一例を示す。 信号処理システム２００におけるパワースペクトルの一例を示す。 信号処理システム２００におけるパワースペクトルの一例を示す。 実施例３に係る信号処理システム２００の構成の一例を示す。 実施例４に係る信号処理システム２００の構成の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［実施例１］
図１は、実施例１に係る基準電圧生成回路１００の構成の一例を示す。本例の基準電圧生成回路１００は、チョッパーアンプ１０およびフィードバック部２０を備える。本例の基準電圧生成回路１００は、予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧生成回路である。

チョッパーアンプ１０は、オペアンプ、変調用チョッパおよび復調用チョッパを有する。これにより、チョッパーアンプ１０は、入力された信号を変調および復調して出力する。チョッパーアンプ１０は、入力端子および出力端子を有する。入力端子には、入力電圧が入力される。チョッパーアンプ１０は、入力電圧に応じた出力電圧を出力端子から出力する。なお、本明細書において、低周波数帯域の信号を高周波数帯域に変換することを変調と称し、変調された高周波数帯域の信号を低周波数帯域に戻すことを復調と称する。

一例において、チョッパーアンプ１０は、差動対で生じたオフセットおよび１／ｆノイズを周波数軸上の高周波数帯域に飛ばす。オフセットおよび１／ｆノイズは、後段のローパスフィルタ等により、信号成分から分離される。なお、本明細書において、オフセットおよび１／ｆノイズをノイズ成分と称する。チョッパーアンプ１０は、基準電圧生成回路１００が有する増幅部の一例である。

フィードバック部２０は、チョッパーアンプ１０の出力電圧に基づく入力電圧をチョッパーアンプ１０の入力端子に入力する。フィードバック部２０は、チョッパーアンプ１０の入力端子と出力端子との間に接続される。フィードバック部２０は、電流生成部２１、出力部２２、入力電圧生成部２３および第１チョッパスイッチ２４を備える。

電流生成部２１は、チョッパーアンプ１０の出力電圧に応じた電流を生成する。電流生成部２１は、複数の電流源を有する。本例の電流生成部２１は、並列に接続された４つの電流源ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３，ＩＳ４を有する。本例の電流源ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３，ＩＳ４は、ＰＭＯＳトランジスタで構成される。電流生成部２１のＰＭＯＳトランジスタのベース端子には、チョッパーアンプ１０の出力電圧が入力される。

また、電流生成部２１は、生成した電流を出力部２２および入力電圧生成部２３に出力する。電流生成部２１は、予め定められた第１電流Ｉａを出力部２２に入力し、予め定められた第２電流Ｉｂを入力電圧生成部２３に入力する。第１電流Ｉａおよび第２電流Ｉｂには、電流生成部２１で生じるノイズ成分が含まれる。第１電流Ｉａに含まれるノイズ成分を第１ノイズ成分と称する。第２電流Ｉｂに含まれるノイズ成分を第２ノイズ成分と称する。第１電流Ｉａおよび第２電流Ｉｂは、同一の大きさの電流であってよい。例えば、電流生成部２１は、ＰＴＡＴ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｔｏ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）電流源である。

出力部２２は、第１電流Ｉａに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。出力部２２は、出力ノードを有する。出力部２２は、生成した基準電圧Ｖｒｅｆを出力ノードから基準電圧生成回路１００の外部に出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは、矩形波で、振幅が基準電圧生成回路１００のノイズ特性で決まる。一例において、チョッパーアンプ１０の出力電圧が１．２Ｖの場合、基準電圧Ｖｒｅｆの振幅は数ｕＶ〜数１０ｕＶとなる。

チョッパスイッチ２４は、出力電圧に応じて変調された基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。チョッパスイッチ２４は、チョッパスイッチ２４ａおよびチョッパスイッチ２４ｂを備える。チョッパスイッチ２４は、電流生成部２１の出力する電流を変調する。電流生成部２１の出力する電流に含まれたノイズ成分は、後段のローパスフィルタによって除去される。即ち、基準電圧生成回路１００は、基準電圧生成回路１００内にローパスフィルタ等のフィルタを用いずに簡易な構成でノイズ成分を除去できる。

チョッパスイッチ２４ａは、電流生成部２１と出力部２２との間に接続される。チョッパスイッチ２４ａは、電流源ＩＳ１および電流源ＩＳ２に接続される。チョッパスイッチ２４ａは、第１電流Ｉａに含まれる第１ノイズ成分を変調して出力部２２に出力する。なお、チョッパスイッチ２４ａは、第１チョッパスイッチの一例である。

出力部２２は、出力部２２ａおよび出力部２２ｂを備える。出力部２２ａおよび出力部２２ｂは、チョッパスイッチ２４ａにより、電流源ＩＳ１および電流源ＩＳ２にそれぞれ選択的に接続される。例えば、チョッパスイッチ２４ａは、出力部２２ａを電流源ＩＳ１に接続している場合に、出力部２２ｂを電流源ＩＳ２に接続する。また、チョッパスイッチ２４ａは、出力部２２ａを電流源ＩＳ２に接続している場合に、出力部２２ｂを電流源ＩＳ１に接続する。なお、出力部２２ａは、第１回路部の一例である。出力部２２ｂは、第２回路部の一例である。

出力部２２ａは、抵抗Ｒ１，Ｒ２およびトランジスタＴｒ１を備える。本例のトランジスタＴｒ１は、ｐｎｐバイポーラトランジスタである。抵抗Ｒ１は、一端がチョッパスイッチ２４ａおよび出力ノードに接続され、他端が抵抗Ｒ２の一端に接続される。抵抗Ｒ２は、他端がトランジスタＴｒ１のエミッタ端子に接続される。トランジスタＴｒ１は、ベース端子がコレクタ端子に接続される。

出力部２２ｂは、抵抗Ｒ３およびトランジスタＴｒ２を備える。本例のトランジスタＴｒ２は、ｐｎｐバイポーラトランジスタである。抵抗Ｒ３は、一端がチョッパスイッチ２４ａに接続され、他端がトランジスタＴｒ２のエミッタ端子に接続される。トランジスタＴｒ２は、ベース端子がコレクタ端子と接続される。

チョッパスイッチ２４ｂは、電流生成部２１と入力電圧生成部２３との間に接続される。チョッパスイッチ２４ｂは、電流源ＩＳ３および電流源ＩＳ４に接続される。チョッパスイッチ２４ｂは、第２電流Ｉｂに含まれる第２ノイズ成分を変調して入力電圧生成部２３に出力する。なお、チョッパスイッチ２４ｂは、第２チョッパスイッチの一例である。

入力電圧生成部２３は、電流生成部２１からの第２電流Ｉｂに応じた入力電圧を生成する。一例において、入力電圧生成部２３は、チョッパスイッチ２４ｂが変調した第２電流Ｉｂおよび出力部２２からの入力に基づいて、入力電圧を生成する。入力電圧生成部２３は、生成した入力電圧をチョッパーアンプ１０の入力端子に入力する。

また、入力電圧生成部２３は、２つのトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を備える。本例のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４は、ｐｎｐバイポーラトランジスタである。トランジスタＴｒ３は、ベース端子が抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の間の接続ノードに接続され、エミッタ端子がチョッパスイッチ２４ｂに接続される。トランジスタＴｒ４は、ベース端子が抵抗Ｒ３とトランジスタＴｒ２のエミッタ端子との間の接続ノードに接続され、エミッタ端子がチョッパスイッチ２４ｂに接続される。トランジスタＴｒ３およびトランジスタＴｒ４のコレクタ端子は予め定められた電位に設定される。

トランジスタＴｒ３およびトランジスタＴｒ４は、チョッパスイッチ２４ｂにより、電流源ＩＳ３および電流源ＩＳ４にそれぞれ選択的に接続される。例えば、チョッパスイッチ２４ｂは、トランジスタＴｒ３を電流源ＩＳ３に接続している場合に、トランジスタＴｒ４を電流源ＩＳ４に接続する。また、チョッパスイッチ２４ｂは、トランジスタＴｒ３を電流源ＩＳ４に接続している場合に、トランジスタＴｒ４を電流源ＩＳ３に接続する。

以上の通り、本例の基準電圧生成回路１００は、出力ノードの直前にチョッパスイッチ２４を有するので、チョッパスイッチ２４よりも前段で生じるノイズ成分を変調できる。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆでは、ノイズ成分が高周波数帯域に飛ばされている。よって、基準電圧生成回路１００は、低周波数帯域の信号成分を有する回路において、信号成分とノイズ成分とを分離できる。これにより、ノイズ成分は、基準電圧生成回路１００の後段のフィルタ部で除去される。このように、基準電圧生成回路１００は、素子サイズを大きくしなくとも、チョッパーアンプ１０の後段で生じるノイズ成分を除去できる。

［比較例１］
図２は、比較例１に係る基準電圧生成回路５００の構成の一例を示す。基準電圧生成回路５００は、オペアンプ５１０およびフィードバック部５２０を備える。フィードバック部５２０は、電流生成部５２１、出力部５２２および入力電圧生成部５２３を備える。

オペアンプ５１０は、フィードバック部５２０からの入力電圧に応じた出力電圧を出力する。電流生成部５２１は、オペアンプ５１０の出力電圧に応じた電流を生成する。出力部５２２は、電流生成部５２１が生成した電流に応じた電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ'として出力する。入力電圧生成部５２３は、オペアンプ５１０の入力端子に入力するための入力電圧を生成する。

基準電圧生成回路５００は、処理したい信号が低周波数帯域にある場合、信号処理の精度を高めるためには、低周波数帯域のノイズ成分を低減する必要がある。また、基準電圧生成回路５００のノイズ成分は、オペアンプ５１０が発する低周波数帯域の１／ｆノイズが支配的である。そのため、精度良い信号処理を行うためには、オペアンプ５１０が発する１／ｆノイズを小さくする回路設計が要求される。

一例において、基準電圧生成回路５００は、オペアンプ５１０の差動対の素子をバイポーラトランジスタにすることにより、１／ｆノイズを低減できる。また、基準電圧生成回路５００は、オペアンプ５１０の差動対を構成するＣＭＯＳトランジスタのサイズを大きくすることにより１／ｆノイズを低減できる。しかし、これらの１／ｆノイズの低減方法では、回路面積が大きくなってしまい、製造コストが大きくなる。

［比較例２］
図３は、比較例２に係る基準電圧生成回路５００の構成の一例を示す。本例の基準電圧生成回路５００は、フィードバック部５２０、チョッパーアンプ５３０およびフィルタ部５４０を備える。

チョッパーアンプ５３０は、ノイズ成分を高周波数帯域へ変調させ、信号成分とノイズ成分とを分離する。フィルタ部５４０は、高周波数帯域に変調されたノイズ成分を除去する。本例のフィルタ部５４０は、ローパスフィルタＬＰＦを備える。

しかし、本例の基準電圧生成回路５００は、フィルタ部５４０の後段で生じるノイズ成分を除去できない。即ち、基準電圧Ｖｒｅｆ'には、電流生成部５２１で生じるノイズ成分が含まれる。よって、本例の基準電圧生成回路５００は、オペアンプ５１０のノイズ成分を除去できるが、全ての１／ｆノイズを除去できるわけではない。

［実施例２］
図４は、実施例２に係る信号処理システム２００の構成の一例を示す。本例の信号処理システム２００は、基準電圧生成回路１００、駆動部１１０、発光素子１１５、受光素子１２０、チョッパスイッチ１３０、増幅部１４０、変換部１５０、チョッパスイッチ１６０およびフィルタ部１７０を備える。信号処理システム２００において、基準電圧生成回路１００以外の構成は信号処理部を構成する。

信号処理システム２００は、基準電圧生成回路１００の出力した基準電圧Ｖｒｅｆを基準として、予め定められた信号処理を実行する。信号処理システム２００は、信号成分からノイズ成分を除去した出力信号Ｏｕｔｐｕｔを出力する。

基準電圧生成回路１００は、基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは、変調された信号であり、ノイズ成分が高周波数帯域に飛ばされている。

駆動部１１０は、基準電圧Ｖｒｅｆに応じた駆動信号を生成する。即ち、駆動信号は、電流生成部２１で生じた第１ノイズ成分を高周波数帯域に有する。駆動部１１０は、生成した駆動信号を発光素子１１５に出力して駆動させる。例えば、駆動部１１０は、発光ダイオードドライバ（ＬＥＤＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｄｒｉｖｅｒ）の一例である。

発光素子１１５には、駆動部１１０からの駆動信号が入力される。発光素子１１５は、駆動信号に応じて予め定められた波長の光を発光する。例えば、発光素子１１５は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。

受光素子１２０は、発光素子１１５の発光した光に応じた検出信号Ｓｄを検出する。検出信号Ｓｄには、信号成分Ｓｄ１およびノイズ成分Ｓｄ２が含まれる。ノイズ成分Ｓｄ２には、電流生成部２１で生じた第１ノイズ成分が含まれる。受光素子１２０は、発光素子１１５の発光した光の反射光を検出する。本例の受光素子１２０は、フォトダイオード（ＰＤ：ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）を備える。

チョッパスイッチ１３０は、検出信号Ｓｄに含まれる信号成分Ｓｄ１を変調し、ノイズ成分Ｓｄ２を復調する。これにより、チョッパスイッチ１３０は、検出信号Ｓｄに応じた検出信号Ｓｄ'を生成する。一例において、チョッパスイッチ１３０は、信号成分Ｓｄ１を、チョッパ周波数ｆｃｈに変調する。チョッパ周波数ｆｃｈとは、チョッパスイッチ１３０のチョッピングの周波数に応じた大きさの周波数である。

また、チョッパスイッチ１３０は、受光素子１２０の検出信号Ｓｄのノイズ成分Ｓｄ２を復調する。本例のチョッパスイッチ１３０は、信号成分Ｓｄ１を高周波数帯域に変調し、ノイズ成分Ｓｄ２を低周波数帯域に復調する。本明細書において、低周波数帯域とは、ＤＣ付近の周波数帯域を指す。ＤＣ付近の周波数帯域とは、ローパスフィルタＬＰＦにより、高周波数帯域と分離できる周波数であればよい。なお、チョッパスイッチ１３０は、第３チョッパスイッチの一例である。

増幅部１４０は、チョッパスイッチ１３０が変調した信号を増幅する。増幅部１４０は、増幅した信号を変換部１５０に出力する。増幅部１４０は、予め定められたゲインで入力信号を増幅するオペアンプを有してよい。

変換部１５０は、入力された信号を変換信号Ｓｃに変換して出力する。本例の変換部１５０は、チョッパスイッチ１３０が出力した信号成分および第１ノイズ成分を予め定められた信号に変換する。また、変換部１５０の出力する変換信号Ｓｃには、信号成分Ｓｃ１およびノイズ成分Ｓｃ２が含まれる。また、ノイズ成分Ｓｃ２には、変換部１５０において発生する第３ノイズ成分が含まれる。変換部１５０は、増幅部１４０からのアナログ信号である増幅信号をデジタル信号に変換する。本例の変換部１５０は、アナログデジタル変換器ＡＤＣを備える。

チョッパスイッチ１６０は、変換部１５０の出力する変換信号Ｓｃを変調および復調する。即ち、チョッパスイッチ１６０は、信号成分Ｓｃ１を復調し、ノイズ成分Ｓｃ２を変調する。これにより、チョッパスイッチ１６０は、変換信号Ｓｃに応じた変換信号Ｓｃ'を生成する。変換信号Ｓｃ'は、低周波数帯域に信号成分Ｓｃ１を含み、高周波数帯域にノイズ成分Ｓｃ２を含む。なお、チョッパスイッチ１６０は、第４チョッパスイッチの一例である。

フィルタ部１７０は、予め定められた高周波数帯域の信号を除去する。一例において、フィルタ部１７０は、チョッパスイッチ１６０が復調した信号成分Ｓｃ１から、ノイズ成分Ｓｃ２を分離する。これにより、フィルタ部１７０は、チョッパスイッチ１６０の出力信号から高周波数帯域のノイズ成分Ｓｃ２を除去する。フィルタ部１７０は、ノイズ成分Ｓｃ２の除去された出力信号Ｏｕｔｐｕｔを出力する。

以上の通り、本例の信号処理システム２００は、信号成分とノイズ成分とを出力する直前に設けられたフィルタ部１７０によって分離できる。よって、本例の信号処理システム２００は、低周波数帯域の信号成分を精度よく処理できる。また、本例の信号処理システム２００は、フィルタ部１７０を後段に１つ有すればよいので、構成を簡略化できる。

図５は、比較例１に係る基準電圧生成回路５００の基準電圧Ｖｒｅｆ'のノイズパワースペクトルの一例を示す。図６は、実施例１に係る基準電圧生成回路１００の基準電圧Ｖｒｅｆのノイズパワースペクトルの一例を示す。

基準電圧Ｖｒｅｆ'は、低周波数帯域のノイズ成分を含む。基準電圧生成回路５００は、電流生成部５２１において１／ｆノイズを生じる。基準電圧生成回路５００は、電流生成部５２１の後段に、ノイズ成分を変調するためのチョッパスイッチを有さない。そのため、基準電圧Ｖｒｅｆ'には、電流生成部５２１で生じた１／ｆノイズが含まれている。

基準電圧Ｖｒｅｆは、高周波数帯域のノイズ成分を含む。基準電圧生成回路１００は、電流生成部２１において１／ｆノイズを生じる。基準電圧生成回路１００は、チョッパーアンプ１０に加えて、電流生成部２１の後段のチョッパスイッチ２４においても変調を行う。チョッパーアンプ１０は、チョッパーアンプ１０が有するオペアンプによって生じるノイズ成分を高周波数帯域へ飛ばす。また、チョッパスイッチ２４は、電流生成部２１で生じたノイズ成分を高周波数帯域へ飛ばす。よって、基準電圧Ｖｒｅｆには、高周波数帯域のノイズ成分が含まれている。

ここで、チョッパスイッチ２４は、２つの電流源の出力に対して変調を行っているので、電流生成部２１のノイズ成分を高周波数帯域へ変調する。但し、２つの電流源はいずれも同じチョッパーアンプ１０の出力電圧により駆動されている。そのため、一度、高周波数帯域へ変調されたチョッパーアンプ１０のノイズ成分が再び低周波数帯域には戻らない。

図７は、信号処理システム２００におけるパワースペクトルの一例を示す。同図は、基準電圧生成回路１００の出力する基準電圧Ｖｒｅｆおよび受光素子１２０の検出信号Ｓｄのパワースペクトルを示す。

基準電圧Ｖｒｅｆは、チョッパ周波数ｆｃｈのノイズ成分を含む。信号処理システム２００は、基準電圧Ｖｒｅｆを基準として信号処理を行う。駆動部１１０は、ノイズ成分が変調された基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、発光素子１１５を駆動する。

受光素子１２０の検出信号Ｓｄは、信号成分Ｓｄ１およびノイズ成分Ｓｄ２を含む。信号成分Ｓｄ１は、受光素子１２０が検出する信号であってノイズ成分以外の信号である。受光素子１２０が検出した直後において、検出信号Ｓｄは、低周波数帯域に信号成分Ｓｄ１を含む。

ノイズ成分Ｓｄ２は、検出信号Ｓｄに含まれるノイズ成分である。ノイズ成分Ｓｄ２には、電流生成部２１で生じた第１ノイズ成分が含まれる。受光素子１２０が検出した直後において、検出信号Ｓｄは、高周波数帯域にノイズ成分Ｓｄ２を含む。

図８は、信号処理システム２００におけるパワースペクトルの一例を示す。同図は、受光素子１２０およびチョッパスイッチ１３０の出力信号のパワースペクトルを示す。

ノイズ成分Ｎは、増幅部１４０および変換部１５０において生じる。ノイズ成分Ｎは、低周波数帯域の成分を有する。ノイズ成分Ｎは、増幅部１４０および変換部１５０のいずれか一方で発生するノイズ成分であってよい。

チョッパスイッチ１３０は、信号成分Ｓｄ１を高周波数低域へ変調し、ノイズ成分Ｓｄ２を低周波数帯域へ復調する。これにより、信号成分Ｓｄ１は、増幅部１４０および変換部１５０で生じるノイズ成分Ｎと分離される。よって、増幅部１４０および変換部１５０は、信号成分Ｓｄ１をノイズ成分Ｎと分離したままで、検出信号Ｓｄを増幅およびデジタル変換できる。一方、ノイズ成分Ｓｄ２は、増幅部１４０および変換部１５０で生じるノイズ成分Ｎと重畳される。よって、変換信号Ｓｃの不要な成分が周波数軸上でまとめられ、不要成分の取り扱いが容易になる。

図９は、信号処理システム２００におけるパワースペクトルの一例を示す。同図は、変換部１５０およびフィルタ部１７０の出力信号のパワースペクトルを示す。

変換信号Ｓｃは、低周波数帯域にノイズ成分Ｓｃ２を含み、高周波数帯域に信号成分Ｓｃ１を含む。チョッパスイッチ１６０は、変換信号Ｓｃに含まれる信号成分Ｓｃ１を復調し、ノイズ成分Ｓｃ２を変調する。これにより、ノイズ成分Ｓｃ２は、高周波数帯域に飛ばされ、信号成分Ｓｃ１は、低周波数帯域に飛ばされる。

出力信号Ｏｕｔｐｕｔは、フィルタ部１７０によって、低周波数帯域に飛ばされた信号成分Ｓｃ１を取り出した信号である。ノイズ成分Ｓｃ２は、フィルタ部１７０によって除去される。

以上の通り、信号処理システム２００は、異なる複数の回路で生じたノイズ成分を１つの周波数帯域にまとめることができるので、除去フィルタを１つ備えれば、ノイズ成分を除去できる。即ち、信号処理システム２００は、簡易な構成で異なる複数の回路で生じたノイズ成分を除去できる。

［実施例３］
図１０は、実施例３に係る信号処理システム２００の構成の一例を示す。本例の信号処理システム２００は、オフセット値加算回路およびバンドギャップ回路１０５を備える点で実施例２に係る信号処理システム２００と異なる。信号処理システム２００は、オフセット値加算回路として、加算部１３５、変換部１８０およびチョッパスイッチ１８５を備える。

変換部１８０は、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、オフセット信号Ｓｏを生成する。オフセット信号Ｓｏは、基準電圧Ｖｒｅｆに含まれる第１ノイズ成分を復調した信号である。本例の変換部１８０は、チョッパーアンプを有する。

チョッパスイッチ１８５は、オフセット信号Ｓｏを変調して、オフセット信号Ｓｏ'を生成する。即ち、オフセット信号Ｓｏの高周波数帯域のノイズ成分は、低周波数帯域に飛ばされる。よって、オフセット信号Ｓｏ'は、低周波数帯域のノイズ成分を有する。チョッパスイッチ１８５は、変換部１８０が有するアンプのノイズ成分を基準電圧生成回路１００のノイズ成分と同じ帯域へ飛ばすことができる。

加算部１３５は、オフセット信号Ｓｏ'を検出信号Ｓｄ'に加算する。オフセット信号Ｓｏ'および検出信号Ｓｄ'は、いずれも高周波数帯域に信号成分を有する。また、オフセット信号Ｓｏ'および検出信号Ｓｄ'は、いずれも低周波数帯域にノイズ成分を有する。これにより、本例の信号処理システム２００は、オフセット信号Ｓｏ'に含まれるオフセット値を正確に検出信号Ｓｄ'に加算できる。

バンドギャップ回路１０５は、基準電圧Ｖｒｅｆ"を増幅部１４０および変換部１５０に出力する。基準電圧Ｖｒｅｆ"は、第４ノイズ成分を含む。第４ノイズ成分は、バンドギャップ回路１０５において高周波数帯域に変調されていない。そのため、増幅部１４０および変換部１５０の出力には、低周波数帯域に第４ノイズ成分が含まれる。一方、加算部１３５の出力には、低周波数帯域にノイズ成分が含まれている。したがって、増幅部１４０および変換部１５０では、バンドギャップ回路１０５および加算部１３５からのノイズ成分が低周波数帯域において重畳される。

チョッパスイッチ１６０は、変換部１５０の変換信号Ｓｃに含まれたノイズ成分Ｓｃ２を変調する。本例のノイズ成分Ｓｃ２には、バンドギャップ回路１０５で生じた第４ノイズ成分が含まれる。即ち、チョッパスイッチ１６０は、加算部１３５の出力に含まれるノイズ成分に加えて、バンドギャップ回路１０５で生じた第４ノイズ成分を重畳して高周波数帯域に変調する。

フィルタ部１７０は、変換信号Ｓｃ'から、高周波数帯域のノイズ成分Ｓｃ２を除去する。これにより、バンドギャップ回路１０５で生じた第４ノイズ成分も除去される。

以上の通り、本例の信号処理システム２００は、増幅部１４０および変換部１５０を駆動するための基準電圧Ｖｒｅｆ"が、変調されていない第４ノイズ成分を含む場合であっても、出力信号Ｏｕｔｐｕｔから除去して必要な信号成分のみを取り出せる。

［実施例４］
図１１は、実施例４に係る信号処理システム２００の構成の一例を示す。本例の信号処理システム２００は、フィルタ部１９０を備える。

フィルタ部１９０は、基準電圧生成回路１００から基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。フィルタ部１９０は、入力された基準電圧Ｖｒｅｆから第１ノイズを除去した基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成する。一例において、フィルタ部１９０は、基準電圧Ｖｒｅｆの低周波領域以外を除去するローパスフィルタＬＰＦを有する。フィルタ部１９０は、基準電圧Ｖｒｅｆ１を、増幅部１４０および変換部１５０に出力する。増幅部１４０および変換部１５０は、基準電圧Ｖｒｅｆ１に基づいて駆動する。これにより、フィルタ部１９０は、増幅部１４０および変換部１５０において、信号成分にノイズ成分が重畳するのを防止する。

以上の通り、本明細書に係る信号処理システム２００は、取り扱う信号成分の周波数帯域と異なる周波数帯域にノイズ成分を飛ばすことにより、信号成分とノイズ成分とを周波数軸上で分離する。これにより、信号処理システム２００は、後段のフィルタ部によってノイズ成分を最終的に除去された信号成分を出力する。したがって、信号処理システム２００は、簡易な構成で、信号成分を高精度に処理できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・チョッパーアンプ、２０・・・フィードバック部、２１・・・電流生成部、２２・・・出力部、２３・・・入力電圧生成部、２４・・・チョッパスイッチ、１００・・・基準電圧生成回路、１０５・・・バンドギャップ回路、１１０・・・駆動部、１１５・・・発光素子、１２０・・・受光素子、１３０・・・チョッパスイッチ、１３５・・・加算部、１４０・・・増幅部、１５０・・・変換部、１６０・・・チョッパスイッチ、１７０・・・フィルタ部、１８０・・・変換部、１８５・・・チョッパスイッチ、１９０・・・フィルタ部、２００・・・信号処理システム、５００・・・基準電圧生成回路、５１０・・・オペアンプ、５２０・・・フィードバック部、５２１・・・電流生成部、５２２・・・出力部、５２３・・・入力電圧生成部、５３０・・・チョッパーアンプ、５４０・・・フィルタ部

Claims (11)

1. 入力端子および出力端子を有し、前記入力端子に入力された入力電圧に応じた出力電圧を、前記出力端子から出力する増幅部と、
   前記増幅部の出力電圧に基づく入力電圧を前記入力端子に入力するフィードバック部と
   を備え、
   前記フィードバック部は、
   前記出力電圧に応じて、周波数変調された基準電圧を生成する第１チョッパスイッチと、
   出力ノードを有し、前記基準電圧を前記出力ノードから出力する出力部と
   を有する
   基準電圧生成回路。
2. 前記フィードバック部は、前記出力電圧に応じた第１電流を生成する電流生成部を更に有し、
   前記第１チョッパスイッチは、第１ノイズ成分を含む前記第１電流を変調して前記出力部に出力する
   請求項１に記載の基準電圧生成回路。
3. 前記出力部は、前記第１ノイズ成分が変調された前記第１電流に基づいて、前記入力電圧および前記基準電圧を出力する
   請求項２に記載の基準電圧生成回路。
4. 前記電流生成部は、前記第１電流を生成する第１電流源および第２電流源を有し、
   前記出力部は、前記第１チョッパスイッチにより、前記第１電流源および前記第２電流源のいずれかに選択的に接続される第１回路部および第２回路部を有し、
   前記第１回路部は、
   一端が前記第１チョッパスイッチおよび前記出力ノードに接続された第１抵抗と、
   一端が前記第１抵抗の他端に接続された第２抵抗と、
   エミッタ端子が前記第２抵抗の他端に接続され、ベース端子がコレクタ端子と接続された第１トランジスタと
   を有し、
   前記第２回路部は、
   一端が前記第１チョッパスイッチに接続された第３抵抗と、
   エミッタ端子が前記第３抵抗の他端に接続され、ベース端子がコレクタ端子と接続された第２トランジスタと
   を有する
   請求項２又は３に記載の基準電圧生成回路。
5. 前記電流生成部は、第２電流を生成する第３電流源および第４電流源を有し、
   前記フィードバック部は、
   前記電流生成部が生成した前記第２電流が入力され、第２ノイズ成分を含む前記第２電流を変調する第２チョッパスイッチと、
   前記第２チョッパスイッチが変調した前記第２電流に基づいて、前記出力部が出力した前記入力電圧を前記入力端子に入力する入力電圧生成部と
   を有する請求項２から４のいずれか一項に記載の基準電圧生成回路。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の基準電圧生成回路と、
   入力に応じた駆動信号を出力する発光素子に接続され、前記基準電圧に応じて前記発光素子を駆動する駆動部と、
   前記駆動信号に含まれる信号成分および第１ノイズ成分を検出する受光素子と、
   前記駆動信号から前記第１ノイズ成分を除去し、前記信号成分を取り出す信号処理部と
   を備える信号処理システム。
7. 前記信号処理部は、前記受光素子が検出した前記信号成分を変調し、前記第１ノイズ成分を復調する第３チョッパスイッチを更に備える
   請求項６に記載の信号処理システム。
8. 前記信号処理部は、
   前記第３チョッパスイッチが出力した前記信号成分および前記第１ノイズ成分を予め定められた信号に変換する変換部と、
   前記変換部が変換した前記信号成分を復調し、前記変換部が変換した前記第１ノイズ成分および前記変換部で生じた第３ノイズ成分を変調する第４チョッパスイッチと、
   前記第４チョッパスイッチが復調した前記信号成分から、前記第１ノイズ成分および前記第３ノイズ成分を除去する第１フィルタ部と
   を備える
   請求項７に記載の信号処理システム。
9. 前記基準電圧から前記第１ノイズ成分を除去したオフセット信号を、前記第３チョッパスイッチの出力信号に加算する加算部を更に備える
   請求項８に記載の信号処理システム。
10. 前記基準電圧から、前記第１ノイズ成分を除去して、前記変換部に出力する第２フィルタ部を更に備え、
    前記変換部は、前記第１ノイズ成分の除去された前記基準電圧に基づいて動作する
    請求項８又は９に記載の信号処理システム。
11. 前記発光素子は、発光ダイオードであり、
    前記受光素子は、前記発光ダイオードが発光した光を検出するフォトダイオードである
    請求項６から１０のいずれか一項に記載の信号処理システム。

Images