JP3016005B2 - 無調整帯域フィルタ - Google Patents
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Description
特に所望の中心周波数に帯域フィルタの中心周波数を自
動的に調整してフィルタリングすることにより、中心周
波数の調整の工程数及び時間を節約するようにした無調
整帯域フィルタに関する。
る。従来の帯域フィルタ装置を図1に示す。入力される
交流電圧(Vi)の入力端(in)にキャパシタ(C
1)の一端を連結し、キャパシタ(C1)の他端を相互
コンダクタンス増幅器2の非反転入力端(+)に連結す
る。その増幅器2の出力端は抵抗(R2)を介してその
反転入力端(−)に連結され、増幅器2の反転入力端
(−)と接地との間に抵抗(R1)が連結されている。
相互コンダクタンス増幅器2の出力端はさらに他の相互
コンダクタンス増幅器1の反転入力端(−)に連結され
ている。その相互コンダクタンス増幅器1の非反転入力
端(+)は接地され、出力端は相互コンダクタンス増幅
器2の非反転入力端子(+)に連結されている。電源
(Vcc)とフィルタ調整端子4との間には可変抵抗
(Rext)が連結されている。即ち、従来の帯域フィルタ
は、相互コンダクタンス増幅器1、2がフィードバック
され、可変抵抗(Rext)を調節することにより、中心周
波数(f0 )を調整するように構成されていた。
の等価回路図で、図1の相互コンダクタンス増幅器2を
説明したものである。相互コンダクタンス増幅器2の等
価回路は、図2に示すように、電源(Vcc)にエミッ
タが連結され、接地にコレクタとベースが連結されたp
npトランジスタ(Q5)と、電源(Vcc)にエミッ
タが連結されpnpトランジスタ(Q5)のベースとコ
レクタにベースが連結されたpnpトランジスタ(Q
4)と、pnpトランジスタ(Q5)のコレクタと接地
に連結されたキャパシタ(C2)と、バイアス入力(B
IAS)をベース入力とし、電源(Vcc)にコレクタ
が連結されたnpnトランジスタ(Q7)と、バイアス
入力(BIAS)をベース入力とし、電源(Vcc)に
コレクタが連結されたnpnトランジスタ(Q8)と、
npnトランジスタ(Q7)のエミッタにベースが連結
され電源(Vcc)にコレクタが連結されたnpnトラ
ンジスタ(Q2)と、pnpトランジスタ(Q4)のコ
レクタにコレクタが連結されnpnトランジスタ(Q
8)のエミッタにベースが連結されたnpnトランジス
タ(Q3)と、npnトランジスタ(Q8)のエミッタ
にコレクタが連結され接地にベースが連結されたnpn
トランジスタ(Q6)と、npnトランジスタ(Q6)
のエミッタと接地に連結された抵抗(R5)と、電源
(Vcc)とフィルタ調整端子(4)に連結された可変
抵抗(Rext)と、フィルタ調整端子(4)に抵抗(R
6)を介してコレクタとベースが連結され、接地に抵抗
(R7)を介してエミッタが連結されたnpnトランジ
スタ(Q10)と、npnトランジスタ(Q2、Q3)
のエミッタにコレクタが連結されフィルタ調整端子
(4)にベースが連結され、抵抗(R4)を介して接地
にエミッタが連結されたnpnトランジスタ(Q9)
と、キャパシタ(C1)を介して入力される入力電圧
(Vi’)をベース入力とし、npnトランジスタ(Q
7)のエミッタにコレクタが連結され抵抗(R3)を介
して接地にエミッタが連結されたnpnトランジスタ
(Q1)とからなる。ここで、pnpトランジスタ(Q
4、Q5)は電流ミラー6を形成し、npnトランジス
タ(Q1、Q2、Q3、Q6、Q9)及び抵抗(R3、
R4、R5)が差動増幅器5を形成する。
域フィルタ装置の入力対出力の伝達関数(Av(S))
と中心周波数(f0 )は、次の式で求められる。まず、
ラプラス変換した帯域フィルタ装置の入力対出力の伝達
関数は、
波数(f0 )は相互コンダクタンス増幅器(2)の入力
対出力電流の比(GM)によって決定される。
(GM)は、
(4)によって、
タ調整端子4との間の可変抵抗(Rext)を調節すると、
npnトランジスタ(Q8)に流れる電流が変わり、p
npトランジスタ(Q4、Q5)の電流ミラーによって
I1 が変わるので、式(5)で中心周波数(f0 )が調
整される。即ち、可変抵抗(Rext)を調節すると、従来
の帯域フィルタ(BPF)の中心周波数(f0 )を調整
することができる。
ィルタは、抵抗、コンデンサ、及び定電流素子にバラツ
キがあるので、初期に中心周波数(f0 )を調整しなけ
ればならなく、これにより生産ラインで工程数が増加し
て製造設備及び工程時間が増加するという問題点があっ
た。
帯域フィルタの中心周波数を自動的に調整して製造工程
数及び工程時間を低減するための無調整帯域フィルタ装
置を提供することを目的とする。
に、本発明の無調整帯域フィルタは、特定帯域の周波数
のみを通してフィルタリングする帯域フィルタ部を有
し、かつ、前記帯域フィルタ部の出力から得られた中心
周波数(f0')に応じて所望の中心周波数(f0)を得
るように調整周波数を発生するアップ/ダウンパルス電
圧を発生して前記帯域フィルタ部の周波数帯域を調整す
る周波数帯域調整部を有することを特徴とする。
は、図3に示すように、帯域フィルタ部11と周波数帯
域調整部10とから構成される。帯域フィルタ部11は
周波数帯域調整部10の制御によって特定帯域の周波数
のみを通過させてフィルタリングする。周波数帯域調整
部10は帯域フィルタ部11の出力から得られた中心周
波数(f0')に応じて所望の中心周波数(f0 )を得る
ための調整周波数を発生するために、当該のアップ/ダ
ウンパルス電圧を発生して帯域フィルタ部11の周波数
帯域を調整する。
11の出力周波数のピーク値に比例するDC電圧を出力
するピーク検出部12と、ピーク検出部12からのDC
電圧に該当する調整前の中心周波数(f0')を出力する
VCO部13と、所望の中心周波数(f0 )に該当する
基準クロックを発生する発振器15と、VCO部13か
ら出力される調整前の中心周波数(f0')と前記発振器
15から出力される基準クロックの所望の中心周波数
(f0 )とを比較して、所望の中心周波数を得るための
調整周波数に該当するアップ/ダウンパルス電圧を出力
する周波数判別回路部14と、周波数判別回路部14か
ら出力されるアップ/ダウンパルス電圧を電流に変換し
て出力するV−I変換器16と、このV−I変換器16
から出力される電流に応じて充・放電して帯域フィルタ
部11の周波数帯域調整端子(A)へ出力して周波数帯
域を調整するキャパシタ(C)とから構成される。
ている。VCO部13から出力される調整前の中心周波
数(f0')はリセット部20へ入力させられる。ここで
調整前中心周波数を用いて第1及び第2リセットパルス
(RS1、RS2)を発生する。一方、発振器15から
出力される所望の中心周波数(f0 )に該当する基準ク
ロックは、それをカウントするNビットカウンタ23、
24へ入力させられる。リセット部20から出力される
第1及び第2リセットパルス(RS1、RS2)とNビ
ットカウンタ23、24から出力される信号とはラッチ
部25へ入力する。それぞれのラッチ部25の一方の信
号はそれぞれのNビットカウンタ23、24をリセット
させる。またラッチ部25からの他方の出力は出力復号
器28へ出力され、ここで調整周波数に該当するアップ
/ダウンパルス電圧(f0 u/f0 d)を複合する。
出力される調整前の中心周波数(f0')を2で分割する
2分周器21と、2分周器21で分周された周波数から
第1及び第2リセットパルス(RS1、RS2)を発生
するリセットパルス発生部22とから構成される。第1
及び第2リセットパルス(RS1、RS2)は2分周器
21で分周された周波数信号の零交叉点で発生し、特に
第1リセットパルス(RS1)は2分周器21で分周さ
れた周波数信号がローレベルからハイレベルへ上昇する
零交叉点で発生し、第2リセットパルス(RS2)は2
分周器21で分周された周波数信号がハイレベルからロ
ーレベルへ下降する零交叉点で発生する。
ットパルス発生部22から出力されるリセットパルス
(RS1)とNビットカウンタ23から出力される信号
の入力を受けてそれぞれラッチさせた後、出力復号器2
8へ出力するとともに、Nビットカウンタ23をリセッ
トさせるプリッププロップ26と、リセット部20のリ
セットパルス発生部22から出力される第2リセットパ
ルス(RS2)とNビットカウンタ24から出力される
信号の入力を受けてそれぞれラッチさせた後、出力復号
器28へ出力するとともに、Nビットカウンタ24をリ
セットさせるプリッププロップ27とから構成される。
いる。この変換器は、まず周波数判別回路部14から出
力されるアップパルス電圧(f0 u)によって切り換え
られるスイッチング部31と、周波数判別回路部14か
ら出力されるダウンパルス電圧(f0 d)によって切り
換えらるスイッチング部32との二つのスイッチング部
を備えている。電源(Vcc)とキャパシタ(C)とに
連結され、スイッチング部31に応じて動作してキャパ
シタ(C)を介して帯域フィルタ部11の中心周波数調
整端子(A)へ直流電圧を出力する電流ミラー33と、
電源(Vcc)に連結され、スイッチング部32に応じ
て動作する電流ミラー34とを更に備えている。さら
に、この電流ミラー33、34とキャパシタ(C)に連
結され、キャパシタ(C)を介して帯域フィルタ部11
の中心周波数調整端子(A)へ直流電圧を出力する電流
ミラー35とをも有している。
14から出力されるアップパルス電圧(f0 u)をベー
ス入力とし、電流ミラー33にコレクタが連結されエミ
ッタが接地されたnpnトランジスタ(Q16)で構成
される。スイッチング部32は、周波数判別回路部14
から出力されるダウンパルス電圧(f0 d)をベース入
力とし、電流ミラー34にコレクタが連結されエミッタ
が接地されたnpnトランジスタ(Q18)で構成され
る。
(R12)を介してエミッタが連結され、スイッチング
部31のトランジスタ(Q16)のコレクタに抵抗を介
してベースとコレクタが連結されたpnpトランジスタ
(Q12)と、電源(Vcc)に抵抗(R11)を介し
てエミッタが連結され、pnpトランジスタ(Q12)
のベースとコレクタにベースが連結され、キャパシタ
(C)と電流ミラー35に抵抗(R13)を介してコレ
クタが連結されたpnpトランジスタ(Q11)とから
構成される。電流ミラー34は、電源(Vcc)に抵抗
(R16)を介してエミッタが連結され、スイッチング
部32のトランジスタ(Q18)のコレクタに抵抗(R
17)を介してベースとコレクタが連結されたpnpト
ランジスタ(Q14)と、電源(Vcc)に抵抗(R1
5)を介してエミッタが連結され、pnpトランジスタ
(Q14)のベースとコレクタにベースが連結され、電
流ミラー35にコレクタが連結されたpnpトランジス
タ(Q13)とから構成される。電流ミラー35は、電
流ミラー34のトランジスタ(Q13)のコレクタにコ
レクタとベースが連結され、接地に抵抗(R20)を介
してエミッタが連結されたnpnトランジスタ(Q1
7)、電流ミラー33のトランジスタ(Q11)のコレ
クタに抵抗(R13、R18)を介して且つキャパシタ
(C)に抵抗(R18)を介してコレクタが連結され、
トランジスタ(Q17)のベースとコレクタにベースが
連結され、接地に抵抗(R19)を介してエミッタが連
結されたnpnトランジスタ(Q15)とから構成され
る。
帯域フィルタの動作を添付図面を参照して説明する。ピ
ーク検出器の動作を説明するため図5(a)を参照す
る。帯域フィルタ部11でフィルタリングされて出力さ
れる信号がピーク検出部12へ入力され、ピーク値に比
例するDC電圧がVCO部13から出力される。ピーク
検出部12から出力されるDC電圧はVCO部13から
該当する中心周波数(f0')として出力される。この時
の中心周波数(f0')は周波数帯域を調整する前、即ち
調整前の中心周波数である。
(f0 )に該当する基準クロックを発生して周波数判別
回路部14へ出力する。この周波数判別回路部14では
発振器15から出力される基準クロックの所望の中心周
波数(f0 )とVCO部13から出力される調整前の中
心周波数(f0')の状態とを判別して、所望の中心周波
数(f0 )を得るためにアップ/ダウンパルス電圧を出
力する。このアップ/ダウンパルス電圧がV−I変換器
16を介して帯域フィルタ部11を調整することにな
る。即ち、周波数判別回路部14では、図5(b)に示
すように、判別の結果、VCO部13から出力される調
整前の中心周波数(f01' )が所望の中心周波数(f0
)より低ければ、アップパルス(f0u)を発生する。
これに該当する電圧がV−I変換器16で電流に変換さ
れてキャパシタ(C)に充電し、充電して増加したキャ
パシタ電流が帯域フィルタ部11の内部電流を増加させ
る。これはさらに帯域フィルタ部11の中心周波数(f
01' )を増加させて所望の中心周波数(f0 )にフィル
タリングすることになる。周波数判別回路部14では、
図5(b)に示すように、判別の結果、VCO部13か
ら出力される調整前の中心周波数(f02' )が所望の中
心周波数(f0 )より高ければ、ダウンパルス(f0d)
を発生する。これに該当する電圧がV−I変換器16で
電流に変換されてキャパシタ(C)に充電した電流を放
電させる。放電して減少したキャパシタ電流が帯域フィ
ルタ部11の内部電流を減少させ、これはさらに帯域フ
ィルタ部11の中心周波数(f0')を減少させて所望の
中心周波数(f0 )にフィルタリングすることになる。
−I変換器16の動作を図6及び図7を参照して詳細に
説明する。まず、図6を参照して帯域フィルタ部11か
ら出力される調整前の中心周波数(f0')が所望の中心
周波数(f0 )より低い場合を説明する。調整前の中心
周波数(f0')が所望の中心周波数(f0 )より低い場
合は、帯域フィルタ部11の出力レベルが低くてVCO
部13の周波数も図6(b)に示すように低くなる。V
CO部13から出力される調整前の中心周波数(f0')
は、リセット部20に入力されて第1及び第2リセット
パルス(RS1、RS2)が出力される。即ち、図6
(b)に示したVCO部13から出力される調整前の中
心周波数(f0')は、2分周器21で2分周されて図6
(c)に示すような信号として出力される。2分周器2
1から出力される2分周された周波数信号は、リセット
パルス発生部22に入力されて、図6(d)、(e)に
示すような第1及び第2リセットパルス(RS1、RS
2)を発生する。第1リセットパルス(RS1)は図6
(d)に示すような2分周された周波数信号がローレベ
ルからハイレベルへ上昇する零交叉点で発生し、第2リ
セットパルス(RS2)は図6(e)に示すようにハイ
レベルからローレベルへ下降する零交叉点で発生する。
パルス(RS1、RS2)は、ラッチ部25のプリップ
プロップ26、27にそれぞれ入力されてラッチされた
後、Nビットカウンタ23、24にそれぞれ入力されて
Nビットカウンタ23、24をリセットさせる。Nビッ
トカウンタ23、24は、プリッププロップ26、27
からそれぞれ入力される信号に基づいてリセットされた
後、発振器15から出力される所望の中心周波数(f0
)に該当する図6(a)に示す基準クロックをカウン
トする。ここで、Nビットカウンタ23、24は所望の
中心周波数(f0 )に対応するようにカウンタ値(N)
がセットされる。調整前の中心周波数(f0')が所望の
中心周波数(f0 )より低いのため、VCO部13から
出力される信号の半周期が所望の中心周波数(f0 )に
対応するカウンタ値Nより大きくなる。第1リセットパ
ルス(RS1)によってリセットされたNビットカウン
タ23から出力される信号は、所望の中心周波数(f0
)に対応するようにカウンタ値(N)が図6(f)に
示すようにカウントされた状態である。第2リセットパ
ルス(RS2)によってリセットされたNビットカウン
タ24から出力される信号は、所望の中心周波数(f0
)に対応するようにカウンタ値(N)が図6(g)に
示すようにカウントされた状態である。
ら出力される信号は、さらにラッチ部25のプリッププ
ロップ26、27にそれぞれ入力されてラッチされた
後、出力復号器28で復号されてアップ/ダウンパルス
電圧(f0u、f0d)として出力される。即ち、出力復号
器28では、入力される信号を復号して、図6(h)に
示すようにローレベルであるダウンパルス(f0d)と、
図6(i)に示すようにNビットカウンタ23、24の
出力信号が双方ハイレベルである状態だけのポジティブ
パルスのアップパルス(f0u)を出力する。
ング部31であるnpnトランジスタ(Q16)がオン
されて、電流ミラーであるpnpトランジスタ(Q1
1、Q12)がオンとなり、スイッチング部32である
npnトランジスタ(Q18)がオフされて電流ミラー
34、35であるpnpトランジスタ(Q13、Q1
4)とnpnトランジスタ(Q15、Q17)がオフと
なり、pnpトランジスタ(Q11)がキャパシタ
(C)に電流を供給することになる。キャパシタ(C)
はpnpトランジスタ(Q11)を介して供給される電
流によって充電され、図6(j)に示すように電圧(V
DC)が増加し、これは帯域フィルタ部11の中心周波数
調整端子(A)に入力されて帯域フィルタ部11の中心
周波数(f0')を増加させ、所望の中心周波数(f0 )
を得てフィルタリングすることになる。
から出力される調整前の中心周波数(f0')が所望の中
心周波数(f0 )より高い場合を説明する。調整前の中
心周波数(f0')が所望の中心周波数(f0 )より高い
場合は、帯域フィルタ部11の出力レベルが高くてVC
O部13の周波数も図7(b)に示すように高くなる。
VCO部13から出力される調整前の中心周波数(f
0')は、リセット部20に入力されて第1及び第2リセ
ットパルス(RS1、RS2)が出力される。図7
(b)に示したVCO部13から出力される調整前の中
心周波数(f0')は、2分周器21で2分周されて図7
(c)のような信号として出力される。2分周21から
出力される2分周された周波数信号は、リセットパルス
発生部22に入力されて図7(d)、(e)に示すよう
な第1及び第2リセットパルス(RS1、RS2)を発
生する。第1リセットパルス(RS1)は図7(d)に
示すような2分周された周波数信号がローレベルからハ
イレベルへ上昇する零交叉点で発生し、第2リセットパ
ルス(RS2)は図7(e)に示すようにハイレベルか
らローレベルへ下降する零交叉点で発生する。
パルス(RS1、RS2)は、ラッチ部25のプリップ
プロップ26、27にそれぞれ入力されてラッチされた
後、Nビットカウンタ23、24にそれぞれ入力されて
Nビットカウンタ23、24をリセットさせる。Nビッ
トカウンタ23、24はプリッププロップ26、27か
らそれぞれ入力される信号に基づいてリセットされた
後、図7(a)に示すように発振器15から出力される
所望の中心周波数(f0 )に該当する基準クロックをカ
ウントする。ここで、Nビットカウンタ23、24は所
望の中心周波数(f0 )に対応するようにカウンタ値
(N)がセットされる。調整前の中心周波数(f0')が
所望の中心周波数(f0 )より高いため、VCO部13
から出力される信号の半周期が所望の中心周波数(f0
)に対応するカウンタ値(N)より小さくなる。第1
リセットパルス(RS1)によってリセットされたNビ
ットカウンタ23から出力される信号は、所望の中心周
波数(f0 )に対応するようにカウンタ値(N)が図7
(f)に示すようにカウントされた状態である。第2リ
セットパルス(RS2)によってリセットされたNビッ
トカウンタ24から出力される信号は、所望の中心周波
数(f0 )に対応するようにカウンタ値(N)が図7
(g)に示すようカウントされた状態である。
ら出力される信号は、さらにラッチ部25のプリッププ
ロップ26、27にそれぞれ入力されてラッチされた
後、出力復号器28で復号されてアップ/ダウンパルス
電圧(f0u、f0d)として出力される。即ち、出力復号
器28では、入力される信号を復号して、図7(h)に
示すようにローレベルのアップパルス(f0u)と、図7
(i)に示すようにNビットカウンタ23、24の双方
の出力信号がローレベルである状態のポジティブパルス
であるダウンパルス(f0d)を出力する。これにより、
V−I変換部16のスイッチング部32であるnpnト
ランジスタ(Q18)がオンされて電流ミラー34、3
5であるpnpトランジスタ(Q13、Q14)とnp
nトランジスタ(Q15、Q17)がオンとなり、スイ
ッチング部31であるnpnトランジスタ(Q16)が
オフされて電流ミラー33であるpnpトランジスタ
(Q11、Q12)がオフとなって、キャパシタ(C)
に充電した電流は電流ミラー35のnpnトランジスタ
(Q15)を介して放電する。キャパシタ(C)はnp
nトランジスタ(Q15)を介して放電して図7(j)
に示すように電圧(VDC)が減少する。これが帯域フィ
ルタ部11の中心周波数調整端(A)に入力されて帯域
フィルタ部11の中心周波数(f0')を減少させ、所望
の中心周波数(f0 )を得てフィルタリングすることに
なる。
整帯域フィルタ装置は、所望の中心周数に帯域フィルタ
の中心周波数を自動的に調整してフィルタリングするこ
とにより、中心周波数の調整の工程数及び工程時間を減
少することが出来、ディジタル方式で周波数判別回路部
を具現すると、中心周波数を正確に調整することができ
るという効果がある。
図である。
ある。
細部構成図である。
説明するための図面、(b)は本発明による中心周波数
の調整を説明するための図面である。
Claims (2)
- 【請求項1】 特定帯域の周波数のみを通してフィルタ
リングする帯域フィルタ部(11)と、 前記 帯域フィルタ部(11)の出力から得られた中心周
波数(f0')に応じて所望の中心周波数(f0 )を得る
ように調整周波数を発生するアップ/ダウンパルス電圧
を発生して前記帯域フィルタ部(11)の周波数帯域を
調整する周波数帯域調整部(10)とを有し、 前記周波数帯域調整部(10)は、 前記帯域フィルタ部(11)の出力周波数のピーク値に
比例するDC電圧を出力するピーク検出部(12)と、 前記ピーク検出部(12)から出力されるDC電圧に該
当する調整前の中心周波数(f0')を出力するVCO部
(13)と、 所望の中心周波数(f0 )に該当する基準クロックを発
生する発振器(15)と、 前記VCO部(13)から出力される調整前の中心周波
数(f0')と前記発振器(15)から出力される基準ク
ロックの所望の中心周波数(f0 )とを比較して、所望
の中心周波数(f0 )を得るための調整周波数に該当す
るアップ/ダウンパルス電圧を出力する周波数判別回路
部(14)と、 前記周波数判別回路部(14)から出力されるアップ/
ダウンパルス電圧を電流に変換して出力するV−I変換
器(16)と、 前記V−I変換器(16)から出力される電流に応じて
充・放電して、前記帯域フィルタ部(11)の周波数帯
域調整端子(A)へ出力して周波数帯域を調整するキャ
パシタ(C)とを含んで構成される ことを特徴とする無
調整帯域フィルタ。 - 【請求項2】 前記周波数判別回路(14)は、 前記VCO部(13)から出力される調整前の中心周波
数(f0')を用いて第1及び第2リセットパルス(RS
1、RS2)を発生するリセット部(20)と、 前記
発振器から出力される所望の中心周波数(f0 )に該当
する基準クロックをカウントする第1及び第2カウンタ
(23、24)と、 前記リセット部(20)から出力される第1及び第2リ
セットパルス(RS1、RS2)と前記第1及び第2カ
ウンタ(23、24)から出力される信号の入力を受け
てそれぞれラッチさせた後出力し、前記第1及び第2カ
ウンタ(23、24)をリセットさせるラッチ部(2
5)と、 前記ラッチ部(25)から出力される信号を復号して調
整周波数に該当するアップ/ダウンパルス電圧(f0u/
f0d)を前記V−I変換器(16)へ出力する出力復号
器(28)とを含んで構成されることを特徴とする請求
項1記載の無調整帯域フィルタ。
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