JP3263000B2 - リミッタ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，アナログ信号を扱
うＭＯＳ型の集積回路に関する。さらに詳しくは，出力
の振幅制限を行う所謂リミッタ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来一般的に用いられるリミッタ回路を
図５に示す。この回路は例えば，日本放送協会編「ＮＨ
Ｋテレビ技術教科書（上）」，１９８９ Ｐ２８８，に
見られるように，入力の振幅をダイオードの順方向電圧
降下を利用して制限し，出力振幅とするものである。図
５の入力端子１に信号を入力した場合，ダイオード１
１，１２の順方向電圧降下より小さいの入力振幅では，
ダイオードに電流が流れないので入力電圧の振幅がその
まま出力振幅となる。ダイオード１１，１２の順方向電
圧降下より大きい入力電圧が入ってくると，ダイオード
１１，１２に電流が流れ抵抗１０で電圧が降下する。ダ
イオードは，流れる電流値に関わらずほぼ一定の順方向
電圧降下を生じるので，出力Ａは，入力振幅によらずダ
イオードの順方向電圧降下にクリップされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図５の回路では，出力
振幅の制限値が，例えば０．６５Ｖ程度と大きい。この
出力振幅の制限値は，ダイオードの順方向電圧降下によ
って決まっているので，自由に設定が出来ない。又，グ
ランド電位に接続された，二方向のダイオード１１，１
２を，標準的なＣＭＯＳプロセスでは同時には製造出来
ないという問題点あるいは課題があった。

【０００４】更に，図５の回路では，直流も交流も同じ
レベルでクリップする。例えば図３の入力１のように低
周波雑音に信号が重畳している波形が入力された場合に
は，出力Ａは低周波雑音で出力がクリップし信号が出力
しない区間が生じる。そこで本発明では，レベルを自由
に設定することが可能で，特に０．６５Ｖよりずっと低
い電圧値の振幅制限を行うことのでき，更に低周波雑音
を除去するフィルタを具備したリミッタ回路を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の問題
点を解決するために，本発明は図１に示すように定電流
源９と負荷抵抗４との間にＮチャンネルＭＯＳトランジ
スタ（以下ＮＭＯＳＴｒ）７を挿入して，入力端子１の
入力信号を，抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２，容量Ｃ１，容量Ｃ
２，容量Ｃ３，演算増幅器３，ＮＭＯＳＴｒ７とで構成
した所謂２次の減衰特性を持つハイパスフィルタ２４で
低周波成分を除去し出力をうる構成とした。出力振幅の
最小値は０，最大値は，定電流源９の電流値Ｉｃ×負荷
抵抗４の抵抗値，と自由な値で振幅制限できる。

【０００６】更に，入力信号が無い時に，出力電圧が最
大値と最小値の中間電位に位置するように，演算増幅回
路３の正入力端子に，定電流源８と負荷抵抗５の間にゲ
ート電極とドレイン電極を共通に接続したＮＭＯＳＴｒ
６を挿入した回路を付加した。無入力信号時には，演算
増幅回路３の負入力端子と，出力端子２との間に抵抗Ｒ
２で負帰還が掛かっているので，演算増幅回路３の正入
力端子の電圧と出力端子２の電圧は，等しくなる。定電
流源８の電流値又は負荷抵抗５の抵抗値を設定すること
により出力端子２の電圧は，自由に設定できる。

【０００７】本発明によるリミッタ回路は，出力振幅
が，定電流源の電流値×負荷抵抗値で設定できる。定電
流源の電流値は，例えばゲート・ソース電極間に一定電
圧を加えたＭＯＳトランジスタのサイズを変更するか，
ゲート・ソース電極間の一定電圧を変えるかにより設定
でき，負荷抵抗値を変えるのも容易である。したがっ
て，出力を５ｍＶという低電圧に振幅制限したリミッタ
回路を構成することも可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明によるリミッタ回路は，定
電流源９と負荷抵抗４との間にＮＭＯＳＴｒ７を挿入
し，入力端子１の入力信号を，抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２，容
量Ｃ１，容量Ｃ２，容量Ｃ３，演算増幅器３，ＮＭＯＳ
Ｔｒ７とから成る所謂２次の減衰特性を持つハイパスフ
ィルタ２４で低周波成分を除去し出力を得る構成とし
た。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明によるリミッタ回路の一
実施例を示す回路図である。図２は，図１に示した実施
例の動作を説明するために，図１の入力１，出力２の動
作波形を示した図である。図３は，図１に示した実施例
の動作の特徴を詳しく述べる為に，入力１に低周波の雑
音を重畳した場合の出力２の波形と従来例の出力Ａの波
形とを示した図である。

【００１０】先ず図１の回路構成について説明する。電
源１０には，Ｉｃの電流値を持つ定電流源９の一端が接
続されている。定電流源９の他端はＮＭＯＳＴｒ７のド
レイン電極に接続している。ＮＭＯＳＴｒ７のゲート電
極は，演算増幅器３の出力に接続している。ＮＭＯＳＴ
ｒ７のソース電極は，出力端子２とＲＬの抵抗値を持つ
負荷抵抗４の一端と，抵抗Ｒ２，容量Ｃ３の一端に共通
に接続している。負荷抵抗４の他端はグランド端子に接
続している。

【００１１】抵抗Ｒ２の他端は，演算増幅器３の負入力
端子と容量Ｃ２の一端とに共通に接続され，容量Ｃ３の
他端は，容量Ｃ２の他端と容量Ｃ１の一端と抵抗Ｒ１の
一端に共通に接続している。抵抗Ｒ１の他端はグランド
電位に接続されている。容量Ｃ１の他端は入力端子１に
接続している。更に電源１０には，Ｉｃ／２の電流値を
持つ定電流源８の一端が接続され，定電流源８の他端
は，ＮＭＯＳＴｒ６のドレイン電極とゲート電極とに共
通に接続している。ＮＭＯＳＴｒ６のソース電極は，抵
抗値ＲＬを持つ負荷抵抗５の一端と演算増幅器３の正入
力端子に共通に接続されていている。負荷抵抗５の他端
はグランド電位に接続されている。

【００１２】以下回路動作について説明を行う。入力端
子１から出力端子２の間で，周波数特性を考えると，抵
抗Ｒ１，Ｒ２，容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と演算増幅器３と
ＮＭＯＳＴｒ７は，演算増幅器３とＮＭＯＳＴｒ７を一
つの増幅回路とみなせるので，所謂多重帰還型のハイパ
スフィルタ２４を構成している。

【００１３】該ハイパスフィルタ２４は，２次の減衰特
性を持つので，カットオフ周波数Ｆ０以下の周波数で
は，４０ｄＢ／ｄｅｃの減衰特性となる。フィルタの基
本特性と抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と容量Ｃ１，Ｃ３の関係
は，既に知られているように，カットオフ周波数Ｆ０に
ついて Ｆ０＝√（Ｒ１＊Ｒ２＊Ｃ１＊Ｃ２＊Ｃ３） （１） ゲインＡ０は Ａ０＝−Ｃ１／Ｃ３ （２） で表現される。

【００１４】演算増幅器３の正入力端子から出力端子２
の間の直流での特性を考えると，出力端子２と演算増幅
回路３の負入力端子との間には，抵抗Ｒ２で負帰還が掛
かっている。該負帰還は，出力端子２の電圧が高くなる
と演算増幅器３の出力が低くなり，ＮＭＯＳＴｒ７のゲ
ート電極の電圧およびソース電極の電圧即ち出力端子２
の電圧が低くなるように働き，出力端子２の電圧が演算
増幅器３の正入力端子の電圧に等しくなったところで平
衡する。つまり入力端子１の電圧が無い場合には，出力
端子２の電圧は，演算増幅器３の正入力端子の電位Ａの
電圧と等しい。

【００１５】先ず，入力信号が無い場合の各部の直流電
圧，所謂直流動作点について説明を行う。負荷抵抗５に
は，Ｉｃ／２の電流が流れているので，負荷抵抗５の一
端即ちＮＭＯＳＴｒ６のソース電極の電位ＡはＲＬ×Ｉ
ｃ／２となる。出力端子２の電圧は，前述したように電
位Ａと等しく，ＲＬ×Ｉｃ／２の電圧となる。該電圧
は，出力端子２の最大電圧ＲＬ×Ｉｃと最小電圧０の中
間値になっている。

【００１６】次に図１のリミッタ回路の入力端子１に交
流の入力信号が加わった場合について，動作の説明を図
２を用いて行なう。入力端子１に入ってきた交流の入力
信号は，ハイパスフィルタ２４を通して出力端子２に出
力される。出力端子２の出力レベルは，最高で電流源９
の電流値Ｉｃ＊抵抗４の抵抗値ＲＬに制限され，最低は
０になる。

【００１７】図３には，入力信号に低周波の雑音成分が
重畳した場合の入力端子１の波形と出力端子２の波形を
示している。ここで，式１で示したＦ０を，低周波成分
より十分高く信号成分より十分低くなるように抵抗Ｒ
１，Ｒ２，容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を設定して，低周波成
分を除去出来るようにする。入力信号のなかの低周波成
分は，ハイパスフィルタ２４で除去され，出力端子２で
は，入力信号を振幅制限したものが得られる。出力Ａ
は，入力信号のなかの低周波成分を除去出来ない場合の
出力波形を示している。入力信号が制限されるレベルを
超えると，出力Ａは，最大レベルまたは，最小レベルと
なり入力に含まれる信号成分は出力されない期間が生じ
る。

【００１８】なお，本実施例では，抵抗Ｒ１，Ｒ２を単
に抵抗としたが，抵抗には，多種多様の素材があり，例
えば集積回路化を考慮した場合には，抵抗をシリコンま
たはＭＯＳＴｒで実現するのが適しているのは言うまで
もない。図４は，本発明によるリミッタ回路を，リモコ
ン受信用回路２３に，リミッタ回路１８として適用した
実施例を示す。入射光１３には，信号成分として数１０
ｋＨｚの発光周期を持つ赤外光と，雑音成分として１０
０Ｈｚから数ＫＨｚまでの発光周期をもつ蛍光燈の赤外
光成分とが重畳している。入射光１３は，フォトダイオ
ード等の光電変換素子１４により電気信号に変換され，
入力端子１５を通してリモコン受信用回路２３に入力さ
れる。リモコン受信用回路２３では，数１０ｋＨｚの発
光周期を持つ赤外光が，入射しているか，全く入射して
いないかを検出して出力端子２２に出力する。

【００１９】一般的に入力端子２７の信号レベルは，最
少で５０μＶと微弱である。リモコン受信用回路の内部
では，入力信号を低雑音増幅器１６で増幅し，次に本発
明によるリミッタ回路１８で振幅を一定値以下に制限
し，前記信号成分の発光周期に同調したバンドパスフィ
ルタ１９で信号成分のみを抽出し，検波回路２０で検波
を行い，検波後の直流レベルを，一定の閾値と比較し
て，Ｈｉｇｈ又はＬｏｗレベルを出力する比較回路２１
を通して，出力端子２２に出力する。太陽光のような直
流的な光の入射がある場合には，直流レベル設定回路１
７が作動し，入力の直流レベルが飽和するのを抑えてい
る。

【００２０】リモコン受信用回路２３では，リモコン送
信機との距離の遠近により，入力端子１５の信号レベル
が最少５０μＶ位から最大５０ｍＶ以上と大幅に変化す
る。そこで，リミッタ回路１８で一定値に振幅制限を行
ない，フィルタ１９の入出力の振幅がオーバーフローし
て，フィルタ１９のフィルタ特性が極端に劣化するのを
防いでいる。又リモコン受信用回路２３に用いるリミッ
タ回路１８には，扱う信号レベルが微小なので振幅制限
値の絶対値を小さくすることが要求される。本発明によ
るリミッタ回路１８は，前述したように，振幅制限値，
即ちリミッタレベルを電流値と抵抗値の積で絶対値を小
さく設定出来る。また，本発明によるリミッタ回路１８
は，ハイパスフィルタの機能を具備しているので，該ハ
イパスフィルタの抵抗と容量の値を調整し，蛍光燈の１
００Ｈｚから数ＫＨｚの低周波の雑音成分を除去でき
る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
振幅制限値（リミッタレベル）を，定電流源の電流値
と，抵抗値の積で自由に設定出来るため数１０ｍＶのオ
ーダーの低いリミッタレベルを設定したリミッタ回路の
用途に適する。さらに，ハイパスフィルタの機能を具備
しているので低周波の雑音を除去する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の基本的な回路構成図である。

【図２】図１の回路の各部の動作波形図である。

【図３】雑音成分が重した場合の畳図１の回路の各部の
動作波形図である。

【図４】本発明の他の実施例の回路図である。

【図５】従来のリミッタ回路の回路図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子 ３ 演算増幅器 ４，５，Ｒ１，Ｒ２，１０ 抵抗 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 容量 ６，７ ＮＭＯＳトランジスタ ８，９ 定電流源 １０ 電源 １１，１２ ダイオード １３ 赤外光＋蛍光燈 １４ 光電変換素子 １５ リモコン受信用回路の入力端子 １６ 低雑音増幅器 １７ 直流レベル設定回路 １８ リミッタ回路 １９ バンドパスフィルタ ２０ 検波回路 ２１ 比較回路 ２２ リモコン受信用回路の出力端子 ２３ リモコン受信用回路 ２４ ハイパスフィルタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が電源端子に接続された第一の定電
   流源と、 ドレイン電極が前記第１の定電流源の他端に接続されゲ
   ート電極が演算増幅器の出力に接続されソース電極が出
   力端子に接続された第１のＮチャンネルＭＯＳトランジ
   スタと、 一端が共通に出力端子に共通に接続され他端がグランド
   端子に接続された第１の抵抗と、一端が前記電源端子に
   接続された第２の定電流源と、 ゲート電極が固定電位に接続され、ドレイン電極が前記
   第２の定電流源の他端に共通に接続され、ソース電極
   が、他端がグランド端子にされた第２の抵抗の一端に接
   続された第２のＮチャンネルＭＯＳトランジスタと、 一端が入力端子に接続された第１の容量と、 一端が前記第１の容量の他端と共通に接続され他端が前
   記演算増幅器の負入力端子に接続された第２の容量と、 一端が出力端子に接続され他端が前記第１の容量の他端
   に共通に接続された第３の容量と、 一端がグランド端子に接続され他端が前記第１の容量の
   他端に共通に接続された第３の抵抗と、 一端が前記第２の容量の他端に共通に接続され他端が前
   記出力端子に共通に接続された第４の抵抗と、からなり
   前記演算増幅器は、正入力端子が前記第２の抵抗の他端
   に共通に接続され負入力端子が前記第２の容量の他端に
   共通に接続され出力は前記第１のＮチャンネルＭＯＳト
   ランジスタのゲート電極に接続されていることを特徴と
   するリミッタ回路。