JP3302032B2 - 周波数・電圧変換回路 - Google Patents

周波数・電圧変換回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転数等の周波数を持っ
た信号を入力し、これを電圧に変換する周波数・電圧変
換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、回転数等の周波数を持った入力信
号を電圧に変換する周波数・電圧変換回路としては、図
3に示すような構成のものがある。図3において、基準
電圧Vrefを電源電圧として動作するC-MOS インバー
タIN1およびIN2を縦続接続し、C-MOS インバータ
IN1に周波数を持った信号を入力してC-MOS インバー
タIN2より出力(基準電圧となる)される信号を微分
するコンデンサC1 を設け、またC-MOS インバータIN
1の出力が“0”の期間オンするアナログスイッチAS
をコンデンサC1 の片側と信号コモンラインCL間に設
け、コンデンサC1 の充電電荷をアナログスイッチAS
を通して信号コモンラインCLに放電させている。次に
コンデンサC1 により微分された電流は、電流・電圧変
換回路A1でゲイン倍されると共に平滑され、出力電圧
eoaveを得ている。ここで、この電流・電圧変換回路の
動作を式で表すと次のようになる。 eoave=− C1R1f・Vref (1−ε-nT/C2 R1) ・1/T =limeoave=− C1R1f・Vref 1/T n→∞ 但し、R1は電流・電圧変換回路A1のフィードバック回
路の抵抗で、この抵抗に可変抵抗器を使用することによ
り、ゲイン調整が可能である。従って、上記式からも明
らかなように入力周波数fに比例した直流の出力電圧が
得られることが分かる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成の周波数・電圧変換回路においては、入力周波数が0
Hzのとき、C-MOS インバータIN1の出力の論理レベル
が“1”か“0”かによって電流・電圧変換回路A1の
オフセット電圧がゲイン倍され、入力周波数が0Hzのと
き出力電圧が発生してしまうという欠点があった。
【0004】例えば、入力周波数が0Hzのとき、C-MOS
インバータIN1の出力が“1”であるとすると、電流
・電圧変換回路A1のオフセットゲインは(1+R1/R2)
となり、フィードバック回路の抵抗の大きさにより、出
力に電圧が発生することになり、出力端にバイアス電圧
が発生する現象があった。また、この電圧により直線性
が悪くなるばかりでなく、オフセット電圧が温度によっ
て変化し、精度や信頼性の点で問題があった。
【0005】本発明の目的は、入力周波数が0Hzのとき
でもオフセット電圧の影響が常に1倍となるようにして
出力電圧の発生をなくすことにより、精度および信頼性
の向上を図り得る周波数・電圧変換回路を提供するにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、複数段にしてカスケード接続され、且つ基
準電圧を電源電圧とすると共に入力周波数によって動作
するインバータと、最終段のインバータの出力を微分す
る微分用コンデンサと、この微分用コンデンサにより微
分された電流を電圧に変換すると共に、平滑して平均電
圧を得る電流・電圧変換回路と、最終段のインバータの
出力論理値を反転した論理値の出力となる最終段より手
前のインバータの出力がゲート信号として加えられ、前
記微分用コンデンサの微分動作により蓄えられた電荷を
放電させる第1のアナログスイッチと、前記最終段のイ
ンバータの出力論理値と同じ論理値となる最終段より手
前のインバータの出力がゲート信号として加えられ、前
記第1のアナログスイッチのオンにより前記微分用コン
デンサの電荷が放電されるとき前記微分用コンデンサと
前記電流・電圧変換回路との間をオフする第2のアナロ
グスイッチとを備えた構成としている。
【0007】
【作用】このような構成の周波数・電圧変換回路にあっ
ては、最終段のインバータの出力を微分用コンデンサに
より微分するとき第1のアナログスイッチがオフ、第2
のアナログスイッチがオンするので、微分用コンデンサ
により微分された電流は電流・電圧変換回路に入力さ
れ、また最終段のインバータの出力の論理値が反転して
微分用コンデンサの電荷が放電するときは、第1のアナ
ログスイッチがオンし、第2のアナログスイッチがオフ
するので、その間微分用コンデンサの電荷が電流・電圧
変換回路に入力されることはない。従って、電流・電圧
変換回路のオフセットゲインは常に1倍となるので、入
力周波数が0HZのときでもオフセット電圧の影響は殆ど
受けることがなく、精度および信頼性を向上させること
が可能となる。
【0008】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。
【0009】図1は本発明による周波数・電圧変換回路
の構成例を示す回路図である。図1において、駆動電源
からの基準電圧Vref により駆動される複数段(本実施
例では6段)のC-MOS インバータ(IN)1−1〜1−
6をカスケード接続し、第1段のC-MOS インバータ1−
1に入力周波数fを与えて反転出力と非反転出力を順次
入出力して最終段のC-MOS インバータ1−6の出力を微
分用コンデンサ(C1)2とアナログスイッチ(AS)
3を介して電流・電圧変換回路4に与える。また、微分
用コンデンサ2とアナログスイッチ(AS)3との間に
アナログスイッチ (AS)5の一端を接続し、このア
ナログスイッチ5の他端を駆動電源の信号コモンライン
CLに接続する。
【0010】ここで、アナログスイッチ3は、最終段の
C-MOS インバータ1−6の出力と同じ論理値となるC-MO
S インバータ、ここではC-MOS インバータ1−2の出力
信号がゲート信号として加えられ、最終段のC-MOS イン
バータ1−6の出力の論理値が“1”のときオンとなる
ようにしてある。また、アナログスイッチ5は、最終段
のC-MOS インバータ1−6の出力論理値を反転した論理
値となるC-MOS インバータ、ここではC-MOS インバータ
1−5の出力信号がゲート信号として加えられ、最終段
のC-MOS インバータ1−6の出力が論理値“1”のとき
オフとなるようにしてある。また、電流・電圧変回路4
は従来同様にオペアンプA1、入力抵抗R2、フィードバ
ック抵抗R1、平滑用コンデンサC2から構成されている。
次に上記のように構成された周波数・電圧変換回路の作
用について図2に示すタイムチャートを参照しながら説
明する。
【0011】いま、第1段のC-MOS インバータ1−1に
周波数fなる信号が入力されると、奇数段のC-MOS イン
バータ1−1,1−3,1−5の出力は入力周波数fと
同じ論理値で変化し、また偶数段のC-MOS インバータ1
−2,1−4,1−6の出力は入力周波数fに対して反
転論理値となって変化する。また、最終段のC-MOS イン
バータ1−6の出力は、微分用コンデンサC1により微
分され、アナログスイッチ3を介して電流・電圧変換回
路4に入力される。
【0012】ここで、アナログスイッチ3は第1段のC-
MOS インバータ1−2の出力がゲート信号として加えら
れ、論理値“1”のときオンとなる。また、アナログス
イッチ5は第5段のC-MOS インバータ1−5の出力がゲ
ート信号として加えられ、論理値“1”のときオンとな
る。従って、最終段のC-MOS インバータ1−6の出力は
アナログスイッチ3をオンにする論理値“1”と同じな
ので、最終段のC-MOSインバータ1−6が出力が論理値
“1”のときアナログスイッチ3がオンとなって微分用
コンデンサ2で微分された電流が電流・電圧変換回路4
に入力される。また、最終段のC-MOS インバータ1−6
の出力が論理値“0”のとき前段のC-MOS インバータ1
−5の出力が論理値“1”なので、アナログスイッチ5
はオンとなり、微分用コンデンサ2に蓄えられた電荷が
放電する。
【0013】このようにオン、オフ動作するアナログス
イッチ3を介して微分電流が電流・電圧変換回路4に入
力されると、この微分電流はこの電流・電圧変換回路4
により電流・電圧変換され、出力電圧e0 となる。
【0014】この電流・電圧変換回路4の入出力関係は
従来例の場合と全く同じとなり、出力 e0 =−C1・R1
・V ref ・fとなり、入力周波数に比例した出力電圧が
得られる。
【0015】次に入力周波数が0HZのとき、最終段のC-
MOS インバータ1−6の出力が論理値“1”であれば、
アナログスイッチ3はオン、アナログスイッチ5がオフ
となるが、最終段のC-MOS インバータ1−6の出力Vre
f は微分用コンデンサ2により直流分がカットされるた
め、電流・電圧変換回路4のオフセットゲインは1倍で
ある。また、最終段のC-MOS インバータ1−6の出力が
論理値“0”のときは、アナログスイッチ3はオフ、ア
ナログスイッチ5がオンとなるが、アナログスイッチ3
がオフのため、この時も電流・電圧変換回路4のオフセ
ットゲインは1倍となる。
【0016】従って、入力周波数が0HZのときオフセッ
ト電圧が出力に対して影響を与えることがないため、直
線性に優れた周波数・電圧変換回路を構成することが可
能となる。この場合、オペアンプA1のオフセット電圧
の小さいものを選ぶことで出力電圧を0Vにすることが
できる。
【0017】なお、上記実施例ではインバータとしてC-
MOS インバータを使用したが、本発明はこのC-MOS イン
バータに限らず、他のFETおよびトランジスタ等で構
成しても前述同様に動作させることができる。
【0018】また、図1に示す実施例において、最終段
のC-MOS インバータ1−6の出力端と信号コモンライン
CLとの間に図示点線のようにコンデンサC3を挿入し
てアナログスイッチ3,5のオン、オフのタイミングを
補償することにより、ゲート遅れによる充放電の動作隙
間、つまり入出力のタイムラグがなくなり、温度特性を
格段に向上させることができる。この他、本発明はその
要旨を変更しない範囲内で種々変更して実施できること
は言うまでもない。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、入力
周波数が0Hzのときでもオフセット電圧の影響が常に1
倍となるようにして出力電圧の発生をなくすようにした
ので、精度および信頼性の向上を図り得る周波数・電圧
変換回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による周波数・電圧変換回路の一実施例
を示す結線図。
【図2】同実施例の作用を説明するためのタイムチャー
ト。
【図3】従来の周波数・電圧変換回路の構成例を示す結
線図。
【符号の説明】
1−1〜1−6……C-MOS インバータ、2……微分用コ
ンデンサ、3,5……アナログスイッチ、4……電流・
電圧変換回路。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数段にしてカスケード接続され、且つ
    基準電圧を電源電圧とすると共に入力周波数によって動
    作するインバータと、最終段のインバータの出力を微分
    する微分用コンデンサと、この微分用コンデンサにより
    微分された電流を電圧に変換すると共に、平滑して平均
    電圧を得る電流・電圧変換回路と、最終段のインバータ
    の出力論理値を反転した論理値の出力となる最終段より
    手前のインバータの出力がゲート信号として加えられ、
    前記微分用コンデンサの微分動作により蓄えられた電荷
    を放電させる第1のアナログスイッチと、前記最終段の
    インバータの出力の論理値と同じ論理値の出力となる最
    終段より手前のインバータの出力がゲート信号として加
    えられ、前記第1のアナログスイッチのオンにより前記
    微分用コンデンサの電荷が放電されるとき前記微分用コ
    ンデンサと前記電流・電圧変換回路との間をオフする第
    2のアナログスイッチとを備えたことを特徴とする周波
    数・電圧変換回路。
  2. 【請求項2】 最終段のインバータの出力端と基準電圧
    の信号コモンライントとの間に温度特性を改善するため
    のコンデンサを設けてなる周波数・電圧変換回路。
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