JP5960137B2 - 等比的に抵抗値が変わる可変抵抗及びこれを利用した可変利得増幅器と可変遮断周波数フィルタ - Google Patents
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Description
る。この際、kは、
図4を参照すれば、増幅器150は、可変抵抗160、170の抵抗値を変更し、利得値及び遮断周波数を変化させることができる。図4に示された増幅器の直流での利得値及び遮断周波数の値は、次の通りである。Raは、入力可変抵抗160の値であり、Rbは、フィードバック可変抵抗170の値であり、Cは、フィードバックキャパシタ180の容量である。
遮断周波数を高めるためにフィードバック可変抵抗170の抵抗値Rbが低くなる場合、正確な遮断周波数を作るための値を設定しない場合が発生することができる。すなわち、遮断周波数をログスケール上で線形的に変わるようにするために、フィードバック可変抵抗170を変化させても、正確度の限界があるので、理想的な抵抗値を探すことが難しくて、近似値を取るしかない。これは、一定の利得値を具現するために、フィードバック可変抵抗170と同一の比率で変わることが理想的な入力可変抵抗160に対しても同様であり、理論的な計算値ではなく、近似した値を取るので、遮断周波数fc及び利得値が変わる問題点がある。すなわち、量子化エラーが激しく発生する。
スイッチは、Nビットの制御信号の各ビット(b0、b1、…・、bN−1)または各ビットの組合(b0b1、b0b2、b1b2、…・、b0b2b3…・bN−3bN−2bN−1、etc.)に応答して閉まるか、開くことによって、各抵抗セグメントの連結状態を制御する。
図6を参照すれば、前記可変抵抗は、第1抵抗セグメント210と第2抵抗セグメント211、212、213が直列で連結されており、第2抵抗セグメント211、212、213のそれぞれには、第1スイッチ221、222、223が並列連結され、第2スイッチ231、232、233が直列連結されている。
前記数式1の指数関数をテイラー近似化すれば、次の数式3を得ることができる。
制御信号が2ビットの場合、
図6を参照して、スイッチ221、222、223、231、232、233の寄生抵抗値を考慮した抵抗セグメント210、211、212、213の抵抗値調整過程の一例を説明する。
図7に示された可変抵抗300も、図6の可変抵抗200と同様に、2ビットの制御信号(b0、b1)で表現される制御コードkが増加するにつれて、可変抵抗300の抵抗値が指数的に増加し、可変抵抗300の抵抗値と制御コードkは、前記数式4を満たす。
一方、図7の可変抵抗300は、図6の可変抵抗200に比べて必要なスイッチの数を半分に低減することができ、制御信号(b0、b1)が含まれる論理回路を単純化することができるという長所がある。このような長所は、コストを節減するのに役に立つ。
図8において可変抵抗400は、第1抵抗セグメント410と、第1抵抗セグメント410と直列で連結される複数の第2抵抗セグメント412〜426とを含む。可変抵抗400は、また、第2抵抗セグメント412〜426のそれぞれに並列連結され、制御信号によって各第2抵抗セグメント412〜426のうちいずれか1つの連結状態を変更させる第1スイッチ432〜446と、各第2抵抗セグメント412〜426と直列連結される第2スイッチ452〜466とをさらに含む。
図10を参照すれば、単位ブロック510に含まれた抵抗セグメント511 R101は、数式5のc0の値に対応し、抵抗セグメントR102 512、R103 513、R104 514は、数式5のc1〜c3の値に対応することができる。また、単位ブロック520に含まれた抵抗セグメントR105 521、R106、R107、R108は、数式5のc5、c6、c7、c8に対応することができる。
可変抵抗500は、複数の可変抵抗単位ブロック510、520、530、540を含み、各可変抵抗単位ブロック510、520、530、540は、複数の抵抗セグメントR101〜R116、例えば、R109 531、R111 533、R113 541、R114 542、R115 543、R116 544などを含む。可変抵抗単位ブロック510、520、530、540の抵抗値は、前記可変抵抗単位ブロック510、520、530、540に含まれる抵抗セグメントR101〜R116の連結可否または開放/短絡状態によって変わり、可変抵抗500の抵抗値は、可変抵抗単位ブロック510、520、530、540の抵抗値や可変抵抗単位ブロック510、520、530、540の連結可否あるいは短絡可否によって変更される。
図11に示された増幅器600は、可変抵抗610、620と、可変抵抗620と並列連結され、高周波出力電圧を減少させるキャパシタ630と、可変抵抗610、620及びキャパシター630に連結される演算増幅器640を含む。
210 第1抵抗セグメント
211,212,213、 第2抵抗セグメント
221,222,223 第1スイッチ
231,232,233 第2スイッチ
300 可変抵抗
321.322,323 スイッチ
310,311,312,313 抵抗セグメント
400 可変抵抗
410 第1抵抗
412〜426 第2抵抗セグメント
432〜446 第1スイッチ
452〜466 第2スイッチ
500 可変抵抗
510,520,530,540 可変抵抗単位ブロック
511 抵抗セグメント
550,560,570 スイッチ
600 増幅器
610,620 可変抵抗
630 キャパシター
640 演算増幅器
Claims (18)
- 可変抵抗において、
複数の抵抗セグメントを含み、
前記複数の抵抗セグメントの組み合わせによって、前記可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の抵抗値候補が等比的な抵抗値を有し、
前記可変抵抗が有する抵抗値Rは、
Nビットの制御信号のそれぞれのビット値b 0 〜b N−1 の組合で生成される整数k及び前記可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補のうち最も低い値である単位抵抗値R lsb によって表現される下記の第1数式を近似的に満たし、
- 前記等比的な抵抗値は、等比数列を有する抵抗値であることを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗。
- 前記等比的な抵抗値は、等比数列の近似値を有する抵抗値であることを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗。
- 前記複数の抵抗値候補は、2N個以下の抵抗セグメントが直列連結される構成を有し、
前記可変抵抗が有する抵抗値は、
Nビットの制御信号によって前記複数の抵抗セグメントのうち1つ以上の連結状態が変更されることによって、前記複数の抵抗値候補のうち1つとして決定され、指数的に変わることを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗。 - 前記第2数式及び定数c0〜cpは、前記第1数式をテイラー展開して線形的に近似化することによって得られる
ことを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗。 - 複数の抵抗セグメントを含み、
前記複数の抵抗セグメントの組み合わせによって、可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の抵抗値候補が等比的な抵抗値を有する請求項1に記載の可変抵抗と;
前記可変抵抗と連結される負荷抵抗と;
前記可変抵抗及び前記負荷抵抗と連結される演算増幅器と;を含み、
前記可変抵抗と前記負荷抵抗の比率によって全体利得が決定され、
前記全体利得が取ることができる複数の利得値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の利得値候補が等比的に変更されるアナログ信号増幅器。 - 前記負荷抵抗及び前記可変抵抗を取り、
前記可変抵抗内部の複数の第1抵抗セグメントは、第1制御コードによって制御され、
前記可変抵抗内部の複数の第2抵抗セグメントは、第2制御コードによって制御され、
前記全体利得値は、前記第1制御コードと前記第2制御コードとの差異によって決定されることを特徴とする請求項6に記載のアナログ信号増幅器。 - 複数の抵抗セグメントを含み、
前記複数の抵抗セグメントの組み合わせによって、可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の抵抗値候補が等比的な抵抗値を有する請求項1に記載の可変抵抗と;
前記可変抵抗と連結されるキャパシターと;
前記可変抵抗及び前記キャパシターと連結される演算増幅器と;を含み、
前記可変抵抗及び前記キャパシターによって遮断周波数が決定され、
前記遮断周波数が取ることができる複数の周波数値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の周波数値候補が等比的に変更されるアナログフィルタ。 - 可変抵抗において、複数の可変抵抗単位ブロック;を含み、
前記複数の可変抵抗単位ブロックは、直列で連結され、
前記複数の可変抵抗単位ブロックそれぞれの両端間の連結状態は、第1制御信号によって変化し、
前記可変抵抗は、前記複数の可変抵抗単位ブロックそれぞれの連結状態によって、複数の抵抗値候補のうち1つとして決定され、
前記可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の抵抗値候補が等比的な抵抗値を有する請求項1に記載の可変抵抗。 - 前記複数の可変抵抗単位ブロックそれぞれは、第2制御信号によって連結状態が変化する複数の抵抗セグメント;を含む
ことを特徴とする請求項9に記載の可変抵抗。 - 前記第1制御信号が前記第2制御信号の上位ビットよりなる
ことを特徴とする請求項10に記載の可変抵抗。 - 前記第1制御信号が前記第2制御信号の下位ビットよりなる
ことを特徴とする請求項10に記載の可変抵抗。 - 所定の制御信号によって全体抵抗値が決定される可変抵抗において、
前記可変抵抗は、
第1抵抗セグメントと;
前記第1抵抗セグメントと直列で連結された複数の第2抵抗セグメントと;
前記複数の第2抵抗セグメントそれぞれの両端の間に連結され、前記所定の制御信号によって制御される第1スイッチと;を含み、
前記所定の制御信号によって決定される全体抵抗値の複数の抵抗値候補をサイズ順に整列すれば、前記第1抵抗セグメントの抵抗値に対応する基準抵抗値から始まる等比的に変更される抵抗値を有する請求項1に記載の可変抵抗。 - 前記複数の第2抵抗セグメントそれぞれと直列で連結され、前記所定の制御信号の反転信号によって制御される複数の第2スイッチ;をさらに含み、
前記複数の第2スイッチは、前記第1スイッチの寄生抵抗値と同一の寄生抵抗値を有する
ことを特徴とする請求項13に記載の可変抵抗。 - 前記第1抵抗セグメント及び前記複数の第2抵抗セグメントの抵抗値は、前記第1スイッチの寄生抵抗値を考慮して決定され、前記基準抵抗値は、前記第1抵抗セグメントの抵抗値及び前記第1スイッチの寄生抵抗値を合算した値に設計される
ことを特徴とする請求項13に記載の可変抵抗。 - 可変抵抗の制御方法において、
内部に複数の抵抗セグメントを含む可変抵抗に制御信号を印加する過程と、
前記制御信号によって前記複数の抵抗セグメントのうち1つ以上の連結状態が変更されることによって、前記可変抵抗が前記複数の抵抗値候補のうち1つとして決定する過程を備え、
前記可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の抵抗値候補が等比的な抵抗値を有し、
前記可変抵抗が有する抵抗値Rは、
Nビットの制御信号のそれぞれのビット値b 0 〜b N−1 の組合で生成される整数k及び前記可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補のうち最も低い値である単位抵抗値R lsb によって表現される下記の第3数式を近似的に満たし、
- 前記第4数式及び定数c0〜cpは、前記第3数式をテイラー展開して線形的に近似化することによって得られる
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 請求項1に記載の可変抵抗の制御方法において、
前記可変抵抗は、複数の可変抵抗単位ブロックを含み、前記複数の可変抵抗単位ブロックは、直列で連結される可変抵抗において可変抵抗単位ブロックを選択する第1制御信号及び前記可変抵抗単位ブロック内の抵抗セグメントを選択する第2制御信号を出力する過程と、
前記第1制御信号によって前記複数の可変抵抗単位ブロックが選択され、前記第2制御信号によって可変抵抗単位ブロックの内部抵抗セグメントが選択され、前記可変抵抗を複数の抵抗値候補のうち一つとして決定し、
前記可変抵抗が有することができる複数の抵抗値候補をサイズ順に整列する場合、前記複数の抵抗値候補が等比的な抵抗値を有する方法。
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