JP7457609B2 - 電子回路 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態である電子回路のブロック図である。本実施形態では、第1部分回路1と、第2部分回路2と、伝送部3と、を備えた電子回路4として示されている。第1部分回路1は、入力端子11と、第1基準信号生成部12と、第1周波数変換部13と、を備える。第2部分回路2は、クロック信号生成部21と、第2周波数変換部22と、第2基準信号生成部23と、利得算出部24と、利得調整部25と、出力端子26と、を備える。
電子回路4の各構成要素が取り得る内部構成について例示する。図2は、電子回路4の構成例を示す図である。図2の例では、第1周波数変換部13は、第1ミキサ131と、第3ミキサ132と、を備えている。伝送部3は、第1絶縁素子31と、第2絶縁素子32と、第3絶縁素子33と、第4絶縁素子34と、を備えている。第2周波数変換部22は、第2ミキサ221と、第4ミキサ222と、を備えている。利得算出部24は、第1可変利得器241と、比較部242と、利得調整器243と、を備えている。利得調整部25は、第2可変利得器251によって実現されている。
第1基準信号生成部12および第2基準信号生成部23の内部構成も、様々の構成を取り得るため、例示する。図3は、第1基準信号生成部12および第2基準信号生成部23の内部構成の例を示す図である。前述のように、温度依存性が許容できる場合には、図3(A)から(C)に示すようなダイオードを用い、ダイオードのVfやバイポーラトランジスタのVBEを第1基準信号および第2基準信号として用いてもよい。なお、ダイオードの代わりに、ベースとコレクタを接続したNPNトランジスタなどを用いてもよい。
比較部242の内部構成も、様々の構成を取りうるため、例示する。図6は、比較部242の内部構成の例を示す図である。図6(A)の例では、比較部242が、第3可変利得器2421と、コンパレータ2422と、を備えている。第3可変利得器2421が、第2基準信号生成部23から、利得がVref2の第2基準信号を受け取り、所定値α×B0を乗算して、利得がα×B0×Vref2に調整された第2基準信号を出力する。コンパレータ2422は、第1可変利得器241によって利得がB×Vref1に調整された第1基準信号を受け取り、α×B0×Vref2の第2基準信号と比較する。前述の通り、αはVref1/Vref2であるため、これにより、利得BがB0より大きいか否かが判定される。そして、前述の通り、当該判定に基づく信号が利得調整器243に入力されて、利得BがB0に近づくように、利得調整器243が利得Bを調整する。
なお、これまでの例では、信号経路は単相であったが、差動であってもよい。図7は、信号経路が差動である場合の構成例を示す図である。入力信号、クロック信号、基準信号の経路が、互いに逆相の信号を通すために二重にされている。入力端子および出力端子も二重に表されている。なお、同様の構成を単相構成に変更したものを用いれば、容易に単相回路の構成も可能である。
これまでの内部構成例では、利得算出部24が、コンパレータ2422を有する比較部242と、利得調整器243と、を備える例を示した。しかし、コンパレータ2422をアナログの減算回路に置き換え、利得調整器243をアナログの増幅器とすることによって負帰還を構成して、利得BとB0の差が0に近づくようにすることも可能である。図9は、利得算出部24の構成の別例を示す図である。図9の例では、利得算出部24は、比較部242と、利得調整器243と、の代わりに、第6可変利得器244と、差動増幅部245と、を備えている。図9の例では、アナログ信号による負帰還を利用した調整が行われる。比較部242の一部と利得調整信号生成部の機能が一つの差動増幅部245により実現されており、負帰還により、差動増幅部245の二つの入力信号が一致するように利得が調整される。
図10は、第2周波数変換部22が第7可変利得器および第8可変利得器をさらに備える構成例を示す図である。第7可変利得器223は、第2ミキサ221よりも前に、第1ミキサ131によって高周波信号に変換された入力信号を受け取り、利得を調整した上で、第2ミキサ221に送信する。第8可変利得器224は、第4ミキサ222よりも前に、第3ミキサ132によって高周波信号に変換された入力信号を受け取り、利得を調整した上で、第4ミキサ222に送信する。第7可変利得器223および第8可変利得器224の利得の比は、第1可変利得器241および第2可変利得器251の利得の比と同一となるようにする。このように、第2ミキサ221および第4ミキサ222の処理の前に利得が調整されてもよい。また、第2ミキサ221および第4ミキサ222の処理の前に利得が調整された場合に、第2ミキサ221および第4ミキサ222の処理の後に利得を調整しなくても済む場合は、第1可変利得器241および第2可変利得器251は省略され得る。
図11は、伝送部3が備える絶縁素子の数を減らした構成例を示す図である。図11では、伝送部3が第4絶縁素子34を備えていない。そのため、第3ミキサ132からの高周波に変換された第1基準信号は、第2絶縁素子32を介して、第4ミキサ222に伝送される。例えば、クロック信号生成部21は、これまでのようにクロック信号CLK1からCLK4を同時に出力せず、時分割でクロック信号を出力する。具体的には、クロック信号CLK1およびCLK2のセットを出力したときは、クロック信号CLK3およびCLK4のセットを出力せず、クロック信号CLK3およびCLK4のセットを出力したときは、クロック信号CLK1およびCLK2のセットを出力しない。このようにすることにより、高周波に変換された入力信号と、高周波に変換された第1基準信号と、のいずれか一方のみが、第3絶縁素子33に入力されるようにする。なお、この場合、利得算出部24は、第4ミキサ222が稼働しているときに算出した利得を、第4ミキサ222が稼働していないときも出し続けるとする。これにより、第2ミキサ221によって復元された入力信号の利得を利得調整部25が調整することができる。このようにして、絶縁素子の数を抑えてもよい。
図12は、第2部分回路2の可変利得器の数を減らした構成例を示す図である。図12では、利得調整部25がスイッチ252をさらに備え、利得算出部24は第1可変利得器241を備えていない例を示す。
第8の内部構成例では、クロック信号生成部21は、クロック信号CLK1およびCLK2のセットを出力したときは、クロック信号CLK3およびCLK4のセットを出力せず、クロック信号CLK3およびCLK4のセットを出力したときは、クロック信号CLK1およびCLK2のセットを出力しない。そのため、第2ミキサ221と第4ミキサ222は交互に駆動する。これを利用して、第2ミキサ221に第4ミキサ222を兼用させ、ミキサの数を減らすことができる。
第4の内部構成例のように、第1部分回路1のミキサをパッシブミキサで構成する場合には、第1部分回路1において電力を消費するのは主に第1基準信号生成部12のみとなる。この第1基準信号生成部12の動作に必要な電力を小さくすることで電源供給のための回路を簡易にすることができるため、第1基準信号生成部12の電力消費は小さいことが望ましい。
第1基準信号生成部12は、図3(D)の例のような一般的に知られるバンドギャップリファレンスとは異なる構成も取り得る。例えば、サイズの異なるダイオードまたはバイポーラトランジスタに同一の電流を流し、ダイオードまたはバイポーラトランジスタの端子間に発生する電圧と、差電圧とが、正負逆の温度特性を持つことを利用して、温度特性を補正し、温度依存性の小さい基準電圧を生成することが可能である。
11 入力端子
12 第1基準信号生成部
13 第1周波数変換部
131 第1ミキサ
132 第3ミキサ
133 第5ミキサ
14 整流回路
15 経路選択スイッチ
16 発振器
2 第2部分回路
21 クロック信号生成部
22 第2周波数変換部
221 第2ミキサ
222 第4ミキサ
223 第7可変利得器
224 第8可変利得器
225 第6ミキサ
23 第2基準信号生成部
24 利得算出部
241 第1可変利得器
242 比較部
2421 第3可変利得器
2422 コンパレータ
2423 第4可変利得器
2424 第5可変利得器
2425 除算器
243 利得調整器
244 第6可変利得器
245 差動増幅部
246 温度係数補正部
25 利得調整部
251 第2可変利得器
252 スイッチ
26 出力端子
3 伝送部
31 第1絶縁素子
32 第2絶縁素子
33 第3絶縁素子
34 第4絶縁素子
35 第5絶縁素子
36 第6絶縁素子
37 第7絶縁素子
4 電子回路
5 抵抗
6 アナログ/デジタル変換器
7 デジタル信号処理部
8 電子機器(装置)
CLK1 第1クロック信号
CLK2 第2クロック信号
CLK3 第3クロック信号
CLK4 第4クロック信号
CLK5 第5クロック信号
CLK6 第6クロック信号
CLK7 第7クロック信号
EV1、EV2 電源
CLK_A、CLK_B ミキサに入力されるクロック信号
IN_A、IN_B ミキサの入力端子
OUT_A、OUT_A ミキサの出力端子
M1からM5 NMOSトランジスタ
Claims (22)
- 第1部分回路と、前記第1部分回路と電気的に絶縁された第2部分回路と、前記第1部分回路と前記第2部分回路との間で信号を伝送する伝送部と、を備えた電子回路であって、
前記第1部分回路及び前記第2部分回路は、物理的に分離して配置され、
前記第1部分回路及び前記伝送部が集積される第1チップと、
前記第2部分回路が集積される第2チップと、を備え、
前記第1チップ及び前記第2チップは、互いに接続されており、
前記第1部分回路は、
アナログの入力信号が入力される入力端子と、
アナログの第1基準信号を生成する第1基準信号生成部と、
前記アナログの入力信号と、前記アナログの第1基準信号と、を周波数変換する第1周波数変換部と、
を有し、
前記伝送部は、周波数変換された入力信号と、周波数変換された第1基準信号と、を、前記第2部分回路に伝送し、
前記第2部分回路は、
伝送された入力信号と、伝送された第1基準信号と、を周波数変換して復元する第2周波数変換部と、
アナログの第2基準信号を生成する第2基準信号生成部と、
復元された第1基準信号と、前記アナログの第2基準信号と、に基づき、復元された入力信号に対して調整される利得を算出する利得算出部と、
算出された利得に基づき、前記復元された入力信号の利得を調整する利得調整部と、
利得が調整された入力信号を出力する出力端子と、
を有する、
電子回路。 - 前記第2部分回路は、第1クロック信号と第2クロック信号を生成するクロック信号生成部をさらに有し、
前記伝送部は、前記第1クロック信号を、前記第2部分回路から前記第1部分回路に伝送し、
前記第1周波数変換部は、前記アナログの入力信号と、前記アナログの第1基準信号と、の少なくともいずれかを、前記第1クロック信号に応じた周波数に変換し、
前記第2周波数変換部は、前記伝送された入力信号と、前記伝送された第1基準信号と、の少なくともいずれかを、前記第2クロック信号に応じた周波数に変換する、
請求項1に記載の電子回路。 - 前記算出された利得に基づいて調整される周波数を持つ第1クロック信号と第2クロック信号を生成するクロック信号生成部を備え、
前記伝送部は、前記第1クロック信号を、前記第2部分回路から前記第1部分回路に伝送し、
前記第1周波数変換部は、前記アナログの入力信号と、前記アナログの第1基準信号と、の少なくともいずれかを、前記第1クロック信号に応じた周波数に変換し、
前記第2周波数変換部は、前記伝送された入力信号と、前記伝送された第1基準信号と、の少なくともいずれかを、前記第2クロック信号に応じた周波数に変換する、
請求項1に記載の電子回路。 - 前記第1周波数変換部は、前記第1クロック信号を駆動電力として用いる
請求項2または3に記載の電子回路。 - 前記伝送部は、
電磁界結合により、前記周波数変換された入力信号を前記第2部分回路に伝送する第1絶縁素子と、
電磁界結合により、前記周波数変換された第1基準信号を前記第2部分回路に伝送する第2絶縁素子と、
を有する、
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記伝送部は、
電磁界結合により、前記周波数変換された入力信号と、前記周波数変換された第1基準信号と、を前記第2部分回路に伝送する第1絶縁素子と、
を有し、
前記第1周波数変換部は、前記第1クロック信号に基づき、前記周波数変換された入力信号と、前記周波数変換された第1基準信号と、を切り替えて前記第1絶縁素子に供給し、
前記第2周波数変換部は、前記第2クロック信号に基づき、前記第2周波数変換部に入力された信号が、前記伝送された入力信号であるか、前記伝送された第1基準信号であるか、を識別する
請求項2ないし4のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記第1周波数変換部は、
前記アナログの入力信号を周波数変換する第1ミキサと、
前記アナログの第1基準信号を周波数変換する第2ミキサと、
を有する、
請求項1ないし6のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記第1ミキサと、前記第2ミキサと、の少なくともいずれかは、前記第1クロック信号を駆動電力として用いる
請求項2に直接または間接的に従属する請求項7に記載の電子回路。 - 前記クロック信号生成部は、さらに第3クロック信号を生成し、
前記伝送部は、前記第3クロック信号を、前記第2部分回路から前記第1部分回路に伝送し、
前記第1周波数変換部は、
前記アナログの入力信号を前記第1クロック信号に応じた周波数に周波数変換する第1ミキサと、
前記アナログの第1基準信号を前記第3クロック信号に応じた周波数に周波数変換する第2ミキサと、
を有する、
請求項2、3、または、請求項2もしくは3に従属する請求項4ないし6のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記第1ミキサは前記第1クロック信号を駆動電力として用い、
前記第2ミキサは前記第3クロック信号を駆動電力として用いる、
請求項9に記載の電子回路。 - 前記第2周波数変換部は、
前記伝送された入力信号を周波数変換して復元する第3ミキサと、
前記伝送された第1基準信号を周波数変換して復元する第4ミキサと、
を有する、
請求項1ないし10のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記クロック信号生成部は、さらに第4クロック信号を生成し、
前記第2周波数変換部は、
前記伝送された入力信号を前記第2クロック信号に応じた周波数に周波数変換する第3ミキサと、
前記伝送された第1基準信号を前記第4クロック信号に応じた周波数に周波数変換する第4ミキサと、
を有する、
請求項2、3、または、請求項2もしくは3に従属する請求項4ないし11のいずれか一項、に記載の電子回路。 - 前記第3ミキサは前記第2クロック信号を駆動電力として用い、
前記第4ミキサは前記第4クロック信号を駆動電力として用いる、
請求項12に記載の電子回路。 - 前記伝送部は、キャパシタおよびトランスの少なくともいずれかを用いて、前記第1部分回路と前記第2部分回路の間で信号を伝送する
請求項1ないし13のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記電子回路は、第1チップと、第2チップと、をさらに備え、
前記第1部分回路が第1チップ上に配置され、
前記第2部分回路が第2チップ上に配置された
請求項1ないし14のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記第1基準信号生成部は、前記伝送部を介して前記第1部分回路に伝送された信号を駆動電力として用いる、
請求項1ないし15のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記第1基準信号生成部は、アナログの第3基準信号をさらに生成し、
前記第1周波数変換部は、前記アナログの第3基準信号を周波数変換し、
前記伝送部は、周波数変換された第3基準信号を前記第2部分回路に伝送し、
前記第2周波数変換部は、伝送された第3基準信号を周波数変換して復元し、
前記第2部分回路は、復元された第3基準信号と、前記復元された第1基準信号と、に基づき、温度係数を所定閾値より抑えた第4基準信号を生成する第4基準信号生成部をさらに有し、
前記利得算出部は、前記第4基準信号と、前記アナログの第2基準信号と、に基づき、前記復元された入力信号に対して調整される利得を算出する
請求項1ないし16のいずれか一項に記載の電子回路。 - 前記第1基準信号生成部は、ダイオードまたはバイポーラトランジスタである第1素子と、ダイオードまたはバイポーラトランジスタである第2素子と、を有し、
前記第1素子と前記第2素子は直列に接続されており、
前記第1基準信号は、前記第1素子の両端間の電圧に基づき生成され、
前記第3基準信号は、前記第2素子の両端間の電圧に基づき生成される、
請求項17に記載の電子回路。 - 前記第1部分回路および前記第2部分回路の少なくともいずれかが発振器をさらに備え、
前記第1基準信号生成部および前記第2基準信号生成部の少なくともいずれかが、複数の素子によって構成されており、
前記複数の素子の一部が、前記発振器の出力信号に基づいて間欠動作する
請求項1ないし18のいずれか一項に記載の電子回路。 - 請求項1ないし19のいずれか一項に記載の電子回路を備えた電子機器。
- 抵抗と、
前記抵抗に流れる電流を前記入力信号として取得する、請求項1ないし19のいずれか一項に記載の電子回路と、
前記出力端子からの信号をデジタル変換する変換器と、
を備える電子機器。 - 抵抗と、
前記抵抗に流れる電流を前記入力信号として取得する、請求項1ないし19のいずれか一項に記載の電子回路と、
前記出力端子からの信号をデジタル変換する変換器と、
を備え、
デジタル変換された信号に基づいて前記電流を計測する 電流計測装置。
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