JPH01177708A - プログラマブルアナログフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アナログフィルタに関し、特にカットオフ周
波数の制御方式に関する。

［従来の技術］ 従来より、外部信号によりカットオフ周波数を制御する
ことのできるプログラマブルアナログフィルタがある。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、従来のプログラマブルアナログフィルタ
においては、 ■比較的広い周波数範囲（例えば０〜２０ＫＨ２程度）
にわたって、 ■ディジタル信号により、 ０周波数特性を細かく設定でき、 ■減衰傾度が太きく（４８ｄＢ１０ｃｔ）■小規模かつ
安価 という条件を同時に満たすことができず、特に多点のト
ラッキング分析装置に用いるような場合には大きな障害
となっていた。

また、ディジタル信号でカットオフ周波数を制御するア
ナログフィルタもあるが、ディジタル制御の設定点が例
えば１６点と少なく、しかも限定された設定値であり、
また回路規模が大きいなどの問題がある。

本発明の目的は、このような点に鑑みてなされたもので
、乗算型ディジタル・アナログ・コンバータ（以下乗算
型Ｄ／Ａコンバータという）を用いてアナログフィルタ
のカットオフ周波数をディジタル信号により制御するこ
とのできるプログラマブルアナログフィルタを提供する
ことにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、伝送零点
のある２次のアクティブフィルタを４段縦続接続してな
る８次連立チエビシエフ０−パスフィルタにおいて、 各伝送零点のある２次のアクティブフィルタの演算増幅
器の段間の各抵抗を、 前段のアンプの出力電圧と与えられたディジタル値との
乗算値をアナログ信号で出力する乗算型Ｄ／Ａコンバー
タと、このアナログ出力信号を電圧信号に変換して出力
するアンプと、このアンプ出力端と次段の演算増幅器の
入力端の間に挿入接続される抵抗とから構成され、前記
ディジタル値に対応した等価抵抗値の得られる可変抵抗
手段で構成し、 前記各乗算型Ｄ／Ａコンバータに与えるディジタル値を
それぞれセットするコントロール回路を備えたことを特
徴とする。

［作用］ 本発明では、コントロール回路より各乗算型Ｄ／Ａコン
バータに与えるディジタル値を変えると、伝送零点のあ
る２次のアクティブフィルタの演算増幅器の段間の各等
価抵抗が変化する。このためディジタル値を制御して、
全体としてのカットオフ周波数を変化させることができ
る。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る１０グラマプルアナログフイルタ
の原理構成図である０本発明は８次連立チェビシェフロ
ーパスフィルタの構成を採っており、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ
、ｌｄは、それぞれ各部の定数は興なるものの同一構成
の、伝送零点のある２次のアクティブフィルタである。

そしてここでは縦続接続するそれらのアクティブ・フィ
ルタを前段から順にセクション１．セクション２゜セク
ション３．セクション４と便宜上分類する。

２はコントロール回路である。

さて、チェビシェフローパスフィルタとは、周知の通り
、チエビシエフ特性と呼ばれる合成規則にしたがって構
成されたローパスフィルタである。

その合成規則等については例えば雑誌「インターフェイ
ス」の１９８６年１月号、２７６−２８０頁に記載され
ているが、要するにカットオフ特性のそれぞれ異なるロ
ーパスフィルタを複数組結合し、全体としては通過域で
振幅特性にいくらかのリップルがあるもののカットオフ
特性がきわめて急峻になるようにした結合方式である。

なお本発明では、８次連立チェビシェフローパスフィル
タのフィルタ・タイプを採用しである。

また、本発明では伝送零点のある２次のアクティブフィ
ルタを使用するが、この伝送零点のある２次のアクティ
ブフィルタも周知のものである。

このアクティブフィルタは伝送零点の特性をもつアクテ
ィブフィルタで、伝送零点の特性およびその回路につい
ては、同誌「インターフェイス」の１９８６年１月号、
２７９頁に解説されているように、フィルタの減衰域に
減衰が無限大になる周波数（ノツチ周波数あるいはヌル
周波数という）を設け、チエビシエフ特性よりもさらに
急峻なカットオフ特性を呈するように構成したものであ
る。

第２図は、周知の、伝送零点のある２次のアクティブフ
ィルタ回路の構成図である０本発明に用いられる伝送零
点のある２次のアクティブフィルタ回路は部品定数では
相違する（特性が相違する）ものの回路構成としてはい
ずれも同一である。

なお本発明では、各伝送零点のある２次のアクティブフ
ィルタ回路における段間の抵抗ＲＦを可変とするために
、第３図に示すような構成としである。

再び第２図に戻り、伝送零点のある２次のアクティブフ
ィルタ回路の特性について簡単に説明しておく、第２図
に示す基本構成の回路において、入出力の伝達間数Ｈ（
ｓ）は ここで、 なり、減衰量が無限大になる。その角周波数をω、する
と ωＮ＝にω。

となる。

このような伝送零点のある２次のアクティブフィルタ回
路でそれぞれ特性を変えたものを４段直列に結合した８
次連立チエビシエフ・フィルタは、通過域と減衰域で振
幅特性にリップルがある。その代わりカットオフ特性は
同じ次数の他のフィルタに比べて更に急峻になっている
。

このような回路では、ω。はＲＦ−Ｃの値だけで決まり
、それゆえＲＥを可変にすればωＯを変化させることが
できる。

このようにＲＦの値を可変としてω。を変化させるよう
にしたのが、第３図に示す本発明の回路である。

第３図において、従来の伝送零点のある２次のアクティ
ブフィルタと興なるところは、演算増幅器ＡＩ、Ａ２．
Ａ３の段間に、カットオフ周波数を決定する可変抵抗素
子として乗算型のＤ／Ａコンバータ等より構成される回
路を用いた点である。

第３図において、Ａ、Ｂはそれぞれ乗算型Ｄ／Ａコンバ
ータで、コントロール回路２のコントロール・バス２１
から与えられるコントロール信号に基づき制御され、デ
ータ・バス２１より与えられるディジタル・データと演
算増幅器Ａ１あるいはＡ２から与えられるアナログ信号
（電圧）との乗算値をアナログ信号（アナログ電流）で
それぞれ出力するものである。また乗算型Ｄ／Ａコンバ
ータとしては、例えばアナログデバイス社のＡＤ７５２
８を使用することができる。この乗算型Ｄ／Ａコンバー
タの出力は基本的には電流出力であるが、電流を直接出
力する端子と、抵抗Ｒを介してから出力する端子とを有
する。そして本発明では抵抗Ｒを介して出力される信号
を利用する。

Ｂｉ４は乗算型Ｄ／ＡコンバータＡの出力信号を電圧出
力に変換するためのアンプで、演算増幅器０ＰＡ４と帰
還抵抗Ｒ１１で構成されている。

なお、０ＰＡ４の入力抵抗は図示されないが、乗算型Ｄ
／ＡコンバータＡ内部の抵抗Ｒが入力抵抗として使用さ
れる。前記帰還抵抗Ｒ１１の値は乗算型Ｄ／Ａコンバー
タの抵抗Ｒと同じ値に設定してあり、０ＰＡ４は増幅率
１の増幅器として作用する。

またＢｉ２も乗算型Ｄ／ＡコンバータＢの出力信号を電
圧出力に変換するためのアンプで、演算増幅器０ＰＡ５
と帰還抵抗Ｒ２１で構成されている。そして入力抵抗は
上記と同１に乗算型Ｄ／Ａコントローラ内部の抵抗Ｒが
利用されており、帰還抵抗Ｒ２１の値はその抵抗Ｒと同
じ値に設定してあり、０ＰＡ５は増幅率１の増幅器とし
て作用する。

各アンプＢＡ４．ＢＡ５の出力（その極性は乗算型Ｄ／
Ａコンバータに入力されるアナログ信号とは反対の極性
となっている）は、それぞれ抵抗Ｒにを介して次段の演
算増幅器に入力され、この場合の第２図の回路における
ＲＦに対応する等価抵抗値は、 ＲＦ　＝Ｒに・２　　／Ｎ となる、ただし、Ｎは乗算型Ｄ／Ａコンバータのディジ
タル設定値であり、ｎはディジタル入力のビット数であ
る。

各セクションのディジタル設定値はコントロール回路２
によりそれぞれ個別に設定することができる。

例えば、各セクションのアクティブフィルタの素子の定
数を第１表に示す値に設定すると共に、ｎ＝８とし、８
ビツトの乗算型Ｄ／Ａコンバータを使用するものとする
。

第１表 このような構成とすることにより得られる８次連立チェ
ビシェフローパスフィルタの特性は、１）カットオフ周
波数範囲が０〜約２０ＫＨ２，２）カットオフ周波数制
御は、ＴＴＬ（トランジスタ・トランジスタ・ロジック
）レベルの信号（８ビツト）により２５６段階制御が可
能、３）減衰特性は、９０ｄＢ１０ｃｔ相当４）通過域
リップルは、最大０．０１ｄＢである。なお、コンデン
サＣおよび抵抗ＲＫの値は第１表の値に限定されるもの
ではなく、これらの値を適宜変えることによりカットオ
フ周波数範囲を適宜増減することができる。更に、制御
信号のビット数の更に大きい乗算型Ｄ／Ａコンバータを
使用すれば、もっときめ細かい段階でカットオフ周波数
を制御することができる。

また、本発明のように乗算型Ｄ／Ａコンバータをカット
オフ周波数を決定する可変抵抗素子として使用すれば、
８次連立チエビシエフロ−パスフィルタに限らず、バイ
パスフィルタ、バンドパスフィルタ等の各種フィルタに
応用することもできる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば次のような
効果がある。

１）乗算型Ｄ／Ａコンバータをカットオフ周波数を決定
する可変抵抗素子として使用することによ、　　リ、Ｔ
ＴＬレベルの信号でカットオフ周波数を紹かく制御でき
る。

２）乗算型Ｄ／Ａコンバータをカットオフ周波数を決定
する可変抵抗素子として使用することにより、８次連立
チエビシエフロ−パスフィルタのような高次のフィルタ
においてカットオフ周波数の制御ができるものとしては
著しく小形かつ安価なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプログラマブルアナログフィルタ
の原理構成図、第２図は８次連立チェビシェフローパス
フィルタの基本構成要素である伝送零点のある２次のア
クティブフィルタ回路の基本構成図、第３図は伝送零点
のある２次のアクティブフィルタ回路の実施例構成図で
ある。 ｌａ　、ｌｂ　、ＩＣ、ｌｄ、、、伝送零点のある２次
のアクティブフィルタ回路、２・・・コントロール回路
、Ａｌ、Ａ２．Ａ３・・・演算増幅器、Ａ、Ｂ・・・乗
算型Ｄ／Ａコンバータ、ＢＡ４．ＢＡ５・・・アンプ。 等　ｌ　図 ｈ〜ｌｄ′メムΔツ艷咎、のゐ６２次の了７ラフー３ル
タ第２図 ｐΔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 伝送零点のある２次のアクティブフィルタを４段縦続接
   続してなる８次連立チェビシェフローパスフィルタにお
   いて、 各伝送零点のある２次のアクティブフィルタの演算増幅
   器の段間の各抵抗を、 前段のアンプの出力電圧と与えられたディジタル値との
   乗算値をアナログ信号で出力する乗算型Ｄ／Ａコンバー
   タと、このアナログ出力信号を電圧信号に変換して出力
   するアンプと、このアンプ出力端と次段の演算増幅器の
   入力端の間に挿入接続される抵抗とから構成され、前記
   ディジタル値に対応した等価抵抗値の得られる可変抵抗
   手段で構成し、 前記各乗算型Ｄ／Ａコンバータに与えるディジタル値を
   それぞれセットするコントロール回路を備え、 前記コントロール回路より各乗算型Ｄ／Ａコンバータに
   与えるディジタル値を変えることにより、カットオフ周
   波数を変えることができるようにしたことを特徴とする
   プログラマブルアナログフィルタ。