JPH03183207A - フィルタ回路 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、ディジタル信号入力で動作する電子回路を
周囲から混入するノイズから保護するフィルタ回路に関
するものである。

（従来の技術） 従来のフィルタ回路としては、例えば第３図に示すよう
なものがある。即ち、フィルタ回路２０は、保護抵抗２
１、コンデンサ２２、電源側クランプダイオード２３及
び接地側クランプダイオード２４で構成されている。フ
ィルタ回路２０の入力端子は、配線コネクタ２５を介し
て信号入力用の開閉スイッチ２６とプルアップ抵抗２７
との接続点に接続されている。開閉スイッチ２６の他端
は接地され、プルアップ抵抗２７の他端は電源ＶＤＤに
接続されている。また、フィルタ回路２０の出力端子は
電子回路４０に接続されている。

そして、開閉スイッチ２６のオン／オフによるＡ点の電
圧変化がディジタル信号として、フィルタ回路２０を介
して電子回路４０に与えられる。

また、このようなディジタル信号の入力動作において、
開閉スイッチ２６からＡ点までの信号入力線上に、例え
ばサージや電波障害ノイズ、スイッチチャタリングノイ
ズ等が混入すると保護抵抗２１とコンデンサ２２によっ
て決る時定数でフィルタがかけられ、ノイズが除去され
る。また、電源側及び接地（低電位点）側のクランプダ
イオード２３．２４により、電源電圧以上又は低電位以
下のサージ等の過電圧入力に対し、保護抵抗２１を介し
て電流で逃がすことにより、電子回路４０のサージによ
る破損が防止される。

電子回路４０が、例えば自動車用のものである場合、そ
のフィルタ回路２０に要求される機能は、上述のように
、次の■、■のような点である。

■各種の誘電性負荷より発生する数１００Ｖのサージを
吸収して電子回路４０の破壊を防止する。

■車両外部からの電磁波による電波障害ノイズや、サー
ジによる高周波のノイズパルスを除去し、電子回路４０
の誤動作を防止する。

さらに、このフィルタ回路２０周辺の機能で重要なもの
として、 ■車両の悪環境下において、電子回路４０と開閉スイッ
チ２６とを結ぶ信号入力線の：７ネクタ接点の酸化が原
因となる導通不良による誤動作を防ぐために、その接点
の酸化被膜を破るだけの所定値以上の接点電流を確保で
きること（通常１〜２ｍＡ以上）か要求される。

このように、フィルタ回路は、電子回路４０の信頼性上
、極めて重要であり、より高い信頼性を得るために構成
部品数の削減が望まれている。また、構成部品数が削減
されれば、電子回路製造時の組付はコストの低減も得ら
れることになる。

この部品数削減の一手段としてフィルタ回路のＩＣ化が
考えられている。複数の入力信号に対してＩＣ化を行え
ば部品数は大幅に削減される。

第４図は、第３図のフィルタ回路をＣＭＯＳプロセスを
用いてＩＣ化した例を示している。

第４図において、過電圧を防ぐための保護抵抗１は、フ
ィルタＩ　Ｃ３０に外付けの構成となっている。これは
、過電圧サージ印加時にフィルタＩＣ３０の入力部に過
電圧が直接印加されるのを防ぐためである。プルアップ
抵抗６は部品数削減を狙って、ＩＣ内蔵とされている。

また、人力信号の波形成形のためのＣＭＯＳバッファ又
はコンパレータ８が備えられている。フィルタ時定数は
外付けの保護抵抗１とＩＣ内蔵のコンデンサ７により決
められる。大容量コンデンサ（〉数１０ｐＦ）はＩＣ内
蔵化が困難なので、場合によってはディジタル回路によ
るフィルタとして例えば、サンプリングと２連照合を行
うサンプリング回路９を出力段に備える場合も考えられ
て：する。

このようなフィルタＩＣにおいて、ＣＭＯＳバッファ又
はコンパレータ８の人力閾値電圧は、前述のフィルタ回
路に対する要求機能■〜■を考慮し、以下の条件を成立
させることが必要となる。

ここで、電源電圧ＶＤＤ−５Ｖとする。

（イ）サージ印加時に、電源側クランプダイオード２又
は接地側クランプダイオード４を流れる電流ＩＤによる
ラッチアップ及びダイオード破壊を考慮して、例えばＩ
ｏ≦１００ｍＡ（サージ電圧を±３００ｖと仮定）とし
、保護抵抗１の抵抗値をＲとすると、 ３００　（Ｖ）／Ｒ≦１００１００（ したがって Ｒ≧３にΩ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・（１）（ロ）コネクタ接点電流ＩＣをＩＣ≧１ｍ
Ａとし、プルアップ抵抗６の抵抗値をｒと４−ると、５
　（Ｖ）／　（Ｒ＋　ｒ）≧１　　（ｍＡ）したがって Ｒ＋ｒ≦５にΩ　　　　　　　　　　　　・・・（２）
となる。

保護抵抗１は外付けのディスクリート抵抗のため、その
抵抗値Ｒは、温度変化、ばらつき等が小さく、一定と仮
定することができる。これに対し、ゾルアップ抵抗６は
ＩＣ内蔵のため、その抵抗値ｒは温度変化、ばらつき等
が比較的大きい。そこで、最悪値でも、上記（１）、（
２）を満足するように、抵抗値Ｒ，ｒを設定すると例え
ば次のようになる。

Ｒ−３にΩ一定 ｒ−１にΩ（ｒＴＹＰ）、 １．５にΩ（ｒＭＡｘ）、 ０．６にΩ（ｒｋ４１Ｎ） したがって、開閉スィッチ２６オン時のフィルタＩ　Ｃ
３０への入力端子の最大値は、［Ｒ／　（Ｒ＋　ｒＭ　
Ｉ　Ｎ　）］　　・ｖｏ。

−［３（ｋΩ）／３．６　（ｋΩ）］ ｘ５　　（Ｖ）　　−４，１７（Ｖ）　　　　　・・・
（３）また、コネクタ接点電流の最小値は、 ＶＤＤ／　（Ｒ＋ｒＭＡｘ） −５（Ｖ）／４．５　（ｋΩ） −１，１１（ｍＡ）　　　　　＝−（４）と１．（る。

したがって、ＣＭＯＳバッファ又はコンパレータ８のＨ
１ｓ　Ｌ　ｏの判定人力閾値電圧ＶＴＨは、４．１７Ｖ
＜ＶＴＨ＜５Ｖ となり、かなり電源電圧ＶＤＤに近いものとなる。

このため、８は現実的には、インバータ等の簡単なバッ
ファ回路では構成できず、コンパレータを用いる必要が
ある。

上述のように、コンパレータ８の入力閾値電圧ＶＴＨが
電源電圧ＶＤＤに近いため、サージ等が入力信号に乗っ
た場合、クランプダイオード２．４の順、逆方向特性に
よる直流再生現象が起きて人力信号の電圧シフトを起し
、誤動作を起すことがあった。

ここで、第５図を用いて、上記直流再生を説明する。

同図（ａ）は、サージ等が加わらない場合の通常の人力
信号波形である。ＶＡは保護抵抗１の前段の電圧であり
、開閉スイッチ２６のオン時はゼロｖ１オフ時は５Ｖ　
（−ＶＤＤ）となる。こ（ｔに対し、）１ルタＩＣ３０
の入力端子ＶＩＮは、開閉スイッチ２６のオン時（Ｌｏ
時）は保護抵抗１及びプルアップ抵抗６の両抵抗値の分
割で決る電圧になり、オフ時（Ｈｉ時）は５Ｖ（−ｖＤ
Ｄ）となる。

また、コンパレータ８の人力閾値電圧ＶＴＨは、これら
二つの電圧間の値に設定されている。

同図（ｂ）は、電波障害ノイズが印加されたときの入力
波形である。ＶＡには、印加されたノイズが、そのまま
元の信号波形に重畳した形で乗っている。

これに対し、フィルタＩ　Ｃ３０の入力電圧ＶＩＮには
元の信号波形に保護抵抗１及びコニ・デンサ７で決まる
時定数でフィルタリングされたノイズが重畳されている
。但し、図中に示すように、この場合、電源側クランプ
ダイオード２の順、逆方向特性の影響により、Ｈｉ時の
波形に非対称性が生じる。したがって、入力信号の平均
レベルは、同図（ａ）のノイズがない場合に比べて下り
、電圧シフトが起る。その結果、ノイズの大きさによっ
ては、この入力信号の平均レベルがコンパレータ８の入
力閾値電圧ＶＴＲより下る場合が生じて入力信号がＩＩ
　ｉであるにも拘らずＬＯと誤ることがあり、フィルタ
Ｉ　Ｃ３０の出力に誤動作を生じる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のフィルタ回路では、サージに対する保護作用を大
にするため、保護抵抗の抵抗値をできるだけ大にし、且
つフィルタ回路入力部の接点電流を所定値以上にするた
め、この保護抵抗の抵抗値とプルアップ抵抗等の抵抗値
の和を所定値以下にし、さらにＩＣ化することによりＩ
Ｃ内蔵形となるプルアップ抵抗等の塩度変化及びばらつ
き等を考慮するというこれらの条件を全て満足するよう
に保護抵抗及びプルアップ抵抗等の各抵抗値を設定する
と、コンパレータのＨｉ、Ｌｏの判定閾値電圧が［＃［
圧に近いものとなる。このため、電波障害ノイズ等が入
力信号に乗ったとき、クランプダイオードによる直流再
生の影響を受けて、そのノイズの大きさによっては人力
信号の平均レベルがコンパレータの判定閾値電圧より下
る場合が生じ、入力信号がＨｉであるにも拘らずＬｏと
誤ることが起きて誤動作を生じることがあるという問題
があった。

そこで、この発明は、電波障害ノイズ等が入力信号に乗
ったときのクランプダイオードによる直流再生の影響を
低減することができて誤動作を防止することができ、Ｉ
Ｃ化するのに好適なフィルタ回路を提供することを目的
とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、信号人力路に直
列に接続された保護抵抗と、該保護抵抗の後端と電源又
は低電位点との間の少なくとも何れかに接続され電源電
圧以上又は低電位以下の過電圧入力時に導通するクラン
プダイオードと、該クランプダイオードに直列接続され
た所要値の抵抗と、前記保護抵抗の後段に当該保護抵抗
に直列に接続され入力信号を波形成形してディジタル信
号を出力する波形成形器とを有することを要旨とする。

（作用） 上記構成により、電波障害ノイズ等を受けたときの入力
信号波形の平均レベルと、波１１３戊形器の判定閾値電
圧との差が、クランプダイオードに直列接続した抵抗の
電圧降下分により大になる。したがって、電波障害ノイ
ズ等を受けたときのクランプダイオードによる直流再生
の影響が低減されて波形成形器の誤動作が防止される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図及び第２図に基づいて
説明する。この実施例は、ＩＣ化された半導体フィルタ
回路に適用されている。

なお、第１図において前記第３図及び第４図における機
器及び回路素子等と同一ないし均等のものは、前記と同
一符号を以って示し、重複した説明を省略する。

まず、第１図を用いてフィルタ回路としてのフィルタＩ
Ｃｌ０のｔｉ或を説明すると、電源側クランプダイオー
ド２に直列にポリＳｉ抵抗からなる所要値の電源側抵抗
３が接続され、これと同様に接地側クランプダイオード
４にも直列にポリＳｉ抵抗からなる所要値の接地側抵抗
５が接続されている。また、プルアップ抵抗としてブＩ
レアツブＭＯＳ抵抗１１とプルアップポリＳｉ抵抗１２
とが直列に接続されている。プルアップＭＯＳ抵抗１１
にプルアップポリＳｉ抵抗１２を付は加えているのは、
プルアップＭＯＳ抵抗１１には、寄生ダイオードが並列
に形成されるためである。さらに、入力信号線における
プルアップ抵抗の接続点とコンデンサ７の接続点との間
には、ポリＳｉ抵抗からなる人力抵抗１３を接続しても
よい。入力抵抗１３を接続すると、コンデンサ７との間
で構成されるフィルタ機能が一層向上する。そして、コ
ンデンサ７の次段に波形成形器としてのコンパレータ８
が接続されている。

上述のように、電源側抵抗３、接地側抵抗５、プルアッ
プポリＳｉ抵抗１２及び入力抵抗１３の全ての抵抗にポ
リＳｉ抵抗を用いているのは、これらの抵抗を拡散層抵
抗で形成すると、寄生ダイオードが電源側、接地側に入
るために、電源側及び接地側の両クランプダイオード２
．４にそれぞれ直列に所要値の抵抗を接続するというこ
の実施例の作用、効果が達成されないためである。

次に、上述のように構成されたフィルタＩＣ１０の動作
を第２図を用いて説明する。同図の（Ａ）、（Ｂ）、（
Ｃ）は、保護抵抗１の前段の電圧、フィルタＩＣｌ０の
入力端の電圧、コンパレータ８の人力部の電圧をそれぞ
れ示している。

電波障害ノイズ等が加わらない場合のＡ点、Ｂ点の人力
信号波形は、前記第５図（ａ）のものと同様である。

電波障害ノイズが印加されたとき、第２図（Ａ）に示す
ように、Ａ点では、元の入力信号波形に電波障害ノイズ
が重畳された波形となる。１この重畳波形についても、
前記第５図（ｂ）のＶＡの波形と同様である。これに対
し、フィルタＩ　ＣＩＯの入力端Ｂでは、まず、人力抵
抗１３がない場合（この場合、入力端Ｂの電圧は、コン
パレータ８の入力部Ｃの電圧に等しい）、第２図（Ｂ）
に示すように、入力信号ｅに保護抵抗１及びコンデンサ
７で決る時定数でフィルタリングされたノイズｆが重畳
する。このとき同時に電源側クランプダイオード？によ
る直流再生の影響でＨｉ時の波形に非対称性が生じる。

しかし、電源電圧をＶｏｏ　　（５Ｖ）クランプダイオ
ード２の順方向電圧をｖ〔、電源側抵抗３の抵抗値をＲ
Ｄ、クランプダイオード２及び電源側抵抗３を通して流
れる電流を■とすると、Ｈｔ時の波形の最大電圧レベル
ｇは、前記第５図（ｂ）のＶＩＮに示した従来例のよう
にＶＤＤ＋Ｖｆではなく、 ＶＤＤ　　＋Ｖｆ＋Ｉ−ＲＤ　　　　　　　　　　　　
　　　＝・　（５）となる。

したがって、電波障害ノイズを受けた場合の入力信号Ｈ
ｔ時の平均レベルｈは、従来例に比べて、上記（５）式
のＩ−ＲＤの分により高くなり電源電圧ＶＤＤに近くな
る。即ち、クランプダイオード２と直列に接続した電源
側抵抗３の作用によりそのクランプダイオード２による
直流再生の影響が低減される。この結果、人力信号がＨ
ｉであるにも拘らずＬＯと誤ることはなく、誤動作が防
止される。

第２図（Ｃ）は、入力抵抗１３がある場合に、電べ障害
ノイズが印加されたときのコンパレータ８の入力部Ｃの
電圧波形を示している。この場合は、入力抵抗１３によ
りフィルタ機能が向上して電波障害ノイズｉの減衰度が
大きくなる。そして、この場合においても、上述の第２
図（Ｂ）の場合と同様に、電源側抵抗３の作用により直
流再生の影響が低減されて誤動作が防止される。

なお、上述の実施例では、開閉スイッチ２６が接地側に
接続され、フィルタＩＣｌ０の内部にプルアップ抵抗が
ある場合について述べたが、開閉スイッチが重厚側にあ
り、フィルタＩＣの内部にプルダウン抵抗がある場合の
構成についても、上述と同様の作用、効果が得られる。

また、プルアップ抵抗は、プルアップＭＯ５抵抗とプル
アップポリＳ１抵抗の直列接続により構成したが、ポリ
Ｓｉ抵抗のみて形成してもよい。

さらに、第１図のフィルタＩＣは、１人力１出力のｌｃ
ｈのみを示しているが、同様の内部回路を複数個集積し
てもよい。複数個集積すれば、構成部品数の削減及び電
子回路製造時の組付はコスト０低減等のＩＣ化の効果を
一層大にすることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、信号人力路に
直列に接続された保護抵抗と、この保護抵抗の後端と電
源又は低電位点との間の少なくとも何れかに接続され電
源電圧以上又は低電位以下の過電圧入力時に導通ずるク
ランプダイオードと、このクランプダイオードに直列接
続された所要値の抵抗と、前記保護抵抗の後段に当該保
護抵抗と直列に接続され人力信号を波形成形してディジ
タル信号を出力する波形成形器とを具備きせたため、サ
ージに対する保護作用を大にするため保護抵抗の抵抗値
をできるだけ大にし、且つフィルタ回路入力部の接点電
流を所定値以上に大にするためこの保護抵抗の抵抗値と
プルアップ抵抗等の抵抗値の和を所定値以下にし、さら
にＩＣ化することによりＩＣ内蔵形となるプルアップ抵
抗等の温度変化及びばらつき等を考慮するという上記の
各条件を全て満足するように保護抵抗及びブｌレアツブ
抵抗ゴの各抵抗値を設定しても、電波障害ノイズ等を受
けたときの入力信号波形の平均レベルと、波形成形器の
判定閾値電圧との差を、クランプダイオードに直列接続
した抵抗の電圧降下分により大にすることができる。し
たがって電波障害ノイズ等を受けたときのクランプダイ
オードによる直流再生の影響を低減することができて誤
動作を防止することができるという利点がある。このた
め、ＩＣ化するのに極めて好適なフィルタ回路を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るフィルタ回路の実施例を示す回
路図、第２図は上記フィルタ回路の作用を説明するため
のもので回路内の各点における信号波形を示す波形図、
第３図は従来のフィルタ回路を示す回路図、第４図は他
の従来例を示す回路図、第５図は上記他の従来例の作用
を説明するための信号波形を示す波形図である。 １：保護抵抗、 ２：電源側クランプダイオード、 ゛３：電源側抵抗、 ４：接地側クランプダイオード、 ５：接地側抵抗、　　７：コンデンサ、８：コンパレー
タ（波形成形器）、 １０：フィルタＩＣ。 １１ニブルアップＭＯ３抵抗、 １２；プルアップポリＳ１抵抗、 ２６：信号入力用の開閉スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 信号入力路に直列に接続された保護抵抗と、該保護抵抗
   の後端と電源又は低電位点との間の少なくとも何れかに
   接続され電源電圧以上又は低電位以下の過電圧入力時に
   導通するクランプダイオードと、該クランプダイオード
   に直列接続された所要値の抵抗と、前記保護抵抗の後段
   に当該保護抵抗に直列に接続され入力信号を波形成形し
   てディジタル信号を出力する波形成形器とを有すること
   を特徴とするフィルタ回路。