JPS58117707A - 共通モ−ド信号の低減回路 - 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】 〔発明の関連する技術分野〕 この発明は、差動信号と共に生ずる共通モード信号を低
減する回路に関するものである。その一応用例は差動入
力増幅器の共通モード排除能力を改善することである。

〔従来の技術〕

比較的大きな共通モード信号の存在下で比較的小さな差
動モード信号を検知することが屡々必要とされている。

これは、その検知装置が共通モード信号の振幅よりも相
当小さい電源電圧によって動作するような場合に特に厄
介である。検知装置たとえば増幅器は、１格上は、電源
電圧の範囲内で生ずる入力信号の振幅変動のみに感応す
るもので、この入力信号に大きな共通モード信号が重な
ると、（イ）この検知装置を特別な状態にロックしてそ
の変動（すなわち対象とする信号の変動）に全く感応し
なくしたり、（ロ）信号の変動をその検知装置が不都合
な非直線性を呈する入力信号域に偏位させたシ、（ハ）
検知装置の入力回路を破壊したりする。大きな共通モー
ド信号によるこの有害な作用を制限するために１回路設
計者達は、信号源と検知装置との間に減衰器を挿入して
信号と共通モード成分の和が電源電圧を決して超えない
ようにしている。しかし具合の悪いことに、この減衰器
は必要な信号まで減衰させて装置の総合感度を低下させ
るように働く。

ブラウン氏（Ｊ、■、Ｂｒ０Ｗｎ　）は、ＩＥＥＥジャ
ーナル・オブ・ソリッド・ステート・サーキットの１９
ツ１年１２月版中の論文［共通モード電流を排除する差
動増幅器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉ
ｅｒＳ　Ｔｈａｔ　ＲｅｊｅｃｔＣｏｍｍｏｎ−Ｍｏｄ
ｅ　Ｏｕｍｅｎｔｓ　’）　ｊで、差動入力端子を有す
る第１増幅器を具えた差動検知方式について論述してい
る。この方式では信号は、減衰器すなわち簡単な互に整
合した抵抗分圧器を介してこの増幅器の両入力に与えら
れるようにされ、この各分圧器は、その一端に入力信号
をそれぞれ受入れるように構成されまた他端は基準電位
点に接続されている。第２の差動入力増幅器が、第１差
動増幅器の差動入力端子における共通モード信号を選択
的に検知するように配設されていている。この検知され
た共通モード信号はこの第２の増幅器によシ増幅反転さ
れて減衰器の基準電位を変調し、演算増幅器の入力端子
に現われる共通モード信号成分を負帰還により消去する
ために使用される。

このブラウン氏の回路の利点は入力信号の減衰係数を大
幅に低減できることである。一方その欠点は共通モード
帰還増幅器の利得が可成シ高くなければならぬことであ
る。その結果、この増幅器は安定性を確保するために位
相補償をせねばならずそうすると共通モード補償の周波
数応答性が制限されることになる。

この大きな共通モード信号の問題に対する第２の解決案
はフェアチャイルド半導体ｃ＋６ｘｚ　（−２重差動線
受信機（Ｄｕａｌ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｌｉｎ
ｅ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ′）ｌ中に示されている。この回
路は、減衰器の入力端子のところで共通モード信号を選
択的に検知して減衰器の各出力端子に補償用のシャント
電流を流すように働く。この回路では共通モード信号が
その減衰処理前に検知されるので、位相補償は依然とし
て必要ではあるが、共通モード増幅器の利得はブラウン
氏の回路におけるほど高くする必要はない。このフェア
チャイルド９６１３回路は利得に対する要求が緩和され
たことで共通モード排除の周波数応答特性が強化される
。

フェアチャイルド９６１３回路の欠点は２個の別々の共
通モード帰還増幅器回路の使用を要することである。こ
の２個の共通モード帰還回路がもし同一応答特性を持っ
ていないと、これら両回路は共通モード入力信号に応動
して減衰器の出力端子間に成る差動信号を発生させる可
能性がある。この現象は、共通モードが補償された信号
が印加される回路の感度或いは動作に悪影響を及ぼすこ
とになる。更に、この位相補償は有効な共通モード排除
帯域幅を制限する不利をもたらす。

〔発明の弱示〕

この発明は、差動モード信号と一緒に発生する共通モー
ド信号を低減する回路を提供するものである。而してこ
の発明の回路は、それぞれ上記の差動モード信号と共通
モード信号とを受入れる入力と出力と共通端子とを有す
る第１および第２の同様な減衰器回路と、上記第１と第
２の減衰器回路の入力端子のそれぞれに対する第１と第
２の入力接続と上記第１と第２の減衾器回路の共通端子
に対する出力接続とを有し上記両減衰器の出力端子間に
上記共通モード信号を実質的に含んでいない差動モード
信号が得られるような信号を上記出力接続に生成する回
路手段と、を具備し、上記回路手段は、選択的に、上記
第１と第２人力接続の共通モード信号に応答しまたそこ
における差動モード信号に実質的に応答せず、上記出力
接続に上記共通モード信号に比例しかつ実質的に逆相の
信号を生成するようにされている。

〔発明の実施例〕

この発明の回路の一実施例ζ丁［、そ：ｔ″Ｌぞれ入力
信号を受入れる入力端子と、それぞれ共通モード信号が
実質的に除去さ九た出力端子および可変基準電位点に接
、読された各共通端子を有する第１と第２の同じ様な減
衰器を含んでいる。この第１と第２の減衰器の面入力端
子と、電性−電王変換器（■ｖｃ　’）の実質的に固定
電位に保たれるように調整された入力端子との間には第
１と第２の同様な抵抗がそれぞれ接続されている。共通
モード入力電位によってＩＶＣの入力端子に生成される
電流は加算的なものでとのＩＶＣに対して有限の入力信
号を作り出す。捷だ変動的な入力電位は、工ＶＣの入力
端子に互に相殺するような電流を生成するので、とのＩ
ＶＣは選択的に共通モード電位に応動する。

この工ＶＣは共通モード入力電流に比例し共通モード入
力電位に関して位相が反転した電位を発生する。ＩＶＣ
のこの出力電位は減衰器の基準電位を変調するように印
加されて、減衰器の出力端子における共通モード電位を
低下させる。この実施例では、減衰を受けた共通モード
信号（減衰器の出力における）を補償するように共通モ
ード信号が印加され、この減衰器の入力端子と工ＶＣの
出力端子との間の共通モード電圧利得は１より小さくて
、位相補償とそれに伴なう共通モード帯域幅の減少を未
然に防止する。更に、補償信号は単一の回路中に生ずる
ため整合を必要とする回路素子の数は少なく、従って回
路製造上の制限が緩和される。

この発明のより良き理解と、この発明の実施態様を示す
ために、差動増幅器と組合せて差動モード信号と一緒に
生ずる共通モード信号を低減させる回路を例示した添付
図を参照して説明＋る。

この図において、共通モード信号Ｖｃｍが重畳した差動
モード信号Ｖｄｍは差動増幅器回路３０の両入力端子に
印ｔｅａされる。こ＼に増幅器回路３ｏを示したのは単
に例示のためであって、差動入力端子を有し差動信号に
応答するような他の回路をこの増幅器回路の代りに使用
することもである。こ＼で、この共通モード信号の振幅
が増幅器３ｏが応動できる電位の範囲を超えているか、
増幅器３ｏの共通モード排除能力が低いか等の理由で、
増幅器入力端子へ印加される共通モード入力レベルを低
減させねばならぬものとする。

対象とする差動モード信号に随伴する共通モード信号を
減殺するこの回路は、第１と第２の減衰器１０と２０．
検知抵抗Ｒ８１とＲ８２、および電流−電圧変換器ＩＶ
Ｃ４０を具えている。

共通モード信号Ｖｃｍと対象とする差動モード信号ｖｄ
ｍ（＋１を含む第１信号は減衰器１０の入力端子１１に
印加され、共通モード信号Ｖｃｍと対象とする差動モー
ド信号Ｖｄｍ”は減衰器２０の入力端子１２に印加され
る。端子１１と１２に印加される共通モード信号とは等
大同相の信号と定義する。単に解析の目的で差動信号に
は特定の極性を与えたが、一般に差動信号は時間的に変
化するＡＣ信号と理解されたい○ この両人力信号は、Ｒｂ／（Ｒａ十Ｒｂ）なる係数をも
て減勢されて減衰器の出力端子１３と１４に現われる。

こ＼に、ＲａとＲｂはそれぞれ減衰器回路１０と２０を
形成する抵抗Ｒａ工、Ｒｂ工およびＲａ２、Ｒｂ２の示
す抵抗値である。両減衰器回路の共通端子１５が固定基
準電位点に接続されている状態では、共通モード信号も
差動モード信号も同じ率で減勢される。もし共通モード
信号が過大であると、印加信号を増幅器の直線的な入力
範囲にあるように調整するに必要な減衰係数が差動信号
を不要に小さくする。

しかし、両減衰器の共通端子が接続されている基準電位
をこの共通モード信号から１８０度位相のずれた信号で
変調することによって、この減衰係数は共通モード排除
能力を維持しつ＼過大分が低減される。この基準電位が
←）３７９ｍ（但しβは比例定数）に等しい信号で変調
されると、回路解析の結果、減衰器の出力端子に生ずる
信号Ｖ。は下式の如く表わされる。

■。＝■□ｍＲｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）＋ｖｃｒｎ（（Ｒｂ
−βＲａ）／’Ｒ，＋Ｒｔ、）・・（１）β−Ｒｂ／Ｒ
ａとすることにより、理論的に共通モード信号を完全に
消去することができる。

減衰器の基準信号は、それぞれ入力端子１１と１２に接
続されかつ相互接続点と差動モード名号を含まずに共通
モード信号に比例する信号電流を選択的に生成する、抵
抗Ｒ８ＩとＲ８２によって発生する。

この共通モード電流信号は回路４ｏによって端子１７に
おける出力電位に変換されて減衰器の共通端子１５に印
加される。

抵抗Ｒ８ＩとＲ８２が接続されている回路４ｏの入力端
子１８は実質的に固定電位点である。図示の回路では、
この電位はトランジスタＴ１とＴ２の両ベース−エミッ
タ間電圧の和に等しい。この電位は、トランジスタＴｌ
のエミッタ回路に小さな負帰還抵抗を挿入することによ
って大きくすることができる。

この様なエミッタ抵抗がトランジスタＴｌのエミッタ回
路に挿入されるときはトランジスタＴ３とＴ４のエミッ
タ回路中に同様な負帰還抵抗を入れると都合が良い。

動作解析の目的で、いま端子１Ｂの電位は零であると仮
定する。この仮定は、回路の交流に関する解析には何の
影響も及ぼさない。この電位が実際にけ２■ゎ。である
という事実は、この回路を利用する特定の応用例におい
て端子１３と１４に現われる直流バイアスを決定すると
きだけ考慮すれば良い。

上記の仮定の下で、端子１８に流入する電流工、８は下
式で与えられる。

工□８＝（ｖｏｍ＋ｖｄｍ（＋））／Ｒ８１＋（ｖｏｍ
＋ｖ（１計ｙＲ８２・・・（２）差動モード信号の一般
的定義に従って Ｒ８１＝Ｒ８２＝Ｒ８Ｖ　　（−）３　＝　（−）　ｖ
ｄｍ（−）０ｍ とおくと、（２）式は次の（３）式の如く簡単になる。

■　＝２Ｖ　　／Ｒ８・・・・・・・・・・・・・・・
・・（３）１８　　　　　　　０ｍ この（３）式から、回路４０の入力電流は共通モード信
号成分だけを含んでいることが判る。

回路４０のトランジスタＴ１とＴ２は電流ミラー回路の
主部を形成している。トランジスタＴ３はこの電流ミラ
ー回路の第１従属部であシまたトランジスタＴ４は第２
従属部である。上記の入力電流工、８はトランジスタＴ
１のコレクターエミッタ回路に流され、ミラー作用によ
ってトランジスタＴ３とＴ４の各コレクターエミッタ回
路に同じ電流が流れる。トランジスタＴ３のコレクター
エミッタ回路に流れる電流の値は名目上（−）Ｉ、８に
等しい。この電流は、抵抗Ｒ８の両端間にある電位を発
生しトランジスタＴ５のエミッタホロワ作用によって出
力端子１７に伝えられる。トランジスタＴ５は、ベース
電極がトランジスタＴ３のコレクタ電極と抵抗Ｒ８の接
続点に接続され、エミッタ電極が端子１’７に接続され
ている。

従属トランジスタＴ４は、端子１７の能動プルダウン素
子として作用して回路の応答時間を強化する。

トランジスタＴ４とＴ５はプッシュプル動作をする。

このトランジスタＴ４を端子１７と大地間に接続された
抵抗（受動プルダウン素子）で置換できることは理解さ
れよう。

端子１１と１２から端子１５に至る共通モード回路の電
圧利得Ｇ。ｍは下式で表わされる。

Ｇ　　＝　２ＲＪｉ／Ｒ８＝β　　・・・・・・・・・
・・・・・・・（４）０ｍ こ＼に、Ｒ８は検知抵抗Ｒ８Ｉ　、！：　Ｒ８２の抵抗
値である。

共通モード信号の完全な除去のため２Ｒ８／Ｒ８＝Ｒｂ
／ＲａとしかつＲａをＲ１）よシも大きく設計すると、
回路４０の利得βは、減衰係数が２分の１より大きなす
べての減衰器に対してｌよりも小さくなる。この様な条
件のとき、この回路は全周波数において安定でありかつ
位相補償は必要としない。位相補償の必要性のないとと
すなわち相当大きな値のキャパシタンスを必要としない
ことには２重の利点がある。すなわち、第１に現在使用
されている回路に比べてこの共通モード回路の帯域幅が
大幅に増大すること、第２に集積回路化がより容易にな
ることである。

実現できる共通モード排除能力の程度は、減衰器の整合
度と共通モード利得特性に影響のある各抵抗比によって
決まる。検知抵抗Ｒ３ＩとＲ８２の間に小さな不整合が
あると回路４０に差動モード信号電流が流れる。この不
整合に起因する差動モード電流は減衰器の出力端子１３
と１４に小さな共通モード信号を生じさせることになる
。しかし、検知抵抗の不整合による影響は、１より小さ
な共通モード利得係数によってパーセント不整合ｇＳ／
ＲＳヨリも小であることが判る。検知抵抗の不整合に起
因する共通モード信号排除のパーセント誤差は、パーセ
ント不整合△Ｒｅ／Ｒｅの２分の１になる。

回路素子のパーセント不整合は名目上非常に小さな値に
維持できる（個別素子でも最新の集積回路でも）シ、ま
た回路構成が本来その様な不整合による影響を低減させ
るから、回路素子間の不整合補償のための可変素子たと
えば抵抗Ｒ８ＩとＲ８２間のポテンシオメータの如き素
子を使用せずに比較的良好な共通モード排除能力を得る
ことができる０

【図面の簡単な説明】

図は差動増幅器と組合せたこの光調による差動モード信
号と共に生ずる共通モード信号を減殺する回路の一実施
例を示す接続図である。 １Ｏ１２０・・・減衰器回路、　１１．１２・・・差動
モード信号と共通モード信号の入力、１３．１４・・・
出力、１５・・・共通端子、Ｒ８ＩとＲ８２・・・回路
手段を構成する検知抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）差動モード信号とこの信号と共に生ずる共通モー
   ド信号とを受入れる入力と出力と共通端子とを有する同
   様な第１と第２の減衰回路と、それぞれこの第１と第２
   の減衰器回路の入力端子に対する第１と第２の入力接続
   と、上記共通モード信号を実質的に含まない差動モード
   信号が上記両減衰器の上記出力端子間から得られるよう
   にする信号を生成するための上記第１と第２の減衰器回
   路の共通端子に対する出力接続とを持った回路手段とを
   具備し、この回路手段は選択的に上記第１と第２の入力
   接続における共通モード信号に応じおよびその入力接続
   における差動モード信号には実質的に応じることなく上
   記出力接続に上記共通モード信号に比例・しかつ実質的
   に逆相の信号を生成するものである、差動モード信号と
   共に生ずる共通モード信号の魂膚−路。