JPS6221317A - スイツチドキヤパシタ乗算回路 - 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】 本発明は情報信号ｘ（ｔ）に周期的なバイポーラ搬送波
信号ｄ（ｔ）を乗算するスイッチドキャパシタ乗算回路
に関するものである。このタイプの乗算回路は例えばス
テレオデコーダの振幅復調器とじて使用し得るが（例え
ば特願昭５７−１８０５４８号（特開昭５８−８６６６
７号）参照）、フェーズロックループの位相検出器とし
ても使用することができる（例えば特願昭６０−８２７
４５号（特開昭６０−２３３９３５号）参照）。

Ａ（２）、　　Ｉ術の脱Ｂ このタイプの乗算回路は例えば上記の特許出願並びに特
願昭５９−１４７０２９　（特開昭６０−４１８０４号
）に詳細に開示されている。これら乗算回路は一般に分
布乗算回路と制御パルス回路とを具えている。

制御パルス回路は制御パルスを例えばｆ、のレートで出
力する。分布乗算回路は、スイッチング回路と所定の正
又は負の重み係数を有する重み付は回路網との縦続接続
をそれぞれ具え、情報ｘ（ｔ）をそれぞれ受信する複数
個の信号チャンネルから成る。これらのスイッチング回
路は制御パルス列により予定の順序で制御されて少くと
も所定の期間（例えば１制御パルスの持続時間）の間、
情報信号を重み付は回路網に供給する。このようにして
各信号チャンネルから出力信号を出力させ、これらの全
出力信号を加算器で加算する。

所要の重み係数は搬送波信号ｄ（ｔ）を前述の周波数ｆ
、でサンプリングすることにより得られ、この周波数は
Ｎ個の周期的に反復する搬送波信号サンプルの列ｄ＋＋
　ｄＺ＋　ｄｆｆ＋　・・・、ｄ、４が得られるように
選択する必要がある。この場合、信号チャンネルの数（
零に等しい重み係数を有する信号チャンネルも含む）は
原則としてＮに等しくする。第に番の搬送波信号サンプ
ルをｄや（ｋ＝１．２．３．・・・。

Ｎ）で表わせば、第に番の信号チャンネルの重み係数は
ｄＫになる。

この乗算回路はスイッチドキャパシタ型であるため、各
重み付は回路網はキャパシタを含み、前記加算器はキャ
パシタンスＣを有するキャパシタで橋絡された演算増幅
器で構成される。第に番の信号チャンネル内のキャパシ
タのキャパシタンスＣ（ｋ）は Ｃ（ｋ）　＝　ｌ　ｄ（ｋ）　ｌ　・Ｃを満足する値に
する。ここで、ｌ　ｄＫｌは搬送波信号サンプルｄｘの
振幅を表わす。

搬送波信号サンプル列が正の搬送波信号サンプルのみか
ら成る場合、乗算回路は以上から直ちに実現し得るが、
搬送波信号サンプル列のいくつかの信号サンプルが負で
、従って負の重み係数も実現する必要がある場合には追
加の手段を講する必要がある。最も簡単な手段は、負の
重み係数を実現する必要がある信号チャンネルには情報
信号を極性反転回路を通して供給する方法である（特開
昭６０−２３３９３５号）。他の手段として、分布乗算
回路にチョッパ回路を設けてこれにより情報信号を信号
チャンネルに供給する方法がある。このチョッパ回路は
情！ｌａ信号の瞬時値を正の搬送波信号サンプルで乗算
する必要がある場合には情報信号をそのま＼出力するが
、この乗算を負の搬送波信号サンプルに対し行なう必要
がある場合には情報信号の極性を反転して出力する。上
述の従来技術の特徴は、情報信号ｘ（Ｌ）と周期的バイ
ポーラ搬送波信号ｄ（ｔ）との積に等しい精信号を加算
器の出力端子に得ることにある。以上から明らかなよう
に搬送波信号ｄ（ｔ）は時間的に連続した形で存在しな
い。

このことを以下においては１所定の乗算信号（前述の従
来例では搬送波信号ｄ（１））が分布乗算回路と関連す
る”という表現により明らかにしである。

このように構成されたスイッチドキャパシタ乗算回路は
加算器の出力に不所望なオフセット電圧を示す問題があ
る。このオフセット電圧は分布乗算回路自体により発生
され、２つの成分から成る。

第１の成分は加算器の演算増幅器により発生される（演
算増幅器オフセット）。第２の成分はスイッチング回路
により発生され、特にこれらスイッチング回路内の寄生
容量により発生され、−ａにクロックフィードスルーと
称されている。両成分は互に無関係に生じ、しばしば許
容し得ないほど大きくなる。この乗算回路を例えばステ
レオデコーダ回路に使用する場合には、このオフセット
電圧を２ｍＶ以下にして５０ｄＢ以上のチャンネル分離
を達成する必要がある。しかし、これは実際には特別の
手段を講することなくして実現することはできないこと
が確かめられた。

Ｂ、■の目的　び　旨 本発明の目的は情報信号層ｔ）に周期的バイポーラ搬送
波信号ｄ（ｔ）を乗算する上述の如きスイッチドキャパ
シタ乗算回路における前記オフセット電圧を簡単な手段
で著しく低減することにある。

本発明は、この目的のために、分布乗算回路と関連する
乗算信号を周期的バイポーラ搬送波信号の全波整流信号
とし、分布乗算回路の出力端子に補助乗算回路を接続し
て分布乗算回路の出力信号に、前記搬送波信号の正の周
期中は第１の係数を、前記搬送波信号の負の周期中は第
１の係数と逆極性の第２の係数を乗算させることを特徴
とする。

旦−大施■至脱里 この項では本発明の実施例をフェーズロックループ用位
相検出器に使用する乗算回路について説明する。第１図
に示すように、斯る位相検出器は前置変調フィルタ１と
、乗算回路２と、後置変調フィルタ３とを具えている。

受信信号ｘ’（ｔ）は前置変調フィルタ１に供給され、
このフィルタにより所望の情報信号、例えばパイロット
信号を有する帯域制限信号に変換される。乗算回路２に
おいて信号ｘ（ｔ）にバイポーラ搬送波信号ｄ（ｔ）が
乗算されて積信号ｙ（ｔ）が得られる。後置変調フィル
タ３において信号ｙ（ｔ）から不所望な周波数成分が除
去されて“純粋”な積信号２（りが得られる。

乗算回路２は第２図に線図的に示す構成を有する分布乗
算回路２０を具えている。搬送波信号ｄ（ｔ）はクロッ
クパルス発生器２０２によりｆ　（ｓ）のレートで供給
されるサンプリングパルスｇ（ｔ）により制御されるサ
ンプリング装置２０１を経て乗算器２００に供給される
。周期信号であるこの搬送波信号は第３図のＡに示す波
形を有するものとし、且つサンプリングパルスｇ（ｔ）
は第３図のＢに示す瞬時ｔ＝ｔｏ＋ｎＴに発生するもの
とする。ここでｔｏは定数、Ｔ＝１／ｆｓ及びｎは−〜
から十〜までの整数（サンプリングパルスの番号）であ
る。この場合、サンプリング装置２０１は第３図のＣに
示す信号ｄ（ｔ）を出力し、 ｎ＝−〜 になる。この式において、δ（１）はデルタ関数を表わ
す。ｊ（ｔ）で示される瞬時ｔｏ＋ｎＴＯ値は搬送波信
号サンプルとみなせ、ｄ、、で示され、ｄ＋ｓ　＝　ｄ
　（ｔｏ　＋ｎＴ） になる。サンプリング周波数ｒ、は搬送波信号サンプル
ｄ。の系列が周期的になり、各周期がＮ個の搬送波信号
サンプルを含み、 ｄ、％十Ｎ＝ｄ。

となるように選択する。

このタイプの分布乗算回路の実施例は特開昭５８−８６
６６７号および同６０−２３３９３５号公報に開示され
ており、完全のため第４図にＮを８に選択した例を示す
。この分布乗算回路２０は８個の信号チャンネル２０３
（・）を具え、これらチャンネルにおいて情報信号に各
別の搬送波信号サンプルｄＯ＋　・・・ｄ、がそれぞれ
乗算される。各信号チャンネルは２個のスイッチ２０５
（・、１）および２０５（・、２）から成るスイッチン
グ回路を具え、これらスイッチの間にキャパシタンスＣ
（・）を有するキャパシタ２０６（・）を具えている。

このキャパシタは２個のスイッチと相まってスイッチド
キャパシタを構成する。全ての信号チャンネルはキャパ
シタンスＣを有するキャパシタ２０８とスイッチング回
路２０９で橋絡された演算増幅器２０７の入力端子に接
続される。スイッチング回路２０５（・、１）及び２０
５（・、２）は制御パルスｇ（・、１）およびｒ（ｔ）
により制御されると共に、スイッチング回路２０９は制
御パルスｇ（ｔ）およびｒ（ｔ）により制御される。も
っと詳しく言うと、第に番の信号チャンネル内のスイッ
チング回路２０５（ｋ、１）および２０５（ｋ、２）は
制御パルスｇ（ｋ、ｔ）の発生により導通するため、関
連するキャパシタ２０６　（ｋ）がこの制御パルスｇ（
ｋ、ｔ）の発生瞬時の情報信号ｘ（ｔ）の値ｘ　（ｇ（
ｋ、ｔ））に等しい電圧に充電される。このキャパシタ
２０６（ｋ）はキャパシタ２０８と直列であるため、演
算増幅器はスイッチング回路２０９が開のときにの大き
さの出力電圧を出力する。制御パルスｇ（Ｋ。

ｔ）及び同時制御パルスｇ（ｔ）の発生後で、制御パル
スｇ（ｋ＋１．ｔ）が第に＋１番の信号チャンネルに供
給される前に、リセットパルスｒ（ｔ）が発生して両キ
ャパシタ２０６　（ｋ）及び２０８が放電される。商Ｃ
（ｋ）　／Ｃは当該信号チャンネルに固有の重み係数を
表わし、信号サンプルｄＫに等しくする必要がある。如
何なる場合にもこの商は信号サンプルｄＫの絶対値ｌｄ
Ｋ＋に等しくする。その理由は、キャパシタンスは正で
しかありえないためである。負の重み係数を所定の信号
チャンネルにおいて実現する必要がある場合には特別の
手段を講する必要がある。

図示の従来例では、この目的のために情報信号ｘ（ｔ）
を極性反転段２０４を介してこれら信号チャンネルに供
給する。

前記制御パルスｇ（・、１）はクロックパルス発生器２
０２から既知のようにして得ることができる（例えば特
開昭６０−４１８０４号公報参照）。完全のため第５図
にその一例を示す。本例ではパルス分周回路２１０を使
用している。

この従来例では正及び負の重み係数が実現されるため、
バイポーラ搬送波信号がこの分布乗算回路と関連するこ
とになって所望の出力信号ｙ（ｔ）が得られる。

前述したように、第４図に示す分布乗算回路回路２０の
出力信号ｙ（ｔ）は演算増幅器により、及びスイッチン
グ回路２０５（・、１）及び２０５（・、２）のクロ・
２クフイードスルーにより導入されるオフセット電圧に
より悪影響を受ける。

これらオフセット電圧の影響を十分に除去するようにし
たスイッチドキャパシタ乗算回路の実施例を第６図に示
す。図示の乗算回路は第４図に示すものとは、負の重み
係数を実現すべき信号チャンネルに信号ｘ（ｔ）を極性
反転して供給する第４図に示す従来例の極性反転回路２
０４を本例では演算増幅器２０７の出力端子に接続され
た補助乗算回路４と置換しである点が相違する。この補
助乗算回路は分布乗算回路の出力信号に、搬送波信号ｄ
（ｔ）が正である限り第１の重み係数、例えば＋１を、
搬送波信号ｄ（１）が負である限り第２の重み係数、例
えば−１を乗算する。本例ではこの補助乗算回路４の出
力端子を搬送波信号ｄ　（ｔ）の基本周波数より低い遮
断周波数を有する低域通過フィルタ５に接続する。

この補助乗算回路の実施例を第７図に示す。この乗算回
路は入力端子４０と出力端子４１を有する。

図に記号的に示すスイッチ４２により出力端子４１を入
力端子４０に、直接或は極性反転増幅器４３を経て接続
することができる。スイッチ４２の位置を搬送波信号ｄ
（ｔ）の半周期ごとに変化させる。この目的のために、
スイッチ４２を、Ｓ−入力端子にＯＲゲート４５を経て
制御パルスｇ（０，ｔ）、　ｇ（１，ｔ）、　ｇ（６，
ｔ）。

ｇ（７，ｔ）を受信すると共にＲ−入力端子にＯＲゲー
ト４６を経て制御パルスｇ（２，ｔ）、　ｇ（３，ｔ）
、　ｇ（４，ｔ）。

ｇ（５，ｔ）を受信するＲ−Ｓフリップフロップ４４に
より制御する。

分布乗算回路２０は極性反転回路を含まず、第に番の信
号チャンネル内の重み係数Ｃ（ｋ）　／Ｃがｌ　ｄＫ　
ｌに等しいため、この分布乗算回路と関連する搬送波信
号は原バイポーラ搬送波信号ｄ（ｔ）が全波整流された
ものに相当するものとなる。

第４図の極性反転回路２０４の機能は第６図の回路では
補助乗算回路４により実行される。これは次の通りであ
ること明らかである。

搬送波信号ｄ（ｔ）は ｄ（ｔ）　＝　ｌ　ｄ（ｔ）　ｌ　ｓｉｇｎ　　（ｄ（
ｔ））　　　　　　　　（１）ｄ（ｔ）＞Ｏのときｓｉ
ｇｎ　（ｄ（ｔ））　＝　＋　１　　　（２）ｄ（ｔ）
≦０のときｓｉｇｎ　（ｄ（ｔ））　＝−１と書き表わ
せるため、第１図では ｙ（ｔ）　＝ｘ（ｔ）・ｄ（ｔ）　＝ｘ（ｔ）　ｌ　ｄ
（ｔ）　ｌ　ｓｉｇｎ　（ｄ（ｔ））　　（３）になり
、第２図では ；（ｔ）＝ｘ（ｔ）・ｄ（ｔ）＝ｘ（ｔ）ｌｄ（ｔＮｓ
ｉｇｎ（ｄ（ｔ））　　（４）になる。

第４図の従来例ではｄ（ｔ）　＞　０のときは信号チャ
ンネル２０３（０）、　２０３（１）、　２０３（６）
、　２０３（７）内のスイッチング回路の１個が導通し
、ｄ（ｔ）≦Ｏのときは信号チャンネル２０３　（２）
〜２０３　（５）内のスイッチング回路の１個が導通す
るため、ｄ（ｔ）　＞　０のときは信号ｘ（ｔ）に信号
ｄ（ｔ）の符号ｓｉｇｎ　（ｄ（ｔ））　＝　＋　ｌが
乗算され、次いでその絶対値ｔｄ（ｔ）！が乗算される
ものと言え、ｄ（ｔ）≦０のときはｘ（ｔ）にｓｉ、ｇ
ｎ　（ｄ（ｔ））＝−１が乗算され、次いでその絶対値
１ｄ（ｔＮが乗算されるものと言える。要するに、この
従来例の動作は第８図に示すように実行されるものと解
釈される。即ち、初めにｘ（ｔ）にｓｉｇｎ　（ｄ（１
））を乗算する。この結果、信号ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）ｓ
ｉｇｎ　ｆｄ（ｔＮが生じ、次いでこの信号に信号１ｄ
（ｔ）ｌのサンプル値Ｉｄ（ｔ）１を乗算するので、そ
の出力信号ｙ（ｔ）は（４）式で定義されるものとなる
。

第６図に示す実施例では情報信号ｘ（ｔ）にＩｄ（ｔ）
１のサンプル値１ｄ（ｔ）Ｉを乗算して積信号ｙｚ（ｔ
）　＝ｘ（Ｌ）　ｌ　ｄ（ｔ）　ｌを得る。次いでこの
積信号に補助乗算回路４においてｓｉｇｎ　（ｄ（ｔＮ
を乗算して所望の積信号ｙ（ｔ）を得る。これを第１図
に図式的に示しである。

分布乗算回路により導入されるオフセット電圧は、演算
増幅器２０７の出力信号に加わる直流電圧とみなすこと
ができる。そこで、第６．８及び９図にはこのオフセッ
ト電圧を加算器６と直流電圧源７で図式的に示しである
。

次に、このオフセット電圧がどのように補助乗算回路４
の使用により所望信号に悪影響を与えることなく除去さ
れるのかを第１０図の周波数スペクトル図を用いて説明
する。尚、この場合には種々の周波数スペクトル間の振
幅関係は関係ないのでこの図には図を簡単とするために
スペクトルの振幅関係は示してない。初めに、分布乗算
回路を同一の周波数を有する信号ｘ（ｔ）とｄ（ｔ）と
の位相差に比例する大きさの直流電圧出力信号を出力す
る位相検出器に使用するものとする。また、ｘ（ｔ）＝
ｃｏｓ　（２πｆ、ｔ＋９１）であるものとする。この
信号の振幅スペクトルＩＸ（ｆ）ｌを第１０図のＡに示
す。

更に、ｄ　（ｔ）　＝　ｃｏｓ　（２πｆｒｔ＋ψ２）
であり、従って 。　　　十〜 ｄ（ｔ）＝Σ　ｃｏｓ　　（２ｙｒ　ｆｒ−（ｔｏ＋ｎ
Ｔ）＋ψ２）　δ（ｔ−ｔｏ−ｎＴ）ｎニール であるものとする。この信号の振幅スペクトル１０（ｆ
）ｌを第１０図のＢに示す。信号ｄ（ｔ）の代りにその
全波整流信号を分布乗算回路２０に使用するため、信号
ｘ（ｔ）にｑ２π２ｂ　（ｑ＝０，１．２　”・）に等
しい周波数を有する複数個の周波数成分の重畳から成る
信号１ｄ（ｔ）ｌが乗算される。最初の３個の周波数成
分の振幅スペクトルｌＤ＋＋（ｒ）ｌを第１０図のＣに
示す。信号ｘ（ｔ）に信号１ｄ（ｔ）ｌを乗算すると、
第１０図のＤに示す振幅周波数スペクトルｌ　ｙｚ（ｆ
）　Ｉを有する信号ｙｚ（ｔ）が得られる。次いで、第
１０図のＥに示す振幅スペクトルｔｏ（ｆ）Ｉを有する
オフセット信号がこの信号７２（１）に加わるため、第
１Ｏ図のＦに示す振幅スペクトルｌ　Ｙ＋（ｆ）　１を
有する信号ｈ（ｔ）が得られる。補助乗算回路において
Ｙ３（Ｌ）に符号信号ｓｉｇｎ　（ｄ（ｔ））が乗算さ
れる。この信号ｓｉｇｎ　（ｄ（Ｌ））は矩形波信号で
あって、周波数（２ｎ　＋　１）　１πｆ、を有すると
共に振幅が減少する無限に多数の周波数成分の重畳から
成る。

最初の３個の周波数成分の振幅スペクトル１０’（ｆ）
１を第１０図のＧに示す。この補助乗算回路の出力信号
ｙ（ｔ）は第１０図のＨに示す周波数スペクトルＩＹ（
ｆ）１を有するものとなる。よって、ｆ、より低い遮断
周波数を有する低域通過フィルタによりこの遮断周波数
以上の全ての周波数成分及び従ってオフセット電圧が高
い周波数に変換された周波数成分も抑圧することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はフェーズロアクループに用いる位相検出器の概
略ブロック構成図、 第２図は第１図の位相検出器に用いる乗算回路の概略ブ
ロック構成図、 第３図は第２図に示す乗算回路の動作説明用時間線図、 第４図はこの乗算回路、即ちスイッチドキャパシタ型乗
算回路の既知の実施例のブロック構成図、第５図は第４
図に示す乗算回路で必要とされる制御パルスを発生する
制御パルス発生器のブロック構成図、 第６図は本発明乗算回路の一実施例のブロック構成図、 第７図は第６図の回路で使用する補助乗算回路の一実施
例のブロック構成図、 第８図及び第９図は本発明乗算回路の動作説明用理論構
成図、 第１０図は本発明乗算回路の動作説明用周波数スペクト
ル図である。 １・・・前置変調フィルタ　２・・・乗算回路３・・・
後置変調フィルタ　ｘ’（ｔ）・・・受信信号ｘ（ｔ）
・・・情報信号　　　　ｄ（ｔ）・・・搬送波信号ｙ（
ｔ）・・・積信号　　　　　ｚ　（ｔ）・・・“純粋”
積信号２０・・・分布乗算回路　　　２００・・・乗算
器２０１・・・サンプリング装置 ２０２・・・クロックパルス発生器 ｇ（ｔ）・・・サンプリングパルス ｄ（ｔ）・・・搬送波信号サンプル ２０３　（０）〜２０３　（７）・・・信号チャンネル
２０５（０，１）、　２０５（０，２）；　−・−−−
−−、２０５（７，１）、　２０５（７，２）・・・ス
イッチング回路 Ｃ（０）〜Ｃ（７）・・・キャパシタ ２０７・・・演算増幅器　　　２０８・・・キャパシタ
２０９・・・スイッチング回路 ｇ（０＋ｔ）＋　−・−＝、　ｇ（７，ｔ）、　ｇ（ｔ
）・・・制御パルスｒ（ｔ）・・・リセットパルス　２
１０・・・分周回路４・・・補助乗算回路　　　５・・
・低域通過フィルタ６・・・加算器　　　　　　７・・
・オフセット電圧源ｓｉｇｎ　〔ｄ（ｔ））・・・搬送
波信号の符号信号Ｃワ く　　　　■　　　　０　。 ＝　　　　ｕ− ＦＩａ８ Ｆ１６．９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、分布乗算回路を具え、情報信号ｘ（ｔ）に周期的な
   バイポーラ搬送波信号ｄ（ｔ）を乗算するスイッチドキ
   ャパシタ乗算回路において、前記分布乗算回路と関連す
   る乗算信号を前記バイポーラ搬送波信号を全波整流した
   ものに相当するものとし、且つ前記分布乗算回路の出力
   に前記バイポーラ搬送波信号の瞬時極性を表わす２進信
   号を乗算する補助乗算回路を前記分布乗算回路の出力端
   子に接続してあることを特徴とするスイッチドキャパシ
   タ乗算回路。