KR20160094874A - 로우 패스 필터 회로 및 전원 장치 - Google Patents

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가오루 사카구치
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에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 잡음 제거 능력이 높고, 안정적으로 고속으로 출력이 기동하는 로우 패스 필터 회로, 및, 전원 장치를 제공한다.
[해결 수단] 출력 단자에 접속된 용량 소자와, 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 저항 회로를 구비하고, 저항 회로는, 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 제1 MOS 트랜지스터와, 입력 단자가 제1 입력 단자에 접속되고, 출력 단자가 제2 입력 단자에 접속되며, 제1 MOS 트랜지스터의 게이트가 출력 단자에 접속되고, 로우 패스 필터 회로의 시정수를 제어하는 앰프를 구비한 로우 패스 필터 회로.

Description

로우 패스 필터 회로 및 전원 장치{LOW-PASS FILTER CIRCUIT AND POWER SUPPLY DEVICE}
본 발명은, 로우 패스 필터 회로, 및, 로우 패스 필터 회로를 구비한 전원 장치에 관한 것이다.
종래의 로우 패스 필터 회로에 대해 설명한다. 도 9는, 종래의 로우 패스 필터 회로를 구비한 전원 장치의 회로도이다.
종래의 로우 패스 필터 회로를 구비한 전원 장치는, 귀환 회로(203)와, 오차 증폭 회로(204)와, 기준 전압원(205)과, 출력 트랜지스터(206)와, 저항(211)과, 용량(212)과, NMOS 트랜지스터(213)로 구성되어 있다.
기준 전압원(205)이 출력하는 제1 기준 전압(V1)은, 저항(211)과 용량(212)과 NMOS 트랜지스터(213)로 형성된 로우 패스 필터 회로에 의해 고주파 잡음이 제거된 제2 기준 전압(V2)으로 변환된다. 귀환 회로(203)는, 정전압 출력 단자의 전압(Vo)을 분압하여 귀환 전압(Vfb)을 출력한다. 오차 증폭 회로(204)는, 비반전 입력 단자에 제2 기준 전압(V2)이 입력되고, 반전 입력 단자에 귀환 전압(Vfb)이 입력되며, 제2 기준 전압(V2)과 귀환 전압(Vfb)이 일치하도록 출력 트랜지스터(206)를 제어한다. 이러한 구성에 의해, 전원 출력 단자에는 제2 기준 전압(V2)에 기초한 저잡음의 전압이 출력된다.
또, 제어 전압(Von)은 NMOS 트랜지스터(213)의 제어 단자에 입력되며, 제어 전압(Von)이 높고 트랜지스터(213)가 온 상태일 때, 로우 패스 필터 회로의 시정수가 작아지기 때문에, 로우 패스 필터 회로의 출력 전압인 제2 기준 전압(V2)은 고속으로 기동한다. 한편, 제어 전압(Von)이 낮고 트랜지스터(213)가 오프 상태일 때, 로우 패스 필터 회로의 시정수가 커지기 때문에, 로우 패스 필터 회로의 잡음 제거 능력이 높아진다. 제어 전압(Von)은 예를 들어 특허 문헌 1의 도 2에 기재되어 있는 제어 회로에 의해 생성된다.
이와 같이 제어 전압(Von)을 이용하여 로우 패스 필터 회로의 시정수를 전환함으로써, 기동이 고속이고 출력 전압이 저잡음인 전원 장치가 실현 가능해진다.
일본국 특허 공개 평8-16259호 공보
그러나, 종래의 기술에서는, 제어 회로의 지연 회로를 구성하는 소자의 특성 편차나, 전원 노이즈에 기인한 제어 회로의 오동작 등이 있던 경우, 시정수 전환 신호의 논리가 원하는 타이밍보다 빨리 전환되어 버림으로써 로우 패스 필터 회로의 시정수가 커지고, 출력 전압의 기동이 저속이 된다고 하는 과제가 있었다. 특히, 기준 전압의 잡음 제거 능력을 높이기 위해 로우 패스 필터 회로의 컷 오프 주파수를 낮게 설정하고 있는 경우에, 그 과제는 현저해진다. 또, 기동한 후여도 로우 패스 필터 회로의 출력 전압에 과도하게 큰 변동이 생긴 경우, 시정수가 크기 때문에 출력 전압의 복귀가 저속이 된다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어지며, 제어 회로의 특성 편차나 오동작에 의존하지 않고 안정적으로, 또한, 고속으로 출력이 기동하는 로우 패스 필터 회로, 및, 로우 패스 필터 회로를 구비한 전원 장치를 제공한다.
종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 로우 패스 필터 회로는 이하와 같은 구성으로 했다.
출력 단자에 접속된 용량 소자와, 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 저항 회로를 구비하고, 저항 회로는, 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 제1 MOS 트랜지스터와, 입력 단자가 제1 입력 단자에 접속되고, 출력 단자가 제2 입력 단자에 접속되며, 제1 MOS 트랜지스터의 게이트가 출력 단자에 접속되고, 로우 패스 필터 회로의 시정수를 제어하는 앰프를 구비한 로우 패스 필터 회로.
본 발명의 회로 구성을 이용하면, 로우 패스 필터 회로의 출력 전압의 기동은 제어 회로의 특성 편차나 오동작의 영향을 받지 않기 때문에, 컷 오프 주파수가 낮은 경우여도 안정적으로, 또한, 고속으로 출력이 기동하는 로우 패스 필터 회로가 얻어진다. 또, 본 발명의 회로 구성을 이용하면, 기동 후에 로우 패스 필터 회로의 출력 전압에 큰 변동이 발생하더라도, 안정적으로 고속으로 출력을 복귀시키는 것이 가능해진다.
도 1은 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
도 2는 제2 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
도 3은 제3 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
도 4는 제4 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
도 5는 제5 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
도 6은 제6 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
도 7은 제7 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 로우 패스 필터 회로를 구비한 전원 장치를 도시하는 회로도이다.
도 9는 종래의 로우 패스 필터 회로를 구비한 전원 장치를 도시하는 회로도이다.
도 1은, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 저항 회로(11a)와, 용량 소자(12)와, 입력 단자(1)와, 출력 단자(2)를 구비하고 있다. 저항 회로(11a)는, MOS 트랜지스터(13)와, 앰프(14)와, 단자(3)와, 단자(4)를 구비하고 있다.
저항 회로(11a)는, 단자(3)가 입력 단자(1)에 접속되고, 단자(4)가 출력 단자(2)에 접속된다. 용량(12)은, 한쪽의 단자가 단자(4)에 접속되고, 다른쪽의 단자는 기준 단자(100)에 접속된다. MOS 트랜지스터(13)는, 소스가 단자(3)에 접속되고, 드레인이 단자(4)에 접속되며, 게이트가 앰프(14)의 출력에 접속된다. 앰프(14)는, 반전 입력 단자가 단자(3)에 접속되고, 비반전 입력 단자가 단자(4)에 접속된다.
다음에, 본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로의 동작에 대해 설명한다.
로우 패스 필터 회로의 기동시, 즉, 입력 단자(1)에 소정의 전압 신호가 입력되었을 때, 입력 단자(1)의 전압(V1)보다 출력 단자(2)의 전압(V2)이 낮기 때문에, 앰프(14)는 MOS 트랜지스터(13)의 온 저항이 작아지도록 MOS 트랜지스터(13)의 게이트 전압을 제어한다. 그 결과, 기동시에는 MOS 트랜지스터(13)와 용량 소자(12)로 형성되는 로우 패스 필터 회로의 시정수는 작아지기 때문에, 출력 단자 전압(V2)은 고속으로 기동한다.
기동 후, 즉, 출력 단자 전압(V2)이 상승하여 입력 단자 전압(V1)과 가까워지면, 앰프(14)는 MOS 트랜지스터(13)의 온 저항이 커지도록 MOS 트랜지스터(13)의 게이트 전압을 제어한다. 그 결과, 기동 후는 MOS 트랜지스터(13)와 용량 소자(12)로 형성되는 로우 패스 필터 회로의 시정수는 커지기 때문에, 로우 패스 필터 회로의 잡음 제거 능력이 커진다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로에서는, 로우 패스 필터 회로의 시정수는 입력 단자와 출력 단자의 전압차에 의거하여 제어되므로, 다른 회로의 동작이나 편차에 의존하지 않고 안정적으로, 또한, 고속으로 출력이 기동한다. 또, 기동 후에 출력 단자의 전압이 강하한 경우여도, 마찬가지로 출력을 복귀시키는 것이 가능해진다.
또한, 저항 회로(11a)의 저항값을 조정하기 위해, MOS 트랜지스터(13)는 복수의 트랜지스터를 직렬로 접속한 것이나, 병렬로 접속한 것으로 치환해도 된다. 또, MOS 트랜지스터(13)의 드레인과 백 게이트 간에 존재하는 기생 다이오드에 순 방향 전류가 흐름으로써 로우 패스 필터 회로의 출력이 불안정해지는 것을 방지하기 위해, 소스와 백 게이트 간에 저항을 설치해도 된다.
도 2는, 제2 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
제2 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, MOS 트랜지스터(13)와 앰프(14b)로 구성한 저항 회로(11b)를 구비하고 있다. 앰프(14b)는, 앰프(14b)의 출력 단자에 제어 단자가 접속된 바이어스 전류원을 구비하고 있다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 기본적인 동작은 같다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 앰프(14b)는, 바이어스 전류가 앰프(14b)의 출력 전압에 의거하여 가변 제어되는 구성이다. MOS 트랜지스터(13)의 온 저항이 커지도록 제어되고 있을 때, 앰프(14b)는 바이어스 전류를 작게 하여, 앰프(14b)의 대역이 좁아진다. 따라서, 로우 패스 필터 회로는, 시정수가 클 때에 앰프(14b)의 출력이 급속히 변동하지 않게 되기 때문에, 로우 패스 필터 회로의 시정수가 큰 상태가 유지되기 쉬워진다.
따라서, 본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로에 비해 로우 패스 필터 회로의 동작이 안정된다고 하는 효과가 얻어진다.
도 3은, 제3 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
제3 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, MOS 트랜지스터(13)와 MOS 트랜지스터(15)와 앰프(14)로 구성한 저항 회로(11c)를 구비하고 있다. MOS 트랜지스터(15)는, 게이트가 앰프의 출력 단자에 접속되고, 소스가 단자(3)에 접속되며, 드레인과 백 게이트가 MOS 트랜지스터(13)의 백 게이트에 접속된다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 기본적인 동작은 같다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 로우 패스 필터 회로의 시정수가 커지도록 앰프(14)가 MOS 트랜지스터(13)의 게이트를 제어하면, MOS 트랜지스터(15)의 온 저항도 마찬가지로 커지고, MOS 트랜지스터(13)는 드레인과 백 게이트 간에 존재하는 기생 다이오드에 순 방향 전류가 흐르기 어려워진다.
따라서, 본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제2 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 마찬가지로 동작이 안정된다고 하는 효과가 얻어진다.
또한, MOS 트랜지스터(13)의 백 게이트의 임피던스는 높아지기 때문에, 보다 안정적으로 동작시키기 위해 로우 패스 필터 회로는 이하와 같이 구성해도 된다. 예를 들어, MOS 트랜지스터(13)는, 백 게이트와 단자(3) 사이에 저항을 접속한다. 또 예를 들어, MOS 트랜지스터(13)는, 백 게이트와 기준 단자(100) 사이에 용량 소자를 접속한다.
도 4는, 제4 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
제4 실시 형태의 로우 패스 필터 회로의 저항 회로(11d)는, 앰프(14)의 비반전 입력 단자와 단자(4) 사이에 지연 회로(16)를 구비하고 있다.
지연 회로(16)는, 출력 단자(do)가 앰프(14)의 비반전 입력 단자에 접속되고, 입력 단자(di)가 단자(4)에 접속된다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 기본적인 동작은 같다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 출력 단자(2)의 전압(V2)의 변화에 대해 지연 회로(16)에서 정해지는 지연 시간만큼 늦게 앰프(14)의 비반전 입력 단자 전압이 변동함으로써, MOS 트랜지스터(13)의 게이트를 제어하는 시간에도 지연이 생긴다.
따라서, 지연 회로(16)의 지연 시간을 조정함으로써 로우 패스 필터 회로의 시정수를 전환하는 타이밍을 의도적으로 조정하는 것이 가능해져, 설계의 임의성이 높아진다.
또, 지연 회로(16)가 있음으로써 출력 단자 전압(V2)의 변동에 대해 로우 패스 필터 회로의 시정수가 빈번히 전환되는 것을 방지하여, 보다 안정적으로 회로를 동작시키는 것이 가능해진다.
또한, 지연 회로(16)는 앰프(14)의 비반전 입력 단자측에 접속되어 있는데, 설계 의도에 따라 반전 입력 단자측이나 출력 단자측에 접속하거나, 그들 복수에 접속하거나, 복수의 지연 회로의 지연 시간을 따로 따로 조정해도 된다.
도 5는, 제5 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
제5 실시 형태의 로우 패스 필터 회로의 저항 회로(11e)는, 또한 전압 발생 회로(17)를 구비하고 있다. 전압 발생 회로(17)는, 예를 들어, 다이오드(18)와, 전류원(19)을 구비하고 있다.
다이오드(18)와 전류원(19)은, 단자(3)와 기준 단자(100) 사이에 직렬로 접속되고, 그들의 접속점은 앰프(14)의 반전 입력 단자에 접속된다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 기본적인 동작은 같다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 앰프(14)의 반전 입력 단자의 전압이 입력 단자(1)의 전압(V1)에 대해 다이오드(18)의 양단에서 발생하는 전압만큼 강하한 전압(V1')이 되기 때문에, 로우 패스 필터 회로의 출력 단자(2)의 전압(V2)이 전압(V1')에 이르면 앰프(14)가 로우 패스 필터 회로의 시정수가 커지도록 제어한다.
따라서, 로우 패스 필터 회로의 출력 단자(4)에 반도체 장치 중의 리크 전류에 의해 부하 전류가 발생하여 입력 단자 전압(V1)과 출력 단자 전압(V2)이 일치하지 않는 경우 등에서도, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 동등의 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 전압 발생 회로(17)는, 전압(V1)보다 낮은 전압(V1')을 발생시키면 되며, 이 회로에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다이오드(18)를 대신하여 폴리실리콘 저항 등의 저항성 소자를 이용해도 된다.
도 6은, 제6 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
제6 실시 형태의 로우 패스 필터 회로의 저항 회로(11f)는, 앰프(14)의 양극 전원 단자에 다이오드(20)를 설치하고 있다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 기본적인 동작은 같다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 앰프(14)의 양극 전원 전압이 전압(V1)으로부터 다이오드(20)의 양단에 발생하는 소정의 전압만큼 낮은 전압이 되기 때문에, 앰프(14)의 출력 전압 진폭의 상한이 낮아지므로, MOS 트랜지스터(13)의 온 저항은 소정값 이상은 커지지 않는, 즉 로우 패스 필터 회로의 시정수가 극단적으로 커지지 않는다고 하는 효과가 있다.
따라서, 본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 로우 패스 필터 회로의 시정수가 변화하는 범위를 좁게 함으로써, 로우 패스 필터 회로의 동작의 제어가 용이해진다.
또한, 앰프(14)의 양극 전원 단자측에 다이오드(20)를 접속했는데, 음극 전원 단자측에 접속하여, 로우 패스 필터 회로의 시정수가 극단적으로 작아지는 것을 방지하는 구성으로 해도 된다. 또, 다이오드(20)를 대신하여 전압을 발생시키는 저항성 소자를 이용해도 된다.
도 7은, 제7 실시 형태의 로우 패스 필터 회로를 도시하는 회로도이다.
제7 실시 형태의 로우 패스 필터 회로의 저항 회로(11g)는, MOS 트랜지스터(13)의 게이트와 앰프(14)의 출력 단자 사이에 버퍼(22)를 구비하고 있다. 버퍼(22)는, 단자(3)와 양극 전원 단자 사이에 다이오드(21)가 접속된다. 또, 앰프(14)의 양극 전원 단자는, 전원 단자(101)에 접속된다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 제1 실시 형태의 로우 패스 필터 회로와 기본적인 동작은 같다.
본 실시 형태의 로우 패스 필터 회로는, 앰프(14)의 출력 신호가 버퍼를 통해 MOS 트랜지스터(13)의 게이트에 입력된다. 따라서, 앰프의 출력이 부정(不定) 상태가 되는 낮은 전압(V1)이어도, 앰프(14)의 출력 전압이 부정이 되지 않고, 로우 패스 필터 회로를 안정적으로 동작시킬 수 있다.
도 8은, 본 발명의 로우 패스 필터 회로를 구비한 전원 장치를 도시하는 회로도이다.
도 8의 전원 장치는, 기준 단자(100)와, 전원 단자(101)와, 정전압 출력 단자(102)와, 귀환 회로(103)와, 오차 증폭기(104)와, 기준 전압원(105)과, 출력 트랜지스터(106)와, 로우 패스 필터 회로(110)를 구비하고 있다. 로우 패스 필터 회로(110)는, 기준 전압원(105)의 출력 단자와 오차 증폭기(104)의 반전 입력 단자 사이에 접속되어 있다.
로우 패스 필터 회로(110)는, 기준 전압원(105)의 전압(V1)을 안정화한 전압(V2)으로 변환한다. 앰프(104)는, 전압(V2)에 의거하여 정전압 출력 단자(102)의 전압을 제어하기 때문에, 저잡음의 전압을 출력할 수 있다.
또, 전원 장치는, 본 발명의 로우 패스 필터 회로를 이용함으로써, 제어 회로를 구성하는 소자의 특성 편차나 오동작의 영향을 받지 않아, 안정적으로 또한 고속으로 출력이 기동한다.
또한, 로우 패스 필터 회로(110)는 제1 내지 제7 실시 형태의 로우 패스 필터 회로의 특징을 복수 겸비하고 있어도 된다. 또, 복수의 필터를 직렬로 접속해도 되고, 병렬로 접속해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 로우 패스 필터 회로, 및, 그것을 구비한 전원 장치는, 로우 패스 필터 회로의 시정수가 작은 경우여도 출력 전압의 기동이나 복귀를 빠르게 할 수 있다. 따라서, 잡음 제거 능력이 높고, 안정적으로 고속으로 출력이 기동하는 로우 패스 필터 회로, 및, 전원 장치를 제공할 수 있다.
11 저항 회로
16 지연 회로
17 전압 발생 회로
103 귀환 회로
104 오차 증폭기
105 기준 전압원
110 로우 패스 필터 회로

Claims (8)

  1. 입력 단자의 전압을 소정의 컷 오프 주파수로 컷 오프하여 출력 단자에 출력하는 로우 패스 필터 회로로서,
    상기 출력 단자에 접속된 용량 소자와, 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 접속된 저항 회로를 구비하고,
    상기 저항 회로는,
    상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 접속된 제1 MOS 트랜지스터와,
    제1 입력 단자에 상기 입력 단자가 접속되고, 제2 입력 단자에 상기 출력 단자가 접속되며, 출력 단자에 상기 제1 MOS 트랜지스터의 게이트가 접속되고, 상기 로우 패스 필터 회로의 시정수를 제어하는 앰프를 구비한 것을 특징으로 하는 로우 패스 필터 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 앰프는, 제어 단자에 상기 앰프의 출력 단자가 접속된 바이어스 전류원을 구비하고,
    상기 바이어스 전류원은, 상기 제1 MOS 트랜지스터의 온 저항이 클 때, 전류가 작아지는 것을 특징으로 하는 로우 패스 필터 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 회로는,
    드레인과 소스가, 상기 입력 단자와 상기 제1 MOS 트랜지스터의 백 게이트에 접속되고, 게이트가 상기 앰프의 출력 단자에 접속된 제2 MOS 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 로우 패스 필터 회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 회로는,
    상기 출력 단자와 상기 앰프의 제2 입력 단자 사이에 지연 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 로우 패스 필터 회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 회로는,
    상기 앰프의 제1 입력 단자에 전압 발생 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 로우 패스 필터 회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 앰프의 양극 전원 단자에 다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 로우 패스 필터 회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 회로는,
    상기 앰프의 출력 단자와 상기 제1 MOS 트랜지스터의 게이트 사이에 버퍼를 구비하고,
    상기 버퍼의 양극 전원 단자에 다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 로우 패스 필터 회로.
  8. 출력 단자에 접속된 귀환 회로의 전압과 기준 전압원의 기준 전압을 입력하여, 출력 트랜지스터를 제어하는 오차 증폭기를 구비하고,
    상기 기준 전압원과 상기 오차 증폭기의 입력 단자 사이에 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 로우 패스 필터 회로를 설치한 것을 특징으로 하는 전원 장치.
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