(57)【要約】【課題】電源投入から出力電圧が安定するまでの時間が短いスイッチトキャパシタフィルタ回路を実現する。【解決手段】第１スイッチ群Ｓ１が第１コンデンサＣ１の両電極と基準電圧入力端子ＶＡＧの間ならびに第２コンデンサＣ２の両電極と基準電圧入力端子の間を開閉し、第２スイッチ群Ｓ２が入力端子ＩＮとオペアンプの反転入力端子の間を第１コンデンサを介して開閉するとともに出力端子ＯＵＴとオペアンプの反転入力端子の間を第２コンデンサを介して開閉し、第３スイッチＳ３が出力端子と基準電圧入力端子の間を帰還コンデンサＣＦを介して開閉し、第４スイッチＳ４が出力端子とオペアンプの反転入力端子の間を帰還コンデンサを介して開閉する。第３スイッチは電源投入後に最初に第２スイッチング群がオン・オフするときにオン・オフし、第４スイッチは第３スイッチがオフした後にオンする。【選択図】図４
2014165730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子、出力端子、基準電圧入力端子、オペアンプ、帰還コンデンサ、第１コンデンサ、第２コンデンサ、第１スイッチ群、第２スイッチ群、第３スイッチ、第４スイッチを備えており、
第１スイッチ群は、第１コンデンサの両電極と基準電圧入力端子の間、ならびに第２コンデンサの両電極と基準電圧入力端子の間を開閉し、
第２スイッチ群は、入力端子とオペアンプの反転入力端子の間を第１コンデンサを介して開閉するとともに、出力端子とオペアンプの反転入力端子の間を第２コンデンサを介して開閉し、
第３スイッチは、出力端子と基準電圧入力端子の間を帰還コンデンサを介して開閉し、
第４スイッチは、出力端子とオペアンプの反転入力端子の間を帰還コンデンサを介して開閉し、
基準電圧入力端子は、オペアンプの非反転入力端子に接続されており、
オペアンプの出力端子は、出力端子に接続されており、
第１スイッチング群と第２スイッチ群は、一方がオフしている間に他方がオンしてからオフする動作を繰り返し、
第３スイッチは、電源投入後に最初に第２スイッチング群がオンしてからオフするときにオンしてからオフし、
第４スイッチは、第３スイッチがオフした後にオンする
ことを特徴とするスイッチトキャパシタフィルタ回路。
【請求項２】
出力端子とオペアンプの反転入力端子の間を帰還コンデンサを介さないで開閉する第５スイッチが付加されており、
第５スイッチは、電源投入後に最初に第１スイッチング群がオンしてからオフするときにオンしてからオフする
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチトキャパシタフィルタ回路。
【請求項３】
第３コンデンサ、追加第１スイッチング群、追加第２スイッチ群が付加されており、
追加第１スイッチ群は、入力端子とオペアンプの非反転入力端子の間を第３コンデンサを介して開閉し、
追加第２スイッチ群は、基準電圧入力端子とオペアンプの反転入力端子の間を第３コンデンサを介して開閉する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチトキャパシタフィルタ回路。
【請求項４】
入力端子、出力端子、基準電圧入力端子、オペアンプ、帰還コンデンサ、第１コンデンサ、第２コンデンサ、第１スイッチ群、第２スイッチ群、第３スイッチ、第４スイッチを備えており、
第１スイッチ群は、入力端子とオペアンプの非反転入力端子の間を第１コンデンサを介して開閉するとともに、第２コンデンサの両電極と基準電圧入力端子の間を開閉し、
第２スイッチ群は、基準電圧入力端子とオペアンプの反転入力端子の間を第１コンデンサを介して開閉するとともに、出力端子とオペアンプの反転入力端子の間を第２コンデンサを介して開閉し、
第３スイッチは、出力端子と基準電圧入力端子の間を帰還コンデンサを介して開閉し、
第４スイッチは、出力端子とオペアンプの反転入力端子の間を帰還コンデンサを介して開閉し、
基準電圧入力端子は、オペアンプの非反転入力端子に接続されており、
オペアンプの出力端子は、出力端子に接続されており、
第１スイッチング群と第２スイッチ群は、一方がオフしている間に他方がオンしてからオフする動作を繰り返し、
第３スイッチは、電源投入後に最初に第２スイッチング群がオンしてからオフするときにオンしてからオフし、
第４スイッチは、第３スイッチがオフした後にオンする
ことを特徴とするスイッチトキャパシタフィルタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、スイッチトキャパシタフィルタ回路を開示する。特に、電源を投入してから出力電圧が安定するまでの時間を短縮し、オン期間が短くてオフ期間が長いサイクルで間欠駆動できるスイッチトキャパシタフィルタ回路を開示する。
【背景技術】
【０００２】
図２に非特許文献１に開示されているスイッチトキャパシタフィルタ回路を図示する。スイッチトキャパシタフィルタ回路は、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ、基準電圧入力端子ＶＡＧ、オペアンプ２２、帰還コンデンサＣＦ、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、第１スイッチ群Ｓ１、第２スイッチ群Ｓ２を備えている。第１スイッチ群Ｓ１は、第１コンデンサＣ１の両電極と基準電圧入力端子ＶＡＧの間、ならびに、第２コンデンサＣ２の両電極と基準電圧入力端子ＶＡＧの間を開閉する。第２スイッチ群Ｓ２は、入力端子ＩＮとオペアンプ２２の反転入力端子の間を第１コンデンサＣ１を介して開閉するとともに、出力端子ＯＵＴとオペアンプ２２の反転入力端子の間を第２コンデンサＣ２を介して開閉する。帰還コンデンサＣＦは、オペアンプ２２の出力端子と反転入力端子の間に挿入されており、基準電圧入力端子ＶＡＧは、オペアンプ２２の非反転入力端子に接続されており、オペアンプ２２の出力端子は、出力端子ＯＵＴに接続されている。
【０００３】
図３の（２）に示すように、第１スイッチング群Ｓ１と第２スイッチ群Ｓ２は、一方がオフしている間に他方がオン・オフする動作を繰り返す。すなわち、第２スイッチ群Ｓ２がオフしている間に第１スイッチングＳ１がオンしてからオフし、第１スイッチ群Ｓ１がオフしている間に第２スイッチングＳ２がオンしてからオフする動作を繰り返す。図３の（２）のＳ６は、オペアンプ２２に対する電源供給スイッチのオン・オフ状態を示し、時刻ｔ１でオペアンプ２２に電源を供給し始める状況を図示している。電源供給スイッチがオフの間は、第１スイッチング群Ｓ１と第２スイッチ群Ｓ２もオフされている。
【０００４】
図３の（１）は、出力端子ＯＵＴに生じる電圧が、電源供給開始時からの時間に対応して変化する様子を示している。出力端子ＯＵＴに生じる電圧ＯＵＴは、最終的にはＯＵＴ＝ＶＡＧ−（Ｃ１／Ｃ２）×（ＩＮ−ＶＡＧ）で安定する。
本明細書では、入力端子自体を示す参照符号と、入力端子の電圧を示す参照符号に、共通符号ＩＮを用いる。出力端子ＯＵＴと基準電圧入力端子ＶＡＧについても同様である。また第１コンデンサ自体を示す参照符号と、第１コンデンサの容量を示す参照符号に、共通符号Ｃ１を用いる。第１コンデンサＣ２と帰還コンデンサＣＦについても同様である。
図２のスイッチトキャパシタフィルタ回路は、入力端子ＩＮに入力する電圧から高周波ノイズを除去して増幅した電圧を出力端子ＯＵＴに出力する。帰還コンデンサＣＦは、高周波ノイズを除去するローパスフィルタの時定数を決めるコンデンサであり、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２よりも容量が大きい。帰還コンデンサＣＦの容量が大きいために、出力端子ＯＵＴに生じる電圧ＯＵＴが安定するのに時間を要する。
【０００５】
図２のスイッチトキャパシタフィルタ回路によると、高周波ノイズが除去されるが、出力端子ＯＵＴに出力される電圧が安定するまでに時間を要する。スイッチトキャパシタフィルタ回路の場合、オペアンプに電源を供給する期間と、オペアンプに電源を供給しない期間を交互に設けることがある。すなわちスイッチトキャパシタフィルタ回路を間欠駆動することがある。図２のスイッチトキャパシタフィルタ回路によると、電源の供給開始時から出力端子ＯＵＴに出力される電圧が安定するまでに時間を要することから、オン期間を長く確保する必要がある。オン期間を長く取ると消費電力が増大するといった問題が発生する。
【０００６】
特許文献１に、電源を投入してから出力電圧が安定するまでの時間を短縮したスイッチトキャパシタフィルタ回路が開示されている。この回路では、オペアンプに電源を供給しない間は、時間に対して変動する入力電圧の平均電圧（すなわち中心電圧）を各コンデンサの両電極に印加しておく。各コンデンサの両電極の電圧を中心電圧に維持しておくと、各コンデンサの両電極の電位を接地しておいた場合に比して、電源を投入してから各コンデンサの充電電圧が入力電圧に一致するに至るまで充電あるいは放電するのに要する時間を短縮化することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＣＭＯＳアナログ回路入門（ＣＱ出版社）  p 263 - 264
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−７５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２に示したスイッチトキャパシタフィルタ回路では起動時の応答性が遅い。特許文献１に記載の技術によると、応答時間をある程度は高速化できるが、入力端子に入力する電圧の大きさによって応答時間が変化してしまう。すなわち、入力端子に中心電圧が入力している状態で起動する場合には応答時間が改善されるが、中心電圧から離れた電圧（すなわち最低電圧あるいは最高電圧に近い電圧）が入力している状態で起動する場合は、起動時の応答性が遅い。
また、特許文献１の技術は、抵抗素子とオペアンプを組み合わせて構成するアクティブローパスフィルタの抵抗素子をスイッチトキャパシタに置き換えた回路に関するものである。特許文献１の技術は、アクティブローパスフィルタの抵抗素子をスイッチトキャパシタに置き換えた回路に特有の技術であり、図２に例示したチャージアンプ方式には利用できない。動作原理が全くに相違している。
【００１０】
本明細書では、起動時に入力端子に入力している電圧の大きさによって応答時間が変化することがないスイッチトキャパシタフィルタ回路を開示する。また、本明細書では、オペアンプの反転入力端子と出力端子の間が帰還コンデンサを介して接続されており、スイッチトキャパシタ回路のコンデンサで電荷を制御し、電荷保存則に従って入出力関係が律せられるチャージアンプ回路に有効な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図４は、本明細書で開示するスイッチトキャパシタフィルタ回路の構成を例示している。図２と同様に、下記の構成を備えている。
スイッチトキャパシタフィルタ回路は、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ、基準電圧入力端子ＶＡＧ、オペアンプ２２、帰還コンデンサＣＦ、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、第１スイッチ群Ｓ１、第２スイッチ群Ｓ２を備えている。
（１）第１スイッチ群Ｓ１は、第１コンデンサＣ１の両電極と基準電圧入力端子ＶＡＧの間、ならびに、第２コンデンサＣ２の両電極と基準電圧入力端子ＶＡＧの間を開閉する。
（２）第２スイッチ群Ｓ２は、入力端子ＩＮとオペアンプ２２の反転入力端子の間を、第１コンデンサＣ１を介して開閉するとともに、出力端子ＯＵＴとオペアンプ２２の反転入力端子の間を、第２コンデンサＣ２を介して開閉する。
（３）基準電圧入力端子ＶＡＧは、オペアンプ２２の非反転入力端子に接続されており（４）オペアンプ２２の出力端子が出力端子ＯＵＴに接続されている。
（５）図８の（２）に示すように、第１スイッチング群Ｓ１と第２スイッチ群Ｓ２は、一方がオフしている間に他方がオンしてからオフする動作を繰り返す。すなわち、第２スイッチ群Ｓ２がオフしている間に第１スイッチング群Ｓ１がオンしてからオフし、第１スイッチ群Ｓ１がオフしている間に第２スイッチング群Ｓ２がオンしてからオフする動作を繰り返す。
以上の説明は、図２に示した回路を同じである。図４の回路ではさらに下記の構成を備えている。
（６）図４のスイッチトキャパシタフィルタ回路は、さらに、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４を備えている。
（７）第３スイッチＳ３は、出力端子ＯＵＴと基準電圧入力端子ＶＡＧの間を、帰還コンデンサＣＦを介して開閉する。
（８）第４スイッチＳ４は、出力端子ＯＵＴとオペアンプ２２の反転入力端子の間を、帰還コンデンサＣＦを介して開閉する。
図８の（２）に示すように、
（９）第３スイッチＳ３は、電源投入後に最初に第２スイッチング群Ｓ２がオンしてからオフするときにオンしてからオフする。
（１０）第４スイッチＳ４は、第３スイッチがオフした後にオンする。
図８の（２）のＳ６は、オペアンプ２２に対する電源供給スイッチのオン・オフ状態を示し、時刻ｔ１でオペアンプ２２に電源を供給し始める状況を図示している。
上記した（６）〜（１０）の特性が付加することによって、詳しくは後記するように、起動時に入力端子に入力している電圧の大きさによって応答時間が変化することがなく、常に安定して起動時の応答性が速いスイッチトキャパシタフィルタ回路が得られる。
【００１２】
図４の回路では、第５スイッチＳ５が図示されている。第５スイッチＳ５は不可欠でなく、それがなくても早い応答性が得られる。しかしながら、
（１１）出力端子ＯＵＴとオペアンプ２２の反転入力端子の間を帰還コンデンサＣＦを介さないで開閉する第５スイッチＳ５が付加されており、
（１２）図８の（２）に示すように、第５スイッチＳ５が、電源投入後に最初に第１スイッチング群Ｓ１がオンしてからオフするときにオンしてからオフすると、スイッチトキャパシタフィルタ回路の動作が安定する。
【００１３】
図４の回路は、入力電圧ＩＮと基準電圧ＶＡＧの差をチャージアンプで増幅して出力する。チャージアンプで増幅する場合、期間１の入力電圧ＩＮ１と期間２の入力電圧ＩＮ２の差を増幅することもできる。期間１と期間２は交互に到来する期間である。そのためには、図９に例示するように、下記の構成する付加する。
（１３）第３コンデンサＣ３、追加第１スイッチング群Ｓ１ａと、追加第２スイッチ群Ｓ２ａを付加する。
（１４）第３コンデンサＣ３の容量は、第１コンデンサＣ１の容量に等しくする。
（１５）追加第１スイッチ群Ｓ１ａは、入力端子ＩＮとオペアンプ２２の非反転入力端子の間を、第３コンデンサＣ３を介して開閉する。
（１６）追加第２スイッチ群Ｓ２ａは、基準電圧入力端子ＶＡＧとオペアンプ２２の反転入力端子の間を、第３コンデンサＣ３を介して開閉する。
上記構成が付加されている回路は、第１スイッチ群Ｓ１がオンしている期間に入力する入力電圧ＩＮ１と、第２スイッチ群Ｓ２がオンしている期間に入力する入力電圧ＩＮ２が相違する環境で利用することができる。すなわち、単一の入力端子ＩＮを時分割して利用し、第１種類の入力電圧ＩＮ１が入力する期間と、第２種類の入力電圧ＩＮ２が入力する期間が交互に出現するといった利用方法ができる。
そうした利用方法をすると、出力電圧ＯＵＴは、ＶＡＧ−（Ｃ１／Ｃ２）×（ＩＮ１−ＩＮ２）となる。２種類の入力電圧ＩＮ１，ＩＮ２の差を増幅して出力するスイッチトキャパシタフィルタ回路が得られる。
詳しくは後記するように、図９ならびに図１０に示す回路でも、起動時の応答性が速いスイッチトキャパシタフィルタ回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例のスイッチトキャパシタフィルタ回路が利用される全体システムを示す。
【図２】開発済のスイッチトキャパシタフィルタ回路を示す。
【図３】図２の回路におけるスイッチの動作と出力電圧の変化を示す。
【図４】第１実施例のスイッチトキャパシタフィルタ回路を示す。リセット状態を示す。
【図５】図４の回路の高速立ち上げ中の状態を示す。
【図６】図４の回路の高速立ち上げ後の状態を示す。
【図７】図４の回路の通常動作開始後の状態を示す。
【図８】図４の回路におけるスイッチの動作と出力電圧の変化を示す。
【図９】第２実施例のスイッチトキャパシタフィルタ回路を示す。リセット状態を示す。
【図１０】第３実施例のスイッチトキャパシタフィルタ回路を示す。リセット状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施例）
図１と図４〜図８を参照して、第１実施例を説明する。図１において、参照番号４は湿度センサを示しており、一対のコンデンサ６，８を利用するブリッジ回路を備えている。コンデンサ６の誘電体には、湿度に依存して誘電率が変化する材質が選択されており、コンデンサ６の容量は湿度に依存して変化する。温度センサ４に通電し続けると発熱し、発熱が雰囲気温度を上昇させてしまう。湿度は、変化速度は緩やかであるが時間に対して変化する。雰囲気温度の上昇を避けながら時間に対して変化する湿度を検出するためには、湿度センサ４を間欠駆動する必要がある。発熱の影響を抑制するためには、オン時間が短くオフ時間が長いサイクルで間欠駆動することが好ましい。オン時間が短くてオフ時間が長いサイクルで駆動できれば消費電力も低減する。短時間の通電時間の間にコンデンサ容量を計測することができれば、発熱による雰囲気温度の上昇による影響も抑制することができる。
【００１６】
参照番号１２は、コンデンサ６の容量を電圧に変換するＣＶ変換回路である。参照番号１６は、ＣＶ変換回路１２が出力する電圧を増幅するとともに高周波ノイズを除去するスイッチトキャパシタフィルタ回路である。参照番号１８は、スイッチトキャパシタフィルタ回路が出力する電圧を保持して出力する出力バッファ回路である。出力バッファ回路１８が最終出力端子２０に出力する電圧は、湿度に対応している。
【００１７】
参照番号２はクロック回路であり、湿度センサ４を間欠駆動するためにクロック信号を出力し、ＣＶ変換回路１２とスイッチトキャパシタフィルタ回路１６を駆動するためのクロック信号を出力する。参照番号１４は、電源電圧ＶＤＤと基準電圧ＶＡＧを供給する電源装置である。
【００１８】
ＣＶ変換回路１２が出力する電圧ＩＮは、湿度に依存して、電源電圧ＶＤＤと接地電圧の間で変化する。電圧ＩＮは、湿度に依存して、基準電圧ＶＡＧ（＝ＶＤＤ／２）を中心にして変化する。
【００１９】
スイッチトキャパシタフィルタ回路１６に前記した図２の回路を用いると、湿度センサ４とＣＶ変換回路１２とスイッチトキャパシタフィルタ回路１６を間欠駆動したときに、通電を再開してからスイッチトキャパシタフィルタ回路１６の出力電圧が安定するまでに長時間を要する。すなわち、スリープモードとオンモードを交互に繰り返す間欠駆動した場合、オンモードに切換えた時から湿度センサ４とＣＶ変換回路１２とスイッチトキャパシタフィルタ回路１６の出力が時間に対して変化し始めるが、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の出力電圧が安定するのに最も長時間を要する。そのために、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の出力電圧が安定するまではオンモードに持続する必要があり、それがオンモードの最短持続時間を決定していた。前記したように湿度センサ４に通電し続けると発熱し、湿度検出に誤差を導入することになる。図２の回路によると、湿度センサ４の動作が安定した後も湿度センサ４に通電し続ける必要があり、測定誤差をもたらす要因となっている。あるいは、オンモードが長くて無駄な消費電力の増大を招いている。
本実施例では、出力電圧が安定化するまでの時間が短いスイッチトキャパシタフィルタ回路１６を採用する。
【００２０】
図４は、電源投入後の起動応答性が改善されたスイッチトキャパシタフィルタ回路を示している。
図２で示した回路に、下記の改良が加えられている。
・第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５が付加されている。
・第３スイッチＳ３は、出力端子ＯＵＴと基準電圧入力端子ＶＡＧの間を、帰還コンデンサＣＦを介して開閉する。
・第４スイッチＳ４は、出力端子ＯＵＴとオペアンプ２２の反転入力端子の間を、帰還コンデンサＣＦを介して開閉する。
・第５スイッチＳ５は、出力端子ＯＵＴとオペアンプ２２の反転入力端子の間を、帰還コンデンサＣＦを介さないで開閉する。
図８の（２）に示すように、
・第３スイッチＳ３は、電源投入後に最初に第２スイッチング群Ｓ２がオンしてからオフするときにオンしてからオフする。
・第４スイッチＳ４は、第３スイッチがオフした後にオンする。
・第５スイッチＳ５は、電源投入後に最初に第１スイッチング群Ｓ１がオンしてからオフするときにオンしてからオフする。
【００２１】
（スリープモード）
図８の（２）の時刻ｔ１以前は、オペアンプ２２に電源が供給されておらず、全スイッチが開状態にある。回路内の随所がフローティングにあり、回路の状態が定まらない。
【００２２】
（リセットモード）
図８の（２）の時刻ｔ１は、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６に電源が供給され始めたタイミングを示し、スリープモードからオンモードに切り換わったタイミングを示している。
図４は、電源投入後に最初に第１スイッチング群Ｓ１がオンした状態を示している。第１コンデンサＣ１の両電極が基準電圧ＶＡＧとなり、第２コンデンサＣ２の両電極も基準電圧ＶＡＧとなる。第１コンデンサＣ１も第２コンデンサＣ２も放電し、電荷蓄積量はゼロとなる。
電源投入後に最初に第１スイッチング群Ｓ１がオンすると、第５スイッチングＳ５もオンする。第５スイッチＳ５がオンすると、オペアンプ２２に全帰還がかかり、出力端子の電圧と反転入力端子の電圧は、非反転入力端子の電圧（すなわち基準電圧ＶＡＧ）に等しくなる。オペアンプ２２の反転入力端子に接続されている信号線と、帰還コンデンサＣＦの右側電極も、基準電圧ＶＡＧとなる。帰還コンデンサＣＦの左側電極はフローティング状態にあるが、それ以外の各所の電位が所定の値にリセットされる。図４の状態は、リセットモードに相当する。リセットモードでも、帰還コンデンサＣＦの左側電極はフローティング状態にあるが、そのことはその後の初期充電モードの動作に影響しない。リセットモードを実施すると、それ以後の動作が安定するが、不可欠というものではない。
【００２３】
（初期充電モード）
次に図５に示すように、第１スイッチ群Ｓ１がオフし、第２スイッチングがオンする。この状態では、第３スイッチＳ３がオンし、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５がオフする。この状態では、第１コンデンサＣ１の左側電極の電位が入力電圧ＩＮとなり、第１コンデンサＣ１の右側電極と第２コンデンサＣ２の左側電極とオペアンプ２２の反転入力端子の電位が等しくなり、第２コンデンサＣ２の右側電極と帰還コンデンサＣＦの右側電極の電位が出力電圧ＯＵＴとなり、帰還コンデンサＣＦの左側電極の電位が基準電圧ＶＡＧとなる。電荷保存則によって、出力電圧ＯＵＴ＝ＶＡＧ−（Ｃ１／Ｃ２）×（ＩＮ−ＶＡＧ）となる。この電圧は、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の動作が安定した後の電圧に等しい。帰還コンデンサＣＦの充電状態は、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の動作が安定した後の充電状態に等しくなる。ただし、この時点の出力電圧ＯＵＴからは、入力電圧ＩＮに含まれている高周波ノイズの影響が除去されていない。高周波ノイズの影響はあるものの、図５の状態で、大略的には、帰還コンデンサＣＦの充電状態が、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の動作が安定した後の充電状態に等しくなる。図５は、帰還コンデンサＣＦの初期充電モードに対応する。初期充電モードでは、帰還コンデンサＣＦが、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２を経ずに充電されるために、帰還コンデンサＣＦは短時間で充電される。それに対して、図２の回路の場合、容量が小さい第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２を介して容量の大きい帰還コンデンサ回路ＣＦを充電するために、帰還コンデンサ回路ＣＦをスイッチトキャパシタフィルタ回路の動作が安定する状態における充電状態にまで充電するのに時間を要する。
【００２４】
（帰還容量の投入モード）
次に図６に示すように、第３スイッチＳ３がオフし、第４スイッチＳ４がオンする。第４スイッチＳ４がオンする時点では、第１スイッチ群Ｓ１も第２スイッチ群もオフされている。図６の状態となっても、帰還コンデンサＣＦの充電状態は、図５の状態に等しい。帰還コンデンサＣＦの充電状態は、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の動作が安定した後の充電状態に維持される。図６に示している第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５の状態、すなわち、第４スイッチＳ４がオンし、第３スイッチＳ３と第５スイッチＳ５はオフされた状態は、図２の結線に等しい。また、図８の（２）に示すように、図６の状態になった以降、第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５の状態は、図６の状態に維持される。図６以降、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６は、入力電圧ＩＮから高周波ノイズを除去して増幅した電圧を出力端子ＯＵＴに出力する結線に切り替えられる。帰還コンデンサＣＦが、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の動作が安定した後の充電状態に充電された後に、本来のスイッチトキャパシタフィルタ回路に切り替えられる。図６は、図５に示した初期充電モードで充電された帰還コンデンサＣＦをスイッチトキャパシタフィルタ回路に投入することに相当する。図５の状態では、帰還コンデンサＣＦが、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２と無関係に充電される。帰還コンデンサＣＦは、急速に充電される。図６以降では、帰還コンデンサＣＦがオペアンプ２２の帰還容量として作動する。図２を参照して説明したように、図２の回路では、帰還コンデンサＣＦを、オペアンプ２２の出力が安定するまで充電するのに時間を要する。図５に示した初期充電モードを経由すると、短時間のうちにオペアンプ２２の出力が安定するときの帰還コンデンサＣＦの充電状態を得ることができ、その状態でスイッチトキャパシタフィルタ回路１６として作動する結線状態に切り替えることができる。
【００２５】
図７は、湿度計測を開始した状態を示し、第１スイッチング群Ｓ１がオンし、第２スイッチング群Ｓ２２がオフした状態を示す。図２と同等な状態を示している。その後は、図示しないものも、第１スイッチング群Ｓ１がオフして第２スイッチング群Ｓ２２がオンする。それ以降は、第１スイッチング群Ｓ１がオンして第２スイッチング群Ｓ２２がオフする状態と、第１スイッチング群Ｓ１がオフして第２スイッチング群Ｓ２２がオンする状態を交互に繰り返す。図７以降は、図２の回路と全く同様に動作する。図７以降、出力端子の電圧ＯＵＴは、ＶＡＧ−（Ｃ１／Ｃ２）×（ＩＮ−ＶＡＧ）で安定する。入力電圧ＩＮに含まれている高周波ノイズは、ローパスフィルタ回路によって除去される。図８の（１）の実線は、図４の回路による場合の出力電圧ＯＵＴの時間変化を示し、破線は、図２の回路による場合の出力電圧ＯＵＴの時間変化（図３の（１）に示したもの）を示している。図４の回路によって、電源投入から出力電圧ＯＵＴが安定するまでの時間が大幅に短縮化されることが確認される。
【００２６】
第５スイッチをＳ５を介してオペアンプ２２の出力端子と反転入力端子を接続する配線は省略してもよい。省略しても、図５の状態では、帰還コンデンサＣＦの充電状態が、スイッチトキャパシタフィルタ回路１６の動作が安定した後の充電状態にほぼ等しくなる。
【００２７】
（第２実施例）
第２実施例の回路では、図９に示すように、図４の回路に対して下記の点で相違する。
・第３コンデンサＣ３と、追加第１スイッチング群Ｓ１ａと、追加第２スイッチ群Ｓ２ａが付加されている。
・第３コンデンサＣ３の容量は、第１コンデンサＣ１の容量に等しい。
・追加第１スイッチ群Ｓ１ａは、入力端子ＩＮとオペアンプ２２の非反転入力端子の間を、第３コンデンサＣ３を介して開閉する。
・追加第２スイッチ群Ｓ２ａは、基準電圧入力端子ＶＡＧとオペアンプ２２の反転入力端子の間を、第３コンデンサＣ３を介して開閉する。
・追加第１スイッチ群Ｓ１ａは第１スイッチ群Ｓ１と同じタイミングでオン・オフする。・追加第２スイッチ群Ｓ２ａは第２スイッチ群Ｓ２と同じタイミングでオン・オフする。
【００２８】
第２実施例の回路は、第１スイッチ群Ｓ１がオンしている期間に入力端子ＩＮに入力する電圧ＩＮ１と、第２スイッチ群Ｓ２がオンしている期間に入力端子ＩＮに入力する電圧ＩＮ２との差を増幅して出力する。ＩＮ１とＩＮ２は、同一回路から異なるタイミングで出力される２種類の電圧であってもよいし、２種類の回路から出力される２種類の電圧であってもよい。後者は、２種類の回路の出力を時分割して同一の入力端子に入力する場合に対応する。
【００２９】
図９の回路も、スイッチのオン・オフは、第１実施例と同様である。以下、電源投入時のモード変化を順に説明する。
（リセットモード）
第１スイッチ群Ｓ１と追加第１スイッチ群Ｓ１ａと第５スイッチがオンし、第２スイッチングＳ２と追加第２スイッチ群Ｓ２ａと第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４がオフする。
この状態では、オペアンプ２２に全帰還がかかり、反転入力端子の電位と出力端子の電位は、非反転入力端子の電位（すなわち基準電圧ＶＡＧ）に等しくなる。第１コンデンサＣ１の両電極、第２コンデンサＣ２の両電極、帰還コンデンサＣＦの右側電極、オペアンプ２２の反転入力端子、オペアンプ２２の非反転入力端子、オペアンプ２２の出力端子のすべての電圧は、基準電圧ＶＡＧにリセットされる。第３コンデンサＣ３の左側電極の電位は、入力電圧ＩＮ１となる。第３コンデンサＣ３には、ＩＮ１−ＶＡＧの電位差に相当する電荷が蓄積される。前記のように、ＩＮ１は、第１スイッチ群Ｓ１がオンしている期間における入力電圧である。
【００３０】
（初期充電モード）
第２スイッチ群Ｓ２と追加第２スイッチ群Ｓ２ａと第３スイッチをオンし、第１スイッチ群Ｓ１と追加第１スイッチ群Ｓ１ａと第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオフする。この状態では、第１コンデンサＣ１の左側電極の電位がＩＮ２となり、第１コンデンサＣ１の右側電極と第２コンデンサＣ２の左側電極と帰還コンデンサＣＦの左側電極と第３コンデンサＣ３の両電極とオペアンプ２２の反転入力端子とオペアンプ２２の非反転入力端子の電位が基準電圧ＶＡＧとなる。第２コンデンサＣ２の右側電極と帰還コンデンサＣＦの右側電極の電位は、出力電圧ＯＵＴとなる。このとき、電荷保存則によって、ＯＵＴ＝ＶＡＧ−（Ｃ１／Ｃ２）×（ＩＮ１−ＩＮ２）となる。帰還コンデンサＣＦの充電状態は、スイッチトキャパシタフィルタ回路の動作が安定した後の充電状態に等しくなる。帰還コンデンサ回路ＣＦは、高周波ノイズを除去するローパスフィルタ回路の時定数を決めるコンデンサであり、その容量が比較的に大きい。図２の回路だと、容量が小さい第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２を介して容量の大きい帰還コンデンサ回路ＣＦを充電するために、帰還コンデンサ回路ＣＦをスイッチトキャパシタフィルタ回路の動作が安定する状態における充電状態にまで充電するのに時間を要する。初期充電モードでは、帰還コンデンサＣＦが第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２を経ないで充電されるために、短時間で充電される。
【００３１】
（帰還容量の投入モード）
初期充電モードが終了すると、第１スイッチ群Ｓ１、追加第１スイッチ群Ｓ１ａ、第２スイッチ群Ｓ２、追加第２スイッチ群Ｓ２ａの全部がオフされる。第５スイッチＳ５は既にオフされている。この状態で、第３スイッチＳ３がオフし、第４スイッチＳ４がオンする。それ以降は、第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５は、オペアンプ２２の出力端子と反転入力端子の間が帰還コンデンサＣＦを介して接続されている状態に維持される。オペアンプ２２が高周波ノイズを除去して増幅する動作を実現する結線に維持される。
第３スイッチＳ３がオフして第４スイッチＳ４がオンするタイミングの前後を通して、帰還コンデンサＣＦの充電状態は変わらない。帰還コンデンサＣＦの充電状態が、スイッチトキャパシタフィルタ回路の動作が安定した状態における充電状態に等しくされたあとに、高周波ノイズを除去して増幅する動作を実現するスイッチトキャパシタフィルタ回路に切り替えられる。換言すれば、スイッチトキャパシタフィルタ回路の動作が安定した状態における充電状態に充電された帰還コンデンサＣＦを、スイッチトキャパシタフィルタ回路に投入するといってもよい。
【００３２】
第２実施例の回路によると、出力電圧ＯＵＴが、ＶＡＧ−（Ｃ１／Ｃ２）×（ＩＮ１−ＩＮ２）で安定するまでの時間を短縮できる。２種類の入力電圧の差を増幅して出力するスイッチトキャパシタフィルタ回路であり、短いオン期間と長いオフ期間のサイクルで間欠駆動できるスイッチトキャパシタフィルタ回路を実現できる。
【００３３】
（第３実施例）
図１０は、第３実施例の回路を示している。図１０では、図４の第１コンデンサＣ１の両端に接続されているスイッチが、図９の追加第１スイッチ群Ｓ１ａと追加第２スイッチ群Ｓ２ａに置き換えられている。図１０では、第１スイッチ群と追加第１スイッチ群を区別せずに、第１スイッチ群Ｓ１としている。第２スイッチ群についても同様である。図９と図１０を比較すると、第３コンデンサＣ３が第１コンデンサＣ１に転用されたといってもよい。図１０では、図９の第３コンデンサを第１コンデンサＣ１としている。
【００３４】
図１０の回路は、ＯＵＴ＝ＶＡＧ＋（Ｃ１／Ｃ２）×（ＩＮ−ＶＡＧ）の電圧を出力端子に出力する。図１０の回路でも、第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４の存在によって、帰還コンデンサＣＦが急速に充電され、出力電圧が安定するまでの時間が短縮化される。
【００３５】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２：クロック回路
４：湿度センサ
６：湿度に依存して容量が変化するコンデンサ
８：湿度に依存して容量が変化しないコンデンサ
１０：コンデンサ
１２：ＣＶ変換回路
１４：電源装置
１６：スイッチトキャパシタフィルタ回路
１８：バッファアンプ
２０：最終出力端子
２２：オペアンプ
Ｓ１：第１スイッチ群
Ｓ１ａ：追加第１スイッチ群
Ｓ２：第２スイッチ群
Ｓ２ａ：追加第２スイッチ群
Ｓ３：第３スイッチ
Ｓ４：第４スイッチ
Ｓ５：第５スイッチ
Ｃ１：第１コンデンサまたは第１コンデンサの容量
Ｃ２：第２コンデンサまたは第２コンデンサの容量
Ｃ３：第３コンデンサまたは第３コンデンサの容量
ＩＮ：入力端子または入力端子の電圧
ＯＵＴ：出力端子または出力端子の電圧
ＶＡＧ：基準電圧入力端子または基準電圧
ＩＮ１：第１スイッチ群がオンしている期間の入力電圧
ＩＮ２：第２スイッチ群がオンしている期間の入力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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