(57)【要約】【課題】少ない電力でフィルタリング処理を行うことのできるフィルタ装置を提供する。【解決手段】スイッチ制御部１３は、動作フェーズにおいて、クロック制御信号φ１をクロック制御信号φの８クロックのうち１クロック、つまり１／８の時間だけ電力供給スイッチ１７を電気的接続状態にする。次に、スイッチ制御部１３は、クロック制御信号φ２をクロック制御信号φの８クロックのうち１／２クロック、つまり１／１６の時間だけ信号入力スイッチ１２を電気的接続状態にする。これ以外の時間を休止フェーズとして電気的接続状態が間欠的になるように各スイッチを切り換え制御することによって、フィルタリング処理で消費する電力を抑えることができる。【選択図】図１
2011130069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を入力し、電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換える信号入力スイッチング素子と、
前記信号入力スイッチング素子を介して入力される前記電気信号のフィルタリング処理を行うフィルタ回路と、
前記電気的接続状態が間欠的になるように前記信号入力スイッチング素子を切り換え制御するスイッチ制御手段と、
を備えることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
前記スイッチ制御手段は、前記電気信号を出力する回路が有する、自回路に電力を供給するための電力供給スイッチング素子を切り換える動作を制御するための電力供給スイッチ制御信号と、前記電力供給スイッチング素子が電気的接続状態であるときに前記信号入力スイッチング素子を電気的接続状態に切り換える動作を制御するための信号入力スイッチ制御信号とを生成することを特徴とする請求項１記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御手段は、前記電力供給スイッチング素子を電気的接続状態にするように電力供給スイッチ制御信号を出力した後、前記信号入力スイッチング素子を電気的接続状態にするように信号入力スイッチ制御信号を出力することを特徴とする請求項２記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記フィルタ回路は、抵抗およびコンデンサを有するローパスフィルタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ装置に関し、特に少ない電力でフィルタリング処理を行うことのできるフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路において、例えば高精度なセンサから出力された小さいレベルの検出信号や、昇圧回路で昇圧された信号、音声信号等に含まれる不要なノイズ成分を除去するために、その特性や用途に応じた各種のフィルタ回路が用いられる。そのようなフィルタ回路の一例として、特許文献１のフィルタ回路がある。
図５および図６を参照して、従来のフィルタ回路における動作を説明する。図５は従来のフィルタ回路の構成を示す回路図であり、図６は従来のフィルタ回路における出力信号の波形の動きを示すタイムチャートである。
【０００３】
図５に示すフィルタ回路１００は、抵抗１０１とキャパシタ１０２とを有する。フィルタ回路１００は、抵抗１０１とキャパシタ１０２とからローパスフィルタとして機能する回路である。フィルタ回路１００の入力側にはアナログ回路１０３等が接続され、フィルタ回路１００はアナログ回路１０３からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔの特定の低域周波数の信号のみを通過させるフィルタリング処理を行う。
【０００４】
図６に示すフィルタ回路１００においては、アナログ回路１０３に電力を連続して供給して、アナログ回路１０３からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔが０Ｖ以上になると、フィルタ回路１００からの出力信号Ｖｌｐｆ＿ｏｕｔが立ち上がる。また、アナログ回路１０３からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔが０Ｖ以下になると、フィルタ回路１００からの出力信号Ｖｌｐｆ＿ｏｕｔが立ち下がる。
【０００５】
そして、アナログ回路１０３に電力を連続して供給して、アナログ回路１０３からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔが０Ｖ以上または０Ｖ以下になるパルス幅を変化させていくことで、フィルタ回路１００からの出力信号Ｖｌｐｆ＿ｏｕｔの大きさを変化させることができる。例えば図示するように、アナログ回路１０３からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔが０Ｖ以上または０Ｖ以下になるパルス幅を徐々に小さくしていくことで、フィルタ回路１００からの出力信号Ｖｌｐｆ＿ｏｕｔの大きさを徐々に小さくしていくことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−５４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したフィルタ回路は、大きな抵抗値を有する抵抗と、大きな容量を有するキャパシタとを必要とするものであるため、電力が多くなる傾向がある。また、アナログ回路にも常時電力を供給しなければならないため、電力が一層多くなる。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、少ない電力でフィルタリング処理を行うことのできるフィルタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るフィルタ装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
本発明に係る第１のフィルタ装置は、電気信号を入力し、電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換える信号入力スイッチング素子と、前記信号入力スイッチング素子を介して入力される前記電気信号のフィルタリング処理を行うフィルタ回路と、前記電気的接続状態が間欠的になるように前記信号入力スイッチング素子を切り換え制御するスイッチ制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記のフィルタ装置によれば、スイッチ制御手段は、フィルタ回路に電気信号を入力する動作フェーズにて、例えばクロック制御信号の８クロックのうち１／２クロック、つまり１／１６の期間だけ信号入力スイッチング素子を電気的接続状態にする。また、スイッチ制御手段は、フィルタ回路に電気信号を入力しない休止フェーズにて、信号入力スイッチング素子を電気的切断状態にする。このように、信号入力スイッチング素子の電気的接続状態が間欠的になるように信号入力スイッチング素子を切り換え制御することによって、連続して電力を消費しているときよりも抵抗値の小さい抵抗と容量の小さいキャパシタを用いても、連続して電力を消費しているときと同じ出力を得られる。つまり、従来と同じ出力を得られるフィルタリング処理でありながら、フィルタリング処理で消費する電力を抑えることが可能となる。
【００１０】
本発明に係る第２のフィルタ装置は、前記スイッチ制御手段は、前記電気信号を出力する回路が有する、自回路に電力を供給するための電力供給スイッチング素子を切り換える動作を制御するための電力供給スイッチ制御信号と、前記電力供給スイッチング素子が電気的接続状態であるときに前記信号入力スイッチング素子を電気的接続状態に切り換える動作を制御するための信号入力スイッチ制御信号とを生成することを特徴とする。
【００１１】
上記のフィルタ装置によれば、スイッチ制御手段は、フィルタ回路に電気信号を出力する回路に電力を供給する動作フェーズにて、クロック制御信号の８クロックのうち１クロック、つまり１／８の期間だけスイッチを電気的接続状態にする。また、スイッチ制御手段は、休止フェーズにおいては、電力供給スイッチング素子を電気的切断状態にする。このように、電力供給スイッチング素子を間欠した動作となるように制御することによって、連続して電力を消費しているときよりも電気信号を出力する回路を少ない電力で動作させても、連続して電力を供給しているときと同じ出力を得られる。つまり、従来と同じ出力を得られるフィルタリング処理でありながら、フィルタリング処理で消費する電力を抑えることが可能となる。また、電力供給スイッチング素子を制御するための電力供給スイッチ制御信号によって、フィルタ回路に電気信号を出力する回路に電力を供給するための信号入力スイッチング素子が電気的接続状態になって、電力が安定して供給されるようになってからフィルタ回路に信号入力スイッチング素子を制御するための信号入力スイッチ制御信号を出力する。このように動作させることで、フィルタ回路に電気信号を出力する回路からの出力される電気信号も安定し、フィルタ回路から安定した信号を出力させることが可能となる。
本発明に係る第３のフィルタ装置は、前記スイッチ制御手段は、前記電力供給スイッチング素子を電気的接続状態にするように電力供給スイッチ制御信号を出力した後、前記信号入力スイッチング素子を電気的接続状態にするように信号入力スイッチ制御信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
上記のフィルタ装置によれば、電力供給スイッチ制御信号を信号入力スイッチ制御信号の立ち上がりよりも、例えば１／２クロックだけ早めに立ち上げることによって、通常フィルタ回路から電気信号を出力する回路に電力が供給されてから電気信号の出力が安定するまでの時間を確保し、電気的接続状態が間欠的でなく連続的にスイッチング素子を切り換え制御したときと同様に、安定した出力を得ることが可能となる。
発明に係る第４のフィルタ装置は、前記フィルタ回路は、抵抗およびコンデンサを有するローパスフィルタであることを特徴とする。
上記のフィルタ装置によれば、制御手段のみの制御方法を変えるだけで、用途に合わせて各種のローパスフィルタを用いることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明におけるフィルタ装置によれば、フィルタ回路に電気信号を出力する回路に電力を供給するための電力供給スイッチング素子およびフィルタ回路に電気信号を入力するための信号入力スイッチング素子の電気的接続状態が間欠的になるように、信号入力スイッチング素子を切り換え制御することによって、スイッチング素子の電気的接続状態が間欠的にならないように信号入力スイッチング素子を切り換え制御しているときよりも、フィルタ回路およびフィルタ回路に電気信号を出力する回路でのフィルタリング処理に要する電力を抑えることができる。
【００１４】
同時に、フィルタ回路の抵抗の抵抗値およびキャパシタの容量値を小さくすることができる。これにより、抵抗およびキャパシタの体積も小さくなるため、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の内部にローパスフィルタを形成する場合にも、ＬＳＩ自体の面積を大幅に小さくすることができる。さらに、コストを抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るフィルタ装置１０の構成を示す回路図である。
【図２】スイッチ制御部１３の構成を示す回路図である。
【図３】スイッチ制御部１３から出力される信号に伴う各信号の動きを示すタイムチャートである。
【図４】スイッチ制御部１３から出力される信号に伴う各信号の動きを示すタイムチャートである。
【図５】従来のフィルタ回路の構成を示す回路図である。
【図６】従来のフィルタ回路における出力信号の波形の動きを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等の構成要素は同一符号によって示す。
（フィルタ装置１０の構成）
まず、図１を参照して、本発明に係るフィルタ装置１０の構成を説明する。図１は、本発明に係るフィルタ装置１０の構成を示す回路図である。
図１に示す本発明に係るフィルタ装置１０は、ローパスフィルタ回路１１、信号入力スイッチ１２およびスイッチ制御部１３を備えて構成される。
フィルタ装置１０の入力側には、フィルタ装置のフィルタ回路でフィルタリング処理する信号を出力するアナログ回路１６が接続される。アナログ回路１６は、昇圧回路や音声信号処理回路等のアナログ素子で構成される回路である。アナログ回路１６の内部には、スイッチ制御部１３から出力されるクロック制御信号φ１に合わせて、電力を供給・停止するための電力供給スイッチ１７がある。
【００１７】
ローパスフィルタ回路１１は、抵抗１４とキャパシタ１５とを有し、特定の低域周波数の信号のみを通過させるためのフィルタ回路である。本実施形態におけるローパスフィルタ回路１１は、低域周波数の帯域の信号を通過させるフィルタリング処理を行うフィルタ回路として説明する。
信号入力スイッチ１２は、例えばＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子であり、スイッチ制御部１３のクロック制御信号φ２によって電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換えられ、ローパスフィルタ回路１１に信号を入力するものである。
【００１８】
スイッチ制御部１３は、クロック制御信号φを生成するのと共に、このクロック制御信号φに合わせて、アナログ回路に電力を供給・停止するためのアナログ回路１６の電力供給スイッチ１７の電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換える動作を制御するための電力供給スイッチ制御用のクロック制御信号φ１、およびローパスフィルタ回路１１にアナログ信号を入力するための信号入力スイッチ１２の電気的接続状態と電気的切断状態とのいずれか一方に切り換える動作を制御するための信号入力スイッチ制御用のクロック制御信号φ２を生成するための回路である。
【００１９】
（スイッチ制御部１３の構成）
次に、図２を参照して、スイッチ制御部１３の構成を説明する。図２は、スイッチ制御部１３の構成を示す回路図である。
図２に示すスイッチ制御部１３は、３ビットカウンタ１３ａ、ＡＮＤ回路１３ｂ，１３ｃを備えて構成される。
３ビットカウンタ１３ａは、クロック制御信号φを入力し、０〜７、つまり（０００）2〜（１１１）2をカウントし、そのカウント値を出力する回路である。
【００２０】
ＡＮＤ回路１３ｂは、３ビットカウンタ１３ａから出力されるカウント値を入力して、（１１１）2が入力されたときに１（Ｈレベル）を出力し、それ以外のとき０（Ｌレベル）を出力する回路である。ＡＮＤ回路１３ｂから出力された値は、クロック制御信号φ１となる。
ＡＮＤ回路１３ｃは、クロック制御信号φとＡＮＤ回路１３ｂから出力される値とを入力して、クロック制御信号φからＬレベルが出力され、ＡＮＤ回路１３ｂからＨレベルが出力されたときにＨレベルを出力し、それ以外のとき０（Ｌレベル）を出力する回路である。ＡＮＤ回路１３ｃから出力された値は、クロック制御信号φ２となる。
【００２１】
（スイッチ制御部１３の動作）
続いて、図３および図４を参照して、スイッチ制御部１３の動作を説明する。図３および図４は、スイッチ制御部１３から出力される信号に伴う各信号の動きを示すタイムチャートである。
図３のタイムチャートに示すように、スイッチ制御部１３はクロック制御信号φを一定周期で出力する。
スイッチ制御部１３は、まず電力供給スイッチ１７の動作フェーズにおいて、クロック制御信号φの８クロックの期間のうち１クロックの期間、つまり１／８の期間だけクロック制御信号φ１をＨレベルで出力して、アナログ回路１６の電力供給スイッチ１７を電気的接続状態にする。これにより、アナログ回路１６に電力が供給され、アナログ回路１６からアナログ信号が出力される。このアナログ信号を、図３中にアナログ回路１６からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔとして示す。
【００２２】
アナログ回路１６の電力供給スイッチ１７を電気的接続状態になってから１／２クロック遅れて、スイッチ制御部１３は、信号入力スイッチ１２の動作フェーズにおいて、クロック制御信号φの８クロックのうち１／２クロック、つまり１／１６の時間だけクロック制御信号φ２を信号入力スイッチ１２を電気的接続状態にする。これにより、アナログ回路１６からローパスフィルタ回路１１にアナログ信号が入力される。
【００２３】
ローパスフィルタ回路１１からは、アナログ回路１６から出力されたアナログ信号をフィルダリング処理した信号が出力される。このアナログ信号をフィルダリング処理した信号を、図３中にローパスフィルタ回路１１からの出力信号Ｖｌｐｆ＿ｏｕｔとして示す。
アナログ回路１６からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔは、クロック制御信号φ１をＨレベルになると立ち上がり始め、クロック制御信号φ２がＨレベルになる前に立ち上がりが完了している。また、ローパスフィルタ回路１１からの出力信号Ｖｌｐｆ＿ｏｕｔは、クロック制御信号φ２がＨレベルになるフェーズのみで増加する。
【００２４】
次に、スイッチ制御部１３は、信号入力スイッチ１２の休止フェーズにおいて、クロック制御信号φの８クロックのうち７クロック、つまり１５／１６の時間だけ信号入力スイッチ１２をオフ状態にする。これにより、アナログ回路１６からローパスフィルタ回路１１にアナログ信号が入力されなくなる。
さらに、電力供給スイッチ１７の休止フェーズにおいて、クロック制御信号φの８クロックのうち１５／２クロックの期間、つまり７／８の期間だけクロック制御信号φ１をＨレベルで出力して、アナログ回路１６の電力供給スイッチ１７を電気的切断状態にする。これにより、アナログ回路１６に電力が供給されなくなり、アナログ回路１６からアナログ信号が出力されなくなる。
【００２５】
休止フェーズではアナログ回路１６からの出力信号Ｖａ＿ｏｕｔが無くても、フィルタリング処理を行うことができるフェーズである。従って、動作フェーズのみアナログ回路１６に電力を供給し、アナログ回路１６の電力供給スイッチ１７を電気的接続状態にしなくても、動作フェーズおよび休止フェーズで連続して電力を供給しているときと同じ出力を得ることができる。
【００２６】
このように、信号入力スイッチ１２および電力供給スイッチ１７の電気的接続状態が間欠的になるように各スイッチを切り換え制御することによって、フィルタリング処理で消費する電力は従来技術における連続動作しているときの１／８となる。また、ローパスフィルタ回路１１にアナログ信号を入力するための信号入力スイッチ１２が電気的接続状態となる時間は、従来技術における連続動作しているときの１／１６となる。このため、周波数ｆｃ＝２π（１／１６ＲＣ）となり、抵抗１４の抵抗値Ｒおよびキャパシタ１５の容量値Ｃを連続で制御しているときの１／１６にすることができる。
【００２７】
このように、抵抗１４の抵抗値Ｒおよびキャパシタ１５の容量値Ｃを小さくすることができるため、抵抗１４およびキャパシタ１５の体積も小さくなる。抵抗１４およびキャパシタ１５の面積は、抵抗１４およびキャパシタ１５の値と比例するので、抵抗１４の抵抗値Ｒおよびキャパシタ１５の容量値Ｃを１／１６にすると、面積も１／１６にすることができる。特に、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の内部にローパスフィルタを形成する場合には、ＬＳＩ自体の面積を大幅に小さくすることができるのと同時に、コストを抑えることもできる。
【００２８】
なお、通常アナログ回路１６は、電力供給スイッチ１７を電気的接続状態となり、電源が供給されてから出力が安定するまで一定の時間が必要である。このため、クロック制御信号φ１を、クロック制御信号φ２よりも１／２クロックだけ早めに立ち上げる。また、クロック制御信号φ１を起ち下げるときには、クロック制御信号φ２を起ち下げた後、クロック制御信号φ１を起ち下げることで、信号入力スイッチ１２が電気的切断状態になってから、アナログ回路１６への電力の供給を停止すれば良い。
【００２９】
また、図４のタイムチャートに示すように、図３のタイムチャートより時間を長くしてみると、上記の動作により、動作フェーズのみ電力を供給しているが、図６に示した従来のフィルタ回路で説明したように連続して電力を供給しているときと同じ出力を得られることがわかる。
このように、フィルタ装置１０の前段に接続されるアナログ回路１６は連続して電力を供給しているときよりも少ない電力で動作することができるものでありながら、フィルタ装置１０に新たに制御用の回路等を設けることなく、従来のフィルタ回路と同様のフィルタリング処理を行うことができる。
【００３０】
なお、本実施形態におけるフィルタ装置では、ローパスフィルタ１１で説明したがこれに限定されず、アナログ回路から出力される信号のフィルタリング処理を行うフィルタ回路であれば、例えばハイパスフィルタも適用することができる。
また、クロック制御信号φ２をＨレベルにする時間も、クロック制御信号φ１よりも短い時間、つまりオーバーラップしない時間であれば、アナログ回路やフィルタ特性に応じて、任意の時間に設定することができる。
【００３１】
（まとめ）
スイッチ制御部１３は、動作フェーズにおいて、クロック制御信号φ１をクロック制御信号φの８クロックのうち１クロック、つまり１／８の時間だけ電力供給スイッチ１７を電気的接続状態にする。次に、スイッチ制御部１３は、クロック制御信号φ２をクロック制御信号φの８クロックのうち１／２クロック、つまり１／１６の時間だけ信号入力スイッチ１２を電気的接続状態にする。この電気的接続状態が間欠的になるように各スイッチを切り換え制御することによって、連続で制御しているときと比較して、フィルタリング処理で消費する電力を１／８に少なくし、抵抗１４の抵抗値Ｒおよびキャパシタ１５の容量値Ｃを１／１６に小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
特に、小型かつ少電力で動作する電子機器向けのフィルタ装置として利用される。
【符号の説明】
【００３３】
１０                    フィルタ装置
１１                    フィルタ回路
１２                    信号入力スイッチ
１３                    スイッチ制御部
１４                    抵抗
１５                    キャパシタ
１６                    アナログ回路
１７                    電力供給スイッチ
【図１】
2011130069.tif 000003
【図２】
2011130069.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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