(57)【要約】【課題】動作電圧に偏りがある場合であっても、電源マージンを十分確保できる整流・平滑回路を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、整流・平滑回路１００に、交流電圧信号の入力信号から半波整流信号を生成する半波整流器１０１と、入力信号と半波整流信号とを加算して得る電圧信号から電流信号を生成する加算器１０２と、電流信号を伝達する電流伝送回路１０３と、電流信号から直流電圧信号を生成する平滑器１０４と、を備える。【選択図】図１
2008199320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧信号を入力信号とし、該入力信号に対して半波整流を行って半波整流信号を生成する半波整流器と、
前記入力信号と前記半波整流信号とを所定の比率で加算して、前記入力信号に対して全波整流を行って全波整流信号を生成する加算器と、
該加算器から出力される全波整流信号を電流・電流変換する電流伝送回路と、
該全波整流信号を平滑化して直流電圧信号を生成する平滑器と、
を備える整流・平滑回路。
【請求項２】
前記加算器は、前記入力信号と前記半波整流信号とを所定の比率で加算した交流電圧信号を入力とし、該信号の電位に応じて生じる交流電流信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の整流・平滑回路。
【請求項３】
前記電流伝送回路は、カレントミラーで構成されることにより、前記交流電流信号を前記平滑器に伝達する、
ことを特徴とする請求項１に記載の整流・平滑回路。
【請求項４】
前記平滑器は、オペアンプに対してキャパシタと抵抗とを並列に接続してなるトランスインピーダンスアンプで構成され、入力される電流信号をトランスインピーダンス利得によって電圧信号に変換する、
ことを特徴とする請求項１に記載の整流・平滑回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号処理等に使用する整流・平滑回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アナログ信号等の信号処理における様々な場面で、信号を整流し平滑化する整流・平滑回路（例えば、ＡＣ−ＤＣ変換回路）が用いられる。
図４は、整流・平滑回路の一般的な構成の例を示す図である。
【０００３】
図４に示す整流・平滑回路４００は、抵抗Ｒ４０１と、抵抗Ｒ４０２〜Ｒ４０４とダイオードＤ４０１及びＤ４０２とオペアンプＡ４０１とで構成される半波整流器と、抵抗Ｒ４０５とオペアンプＡ４０２とで構成される加算器と、キャパシタＣ４０１と抵抗Ｒ４０６とオペアンプＡ４０３とで構成される平滑回路と、を備える。
【０００４】
入力信号Ｖｉｎは、抵抗Ｒ４０１を介して加算器に入力される。また、入力信号Ｖｉｎは、半波整流器を介して加算器に入力される。そして、両信号は、加算器において所定の割合で加算されて全波整流される。そして、平滑回路によって平滑化されて一定の直流信号が得られる。
【０００５】
この技術に関して、特許文献１には、簡素な回路構成で安価な電流変換回路について開示されている。また、特許文献２には、簡易な回路で入力電圧の和を電流として出力するとともに、電源電圧時の減電圧時の特性を改善する電圧電流変換回路について開示されている。また、特許文献３には、電源電圧が変動しても検出できる信号レベルが変動しない信号検出回路について開示されている。また、特許文献４には、周囲温度に依存することなく高い周波数までの入力信号を整流し得る構成を有する整流回路について開示されている。
【０００６】
ここで、図４に示した整流・平滑回路４００に図５の（ａ）に示した信号が入力された場合を考えると、加算器には、抵抗Ｒ４０１を介して得られる基本信号Ｖｉｎ１と、半波整流器を介して得られる半波整流信号（図５の（ｂ）に示す信号）Ｖｉｎ２と、が入力される。そして、両信号が加算器によって加算されて全波整流された信号Ｖ２が得られる。この時、抵抗Ｒ４０５を流れる電流をＩ４０５とすると、次式が成り立つ。
【０００７】
Ｖｉｎ１／Ｒ４０１  ＋  Ｖｉｎ２／Ｒ４０４  ＝Ｉ４０５            ・・・（１）
０    −  Ｒ４０５  ＊  Ｉ４０５            ＝Ｖ２                ・・・（２）
その結果、加算器の出力信号Ｖ２は、
Ｖ２  ＝  −Ｒ４０５＊（Ｖｉｎ１／Ｒ４０１  ＋Ｖｉｎ２／Ｒ４０４）・・・（３）
となり（図５の（ｃ）に示す信号）、ＡＣ−ＤＣ変換途中の信号の正負が反転してしまう（以下、「反転動作」という）。
【０００８】
一方、ハードウェアや設計、使用環境等の制約から、制限された動作範囲（例えば、ＶＣＣ＝７．５Ｖ、ＶＥＥ＝−２．５Ｖ）で動作する整流・平滑回路を要求される場合がある。この場合、上述した反転動作が問題となる。例えば、ＶＣＣ＝７．５Ｖ、ＶＥＥ＝−２．５Ｖの場合、ＶＥＥ側の電源マージンを十分に確保することが難しくなる。
【０００９】
なお、上述したように動作電圧の上限値（例えば、ＶＣＣ）と下限値（例えば、ＶＥＥ）とが非対称である場合、又は、動作電源の中心電圧が０Ｖでない場合を、以下、「動作電圧に偏りがある」場合という。
【特許文献１】特開昭６０−０８３４０８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２０８７０２号公報
【特許文献３】特開昭６３−１２２３１２号公報
【特許文献４】特開平０６−０５４５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、動作電圧に偏りがある場合であっても、電源マージンを十分確保できる（特に負電源の制約を受けない）整流・平滑回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る整流・平滑回路は、交流電圧信号を入力信号とし、該入力信号に対して半波整流を行って半波整流信号を生成する半波整流器と、前記入力信号と前記半波整流信号とを所定の比率で加算して、前記入力信号に対して全波整流を行って全波整流信号を生成する加算器と、該加算器から出力される全波整流信号を電流・電流変換する電流伝送回路と、該全波整流信号を平滑化して直流電圧信号を生成する平滑器と、を備える。
【００１２】
本発明によると、加算器が、交流電圧の入力信号と、入力信号の半波整流信号と、を所定の比率で加算することにより、入力信号に対して全波整流を行って全波整流信号を生成する。この全波整流信号は、電流伝送回路で電流・電流変換される。そして、平滑器が、この全波整流信号を平滑化して直流電圧信号を生成する。
【００１３】
ここで、加算器が生成する全波整流信号は電流信号であるので、極微少な電流によって、加算器から平滑器に当該信号を伝達することができる。その結果、例えば、動作電圧に偏りがある場合であっても、電源マージンを十分に確保することが容易となる。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明によると、動作電圧に偏りがある場合であっても、電源マージンを十分確保できる（特に負電源の制約を受けない）整流・平滑回路を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の態様について図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例に係る整流・平滑回路１００の概要を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施例に係る整流・平滑回路１００は、入力される交流電圧信号から半波整流信号を生成する半波整流器１０１と、入力信号と半波整流信号とを加算して得る全波整流信号を交流電流信号として出力する加算器１０２と、交流電流信号を伝達する電流伝送回路１０３と、交流電流信号から直流電圧信号を生成する平滑器１０４と、を備える。
【００１６】
半波整流器１０１には、交流電圧信号である入力信号が入力される。半波整流器１０１は、入力信号に対して半波整流を行って得る半波整流信号を加算器１０２に出力する。また、加算器１０２に出力には、入力信号が直接入力される。
【００１７】
加算器１０２は、両信号に対して所定の割合で加算処理を行う。そして、入力信号を全波整流した全波整流信号を電流伝送回路１０３に出力する。この時、本実施例に係る加算器１０２は、交流電流信号を出力する。電流伝送回路１０３は、加算器１０２が出力する全波整流信号を後段の平滑器１０４に伝達する。
【００１８】
平滑器１０４は、全波整流信号（交流電流信号）を交流電圧信号に変換するとともに平滑化し、直流電圧信号を生成する。
図２は、本発明の実施例に係る整流・平滑回路１００の具体的な構成例を示す図である。
【００１９】
図２に示す整流・平滑回路１００は、抵抗Ｒ１０１と、抵抗Ｒ１０２〜Ｒ１０４とダイオードＤ１０１及びＤ１０２とオペアンプＡ１０１とで構成される半波整流器１０１と、オペアンプＡ１０２で構成される加算器１０２と、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ１０１及びＱ１０３とＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ１０２、Ｑ１０４及びＱ１０５と抵抗Ｒ１０５〜Ｒ１０７とで構成される電流伝送回路１０３と、キャパシタＣ１０１と抵抗Ｒ１０８とオペアンプＡ１０３とで構成される平滑器１０４と、を備える。
【００２０】
なお、本実施例に係る整流・平滑回路１００では、抵抗Ｒ１０１〜Ｒ１０３に１００ｋΩ、抵抗Ｒ１０４、Ｒ１０７に５０ｋΩ、抵抗Ｒ１０５〜Ｒ１０６に１０ｋΩ、抵抗Ｒ１０８に２００ｋΩの抵抗を使用し、キャパシタＣ１０１に０．４７μＦのキャパシタを使用したが、この構成に限定する趣旨でないのは当然である。
【００２１】
入力端子Ｖｉは、抵抗Ｒ１０１を介して、加算器１０２を構成するオペアンプＡ１０２の入力端子（−側）に接続される。
半波整流器１０１において、抵抗Ｒ１０２とダイオードＤ１０１とＤ１０２と抵抗Ｒ１０４は直列に接続され、さらに、オペアンプＡ１０２の入力端子（−側）と接続される。また、抵抗Ｒ１０３とダイオードＤ１０１及びＲ１０２とが並列に接続される。そして、オペアンプＡ１０１の入力端子（−側）には、抵抗Ｒ１０２を介して入力端子Ｖｉが接続されるとともに、もう一方の入力端子（＋側）には、ＧＮＤが接続される。そして、オペアンプＡ１０１の出力端子は、ダイオードＤ１０１−Ｄ１０２間に接続される。
【００２２】
加算器１０２において、オペアンプＡ１０２の入力端子（−側）は、トランジスタＱ１０１のエミッタと接続され、入力端子（＋側）は、ＧＮＤと接続される。
電流伝送回路１０３において、トランジスタＱ１０１とＱ１０２、Ｑ１０３とＱ１０４は、それぞれ直列に接続される。トランジスタＱ１０３のエミッタは、オペアンプＡ１０３の入力端子（−側）に接続される。トランジスタＱ１０１のベースとＱ１０３のベースは、オペアンプＡ１０２の出力端子に接続される。
【００２３】
また、トランジスタＱ１０２のベースとＱ１０４のベースとは互いに接続される。トランジスタＱ１０２のエミッタとＱ１０４のエミッタは、それぞれ抵抗Ｒ１０５、Ｒ１０６を介してＶＥＥに接続される。トランジスタＱ１０２のコレクタ−ベース間に、トランジスタＱ１０５が接続され、トランジスタＱ１０２、Ｑ１０４及びＱ１０５によってカレントミラーを構成する。トランジスタＱ１０２（Ｑ１０４）のベース−ＶＥＥ間に抵抗Ｒ１０７が接続される。
【００２４】
なお、本実施例に係る電流伝送回路１０３では、トランジスタＱ１０２のコレクタ−ベース間にトランジスタＱ１０５を使用したが、コレクタ−ベース間を直接接続しても良い。この場合、抵抗Ｒ１０７も不要である。
【００２５】
平滑器１０４は、オペアンプＡ１０３の入力端子（−側）−出力端子間に、抵抗Ｒ１０８とキャパシタＣ１０１とを並列に接続したトランスインピーダンスアンプで構成される。ここで、トランスインピーダンスアンプとは、電流信号を電圧信号に変換するアンプをいう。
【００２６】
増幅器１０５は、平滑器１０４からの出力信号を抵抗Ｒ１０９とＲ１１０とで分圧した後に、分圧した信号をオペアンプＡ１０４で所定のレベルにまで増幅して出力する回路である。
【００２７】
以上の構成において、入力端子Ｖｉに図３に示す波形（ａ）が入力された場合を考える。
入力端子Ｖｉは、抵抗Ｒ１０１を介して加算器１０２と接続されているので、加算器１０２の入力端子（−側）には、波形（ａ）の信号Ｖｉｎ１が入力される。また、入力端子Ｖｉは、半波整流器１０１を介して加算器１０２と接続されているので、加算器１０２の入力端子（−側）には、波形（ｂ）の信号Ｖｉｎ２が入力される。
【００２８】
ここで、オペアンプＡ１０２の入力端子（−側）と入力端子（＋側）とは、イマジナリショートの状態にあるので、オペアンプＡ１０２の入力端子（−側）は、波形（ｃ）の状態となる。
【００２９】
一方、オペアンプＡ１０２の入力端子（−側）には、信号Ｖｉｎ１とＶｉｎ２とが所定の割合（本実施例では、２：１）で加算されて全波整流された信号が入力される。また、オペアンプＡ１０２の出力端子は、トランジスタＱ１０１及びＱ１０３のベースと接続されているので、両ベースには全波整流信号（交流電圧信号）が入力される。したがって、トランジスタＱ１０１のエミッタには、図３に示す波形（ｄ）の電流Ｉ１０１が流れる。
【００３０】
トランジスタＱ１０２、Ｑ１０４及びＱ１０５はカレントミラーを構成しているので、トランジスタＱ１０３のエミッタ−コレクタ間は、図３に示す波形（ｅ）の電流Ｉ１０３が流れる。
【００３１】
ここで、平滑器１０４の出力電圧Ｖ３とすると、入力電流Ｉ１０３と出力電圧Ｖ３とには次式の関係が成り立つ。
Ｖ３  ＝  Ｒ１０８／（１＋ｓ＊Ｃ１０１＊Ｒ１０８）＊Ｉ１０３  ・・・  （４）
したがって、平滑器１０４は、交流電流信号Ｉ１０３をトランスインピーダンス利得によって電圧信号に変換するとともに、１次フィルタによって平滑化する。そして、図３の波形（ｆ）に示す出力信号（直流電圧信号）を出力する。
【００３２】
ここで、本実施例に係る電流伝送回路１０３では、トランジスタＱ１０２のコレクタ−ベース間に、トランジスタＱ１０５を使用している。これは、抵抗Ｒ１０７で決まるトランジスタＱ１０５のコレクタ電流を小さくすることで、トランジスタＱ１０２（又はＱ１０４）のベース−エミッタ間に流れ込むベース電流を小さくすることができるからである。
【００３３】
以上の説明において、本実施例に係る電流伝送回路１０３は、バイポーラトランジスタによって構成した場合の例を示しているが、例えば、ＭＯＳトランジスタによっても実現可能であることは当然である。
【００３４】
以上に説明したように、本実施例に係る整流・平滑回路１００において、加算器１０２は、入力信号（交流電圧信号）とその半波整流信号とを加算して得られる全波整流信号を交流電流信号として出力する。そして、電流伝送回路１０３は、当該電流信号を平滑器１０４に伝達する。さらに、平滑器１０４は、交流電流信号から直流電圧信号を生成して出力する。
【００３５】
したがって、加算器１０２−平滑器１０４間の信号は、微少な電流信号で伝達することができるので、動作電圧に偏りがある場合であっても電源マージンを十分に確保することが可能となる。その結果、信号処理時に電圧マージンが不足して信号が歪む等の問題を回避することができる。また、信号処理にの信号に歪みが生じないので、動作電圧に偏りがある場合であっても、信号の変換精度を低下することなく整流し、かつ平滑化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係る整流・平滑回路の概要を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る整流・平滑回路の具体的な構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る整流・平滑回路における主要部の信号波形の例を示す図である。
【図４】整流・平滑回路の一般的な構成の例を示す図である。
【図５】図４に示した整流・平滑回路における主要部の信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００    ・・・  整流・平滑回路
１０１    ・・・  半波整流器
１０２    ・・・  加算器
１０３    ・・・  電流伝送回路
１０４    ・・・  平滑器
【図１】
2008199320.tif 000003
【図２】
2008199320.tif 000004
【図３】
2008199320.tif 000005
【図４】
2008199320.tif 000006
【図５】
2008199320.tif 000007