(57)【要約】【課題】  Ｑ値が大きい場合であっても、回路が発振したり、共振周波数付近でノイズが増大するのを抑制することができる多重帰還形ＢＰＦ回路を提供する。【解決手段】  非反転入力端子が接地されたオペレーショナルアンプ１５と、直列接続された入力コンデンサー１３及び抵抗素子１４を介してオペレーショナルアンプ１５の反転入力端子に接続され、入力信号が供給される外部入力端子１１と、第１帰還路コンデンサー１６を介してオペレーショナルアンプ１５の出力を反転入力端子に帰還させる第１帰還経路Ａ１と、並列接続された第２帰還路抵抗素子１７及び第２帰還路コンデンサー１８を介してオペレーショナルアンプ１５の出力を入力コンデンサー１３及び抵抗素子１４間の接続点Ｂ１に帰還させる第２帰還経路Ａ２により構成される。【選択図】  図１
2008271442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非反転入力端子が接地されたオペレーショナルアンプと、
直列接続された第１容量素子及び第１抵抗素子を介して上記オペレーショナルアンプの反転入力端子に接続され、入力信号が供給される外部入力端子と、
第２容量素子を介して上記オペレーショナルアンプの出力を上記反転入力端子に帰還させる第１帰還経路と、
並列接続された第２抵抗素子及び第３容量素子を介して上記オペレーショナルアンプの出力を上記第１容量素子及び上記第１抵抗素子間に帰還させる第２帰還経路とを備えたことを特徴とする多重帰還形ＢＰＦ回路。
【請求項２】
上記第２容量素子の静電容量と、上記第１抵抗素子の抵抗及び上記第２抵抗素子の抵抗の和との積Ａ、並びに、上記第３容量素子の静電容量と、上記第２抵抗素子の抵抗との積Ｂについて、Ａ／（Ａ＋Ｂ）及びＢ／（Ａ＋Ｂ）がいずれも入力信号及び出力信号間の電圧比を示す伝達関数におけるＱ値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の多重帰還形ＢＰＦ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重帰還形ＢＰＦ回路に係り、さらに詳しくは、非反転入力端子が接地されたオペレーショナルアンプの反転入力端子に容量素子を介して入力信号が供給される多重帰還形ＢＰＦ回路の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、特定の周波数信号に対して選択性を有する回路は、フィルタ回路と呼ばれている。フィルタ回路には、特定の周波数以下の信号成分を通過させ、より高い周波数成分を抑制するローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路、特定の周波数以上の信号成分を通過させ、より低い周波数成分を抑制するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）回路、特定の周波数帯域の信号成分のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）回路などが知られている。また、容量素子及び抵抗素子により構成されるフィルタ回路にオペレーショナルアンプ（operational amplifier：演算増幅器）などの能動素子を用いて信号成分の減衰を抑制させるフィルタ回路は、アクティブフィルタと呼ばれている。
【０００３】
オペレーショナルアンプを用いた多重帰還形のＢＰＦ回路は、上述したアクティブフィルタであり、非反転入力端子が接地されたオペレーショナルアンプの反転入力端子に直列結合された容量素子Ｃ１及び抵抗素子Ｒ１を介して入力信号が供給される。そして、オペレーショナルアンプの出力が、容量素子Ｃ２を介して上記反転入力端子に帰還されるとともに、直列結合された抵抗素子Ｒ２及び抵抗素子Ｒ１を介して上記反転入力端子に帰還される。
【０００４】
図３は、従来の多重帰還形ＢＰＦ回路の構成を示した図である。この多重帰還形ＢＰＦ回路１００は、外部入力端子１０１、出力端子１０２、入力コンデンサー１０３、抵抗素子１０４、オペレーショナルアンプ１０５、第１帰還路コンデンサー１１１及び第２帰還路抵抗素子１２１からなる。オペレーショナルアンプ１０５は、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、これらの入力端子間の電位差により動作する差動増幅回路である。ＢＰＦ回路１００では、オペレーショナルアンプ１０５の非反転入力端子が接地されている。入力コンデンサー１０３及び抵抗素子１０４は、外部入力端子１０１に対して直列接続され、外部入力端子１０１に供給された入力信号をオペレーショナルアンプ１０５の反転入力端子に入力する。オペレーショナルアンプ１０５には、第１帰還路コンデンサー１１１を介してオペレーショナルアンプ１０５の出力を反転入力端子に帰還させる第１帰還経路１１０と、第２帰還路抵抗素子１２１を介してオペレーショナルアンプ１０５の出力を入力コンデンサー１０３及び抵抗素子１０４間の接続点に帰還させる第２帰還経路１２０とが設けられている。
【０００５】
このＢＰＦ回路１００では、入力信号及び出力信号間の電圧比を示す伝達関数Ｔ（ｓ）、中心角周波数ω０及びＱ値（Quality factor）が、入力コンデンサー１０３及び第１帰還路コンデンサー１１１の静電容量をそれぞれＣ１及びＣ２とし、抵抗素子１０４及び第２帰還路抵抗素子１２１の抵抗をそれぞれＲ１及びＲ２として、次式（１）〜（３）により表される。
【数１】
2008271442.tif 000003
【０００６】
また、ＢＰＦ回路１００の一巡ループ利得ＡＬは、次式（４）により表される。
【数２】
2008271442.tif 000004
【０００７】
Ｑ値が大きくなると、１／Ｑはゼロに近づくので、一巡ループ利得ＡＬの絶対値が１に近づくことが、上式（４）から理解できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の多重帰還形ＢＰＦ回路１００では、Ｑ値が大きい場合に、一巡ループ利得ＡＬが１に近い値となるので、回路が発振し、或いは、共振周波数付近でノイズが増大してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｑ値が大きい場合であっても、回路が発振したり、共振周波数付近でノイズが増大するのを抑制することができる多重帰還形ＢＰＦ回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の本発明による多重帰還形ＢＰＦ回路は、非反転入力端子が接地されたオペレーショナルアンプと、直列接続された第１容量素子及び第１抵抗素子を介して上記オペレーショナルアンプの反転入力端子に接続され、入力信号が供給される外部入力端子と、第２容量素子を介して上記オペレーショナルアンプの出力を上記反転入力端子に帰還させる第１帰還経路と、並列接続された第２抵抗素子及び第３容量素子を介して上記オペレーショナルアンプの出力を上記第１容量素子及び上記第１抵抗素子間に帰還させる第２帰還経路とを備えて構成される。
【００１１】
この多重帰還形ＢＰＦ回路では、第３容量素子を介してオペレーショナルアンプの出力を第１容量素子及び第１抵抗素子間に帰還させる帰還経路を新たに設けたことにより、Ｑ値が大きい場合であっても、一巡ループ利得を１よりも十分に小さな値とすることができる。
【００１２】
第２の本発明による多重帰還形ＢＰＦ回路は、上記構成に加え、上記第２容量素子の静電容量と、上記第１抵抗素子の抵抗及び上記第２抵抗素子の抵抗の和との積Ａ、並びに、上記第３容量素子の静電容量と、上記第２抵抗素子の抵抗との積Ｂについて、Ａ／（Ａ＋Ｂ）及びＢ／（Ａ＋Ｂ）がいずれも入力信号及び出力信号間の電圧比を示す伝達関数におけるＱ値よりも大きいように構成される。この様な構成によれば、Ａ／（Ａ＋Ｂ）及びＢ／（Ａ＋Ｂ）がいずれもＱ値よりも大きいので、Ｑ値が大きい場合であっても、Ａ／{（Ａ＋Ｂ）Ｑ}及びＢ／{（Ａ＋Ｂ）Ｑ}はゼロに近づくことはない。従って、Ｑ値が大きい場合に、一巡ループ利得の絶対値が１に近づくのを防ぐことができるので、回路が発振し、或いは、共振周波数付近でノイズが増大するのを抑制することができる多重帰還形ＢＰＦ回路を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による多重帰還形ＢＰＦ回路によれば、第３容量素子を介してオペレーショナルアンプの出力を第１容量素子及び第１抵抗素子間の接続点に帰還させる帰還経路を新たに設けたことにより、Ｑ値が大きい場合であっても、一巡ループ利得を１よりも十分に小さな値とすることができるので、回路が発振したり、共振周波数付近でノイズが増大するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態による多重帰還形ＢＰＦ回路１の一構成例を示した図である。この多重帰還形ＢＰＦ回路１は、外部入力端子１１、外部出力端子１２、入力コンデンサー１３、抵抗素子１４、オペレーショナルアンプ１５、第１帰還路コンデンサー１６、第２帰還路抵抗素子１７及び第２帰還路コンデンサー１８により構成される。
【００１５】
オペレーショナルアンプ１５は、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、これらの入力端子間の電位差により動作する差動増幅回路である。オペレーショナルアンプ１５の非反転入力端子は接地され、反転増幅器として使用される。コンデンサー１３、１６及び１８は、いずれも容量素子であり、所定の静電容量を有している。
【００１６】
外部入力端子１１は、直列接続された入力コンデンサー１３及び抵抗素子１４を介してオペレーショナルアンプ１５の反転入力端子に接続され、入力信号が供給される。外部出力端子１２には、オペレーショナルアンプ１５の出力端子が接続され、信号が出力される。
【００１７】
また、オペレーショナルアンプ１５には、第１帰還路コンデンサー１６を介してオペレーショナルアンプ１５の出力を反転入力端子に帰還させる第１帰還経路Ａ１と、並列接続された第２帰還路抵抗素子１７及び第２帰還路コンデンサー１８を介してオペレーショナルアンプ１５の出力を入力コンデンサー１３及び抵抗素子１４間の接続点Ｂ１に帰還させる第２帰還経路Ａ２とが設けられている。
【００１８】
すなわち、第１帰還路コンデンサー１６は、オペレーショナルアンプ１５の出力端子及び外部出力端子１２間の接続点Ｂ３と、抵抗素子１４及びオペレーショナルアンプ１５の反転入力端子間の接続点Ｂ２との間に接続されている。また、第２帰還路抵抗素子１７及び第２帰還路コンデンサー１８は、接続点Ｂ３と、入力コンデンサー１３及び抵抗素子１４間の接続点Ｂ１との間に並列に接続されている。
【００１９】
外部入力端子１１に供給された入力信号は、入力コンデンサー１３を介して接続点Ｂ１に伝達され、抵抗素子１４を介してオペレーショナルアンプ１５の反転入力端子に入力される。オペレーショナルアンプ１５の出力は、第１帰還路コンデンサー１６を介してオペレーショナルアンプ１５の反転入力端子に供給される。また、オペレーショナルアンプ１５の出力は、第２帰還路抵抗素子１７を介して接続点Ｂ１に供給されるとともに、第２帰還路コンデンサー１８を介して接続点Ｂ１に供給され、抵抗素子１４を介してオペレーショナルアンプ１５の反転入力端子に入力される。
【００２０】
図２は、図１の多重帰還形ＢＰＦ回路１において外部入力端子を接地させた場合の回路構成を示した図である。ここでは、入力コンデンサー１３、第１帰還路コンデンサー１６及び第２帰還路コンデンサー１８の静電容量をそれぞれＣ１１、Ｃ１２及びＣ１３とし、抵抗素子１４及び第２帰還路抵抗素子１７の抵抗をそれぞれＲ１１及びＲ１２とする。
【００２１】
この多重帰還形ＢＰＦ回路１では、入力信号及び出力信号間の電圧比を示す伝達関数Ｔ（ｓ）、中心角周波数ω０及びＱ値（Quality factor）が、次式（５）〜（７）により表される。
【数３】
2008271442.tif 000005
【００２２】
また、ＢＰＦ回路１の一巡ループ利得ＡＬを図２より求めると、次式（８）及び（９）により表される。
【数４】
2008271442.tif 000006
【００２３】
Ｑ値が大きくても、Ｃ１３Ｒ１２／ｍ、及び、Ｃ１２（Ｒ１１＋Ｒ１２）／ｍがＱ値と同程度か、Ｑ値よりも大きければ、Ｃ１３Ｒ１２／（ｍＱ）及びＣ１２（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（ｍＱ）はゼロに近づくことはない。すなわち、Ｑ値が大きい場合であっても、第１帰還路コンデンサー１６の静電容量Ｃ１２と、抵抗素子１４の抵抗Ｒ１１及び第２帰還路抵抗素子１７の抵抗Ｒ１２の和（Ｒ１１＋Ｒ１２）との積Ａ＝Ｃ１２（Ｒ１１＋Ｒ１２）、並びに、第２帰還路コンデンサー１８の静電容量Ｃ１３と、第２帰還路抵抗素子１７の抵抗Ｒ１２との積Ｂ＝Ｃ１３Ｒ１２について、Ａ／（Ａ＋Ｂ）及びＢ／（Ａ＋Ｂ）がいずれもＱ値と同程度か、或いは、Ｑ値よりも大きければ、Ａ／{（Ａ＋Ｂ）Ｑ}及びＢ／{（Ａ＋Ｂ）Ｑ}がゼロに近づくことはない。従って、Ｑ値が大きい場合であっても、一巡ループ利得ＡＬの分母及び分子における虚数部はゼロに近づかないので、一巡ループ利得ＡＬの絶対値が１に近づくのを抑制することができることが、上式（８）から理解できる。
【００２４】
Ｃ１３Ｒ１２及びＣ１２（Ｒ１１＋Ｒ１２）を大きくした際に、Ｑ値も大きくする具体的な方法としては、例えば、上式（７）において分子にのみ含まれている入力コンデンサー１３の静電容量Ｃ１１を十分に大きくすることが考えられる。
【００２５】
従って、Ｑ値が大きい場合であっても、一巡ループ利得ＡＬの絶対値が１に近づくことを抑制することができるので、回路が発振し、或いは、共振周波数付近でノイズが増大するのを防止することができる。
【００２６】
本実施の形態によれば、第２帰還路コンデンサー１８を介してオペレーショナルアンプ１５の出力を入力コンデンサー１３及び抵抗素子１４間の接続点Ｂ１に帰還させる帰還経路を新たに設けたことにより、Ｑ値が大きい場合であっても、一巡ループ利得ＡＬを１よりも十分に小さな値とすることができる。特に、Ｑ値が大きい場合であっても、Ｃ１３Ｒ１２／ｍ、及び、Ｃ１２（Ｒ１１＋Ｒ１２）／ｍがＱ値よりも大きいので、共振周波数付近において一巡ループ利得ＡＬが１に近づくのを抑制することができ、低雑音化された多重帰還形ＢＰＦ回路を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態による多重帰還形ＢＰＦ回路１の一構成例を示した図である。
【図２】図１の多重帰還形ＢＰＦ回路１において外部入力端子を接地させた場合の回路構成を示した図である。
【図３】従来の多重帰還形ＢＰＦ回路の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  多重帰還形ＢＰＦ回路
１１  外部入力端子
１２  外部出力端子
１３  入力コンデンサー
１４  抵抗素子
１５  オペレーショナルアンプ
１６  第１帰還路コンデンサー
１７  第２帰還路抵抗素子
１８  第２帰還路コンデンサー
Ａ１  第１帰還経路
Ａ２  第２帰還経路
Ｂ１〜Ｂ３  接続点
【図１】
2008271442.tif 000007
【図２】
2008271442.tif 000008
【図３】
2008271442.tif 000009