(57)【要約】【課題】電源にノイズが印加されたとしても出力信号のエイリアシングを回避することができるサンプルホールド回路装置を提供する。【解決手段】定電流生成部１５１は、電源２００の電源電圧に基づいて抵抗１５１ｂの大きさに応じた定電流を生成する。周波数検知部１５３は電源２００にノイズが印加されたか否かを検知する。可変抵抗部１５４は、周波数検知部１５３によってノイズが検知された場合、抵抗１５１ｂに流れる電流の一部を流すことにより抵抗１５１ｂに流れる電流量を変化させる。これにより、発振回路部１５２は周波数信号のサンプルホールド周期を変化させる。したがって、電源２００にノイズが印加された場合にエイリアシングが発生する周波数からサンプルホールド周期が変更されるので、出力信号のエイリアシングを回避することができる。【選択図】図１
2016116053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗（１５１ｂ）を有し、電源（２００）の電源電圧に基づいて前記抵抗（１５１ｂ）の大きさに応じた定電流を生成する定電流生成部（１５１）と、
前記定電流生成部（１５１）で生成された前記定電流に基づいて所定のサンプルホールド周期の周波数信号を生成する発振回路部（１５２）と、
前記電源（２００）に接続されていると共に、前記電源（２００）にノイズが印加された場合に前記定電流生成部（１５１）で生成される前記定電流の大きさを調整することにより、前記発振回路部（１５２）の前記サンプルホールド周期を変化させる調整部（１５３、１５４、１５６、１５７、１５８）と、
外部から入力信号を入力し、前記発振回路部（１５２）によって生成された前記周波数信号に従って前記入力信号をサンプルホールドすると共に出力信号として出力するサンプルホールド部（１５５）と、
を備えていることを特徴とするサンプルホールド回路装置。
【請求項２】
前記調整部（１５３、１５４、１５６、１５７、１５８）は、
前記電源（２００）に前記ノイズが印加されたか否かを検知する周波数検知部（１５３）と、
前記周波数検知部（１５３）によって前記ノイズが検知された場合、前記抵抗（１５１ｂ）に流れる電流の一部を流すことにより前記抵抗（１５１ｂ）に流れる電流量を変化させて前記定電流生成部（１５１）で生成される前記定電流の大きさを変化させることにより、前記発振回路部（１５２）の前記サンプルホールド周期を変化させる可変抵抗部（１５４）と、
を有していることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホールド回路装置。
【請求項３】
前記調整部（１５３、１５４、１５６、１５７、１５８）は、
前記周波数信号を入力し、当該周波数信号のパルスの数を所定範囲で繰り返しカウントするカウンタ（１５６）と、
前記カウンタ（１５６）のカウント値に応じて前記抵抗（１５１ｂ）に流れる電流の大きさを変化させて前記定電流生成部（１５１）で生成される前記定電流の大きさを変化させることにより、前記発振回路部（１５２）の前記サンプルホールド周期を変化させるＤＡＣ（１５７）と、
を有していることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホールド回路装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記電源（２００）の電源電圧に応じて前記発振回路部（１５２）に電流を供給する定電流源として構成されており、前記電源（２００）に前記ノイズが印加された場合、前記電源（２００）の電源電圧の変化に応じて前記発振回路部（１５２）に供給する前記定電流の大きさを変化させる定電流回路部（１５８）であることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホールド回路装置。
【請求項５】
前記サンプルホールド部（１５５）は、前記入力信号として、圧力信号を入力することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のサンプルホールド回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、チョッパノイズの影響をサンプルホールド回路で除去するように構成されたチョッパ式増幅回路が、例えば特許文献１で提案されている。サンプルホールド回路は電源から電源電圧が印加されることで所定のサンプルホールド周期で信号をサンプルホールドする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６５０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、電源にノイズが印加されると、電源ノイズの周波数とサンプルホールド回路のサンプルホールド周期との差によってサンプルホールド回路の出力信号にエイリアシング（うなり）が発生する。具体的には、電源ノイズの発生によって、サンプルホールド回路の出力が電源ノイズよりも低い周波数の出力信号になってしまう。このため、サンプルホールド後の出力信号について、電源電圧の変動周期に対して出力電圧の変動周期が異なることによって電源電圧レシオ性が喪失してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、電源にノイズが印加されたとしても出力信号のエイリアシングを回避することができる構成を備えたサンプルホールド回路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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、抵抗（１５１ｂ）を有し、電源（２００）の電源電圧に基づいて抵抗（１５１ｂ）の大きさに応じた定電流を生成する定電流生成部（１５１）を備えている。また、定電流生成部（１５１）で生成された定電流に基づいて所定のサンプルホールド周期の周波数信号を生成する発振回路部（１５２）を備えている。
【０００７】
また、電源（２００）に接続されていると共に、電源（２００）にノイズが印加された場合に定電流生成部（１５１）で生成される定電流の大きさを調整することにより、発振回路部（１５２）のサンプルホールド周期を変化させる調整部（１５３、１５４、１５６、１５７、１５８）を備えている。
【０００８】
さらに、外部から入力信号を入力し、発振回路部（１５２）によって生成された周波数信号に従って入力信号をサンプルホールドすると共に出力信号として出力するサンプルホールド部（１５５）を備えていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、電源（２００）にノイズが印加された場合に調整部（１５３、１５４、１５６、１５７、１５８）によってエイリアシングが発生する周波数からサンプルホールド周期が変更される。したがって、電源（２００）にノイズが印加されたとしても出力信号のエイリアシングを回避することができる。
【００１０】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るサンプルホールド回路部を含んだ圧力検出装置の全体構成図である。
【図２】発振回路部としてリングオシレータ発振回路の構成を示した図である。
【図３】周波数検知部の回路構成を示した図である。
【図４】（ａ）は電源に印加されるノイズを示した図、（ｂ）は周波数検知部で検知されたノイズを示した図、（ｃ）は周波数検知部で検知されたノイズによってスイッチがＯＮされる様子を示した図である。
【図５】周波数検知部及び可変抵抗部が設けられていない構成における作動を説明するための回路図である。
【図６】周波数検知部及び可変抵抗部が設けられた構成における作動を説明するための回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るサンプルホールド回路部を含んだ圧力検出装置の全体構成図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るサンプルホールド回路部を含んだ圧力検出装置の全体構成図である。
【図９】他の実施形態を説明するための図であり、発振回路部の他の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。サンプルホールド回路装置は、例えば物理量として圧力を検出する圧力検出装置に組み込まれる。本実施形態では、圧力検出装置にサンプルホールド回路装置（以下、サンプルホールド回路部とする）が適用された例について説明する。
【００１４】
図１に示されるように、圧力検出装置１００は、基準電位１１０、定電流源１２０、センシング部１３０、第１増幅回路部１４０、サンプルホールド回路部１５０、及び第２増幅回路部１６０を備えて構成されている。
【００１５】
基準電位１１０は、電源２００の電源電圧に基づいて所定の電圧を生成するように構成されている。また、定電流源１２０は、一定の電流を生成するように構成されている。定電流源１２０は電源２００に接続されている。定電流源１２０は、電源２００の電源電圧に基づいて生成した定電流をセンシング部１３０に供給する。
【００１６】
センシング部１３０は、圧力媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング手段である。センシング部１３０は、４個の歪みゲージ１３１〜１３４を備えて構成されている。各歪みゲージ１３１〜１３４は、物理量の印加に応じて抵抗値が変化する抵抗体であり、例えば半導体基板に形成された拡散抵抗である。
【００１７】
また、各歪みゲージ１３１〜１３４はブリッジ回路を構成している。そして、センシング部１３０は、定電流源１２０から定電流が供給されると共に入力電圧が印加される。したがって、センシング部１３０は、ブリッジ回路に印加される入力電圧に基づいて２つの歪みゲージ１３１、１３２との第１中点１３５の第１電圧を第１検出信号として出力する。また、センシング部１３０は、他の２つの歪みゲージ１３３、１３４との第２中点１３６の第２電圧を第２検出信号として出力する。
【００１８】
第１増幅回路部１４０は、センシング部１３０の第１電圧と第２電圧との差電圧を第１増幅率で増幅した第１差電圧を生成し、この第１差電圧を圧力信号として出力する差動増幅回路である。第１増幅回路部１４０は、抵抗１４１〜１４４及びオペアンプ１４５を備えて構成されている。なお、抵抗１４３は基準電位１１０に接続されている。
【００１９】
サンプルホールド回路部１５０は、第１増幅回路部１４０から入力した圧力信号を所定のサンプルホールド周期でサンプルホールドするものである。このようなサンプルホールド回路部１５０は、定電流生成部１５１、発振回路部１５２、周波数検知部１５３、可変抵抗部１５４、及びサンプルホールド部１５５を備えて構成されている。
【００２０】
定電流生成部１５１は、発振回路部１５２に定電流を供給するものであり、第１トランジスタ１５１ａ、抵抗１５１ｂ、及び第２トランジスタ１５１ｃが直列に接続されて構成されている。第１トランジスタ１５１ａ及び第２トランジスタ１５１ｃは発振回路部１５２によって制御される。
【００２１】
発振回路部１５２は、定電流生成部１５１で生成された定電流の大きさに応じて所定のサンプルホールド周期の周波数信号を生成するものである。本実施形態では、図２に示されるように、リングオシレータ発振回路が採用されている。リングオシレータ発振回路は、ＮＯＴ回路１５２ａ（インバータ）が奇数個接続されていることで各ＮＯＴ回路１５２ａの出力がＨｉとＬｏとを繰り返すことで発振する構成である。
【００２２】
周波数検知部１５３は、電源２００に印加されたノイズ周波数を検知するものである。図３に示されるように、周波数検知部１５３は、バンドパスフィルタ１５３ａ（ＢＰＦ）及びスイッチ１５３ｂを備えて構成されている。
【００２３】
バンドパスフィルタ１５３ａは所定範囲の規定周波数のみ通過させるフィルタ回路である。バンドパスフィルタ１５３ａは、例えばＲＣ回路とＣＲ回路との組み合わせで構成されている。規定周波数はＲ（抵抗）とＣ（コンデンサ）を調整することで可変である。
【００２４】
図４（ａ）に示されるように、バンドパスフィルタ１５３ａは電源２００から様々な周波数の信号を入力する。そして、図４（ｂ）に示されるように、バンドパスフィルタ１５３ａは、電源２００に印加された所定周波数範囲外のノイズ周波数の信号を通過させず、所定周波数範囲内のノイズ周波数の信号を通過させる。
【００２５】
スイッチ１５３ｂは、コンデンサで構成されている。図４（ｃ）に示されるように、スイッチ１５３ｂは、バンドパスフィルタ１５３ａがノイズ周波数の信号を通過させない場合はコンデンサに蓄積する電荷がないのでＬｏとなり、ＯＦＦの状態となる。一方、スイッチ１５３ｂは、バンドパスフィルタ１５３ａがノイズ周波数の信号を通過させた場合はノイズの電荷を断続的に蓄積することによりＨｉとなり、ＯＮの状態となる。
【００２６】
可変抵抗部１５４は、周波数検知部１５３の検知結果に従って抵抗１５１ｂに流れる定電流の大きさを変化させるものである。具体的に、可変抵抗部１５４は抵抗１５１ｂに接続されたトランジスタ１５４ａによって構成されている。トランジスタ１５４ａは、周波数検知部１５３のスイッチ１５３ｂによってＯＮ／ＯＦＦされる。周波数検知部１５３によってノイズが検知されない場合、トランジスタ１５４ａはスイッチ１５３ｂによってＯＦＦされる。したがって、トランジスタ１５４ａは抵抗１５１ｂに流れる定電流になんら影響を与えない。
【００２７】
一方、周波数検知部１５３によってノイズが検知された場合、すなわちバンドパスフィルタ１５３ａがノイズ周波数の信号を通過させた場合、トランジスタ１５４ａはスイッチ１５３ｂによってＯＮされる。これにより、抵抗１５１ｂはトランジスタ１５４ａと並列回路を構成するので、抵抗１５１ｂに流れていた電流の一部がトランジスタ１５４ａに流れる。つまり、抵抗１５１ｂはトランジスタ１５４ａの抵抗成分との抵抗比に応じた定電流が流れる。言い換えると、可変抵抗部１５４は抵抗１５１ｂの抵抗値を可変するものであると言える。
【００２８】
このように、可変抵抗部１５４は抵抗１５１ｂに流れる電流量を変化させて定電流生成部１５１で生成される定電流の大きさを変化させる。これに伴い、発振回路部１５２はサンプルホールド周期を変化させる。
【００２９】
サンプルホールド部１５５は、第１増幅回路部１４０から圧力信号を入力信号として入力し、発振回路部１５２によって生成された周波数信号に従って入力信号をサンプルホールドする。このようなサンプルホールド部１５５は、スイッチ１５５ａ及びコンデンサ１５５ｂを備えて構成されている。スイッチ１５５ａは発振回路部１５２から入力した周波数信号のサンプルホールド周期に従ってＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。コンデンサ１５５ｂは、スイッチ１５５ａがＯＮしたときに入力信号を保持し、スイッチ１５５ａがＯＦＦしたときにサンプルホールドした入力信号を出力信号として出力する。
【００３０】
第２増幅回路部１６０は、サンプルホールド部１５５から入力した出力信号を第２増幅率で増幅して外部に出力する差動増幅回路である。第２増幅回路部１６０は、抵抗１６１、１６２及びオペアンプ１６３を備えて構成されている。なお、オペアンプ１６３の非反転入力端子は基準電位１１０に接続されている。以上が、本実施形態に係る圧力検出装置１００の全体構成、及びサンプルホールド回路部１５０の全体構成である。
【００３１】
上記の圧力検出装置１００において、電源２００にノイズが印加された場合の作動について説明する。まず、比較の対象として、図５に示されるように、本実施形態に係る周波数検知部１５３及び可変抵抗部１５４が設けられていない場合について説明する。この場合では、電源２００にノイズが印加されても、発振回路部１５２から出力される周波数信号のサンプルホールド周期は変化しない。
【００３２】
ここで、電源２００に印加されるノイズの周波数を例えば１０１ｋＨｚとし、発振回路部１５２で生成される周波数信号のサンプルホールド周期を例えば１００ｋＨｚとする。電源２００にノイズが印加されたことで、基準電位１１０がノイズ周波数となり、第１増幅回路部１４０の出力である圧力信号もノイズ周波数となる。したがって、周波数信号と圧力信号とに１ｋＨｚの差が生じる。このため、サンプルホールド部１５５では圧力信号を１ｋＨｚ差でサンプルホールドすることになり、その結果、出力信号はエイリアシングされた周波数になる。
【００３３】
さらに第２増幅回路部１６０は、ノイズ周波数の基準電位１１０に基づいてノイズ周波数と周期差がある出力信号を増幅することになるので、電源電圧の変動周期に対して出力信号の変動周期が異なり、レシオ性を喪失してしまう。また、周期差による振幅差がある出力信号を増幅するので、電源電圧の変動振幅に対して出力信号の変動振幅が増大し、過大ノイズが含まれてしまう。
【００３４】
これに対し、本実施形態では、図６に示されるように、サンプルホールド回路部１５０に周波数検知部１５３及び可変抵抗部１５４が設けられた構成になっている。この構成では、電源２００にノイズが印加された場合、上述のように周波数検知部１５３によってノイズが検知され、可変抵抗部１５４によって定電流生成部１５１の抵抗１５１ｂに流れる電流量が変化させられる。これにより、発振回路部１５２で生成される周波数信号のサンプルホールド周期が例えば１００ｋＨｚから当該１００ｋＨｚの半分の５０ｋＨｚに変化させられる。すなわち、出力信号にエイリアシングが発生しない周波数となるようにサンプルホールド周期が変更される。
【００３５】
したがって、第１増幅回路部１４０から出力される圧力信号には１０１ｋＨｚのノイズが重畳されるが、サンプルホールド部１５５ではエイリアシングは発生しない。第２増幅回路部１６０は、サンプルホールド部１５５から入力した出力信号を増幅することになるので、電源電圧の変動周期に対して出力信号の変動周期は同じであり、レシオ性がある。また、電源電圧の変動振幅に対して出力信号の変動振幅が増大しないので、過大ノイズは発生しない。
【００３６】
以上のように、電源２００にノイズが印加された場合に周波数検知部１５３及び可変抵抗部１５４によってエイリアシングが発生する周波数からサンプルホールド周期を外すことができる。したがって、電源２００にノイズが印加されたとしても出力信号のエイリアシングを回避することができる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、周波数検知部１５３及び可変抵抗部１５４が特許請求の範囲の「調整部」に対応する。
【００３７】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図７に示されるように、サンプルホールド回路部１５０は、定電流生成部１５１、発振回路部１５２、カウンタ１５６、ＤＡＣ１５７（Digital to Analog Converter）、及びサンプルホールド部１５５を備えて構成されている。このうち、定電流生成部１５１、発振回路部１５２、及びサンプルホールド部１５５は第１実施形態と同じ構成である。
【００３８】
カウンタ１５６は、発振回路部１５２から周波数信号を入力し、当該周波数信号のパルスの数すなわち周波数を所定範囲で繰り返しカウントするものである。例えば、カウンタ１５６は、１０Ｈｚからカウントし始めて１０００Ｈｚまでカウントしたら１０Ｈｚからカウントし直すというように１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの規定周期毎にカウントを繰り返す。また、ＤＡＣ１５７は、カウンタ１５６のカウント値に応じて定電流生成部１５１の抵抗１５１ｂに流れる電流の大きさを変化させるものである。
【００３９】
このような構成によると、ＤＡＣ１５７によって定電流生成部１５１で生成される定電流の大きさが変化させられることにより、発振回路部１５２のサンプルホールド周期が変化させられる。すなわち、規定周期毎に抵抗１５１ｂに流れる定電流の大きさが常に変化するため、発振回路部１５２で生成される周波数信号のサンプルホールド周期が常に変化を続ける。言い換えると、ＤＡＣ１５７は抵抗１５１ｂに流れる電流量を調整する可変抵抗手段であると言える。
【００４０】
サンプルホールド回路部１５０を上記の構成とすることで、電源２００にノイズが印加されたとしても、サンプルホールド周期が常に変化するので、出力信号のエイリアシングの発生を回避することができる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、カウンタ１５６及びＤＡＣ１５７が特許請求の範囲の「調整部」に対応する。
【００４１】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図８に示されるように、サンプルホールド回路部１５０は、上述の定電流生成部１５１及び発振回路部１５２に加え、定電流回路部１５８を備えて構成されている。定電流回路部１５８は、電源２００の電源電圧に応じて発振回路部１５２に電流を供給する定電流源として構成されている。定電流回路部１５８は、例えばカレントミラー回路として構成されている。
【００４２】
このような構成によると、電源２００にノイズが印加された場合、定電流回路部１５８は電源２００の電源電圧に対する電流量依存性、すなわち電源電圧の変化に応じて発振回路部１５２に供給する定電流の大きさを変化させる。
【００４３】
上記の構成により、電源２００にノイズが印加された場合、発振回路部１５２は定電流回路部１５８によって供給される定電流に応じて周波数信号のサンプルホールド周期を変化させる。したがって、サンプルホールド部１５５での出力信号のエイリアシングの発生を回避することができる。
【００４４】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、定電流回路部１５８が特許請求の範囲の「調整部」に対応する。
【００４５】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたサンプルホールド回路部１５０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、発振回路部１５２は図９（ａ）のシュミットインバータ発振回路として構成されていても良い。また、発振回路部１５２は図９（ｂ）や図９（ｃ）のＣＲ発振回路として構成されていても良い。なお、図９では、抵抗１５１ｂに流れる電流量が変化することで抵抗１５１ｂの抵抗値が変化することを「可変抵抗」として示している。
【００４６】
第１実施形態では、周波数検知部１５３はバンドパスフィルタ１５３ａとスイッチ１５３ｂで構成されていたが、これは一例である。したがって、周波数検知部１５３は他の構成によってノイズを検知するように構成されていても良い。
【００４７】
また、上記各実施形態では、サンプルホールド回路部１５０が圧力検出装置１００に適用された例について示されたが、これは一例である。したがって、サンプルホールド回路部１５０は圧力検出装置１００に適用する場合に限られず、信号をサンプルホールドするもの全てに適用することができる。例えば圧力センサ（圧力検出装置１００）の他に熱センサや光センサ等のセンサに適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１５１    定電流生成部
１５１ｂ  抵抗
１５２    発振回路部
１５３    周波数検知部（調整部）
１５４    可変抵抗部（調整部）
１５５    サンプルホールド部
２００    電源
【図１】
2016116053.tif 000003
【図２】
2016116053.tif 000004
【図３】
2016116053.tif 000005
【図４】
2016116053.tif 000006
【図５】
2016116053.tif 000007
【図６】
2016116053.tif 000008
【図７】
2016116053.tif 000009
【図８】
2016116053.tif 000010
【図９】
2016116053.tif 000011