JP4026665B1 - ローパスフィルタ及びそれに用いられる電圧電流変換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓ／Ｎの高いローパスフィルタを提供する。
【解決手段】ローパスフィルタ１０は、ＲＣフィルタ回路１２と、入力信号ＩＮの低周波成分から出力信号ＯＵＴを減算して差分信号ＤＦを出力する差分演算回路１４と、ＲＣフィルタ回路１６と、電圧電流変換回路１８と、コンデンサ２０とを備える。電圧電流変換回路１８は、オペアンプ１８１と、抵抗器１８２と、抵抗器１８２にかかる電圧に応じてフィードバック電圧ＦＢを生成するフィードバック回路１８３とから構成される。抵抗器１８２，１８５，１８６，１８７の抵抗値をそれぞれＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４とすると、Ｒ_１・Ｒ_３＝Ｒ_２・Ｒ_４の関係式が成立し、負荷抵抗２２の抵抗値Ｚに関係なく、出力電流ｉは一定になる。電圧電流変換回路１８の入力と出力との間には抵抗器１８２が１つしか接続されていないため、熱雑音が減少し、Ｓ／Ｎが高くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ローパスフィルタ及びそれに用いられる電圧電流変換回路に関し、さらに詳しくは、オーディオ機器のＤ／Ａ(Digital to Analog)変換出力に挿入されるローパスフィルタに関する。

近年、オーディオ信号はアナログ方式からデジタル方式に変わってきているが、出力回路においてはＤ／Ａ変換器によりデジタルオーディオ信号からアナログオーディオ信号に変換される。アナログオーディオ信号にはＤ／Ａ変換時に発生するパルス性ノイズが大量に含まれ、これを除去するためにＶＬＳＣ(Vector Linear Shaping Circuitry)（オンキヨー株式会社の登録商標）と呼ばれる回路が設けられる。

ＶＬＳＣに用いられるローパスフィルタは、特開２００３−２８３２９９号公報（特許文献１）に開示されている。このローパスフィルタには電圧電流変換回路が用いられているが（同公報の図２参照）、この電圧電流変換回路には、入力と出力との間に４つの抵抗器（同公報図２中のＲ３１〜Ｒ３４）が接続されている。そのため、これらの合成抵抗値は高くならざるを得ず（実用的な回路では５０ｋΩ程度）、熱雑音が増加し、Ｓ／Ｎが低くなる。
特開２００３−２８３２９９号公報

本発明の目的は、Ｓ／Ｎの高いローパスフィルタを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明によるローパスフィルタは、入力信号の高周波成分を減衰させてその低周波成分を出力信号として出力するものであって、差分演算回路と、電圧電流変換回路と、電圧電流変換回路と、容量とを備える。差分演算回路は、入力信号から出力信号を減算して差分信号を出力する。電圧電流変換回路は、差分演算回路から出力される差分信号の電圧を電流に変換する。容量は、電圧電流変換回路から出力される電流を受けて電荷を蓄積することにより出力信号を生成する。電圧電流変換回路は、第１のオペアンプと、第１の抵抗器と、フィードバック手段とを含む。第１のオペアンプは、電圧電流変換回路の入力端子に接続される非反転入力端子と、フィードバック電圧を受ける反転入力端子とを有する。第１の抵抗器は、電圧電流変換回路の出力端子と第１のオペアンプの出力端子との間に接続される。フィードバック手段は、第１の抵抗器にかかる電圧に応じてフィードバック電圧を生成する。フィードバック手段は、第２のオペアンプと、第２の抵抗器と、第３の抵抗器と、第４の抵抗器とを含む。第２のオペアンプは、電圧電流変換回路の出力端子に接続される反転入力端子と、第１のオペアンプの反転入力端子に接続される出力端子とを有する。第２の抵抗器は、第１のオペアンプの出力端子と第２のオペアンプの非反転入力端子との間に接続される。第３の抵抗器は、第２のオペアンプの非反転入力端子と接地との間に接続される。第４の抵抗器は、第２のオペアンプの出力端子と第２のオペアンプの反転入力端子との間に接続される。第１から第４の抵抗器の抵抗値Ｒ _１ 〜Ｒ _４ は、Ｒ _１ ・Ｒ _３ ＝Ｒ _２ ・Ｒ _４ の関係式を満たすように設定される。この場合、ローパスフィルタに接続される負荷抵抗の値に関係なく、電圧電流変換回路の出力電流は入力電圧に比例する。

このローパスフィルタによれば、電圧電流変換回路の入力と出力との間には第１の抵抗器しか接続されていないため（実用的な回路では１ｋΩ程度）、熱雑音が減少し、Ｓ／Ｎが高くなる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態によるローパスフィルタ１０は、ＲＣフィルタ回路１２と、差分演算回路１４と、ＲＣフィルタ回路１６と、電圧電流変換回路１８と、コンデンサ２０とを備える。ＲＣフィルタ回路１２は抵抗器１２１及びコンデンサ１２２から構成されるローパスフィルタであり、入力信号ＩＮの高周波成分を減衰させてその低周波成分を差分演算回路１４に出力する。差分演算回路１４は、オペアンプ１４１と抵抗器１４２及び１４３とから構成され、入力信号ＩＮ（の低周波成分）から出力信号ＯＵＴを減算して差分信号ＤＦをＲＣフィルタ回路１６に出力する。ＲＣフィルタ回路１６は抵抗器１６１及びコンデンサ１６２から構成されるローパスフィルタであり、差分演算回路１４から出力される差分信号ＤＦの高周波成分を減衰させてその低周波成分を電圧電流変換回路１８に出力する。コンデンサ２０は、電圧電流変換回路１８から出力される電流を受けて電荷を蓄積することにより出力信号ＯＵＴを生成する。

電圧電流変換回路１８は、オペアンプ１８１と抵抗器１８２とフィードバック回路１８３とから構成される。オペアンプ１８１は、電圧電流変換回路１８の入力端子に接続される非反転入力端子（＋）と、フィードバック電圧ＦＢを受ける反転入力端子（−）とを有する。抵抗器１８２は、電圧電流変換回路１８の出力端子とオペアンプ１８１の出力端子との間に接続される。フィードバック回路１８３は、抵抗器１８２にかかる電圧に応じてフィードバック電圧ＦＢを生成する。

フィードバック回路１８３は、具体的には、オペアンプ１８４と抵抗器１８５〜１８７とから構成される。オペアンプ１８４は、電圧電流変換回路１８の出力端子に接続される反転入力端子（−）と、オペアンプ１８１の反転入力端子（−）に接続される出力端子とを有する。抵抗器１８５は、オペアンプ１８１の出力端子とオペアンプ１８４の非反転入力端子（＋）との間に接続される。抵抗器１８６は、オペアンプ１８４の非反転入力端子（＋）と接地との間に接続される。抵抗器１８７は、オペアンプ１８４の出力端子とオペアンプ１８４の反転入力端子（−）との間に接続される。

抵抗器１８２，１８５，１８６，１８７の抵抗値をそれぞれＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４とし、負荷抵抗２２の抵抗値をＺとすると、電圧電流変換回路１８において下記４つの式（１）〜（４）が成立する。

式（１）をｉ_２で展開すると、ｉ_２は下記式（５）で表される。

式（２）をｉ_１で展開し、式（３）を代入すると、ｉ_１は下記式（６）で表される。

式（５）及び（６）を式（４）に代入すると、ｉは下記式（７）で表される。

ここで、もし抵抗値Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４が「Ｒ_１・Ｒ_３＝Ｒ_２・Ｒ_４」の関係式を満たすように設定されていれば、Ｚの項は消え、ｉは下記式（８）で表される。

式（８）から明らかなように、電圧電流変換回路１８は、入力電圧ｖ_ｉｎに比例した出力電流ｉを提供できる。したがって、入力電圧ｖ_ｉｎが一定である限り、負荷抵抗２２の抵抗値Ｚに関係なく、出力電流ｉは一定になる。たとえば、Ｒ_１＝１ｋ、Ｒ_２＝１．５ｋ、Ｒ_３＝２．７ｋ、Ｒ_４＝１．８ｋに設定すれば、Ｒ_１・Ｒ_３＝Ｒ_２・Ｒ_４の関係式が成立する。

なお、式（８）を式（５）に代入すると、ｉ_２は下記式（９）で表される。

式（９）から明らかなように、Ｚ>Ｒ_４の場合、ｉ_２<０となり、ｉ_２は図１中に示される方向と逆方向に流れるので、ｉ_１>ｉでなければならない。したがって、このような場合において、電圧電流変換回路１８の出力インピーダンスを低くし、Ｓ／Ｎを高くしたいときには、ｉ_１を十分に確保する必要がある。

ローパスフィルタ１０によれば、電圧電流変換回路１８の入力と出力との間には抵抗器１８２が１つしか接続されていないため、抵抗器１８２の値を低く設定するだけで、熱雑音を減少させ、Ｓ／Ｎを高くすることができる。

上記実施の形態ではＲＣフィルタ回路１２，１６が挿入されているが、その一方又は両方がなくてもよい。また、差分演算回路１４は、入力信号ＩＮから出力信号ＯＵＴを減算できる回路であればよく、例示された回路に限定されない。また、フィードバック回路１８３は、抵抗器１８２にかかる電圧に応じてフィードバック電圧ＦＢを生成できる回路であればよく、例示された回路に限定されない。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明の実施の形態によるローパスフィルタの構成を示す回路図である。

符号の説明

１０ ローパスフィルタ
１２，１６ ＲＣフィルタ回路
１４ 差分演算回路
１８ 電圧電流変換回路
２０ コンデンサ
１８１，１８４ オペアンプ
１８２，１８５，１８６，１８７ 抵抗器
１８３ フィードバック回路
ＤＦ 差分信号
ＦＢ フィードバック電圧
ＩＮ 入力信号
ＯＵＴ 出力信号

Claims (4)

1. 入力信号の高周波成分を減衰させてその低周波成分を出力信号として出力するローパスフィルタであって、
   前記入力信号から前記出力信号を減算して差分信号を出力する差分演算回路と、
   前記差分演算回路から出力される差分信号の電圧を電流に変換する電圧電流変換回路と、
   前記電圧電流変換回路から出力される電流を受けて電荷を蓄積することにより前記出力信号を生成する容量とを備え、
   前記電圧電流変換回路は、
   前記電圧電流変換回路の入力端子に接続される非反転入力端子と、フィードバック電圧を受ける反転入力端子とを有する第１のオペアンプと、
   前記電圧電流変換回路の出力端子と前記第１のオペアンプの出力端子との間に接続される第１の抵抗器と、
   前記第１の抵抗器にかかる電圧に応じて前記フィードバック電圧を生成するフィードバック手段とを含み、
   前記フィードバック手段は、
   前記電圧電流変換回路の出力端子に接続される反転入力端子と、前記第１のオペアンプの反転入力端子に接続される出力端子とを有する第２のオペアンプと、
   前記第１のオペアンプの出力端子と前記第２のオペアンプの非反転入力端子との間に接続される第２の抵抗器と、
   前記第２のオペアンプの非反転入力端子と接地との間に接続される第３の抵抗器と、
   前記第２のオペアンプの出力端子と前記第２のオペアンプの反転入力端子との間に接続される第４の抵抗器とを含み、
   前記第１から第４の抵抗器の抵抗値Ｒ _１ 〜Ｒ _４ は、Ｒ _１ ・Ｒ _３ ＝Ｒ _２ ・Ｒ _４ の関係式を満たすように設定されることを特徴とするローパスフィルタ。
2. 請求項１に記載のローパスフィルタであってさらに、
   前記差分演算回路から出力される差分信号の高周波成分を減衰させてその低周波成分を前記電圧電流変換回路に出力する第１のフィルタ回路を備えたことを特徴とするローパスフィルタ。
3. 請求項１又は２に記載のローパスフィルタであってさらに、
   前記入力信号の高周波成分を減衰させてその低周波成分を前記差分演算回路に出力する第２のフィルタ回路を備えたことを特徴とするローパスフィルタ。
4. 電圧を電流に変換する電圧電流変換回路であって、
   前記電圧電流変換回路の入力端子に接続される非反転入力端子と、フィードバック電圧を受ける反転入力端子とを有する第１のオペアンプと、
   前記電圧電流変換回路の出力端子と前記第１のオペアンプの出力端子との間に接続される第１の抵抗器と、
   前記第１の抵抗器にかかる電圧に応じて前記フィードバック電圧を生成するフィードバック手段とを備え、
   前記フィードバック手段は、
   前記電圧電流変換回路の出力端子に接続される反転入力端子と、前記第１のオペアンプの反転入力端子に接続される出力端子とを有する第２のオペアンプと、
   前記第１のオペアンプの出力端子と前記第２のオペアンプの非反転入力端子との間に接続される第２の抵抗器と、
   前記第２のオペアンプの非反転入力端子と接地との間に接続される第３の抵抗器と、
   前記第２のオペアンプの出力端子と前記第２のオペアンプの反転入力端子との間に接続される第４の抵抗器とを含み、
   前記第１から第４の抵抗器の抵抗値Ｒ _１ 〜Ｒ _４ は、Ｒ _１ ・Ｒ _３ ＝Ｒ _２ ・Ｒ _４ の関係式を満たすように設定されることを特徴とする電圧電流変換回路。

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