JP5395929B2 - 電圧検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、２つの入力信号の電圧差を検出可能な電圧検出回路に関するものである。

電圧検出回路等の電子回路では、入力信号等に含まれるノイズを除去するフィルタ素子として、チップビーズが使用されることがある。チップビーズは、必要な信号を通過させ、高周波数帯域のノイズを吸収して熱として放出する電子部品である。

特許文献１には、携帯電話に接続されるイヤホンのリモコンに内蔵されている電子回路にチップビーズを配設し、信号に含まれるノイズを除去する技術が開示されている。

特開２００５−３６５３７８号公報

しかしながら、チップビーズのインピーダンス特性は、製造誤差等の影響によりある程度ばらついてしまう。

そのため、図２に示すように、２つの入力信号の電圧差を増幅して出力する電圧検出回路２００において、コンデンサ４１，４２よりも入力端子１，２側の信号線１０，２０にチップビーズ５１，５２を配設した場合には、これらチップビーズ５１，５２のインピーダンス特性のばらつきに起因して、チップビーズ５１，５２での入力信号の電圧降下にもばらつきが生じてしまう。そのため、差動アンプ６０（増幅器）に入力される２つの信号の電圧差がばらつき、差動アンプ６０から出力される電圧値の精度が低下してしまう。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、増幅器から出力される電圧値の精度の低下を抑制することができる電圧検出回路を提供することを目的とする。

本発明による電圧検出回路は、第１入力信号が入力される第１入力部と、第２入力信号が入力される第２入力部と、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、前記第１入力部を介して前記非反転入力端子に入力された第１入力信号と、前記第２入力部を介して前記反転入力端子に入力された第２入力信号との電圧差を求めて、当該電圧差を増幅する増幅器と、前記第１入力部と前記増幅器の前記非反転入力端子とを接続する第１信号線と、前記第２入力部と前記増幅器の前記反転入力端子とを接続する第２信号線と、前記第１信号線に並列接続される第１コンデンサと、前記第２信号線に並列接続される第２コンデンサと、インダクタ成分及び抵抗成分を有し、前記第１コンデンサと前記増幅器の前記非反転入力端子との間の前記第１信号線に直列接続される第１フィルタ素子と、インダクタ成分及び抵抗成分を有し、前記第２コンデンサと前記増幅器の前記反転入力端子との間の前記第２信号線に直列接続される第２フィルタ素子と、を備える。

本発明によれば、第１フィルタ素子及び第２フィルタ素子を通過する電流を図２に示した電圧検出回路の場合よりも小さくして、第１フィルタ素子及び第２フィルタ素子での各入力信号の電圧降下を小さくするので、各フィルタ素子のインピーダンスばらつきの影響を受けにくく、増幅器に入力される２つの信号の電圧差のばらつきを抑制することができる。これにより、増幅器から出力される電圧値の精度の低下を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態による電圧検出回路の概略構成図である。 参考例としての電圧検出回路の概略構成図である。

図１を参照して、本発明の実施形態による電圧検出回路１００について説明する。

電圧検出回路１００は、第１入力端子１と、第２入力端子２と、反転入力端子及び非反転入力端子を有する差動アンプ６０（増幅器）と、第１入力端子１と差動アンプ６０の非反転入力端子とを接続する第１信号線１０と、第２入力端子２と差動アンプ６０の反転入力端子とを接続する第２信号線２０と、を備える。

第１信号線１０と第２信号線２０とは、第１接続線３０及び第２接続線４０により接続されている。

第１接続線３０には、数［ｍΩ］の抵抗値を有する抵抗３１が配設される。また、第１接続線３０よりも差動アンプ６０側に設けられる第２接続線４０には、第１信号線１０寄りに位置する第１コンデンサ４１と、第２信号線２０寄りに位置する第２コンデンサ４２とが配設される。第２接続線４０は、第１コンデンサ４１と第２コンデンサ４２の間の位置において接地されている。第１コンデンサ４１及び第２コンデンサ４２には、静電容量が数千［ｐＦ］のコンデンサが使用される。

このように、第１コンデンサ４１は一端が第１信号線１０に接続（並列接続）されて他端が接地されるように設けられており、第２コンデンサ４２は一端が第２信号線２０に接続（並列接続）されて他端が接地されるように設けられている。

第１入力端子１には、矩形波電圧信号が第１入力信号として入力される。したがって、抵抗３１の一端には第１入力端子１に入力される電圧信号に応じた電圧が印加され、抵抗３１の他端の電圧は当該抵抗３１の抵抗値分だけ電圧降下した電圧値となる。つまり、第２入力端子２には、第１入力端子１側の矩形波電圧信号から抵抗３１の抵抗値分だけ電圧降下した矩形波電圧信号が第２入力信号として入力される。

電圧検出回路１００には、第１入力信号及び第２入力信号のノイズを除去するため、上述した第１コンデンサ４１及び第２コンデンサ４２の他に第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２が設けられる。

第１チップビーズ５１は第１コンデンサ４１と差動アンプ６０の間の第１信号線１０に配設（直列接続）されており、第２チップビーズ５２は第２コンデンサ４２と差動アンプ６０の間の第２信号線２０に配設（直列接続）されている。

第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２は、インダクタ成分及び抵抗成分を有するノイズフィルタ素子であって、所定周波数帯域の信号を通過させるとともに高周波数帯域のノイズを除去する電子部品である。第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２には、数百［ＭＨｚ］の周波数においてインピーダンスが最大（数百［Ω］）となるチップビーズが使用される。なお、一般的に、チップビーズのインピーダンスは、差動アンプ等のオペアンプの入力インピーダンスと比べて小さい値となる。

第１入力端子１から差動アンプ６０に供給される信号に含まれるノイズのうち、所定の低周波数帯域のノイズは第１チップビーズ５１の抵抗成分と第１コンデンサ４１とにより除去され、所定の高周波数帯域のノイズは第１チップビーズ５１のインダクタ成分と抵抗成分とにより除去される。

同様に、第２入力端子２から差動アンプ６０に供給される信号に含まれるノイズのうち、所定の低周波数帯域のノイズは第２チップビーズ５２の抵抗成分と第２コンデンサ４２とにより除去され、所定の高周波数帯域のノイズは第２チップビーズ５２のインダクタ成分と抵抗成分とにより除去される。

上記のように構成される電圧検出回路１００は、第１入力信号と第２入力信号の電圧差（抵抗３１の両端における電圧差）を差動アンプ６０に導いて増幅し、出力端子７０から出力する。

次に、第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２での電圧降下と、差動アンプ６０から出力される電圧値の精度との関係ついて、本実施形態による電圧検出回路１００と、参考例としての電圧検出回路２００とを比較して説明する。

図２に示す電圧検出回路２００においては、電圧検出回路１００と同じ機能の部材に同一の符号を付している。参考例の電圧検出回路２００と本実施形態の電圧検出回路１００とは、ほぼ同様の構成であるが、第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２の配設位置において相違している。電圧検出回路２００では、第１チップビーズ５１は第１コンデンサ４１よりも前段の第１信号線１０に配設されており、第２チップビーズ５２は第２コンデンサ４２よりも前段の第２信号線２０に配設されている。

電圧検出回路２００では、矩形波電圧信号である第１入力信号及び第２入力信号が入力されると、これら入力信号に基づき、第１コンデンサ４１及び第２コンデンサ４２において充放電が行われる。この時、第１入力信号の電圧は第１チップビーズ５１のインピーダンスに基づいて電圧降下し、第２入力信号の電圧は第２チップビーズ５２のインピーダンスに基づいて電圧降下する。

第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２のインピーダンスは製造誤差等の影響によりばらついているので、第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２での入力信号の電圧降下にもばらつきが生じてしまう。そのため、差動アンプ６０に入力される２つの信号の電圧差がばらついてしまい、差動アンプ６０から出力される電圧値の精度が低下してしまう。

これに対して、本実施形態の電圧検出回路１００では、第１入力信号及び第２入力信号が入力され、第１コンデンサ４１及び第２コンデンサ４２において充放電が行われる場合でも、第１コンデンサ４１及び第２コンデンサ４２の前段にチップビーズが配設されていないので、チップビーズ起因による電圧降下は生じない。そのため、第１コンデンサ４１の一端には第１入力信号による電圧がそのまま印加され、第２コンデンサ４２の一端には第２入力信号による電圧がそのまま印加される。

電圧検出回路１００では、第１コンデンサ４１及び第２コンデンサ４２よりも後段に第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２が配設されており、また差動アンプ６０の入力インピーダンスは第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２と比べて十分大きいため、第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２を通過する電流は、電圧検出回路２００において第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２を通過する電流と比べて小さくなる。

そのため、第１チップビーズ５１及び第２チップビーズ５２での入力信号の電圧降下が小さくなるので、各チップビーズ５１，５２のインピーダンスのばらつきの影響を受けにくく、差動アンプ６０に入力される２つの信号の電圧差のばらつきを抑制することができる。

したがって、本実施形態による電圧検出回路１００によれば、差動アンプ６０から出力される電圧値の精度の低下を抑制することが可能となる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

本実施形態による電圧検出回路１００は、抵抗３１を省略して、第１入力端子１から入力される第１入力信号と、第２入力端子２から入力される第２入力信号の電圧差を検出する回路としてもよい。

１００ 電圧検出回路
１ 第１入力端子（第１入力部）
２ 第２入力端子（第２入力部）
１０ 第１信号線
２０ 第２信号線
３０ 第１接続線
３１ 抵抗
４０ 第２接続線
４１ 第１コンデンサ
４２ 第２コンデンサ
５１ 第１チップビーズ（第１フィルタ素子）
５２ 第２チップビーズ（第２フィルタ素子）
６０ 差動アンプ（増幅器）
７０ 出力端子

Claims (4)

1. 第１入力信号が入力される第１入力部と、
   第２入力信号が入力される第２入力部と、
   反転入力端子及び非反転入力端子を有し、前記第１入力部を介して前記非反転入力端子に入力された第１入力信号と、前記第２入力部を介して前記反転入力端子に入力された第２入力信号との電圧差を求めて、当該電圧差を増幅する増幅器と、
   前記第１入力部と前記増幅器の前記非反転入力端子とを接続する第１信号線と、
   前記第２入力部と前記増幅器の前記反転入力端子とを接続する第２信号線と、
   前記第１信号線に並列接続される第１コンデンサと、
   前記第２信号線に並列接続される第２コンデンサと、
   インダクタ成分及び抵抗成分を有し、前記第１コンデンサと前記増幅器の前記非反転入力端子との間の前記第１信号線に直列接続される第１フィルタ素子と、
   インダクタ成分及び抵抗成分を有し、前記第２コンデンサと前記増幅器の前記反転入力端子との間の前記第２信号線に直列接続される第２フィルタ素子と、を備える電圧検出回路。
2. 前記第１フィルタ素子及び前記第２フィルタ素子は、チップビーズであることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出回路。
3. 前記第１入力信号及び前記第２入力信号は、矩形波電圧信号であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電圧検出回路。
4. 前記第１コンデンサは、一端が前記第１信号線に接続されて他端が接地されるように設けられ、
   前記第２コンデンサは、一端が前記第２信号線に接続されて他端が接地されるように設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の電圧検出回路。

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