JPS63240114A - アクテイブ・フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アナログ技術、さらには半導体集積回路装
置内で構成されるアクティブ・フィルタに適用して有効
な技術に関するもので、之とえば、オーディオ帯域にて
使用されるノツチ・フィルタに利用して有効な技術に関
するものである。

〔従来の技術〕

九とえば、オーディオ帯域の信号を処理する回路や装置
などにおいては、交流電源からのハム雑音を除去し九り
、あるいはＦＭステレオ信号の復調過程にて生じるパイ
ロット信号を除去し友りする。

上記パイロット信号の除去については、「２Ｍチューナ
・マニュアル」　（昭和５４年９月１日再版１刷発行、
発行所株式会社ラジオ技術社、ｐｐ１６６〜１７３）に
記載されている。その概要は、ＭＰＸ復調回路の出力に
は、１９ＫＨｚパイロット信号およびその高次高調波成
分とか、３８ＫＨｚのスイッチング信号の漏れ成分など
が含まれる。

上記パイロット信号やスイッチング信号は無用であるの
で、除去する九めのフィルタが使用される、というもの
である。

上記フィルタの一例として、以下に述べる如ぎノツチフ
ィルタが使用されることがある。

このノツチ・フィルタとしては、九とえば、ＣＱ出版社
発行「実用電子回路ハンドブック２」昭和５０年１０月
２０日発行、２８７〜２８８頁に記載されているように
、Ｔ型ＲＣフィルタを２段接続したものが知られている
。この２段のＴ型ＲＣ７４ルタは、図示を省略するが、
２つの抵抗と１つのコンデンサをＴ型に接続しｔフィル
タ回路部と、２つのコンデンサと１つの抵抗をＴ型に接
続し念フィルタ回路部とからなり、全体としては、抵抗
とコンデンサが３個ずつ計６個使用されている。

上述し九２段のＴ型ＲＣフィルタは、単独で、あるいは
演算増幅器と組み合わせられて使用される。

しかしながら、上述しｔ２段Ｔ型ＲＣフィルタでは、そ
れを構成している抵抗とコンデンサの数が３個ずつあっ
て計６個もの時定数素子を使用している。しかも、その
６個の素子のすべてがフィルタの特性に複雑に関与して
いる。この几め、所望のノツチ特性を得るためには、そ
の６個もの素子の値をそれぞれに高精度に調整しなけれ
ばならない、という面倒があっ念。

以上のように、上述し九２段Ｔ型ＲＣフィルタは、その
構成が意外に面倒であって、ノツチ・フィルタの構成例
として文献には比較的多く引用されているが、実際の現
場で採用されることは少なかっ九〇 そこで、本発明者は、上記２段Ｔ型ノツチ・フィルタよ
りも素子数が少なくて調整も簡単なフィルタについて検
討し几。以下は、公知とされた技術ではないが、本発明
者によって検討され友技術であり、その概要は次のとお
りである。

第５図は、本発明者によって検討されｔフィルタの構成
を示す。

同図に示すフィルタは差動型の演算増幅器ＯＰ１を用い
ｔフィルタであって、ＯＰＩの反転入力（−）側に負帰
還をかけるとともに、この出力に抵抗Ｒ１，Ｒ２および
コンデンサＣとインダクタンスＬによる直列共振回路を
挿入しである。入力信号電１ＶｉｎはＯＰＩの非反転入
力（＋）から入力される。

第６図は上記アクティブ・フィルタの周波数に対する伝
達特性いわゆるフィルタ特性を示す。同図に示すように
、上記アクティブ・フィルタは、ＬとＣの共振点がノツ
チ周波数ｆｒとなり、このノツチ周波数ｆｒにて伝達量
Ｇ　Ｖ　（ＧＶ　＝　Ｖ　ｏｕ　ｔ　／Ｖｉｎ）が選択
的に落ち込む。

上述し九アクティブ・フィルタでは、そのノツチ周波数
ｆｒを、コンデンサＣとインダクタンスＬの２つの値に
よって、他の特性から独立して任意に決めることができ
る。まｔ、ノツチ周波数ｆｒにおける伝達量（）ｖいわ
ゆるディップ量も、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値によって、他の
特性から独立して任意に設定することができる。

以上のように、上述し九アクティブ・フィルタでは、従
前の２段Ｔ型ノツチ・フィルタを用いｔものに対して、
同時に調整しなければならない素子値の種類が少なく、
しかも個々の特性をそれぞれに独立して設定することが
できる、といった便利さがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した技術には、次のような問題点の
あることが本発明者によってあきらかとされた。

すなわち、第５図に示したアクティブ・フィルタでは、
インダクタンスＬを使用しているｔめに半導体集積回路
装置化の適性に欠けてい友。半導体集積回路装置化する
場合には、そのインダクタンスＬの部分だけはどうして
も外付けにしなければならず、このために２つの端子ビ
ンｐｉ、ｐ２を別に設けなければならない、という問題
点があった。

更に、上記フィルタ特性は、特定の周波数信号を除去す
るだけであるから、特定の周波数を検出して制御信号を
得る場合などにおいて不便である。

ま几、簡単な切換え操作で、複数のノツチ周波数を選択
し友い場合なども不便である。

本発明の目的は、所望の特性を得るための素子値の設定
あるいは調節を簡単にするとともに、素子の半導体集積
回路装置化率を高めて外付は部品の数を減らせるように
し、しかも多様なノツチ特性を簡単に設定できるように
する、という技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、簡単な切換え操作で複数のノツチ
周波数を選択し得るとともに、特定の周波数信号の検出
をも行ない得るアクティブ・フィルタを提供することに
ある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決する之めの手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、入力信号が入力されるバンド・パス・フィル
タと、上記入力信号から上記バンド・パス・フィルタの
出力信号を減算する演算回路と、上記入力信号を上記演
算回路に供給及び遮断する信号伝達経路とを備えるとと
もに、上記バンド・パス・フィルタを、抵抗とコンデン
サからなる微分型帰還回路とコンデンサと抵抗からなる
積分型帰還回路によって二重の負帰還がかけられた演算
増幅器によって構成する、というものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、微分型帰還回路を構成するコン
デンサと抵抗および積分型帰還回路を構成する抵抗とコ
ンデンサの計４つの素子の値を設定することによって、
ノツチ周波数の中心点を任意に定めることができる。こ
こで、コンデンサとインダクタンスによる共振回路をも
ちい比前記アクティブ・フィルタと同等のノツチ特性を
得る場合には、各抵抗値および各コンデンサの値をそれ
ぞれ同じＫすることができ、この場合には、わずか２種
類の素子値を定めるだけで任意のノツチ周波数を得るこ
とができる。

ま几、上記ノツチ周波数における伝達量の落ち込み量は
、上記演算回路の一方の演算入力信号に適当な減衰係数
をも之せることによって、上記ノツチ周波数から独立し
て任意に設定することができる。

さらに、微分型帰還回路を構成するコンデンサと抵抗お
よび積分型帰還回路を構成する抵抗とコンデンサをそれ
ぞれ個別に設定することにより、任意の周波数広がりを
もつノツチ特性が得られ、しかも、その周波数広がりの
上限は微分型帰還回路のコンデンサと抵抗によって、そ
の下限は積分型帰還回路の抵抗とコンデンサによって、
それぞれ忙独立して任意に設定することができる。

さらに、信号伝達経路を遮断し之場合は、バンド・パス
・フィルタの出力信号が演算回路に供給されることにな
り、演算回路における減算動作が行われず、アクティブ
・フィルタはバンド・パス・フィルタとして動作する。

以上のようにして、所望の特性を得るｔめの素子値の設
定あるいは調節を簡単にするとともに、素子の半導体集
積回路装置化率を高めて外付は部品の数を減らせるよう
にし、しかも多様なノツチ特性を簡単に設定できるうえ
に、簡単な切換え操作でノツチ周波数の選択、フィルタ
特性の選択を行う、という本発明の目的を達成すること
ができる。

〔実施例−１〕 以下、第１図及び第２図を参照して本発明を適用したア
クティブ・フィルタの第１実施例を説明する。なお、第
１図はアクティブ・フィルタの回路図を示し、第２図（
ａ）〜（ｄ）は回路動作を説明するための周波数特性図
を示すものである。

第１図に示すアクティブ・フィルタは、入力信号電圧Ｖ
ｉｎが入力されるバンド・パス・フィルタ１と、上記入
力信号電圧Ｖｉｎから上記バンド・パス・フィルタ１の
出力信号電圧を減算する演算回路２と、上記入力信号電
圧Ｖｉｎを所定レベルで上記演算増幅器２１７Ｃ伝達す
る増幅器１１、更に上記増幅器１１の駆動を制御するス
イッチＳＷとを具備している。なお、スイッチＳＷは機
械的構造に図示されているが、実際には電子スイッチが
適用される。

バンド・パス・フィルタ１は、コンデンサＣ８と抵抗Ｒ
１からなる微分型帰還回路３と抵抗Ｒ３とコンデンサＣ
，からなる積分型帰還回路４によって二重の負帰還がか
けられ比演算増幅器ＯＰＩによって構成される。いわゆ
る、マルチプル・フィードバック型のバンド・バス・フ
ィルタである。

抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１と共動して、上記バンド・パス・
フィルタ１の入力係数を定めている。

上記演算回路２は、反転演算増幅器ＯＰ２による加算回
路によって構成されている。その演算係数は抵抗Ｒ４、
Ｒ５、Ｒ６によって定められている。この演算回路２の
演算出力がフィルタの出力信号電圧Ｖｏｕｔとなる。

次に、第２図を参照してスイッチＳＷがオン状態に切換
えられた場合の回路動作を述べる。

第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は
、第１図に示したアクティブ・フィルタの各部における
動作特性を示す。

（ａ）は、微分型帰還回路３の周波数伝達特性３１と積
分型帰還回路４０周波数伝達特性４１をそれぞれ示す。

この２種類の特性３１．４１をもつ帰還回路３，４によ
って演算増幅器ＯＰＩに二重の負帰還をかけると、伽）
に示すような伝達特性をもつバンド・パス・フィルタ１
が得られる。（ｂ）に示す伝達特性は、（ａ）に示し化
２種類の特性３１，４１の曲線の谷間で伝達量がピーク
となる。（ｃ）は、入力信号電圧ｖｉｎが増幅器１１を
介して演算回路２に入力されるまでの経路における周波
数伝達特性を示す。この経路での伝達特性は周波数に対
して変化せず、全周波数に対して一定の伝達係数（ある
いは減衰率）を示す。

従って演算回路２には、（ｂ）　、　（Ｃ）に示す周波
数成分が同時に供給されることになり、演算回路２にお
い℃両者の演算が行われる。ＯＦ２は反転演算増幅器で
あるから、（Ｃ）に示す周波数成分から山）に示す周波
数成分を減算し比出力信号Ｖｏｕｔが得られる。

（ｄ）に示す実線は、入力信号電圧Ｖｉｎからバンド・
バス・フィルタ１の出力信号電圧を減算することによっ
て得られる周波数伝達特性を示す。この（ｄ）　Ｋ示す
特性はｃｂ）の選択特性回腸と逆のノツチ特性曲線を呈
する。この場合、微分型帰還回路３の高域遮断周波数と
積分製帰還回路４の低域遮断周波数のちょうど中間にて
、伝達量ＧＶ　（ＧＶ　＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が選択的
に落ち込むディツプ点が現れる。。このディツプ点がノ
ツチ周波数ｆｒとなる。

し九がって、第１図に示したアクティブ・フィルタのノ
ツチ周波数ｆｒは、微分型帰還回路３１を構成するコン
デンサＣＩと抵抗Ｒ１および積分型帰還回路４１を構成
する抵抗Ｒ３とコンデンサＣ４の計４つの時定数素子の
値を設定することによって、ノツチ周波数の中心点（ｆ
ｒ）を任意に定めることができる。

さらに、コンデンサとインダクタンスによる共振回路を
もちいｔ前記アクティブ・フィルタと同等のノツチ特性
を得る場合には、各抵抗値Ｒ１とＲ３および各コンデン
サＣ４とＣ鵞の値をそれぞれ同じに揃えることができ、
この場合には、わずか２種類の素子値（Ｒ１＝Ｒ３、Ｃ
，＝Ｃりを定めるだけで任意のノツチ周波数ｆｒを得ろ
ことができる。

次に、スイッチＳＷがオフ状態に切換えられた場合の回
路動作を述べろ。

この場合、増幅器１１は非動作になり、演算回路２に（
ｃ）で示し九周波数成分の入力信号電圧Ｖｉｎが供給さ
れず、（ｂ）で示し九周波数成分のみが供給されること
になる。演算回路２は山）に示す周波数成分を増幅し、
（ｄ）に仮想線で示す如き出力信号Ｖｏｕｔを得る。

すなわち、上記アクティブ・フィルタはスイッチＳＷを
オン状態に切換えた場合に帯域消去特性になり、スイッ
チＳＷをオフにし友場合は帯域通過特性になる。

従って、上記アクティブ・フィルタを上記ＦＭ受信機に
適用し、かつノツチ周波数ｆｒを１９ＫＨｚに設定すれ
ば、パイロット信号およびその高次高調波成分を除去す
ることができる。更に、１９ＫＨｚの周波数成分を検出
して各種制御信号を得ることもできる。

ところで、上記ノツチ周波数ｆｒは、コンデンサｃ１ｔ
　ｃ、　、抵抗Ｒ１，Ｒ３の選択により容易に変化でき
ることを述べた。ノツチ周波数を自由に選択できれば、
アクティブ・フィルタの付加価値が増大することになる
。以下に述べる第２実施例は、複数のノツチ周波数ｆｒ
を選択し得るように構成し九アクティブ・フィルタの一
例を示すものである。

〔実施例−２〕 以下、第３図及び第４図を参照して本発明の第２実施例
を説明する。

なお、上記第１実施例と同一の動作をなす回路部品には
同一の符号を付し、説明の重複を避けるものとする。

本実施例に示すアクティブ・フィルタは、３個のアクテ
ィブ・フィルタ２１．２１’　　、２１’を並列接続し
念ものである。それぞれのノツチ周波数ｆｒ　、　ｆｒ
’　、　ｆｒ”は、コンデンサＣ，，ｃ、’。

（＋、　ＩＩ　、抵抗ＲＩ　＋　Ｒ１’　＊　Ｒ１”ｅ
　ｕｓ　ｐ　Ｒ１’　ｐＲ８〃の選択により、第４図に
示す如く異なった周波数に選択されている。

第３図に示すように、ラインｔ、に上記増幅器１１が設
けられておらず、入力信号電圧Ｗｉｎは抵抗Ｒ５を介し
て常に反転演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子−に供給さ
れている。上記ラインｔ１にもとづく入力信号電圧Ｖｉ
ｎの伝達は、他のアクティブ・フィルタ２１’、２１”
についても共用されるものである。

スイッチＳＷｉをオン状態に切換え、他のスイッチｓｗ
ｌ’、ｓｗ”をオフに切換えると、アクティブ・フィル
タ２１が動作可能となり、他のアクティブ・フィルタ２
１’、２１”はすべて非動作になる。ライン１．による
信号伝達及びバンド・パス・フィルタ１の上記回路動作
により、第４図に実線で示すノツチ周波数ｆｒを得る。

ま几、スイッチｓｗ、’をオン状態に切換え、他のスイ
ッチｓｗ、、ｓｗ、”をオフ状態に切換えた場合は、ア
クティブ・フィルタ２１′が動作可能になり、他のアク
ティブ・フィルタ２１．２１”はすべて非動作になる。

ラインＬ、による信号伝達及ヒバンド・パス・フィルタ
１′の回路動作により第４図に点線で示すノツチ周波数
ｆｒ’を得る。

更に、スイッチｓｗ、”　　をオン状態に切換え、他の
スイッチｓｗ１　、ｓｗ、’をオフ状態に切換えた場合
は、ラインｔ、による信号伝達とバンド・パス・フィル
タ１″の回路動作とにより、第４図に点線で示すノツチ
周波数ｆｒ’　を得る。

なお、スイッチｓｗ、−ｓｗ、”のすべてをオン状態に
切換えな場合は、ノツチ周波数ｆｔ、ｆｒ’。

ｆ　ｒＩＩ　　を同時に得ることかで鎗、何れか２のス
イッチをオンにして２０ノツチ周波数を得ることもでき
る。ま几、スイッチｓｗ、−ｓｗ、”のすべてをオフに
し几場合は、ライン１．による信号伝達が行われる。

以上に、アクティブ・フィルタの第１及び第２実施例を
述べたが、上記各アクティブ・フィルタの特性について
下記の如き調整を行うことができる。

すなわち、上記ノツチ周波数ｆｒにおける伝達量の落ち
込み量は、上記演算回路２の一方の演算入力信号に適当
な減衰係数をも几せることＫよって、上記ノツチ周波数
から独立して任意に設定することができる。この減衰係
数は、念とえば抵抗Ｒ２あるいはＲ４によって独立に設
定することができる。

さらに、微分型帰還回路３１を構成するコンデンサＣ８
と抵抗Ｒ１および積分型帰還回路４１を構成する抵抗Ｒ
３とコンデンサＣ１をそれぞれ個別に設定することＫよ
り、任意の周波数広がりをもつノツチ特性が得られる。

しかも、その周波数広がりの上限は微分型帰還回路３１
のコンデンサＣ８と抵抗Ｒ１によりて、その下限は積分
型帰還回路４の抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２によって、そ
れぞれに独立して任意に設定することができる。

上記実施例に示し友アクティブ・フィルタは、下記の如
き効果を奏する。

（１）　　コンデンサ、抵抗からなる時定数回路とＱを
有する増幅器とで構成され几バンド・パス・フィルタと
、入力信号電圧の伝達及び遮断が制御される伝達経路と
、上記バンド・パス・フィルタの出力信号と上記伝達経
路の出力信号とを減算する減算回路とを設けることＫよ
り、上記伝達経路による信号伝達時に上記減算回路の作
用たより帯域消去特性が得られ、遮断時に帯域通過特性
が得られるので、アクティブ・フィルタの付加価値が向
上し、多目的使用が可能になる。

（２）上記コンデンサ、抵抗を選択するととＫより、時
定数回路の時定数を任意に設定し、帯域通過及び帯域消
去の周波数を可変できるので、コイルを不要としｔアク
ティブ・フィルタを得る、という効果が得られる。

（３）上記（１）　、　（２）により、アクティブ・フ
ィルタの半導体集積回路化が容易になる、という効果が
得られる。

（４）帯域通過特性の異なる複数の上記バンド・パス・
フィルタを並列接続し、各バンド・パス・フィルタに入
力信号電圧を共通に供給するとともに、各バンド・パス
・フィルタの出力信号を−の減算回路に共通に供給する
ことにより、複数の異なつ比帯域消去特性を有するアク
ティブ・フィルタが得られる。

（５）上記（４）により、アクティブ・フィルタの付加
価値が向上する。

以上、本発明者によってなされ九発明を実施例にもとづ
き具体的に説明し九が、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。九とえば、上記演算
回路２を抵抗だけによる電圧加算回路で構成してもよい
。ま几、Ｒ２を省略して、同様の特性を得るようにする
ことができる。

更に、第２実施例で述べ九ラインＬｌについて、第１実
施例の如ぐ信号伝達の断続制御を行ない得るように構成
してもよい。この場合、第４図で示し定周波数特性と逆
極性になり、アクティブ・フィルタは複数のバンド・パ
ス特性を有するようになる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるノツチ・フィルタに
適用した場合について説明し九が、それに限定されるも
のではなく、几とえば、ノツチ帯域幅の広い複数のアク
ティブ・フィルタな使りて構成されるバンド・パス・フ
ィルタなどにも適用できる。

本発明は少なくとも、ある周波数帯域の信号から特定の
周波数の有無を検出して制御を行う場合、例えばラジオ
受信機、テレビジ冒ン受信機のＡＧＣ回路、更に周波数
分析回路等に広く利用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、バンド・パス・フィルタと、このバント・パ
ス・フィルタに対し並列接続され、かつ信号伝達が断続
される信号伝達経路と、上記バンド・パス・フィルタの
出力信号及び信号伝達経路の出力信号を減算する減算回
路とを設け、上記信号伝達経路を動作及び非動作忙制御
することにより、所望の周波数信号の通過ならびに消去
を行う、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したアクティブ・フィルタの第１
実施例を示す回路図。 第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は上記アクティブ・フ
ィルタの回路動作を説明する九めの周波数特性図、第３
図は本発明の第２実施例を示すアクティブ・フィルタの
回路図、 第４図は第３図に示し几アクティブ・フィルタの回路動
作を説明するｔめの周波数特性図、第５図はこの発明に
先立って検討されｔノツチ・フィルタの構成を示す回路
図、 第６図は第５図に示し九回路のフィルタ特性を示すグラ
フである。 ｌ・・・バンド・パス・フィルタ、２・・・演算回路、
３・・・微分型帰還回路、４・・・積分型帰還回路、Ｃ
Ｉ。 Ｃ２・・・コンデンサ、Ｒ１−Ｒ５・・・抵抗、ＯＰＩ
。 ＯＦ２・・・演算増幅器、１１・・・増幅器、２１〜２
１″・・・アクティブ・フィルタ、ＳＷ、ｓＷ、−ｓＷ
、”・・・スイッチ、ｆ　ｒ　−ｆ　ｒ　”・・・ノツ
チ周波数。 代理人　弁理士　　小　川　勝　男　、。 ３、　　　第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、コンデンサ、抵抗、演算回路からなり、その駆動が
   固定または任意に設定可能な少なくとも１以上のバンド
   ・パス・フィルタと、上記バンド・パス・フィルタに供
   給される入力信号が共通に供給されるとともに、上記入
   力信号の伝達および遮断が制御される信号伝達経路と、
   上記バンド・パス・フィルタの出力信号および上記信号
   伝達経路の出力信号が供給され、上記２の出力信号供給
   時に演算出力を得る演算回路とによって構成したことを
   特徴とするアクティブ・フィルタ。