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    公开号:WO1989012280A1
    申请号:PCT/JP1989/000588
    申请日:1989-06-09
    公开日:1989-12-14
    发明作者:Kaoru Takasuka；Ken'ichi Takahashi
    申请人:Asahi Kasei Microsystems Co., Ltd.；
    IPC主号:G06G7-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 ア ナ ロ グ演算回路
    [0002] 技術分野 本発明 は ア ナ ロ グ演算回路 に関す る も の で、 さ ら に 詳 し く は乗算， 除算， 圧縮， 伸長お よ び こ れ ら の組合 せ 演算 に 適 し た ア ナ ロ グ演算回路 に 関す る も の で あ る 。 背景技術 従 来 の ア ナ ロ グ 乗算 回 路 と し て ほ 、 た と え ば P N 接 合 に お け る 電 流 I と 電圧 V と の 対数 関数 で あ る I = Is - ek (I : PN 接合に流れ る電流、 Is : 飽和電流、 V: PN接合の電圧、 k:定数） を利用 し、 対数の加算 に よ り 乗算を実行す る も の があ る 。
    [0003] し か し 、 P N接合の導通時の電圧 ほ約 Q .6 V程度 で あ り 、 ア ナ ロ グ入力信号の大 き さ が制限 さ れ て い る の で、 大振幅の ア ナ ロ グ信号の乗算を行 う こ と がで き な か っ た。 し か も 、 こ の場合の乗算 は ノ イ ズ に影響さ れ やす く 、 高精度の乗算を期待で き なか っ た。 加え て、 回路を M0S-LSI ィ匕す る こ と も 困難で あ つ た。
    [0004] こ の他 に第 1 入力電圧 Exと その反転 し た電圧 - Ex を 交互 に ス イ ッ チ ン グ し、 そのス イ ッ チ ングのデ ューテ ィ ♦ レ シオを第 2 入力電圧 E yでパルス幅変調 し、 その パルス幅変調出力を平均化す る こ と で出力 E x · E y を得 る時分割型の乗算回路が提案さ れてい る （例え ば特開 昭 5 5 - 8 2 3 7 5号） 。
    [0005] しか し、 こ の場合に は、 パルス幅変調出力 ほ ア ナ 口 グ入力信号 E yと三角波信号 と の レベル比数で得ている ので、 かか る'出力のパ ルス幅は、 三角波信号の周波数 が一定であ っ て も、 ア ナ ロ グ入力信号が任意の値を と る 限り 、 任意の値と なる 。 すなわ ち 、 かか る パ ル ス幅 は ア ナ ログ的 に連続な量 と な る 。 つ ま り 、 パルス幅変 調回路の デ ュ ー テ ィ · レ シ オ が連続的 に 変化す る の で、 デ ューテ ィ · レ シオ を正確に原信号に追従さ せる ため に は、 高速で精度の よ い ア ナ ロ グ回路が必要であ つ Ί: 。
    [0006] 加え て、 パルス幅変調回路 に おいて三角波信号を発 生す る 回路ほ、 その三角波信号の振幅 と 周波数が変調 特性 に大き く 影響す る ので、 高精度の回路を用い な け ればな ら ず、 その高精度の回路を実現す る ため に は、 0 S - L S I ィ匕に不都合があ り 、 しか も ノ イ ズの影響も受 けやすい。
    [0007] 従来の ア ナ ロ グ除算回路 は 、 対数 ア ン プ に よ る 方 式、 ま た は、 ア ナ ロ グ乗算器を演算増幅器の帰還ルー ブ に入れ る乗算帰還方式が知 ら れてい る 。 しか し なが ら 、 前者は本質的 に演算速度が遅い う え に 、 被演算信 号 と 演算信号の両者が共 に正 ま た は負の同一符号の演 算 し か で き ない と い う 問題があ っ た。 ま た、 後者は回 路 に乗算器を含む帰還ループを有 し て い る の で、 発振 し ゃす く 安定性がよ く ない と い う 問題点があ っ た。 従来 の ア ナ ロ グ伸長回路 ま た は圧縮回路 は 、 バ イ ポー ラ ト ラ ン ジ ス タ の非線形素子特性を利用 し た利得 制御回路を使用す る方式、 ま た は、 抵抗 と ダイ オー ド の回路網を用い たダイ オー ド · ク ラ ン プ折線近似回路 を使用す る方式があ り 、 いずれの場合も 、 伸長回路の 場合は非線形要素を増幅回路の入力側に入れ、 圧縮回 路 の 場 合 は 非線形要素 を 帰還 ル ー ブ側 に 入 れ て い る 。
    [0008] し か し な が ら 、 ノ イ ポー ラ ト ラ ン ジ ス タ の非線形素 子特性を利用す る方式は、 素子特性のバ ラ ツ キ の問題 があ る う え に、 L S I ィ匕 し て小型化す る こ と が困難で あ る 。 ま た、 ダイ オー ド ク ラ ン プ折線近似回路を使用 す る方式は、 多数の抵抗素子を使用 し な ければな ら ない の で、 本質的 に L S I ィヒが困難であ る 。
    [0009] 以上述べた従来の種々 の ア ナ ロ グ演算回路は、 そ れ ぞれ欠点を持っ て い る が、 さ ら に 、 そ れ ら は一般 に演 算 目 的毎 に著 し く 異な っ た回路構成 と な る の で 、 共通 化 ま た はユニバーサル化す る こ と が難 し い。 そ れ故、 例え L S I ィヒが可能 に な っ た と し て も 、 多種の L S I の製 造 を 必要 と し 、 大 量生産 の メ リ ッ ト 享受 で き な い 0 発明の開示 本発明の 目 的は、 従来か ら知 ら れてい る ア ナ ロ グ演 算回路の問題を解決 し た新しい ア ナ ログ演算回路を提 供す る も の で あ る 。
    [0010] 本発明の他の 目 的 は、 回路構成が簡単で安定性の良 好な ア ナ ロ グ演算回路を提供す る も の で あ る 。
    [0011] 本発明の さ ら に他の 目 的は、 M O S - L S I ィヒ し て小型化 す る こ と の で き る ア ナ ロ グ演算回路を提供す る も の で あ る 。
    [0012] 本発明の さ ら に ま た他の 目 的 は、 基术の共通回路を 使用 して、 種々 の演算が可能なユニバーサルタ イ ブの ア ナ ロ グ演算回路を提供する も のであ る 。
    [0013] かか る 目 的を達成す る ため に、 本発明 は被演算信号 と 漬算信号を入力 し、 演算結果を出力す る ア ナ ロ グ演 算回路 に お い て、 被演算信号を所定のサ ン プ リ ン グ周 波数 に よ り サ ン ブル し てデジタ ル信号を出力す る A / D 変換手段 と 、 その デ ジ タ ル信号を入力 し第 1 の基準信 号 に応答 し て正負の第 1 ア ナ ログ信号を出力 し、 該ァ ナ Π グ信号を A / D 変換手段の差分入力 と し て帰還する 第 1 の D / A 変換手段 と を有す る Δ Σ 変調手段 と 、 上述 のデジタ ル信号を入力 し、 第 2 の基準信号に応答 し て 正負の第 2 ア ナ ロ グ信号を出力す る第 2 の！) / A 変換手 段 と 、 第 2 ァ ナ ロ グ信号を入カ し、 演算結果であ る ァ ナ ロ グ信号を出力す る ロ ーパ ス フ ィ ルタ と を備え、 第 1 の基準信号お よ び第 2 の基準信号の う ち少な く と も 一方を演算信号 と し た も の で あ る 。
    [0014] こ こ で 、 Δ ∑ 変調手段か ら 出力さ れ る デ ジ タ ル信号 を 1 ビ ッ ト の デ ジ タ ル信号 と す る こ と がで き る 。
    [0015] ま た 、 第 1 お よ び第 2 の D / A 変換手段は、 演算増幅 器お よ びス ィ ッ チ ト キ ャ パ シ タ か ら構成す る こ と が で き る 。
    [0016] ロ ーパ ス フ ィ ル タ は、 演算増幅器お よ びス ィ ッ チ ト キ ャ パ シ タ か ら構成す る こ と が で き る 。
    [0017] さ ら に好適に は、 演算信号 と し て第 2 の基準信号を 入力 し、 被演算信号 と 演算信号の積信号を出力す る こ と も可能で あ る 。
    [0018] 演算信号 と し て第 1 の基準信号を入力 し、 被演算信 号を演算信号で割 つ た商信号を出力す る こ と も可能で あ る 。
    [0019] 被演算信号を整流ノ平均化 し て得た信号を第 2 の基 準信号 と し 、 こ れを演算信号 と し て 用 い る こ と に よ り 伸長信号を出力す る こ と も可能で あ る 。
    [0020] ま た、 商信号を整流ノ平均化 し て得た信号を第 1 の 基準 ie "^5 " と し 、 れを演算信号 と し て 用い る こ と に よ り 圧縮信号を出力す る こ と も可能で あ る 。
    [0021] ス ィ ッ チ ト キ ャ パ シタ と コ ン ノ レ ータ と 演算増幅器 と を用い て整流 Z平均化を行 う こ と も好適で あ る 。
    [0022] さ ら に好適 に は 、 整流ノ平均化 さ れ た 出力が所定の 出力値以下に な っ た と き、 演算信号 と し て整流 Z平均 化さ れた出力か ら所定の出力へ切換え る選択手段を具 備す る こ と も で き る。 図面の簡単な説明 第 1 図ほ本発明の ア ナ ロ グ演算回路の基本構成を示 すプロ ッ ク 図であ る。
    [0023] 第 2 A図〜第 2 K図は本発明の ア ナ ロ グ演算回路の各部 の信号波形を示す図であ る。
    [0024] 第 3 図は本発明の ア ナ ロ グ演算回路 に お け る第 1 ま た は第 2 の D / A コ ン バータ の一例を示すブロ ッ ク 図で あ る 。
    [0025] 第 4 A図は本発明の ア ナ ロ グ演算回路に お け る Δ ∑ モ ジ ュ レ一タ の一例を示す プロ V ク図であ る。
    [0026] 第 4 B図は本発明の ア ナ ログ演算回路 に お ける第 2 の ひ/ A コ ン ノ " ータ と ロ ー パ ス フ ィ ルタ を一体的な回路で 構成 し た一例の ブロ ッ ク 図であ る 。
    [0027] 第 5 図ほ本発明の ア ナ ログ演算回路を乗算回路 と し て使用 し た一例を示す ブロ ッ ク 図であ る 。
    [0028] 第 6 図は本発明の ア ナ ロ グ演算回路を除算回路 と し て使用 し た一例を示すプロ ッ ク図で あ る 。
    [0029] . 第 7 図は本発明の ア ナ ロ グ演算回路を伸長回路 と し て使用 し た一例を示すプ ロ ッ ク 図であ る 。
    [0030] 第 8 図は本発明の ア ナ ロ グ演算回路を圧縮回路 と し て使用 し た一例を示す プ ロ V ク 図で あ る 。
    [0031] 第 9 図は本発明の ア ナ ロ グ演算回路に使用す る整流 平 均 化 回 路 の 一 例 を 示 す 概念的 プ ロ ッ ク 図 で あ る 。 '
    [0032] 第 10図は第 9 図 に示 し た プ ロ ツ ク 図を よ り 具体化 し た一例を示す プロ ク 図で あ る 。
    [0033] 第 11A 図〜第 11D 図は第 7 図 に お け る各部の信号波 形を示す図で あ る 。
    [0034] 第 12図は第 8 図 に示 し た圧縮回路 に最小出力設定部 を設け た一例を示す プ ロ ク 図で あ る 。 発明を実施す る た めの最良の形態 第 1 図は、 本発明の ア ナ ロ グ演算回路の基本構成を 示 す 。 こ の ア ナ ロ グ演算回路 は 、 厶 ∑ モ ジ ユ レ ー タ 10 , 第 2 の ！)/ A コ ン ク ー タ 20お よ びロ ー ノ ス フ ィ ル タ 30か ら な つ て レヽ る 。 厶 ∑ モ ジ ユ レータ 10自体の基本回 路 は公知で あ り 、 一般 に ほ ア ナ ロ グ信号を そ れ に対応 し た パ ル ス密度変調信号 に変換す る も の で 、 種々 の形 式お よ び回路が知 ら れて い る 。
    [0035] 第 1 図 に示 し た一例は 2 次変調型の 厶 ∑ モ ジ ュ レ ー タ を使用 し て お り 、 11お よ び 12は演算増幅器、 13お よ び 14は加算部、 15お よ び 16は各演算増幅器 11お よ び 12 の帰還用 コ ン デ ン サ で あ り 、 こ の コ ン デ ン サ に よ り 各 演算増幅器 11お よ び 12は積分器 と し て作用 す る 。 17は コ ン パ レ ータ 、 18ほ コ ン パ レ ータ 17の 出力 をサ ン ブ リ ン グ周波数 （i s )の ク ロ ヅ ク パ ルス で取込む フ リ ブ フ 口 ヅ ブ、 19は第 1 の D/A コ ン ノ ータ （ 1 ビ ッ ト D/A コ ン バータ ） 、 ラ イ ン a は被演算信号 （ ア ナ ロ グ信号） の入力 ラ イ ン 、 ラ イ ン b は第 1 の D/A コ ン ク ータ 19へ の基準信号の供給ラ イ ン 、 ラ イ ン s ほ フ リ ツ ブ フ ロ ッ ブ 18への ク ロ V ク パ ルス供給ラ ィ ン 、 ラ イ ン c は第 2 の D/A コ ン パータ 20への基準電気信号の供給ラ イ ン 、 お よ び、 ラ イ ン 0 は ア ナ ロ グ演算回路の出力 ラ イ ン で あ る。
    [0036] ラ イ ン s か ら 供給 さ れ る ク ロ V ク パ ル ス の周波数 は、 被演算信号の最高周波数の 10倍以上、 好ま し く は 50倍〜 1000倍の値と される 。 10倍以下 と す る と 、 SN比 が低下して く る ので好ま し く ない。
    [0037] 厶 ∑ モ ジ ユ レータ では、 高域側で量子化ノ ィ ズが急 増す る の で、 量子化ノ ィ ズの周波数特性を良好な も の と す る ため に、 た と えば第 1 図の回路構成の よ う に、 演算増幅器を用い た積分器を多段縦続接続 し た り 、 あ る い は！)/ A コ ン ク ータ 19を 1 ビ ト で な く 2 ビ ヅ 卜 な どの よ う に 多値化すればよ い。
    [0038] 第 1 図 に お い て、 厶 ∑ モ ジ ユ レ 一タ 10の ラ イ ン a に は、 例え ば第 2 A図 に示す よ う な ビーク値 A の正弦波の 形態の被演算信号 （ ア ナ ロ グ信号） が入力 さ れる 。
    [0039] 加算器 13に ほ被演算信号 （第 2A図） と 第 1 の D/A コ ン パータ 19か ら の出力 と を供給 し、 その加算出力を演 算増幅器 1 1の反転入力端子 に供給す る 。 加算器 1 4に は 演算増幅器 1 1の出力 と D / A コ ン バータ 1 9か ら の出力 と を供給 し、 そ の加算出力を演算増幅器 1 2の反転入力端 子に供給す る 。 演算増幅器 1 1お よ び 1 2の非反転入力端 子 に は ア ナ ロ グ接地電位を印加す る 。
    [0040] コ ン パ レ ー タ 1 7で は、 演算増幅器 1 2か ら の出力を ァ ナ ロ グ接地電位 と 比較 し、 そ の出力が ア ナ ロ グ接地電 位よ り 大 き レ、 と き に " 1 " 、 そ の他の と き に " 0 " を 出力す る 。
    [0041] フ リ ッ ブ フ ロ ッ ブ 1 8のデータ 入力端子 に は コ ン ノペ レ ータ 1 7か ら の 2 値出力 " 0 " ま た は " 1 " を供給 し、 同 じ く ラ イ ン s よ り 被演算信号の周波数の数十倍以上 の サ ン プ リ ン グ周波数を も つ ク ロ ッ ク パ ルス f sを供給 し 、 そ の ク ロ ッ ク ノ ルス に同期 し て コ ン クペ レ ー タ 1 7か ら のデータ " 0 " ま た は " 1 " を取 り 込む。
    [0042] こ の よ う に し て 、 被演算信号 （第 2 A図） は、 ク ロ ッ ク バ ルス f sで高速サ ン プ リ ン グ さ れて、 第 2 B図 に示す よ う に 、 例え ば 1 ビ ッ 卜 のデ ジタ ル出力 に変換 さ れて 取 り 出 さ れ る 。
    [0043] コ ン クペ レ ー タ 1 7と フ リ ッ ブ フ ロ ッ ブ 1 8は 1 ビ ッ ト A / D 変換のみ な ら ず、 多 ビ ッ ト A / D 変換 と す る こ と も で き る 。 し か し 、 以下の説明 は理解 を容易 と す る た め、 1 ビ ッ ト の A / D 変換の場合を例 に行 う 。
    [0044] こ の デ ジ タ ル信号 （ 第 2 B図 ） は 被演算信号 （ 第 2 A 図） の各サ ン プ リ ン グ時の瞬時値 に 比例 し た パ ルス密 度の ノ ルス列 と な る 。 た だ し、 フ リ ブ フ ロ V ブ 1 8が ク ロ ヅ ク パ ルス f sで動作する の で、 かか る デ ジ タ ル出 力のパ ルス幅は l / f s (秒） の整数倍の値を と る のみで あ っ て、 デジタ ル的に離散的 な量 と な る。 す なわ ち、 第 2 B図 に示す よ う に 、 被演算信号 （第 2 A図） の振幅お よび極性に応じ てパ ルス密度は変化 し、 正方向の入力 の と き に比べて、 負方向の入力の と き の方が " 0 " の 密度が高 く な る 。 ま た、 振幅が零の と き 、 す なわ ち無 信号の と き に、 " 0 " と " 1 " のパ ルス密度は等し く な る 。
    [0045] 第 1 の D / A コ ン バータ 1 9に おい て 、 基準信号を フ リ V ブ フ ロ ブ 1 8のデジタ ル信号に よ っ て、 正ま た は負 の アナ ロ グ信号に変換し、 その ア ナ ύグ出力を加算器 1 3お よ び 1 4を介 して、 演算増幅器 1 1お よび 1 2に それぞ れ ラ イ ン a か ら の被演算信号に対す る差分 と し て帰還 する 。 そ れ に よ り 、 その時点の被演算信号 と 、 そ の直 前のデ ジタ ル信号に対応す る ア ナ ロ グ信号の差分が常 に積分さ れる 。
    [0046] 第 1 の D / A コ ン バータ 1 9 に供給さ れる'基準信号を V と する と 、 加算器 1 3お よ び 1 4か ら そ れぞれの演算増幅 器 1 1お よび 1 2への差分出力 は次の よ う に な る 。 す なわ ち 、 フ リ ッ プ フ ロ ッ プ 1 8の出力が " 1 " の場合は （被 演算信号） 一 V , " 0 " の場合ほ （被演算信号） + V と な る 。 例えば第 2 C図に示すよ う に、 第 1 の D / A コ ン ノ ータ 1 3の基準信号 V iあ る レヽ は V 2が第 1 図の ラ イ ン b よ り 入力 さ れ る と 、 厶 ∑ モ ジ ユ レ ー タ 10の 出力 は、 第 2 D図 に 示す よ う な 1 ビ 、ソ 卜 の デ ジ タ ル信号 と な る 。 こ こ で基準信号値が V で あ る と き は、 そ れ に 対応す る デ ジ タ ル信号 （第 2D図の左半分 ） ほ、 被演算信号 （ 第 2A 図 ） の値 と 基準信号 V！と に よ り 、 A/V！に比例 し た ノ ル ス 密度の パ ルス信号列 と な る 。 同様 に 、 基準信号値が V 2で あ る と き は、 A/V 2に 比例 し た パ ルス 密度の ノ ルス 信号列 と な る 。
    [0047] な お、 上記の説明 ほ基準信号 V が正方向の信号 （ 電 圧 ま た は電流 ） の例で あ る が、 負方向の信号 も こ れ に 準 じ て考 え て よ い。
    [0048] 第 1 の D/A コ ン バー タ 19に 供給 さ れ る 基準信号が所 定の一定値で あ る と き は、 厶 ∑ モ ジ ユ レ ー タ 10の 出力 信号は、 被演算信号 ま た は そ れ に比例 し た パ ルス密度 の パ ルス信号列 と な る こ と は言 う ま で も な い。
    [0049] 厶 ∑ モ ジ ユ レ ー タ 10の 出力 は、 第 2 の D/A コ ン ノ ー タ 20に 入力 さ れ る 。 こ こ で説明 を簡単 に す る た め に 、 ラ イ ン a に 入力 さ れ る 被演算信号 を 第 2 E図 の よ う に V O . -Vzの よ う な信号 と し 、 ラ イ ン b に 供給 さ れ る 基 準信号 も 一定値を有す る も の と す る と 、 Δ Σ モ ジ ユ レ ー タ 10の 出力信号 ほ第 2F図の よ う に な る 。
    [0050] 第 2 の D/A コ ン ク ー タ 20の基準信号 と し て 、 ラ イ ン c か ら 第 2 G図 に 示す よ う な ビー ク 値 A の正弦波状の信 号を入力 し た場合を考 え る と 、 第 2 の D/A コ ン バー タ 20の 出力 は第 2 F図 に 示 し た信号の " 1 " ま た は " 0 " に応じて、 第 2 &図の信号を正ま た は負 に変換 し て第 2 H 図に示す よ う な信号 と なる。
    [0051] こ の第 2 の D /A コ ン バータ 2 0の作用は第 1 の D / A コ ン パータ 1 9の作用 と 同一であ り 、 基準信号を一定値 と すれば、 第 2 の D / A コ ン バータ 2 0の出力 ほ 厶 ∑ モ ジ ュ レータ 1 0のデジ タ ル出力がそ の ま ま ア ナ ロ グ に変換さ れた値 と な る 。
    [0052] 第 2 の D / A コ ン バータ 2 0の出力は次に ローバス フ ィ ルタ 3 0に入力され、 こ こ で信号の高域成分が除去さ れ る 。 口 一パ ス フ ィ ル タ 3 0と し て は、 例 え ば周知の C R ( コ ン デ ン サお よ び抵抗） に よ る ノ シ ブ フ ィ ルタ 、 ま た は、 G Rと演算増幅器か ら な る ア ク テ ィ ブ フ ィ ルタ を一般的に使用する こ と がで き る。
    [0053] さ ら に 、 こ の 口 一 ノ ス フ ィ ルタ 3 0は、 ス ィ ッ チ ト キ ャ パ シ タ フ ィ ルタ で構成する こ と が で き る 。 通常、 口 一ノ ス フ ィ ルタ と し て ス ィ ッ チ ト キ ヤ ノ シ タ フ ィ ルタ を用い る と 、 折 り 返 し ノ イ ズが問題 と な る が、 本発明 の ア ナ ロ グ演算回路に おいて ほ、 その よ う な問題は生 じ ない と い う 利点があ る 。
    [0054] す なわ ち 、 ス イ ッ チ ト キ ャ パ シ タ フ ィ ルタ は、 そ の サ ン ブ リ ン グク ロ ッ ク に よ り 入力信号をサ ン ブル し て 処理す る の で、 （ サ ン プ リ ン グ ク ロ ッ ク の整数倍） 土 ( フ ィ ルタ の通常帯域） の周波数蒂域の信号はそ の ま ま通過帯域に折 り 返される 。 そ こ で、 従来のパ ルス幅 変調回路を用い た ア ナ ロ グ乗算回路で は、 前述 し た よ う に 、 そ の出力パ ルス の幅が任意で あ る こ と か ら 、 そ の周波数スべ ク ト ルは全帯域 に広がる可能性があ り 、 そ の 全 带域 の 成分 が折 り 返 さ れ る の で 、 そ の 折 り 返 し を 防止す る た め の折 り 返 し 防止 フ ィ ル タ （Antialiasing Filter)を ス ィ チ ト キ ャ パ シ タ フ ィ ル タ の 前段 に 挿入 し て 、 通過带域 よ り 高域側 を遮断 し て い る 。
    [0055] こ れ に対 し て、 本発明の一実施例で ほ、 厶 ∑ モ ジ ュ レ ー タ 10の サ ン プ リ ン グ ク ロ ッ ク の周波数 f sと 、 口 一 ノぺ ス フ ィ ルタ に お け る ス ィ ッ チ ト キ ヤ ノぺ シ タ フ ィ ル タ のサ ン プ リ ン グク ロ ッ ク の周波数を通過帯域 に対 し 10 倍以上の整数倍 と し て十分 に高 く 定め る の で、 折 り 返 し フ ィ ルタ を前置す る 必要がない。
    [0056] さ ら に 、 第 1 の D/A コ ン ノ 一 タ 19お よ び第 2 の D/A コ ン ノ ータ 20も ス ィ ッ チ ト キ ャ パ シ タ 方式で構成す る こ と が で き る 。
    [0057] 第 3 図は、 第 1 の D/A コ ン ノ ータ 19を ス ィ ッ チ ト キ ャ パ シ タ 方式で構成 し た一例で あ る （第 2 の D / A コ ン ノ ータ 20も 同様で あ る ） 。 第 1 の D/A コ ン ク 一タ 19は 第 1 の ス イ ッ チ 卜 キ ャ パ シ タ 回路 21 , 第 2 の ス イ ッ チ ト キ ャ パ シ タ 回路 22, こ れ ら 回路の出力側 に設け ら れ た第 1 の ゲー ト 23お よ び第 2 の ゲー ト 24か ら な つ て い る。 基準電気信号は ラ イ ン b か ら入力 さ れ、 ア ナ ロ グ 出力 は出力 ラ イ ン 25か ら 出力 さ れ る 。
    [0058] 第 1 の ス ィ ッ チ ト キ ヤ ノ シ タ 回路 21は 、 コ ン デ ン サ C2と そ の充放電の ため の一対の ス ィ ッ チ 0 i と 、 他の 一対の ス イ ッ チ 0 2 か ら構成さ れて い る 。 こ の 0 1 と
    [0059] 0 2 ほ互い に オー ク 一ラ ッ プ し な い ク ロ ッ ク に よ り ォ ン オ フ さ れる 。
    [0060] 第 2 の ス イ ッ チ ト キ ャ パ シ タ 回路 22は、 コ ン デ ン サ G3と そ の充放電の た め に、 上述 と 同様の 0 i と 0 2 の ス ィ ツ チ対か ら構成 さ れて い る 。
    [0061] 次 に、 こ の第 1 の D/A コ ン バータ 19の作用 を説明す る 。
    [0062] Φ 1 がオ ン ， Φ 2 がオ フ の と き 、 コ ン デ ンサ C2は放 電 さ れ 、 コ ン デ ン サ C 3ほ充電 さ れ る 。 0 2 が オ ン ， Φ 1 がオ フ の と き は、 コ ン デ ン サ C 2は充電可能状態 と な り 、 コ ン デ ン サ C 3は放電可能状態 と な る 。 こ の時点 で、 厶 ∑ モ ジ ユ レ ータ 10に含 ま れ る フ リ ッ ブ フ ロ ッ ブ 18 (第 1 図） が 1 ビ ッ ト デ ジ タ ル信号を出力する フ リ ヅ ブ フ ロ ッ ブ で構成 さ れて い る場合を考え る と 、 そ の 出力 Q ま た は ^"に よ り 第 1 の ゲ一 卜 23ま た は第 2 の ゲ 一 ト 24の い ずれか一方が選択さ れて オ ン と な る 。
    [0063] Q がオ ン の時は第 1 の ゲー ト 23がオ ン と な り 、 基準 信号の電位がそ の ま ま コ ン デ ン サ C 2を充電 し つつ出力 ラ イ ン 25か ら 負荷回路へ出力 さ れる 。 他方、 Q がオ ン の時ほ第 2 の ゲ一 卜 24がオ ン と な り 、 コ ン デ ン サ C3に 充電 さ れてい た電荷が、 基準信号の電位 と 逆電位 と な つ て 出力 ラ イ ン 25か ら 出力 さ れ る 。
    [0064] こ の よ う に し て Q ま た は Q の デ ジ タ ル信号 に応答 し て、 ラ イ ン b よ り 入力 さ れ る基準信号は正 ま た は負の ア ナ ロ グ信号に変換さ れて、 出力 ラ イ ン 25か ら 出力 さ れ る 。
    [0065] 第 4 A図は、 第 3 図 に示 し たス イ ッ チ ト キ ヤ ノ、' シ タ で 構成さ れた D/A コ ン ノ ータ を用い た、 厶 ∑ モ ジ ユ レ一 タ の一例で あ る 。
    [0066] 厶 ∑ モ ジ ユ レータ 100 は、 被演算信号の第 1 のサ ン プ リ ン グ部 106 と 、 演算増幅器 102 お よ び 103 , 各演 算増幅器の帰還用 コ ン デ ン サ C4お よ び C 6 , コ ン パ レ ー タ 104 , D 型フ リ ッ プ フ ロ ッ プ 105 と 、 第 1 の D/A コ ン バー タ 19と 、 第 2 の サ ン プ リ ン グ部 107 と 、 加算回 路 108 と か ら構成さ れて レヽ る 。 な お、 図中の 0 ^ 0 2 お よ び Q ， Q は第 3 図 に おいて説明 し た も の と 同一の 作用 を行 う も の で あ る 。
    [0067] ラ イ ン a か ら入力 さ れ る被演算信号は、 第 1 の サ ン プ リ ン グ部 106 に お レ、 て （6 ! オ ン 時 に コ ン デ ン サ C !に 充電 さ れ て サ ン プ リ ン グ さ れ 、 0 2 オ ン 時 に 加算点 109 を介 し て演算増幅器 102 へ入 り 、 こ こ で積分さ れ る 。 演算増幅器 102 の出力 は、 φ ^ オ ン時 に第 2 のサ ン ブ リ ン グ部 107 の コ ン デ ン サ C 5に充電さ れ て サ ン ブ リ ン グ さ れ、 さ ら に そ れ が ø 2 オ ン 時 に 演算増幅器 103 へ入 り 積分さ れ る 。
    [0068] 演算増幅器 103 の 出力 は 、 0 2 オ ン 時 に 加算回路 108 の コ ン デ ン サ C 7を充電す る 。 加算回路 108 に は Φ 2 オ ン時、 さ ら に演算増幅器 102 の出力が入 り 、 コ ン デ ン サ Geを充電す る 。 こ れ ら両出力は加算回路 108 で加算さ れて コ ン パ レ ー タ 1D4 へ入力さ れ、 大地電位 と 比較さ れて " 1 " ま た は " 0 " を出力す る。
    [0069] コ ン パ レ ータ 104 の 出力 は フ リ ッ プ フ ロ ッ プ 105 に 入力され、 ラ イ ン s か ら供給さ れる サ ン プ リ ン グ周波 数 （f s)のク ロ ッ ク パ ルス立上が り で ラ ッ チ さ れ、 Q お よ び"^の 1 ビ ッ ト の デ ジ タ ル信号が出力 さ れる。
    [0070] 第 4B図 ほ、 第 1 図 に お け る 第 2 の！)/ A コ ン ノ ータ 20 お よ びロ ーバス フ ィ ルタ 30をス ィ ッ チ ト キ ャ パ シ タ を 用い、 かつ回路 と し て一つ に ま と め た一例で あ る 。 ス イ ッ チ ト キ ャ パ シ タ 111 お よ び 112 を含む第 2 の D/A コ ン ク ータ 110 は、 第 3 図 に示さ れる第 1 の D/A コ ン ノ ー タ 19と 同 じ 構成 で あ る 。 第 2 の D / A コ ン ノ ー タ 110 の出力 は、 演算増幅器 113 の反転入力端 に供給さ れ、 非反転入力端に は ア ナ ロ グ大地電圧が印加ざれて い る 。 演算増幅器 113 の出力 ラ イ ン 0 と 反転入力端 と の間 に は、 コ ン デ ン サ C ίュ お よびス イ ッ チ ト キ ヤ ノ シ タ 114 が接続さ れてい る 。
    [0071] 第 2 の D/A コ ン ク 一タ 110 は、 厶 ∑ モ ジ ユ レ ータ 10 の出力 Q お よ び Q に し た が っ て、 ラ イ ン c か ら の基準 電気信号を、 直接ま た ほ反転し て演算増幅器 113 の反 転入力端 に出力す る 。 ス ィ 、ジ チ ト キ ャ パ シ タ 114 は、
    [0072] Φ 1 と 0 2 に よ る C!。 の充放電作用 に よ っ て一種の帰 還抵抗 と し て働き 、 ス ィ ッ チ ト キ ャ パ シ タ 1 U ま た は 112 と 共 に ロ ーパ ス フ ィ ル タ と し て働 く 。 す なわ ち 、 Δ Σ モ ジ ユ レ ー タ 1 0の出力 Q お よ び" 0に 従 っ て 、 基準 電気信号を直接ま た は反転す る と 共 に 、 そ の出力か ら 高周波成分を除 き 、 出力 ラ イ ン 0 に 出力す る 。
    [0073] 本発明を適用 し た ア ナ ロ グ演算回路で は、 乗算， 除 算， 伸長お よ び圧縮の各演算お よ び こ れ ら の組合せ演 算を実行す る に際 し て、 第 1 お よ び第 2 の D / A コ ン ノ 一 夕 の少な く と も一方の基準信号 と し て演算信号 （ ァ ナ ロ グ信号） を入力す る こ と に よ っ て各種演算を実行 す る こ と が で き る 。
    [0074] 例 え ば
    [0075] 1 )乗算 ； ラ イ ン a に被演算信号 A , ラ イ ン c に演算 信号 E を入力 し、 ラ イ ン b に一定の基準電圧を印加す る こ と に よ り 、 ラ イ ン o か ら A X E の 出力 を得 る こ と が で き る 。
    [0076] 2 )除算 ； ラ イ ン a に被演算信号 A , ラ イ ン b に演算 信号 V を入力 し、 ラ イ ン c に一定の基準電圧を印加す る こ と に よ り 、 ラ イ ン o か ら A / V の出力 を得 る こ と が で き る 。
    [0077] 3 )伸長演算 ； ラ イ ン a に被演算信号 A を入力 し、 被 演算信号 A を整流ノ平均化回路 （後述） に よ り 処理 し た信号を ラ イ ン c に演算信号 と し て入力 し、 ラ イ ン b に一定の基準電圧を印加す る こ と に よ り 、 ラ イ ン 0 か ら A の伸長信号を得る こ と がで き る 。
    [0078] 4 )圧縮演算 ； ラ イ ン a に被演算信号 A を入力 し、 ラ イ ン o の出力信号を整流ノ平均化回路 （後述） に よ り 処理し た信号を ラ イ ン b に演算信号 と し て入力 し、 ラ イ ン c に一定の基準電圧を印加す る こ と に よ り 、 ラ イ ン o か ら A の圧縮信号を得る こ と がで き る。
    [0079] 5)乗除算 ； ラ イ ン a に被演算信号， ラ イ ン b に演算 信号 V , ラ イ ン c に演算信号 E を入力す る こ と に よ り 、 ラ イ ン o か ら （ A X E ) /Vの出力を得る こ と がで き る。
    [0080] 6 ) AGC (Automatic Gain Control) ；
    [0081] ラ イ ン a に被演算信号 A を入力 し、 被演算信号 A を 整流 Z平均化回路 （後述） に よ り 処理 し た信号を ラ イ ン b に演算信号 と し て入力 し、 ラ イ ン c に一定の基準 電圧を印加す る こ と に よ り 、 ラ イ ン o か ら は、 被演算 信号 A の平均 レベルが変化 し て も、 出力 と し て一定の ア ナ ロ グ信号を得る こ と がで き る 。
    [0082] 7 )その他の組合せ ： 例え ば ラ イ ン a に被演算信号を 入力 し、 ラ イ ン b に 4)の場合 と 同 じ信号を入力 し、 ラ イ ン c に演算信号 E を入力す る こ と に よ り 、 ラ イ ン o か ら （ A X E ) の圧縮信号が得 ら れる 。 ま た ラ イ ン a に被演算信号 A , ラ イ ン b に演算信号 V を入力 し、 ラ ィ ン c に 3)の場合 と 同 じ信号を入力する こ と に よ り 、 ラ イ ン o か ら （ A の伸長信号） /Vの出力を得る こ と が で き る 。
    [0083] 本発明 に従っ た ア ナ ロ グ演算回路は、 こ の よ う に種 々 の演算を行う こ と がで き る が、 も し 2 種以上の演算 信号を第 1 ま た は第 2 の D/A コ ン バータ の基準電圧 と し て供給す る と き は、 別 に加算器を設けて、 そ れ ら を 予め加算すればよ い。 ま た ラ イ ン a に入力す る被演算 信号が複数信号の と き も 、 同様 に加算器で加算 し て か ら入力すればよ い。
    [0084] こ こ で 、 ラ イ ン a 〜 c に入力さ れる各信号ほ、 回路 構成 に よ っ て電圧信号ま た ほ電流信号のいずれを も入 力す る こ と がで き る。
    [0085] 次 に、 第 1 図に示 し た ア ナ ロ グ演算回路を用 い て、 種々 の演算を行わせ る場合の具体例を示す。
    [0086] 乗算回路
    [0087] 第 5 図 は、 乗算回路の基本構成を示す ブ ロ ッ ク 図で あ る 。 第 1 の D / A コ ン バータ 1 9の基準信号は回路内部 に お い て 一 定 値 で 供 給 し （ 図 示 せ ず ） 、 第 2 の D / A コ ン バータ 2 0の基準信号 と し て 、 ラ イ ン c へ第 2 G 図の よ う な正弦波 G の演算信号を入力す る 。
    [0088] ラ イ ン a へ被演算信号 と し て第 2 E図の よ う な ア ナ 口 グ信号を入力す る と 、 ラ イ ン s よ り 供給さ れ る ク ロ ウ ク ノ ル ス f sに よ り 、 第 2 H図の よ う な G と E が掛け合わ さ れ た パ ル ス密度のパ ル ス信号列が ロ ー バ ス フ ィ ル タ 3 0へ入力 さ れ、 ロ ー パ ス フ ィ ルタ 3 0で高周波成分が除 去さ れ、 ラ イ ン o か ら第 2 1図の よ う な乗算出力が得 ら れ る 。
    [0089] 除算回路
    [0090] 第 6 図は、 除算回路の基本構成を示す ブ ロ ッ ク 図で あ る 。 第 2 の D / A コ ン バー タ 2 0の基準信号は回路内部 に おいて一定値で供給 し （図示せず） 、 第 1 の D/A コ ン バータ 19の基準信号 と し て、 ラ イ ン b へ第 2G図の よ う な V iおよ び V2の電流の演算信号を入力す る 。
    [0091] ラ イ ン a の被演算信号 と して、 第 2A図の よ う な振幅 A の正弦波を入力す る と 、 ラ イ ン s よ り 供給さ れる ク ロ ッ ク ノぺルス f sに よ り 、 第 2D図の よ う な （A) /Viま た は (A) /V 2に比例し たパ ルス密度のパ ルス信号列が ロ ーバ ス フ ィ ルタ 30へ入力 され、 口 一パ ス フ ィ ルタ 30で高周 波成分が除去さ れ、 ラ イ ン o か ら第 2 J図の よ う な除算 出力が得 ら れる。
    [0092] 伸長回路
    [0093] 第 7 図ほ、 伸長回路の基本搆成を示すプロ ッ ク 図で あ る。 ラ イ ン a よ り 入力 ざ れる被演算信号は、 更に整 流/平均化回路 40に よ り 処理さ れて、 ラ イ ン c よ り 第 2 の！)/ A コ ン バータ 20の基準電気信号と し て入力 さ れ る 。 一方、 第 1 の D/A コ ン バータ 19の基準信号ほ、 回 路内部 に おいて一定値で供給さ れる 。 第 2 の D/A コ パ ータ 20に お い て、 こ の基準電気信号ほ フ リ ッ ブ フ ロ ッ ブ 18か ら のデジタ ル信号に よ り 正負のバルス密度のパ ルス信号列 に変換さ れ、 更に ローバス フ ィ ル タ 30の出 力 と し て ラ イ ン o か ら被演算信号の伸長演算さ れた信 号が得ら れる
    [0094] 第 9 図は、 整流 Z平均化回路の基本構成を示す プロ ツ ク 図であ る 。 整流ノ平均化回路は、 整流回路 201 と そ の出力側に接続さ れた平均化回路 202 か ら構成さ れ て い る 。 整流回路 201 は、 例え ばダイ オー ド等を用い た全波 ま た は半波整流回路を使用す る こ と がで き る。 平均化回路 202 は一種の ロ ー バ ス フ ィ ル タ 回路で、 例 え ば第 9 図の よ う に コ ン デ ン サ C 3 と 抵抗か ら な る帰 還部を持つ演算増幅器 205 に よ っ て構成す る こ と が で き る 。
    [0095] 第 10図は、 第 9 図 に示 し た整流 平均化回路をス ィ ツ チ ト · キ ャ パ シタ を用いて構成 し た例で あ る 。 図示 し た回路構成は、 第 4B図 に おい て、 ス ィ ッ チ ト ' キ ヤ パ シタ のゲー ト 信号で あ る 厶 ∑ モ ジ ュ レ ータ 10の出力 Q お よ び の代 り に、 コ ン ノペ レータ 203 と イ ン ク、、ータ 204 の出力 と をゲー ト 信号 と し た も の で あ る 。 す なわ ち整流 Z平均化回路は、 入力 ラ イ ン d か ら の入力信号 を コ ン パ レータ 203 で識別 し、 正で あれば、 ス ィ ッ チ ト · キ ャ パ シ タ 207 を介 し て、 演算増幅器 205 側 に 出 力 し、 ス ィ ッ チ ト * キ ヤ ノ シタ 208 お よ び コ ン デ ン サ C 17 に よ り 低周波成分のみを出力す る 。
    [0096] 他方、 入力 ラ イ ン d か ら の信号が負で あれば、 コ ン パ レ ー タ 203 の出力を イ ン バ ー タ 204 で反転さ せ 、 ス イ ッ チ ト * キ ヤ ノ シ タ 206 の 出力 ゲー ト を オ ン さ せ る 。 そ し て 、 ス イ ッ チ ト * キ ヤ ノぺ シ タ 206 お よ び 208 , コ ン デ ン サ C i 7 お よ び湏算増幅器 205 に よ り 入 カ ラ イ ン d か ら の信号は反転さ れ、 低周波成分のみが 出力 さ れ る 。
    [0097] 以上の よ う に整流ノ平均化回路 ほ、 入力 ラ イ ン d か ら の信号が正で あれば正の ま ま、 負であれば反転し て 正にする こ と に よ り 整流動作を行ない、 低周波成分を 出力す る こ と に よ り 、 平均化を行 う 。 なお、 ロ ーパ ス フ ィ ルタ の特性と し て ほ、 第 4 B図の場合よ り も低い力 ッ ト オ フ周波数が望ま しい。
    [0098] 再び第 7 図に戻 り 、 こ れを説明す る。
    [0099] 第 7 図 に おいて、 ラ イ ン a に被演算信号 と して、 例 え ば第 1 1 A 図に示すよ う な最大振幅 Xの ア ナ ロ グ信号 を入力する と 、 厶 ∑ モ ジ ユ ー レータ 1 0の出力は第 1 1 B 図に示す よ う に ア ナ ロ グ信号 （第 1 1 A 図） に比例 し た パ ルス密度のパ ルス信号が得ら れる 。
    [0100] 一方、 同 じ最大振幅 Xの ア ナ ロ グ信号 （第 1 1 A 図） は、 整流 平均化回路 4 Qに も加え ら れ、 振幅 α で表わ される ア ナ ログ信号出力が得ら れる （図示せず ） 。
    [0101] 第 2 の D / A コ ン バータ 2 0の出力は第 1 1 C 図 に示すよ う に、 パ ルス密度が最大振幅 X を有す る ア ナ ロ グ信号 の振幅に比例 し、 振幅が整流 平均化回路 4 0で整流 平均化され た振幅 α で表わ さ れる パ ルス状の-波形 と な る 。
    [0102] こ の出力を ロ ーパス フ ィ ルタ 3 0を通過さ せる こ と に よ り 、 元の ア ナ ロ グ信号 と 同 じ波形で、 振幅が X で表 わ さ れ る 第 1 1 D 図 に 示す よ う な 出 力 信号が得 ら れ る 。
    [0103] 次に、 入力 ラ イ ン a に最大振幅 Υ の ア ナ ロ グ信号を 入力す る と （第 1 1 A 図参照） 、 整流ノ平均化回路 4 0の 出力 は i8 と な り 、 上記の X , Υ , α , に おい て ほ Y / = β / a
    [0104] の関係が成立す る 。
    [0105] さ ら に Δ ∑ モ ジ ュ レータ 10の出力のパルス密度も変 ィ匕 し、 Y ノ X倍 と な る 。 な お、 第 11 B 図で はパ ルス密 度 を 変 え て 表 わ し て な い が 、 実 際 に は 変化 し て レ、 る 。
    [0106] 従っ て、 ローパ ス フ ィ ルタ 30を通過さ せ て得 ら れる 最大振幅 Y の ア ナ ロ グ信号の振幅は、 最大振幅 X の ァ ナ ロ グ信号の場合 に比べて、 入力信号の信号が β ノ a 倍， パ ルス密度が Υ Ζ X倍さ れて い る の で、
    [0107] y/x= ( β Z a ) · (Y/X) = (Υ/Χ) ♦ (Υ/Χ)
    [0108] = (Υ/Χ) 2
    [0109] と な り 、 最初の最大振幅 X の ア ナ ロ グ信号 と の振幅比 の 2 乗の振幅比を有す る こ と に な る 。
    [0110] 以上は、 X お よ び Υ を一定の振幅、 従 っ て α ， β も —定 と し て説明 し て き た が、 X お よ び Υ を そ れぞれ任 意の振幅を有す る ア ナ ロ グ信号 と すれば、 α お よ び j3 も そ れ に対応す る振幅 と パ ルス密度を有す る の で 、 上 式の関係 は維持さ れ、 入力信号のダイ ナ ミ ッ ク レ ン ジ を拡大さ せ伸長回路の機能が果た さ れ る 。
    [0111] 圧縮回路
    [0112] 第 8 図は、 圧縮回路の基末構成を示す ブ ロ ッ ク 図で あ る 。 被演算信号は ラ イ ン a か ら入力 さ れ る 。 一方、 ラ イ ン o へ出力 さ れ る ア ナ ロ グ出力信号は、 更 に整流 平均化回路 50に よ り 処理さ れ、 ラ イ ン b よ り 第 1 の D/A コ ン バータ 19の基準信号と し て入力される 。 第 2 の D/A コ ン バータ 20の基準信号ほ回路内 に お い て、 一定値で供給 さ れ る 。 整流ノ平均化回路 50は、 伸長 回路で 用 い た も の と 同様の も の を 用 い る こ と がで き る 。
    [0113] 第 8 図に ぉレ、て、 入力 ラ イ ン a に例え ば第 2A図に示 す最大振幅 A の ア ナ ロ グ信号を入力 し、 第 1 の D/A コ ン バータ 19の基準電気信号 と して振幅 B (後述） を有 す る信号を入力する と 、 厶 ∑ モジ ユ レータ 10は第 2D図 に示す よ う に A/B に比例 したパルス密度のパルス信号 を出力す る。 こ の パ ルス信号を第 2 の D/A コ ン パータ 20お よ び ロ ーパ ス フ ィ ル タ 30を通過さ せ る こ と に よ り 、 出力 ラ イ ン o か ら、 第 2K図に示す最大振幅 a の よ う な信号が出力される 。
    [0114] こ こ で、 第 2K図 に示す信号を整流 Z平均化回路 50を 通す こ と に よ り 、 振幅 B の基準信号が得 ら れ る。
    [0115] 上述 し た振幅 a は A/B に比例して お り 、 B は a に比 例 し てい る の で、 結局
    [0116] … = ΚιΑ· ( ^Τ")
    [0117] と な り
    [0118] a = ！ · K 2 · Jk
    [0119] と 表わ され、 ラ イ ン ひ か ら の出力 ア ナ ロ グ信号は、 入 力 ラ イ ン a か ら入力さ れる被演算信号の平方根に比例 し た も の と な り 、 被演算信号のダイ ナ ミ ッ ク レ ン ジ （ 対数） を半分 に圧縮す る こ と がで き る 。
    [0120] なお、 被演算信号が零 に近づ く と ラ イ ン Ο か ら の出 力信号も零 に近づ く ため、 第 1 の D/A コ ン ノ ータ に入 力 さ れ る基準信号も零に近づい て し ま い、 動作が不安 定に な る場合があ る 。
    [0121] こ の場合 に は、 整流 Z平均化回路 5 Dと は別 に最小出 力設定回路 300 (第 12図参照） を設け、 整流 平均化回 路 50の出力が最小出力設定回路 300 の出力以下 に な つ た と き 、 第 1 の D/A コ ン バータ 19に入力 さ れ る整流 / 平均化回路 50の出力か ら最小出力設定回路 300 の出力 へ切換え る よ う に すれば、 上述 し た不安定動作を回避 す る こ と が で き る 。
    [0122] 第 12図示 し た に最小出力設定回路 300 に つ い て 、 以 下 に さ ら に詳 し く 説明す る 。
    [0123] 厶 ∑ モ ジ ユ レ ー タ 10, 第 2 の D/A コ ン ノ ー タ 20, 口 ーパ ス フ ィ ル タ 30お よ び整流 平均化回路 50は上述 し た と お り で あ る 。 最小出力設定回路 300 は、 整流 平 均化回路 50の出力が小さ く な り 、 演算回路が不安定 に な り 始め る電圧を設定す る 。 こ こ で は、 例え ば 1 OraVに 設定 し た と す る と 、 コ ン パ レータ 301 は整流ノ平均化 回路 50の出力電圧 と 最小出力設定回路 3QQ の出力電圧 と を比較す る 。 そ し て 、 整流 Z平均化回路 50の出力電 圧が 10 m V以下 に な る と 、 コ ン ク レ ータ 301 か ら の信号 に よ り 、 ス ィ ッ チ 302 が切換え ら れ、 第 1 の D/A コ ン パータ 19 (第 8 図参照） の入力 ラ イ ン b に入力さ れる 信号は、 整流 Z平均化回路 50の出力か ら最小出力設定 回路 300 の出力 に切換え ら れる 。 入力 ラ イ ン b に最小 出力設定回路 300 の出力が入力さ れてい る間、 アナ 口 グ演算回路の出力は、 被演算信号に比例し た信号と な り 、 アナロ グ演算回路は安定す る。
    [0124] 最小出力設定回路 300 の出力電圧は、 低い ほ ど圧縮 領域が広が り 、 比例領域が狭 く な る が、 不安定に な り やす く な る 。 ま た、 出力電圧が高い ほ ど、 安定に な り やすいが、 圧縮領域が狭く なる こ と に なる。 産業上の利用可能性 こ れ ま で述べて き たよ う に、 本発明でほ、 厶 ∑ モ ジ ユ レ 一タ と D/A コ ン ノ ータ と ロ ーバ ス フ ィ ルタ と を 用 い、 第 1 お よ び第 2 の D/A コ ン バータ の基準信号 と し て、 いずれか一方ま た は両方に演算信号を加え る こ と に よ っ て、 乗算， 除算， 伸長， 圧縮ま た ほその組合せ の演算を行 う こ と がで き る 。
    [0125] さ ら に 本発明 に よ れば、 回路構成が簡単で、 M0S- LSI 化 し て小型化する こ と の で き る ア ナ ロ グ演算回路 を提供で き る。 しか も、 種々 の演算回路は共通な回路 を使用 で き る ため、 ラ イ ブ ラ リ イヒ し て、 設計時間の短 縮や、 他の回路 と の組合せでの シ ス テ ム化が可能 と な る 。
    权利要求:
    Claims
    請求の範囲
    1 ) 被演算信号 と 演算信号を入力 し、 演算結果を出力 す る ア ナ ロ グ演算回路 に おい て、
    前記被演算信号を所定のサ ン プ リ ン グ周波数 に よ り サ ン ブル し て デ ジ タ ル信号を出力す る A / D 変換手段 と 、 前記デ ジ タ ル信号を入力 し第 1 の基準信号 に応答 し て 正負の第 1 ア ナ ロ グ信号を出力 し、 該ア ナ ロ グ信号を 前記 A / D 変換手段の差分入力 と し て帰還す る 第 1 の D / A 変換手段 と を有す る Δ ∑ 変調手段 と 、
    前記デ ジタ ル信号を入力 し、 第 2 の基準信号 に応答 し て正負の第 2 ア ナ ロ グ信号を出力す る第 2 の D / A 変換 手段 と 、
    前記第 2 ア ナ ロ グ信号を入力 し、 演算結果で あ る ア ナ ロ グ信号を出力す る ロ ーバ ス フ ィ ル タ と
    を備え、 前記第 1 の基準信号お よ び前記第 2 の基準信 号の う ち 少な く と も一方を前記演算信号 と し た こ と を 特徴 と す る ア ナ ロ グ演算回路。
    2 ) 請求の範囲第 1 項 に おい て、 前記 Δ ∑ 変調手段か ら 出力 さ れ る デジタ ル信号を 1 ビ ッ ト のデ ジ タ ル信号 と し た こ と を特徴 と す る ア ナ ロ グ演算回路。
    3 ) 請求の範囲第 1 項 に おい て、 前記第 1 お よ び第 2 の D / A 変換手段は、 演算増幅器お よ びス ィ ッ チ 卜 キ ヤ パ シ タ か ら な る こ と を特徴 と す る ア ナ ロ グ演算回 路。
    4 ) 請求の範囲第 1 項に お い て、 前記ローバス フ ィ ル タ は、 演算増幅器お よびス イ ッ チ ト キ ャ パ シタ か ら な る こ と を特徴 と する ア ナ ロ グ演算回路。
    5 ) 請求の範囲第 1 項に おいて、 前記演算信号 と して 前記第 2 の基準信号を入力 し、 前記被演算信号 と前記 演算信号の積信号を出力す る こ どを特徴 と する ア ナ コ グ漬算回路。
    6 ) 請求の範囲第 1 項に おいて、 前記演算信号 と して 前記第 1 の基準信号を入力 し、 前記被演算信号を前記 演算信号で割つ た商信号を出力する こ と を特徴 と す る アナ 口グ演算回路。
    7 ) 請求の範囲第 5 項 に お い て 、 前記演算信号 と し て、 前記被演算信号を整流/平均化 し て得た信号を用 い た こ と を特徴と す る アナ ロ グ演算回路。
    8 ) 請求 の範囲第 6 項 に お い て 、 前記演算信号 と し て、 前記商信号を整流 Z平均化 して得た信号を用い た こ と を特徴 と す る ア ナ ロ グ演算回路。 9 ) 請求の範囲第 7 項も し く は請求の範囲第 8 項のい ず れか に お い て 、 ス ィ ッ チ ト キ ヤ ノ シ タ と コ ン ク レ一 タ と 演算増幅器 と を用い て前記整流ノ平均化を行 う こ と を特徴 と す る ア ナ ロ グ演算回路。
    1 0 ) 請求の範囲第 8 項に お い て 、 前記整流 Z平均化さ れ た 出力が所定の出力値以下に な っ た と き 、 前記演算 信号 と し て前記整流ノ平均化さ れ た出力か ら所定の出 力へ切換え る選択手段を具備 し た こ と を特徴 と す る ァ ナ ロ グ演算回路。
    类似技术:
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    Jantzi et al.1993|A fourth-order bandpass sigma-delta modulator
    Gray et al.1989|Quantization noise in single-loop sigma-delta modulation with sinusoidal inputs
    Roza1997|Analog-to-digital conversion via duty-cycle modulation
    EP1057252B1|2008-03-12|Direct digital synthesis of precise, stable angle modulated rf signal
    EP0513241B1|1995-01-25|Sigma delta modulator
    DE60319515T2|2009-04-02|Delta-sigma-modulator
    US6750795B2|2004-06-15|Gain scaling for higher signal-to-noise ratios in multistage, multi-bit delta sigma modulators
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH0542032B2|1993-06-25|
    EP0381764A1|1990-08-16|
    EP0381764A4|1992-03-04|
    US5150324A|1992-09-22|
    JPH02138609A|1990-05-28|
    EP0381764B1|1996-02-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-12-14| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1989-12-14| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): FR GB |
    1990-02-06| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989907266 Country of ref document: EP |
    1990-08-16| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989907266 Country of ref document: EP |
    1996-02-07| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989907266 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP63/140492||1988-06-09||
    JP14049288||1988-06-09||
    JP19068388||1988-08-01||
    JP63/190683||1988-08-01||
    JP19338588||1988-08-04||
    JP63/193385||1988-08-04||
    JP63/193384||1988-08-04||
    JP19338488||1988-08-04||EP19890907266| EP0381764B1|1988-06-09|1989-06-09|Analog operation circuit|
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