JP2540843B2 - オ―ルパスフィルタ回路 - Google Patents

オ―ルパスフィルタ回路

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JP2540843B2 JP62047690A JP4769087A JP2540843B2 JP 2540843 B2 JP2540843 B2 JP 2540843B2 JP 62047690 A JP62047690 A JP 62047690A JP 4769087 A JP4769087 A JP 4769087A JP 2540843 B2 JP2540843 B2 JP 2540843B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明はアナログ信号用のフィルタ回路に関し、特
に、3次のフィルタ回路に関する。
B.発明の概要 本発明は、アナログ信号用の3次のフィルタ回路にお
いて、抵抗とコンデンサを巧みに組合わせ、相互インダ
クタンス構造がなく、また、1次と2次の各フィルタ回
路を縦続的に接続する従来の3次のフィルタ回路とは基
本的に異なる回路構成としたことにより、容易に製造が
行え、また、接続のための素子が不要となり、素子数を
少なくすることができるようにしたものである。
C.従来の技術 例えば、ビデオテープレコーダにおいて、モアレ低減
用として、所定周波数範囲内で互いに位相の90゜異なる
2出力が得られるような移相回路(移相フィルタ)が用
いられる。この90゜の移相回路は1組のオールパスフィ
ルタによるものが一般的となっている。オールパスフィ
ルタの回路構成としては、例えば第7図に示すように、
コイルLA,LBによる相互インダクタンス構造を有する1
次のフィルタ回路101と、同じくコイルLC,LDによる相互
インダクタンス構造を有する2次のフィルタ回路102と
が縦続的に接続されて成る3次のフィルタ回路が従来よ
り知られている。また、第8図に示すように、抵抗とコ
ンデンサから成る1次のフィルタ回路103と、同じく抵
抗とコンデンサから成る2次のフィルタ回路104とがト
ランジスタQ1,Q2を介して縦続的に接続されて成る3次
のフィルタ回路も知られている。
D.発明が解決しようとする問題点 ところが、第7図に示したフィルタ回路は、相互イン
ダクタンス構造を有していることから、製造が困難であ
るという問題点があった。また、第8図に示したフィル
タ回路は、トランジスタQ1,Q2等の素子が余分に必要と
なり、素子数が多くなってしまうという問題点があっ
た。
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて提案され
たものであり、製造が容易であり、また、余分な素子を
必要とせず、例えば90゜の移相回路を構成するオールパ
スフィルタとして用いて好適な3次のフィルタ回路を提
供することを目的とする。
E.問題点を解決するための手段 上述のような問題点を解決するために提案される本発
明は、互いに位相が180゜異なる信号がそれぞれ供給さ
れる一対の入力端子と、第1のコンデンサ(C1)と第1
の抵抗(R1)の並列接続と、第2の抵抗(R2)とが直列
接続されてなる第1のインピーダンス回路と、第3の抵
抗(R3)と第2のコンデンサ(C2)の直列接続と、第3
のコンデンサ(C3)とが並列接続されてなる第2のイン
ピーダンス回路と、第4のコンデンサ(C4)と第4の抵
抗(R4)とが並列に接続されてなる第3のインピーダン
ス回路と、出力端子を備えるオールパスフィルタ回路で
あって、上記入力端子の一方は上記第1のインピーダン
ス回路を介して上記出力端子に接続され、上記入力端子
の他方は上記第2のインピーダンス回路を介して上記出
力端子に接続され、上記出力端子は第3のインピーダン
ス回路を介して接地されており、上記オールパスフィル
タの伝達関数をZ(s)とした場合に、 K,α,β,γはフィルタ係数であり、 上記フィルタ係数と上記それぞれのインピーダンス回
路を構成するコンデンサ及び抵抗との関係が以下の関係
にある。
K=R4/(1+R4) α=C1・R1+C2・R3−C2−C3 β=C1・C2・R1・R3−C1・C2・R1・R2 −C1・C3・R1・R2−C2・C3・R3 γ=C1・C2・C3R1・R2・R3 F.作用 本発明によれば、相互インダクタンス構造を有しない
ことから、製造が容易となる。また、1次と2次の各フ
ィルタ回路を縦続的に接続する従来の3次のフィルタ回
路とは基本的に異なる回路構成となっており、接続のた
めの素子が不要となる。
G.実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
詳細に説明する。
第1図は本発明に係るフィルタ回路の一実施例を示す
回路図である。この第1図において、一対の入力端子10
A,10Bには、互いに位相の異なる信号がそれぞれ供給さ
れる。これらの位相差は例えば180゜である。第1のイ
ンピーダンス回路1は、コンデンサC1と抵抗R1の並列接
続と、抵抗R2とが直列に接続されて成っている。また、
第2のインピーダンス回路2は、抵抗R3とコンデンサC2
の直列接続と、コンデンサC3とが並列に接続されて成っ
ている。また、第3のインピーダンス回路3は、コンデ
ンサC4と抵抗R4とが並列に接続されて成っている。そし
て、上記入力端子10Aは上記インピーダンス回路1を介
して出力端子20Aに接続されており、上記入力端子10Bは
上記インピーダンス回路2を介して出力端子20Aに接続
されている。また、上記出力端子20Aは上記インピーダ
ンス回路3を介して接地されている。このような構成を
有する本実施例のフィルタ回路30は3次のフィルタ回路
となっている。
ところで、上記入力端子10A,10Bに互いに位相の180゜
異なる信号がそれぞれ供給されるとする。そして、入力
端子10Aにおける入力電圧をVIN,入力端子10Bにおける入
力電圧を−VINとし、出力端子20Aにおける出力電圧をV
OUTとし、インピーダンス回路1,2,3の各インピーダンス
Z1,Z2,Z3によってVOUT/VINを表すと、次式のようにな
る。
一方、3次のオールパスフィルタの伝達関数Z(s)
は一般に次式によって与えられる。
ここで、K,α,β,γは定数であり、sは複素周波数
である。そして、上記(2)式においてK=1/(1+
g)とおくと共に、定数a,b,c,d,e,g,τを用いて次のよ
うにおく。
上記(4)式の分子,分母はそれぞれ次のように変形
できる。
分子=(1+bs)(1+cs)−(1+as)(ds+es2) =1+(b+c−d)s+(bc−ad−e)s2−aes3
(5) 分母=(1+bs)(1+cs)−(1+as)(ds+es2) +(1+as)(1+cs)g(1+τs) =1+(b+c+d)s+(bc+ad+e)s2+aes3 +g{1+(a+c+τ)s+(ac+aτ+cτ)s2
acτs3} …(6) 上記(3)式、(5)式および(6)式より b+c−d=−α …(7) bc−ad−e=β …(8) ae=γ …(9) b+c+d+g(a+c+τ)=α(1+g)…(10) bc+ad+e+g(ac+aτ+cτ)=β(1+g) …
(11) ae+gacτ=γ(1+g) …(12) 上記(9)式および(12)式より e=cτ …(13) としてeを消去する。上記(8)式+(11)式は 2bc+g(ac+aτ+cτ)=β(2+g) …(14) となり、上記(8)式+(13)式は bc−ad−cτ=β …(15) となる。また、dを消去する。上記(7)式+(10)式
は 2(b+c)+g(a+c+τ)=αg …(16) となり、上記(15)式−a×(7)式は bc−a(b+c)−cτ=β+aα …(17) となる。また、bを消去する。上記(14)式−2×(1
7)式は g(ac+aτ+cτ)+2a(b+c)+2cτ =βg−2aα (18) となり、上記(16)式と(18)式から (g+2)(cτ+aα)=g(β+a2) …(19) 上記(16)式と(14)式から (g+2)(β+c2)=g(aτ+cα) …(20) 上記(19)式と(20)式から (cτ+aα)(aτ+cα)=(β+a2)(β+c2
…(21) 上記(12)式から acτ=γ …(22) 上記(21)式と(22)式から (γ+a2α)(γ+c2α)=ac(β+a2)(β+c2)…
(23) この式は未知数としてa,cの2つを含み、aは次のよう
にして求める。上記(19)式に(22)式のτを代入して
gを求めると となる。この(24)式の分母=0の根は例えば3つの正
の実根を持つ。このような場合には、上記(24)式は第
2図のグラフのようになる。aの値として、a1とa2の間
にあるgが最小となる点pの値を求める。上記(24)式
をaで微分して分子を0とおくと、 αa4−(αβ−3γ)a2+βγ=0 …(25) P点のaの値は また、上記(20)式からgをcの関数として求めると、 この(27)式をcで微分して分子を0とおくと、 αc4−(αβ+3γ)c2+βγ=0 …(28) 上記(27)式が正で極小になるcの値は 上記(26)式を(24)式に代入したときのgの値をga
とし、上記(29)式を(27)式に代入したときのgの値
をgcする。いま、gc>gaのときは、第2図に示すよう
に、a1とa2の間に2つのaの値が存在し、そのとき上記
(16)式から求めたbの値も正になり、実現回路が2つ
できる。このようにして求めたa,b,c,d,e,g,τの値から
インピーダンス回路1,2,3を構成する各素子の値が定め
られる。
ここで、上記(1)式と(4)式を対照することによ
り、各インピーダンス回路Z1,Z2,Z3はそれぞれ次のよう
に表される。
上記(30)式において、第1項は抵抗R2に対応してお
り、第2項はコンデンサC1と抵抗R1の並列接続に対応し
ている。また、上記(31)式において、第1項はコンデ
ンサC3に対応しており、第2項は抵抗R3とコンデンサC2
の直列接続に対応している。また、上記(32)式はコン
デンサC4と抵抗R4の並列接続に対応している。第1図に
おいて、( )内に示してある数値あるいは記号は、各
素子の値にそれぞれ対応するものである。
このようにして、各インピーダンス回路1,2,3すなわち
フィルタ回路30の構成が決定されたのである。なお、出
力抵抗R4を単位の値とするためには、抵抗はg倍の値に
し、コンデンサは1/g倍の値にすれば良い。
上述したようなフィルタ回路30は、コイルによる相互
インダクタンス構造を有しないことから、製造が容易で
ある。また、1次のフィルタ回路と2次のフィルタ回路
とを縦続的に接続する従来の構成とは基本的に異なるた
め、接続のための素子が不要となり、素子数を少なくす
ることができる。
ところで、上記フィルタ回路30を対称的に組合わせ
て、例えば第3図に示すような移相回路を構成すること
ができる。すなわち、この移相回路は、上記フィルタ回
路30の構成の他に、抵抗R5,R6,R7,R8と、コンデンサC5,
C6,C7,C8と、出力端子20Bとが追加された構成となって
いる。そして、入力端子10A,10Bに互いに位相の180゜異
なる信号がそれぞれ供給されると、出力端子20A,20Bか
ら互いに位相の90゜異なる信号がそれぞれ出力されるよ
うになっている。
ここで、伝達関数を3次として、2つの出力信号の位
相差が90゜になり最大誤差を最小にする極(pole)およ
び零点(zero)の値を求めた。この結果を表1に示す。
これらの極および零点の値から上記定数α,β,γの
値に、更にa,b,c,d,e,g,τの値が算出され、例えば第3
図において( )内に示すように、各素子の値が決定さ
れる。この第3図には、出力抵抗R4,R8をそれぞれ1KΩ
としたときに実現可能な2つの回路のうち最小コンデン
サの大きい方を示してある。この場合の位相および位相
差の周波数特性を第4図に示す。第4図において、Aは
出力端子20Aから出力される信号の位相を示しており、
Bは出力端子20Bから出力される信号の位相を示してお
り、Cはこれらの位相差を示している。上記位相差はチ
ェビシェフ近似になっており、0.5MHz〜18MHzの範囲で9
0゜±0.59゜(等リップル)となっており、90゜の移相
回路としての条件を満たしていることが分かる。
また、出力端子20Aから出力される信号についての群
遅延時間および減衰量の周波数特性を第5図に示し、出
力端子20Bから出力される信号についての群遅延時間お
よび減衰量の周波数特性を第6図に示す。これらの第5
図および第6図において、Aは群遅延時間を、Bは減衰
量をそれぞれ示している。上記減衰量は、いずれの場合
にも、0.5MHz〜18MHzの範囲で1/100dBの単位程度しか変
動しておらず、一定と見なすことができ、オールパスフ
ィルタとしての条件を満たしていることが分かる。
このように、第3図に示した移相回路は、0.5MHz〜18
MHzの範囲で90゜の移相回路として動作可能であり、ビ
デオテープレコーダにおけるモアレ低減用の移相回路に
用いて好適である。また、コイルを用いていないため、
集積回路(IC)化が容易である。
H.発明の効果 上述した実施例の説明から明らかなように、本発明の
フィルタ回路は、相互インダクタンス構造のない回路構
成としたことから、製造が容易である。また、1次のフ
ィルタ回路と2次のフィルタ回路とを縦続的に接続する
従来の構成とは基本的に異なる回路構成としたことによ
り、接続のための素子が不要となり、素子数を少なくす
ることができる。従って、例えば90゜の移相回路を構成
するオールパスフィルタとして用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るフィルタ回路の一実施例を示す回
路図、第2図は伝達関数の式におけるaとgの関係を示
すグラフ、第3図は上記実施例のフィルタ回路を対称的
に組合わせて構成した移相回路を示す回路図、第4図は
上記移相回路の各出力信号の各位相およびこれらの位相
差の周波数特性を示す図、第5図は上記移相回路の一方
の出力信号についての群遅延時間および減衰量の周波数
特性を示す図、第6図は上記移相回路の他方の出力信号
についての群遅延時間および減衰量の周波数特性を示す
図である。 第7図はフィルタ回路の従来例を示す回路図、第8図は
フィルタ回路の他の従来例を示す回路図である。 1,2,3……インピーダンス回路 R1,R2,R3,R4……抵抗 C1,C2,C3,C4……コンデンサ 10A,10B……入力端子 20A……出力端子 30……フィルタ回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに位相が180゜異なる信号がそれぞれ
    供給される一対の入力端子と、 第1のコンデンサ(C1)と第1の抵抗(R1)の並列接続
    と、第2の抵抗(R2)とが直列接続されてなる第1のイ
    ンピーダンス回路と、 第3の抵抗(R3)と第2のコンデンサ(C2)の直列接続
    と、第3のコンデンサ(C3)とが並列接続されてなる第
    2のインピーダンス回路と、 第4のコンデンサ(C4)と第4の抵抗(R4)とが並列に
    接続されてなる第3のインピーダンス回路と、 出力端子を備えるオールパスフィルタ回路であって、 上記入力端子の一方は上記第1のインピーダンス回路を
    介して上記出力端子に接続され、 上記入力端子の他方は上記第2のインピーダンス回路を
    介して上記出力端子に接続され、 上記出力端子は第3のインピーダンス回路を介して接地
    されており、 上記オールパスフィルタの伝達関数をZ(s)とした場
    合に、 K,α,β,γはフィルタ係数であり、 上記フィルタ係数と上記それぞれのインピーダンス回路
    を構成するコンデンサ及び抵抗との関係が以下の関係に
    あることを特徴とするオールパスフィルタ回路。 K=R4/(1+R4) α=C1・R1+C2・R3−C2−C3 β=C1・C2・R1・R3−C1・C2・R1・R2 −C1・C3・R1・R2−C2・C3・R3 γ=C1・C2・C3R1・R2・R3
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