JPS6351410B2 - - Google Patents
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- JPS6351410B2 JPS6351410B2 JP16584880A JP16584880A JPS6351410B2 JP S6351410 B2 JPS6351410 B2 JP S6351410B2 JP 16584880 A JP16584880 A JP 16584880A JP 16584880 A JP16584880 A JP 16584880A JP S6351410 B2 JPS6351410 B2 JP S6351410B2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3005—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in amplifiers suitable for low-frequencies, e.g. audio amplifiers
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G7/00—Volume compression or expansion in amplifiers
- H03G7/002—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、入力信号をその信号レベルに対数的
に比例する直流信号に変換する対数圧縮形のレベ
ル検出回路に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a logarithmic compression type level detection circuit that converts an input signal into a DC signal that is logarithmically proportional to the signal level.
一般に、磁気テープ等の録音媒体やその他の信
号伝送路において生ずる信号ダイナミツクレンジ
の制限を緩和するために、信号伝送路の入力側で
信号ダイナミツクレンジを圧縮し、出力側で伸張
して復元するような、いわゆるコンパンダ方式の
雑音低減装置が知られている。このようなコンパ
ンダ方式の雑音低減装置は、入力信号のレベルや
スペクトルに応じてその伝達特性を変化させるこ
とにより圧縮、伸張を行なうような電圧制御可変
利得回路を含む可変伝達特性回路と、この可変伝
達特性回路を制御する制御信号を得るためのレベ
ル検出回路とから成る。 Generally, in order to alleviate the limitations on signal dynamic range that occur in recording media such as magnetic tapes and other signal transmission paths, the signal dynamic range is compressed at the input side of the signal transmission path and expanded and restored at the output side. A so-called compander type noise reduction device is known. Such a compander-type noise reduction device consists of a variable transfer characteristic circuit including a voltage-controlled variable gain circuit that compresses and expands the input signal by changing its transfer characteristic according to the level and spectrum of the input signal, and this variable transfer characteristic circuit. and a level detection circuit for obtaining a control signal for controlling the transfer characteristic circuit.
ところで、近年においては、オーデイオ用テー
プレコーダの雑音低減装置として、より大きな雑
音低減効果を得るためと、それに伴なつて生ずる
種々の欠点、たとえば雑音変調現象や信号立上り
のオーバーシユート等を最小するために、より広
いダイナミツクレンジを有し高精度の電圧制御可
変利得回路やレベル検出回路が要求されている。 By the way, in recent years, noise reduction devices for audio tape recorders have been used to obtain a greater noise reduction effect and to minimize the various disadvantages that occur along with this, such as noise modulation phenomenon and overshoot of signal rise. Therefore, a highly accurate voltage controlled variable gain circuit and level detection circuit with a wider dynamic range is required.
本発明は、このような従来の実情に鑑み、所望
の立上り、立下り特性を有し、ダイナミツクレン
ジが広く、かつ精度の高いレベル検出回路を提供
することを目的とする。 In view of these conventional circumstances, it is an object of the present invention to provide a level detection circuit that has desired rise and fall characteristics, has a wide dynamic range, and is highly accurate.
ここで、第1図は、従来のレベル検出回路の一
例として、演算増幅器を用いて構成された全波整
流形の線型検波回路を示している。この第1図に
おいて、入力端子1に供給された交流入力信号の
うち負の成分を、演算増幅器3およびダイオード
4,5により接続点aに反転して取り出し、この
負成分の反転出力を入力抵抗6を介して演算増幅
器7に供給し、また、入力端子1の交流信号をも
う1つの入力抵抗8を介して演算増幅器7に供給
する。これらの抵抗6,8と演算増幅器7とは加
算増幅回路を構成しており、抵抗8を抵抗6の2
倍の抵抗値とすることにより、接続点bには入力
端子1の交流入力信号を全波整流した出力信号が
得られる。この整流出力信号を、抵抗とコンデン
サから成る平滑回路9を用いて平滑して、出力端
子2から取り出す。 Here, FIG. 1 shows a full-wave rectification type linear detection circuit configured using an operational amplifier as an example of a conventional level detection circuit. In FIG. 1, the negative component of the AC input signal supplied to the input terminal 1 is inverted and taken out to the connection point a by the operational amplifier 3 and diodes 4 and 5, and the inverted output of this negative component is sent to the input resistor. 6 to an operational amplifier 7 , and the alternating current signal at the input terminal 1 is supplied to the operational amplifier 7 through another input resistor 8 . These resistors 6 and 8 and the operational amplifier 7 constitute a summing amplifier circuit, and the resistor 8 is connected to the second resistor 6.
By doubling the resistance value, an output signal obtained by full-wave rectification of the AC input signal of the input terminal 1 can be obtained at the connection point b. This rectified output signal is smoothed using a smoothing circuit 9 consisting of a resistor and a capacitor, and then outputted from the output terminal 2.
このように、演算増幅器3等を用いてダイオー
ド4,5等の立上り特性(順方向電圧降下)を補
正することにより、ある程度広いダイナミツクレ
ンジを得ることができるが、このダイナミツクレ
ンジの理論的限界は、供給電源電圧と回路のオフ
セツト電圧とによつて決定され、典型的な値は約
60dBである。 In this way, by correcting the rise characteristics (forward voltage drop) of the diodes 4, 5, etc. using the operational amplifier 3, etc., a somewhat wide dynamic range can be obtained. The limits are determined by the supply voltage and the circuit offset voltage, with typical values of approximately
It is 60dB.
このため、60dBを越えるダイナミツクレンジ
が要求されるレベル検出回路には、指数、対数変
換を応用した回路構成が用いられる。一般に40〜
50dB以上のダイナミツクレンジが要求される場
合には、この指数、対数変換形、あるいは対数圧
縮形のレベル検出回路を用いる方が実際的であ
る。 For this reason, a level detection circuit that requires a dynamic range exceeding 60 dB uses a circuit configuration that applies exponential and logarithmic conversion. Generally 40~
When a dynamic range of 50 dB or more is required, it is more practical to use an exponential, logarithmic conversion, or logarithmic compression type level detection circuit.
ここで第2図は、従来より知られた対数圧縮形
のレベル検出回路10を示している。このレベル
検出回路10において、入力端子11には、入力
信号源を表わす電流源21が接続されている。こ
の入力端子11は、高精度の全波整流器である絶
対値回路20を介し、端子13を介して、演算増
幅器14の反転入力端子に接続されている。この
演算増幅器14の非反転入力端子は接地され、出
力端子は複数個、たとえばN個のダイオード1
5,15,…の直列接続回路を介して上記反転入
力端子に接続されている。また、演算増幅器14
の出力端子は、ダイオード16を介して積分用の
コンデンサ17に接続され、これらのダイオード
16とコンデンサ17との接続点は、N−1個の
ダイオード18,18,…を介して基準電流源1
9に接続されている。さらに、これらのダイオー
ド18と基準電流源19との接続点の出力を、出
力端子12を介して取り出している。 Here, FIG. 2 shows a conventionally known logarithmic compression type level detection circuit 10. In this level detection circuit 10, a current source 21 representing an input signal source is connected to an input terminal 11. This input terminal 11 is connected to an inverting input terminal of an operational amplifier 14 via an absolute value circuit 20, which is a high-precision full-wave rectifier, and a terminal 13. The non-inverting input terminal of this operational amplifier 14 is grounded, and the output terminal is connected to a plurality of, for example, N diodes 1.
5, 15, . . . are connected to the inverting input terminal via series connection circuits. In addition, the operational amplifier 14
The output terminal of is connected to an integrating capacitor 17 via a diode 16, and the connection point between these diodes 16 and capacitor 17 is connected to the reference current source 1 via N-1 diodes 18, 18, .
9 is connected. Further, the output from the connection point between these diodes 18 and the reference current source 19 is taken out via the output terminal 12.
次に、第3図は、上記絶対値回路20の一具体
例を示す回路図である。この第3図において、入
力端子11に正方向の電流、すなわち実線矢印方
向の電流が流れるときには、演算増幅器22で反
転されてトランジスタ24のベースが負側に引か
れるから、トランジスタ24がオンして実線矢印
方向の電流が流れる。したがつて、電流反転回路
(カレントミラー)25の一方のトランジスタ2
5aに実線矢印方向の電流が流れ、これが他方の
トランジスタ25bにも流れるから、出力端子1
3には実線矢印方向の電流が流れる。これに対し
て、入力端子11に負方向の電流、すなわち破線
矢印方向の電流が流れるときには、演算増幅器2
2の出力は正となり、電流反転回路23の一方の
トランジスタ23aに破線矢印方向の電流が流
れ、これが他方のトランジスタ23bを流れるか
ら、電流反転回路25の一方のトランジスタ25
aには、上記実線矢印と同方向の破線矢印方向の
電流が流れる。したがつて、出力端子13には、
入力端子11の正、負の極性、すなわち電流の
正、逆の向きに関わらず、同方向(実線および破
線矢印方向)の電流が流れる。 Next, FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific example of the absolute value circuit 20. In FIG. 3, when a positive current, that is, a current in the direction of the solid arrow, flows through the input terminal 11, it is inverted by the operational amplifier 22 and the base of the transistor 24 is pulled to the negative side, so the transistor 24 is turned on. Current flows in the direction of the solid arrow. Therefore, one transistor 2 of the current inversion circuit (current mirror) 25
5a flows in the direction of the solid line arrow, and this also flows to the other transistor 25b, so that the output terminal 1
3, a current flows in the direction of the solid arrow. On the other hand, when a negative current, that is, a current in the direction of the dashed arrow, flows through the input terminal 11, the operational amplifier 2
2 becomes positive, and a current flows in the direction of the dashed arrow in one transistor 23a of the current inversion circuit 23, and this flows in the other transistor 23b, so that one transistor 25 of the current inversion circuit 25
A current flows in the direction of the dashed arrow, which is the same direction as the solid arrow. Therefore, at the output terminal 13,
Regardless of the positive or negative polarity of the input terminal 11, that is, the positive or reverse direction of the current, current flows in the same direction (in the direction of the solid line and broken line arrows).
したがつて、第2図の入力信号源21を流れる
電流をiio(正、負を含む。)とするとき、絶対値回
路20の出力電流は、これの絶対値をとつた|iio
|となる。ここで、各ダイオード15,16,1
8の飽和電流をISとすると、演算増幅器14の出
力電圧vは、
v=N・VTln(|iio|/IS+1) ………
となる。ただし、VT=kT/qであり、kはボル
ツマン定数、Tは絶対温度、qは素電荷である。
過度状態を考えると、瞬時値に対してコンデンサ
17の端子電圧圧Vcが固定であると見なせば、
ダイオード16を流れる電流idは、
id=Is〔exp(v−Vc/VT)−1〕
=Is〔(|iio|/Is+1)N・exp(−Vc/VT−1〕
………
となる。iioが定常的であれば、定常的にはd=Ip
であり、d
=1/T∫T piddt
=Is〔1/Texp(−Vc/VT)∫T p(|iio|/Is)Nd
t−1〕
=Ip ………
これを満足するVcがVcの定常解である。すな
わちVcは、
Vc=VT〔ln{1/T∫T p(|iio|/Is+1)Ndt}
−ln(Ip/Is−1)〕 ………
となり、出力電圧の定常値Vpは、
Vp=Vc−VT(N−1)ln(Ip/Is−1)
=VT〔ln{1/T∫T p(|iio|/Is+1)Ndt}
−Nln(Ip/Is−1)〕 ………
実際には|iio|、Ip≫Isであるから、Vpの近似
式は、
Vp≒VT〔ln{1/T∫T p(|iio|/Is)Ndt}−ln(Ip
/Is)N〕
=VTln(|io|p)N ………
ただし|io|N=1/T∫T p|iio|Ndt
と表わせる。 Therefore, when the current flowing through the input signal source 21 in FIG. 2 is i io (including positive and negative), the output current of the absolute value circuit 20 takes the absolute value |i io
becomes |. Here, each diode 15, 16, 1
When the saturation current of 8 is I S , the output voltage v of the operational amplifier 14 is as follows: v=N·V T ln (|i io |/I S +1) . However, V T =kT/q, where k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, and q is elementary charge.
Considering the transient state, assuming that the terminal voltage Vc of the capacitor 17 is fixed with respect to the instantaneous value,
The current i d flowing through the diode 16 is: i d = Is [exp (v-Vc/V T )-1] = Is [(|i io |/Is+1) N・exp(-Vc/V T -1]... ...... If i io is stationary, then d = I p
and d = 1/T∫ T p i d dt = Is [1/Texp (−Vc/V T )∫ T p (|i io |/Is) N d
t−1] = I p ...... Vc that satisfies this is the steady solution of Vc. In other words, Vc is Vc=V T [ln {1/T∫ T p (|i io |/Is+1) N dt} −ln (I p /Is-1)] ...... The steady value of the output voltage V p is V p =Vc−V T (N−1)ln(I p /Is−1) =V T [ln{1/T∫ T p (|i io |/Is+1) N dt} −Nln( I p /Is−1)] ……… Actually, |i io |, I p ≫Is, so the approximate formula for V p is V p ≒V T [ln{1/T∫ T p (| i io |/Is) N dt}−ln(I p
/Is) N ] =V T ln(| io | p ) N ...... However, | io | N = 1/T∫ T p | i io | N dt.
このような対数圧縮形のレベル検出回路10
は、入力電流iioの絶対値のN乗平均を出力として
得る。たとえばN=1のとき入力電流の平均値と
なり、N=2のとき入力電流の実効値となる。こ
のようなレベル検出回路10を用いることによ
り、ダイナミツクレンジに関してはたとえば
80dB以上のレベル検出を容易に実現できる。 Such a logarithmic compression type level detection circuit 10
obtains the N-th power mean of the absolute value of the input current i io as the output. For example, when N=1, it is the average value of the input current, and when N=2, it is the effective value of the input current. By using such a level detection circuit 10, for example, dynamic range can be achieved.
Level detection of 80dB or more can be easily achieved.
ところが、従来の実効値検波を用いた雑音低減
装置の場合、立上りと立下りの比はたかだか4程
度しか確保できず、立上りの速い入力においてオ
ーバーシユートを生ずることがある。 However, in the case of a conventional noise reduction device using effective value detection, the ratio of rise to fall can only be maintained at about 4, and overshoot may occur when input has a fast rise.
ここで、対数圧縮形レベル検出回路10の過渡
応答について考察する。まず、対数圧縮形では、
出力が対数圧縮されているので、実際に検波出力
として評価すべきパラメータは、出力そのもので
はく、それを指数変換して入力電流に(定常解と
して)比例する変数G(t)を導入する。ここで
G(t)は、t→∞で(iio N)1/Nに比例するもので
あり、次のように定義する。 Here, the transient response of the logarithmic compression type level detection circuit 10 will be considered. First, in the logarithmically compressed form,
Since the output is logarithmically compressed, the parameter to be actually evaluated as the detection output is not the output itself, but it is transformed into an index and a variable G(t) proportional to the input current (as a steady solution) is introduced. Here, G(t) is proportional to (i io N ) 1/N at t→∞, and is defined as follows.
G(t)=exp〔Vp(t)/N・VT〕 ………
ここで、時刻tにおけるVp、VcをVp(t)、VT
(t)とする。また、簡略化するために入力のス
テツプはIpとし、入力が有る状態でVp(t)=0又
はG(t)=1の定常解を持つ。 G(t)=exp[V p (t)/N・V T ] ...... Here, V p and Vc at time t are V p (t) and V T
(t). Furthermore, for the sake of simplicity, the input step is set to I p , and when there is an input, there is a steady solution of V p (t)=0 or G(t)=1.
まず、立下りをみるため、入力電流iioとして、
t<0のときIp、t>0のとき0のステツプ関数
に対する応答を調べる。このとき、t<0におけ
る定常解は、上記、および式より、
またt>0では、idが実質的に0となり、積分
用のコンデンサ17(容量値をCとする。)はIp
による定電流放電となる。したがつて、Vp(t)
は、
Vp(t)=Vp(t)|t=0−Ip/Ct
=−Ip/Ct ………
となり、上記式よりG(t)を求めると、
G(t)=exp(−Ip/N・VT・C・t) ………
となる。これは、第4図のような等価回路により
モデル化でき、回路中の抵抗Rp、コンデンサCp
は、
Rp=1/Ip ………
Cp=N・VT・C ………
の値をとり、また時定数τは、
τ=RpCp
=N・VT・C/Ip ………
である。 First, to see the fall, as the input current i io ,
The response to a step function of I p when t<0 and 0 when t>0 is investigated. At this time, the steady solution at t<0 is, from the above and formula, Further, when t>0, i d becomes substantially 0, and the integrating capacitor 17 (capacitance value is C) is I p
This results in constant current discharge. Therefore, V p (t)
is, V p (t)=V p (t) | t=0 −I p /Ct = −I p /Ct ...... When G(t) is calculated from the above formula, G(t)=exp (-I p /N・V T・C・t) ...... This can be modeled using an equivalent circuit as shown in Figure 4, where the resistance R p and capacitor C p in the circuit are
takes the value R p = 1/I p ...... C p = N・V T・C ......, and the time constant τ is τ=R p C p = N・V T・C/I p ......
次に、立上り特性をみるため、t<0でiio=
0、t>0でiio=Ipの入力電流に対する応答を解
析する。このときt>0の任意の時刻におけるid
は、
id(t)≒Is・expv−Vc(t)/VT ………
であり、t>0におけるv(t)は上記式と同
一で、さらに、Vc(t)をVp(t)で表わすと、
上記式は、
id(t)≒Ip・exp〔−Vp(t)/VT〕 ………
となる。次に、Vp(t)の時間変化を求める。 Next, in order to look at the rise characteristics, i io =
0, t>0 and the response to an input current of i io =I p is analyzed. In this case, i d at any time t>0
is i d (t)≒Is・expv−Vc(t)/V T ………, v(t) at t>0 is the same as the above formula, and furthermore, Vc(t) is expressed as V p ( t),
The above formula becomes i d (t)≒I p ·exp [−V p (t)/V T ]. Next, the time change of V p (t) is determined.
dVp(t)/dt=id(t)−Ip/C
=Ip/C〔exp{−Vp(t)/VT}−1〕………
このVp(t)をG(t)に置換して、
d〔VTlnG(t)N〕/dt=Ip/C〔G(t)-N−1
〕
………
が得られ、これを整理してG(t)の時間変化を
求めると、
dG(t)/dt=Ip/N・VT・C〔G(1-N)−G(t)
〕
………
となり、この微分方程式が立上り特性を表わす。
これは、第5図のような等価回路でモデル化で
き、抵抗Rp、コンデンサCpは、
Rp=1/Ip ………
Cp=VTC ………
であり、非線形回路29は、入力g(t)に対応
して、
G(t)=〔g(t)〕1/N ………
のような出力G(t)を得るものである。 dV p (t)/dt=i d (t)-I p /C = I p /C [exp{-V p (t)/V T }-1]...
Substituting this V p (t) with G(t), d[V T lnG(t) N ]/dt=I p /C[G(t) -N -1
] ……… is obtained, and when we organize this and find the time change of G(t), we get dG(t)/dt=I p /N・V T・C[G (1-N) −G( t)
] ...... This differential equation represents the rise characteristic.
This can be modeled with an equivalent circuit as shown in Figure 5, where the resistance R p and capacitor C p are R p = 1/I p ...... C p = V T C ...... Nonlinear circuit 29 corresponds to the input g(t), and obtains the output G(t) as follows: G(t)=[g(t)] 1/N . . .
ところで、このようなレベル検出回路10を用
いて構成されるオーデイオ用雑音低減装置に要求
される時定数は、立上り時(アタツク時)に数
100μsec〜数msecと短かく、立下り時(リカバリ
時)に数十msec〜数百msecと長く、約数百倍の
開きがある。ここで、上記Nが1の場合には、立
上りと立下りとが等しくなり、Nを大きくするほ
ど立上りが速くなる。立上りの速い入力が印加さ
れたときオーバーシユートを生じることを防止す
るために立上り時定数を速くする必要がある。と
ころが、上述したような数百倍もの開きを実現す
るために上記Nを大きく設定した場合には、次の
ような欠点が生ずる。 Incidentally, the time constant required for an audio noise reduction device configured using such a level detection circuit 10 is several times the time constant at the time of rise (at the time of attack).
It is as short as 100 μsec to several msec, and as long as several tens of msec to several hundred msec at the time of falling (recovery), with a difference of about several hundred times. Here, when the above-mentioned N is 1, the rising and falling are equal, and the larger N is, the faster the rising is. In order to prevent overshoot from occurring when an input with a fast rise is applied, it is necessary to make the rise time constant fast. However, when N is set large in order to achieve an opening several hundred times as described above, the following drawbacks occur.
すなわち、まず上記Nの増大に対応してダイオ
ード15,15,…,18,18,…の直列回路
のPN接合数が増加し、定常的に電圧降下が増大
して低電源電圧動作が困難となる。この場合、
PN接合の直列回路に依らず、利得Nの増幅器を
用いて低電源電圧動作を可能とすることも考えら
れるが、回路構成が複雑化する。次に、出力電圧
の変換係数が、前記式に示したようにNに対応
して変化する。すなわち、式より、
Vp≒N・VTln〔(|iio|/Io)N〕1/N ………
となり、この出力により対数直線形の電圧制御可
変利得回路を比例的または反比例的に制御するた
めには、1/Nの減衰器が必要である。 That is, first, in response to the increase in N, the number of PN junctions in the series circuit of diodes 15, 15, ..., 18, 18, ... increases, and the voltage drop steadily increases, making it difficult to operate at a low power supply voltage. Become. in this case,
It is conceivable to use an amplifier with a gain of N to enable low power supply voltage operation without relying on a series circuit of a PN junction, but this would complicate the circuit configuration. Next, the conversion coefficient of the output voltage changes corresponding to N as shown in the above equation. In other words, from the formula, V p ≒N・V T ln [(|i io |/Io) N ] 1/N ...... This output can be used to control a log-linear voltage controlled variable gain circuit proportionally or inversely proportionally. In order to control this, a 1/N attenuator is required.
以下、本発明に係る好ましい実施例について、
図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
This will be explained with reference to the drawings.
第6図は、本発明に係る第1の実施例としての
レベル検出回路30を示す回路図である。この第
6図において、入力信号源である電流源21は、
入力端子11に入力電流iioを供給する。入力端子
11は、絶対値回路20を介し端子13を介し
て、演算増幅器31の反転入力端子に接続されて
いる。この演算増幅器31の非反転入力端子は接
地され、出力電圧v1は対数変換ダイオード32を
介し上記反転入力端子に帰還されている。また、
演算増幅器31の出力電圧v1は、演算増幅器33
の非反転入力端子に印加されて、出力端子から電
圧v2として取り出される。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a level detection circuit 30 as a first embodiment of the present invention. In this FIG. 6, the current source 21 which is the input signal source is
An input current i io is supplied to the input terminal 11 . Input terminal 11 is connected to an inverting input terminal of operational amplifier 31 via absolute value circuit 20 and terminal 13 . The non-inverting input terminal of the operational amplifier 31 is grounded, and the output voltage v 1 is fed back to the inverting input terminal via the logarithmic conversion diode 32. Also,
The output voltage v 1 of the operational amplifier 31 is
is applied to the non-inverting input terminal of , and taken out as voltage v 2 from the output terminal.
次に、演算増幅器33の出力端子は、ダイオー
ド34を介して積分用コンデンサ35に接続され
ており、これらのダイオード34とコンデンサ3
5との接続点には、基準電流Ipを流す電流源36
が接続されている。コンデンサ35の出力電圧
Vcは、ボルテージフオロワとしての演算増幅器
40を介して、ダイオード41と基準電流Ipを流
す電流源42との直列回路に送られ、これらのダ
イオード41と基準電流源42との接続点に接続
された出力端子12から出力電圧Vpが取り出さ
れる。 Next, the output terminal of the operational amplifier 33 is connected to an integrating capacitor 35 via a diode 34, and these diodes 34 and capacitors 3
At the connection point with 5, there is a current source 36 that flows a reference current I p .
is connected. Output voltage of capacitor 35
Vc is sent via an operational amplifier 40 as a voltage follower to a series circuit of a diode 41 and a current source 42 that flows a reference current I p , and is connected to the connection point between these diodes 41 and the reference current source 42. An output voltage V p is taken out from the output terminal 12 .
さらに、本発明の特徴として、積分用コンデン
サ35の出力電圧Vcと、演算増幅器33の出力
電圧v2との間を分圧する分圧回路46を設け、こ
の分圧回路46からの分圧出力を演算増幅器33
の反転入力端子に帰還している。この場合、積分
用コンデンサ35の端子電圧を直接取り出すこと
は好ましくないため、ボルテージフオロワ用の演
算増幅器40を介して取り出して分圧回路46の
分圧抵抗48に供給している。また、演算増幅器
33の出力電圧v2を、ダイオード43を介して電
圧v3にレベルシフトし、ボルテージフオロワとし
ての演算増幅器45を介して分圧回路46の分圧
抵抗47に供給している。ダイオード43はダイ
オード34により生ずる電圧降下の定常値を補償
する。この分圧回路46の抵抗47は抵抗48の
N−1倍の抵抗値に設定されており、これらの抵
抗47,48の接続点の分圧出力電圧v4は、入力
電圧間を1/Nと1/(N−1)の比で分圧した
ものになる。なお、ダイオード43と演算増幅器
45との接続点には、基準電流Ipを流す電流源4
4が接続されている。 Further, as a feature of the present invention, a voltage dividing circuit 46 is provided to divide the voltage between the output voltage Vc of the integrating capacitor 35 and the output voltage v 2 of the operational amplifier 33, and the divided voltage output from the voltage dividing circuit 46 is Operational amplifier 33
It is fed back to the inverting input terminal of. In this case, since it is not preferable to take out the terminal voltage of the integrating capacitor 35 directly, it is taken out via the voltage follower operational amplifier 40 and supplied to the voltage dividing resistor 48 of the voltage dividing circuit 46 . Further, the output voltage v 2 of the operational amplifier 33 is level-shifted to voltage v 3 via the diode 43, and is supplied to the voltage dividing resistor 47 of the voltage dividing circuit 46 via the operational amplifier 45 as a voltage follower. . Diode 43 compensates for the steady-state value of the voltage drop caused by diode 34. The resistance value of the resistor 47 of this voltage dividing circuit 46 is set to N-1 times that of the resistor 48, and the divided output voltage v4 at the connection point of these resistors 47 and 48 has a 1/N difference between the input voltages. and 1/(N-1). Note that at the connection point between the diode 43 and the operational amplifier 45, there is a current source 4 that flows the reference current I p .
4 are connected.
このような構成を有するレベル検出回路30に
おいて、ダイオード32と演算増幅器31により
対数変換された電圧v1は、
v1=VTln(|iio|/Is+1) ………〓〓
である。ただし、VTは前記式で説明したもの
である。いま過渡状態を考え、出力電圧Vpを瞬
時値に対して固定であるものとする。分圧回路4
6の分圧出力電圧v4は、演算増幅器33の非反転
端子の入力の電圧v1に等しいから、ボルテージフ
オロワを介して分圧抵抗47に印加される電圧v3
は、
v3=N・v1−Vp(N−1)
=N・VTln(|iio|/Is+1)−Vc(N−1)
………
で与えられる。したがつて、演算増幅器33の出
力電圧v2は、
v2=N・VT・ln(|iio|/Is+1)
+VT・ln(Ip/Is+1)−Vc(N−1) ………〓〓
となり、ダイオード34を流れる瞬時電流idは、
id=Is〔exp(v2−Vc/VT)−1〕
=Is〔(|iio|/Is+1)N(Io/Is
+1)exp(−N・Vc/VT)−1〕 ………〓〓
となる。入力電流iioが定常的であれば、定常的に
はd=Ipであり、
id =1/T∫T piddt
=Is〔1/T(Io/Is+1)・exp(−N・Vc/V
T∫T p
(|iio|/Is
+1)Ndt−1〕=Ip ………〓〓
これを満足するVcがVcの定常解であり、
Vc=VT/N・ln〔1/T∫T p(|iio|/Is+1)N
dt……〓〓
出力電圧Vpを求めると、
Vp=Vc−VTln(Ip/Is+1)
=VT/Nln〔1/T∫T p(|iio|/Is+1)Ndt
〕
−Vt・ln(Ip/Is+1) ………〓〓
が得られる。実際には|iio|、Ip≫Isであるから、
近似値を求めると、
Vp≒VT/Nln〔1/T∫T p(|iio|/Is)Ndt〕−VT・
ln(Ip/Is)
=VTln〔1/T∫T p(|iio|/Ip)Ndt〕1/N………
〓〓
ここで、
1/T∫T p(|iio|/Ip)Ndt≡(|iio|/Ip)N
………
と定義すると、
Vp≒VTln〔(|iio|/Ip)N〕1/N ………
が得られる。 In the level detection circuit 30 having such a configuration, the voltage v 1 logarithmically converted by the diode 32 and the operational amplifier 31 is v 1 =V T ln (|i io |/Is+1) . However, V T is as explained in the above formula. Now consider a transient state and assume that the output voltage V p is fixed relative to the instantaneous value. Voltage divider circuit 4
Since the divided output voltage v 4 of No. 6 is equal to the voltage v 1 at the input of the non-inverting terminal of the operational amplifier 33, the voltage v 3 applied to the voltage dividing resistor 47 via the voltage follower is
is given by v 3 =N·v 1 −V p (N−1) = N·V T ln(|i io |/Is+1)−Vc(N−1) . Therefore, the output voltage v 2 of the operational amplifier 33 is: v 2 =N・V T・ln (|i io |/Is+1) +V T・ln (I p /Is+1) − Vc (N−1) …… ...〓〓, and the instantaneous current i d flowing through the diode 34 is i d = Is [exp (v 2 - Vc/V T )-1] = Is [(|i io |/Is+1) N (Io/Is +1 ) exp(−N・Vc/V T )−1〕 ………〓〓. If the input current i io is stationary, then d = I p , i d = 1/T∫ T p i d dt = Is [1/T(Io/Is+1)・exp(-N・Vc/V
T ∫ T p (|i io |/Is +1) N dt−1〕=I p ………〓〓 Vc that satisfies this is the steady solution of Vc, and Vc=V T /N・ln[1/ T∫ T p (|i io |/Is+1) N
dt……〓〓 Calculating the output voltage V p , V p =Vc−V T ln(I p /Is+1) =V T /Nln [1/T∫ T p (|i io |/Is+1) N dt
] −Vt・ln(I p /Is+1) ………〓〓 is obtained. In fact, |i io |, I p ≫Is, so
Finding an approximate value, V p ≒V T /Nln[1/T∫ T p (|i io |/Is) N dt]−V T・
ln(I p /Is) =V T ln[1/T∫ T p (|i io |/I p ) N dt] 1/N ………
〓〓 Here, 1/T∫ T p (|i io |/I p ) N dt≡ (|i io |/I p ) N
......, we get V p ≒V T ln [(|i io |/I p ) N ] 1/N ......
このような本発明に係る対数圧縮形レベル検出
回路30においては、Nの変化に変換係数が依存
しない。したがつて、G(t)として導入すべき
変数は、
G(t)=exp〔Vp(t)/Vt〕 ………
と定義される。 In the logarithmic compression type level detection circuit 30 according to the present invention, the conversion coefficient does not depend on changes in N. Therefore, the variable to be introduced as G(t) is defined as G(t)=exp[V p (t)/Vt] .
まず、立下りをみるため、入力電流iioがt<0
でIp、t>0で0のときの応答を解析する。t<
0における定常解がVp(t)=0であり、t>0
では積分用コンデンサ35が基準電流Ipで定電流
解放するから、t>0において、
Vp(t)=−Ip/Ct ………〓〓
G(t)=exp(−Ip/VT・Ct) ………〓〓
が得られる。 First, to see the fall, input current i io is t<0
Analyze the response when I p is 0 with t>0. t<
The stationary solution at 0 is V p (t)=0, and t>0
Then, since the integrating capacitor 35 releases a constant current at the reference current I p , at t>0, V p (t)=-I p /Ct......〓〓 G(t)=exp(-I p /V T・Ct) ......〓〓 is obtained.
次に、立上りとして、入力電流iioがt<0で
0、t>0でIpに対する応答を解析する。t>0
の任意の時刻におけるidは、
id(t)≒Is.expv2(t)−Vc(t)/VT………〓
〓
である。v2(t)は前記〓〓式を近似して、
v2(t)≒(N+1)ln(Ip/Is)−Vc(t)(N-1
)
……〓〓
となり、さらに、Vc(t)をVp(t)で表わすと、
v2(t)−Vc(t)は、
v2(t)−Vc(t)=VTln(Ip/Is)−NVp(t)
………〓〓
である。したがつてid(t)は次のように表わさ
れる。 Next, as a rising edge, the response to input current i io is 0 when t<0 and I p when t>0 is analyzed. t>0
i d at any time is i d (t)≒Is.expv 2 (t)−Vc(t)/V T ………〓
〓 is. v 2 (t) is approximated by the above formula, v 2 (t)≒(N+1)ln(I p /Is)−Vc(t) (N-1
) ...〓〓 And further, if we express Vc (t) by V p (t), then
v 2 (t)−Vc(t) is v 2 (t)−Vc(t)=V T ln(I p /Is)−NV p (t) ……〓〓. Therefore, i d (t) can be expressed as follows.
id(t)≒Ip・exp(−N・Vp(t)/VT………〓
〓
また、Vp(t)の時間変化を求めると、
dVp(t)/dt=id(t)−Ip/C
=Ip/C〔exp{−N・Vp(t)/VT}−1〕
………〓〓
となり、Vp(t)をG(t)に置換して、
d〔VTlnG(t)〕/dt=Ip/C〔G(t)-N−1
〕
………〓〓
これを整理して、G(t)の時間変化を求める
と、
dG(t)/dt=Ip/VTC〔G(t)(1-N)−G(t
)〕
………〓〓
を得る。 i d (t)≒I p・exp(−N・V p (t)/V T ………〓
〓 Also, when calculating the time change of V p (t), dV p (t) / dt = i d (t) - I p /C = I p /C [exp{-N・V p (t) / V T }-1] ………〓〓 Then, replacing V p (t) with G(t), d[V T lnG(t)]/dt=I p /C[G(t) - N -1
] ………〓〓 Organizing this and finding the time change of G(t), we get dG(t)/dt=I p /V T C[G(t) (1-N) −G(t
)] ………〓〓 is obtained.
ここで、本発明と従来例とを比較すると、上記
〓〓式が前記式と対応し、また上記〓〓式が前記
式と対応する。したがつて、本発明の積分用コン
デンサ35の容量値をN倍すれば、従来例の回路
と全く等価となることがわかる。 Here, when comparing the present invention and the conventional example, the above expression 〓 〓 corresponds to the above expression, and the above 〓 〓 expression corresponds to the above expression. Therefore, it can be seen that if the capacitance value of the integrating capacitor 35 of the present invention is multiplied by N, the circuit becomes completely equivalent to the conventional circuit.
次に第7図は、本発明の第2の実施例としての
レベル検出回路60を示す回路図である。この第
7図において、第6図の第1の実施例と対応する
部分には同一の参照番号を付して説明を省略す
る。 Next, FIG. 7 is a circuit diagram showing a level detection circuit 60 as a second embodiment of the present invention. In FIG. 7, parts corresponding to those in the first embodiment shown in FIG. 6 are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.
この第7図に示す第2の実施例においては、前
記第1の実施例の演算増幅器40,45によるボ
ルテージフオロワに代えて、トランジスタ50,
55によるエミツタフオロワの構成を用い、回路
の簡略化を図つている。また、演算増幅器31の
非反転入力端子は、ダイオード53と定電流源5
4とから成るレベルシフトの手段を介して接地し
ている。さらに、ダイオード34と積分用コンデ
ンサ35との間に、抵抗52を挿入接続して、立
上り曲線を通常の一次の時定数曲線に近づけるよ
うにしている。すなわち、この抵抗52は、前記
Nの値を大きく設定した場合に、立上り初期が特
に急峻になり、積分用コンデンサ35への充電電
流が過大となることを防止する作用をなすもので
あり、特にNが大きいときに重要である。なお、
第7図のトランジスタ51は、第6図のダイオー
ド41の代わりに用いたものである。 In the second embodiment shown in FIG. 7, a transistor 50,
The structure of the emitter follower according to No. 55 is used to simplify the circuit. Further, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 31 is connected to a diode 53 and a constant current source 5.
It is grounded via level shifting means consisting of 4 and 4. Furthermore, a resistor 52 is inserted and connected between the diode 34 and the integrating capacitor 35 so that the rise curve approaches a normal first-order time constant curve. That is, this resistor 52 has the function of preventing the charging current to the integrating capacitor 35 from becoming particularly steep due to a particularly steep initial rise when the value of N is set to a large value. This is important when N is large. In addition,
Transistor 51 in FIG. 7 is used in place of diode 41 in FIG. 6.
次に、上記抵抗分圧回路46の代わりに、たと
えば第8図のような抵抗分圧回路146を用いる
ことができる。この抵抗分圧回路146は、上記
分圧用の抵抗47,48の接続点を、抵抗49を
介して接地しており、この抵抗49を追加するこ
とにより出力の変換係数を任意に設定できる。 Next, instead of the resistive voltage dividing circuit 46 described above, a resistive voltage dividing circuit 146 as shown in FIG. 8, for example, can be used. In this resistance voltage dividing circuit 146, the connection point of the voltage dividing resistors 47 and 48 is grounded via a resistor 49, and by adding this resistor 49, the conversion coefficient of the output can be arbitrarily set.
以上の説明からも明らかなように、本発明に係
るレベル検出回路によれば、前記Nを大きな値に
設定しても、回路の減電圧特性を劣化させず、回
路を複雑化させない。特に、N>3の場合に、従
来の構成に比較して大きな効果が得られる。ま
た、Nの変化に対し、出力電圧の変換係数が影響
を受けないため、1/N減衰回路を必要とせず、
たとえば対数直線形の電圧制御可変利得回路との
接続がより容易に行なえる。さらに、上記出力電
圧の変換係数がNの影響を受けないことにより、
Nを外部から変化させたりレベルに応じて制御し
たりすることが可能となる。これは、たとえば入
力レベルに応じて応答の時定数を制御するような
構成を可能とするものである。 As is clear from the above description, according to the level detection circuit according to the present invention, even if the N is set to a large value, the voltage reduction characteristics of the circuit will not deteriorate and the circuit will not become complicated. In particular, when N>3, great effects can be obtained compared to the conventional configuration. In addition, since the conversion coefficient of the output voltage is not affected by changes in N, a 1/N attenuation circuit is not required.
For example, connection with a log-linear voltage controlled variable gain circuit can be more easily made. Furthermore, since the conversion coefficient of the output voltage is not affected by N,
It becomes possible to change N from the outside and control it according to the level. This enables a configuration in which the response time constant is controlled depending on the input level, for example.
なお、本発明は、上記実施例のみに限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変更が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
第1図は全波整流形のレベル検出回路の一例を
示す回路図、第2図は従来の対数圧縮形のレベル
検出回路の一例を示す回路図、第3図は絶対値回
路20の一具体例を示す回路図、第4図および第
5図はそれぞれ第2図の回路における立下り時お
よび立上り時の特性をモデル化した等価回路図で
ある。第6図は本発明の第1の実施例を示す回路
図である。第7図は本発明の第2の実施例を示す
回路図である。第8図は抵抗分圧回路の他の具体
例を示す回路図である。
32……対数変換用ダイオード、33……演算
増幅器、34……PN接合素子としてのダイオー
ド、35……積分用コンデンサ、46……抵抗分
圧回路。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a full-wave rectification type level detection circuit, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a conventional logarithmic compression type level detection circuit, and FIG. 3 is a specific example of the absolute value circuit 20. The circuit diagrams illustrating examples, FIG. 4 and FIG. 5, are equivalent circuit diagrams modeling the falling and rising characteristics of the circuit of FIG. 2, respectively. FIG. 6 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a circuit diagram showing another specific example of the resistive voltage divider circuit. 32... Diode for logarithmic conversion, 33... Operational amplifier, 34... Diode as a PN junction element, 35... Integrating capacitor, 46... Resistance voltage divider circuit.
Claims (1)
換された電圧が非反転入力端子に印加された演算
増幅器と、この演算増幅器の出力端子に一端が接
続されたPN接合素子と、このPN接合素子の他
端に接続された積分手段と、この積分手段の出力
電圧と上記演算増幅器の出力電圧間を抵抗分割す
る手段と、この抵抗分割手段の出力を上記演算増
幅器の反転入力端子に帰還する手段とを備えてな
る対数圧縮形のレベル検出回路。1 means for logarithmically converting an input signal, an operational amplifier to which this logarithmically converted voltage is applied to a non-inverting input terminal, a PN junction element whose one end is connected to the output terminal of this operational amplifier, and this PN junction element. an integrating means connected to the other end, means for resistively dividing the output voltage of the integrating means and the output voltage of the operational amplifier, and means for feeding back the output of the resistive dividing means to the inverting input terminal of the operational amplifier. A logarithmic compression type level detection circuit comprising:
Priority Applications (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16584880A JPS5791012A (en) | 1980-11-27 | 1980-11-27 | Level detection circuit |
| AU77881/81A AU551633B2 (en) | 1980-11-27 | 1981-11-25 | Signal level detecting circuit |
| CA000390987A CA1171921A (en) | 1980-11-27 | 1981-11-26 | Level detecting circuit |
| CH756981A CH655415B (en) | 1980-11-27 | 1981-11-26 | |
| GB8135662A GB2088677B (en) | 1980-11-27 | 1981-11-26 | Signal level detecting circuits |
| IT25303/81A IT1140300B (en) | 1980-11-27 | 1981-11-26 | SIGNAL LEVEL DETECTION CIRCUIT |
| AT0510481A AT381422B (en) | 1980-11-27 | 1981-11-26 | LEVEL SAMPLE LEVEL |
| FR8122297A FR2494930B1 (en) | 1980-11-27 | 1981-11-27 | CIRCUIT FOR DETECTING A SIGNAL LEVEL |
| NL8105379A NL192906C (en) | 1980-11-27 | 1981-11-27 | Signal level detection circuit. |
| US06/325,207 US4433254A (en) | 1980-11-27 | 1981-11-27 | Level detecting circuit |
| DE19813147171 DE3147171A1 (en) | 1980-11-27 | 1981-11-27 | SIGNAL LEVEL DETECTOR CIRCUIT |
| KR8104660A KR880001595B1 (en) | 1980-11-27 | 1981-11-27 | Level detector cicuit |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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- 1980-11-27 JP JP16584880A patent/JPS5791012A/en active Granted
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- 1981-11-27 BE BE2/59478A patent/BE891270A/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE891270A (en) | 1982-03-16 |
| JPS5791012A (en) | 1982-06-07 |
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