特許 6263642 フィルタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6263642

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】フィルタ装置

(51)【国際特許分類】

   H03H 11/04 20060101AFI20180104BHJP

   H03H 11/14 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   H03H11/04 G

   H03H11/14

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-562998(P2016-562998)

(86)(22)【出願日】2016年6月15日

(86)【国際出願番号】JP2016067763

【審査請求日】2016年10月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(72)【発明者】

【氏名】山崎 雅

(72)【発明者】

【氏名】倉舘 拓哉

【審査官】 石川 雄太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−２７７１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２６６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−１１６４２６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−１６０６２８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ １１／０４

Ｈ０３Ｈ １１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力信号のうち所定の周波数帯域の信号を増幅するフィルタ部と、
前記フィルタ部で増幅された信号の過電圧を検出する異常検出部と、
前記過電圧が検出された場合には前記フィルタ部のゲインを低下させるゲイン調整部と、
を備え、
前記フィルタ部は、
ハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの後段に設けられたバンドパスフィルタと、
を備え、
前記ゲイン調整部は、前記過電圧が検出された場合には、前記ハイパスフィルタのゲインを低下させる
フィルタ装置。

【請求項2】

前記入力信号は、正側の信号と負側の信号との少なくともいずれか一方の信号が含まれる請求項１に記載のフィルタ装置。

【請求項3】

前記ゲイン調整部は、前記過電圧が検出された場合には、前記ハイパスフィルタから出力される信号の電圧を抵抗で分圧させることで前記ゲインを低下させる請求項１に記載のフィルタ装置。

【請求項4】

前記異常検出部は、前記フィルタ部で増幅された信号の電圧値が所定の閾値を超えた場合に、過電圧を検出したことを示す異常信号を前記ゲイン調整部に出力し、
前記ゲイン調整部は、前記異常信号が出力されている間、前記ハイパスフィルタのゲインを低下させる請求項１又は請求項３に記載のフィルタ装置。

【請求項5】

前記異常検出部は、ツェナーダイオードを備え、
前記閾値は、ツェナーダイオードの降伏電圧に応じた値である請求項４に記載のフィルタ装置。

【請求項6】

前記ゲインは、前記フィルタ部で増幅された信号の電圧値の絶対値が前記閾値以下になる係数に応じて設定されている請求項４又は請求項５に記載のフィルタ装置。

【請求項7】

前記異常検出部は、前記過電圧を検出した場合には、前記異常信号を外部装置に出力する請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のフィルタ装置。

【請求項8】

前記異常検出部は、前記過電圧を検出した場合には、所定の時間の間において前記異常信号を出力する請求項４から請求項７のいずれか一項に記載のフィルタ装置。

【請求項9】

前記ゲイン調整部は、前記異常信号を取得しない場合には前記ハイパスフィルタから出力される信号の電圧を第１の分圧比で分圧し、前記異常信号を取得した場合には前記ハイパスフィルタから出力される信号の電圧を前記第１の分圧比よりも小さい第２の分圧比で分圧する請求項４から請求項８のいずれか一項に記載のフィルタ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィルタ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、入力信号に対して不用な周波数帯域の入力信号を減衰させるとともに、所望の周波数帯域の信号を所定のゲインで増幅することで、入力信号から所望の周波数帯域の入力信号を取得し、後段の処理装置に出力するフィルタ装置がある。この処理装置によっては、所望の周波数帯域における入力信号の波形をなるべく維持したまま取り込みたい場合がある。このようなフィルタ装置においては、温度や湿度等の外部環境によりフィルタ装置内の部品の特性が変化すると、ゲインが上昇してしまう場合がある。その場合には、フィルタ装置は、入力信号を過度に増幅してしまい、過大な電圧まで増幅した信号を処理装置に出力してしまう。そこで、処理装置に過電圧が印加されないように、処理装置から出力される信号を所定の電圧でクランプする方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−８３７９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、フィルタ装置から出力される信号の電圧は、所定の電圧でクランプされると、電圧の振幅値が強制的にクランプ電圧に制限される。そのため、クランプされている期間においては、入力信号が増幅あるいは減少しているにもかかわらず、フィルタ装置から出力される信号の電圧が一定値となってしまう。そのため、フィルタ装置は、入力信号の波形を維持したまま情報処理に出力することができない。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、過大な電圧の信号を出力することを防止するとともに、入力信号の波形を維持したまま所望の周波数帯域の信号を出力することができるフィルタ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、入力信号のうち所定の周波数帯域の信号を増幅するフィルタ部と、前記フィルタ部で増幅された信号の過電圧を検出する異常検出部と、前記過電圧が検出された場合には前記フィルタ部のゲインを低下させるゲイン調整部と、を備えるフィルタ装置であって、前記フィルタ部は、ハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの後段に設けられたバンドパスフィルタと、を備え、前記ゲイン調整部は、前記過電圧が検出された場合には、前記ハイパスフィルタのゲインを低下させる。

【0007】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記入力信号は、正側の信号と負側の信号との少なくともいずれか一方の信号が含まれる。

【0008】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記ゲイン調整部は、前記過電圧が検出された場合には、前記ハイパスフィルタから出力される信号の電圧を抵抗で分圧させることで前記ゲインを低下させる。

【0009】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記異常検出部は、前記フィルタ部で増幅された信号の電圧値が所定の閾値を超えた場合に、過電圧を検出したことを示す異常信号を前記ゲイン調整部に出力し、前記ゲイン調整部は、前記異常信号が出力されている間、前記ハイパスフィルタのゲインを低下させる。

【0010】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記異常検出部は、ツェナーダイオードを備え、前記閾値は、ツェナーダイオードの降伏電圧に応じた値である。

【0011】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記ゲインは、前記フィルタ部で増幅された信号の電圧値の絶対値が前記閾値以下になる係数に応じて設定されている。

【0012】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記異常検出部は、前記過電圧を検出した場合には、前記異常信号を外部装置に出力する。

【0013】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記異常検出部は、前記過電圧を検出した場合には、所定の時間の間において前記異常信号を出力する。

【0014】

また、本発明の一態様は、上述のフィルタ装置であって、前記ゲイン調整部は、前記異常信号を取得しない場合には前記ハイパスフィルタから出力される信号の電圧を第１の分圧比で分圧し、前記異常信号を取得した場合には前記ハイパスフィルタから出力される信号の電圧を前記第１の分圧比よりも小さい第２の分圧比で分圧する。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によれば、過大な電圧の信号を出力することを防止するとともに、入力信号の波形を維持したまま所望の周波数帯域の信号を出力することができるフィルタ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１の実施形態におけるフィルタ装置１の概略構成図。

【図2】第１の実施形態におけるフィルタ装置１から出力される信号の波形を示す図。

【図3】第１の実施形態におけるフィルタ装置１の動作を示すフロー図。

【図4】第１の実施形態におけるフィルタ装置１に入力される入力信号の波形を示す図。

【図5】第１の実施形態におけるフィルタ装置１から出力される第２入力信号の波形を示す図。

【図6】第２の実施形態におけるフィルタ装置１Ａの概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本実施形態におけるフィルタ装置は、増幅した信号の電圧が過電圧である場合、その増幅におけるゲインを低下させる。これにより、本実施形態におけるフィルタ装置は、過大な電圧の信号を出力することを防止するとともに、入力信号の波形を維持したまま所望の周波数帯域の信号を出力することができる。

【0018】

（第１の実施形態）
以下、図１〜図５を参照して、第１の実施形態におけるフィルタ装置１について説明する。
フィルタ装置１は、フィルタ部２、第１バッファ部３、抵抗Ｒ１，２、異常検出部４及びゲイン調整部５を備える。なお、ゲイン調整部５は、第１ハイパスフィルタ２１に含まれて構成されてもよい。
フィルタ部２は、入力信号のうち所定の周波数帯域の信号を増幅する。この入力信号は、正側の信号と負側の信号との少なくともいずれか一方の信号が含まれる。

【0019】

フィルタ部２は、第１ハイパスフィルタ２１及びバンドパスフィルタ２２を備える。
第１ハイパスフィルタ２１は、入力信号に対して低周波成分を除去した第１入力信号を、ゲイン調整部５を介して第１バッファ部３に出力する。

【0020】

第１バッファ部３は、第１バッファ部３の前段と後段との間における回路間のインピーダンス変換を行う。第１バッファ部３は、取得した第１入力信号を第１バッファ部３の後段のインピーダンスよりも低いインピーダンスでバンドパスフィルタ２２に出力する。なお、第１バッファ部３の前段と後段との間における回路間のインピーダンスがマッチングしていれば、第１バッファ部３を省略可能である。

【0021】

バンドパスフィルタ２２は、第１ハイパスフィルタ２１の後段に設けられている。バンドパスフィルタ２２は、第１バッファ部３を介して取得した第１入力信号に対して所定の周波数帯域の信号を所定のゲインで増幅させて出力する。すなわち、バンドパスフィルタ２２は、第１入力信号の上限値と下限値とが所定の範囲に収まるように、第１入力信号を所定のゲインで増幅する。そして、バンドパスフィルタ２２は、所定のゲインで増幅した第１入力信号を第２入力信号として出力する。

【0022】

例えば、バンドパスフィルタ２２は、第２ハイパスフィルタ２３及びローパスフィルタ２４を備える。第２ハイパスフィルタ２３は、第１カットオフ周波数未満の信号成分を減衰させるとともに、第１カットオフ周波数以上の信号成分を増幅する。ローパスフィルタ２４は、第２カットオフ周波数以上の信号成分を減衰させるとともに、その第２カットオフ周波数未満の信号成分を増幅する。この第２カットオフ周波数は、第１カットオフ周波数よりも高い。したがって、所定の周波数帯域とは、第１カットオフ周波数以上で、且つ第２カットオフ周波数未満の周波数である。

【0023】

バンドパスフィルタ２２から出力された第２入力信号は、異常検出部４に入力される。また、バンドパスフィルタ２２から出力された第２入力信号は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で抵抗分圧されて、フィルタ装置１の後段に設けられた外部装置に出力される。なお、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、外部装置に出力される第２信号の電圧を調整する抵抗であって、フィルタ装置１の必須な構成ではない。

【0024】

異常検出部４は、フィルタ部２で増幅された入力信号の過電圧を検出する。すなわち、異常検出部４は、バンドパスフィルタ２２から出力された第２入力信号の過電圧を検出する。
異常検出部４は、第２入力信号の電圧値が所定の検出閾値を超えた場合に、第２入力信号の過電圧を検出する。そして、異常検出部４は、第２入力信号の過電圧を検出した場合には、その過電圧を検出したことを示す異常信号をゲイン調整部５に出力する。なお、異常検出部４は、過電圧を検出した場合、異常信号を外部装置に出力してもよい。

【0025】

以下に、第１の実施形態における異常検出部４の概略構成の一例を説明する。
異常検出部４は、第２バッファ部４１、第１過電圧検出部４２、第２過電圧検出部４３、ピークホールド部４４，４５、過電圧保護部４６、ツェナーダイオードＤｚ４及び抵抗Ｒ１０を備える。

【0026】

第２バッファ部４１は、第２バッファ部４１の前段と後段との間における回路間のインピーダンス変換を行う。第２バッファ部４１は、バンドパスフィルタ２２から出力された第２入力信号を、第２バッファ部４１の後段のインピーダンスよりも低いインピーダンスで第１過電圧検出部４２及び第２過電圧検出部４３に出力する。

【0027】

第１過電圧検出部４２は、第２入力信号における正の過電圧を検出する。具体的には、第１過電圧検出部４２は、第２入力信号における正の電圧が第１検出閾値を超えた場合に、第２入力信号における正の過電圧を検出する。この第１検出閾値は、正の値であって、外部装置の読み取り可能な電圧である許容電圧の最大値未満に設定される。

【0028】

第１過電圧検出部４２は、ツェナーダイオードＤｚ１、抵抗Ｒ３〜Ｒ６及びトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を備える。
ツェナーダイオードＤｚ１は、カソードが第２バッファ部４１の出力に接続され、アノードが抵抗Ｒ３の一端及び過電圧保護部４６に接続されている。

【0029】

抵抗Ｒ３の他端は、トランジスタＴｒ１のベースに接続されている。抵抗Ｒ４は、トランジスタＴｒ１のベースとエミッタとの間に接続されている。トランジスタＴｒ１のエミッタはグラウンド（ＧＮＤ）に接続されている。抵抗Ｒ５は、トランジスタＴｒ１のコレクタとトランジスタＴｒ２のベースとの間に接続されている。抵抗Ｒ６は、トランジスタＴｒ２のベースとトランジスタＴｒ２のエミッタとの間に接続されている。トランジスタＴｒ２のエミッタは電源電圧Ｖｃに接続されている。また、トランジスタＴｒ２のコレクタは、ピークホールド部４４の入力に接続されている。本実施形態では、トランジスタＴｒ１がＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、トランジスタＴｒ２がＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。

【0030】

以下に、第１過電圧検出部４２の動作について、説明する。
ツェナーダイオードＤｚ１は、逆方向に電圧が印加されると、第１の電圧値でツェナー降伏が発生し、流れる電流値にかかわらず一定の電圧が得られるものである。したがって、ツェナーダイオードＤｚ１のカソードに入力した第２入力信号が第１の電圧値を超えた場合には、ツェナーダイオードＤｚ１はツェナー降伏する。ツェナーダイオードＤｚ１は、ツェナー降伏すると、カソードからアノードに向かって電流が流れる。これにより、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１のベースに電流が流れ、トランジスタＴｒ１がオン状態になる。そして、トランジスタＴｒ２のベースに電流が流れるため、トランジスタＴｒ２がオン状態になる。したがって、ピークホールド部４４に電圧が電源電圧Ｖｃである異常信号が入力される。なお、第１検出閾値は、トランジスタＴｒ１がオン状態になるときのツェナーダイオードＤｚ１のカソードに印加される電圧であり、第１の電圧値に応じた値に設定される。

【0031】

次に、第２過電圧検出部４３について、説明する。
第２過電圧検出部４３は、第２入力信号における負の過電圧を検出する。具体的には、第２過電圧検出部４３は、第２入力信号における負の電圧が第２検出閾値を超えた場合に、第２入力信号における負の過電圧を検出する。この場合における負の電圧が第２検出閾値を超えた場合とは、第２入力信号の負の電圧が第２検出閾値を下回ることを意味する。この第２検出閾値は、負の値であって、外部装置の読み取り可能な電圧である許容電圧の最小値よりも高い値に設定される。

【0032】

第２過電圧検出部４３は、ツェナーダイオードＤｚ２、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ７，Ｒ８及びトランジスタＴｒ３を備える。
ツェナーダイオードＤｚ２は、アノードが第２バッファ部４１の出力に接続され、カソードがダイオードＤ１のカソードに接続される。抵抗Ｒ７は、ダイオードＤ１のアノードとトランジスタＴｒ３のベースとの間に接続される。抵抗Ｒ８は、トランジスタＴｒ３のベースとエミッタとの間に接続される。トランジスタＴｒ３のエミッタは電源電圧Ｖｃに接続されている。また、トランジスタＴｒ３のコレクタは、ピークホールド部４５の出力に接続されている。本実施形態では、トランジスタＴｒ３がＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。

【0033】

以下に、第２過電圧検出部４３の動作について、説明する。
ツェナーダイオードＤｚ２は、逆方向に電圧が印加されると、第２の電圧値でツェナー降伏が発生する。したがって、ツェナーダイオードＤｚ２のアノードに第２入力信号の負電圧が入力されたことで、ツェナーダイオードＤｚ２のアノードに対するカソードの電圧差が第２の電圧値を超えた場合には、ツェナーダイオードＤｚ２はツェナー降伏する。すなわち、ツェナーダイオードＤｚ２のカソードに印加されている電圧より第２の電圧値以下の電圧の第２入力信号がツェナーダイオードＤｚ２のアノードに入力した場合にツェナーダイオードＤｚ２はツェナー降伏する。ツェナーダイオードＤｚ２は、ツェナー降伏すると、カソードからアノードに向かって電流が流れる。これにより、トランジスタＴｒ３のベースに電流が流れるため、トランジスタＴｒ３がオン状態になる。したがって、ピークホールド部４５に電圧が電源電圧Ｖｃである異常信号が入力される。ダイオードＤ１は、第２過電圧検出部４３に電流が流れ込むことを防止する。なお、第２検出閾値は、トランジスタＴｒ３がオン状態になるときのツェナーダイオードＤｚ２のアノードに印加される電圧であり、第２の電圧値に応じた値に設定される。

【0034】

ピークホールド部４４は、第１過電圧検出部４２から出力された異常信号の電圧を所定時間の間ピークホールドしてゲイン調整部５に出力する。ピークホールド部４５は、第２過電圧検出部４３から出力された異常信号の電圧を所定時間の間ピークホールドしてゲイン調整部５に出力する。ピークホールド部４４とピークホールド部４５とのそれぞれが異常信号の電圧をピークホールドする時間は、同じであってもよいし、異なってもよい。以下に、ピークホールド部４４が異常信号の電圧をピークホールドしている所定時間を第１ピークホールド時間という。以下に、ピークホールド部４５が異常信号の電圧をピークホールドしている所定時間を第２ピークホールド時間という。

【0035】

過電圧保護部４６は、第１入力信号の正側の過電圧を防止する。過電圧保護部４６は、ツェナーダイオードＤｚ３及び抵抗Ｒ９を備える。
ツェナーダイオードＤｚ３は、逆方向に電圧が印加されると、第３の電圧値でツェナー降伏する。ツェナーダイオードＤｚ３は、カソードが第１ハイパスフィルタ２１の出力に接続されている。したがって、ツェナーダイオードＤｚ３は、第１入力信号の正側の電圧が第３の電圧値を超えた場合には、ツェナー降伏する。これにより、トランジスタＴｒ１のゲートに電流が流れ、トランジスタＴｒ１がオン状態となる。これにより、ピークホールド部４４に異常信号が入力される。ツェナーダイオードＤｚ３は、第１入力信号の正側の電圧が第３の電圧値（第３検出閾値）以下になるように制御する。抵抗Ｒ９は、ツェナーダイオードＤｚ３のツェナー降伏により流れる電流を制限する電流制限抵抗である。

【0036】

ゲイン調整部５は、異常検出部４によって第２入力信号の過電圧が検出された場合には、フィルタ部２のゲインを低下させる。例えば、ゲイン調整部５は、第２入力信号の過電圧が検出された場合には、第１ハイパスフィルタ２１のゲインを低下させる。より具体的には、ゲイン調整部５は、第２入力信号の過電圧が検出された場合には、第１ハイパスフィルタ２１から出力される第２入力信号の電圧を抵抗で分圧させることでゲインを低下させる。

【0037】

ゲイン調整部５は、抵抗Ｒ１１〜抵抗Ｒ１６、ツェナーダイオードＤｚ１１，１２、トランジスタＦＥＴ１及びトランジスタＴｒ１１を備える。

【0038】

抵抗Ｒ１１は、一端が第１ハイパスフィルタ２１の出力に接続され、他端が第１バッファ部３の入力に接続されている。抵抗Ｒ１２は、一端が抵抗Ｒ１１の他端に接続され、他端がグラウンドに接続されている。ツェナーダイオードＤｚ１１のアノードは抵抗Ｒ１１の他端に接続されている。ツェナーダイオードＤｚ１１のカソードは、ツェナーダイオードＤｚ１２のアノードに接続されている。ツェナーダイオードＤｚ１２のカソードは、抵抗Ｒ１３の一端とトランジスタＴｒ１１のコレクタとに接続されている。トランジスタＦＥＴ１のドレインは、抵抗Ｒ１３の他端に接続されている。トランジスタＦＥＴ１のソースは、グラウンドに接続されている。抵抗Ｒ１５は、トランジスタＦＥＴ１のゲートとピークホールド部４４の出力との間に接続される。抵抗Ｒ１６は、一端がピークホールド部４４の出力に接続され、他端がグラウンドに接続されている。トランジスタＴｒ１１のゲートとエミッタとの間に抵抗Ｒ１４が接続されている。また、トランジスタＴｒ１１のエミッタがツェナーダイオードＤｚ１１のカソードとツェナーダイオードＤｚ１２のアノードとの接続点に接続されている。本実施形態では、トランジスタＴｒ１１がＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。トランジスタＦＥＴ１はＮｃｈの電界効果トランジスタである。

【0039】

以下に、ゲイン調整部５の動作について、説明する。
第１過電圧検出部４２により第２入力信号における正の過電圧が検出されていない場合には、ピークホールド部４４からの異常信号がトランジスタＦＥＴ１のゲートに入力されない。この場合には、トランジスタＦＥＴ１はオフ状態である。したがって、第１入力信号は、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との抵抗分圧によって第１のゲインで第１バッファ部３に出力される。一方、第１過電圧検出部４２により第２入力信号における正の過電圧が検出された場合には、ピークホールド部４４からの異常信号がトランジスタＦＥＴ１のゲートに入力される。この場合には、トランジスタＦＥＴ１はオン状態である。したがって、第１入力信号は、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１３の合成抵抗と、の抵抗分圧によってゲインが低下され、第２のゲインで第１バッファ部３に出力される。そのため、フィルタ部２から出力される第２入力信号は、入力信号の波形を維持したまま電圧のピーク値が低減する。換言すると、第２入力信号は、フィルタ装置１に入力する入力信号に対して振幅における倍率が異なるが、波形としては相似する。例えば、第２のゲインは、フィルタ部２で増幅された信号の電圧値の絶対値が検出閾値以下になる係数に応じて設定されている。

【0040】

以下に、ゲイン調整部５により第１入力信号のゲインが低下された場合における第２入力信号の波形について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、第２入力信号における所定の周波数帯域の信号が第１検出閾値を超えた場合、第１過電圧検出部４２は、異常検出信号をトランジスタＦＥＴ１のゲートに出力する。トランジスタＦＥＴ１は、異常検出信号がゲートに入力するとオン状態に移行する（Ｔ１）。ただし、オフ状態からオン状態に移行するまで所定の時間のデットタイム（Ｔ２）が存在する。したがって、異常検出信号がトランジスタＦＥＴ１のゲートに入力してから所定のデットタイムが経過した後、トランジスタＦＥＴ１はオン状態になる（Ｔ３）。これにより、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１３の合成抵抗と、の抵抗分圧によって、第１入力信号のゲインが第１のゲインから第２のゲインに低下される。

【0041】

このように、ゲイン調整部５は、トランジスタＦＥＴ１がオフ状態である場合には、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とから決まる第１の分圧比で第１入力信号を分圧する。一方、ゲイン調整部５は、トランジスタＦＥＴ１がオン状態である場合には、第１入力信号を第１の分圧比よりも小さい第２の分圧比で分圧する。この第２の分圧比は、抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１３から決定される。これにより、第２入力信号は、トランジスタＦＥＴ１がオン状態である場合には、入力信号の波形を維持したまま電圧のピーク値が低減される。ここで、ゲインの低下が行われない場合には、Ｔ３からＴ４の間のいずれかにおいて第２入力信号は、許容電圧の最大値を超えてしまう（ａ）。しかしながら、ゲイン調整部５においてゲインの低下が行われることでフィルタ装置１から出力される第２入力信号の最大値（ｂ）は、外部装置の許容電圧の最大値を超えない。なお、トランジスタＦＥＴ１のゲートには、第１ピークホールド時間において異常信号が入力されている。したがって、第２入力信号が第１検出閾値未満になった場合においても、第１入力信号はゲインが低下したままである。換言すれば、第１ピークホールド時間を調整することでトランジスタＦＥＴ１がオン状態となる時間（ゲインを低下させる期間）を設定することができる。

【0042】

第２入力信号が第１検出閾値を超えてから第１ピークホールド時間が経過すると、異常検出信号が消失する。したがって、トランジスタＦＥＴ１がオン状態からオフ状態に移行し（Ｔ４）、第１入力信号のゲインが第２のゲインから第１のゲインに戻る。

【0043】

図１に戻り、ツェナーダイオードＤｚ１１及びツェナーダイオードＤｚ１２は、第１入力信号の負の過電圧を防止する。例えば、第２入力信号における負の電圧が第２検出閾値を超えていない場合には、トランジスタＴｒ１１のベースに異常信号が入力されない。したがって、トランジスタＴｒ１１はオフ状態である。この場合には、ツェナーダイオードＤｚ１１及びツェナーダイオードＤｚ１２の降伏電圧と抵抗Ｒ１３の抵抗値に基づいて第１入力信号の負電圧のゲインを低下させる。一方、第２入力信号における負の電圧が第２検出閾値を超えた場合には、トランジスタＴｒ１１のベースに異常信号が入力される。したがって、トランジスタＴｒ１１はオン状態である。この場合には、ツェナーダイオードＤｚ１１の降伏電圧と抵抗Ｒ１３の抵抗値とに基づいて第１入力信号の負の電圧のゲインを低下させる。したがって、トランジスタＴｒ１１のオフ状態とオン状態とでは、オン状態の方が第１入力信号の負の電圧のゲインの変化を大きくすることができる。

【0044】

以下に、第１の実施形態におけるフィルタ装置１の動作の流れについて、図３〜図５を用いて、説明する。
第１ハイパスフィルタ２１は、図４に示すような入力信号を取得する（ステップＳ１０１）。第１ハイパスフィルタ２１は、取得した入力信号に対して低周波成分を除去した第１入力信号をゲイン調整部５を介して第１バッファ部３に出力する（ステップＳ１０２）。第１バッファ部３は、取得した第１入力信号を第１バッファ部３の後段のインピーダンスよりも低いインピーダンスでバンドパスフィルタ２２に出力する。

【0045】

バンドパスフィルタ２２は、第１バッファ部３を介して取得した第１入力信号に対して所定の周波数帯域の信号を所定のゲインで増幅させた第２入力信号を出力する（ステップＳ１０３）。

【0046】

異常検出部４は、第１入力信号又は第２入力信号の電圧値が検出閾値を超えたか否かを判定する。
異常検出部４の過電圧保護部４６は、第１入力信号の正側の電圧が第３検出閾値を超えるか否かを判定する。過電圧保護部４６は、第１入力信号が第３検出閾値を超える場合には、異常信号をゲイン調整部５に出力して、フィルタ部２のゲインを低下させる。一方、過電圧保護部４６は、第１入力信号が第３検出閾値以下の場合には、異常信号をゲイン調整部５に出力しない（ステップＳ１０４）。

【0047】

また、異常検出部４は、第２入力信号の電圧値が検出閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。例えば、異常検出部４は、第２入力信号の正の電圧値が第１検出閾値を超えた場合に、第２入力信号における正の過電圧を検出する。そして、異常検出部４は、第２入力信号における正の過電圧を検出した場合には、異常信号をゲイン調整部５に出力する。なお、第２入力信号の正の電圧値が第１検出閾値を超える場合とは、例えば、温度や湿度等の外部環境によりフィルタ装置１内の部品の特性が変化することでフィルタ部２のゲインが上昇してしまう場合である。本実施形態では、図４の符号ｃ示す入力信号の信号波形が外部環境によるフィルタ部２のゲインの上昇により過度に増幅されたとする。

【0048】

ゲイン調整部５は、異常検出部４から異常信号を検出した場合には、フィルタ部２のゲインを低下させる（ステップＳ１０６）。例えば、ゲイン調整部５は、異常検出部４から異常信号を検出した場合には、第１ハイパスフィルタから出力される第１入力信号の電圧を抵抗で分圧させることで第１のゲインから第２のゲインに低下させる。これにより、図５に示すように、フィルタ装置１は、第２入力信号の電圧をクランプすることなく、フィルタ部２のゲインを低下させることで第２入力信号の電圧（図４の符号ｃ示す入力信号の電圧）が許容電圧の最大値を超えることを防止する。したがって、フィルタ装置１は、入力信号の波形を維持したまま所望の周波数帯域の第２入力信号を出力することができる。

【0049】

ゲイン調整部５は、異常検出部４からの異常信号の出力が停止したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ゲイン調整部５は、異常検出部４からの異常信号の出力が停止した場合には、フィルタ部２のゲインを第１のゲインに戻す（ステップＳ１０８）。一方、ゲイン調整部５は、異常検出部４からの異常信号の出力が停止されていない場合には、フィルタ部２のゲインを第２のゲインのままに保持する。

【0050】

上述したように、第１の実施形態におけるフィルタ装置１は、入力信号のうち所定の周波数帯域の信号を増幅するフィルタ部２と、フィルタ部２で増幅された信号の過電圧を検出する異常検出部４と、フィルタ部２で増幅された信号の過電圧が検出された場合にはフィルタ部２のゲインを低下させるゲイン調整部５と、を備える。これにより、第１の実施形態におけるフィルタ装置１は、過大な電圧の信号を出力することを防止するとともに、入力信号の波形を維持したまま所望の周波数帯域の信号を出力することができる。

【0051】

（第２の実施形態）
以下、図６を参照して、第２の実施形態におけるフィルタ装置１Ａについて説明する。フィルタ装置１Ａは、第１の実施形態におけるフィルタ装置１と比較して、異常検出部４Ａとゲイン調整部５Ａとにおいて構成が異なる。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。

【0052】

フィルタ装置１Ａは、フィルタ部２、第１バッファ部３、抵抗Ｒ１，２、異常検出部４Ａ及びゲイン調整部５Ａを備える。

【0053】

異常検出部４Ａは、フィルタ部２Ａで増幅された入力信号の過電圧を検出する。すなわち、異常検出部４Ａは、バンドパスフィルタ２２から出力された第２入力信号の過電圧を検出する。

【0054】

以下に、第２の実施形態における異常検出部４Ａの概略構成の一例を説明する。
異常検出部４Ａは、第２バッファ部４１、第１過電圧検出部４２、第２過電圧検出部４３、ピークホールド部５０、過電圧保護部４６，４７及び抵抗Ｒ２２，２３を備える。

【0055】

過電圧保護部４７は、第１入力信号の負側の過電圧を防止する。過電圧保護部４７は、トランジスタＴｒ４、抵抗２０，２１及びツェナーダイオードＤｚ５を備える。

【0056】

トランジスタＴｒ４のコレクタは、抵抗Ｒ７及びダイオードＤ１のアノードの接続点に接続されている。トランジスタＴｒ４のエミッタは、グラウンドに接続されている。トランジスタＴｒ４のエミッタとべースとの間に抵抗Ｒ２１が接続されている。トランジスタＴｒ４のベースには、抵抗Ｒ２０の一端が接続されている。抵抗Ｒ２０の他端には、ツェナーダイオードＤｚ５のアノードが接続されている。ツェナーダイオードＤｚ５のカソードはグラウンドに接続されている。

【0057】

ツェナーダイオードＤｚ５は、逆方向に電圧が印加されると、第４の電圧値でツェナー降伏する。したがって、ツェナーダイオードＤｚ５は、第１入力信号の負側の電圧が第４の電圧値を超えた場合にツェナー降伏する。ツェナーダイオードＤｚ５は、ツェナー降伏すると、トランジスタＴｒ４のベースに電流が流れ込むためオン状態となる。トランジスタＴｒ４がオン状態になると、トランジスタＴｒ３のベースに電流が流れるため、トランジスタＴｒ３がオン状態となり、異常信号がピークホールド部５０に出力される。これにより、第１入力信号の負側の過電圧を防止可能となる。なお、防止可能な第１入力信号の負側の過電圧は、第４の電圧値に応じて設定されてもよい。

【0058】

ピークホールド部５０は、第１過電圧検出部４２と第２過電圧検出部４３のぞれぞれの出力に接続されている。ピークホールド部５０は、第１過電圧検出部４２と第２過電圧検出部４３との少なくともいずれから異常信号を取得した場合には、その異常信号の電圧を所定時間の間においてピークホールドしてゲイン調整部５に出力する。

【0059】

ゲイン調整部５Ａは、異常検出部４において第２入力信号の過電圧が検出された場合には、フィルタ部２のゲインを低下させる。例えば、ゲイン調整部５Ａは、第２入力信号の過電圧が検出された場合には、第１ハイパスフィルタ２１のゲインを低下させる。

【0060】

ゲイン調整部５Ａは、抵抗Ｒ１１〜抵抗Ｒ１３及びリレー部６０を備える。
抵抗Ｒ１３は一端が抵抗Ｒ１１の他端に接続されている。リレー部６０は、抵抗Ｒ１３の他端とグラウンドとの間に接続されている。また、リレー部６０は、ピークホールド部５０の出力に接続されている。

【0061】

リレー部６０は、ピークホールド部５０から異常信号が出力されている間、抵抗Ｒ１３の他端とグラウンドとの間を導通させる。これにより、第１入力信号は、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１３の合成抵抗と、の抵抗分圧によってゲインが低下され、第２のゲインで第１バッファ部３に出力される。一方、リレー部６０に対してピークホールド部５０からの異常信号が出力されない場合、リレー部６０は、抵抗Ｒ１３の他端とグラウンドとの間を非導通にする。

【0062】

例えば、リレー部６０は、フォトＭＯＳリレーである。リレー部６０がフォトＭＯＳリレーである場合、ピークホールド部５０の出力とグラウンドとの間にフォトＭＯＳリレーの発光部であるＬＥＤ６１が接続される。また、フォトＭＯＳリレーの受光部であるＭＯＳＦＥＴ６２には抵抗Ｒ１３とグラウンドとがそれぞれ接続される。

【0063】

このように、第２の実施形態の異常検出部４Ａは、第２入力信号の正の電圧値が第１検出閾値を超えた場合に異常信号をゲイン調整部５Ａに出力する。また、異常検出部４Ａは、第２入力信号の負の電圧値が第２検出閾値を超えた場合に異常信号をゲイン調整部５Ａに出力する。そして、ゲイン調整部５Ａは、異常検出部４Ａから異常信号を取得した場合には、フィルタ部２のゲインを低下させる。これにより、フィルタ装置１Ａは、第２入力信号の正側及び負側の過大な電圧の信号を出力することを防止するとともに、入力信号の波形を維持したまま所望の周波数帯域の第２入力信号を出力することができる。

【0064】

上述の実施形態において、フィルタ装置１，１Ａは、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、フィルタ装置１，１Ａの一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。

【0065】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0066】

１ フィルタ装置
２ フィルタ部
３ 第１バッファ部
４，４Ａ 異常検出部
５，５Ａ ゲイン調整部
２１ 第１ハイパスフィルタ
２２ バンドパスフィルタ
２３ 第２ハイパスフィルタ
２４ ローパスフィルタ

【要約】

入力信号のうち所定の周波数帯域の信号を増幅するフィルタ部と、前記フィルタ部で増幅された信号の過電圧を検出する異常検出部と、前記過電圧が検出された場合には前記フィルタ部のゲインを低下させるゲイン調整部と、を備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】