6.　アナログ IC

★　モードには、いろいろな意味があります。最も一般に使われているのは、服飾などの流行、ファッションの意味です。

★　携帯電話で i-モードのモードは、方式の意味です。音楽では、モードは音階です。

★　ノイズでのモードは、現れ方、形態を意味します。ノイズには、コモンモード 、ノーマルモー ドの 2 種類があります。しかし、このコモンモード/ノーマルモードというのは、ノイズだけの用語ではありません。信号一般に関する言葉です。
すなわち、信号には、ノーマルモード信号(電圧)とコモンモード信号(電圧)との　2 種類があります。

★　信号は、2 本の線で作る回路を伝わります。上図で、2 本の線は、EA と EB です。信号源は、ES で、この信号源電圧 ES が、2 本の線を、差電圧(EA - EB)として、伝わるわけです。この 2 本の線を伝わる、差電圧信号のことを、ノーマルモード信号、その電圧を、ノーマルモード電圧 EN といいます。
　 　 　EN = EA - EB = ES
★　この 2 本の線は、基準電位から見ると、ある共通の電圧 EC を持っています。この共通の電圧 EC のことを、コモンモード電圧といいます。2 本の線の電圧が等しくないときは、コモンモード電圧 EC は、
　 　 　EC ＝ (EA + EB)/2
すなわち、2 本の線の電圧の、平均値で定義されます。
★　信号を受けるレシーバ は、2 本の線の差電圧、すなわちノーマルモード信号 EN を検出します。レシーバは、原理的には、コモンモード電圧に感じないように作られています。したがって、コモンモード電圧が載っていたとしても、通常は差し支えありません。
★　ここで、レシーバとは、本式のレシーバのことです。通常のディジタル IC の入力は、コモンモード電圧に影響されます。ただし、通常のディジタル IC には、ノイズマージンがありますから、このノイズマージンの範囲内のノイズであれば、誤動作は起こしません。
★　コモンモードノイズ は、通常は、問題になり難いイズです。これに対して、ノーマルモードノイズ は、同じノーマルモードである信号と、区別できません。この意味で、ノイズ対策は、ノーマルモードに対する方が重要です。
★　しかし、この、コモンモードモード電圧は、いろいろな要因によって、ノーマルモードに化けて、ノーマルモードノイズになります。信号は、ノーマルモードです。ノーマルモードに化けたノイズは、信号と区別が付けられませんから、誤差や誤動作に、繋がります。
★　差動増幅回路は、差動信号、すなわち、ノーマルモードだけを検出し、コモンモード信号には感じません。
★　この差動増幅器を、さらにグレードアップしたものに、計装増幅器 (計装用増幅器 、インスツルメンテーションアンプりファイア )(下図)があります。差動アンプは、コモンモードノイズを除去する効果がありますが、入力が、ハイインピーダンスではありません。
差動増幅回路の前段に、バッファを挿入することによって、増幅器の入力を、ハイインピーダンスにしたものが、計装増幅器です。図に示すように、バッファの入力は、オペアンプの入力、そのものですから、バッファの入力は、極めてハイインピーダンスです(6.1.(4-B-a)参照)。

★　この回路は、アナログのオペアンプ回路ですが、バッファの効用は、ディジタル IC のバッファと、ほぼ同じです。それに加えて、オペアンプ回路のバッファは、上記のように、系の入力インピーダンスを高くする効果があります。
★　差動増幅器においては、増幅器としての入力インピーダンスは、外付けの抵抗の値です。したがって、その入力インピーダンスは、あまり高くはありません(10〜100 kΩ程度)。これに対して、オペアンプ自体の入力インピーダンスは、はるかに高い値です。
★　信号源インピーダンスが高いときは、増幅器としての入力は、信号源インピーダンスに対して、インピーダンスが、相対的に高くないと、誤差になります。この意味では、増幅器としての入力インピーダンスが高いほうが、望ましいのです。

★　計装増幅器は、この要求を満たすものです。また、2 段増幅になっており、増幅器全体としての増幅率を、2 つの増幅器で分担しますから、高い増幅率が得られます。
★　フィルタについては、これまで、信号が、ノーマルモードであることを前提に、説明してきました。すなわち、これまで説明してきたフィルタは、ノーマルモードフィルタ です(たとえば、図 3.2-5、図 3.2-16 )。
これに対して、コモンモードフィルタが、あります。コモンモードフィルタ は、次のようはフィルタです。

★　コモンモードフィルタでは、図に示すように、中点をグラウンドに落とします。ただし、このグラウンドは、対象としているコモンモードの、戻り道でなければなりません。
また、2　つのフィルタは、特性が揃っていることが必要です。フィルタ特性に差があると、その差の分が、ノーマルモードに化けてしまいます。
★　上に示したように、コモンモードは、それ自体は、害にならない場合も多いのですが、コモンモードが、ノーマルモードに化けると、有害なノイズに変身します。信号の、往きと、復りの特性が、そろっていれば、コモンモードは、ノーマルモードに化けません。しかし、特性が、等しくないと、コモンモードは、ノーマルモードに化けます。
★　信号の往きの経路と、復りの経路の特性が、等しいことを、平衡 であるといいます。

★　平衡は、コモンモード信号を、ノーマルモード信号に化けさせ無いための、重要な性質です。
平衡で無いことを不平衡 といいます。しかし、平衡は、アナログ的な概念です。ディジタル的に、平衡であるか、無いか、ということではなく、平衡な程度、平衡度 を考える必要があります。
★　平衡回路と、不平衡回路を、フィルタを例として示します。