JP2004512766A - 妨害信号存在時により広いダイナミックレンジを有する能動連続時間フィルタ - Google Patents

妨害信号存在時により広いダイナミックレンジを有する能動連続時間フィルタ Download PDF

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Abstract

妨害信号除去特性が改良された能動フィルタ(100)が開示されている。フィルタ(100)の入力段(72)において、固定値抵抗器(3、4)のような線形抵抗器を使用して、いかなる妨害信号も抑圧する。抵抗器(3、4)に関連するいかなる利得変化も相殺されるために、入力抵抗器(3、4)の製作に用いられた同じ技術を利用して製作された抵抗器(24)を使用して、出力段(23)に利得補償段(57)を追加する。1つの模範的な実施形態では、固定値抵抗器(3、4)は、ポリシリコンを使用して製作される。

Description

【0001】
【従来の技術】
発明の背景
無線通信受信機は、他の周波数を有する不必要な信号をフィルタリングして、所定の周波数の所望の信号を受信しなければならない。不必要な信号が所望の信号よりはるかに大きい信号強度を持つことがある。これらの不必要な信号は、「妨害物」と呼ばれる。不必要な信号を取り除くフィルタは、ひずみの発生を回避するため線形領域で作動しなければならないので、上記不必要な信号は扱いにくい。したがって、フィルタの入力部に加えられるすべての信号の最大振幅を制限して、妨害信号が飽和状態、クリッピングまたは、フィルタの相互変調(その代表的な測定単位は、帯域外の3次入力インタセプト・ポイントまたはIIP3である)などのより複雑な形態のひずみを生じないようにしなければならない。その結果として、妨害信号と所望の信号とを含む、処理されるべき信号全体にわたる信号強度を適切に制限しなければならない。このことは、妨害信号の大きさよりも小さいオーダーになることもある所望の信号の振幅を極度に小さく制限しなければならなくなり、フィルタの雑音最低値以下となることがあることを意味する。
【0002】
信号対雑音比を適切な範囲に抑えるために、積分器回路として都合の良いように実装されるフィルタのノイズは、極度に小さく保たれなければならず、その結果、チップ面積が大きくなるとともに、電力消費が大きくなる。したがって、集積回路チップの上にこれらのフィルタを実装するのは困難であり、コストとサイズの面で不利益となりうる他の技術を使用する必要が生じる。
【0003】
無線通信用受信機の構成で知られている従来技術の1つが、Mihai Banu、Yannis Tsividis、「An Elliptic Contimuous−Time CMOS FILTER with On−Chip Automatic Tuning」、IEEE Journal of Solid−State Circuits、SC−20、 (1985年12月)、1114、1114〜1121に記載されているアクティブRC技術である。この技術で、完全平衡積分器段部が使用され、各段は、抵抗器、コンデンサ、および演算増幅器から構成される。各積分器が2つの出力端子を有し、各出力端子での信号の大きさの絶対値が互いに同じで、極性が異なることを意味する完全平衡作用によって、フィルタの共通モード干渉除去性能が向上する。このように設計された能動フィルタの周波数応答は、チップ部品の抵抗値と静電容量値に依存し、また、これらの値は製作公差と温度変化によって変化するので、能動フィルタ内の抵抗器を調整できるようにしてフィルタの周波数応答における望ましくない変化を補正する技術が記載されている。特に、その従来技術の記述によれば、能動フィルタ内のすべての抵抗素子が三極管または非飽和領域で作動するMOSFETとして具体的に示され、抵抗がMOSFETに印加されるゲート電圧によって調整される可変抵抗器として機能するように設計されバイアスされている。この技術には、能動フィルタの入力部に存在する大きな妨害信号によって、可変抵抗器として機能するMOSFETの作動領域が強制的に非線形領域入り、その結果、前述のように、能動フィルタから出力される信号にひずみが生じるという問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
発明の概要
本発明の目的は、電力を過度に消費することなく、また、チップ面積を過大にすることなく、所望の信号を処理し、妨害信号を除去することである。この目的は、能動フィルタの入力段部に線形抵抗素子を導入することによって達成される。フィルタの入力部に大きな妨害信号があっても、入力段部にある固定値抵抗器の応答は線形のままである。この妨害信号は、入力段部によって十分に減衰し、後段のMOSFETが、妨害信号によって非線形作動領域に入ることはない。1つの利得補償段部が能動フィルタに追加されて、線形抵抗と可変MOSFET抵抗素子の双方を使用することによって生じるフィルタ利得におけるいかなる変化も相殺される。
【0005】
本発明の1つの模範的な実施形態では、能動フィルタが備えられ、そのフィルタは、入力段部において、固定値抵抗器のような線形抵抗素子を含む第1完全平衡能動積分器と、入力段部において、可変値抵抗器を含む少なくとも1つの完全平衡能動中間積分器と、固定値抵抗器と可変値抵抗器の不適当な組み合わせによって生じる利得変化を補償する可変利得出力段部とを有する。
【0006】
別の模範的な実施形態では、その固定抵抗器が、ポリシリコン抵抗器である。
【0007】
さらに別の模範的な実施形態では、可変抵抗器が、調整可能な金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。
【0008】
さらに異なる模範的な実施形態では、可変利得出力段部の利得は、線形抵抗器と可変値抵抗器の間の抵抗の比に対応している。
【0009】
さらに別の模範的な実施形態では、能動フィルタは、フィルタ出力部に接続された位相等化回路を含む。
【0010】
さらに異なる模範的な実施形態では、能動フィルタは、様々な積分段部を相互接続する結合コンデンサを含む。
【0011】
【発明の実施の形態】
発明の説明
図1は、ダイレクト・コンバージョンまたは零中間周波数受信機のための、本発明による低域通過フィルタ(ローパス・フィルタ)の模範的な実施形態を示す。記述されている本実施形態では、カットオフ周波数は、1,92MHz、帯域内利得は、8.5dB、および10MHzにおける帯域外除去率は、64dBとしている。
【0012】
作動中には、完全平衡入力信号がフィルタの入力端子1と2に加えられる。本明細書と請求項おいては、完全平衡とは、回路の各入力端子における信号の大きさの絶対値(振幅)が互いに同一であるが極性が異なる(すなわち、それらの信号は、位相が互いに180°異なる)こと、また、回路の出力端子それぞれにおける信号の大きさが同一であるが極性が異なることを意味する。入力信号は、線形(例えば、固定値)の抵抗器3と4、完全差動増幅器8、線形コンデンサ7と9、可変抵抗器37、38、39および40から構成される第1完全平衡積分器72を通る。完全差動増幅器8は、非反転入力部5、反転入力部6、反転出力部10、および非反転出力部11を有する。図2を参照して、完全差動増幅器8についてここに詳細に記述する。線形コンデンサ7と可変抵抗器39は非反転入力部5と差動増幅器8の反転出力部10の間で並列接続されている。同様に、線形コンデンサ9と可変抵抗器40は反転入力部6と差動増幅器8の非反転出力部11の間で並列接続されている。線形抵抗器3と4は、公称抵抗値5kΩのポリシリコン抵抗器であることが望ましい。可変抵抗器37、38、39および40は、おのおのそのゲート端子で公称抵抗値5kΩを持つように設計・バイアスされる三極管領域または非飽和領域で作動するMOSFETであることが望ましい。MOSFETトランジスタのゲート電圧VによってMOSFET素子のチャネル抵抗値が制御され、素子が電圧で制御される抵抗器として機能することとなる。ここで可変MOSFET抵抗器37、38、39および40のゲート電圧Vについて図3〜8を参照して詳細に吟味する。線形コンデンサ7と9は、ポリシリコン・プレートで構成されて、各コンデンサの静電容量が17.7pFであることが望ましい。
【0013】
積分器72を通った後、出力ノード10と11に存在している完全平衡出力信号内では妨害信号が部分的に減衰する。その後、積分器72の出力信号は、まず可変抵抗器12と13を通って、第1完全平衡中間積分器71に加えられる。可変MOSFET抵抗器12と13は、可変MOSFET抵抗器39と40と同様に実装される。その後、信号は平衡増幅器17、ならびに線形コンデンサ16と18を通る。完全平衡増幅器17は、完全平衡増幅器8に類似している。線形コンデンサ7と9と同様、線形コンデンサ16と18は、それぞれの静電容量が23.7pFであるポリシリコン・プレートで形成されることが望ましい。
【0014】
第1の中間積分段71によって、端子19と20には、完全平衡出力信号が提供されるとともに、その妨害信号はさらに減衰している。その後、それらの信号は、第1の中間積分段71と類似の構造ではあるが、それぞれの静電容量が35.3pFである線形帰還コンデンサ65と66を有する第2の中間積分段21に入力される。端子19と20における信号は、第2の中間積分段21の完全平衡増幅器89の反転入力部82と非反転入力部81とにそれぞれ接続されている、第2の中間積分段21の可変MOSFET入力抵抗器77と78とにそれぞれ加えられる。第2の中間積分器21によって、端子51と52には、完全平衡出力信号が供給されるとともに、その妨害信号はさらに減衰している。端子51と52における信号は、第2の中間積分段21と類似している第3の中間積分段22に加えられる。第3の中間積分段22は、積分器22の完全平衡増幅器90内の反転入力部87と非反転入力部88とにそれぞれ接続されている可変MOSFET入力抵抗器85と86それぞれを経由して、端子51と52における信号を受信する。第3の中間積分器22によって、端子53と54には、完全平衡出力信号が供給されるとともに、その妨害信号はさらに減衰している。
【0015】
端子53と54における信号が、最終積分器23内の完全平衡増幅器91の反転入力部60と非反転入力部59とにそれぞれ接続されている可変MOSFET抵抗器56と55をそれぞれ経由して積分器23に加えられる。最終段積分器23は、初段積分器72と類似構造であるが、その入力段部に、固定値抵抗器3と4ではなく、可変MOSFET抵抗器55と56を備え、また、構成している線形帰還コンデンサ70と71の静電容量値は17.7pFである。最終段積分段部において提供される信号は、端子26と27において完全平衡信号となる。この段階で、妨害信号は出力信号からほぼ完全に除去されることになる。しかしながら、線形抵抗器3と4の物理的構造がMOSFETの構造と異なるので、不必要なフィルタ利得の変化を起こすことがある製作許容誤差と温度変化に関して、固定抵抗器の値と可変抵抗器(すなわち、MOSFET)の値との間には関連はない。その結果、不必要な利得の変化を補正するのに可変利得出力段57を利用する。
【0016】
端子26と27における信号は、公称抵抗値がそれぞれ5kΩである可変MOSFET抵抗器28と29を通って可変利得出力段57に入力される。その後、その信号は、線形フィードバック抵抗器32と34を有する増幅器33を通る。線形抵抗器32と34は、線形抵抗器3と4によって起こされる変化を相殺するように選択される。図1で示されている模範的な実施形態によれば、能動フィルタ100の利得が、線形出力抵抗器32と34の抵抗に比例し、線形入力抵抗器3と4の抵抗の2倍に逆比例することが分かる。したがって、抵抗器32と34は、フィルタの公称利得が0dBであることを保証する公称抵抗値10kΩを有するポリシリコン抵抗器であることが望ましい。増幅器33の非反転出力および反転出力は、能動フィルタ100の非反転出力部および反転出力部36と35に接続されている。
【0017】
図1から分かるように、本模範的な実施形態では、端子6と44、端子5と45、端子11と46、および端子10と47の間にそれぞれ接続されている4つの結合コンデンサ43A、43B、43C、および43D、ならびに端子44と60、端子45と59、端子46と27、および端子47と26の間にそれぞれ接続されている4つの結合コンデンサ58A、58B、58C、および58Dがそれぞれ利用されている。これらの結合コンデンサの調整に対応して、フィルタの周波数応答軌跡における伝送零点の位置が調整される。1つの模範的な実施形態では、結合コンデンサ43A、43B、43C、 および43D、ならびに、58A、 58B、58Cおよび58Dの2つのグループそれぞれは、ポリシリコン・プレートコンデンサから構成されている。ここで、第1のグループのコンデンサ43A、43B、43C、および43Dそれぞれのコンデンサ静電容量は、2.46pFである。第2のグループのコンデンサ58A、58B、58Cおよび58Dそれぞれのコンデンサ静電容量は、0.904pFである。
【0018】
さらに、図1から分かるように、積分器72、71、21および22それぞれには、後に続く積分器の出力部から帰還信号を受け入れる第2のセットグループの信号が入力する。詳細には、可変MOSFET抵抗器37と38によって、第2の積分器71内の反転出力部および非反転出力部の端子19と20それぞれは、完全平衡増幅器8の非反転入力部および反転入力部の端子5と6それぞれに接続される。したがって、積分器72内の完全平衡増幅器8の反転および非反転出力端子10と11に存在する信号は、2つの入力信号(すなわち、端子1、2において存在する平衡一次入力信号と、端子19、20において存在する平衡帰還入力信号)の合計についての積分を表す。同様に、可変MOSFET抵抗器41と42によって、第3の積分器21内の増幅器89の反転出力部と非反転出力部の端子51と52それぞれが、第2の積分器71内の増幅器17の非反転入力部および反転入力部の端子14と15それぞれに接続される。さらに、端子53と54それぞれにおける積分器22内の増幅器90の反転出力と非反転出力は、それぞれ可変MOSFET抵抗器79と80を経由して、それぞれ積分器21内の完全平衡増幅器89の非反転入力部および反転入力部81と82にフィードバックされる。また、端子26と27それぞれにおける積分器23内の完全平衡増幅器91の反転出力と非反転出力は、それぞれ可変MOSFET抵抗器83と84を経由して、それぞれ積分器22内の完全平衡増幅器90の非反転入力部および反転入力部88と89にフィードバックされる。回路100内の可変MOSFET抵抗器12、13、24、25、28、29、37、38、39、40、41、42、55、56、77、78、79、80、83、84、85および86は類似構造であることが望ましい。図1に示される本模範的な実施形態では、可変抵抗器は、すべてn−チャネルMOSFETである。
【0019】
ここで、図2を参照して、図1に示されるフィルタ100において使用される完全平衡増幅器8の1つの模範的な実施形態を説明する。図1に示されている他の増幅器17、89、90、91および93は類似の構造を有している。完全平衡増幅器8の働きは、通常の当業者にとって明らかであろう。
【0020】
入力信号は、完全平衡増幅器8の非反転および反転入力部の端子101と103にそれぞれ加えられ、それらの電圧が、npnバイポーラ接合トランジスタ(BJT)113と115のベース端子に順番に加えられる。トランジスタ113と115のエミッタ端子部は、ノード117においてつながれて、そのソース端子がアース105に接続されているn−チャネルMOSFET電流ソース109のドレインに接続される。トランジスタ113と115のコレクタ端子はノード131と133においてそれぞれp−チャネルMOSFET 127と129とのドレイン端子につながれる。トランジスタ127と129のゲート端子は、ノード135で結合・接続される。
【0021】
ノード131は、npnBJT123のベース端子に接続される。トランジスタ123のエミッタ端子112は、アース・ノード105に接続されるソース端子を次に有するMOSFET電流ソース107のドレイン端子につながれる。端子112もまた、第1の(非反転)完全平衡出力端子として機能する。同様に、ノード133は、npnBJT125のベース端子に接続される。トランジスタ125のエミッタ端子114は、そのソース端子がアース・ノード105に接続されたn−チャネルMOSFET電流ソース111のドレイン端子につながれる。端子114もまた増幅器8の第2の(反転)完全平衡出力端子として機能する。
【0022】
トランジスタ127と129のソース端子は、ともに電源電圧ノード137につながれる。トランジスタ123と125のコレクタ端子もまた、電源電圧ノード137に接続される。
【0023】
増幅器8は、共通モード・フィードバック・サーボ回路160を使用する。2つのnpnBJT145と149は、n−チャネルMOSFET電流ソース110のドレイン端子に接続されるノード151でそれらのエミッタ端子がつながれる。トランジスタ145のベース端子153は、それぞれ公称抵抗値40kΩの抵抗器141と143の結合点に接続される。抵抗器141は、トランジスタ145のベース端子153と増幅器8の反転出力端子114の間に接続される一方、抵抗器143は、トランジスタ145のベース端子153と増幅器8の非反転出力端子112の間に接続される。トランジスタ145のコレクタ端子は、電源電圧ノード137に接続される。
【0024】
トランジスタ149のベース端子155は、図示されていないが、外部電圧ソースに接続される。トランジスタ149のコレクタ端子は、p−チャネルMOSFET147のドレイン端子に接続される。また、トランジスタ147のドレイン端子は、前記のように、1組のトランジスタ127と129のゲート端子に共通してつながれているゲート端子135につながれる。トランジスタ147のソース端子は電源電圧ノード137につながれる。電圧ソース139は、アース・ノード105と電源電圧ノード137の間に接続される。
【0025】
作動中、増幅器8は、端子101と103における完全平衡入力信号を増幅し、増幅された完全平衡信号をそれぞれ端子112と114において提供する。端子112と114における非反転出力信号および反転出力信号は、大きさの絶対値が同じで、極性が異なる(すなわち、それらの出力信号は、位相が互いに180°異なる)ことが望ましい。端子112と114において随時存在する信号の平均値は、端子155において存在する電圧によって設定され、1つの模範的な実施形態においては、その電圧は1.5Vである。
【0026】
図1に示すフィルタ100のMOSFETが三極管作動領域内深部で作動して、その結果、図1の回路において、線形ゲート電圧制御形可変抵抗器として作動することを確実にするために、可変抵抗器として機能するMOSFETに加えられるゲート電圧Vは、約4Vであることが必要である。このとき、0.8μmの共通BiCMOS(bipolar−complementary Metal Oxide semiconductor)技術を使用し、可変MOSFET抵抗器の公称チャネル抵抗値が5kΩ、チャネル幅が18μm、チャネル長さが10μm、そして、ソース電圧およびドレイン電圧が1.5Vである。低電力無線を利用する大多数の分野において使用可能な電源ソースは、2.7Vの電源電圧を供給するリチウム・イオンセルのような低電圧蓄電池セルであるので、回路は、フィルタ内のMOSFETのゲートを駆動する制御電圧を上げる必要がある。さらに、Vを供給する回路は、可変MOSFET抵抗器の抵抗を調整することによって能動フィルタ全体の周波数応答も制御することになる。したがって、同調回路は、Vを制御して、その結果、カットオフ周波数を制御する必要がある。図3は、図1に示す可変MOSFET抵抗器のゲート電圧を制御するのに適した同調回路を示す。
【0027】
図3を参照すると、外部基準クロック180が信号を、基準クロックから他の同調回路をバッファリングし、したがって、同調回路が基準クロック電圧レベルに応答しなくなるようにする1/4周波数分割器181に供給している。図4を参照して、この1/4周波数分割器181については詳細に吟味する。1/4周波数分割器187の出力は、基準フィルタ182、電圧乗算器183、および、出力がチャージ・ポンプ回路186に供給される電圧レベル変換回路189に供給される。1つの模範的な実施形態では、選択された基準フィルタ182は、カット周波数が3.84MHzであって、回路が調整しようとしている能動フィルタの通過帯域外で確実に周波数較正が実行される2次MOSFET−C Butterworth低域通過フィルタである。基準フィルタ182については、図5を参照して、詳細に記述する。
【0028】
基準フィルタ182の出力もまた電圧乗算器183に供給される。電圧乗算器183の出力は、電圧乗算によって発生した高周波信号を取り除き、直流電圧をチャージ・ポンプ回路186に加えるループ・フィルタ184を通る。電圧乗算器と低域フィルタそれぞれについては、図7と図8を参照して、詳細に記述する。図9を参照して後に詳述するチャージ・ポンプ回路186は、図1に示す能動フィルタ100内で可変抵抗器として機能するMOSFETを調整するために端子188において十分なVを発生させるようにその入力部185における電圧を上げる。端子188におけるV出力が、図1に示す主能動フィルタ100の周波数応答を所望のものに維持するように温度変化に伴って確実に変化するように、端子188におけるtチャージ・ポンプ回路186の出力は基準フィルタ182にフィードバックされる。
【0029】
図4を参照して、図3に示す1/4周波数分割器の1つの模範的な実施形態を説明する。図3の基準クロック180の出力は、1/4周波数分割器の非反転および反転入力端子404と406にそれぞれ加えられる。本模範的な実施形態では、図3の基準クロック180は、100 mVppにおいて周波数15.36MHzのクロック信号を出力するように設定される。入力されたクロック信号は、デジタル分割器400の第1フリップフロップに入力される。デジタル分割器400の働きは通常の当業者にはよく知られている。端子404と406に入力したクロック信号は、デジタル分割器400によって周波数分割され、分割段400の非反転および反転出力は、それぞれ端子410と412供給される。端子410と412から出力される信号の周波数は、端子404と406に入力されるクロック信号の周波数の1/2である。そして端子410と412における平衡信号は、第1デジタル分割段400と同一である第2のデジタル分割段402に入力される。第2のデジタル分割段402によって、非反転および反転出力信号が端子414と416にそれぞれ供給される。ただし、端子414と416における出力信号の周波数は、端子404と406に入力するクロック信号の周波数の1/4である。本模範的な実施形態では、Vccは、2.7Vであり、 出力信号の振幅は、通常400mVppである。
【0030】
図5には、レベル変換回路189の1つの模範的な実施形態を示す。図4の1/4周波数分割器の非反転および反転出力部414と416における信号それぞれは、レベル変換回路189の入力端子418と420に入力される。入力端子418と420における信号は、2つのp−チャネルMOSFETトランジスタ436と434のゲート端子に加えられる。トランジスタ436と434のドレイン端子は、それぞれのサブストレート端子とソース端子がアース・ノード424に接続された2つのn−チャネルMOSFETトランジスタ440と438のドレイン端子にそれぞれ接続される。さらに、トランジスタ438と440のゲート端子はともにトランジスタ438のドレイン端子につながれる。入力トランジスタ434と436の各サブストレート端子は、 電源電圧ノードVdd428に接続され、一方、両入力トランジスタ434と436のソース端子は、p−チャネルMOSFET430のドレイン端子につながれる。トランジスタ430のソース端子とサブストレート端子は、Vdd電源電圧ノード428に接続され、一方、トランジスタ430のゲート端子は、バイアス電圧Vbiasを受信した端子426に接続される。トランジスタ440と436の各ドレイン端子は、ともに、アース・ノード424につながれているソース端子とサブストレート端子を有するn−チャネルMOSFET442のゲート端子につながれる。トランジスタ442のドレイン端子は、Vdd電源電圧ノード428につながれたサブストレート端子とソース端子、ならびにVbias端子426につながれたゲート端子を有するp−チャネルMOSFET432のドレイン端子につながれる。Vbias端子426における電圧は、Vdd電源電圧ノード428とアース・ノード424の間にある1つの電圧分割器回路によって発生できる。Vbias端子426における電圧は、MOSFET430を約10μAの電流がながれるように選択される。トランジスタ442と432のドレイン端子の合流点は、電圧レベル変換器の出力端子422として機能する。この出力端子における信号は、図9に関連してここに記述したチャージ・ポンプ回路用のクロックとして役立つ。
【0031】
図6において、図3に示された2次MOSFET−C Butterworth低域基準フィルタ182の1つの模範的な実施形態を示す。基準フィルタ182の非反転および反転入力端子500と501には、図3と図4に示された1/4周波数分割器181からの各出力信号が存在する。非反転入力端子500に入力される信号は、n−チャネル可変MOSFET抵抗器502を通り、ノード508に加えられ、一方、反転入力端子501に入力される信号は、n−チャネル可変MOSFET抵抗器504を通り、ノード506に加えられる。MOSFET抵抗器502と504の各抵抗値は、ともに、前記したように各ゲートに加えられる電圧Vによって制御される。その後、その信号は、完全差動増幅器514、帰還コンデンサ512と516、ならびにn−チャネルMOSFETフィードバック可変抵抗器510と518に入力される。コンデンサ512と516は、図1に示した能動フィルタ100内の線形コンデンサと同じ方法で製作され、各コンデンサの静電容量値が5.62pFであることが望ましい。差動増幅器514は、図1に例示した能動フィルタ100で使用された増幅器と同一である。
【0032】
また、ノード506と508に存在する信号は、n−チャネルMOSFETフィードバック可変抵抗器522と524にそれぞれ供給される。MOSFETフィードバック抵抗器522は、基準フィルタ182のノード506と反転出力端子538の間に接続され、一方、MOSFETフィードバック抵抗器524は、基準フィルタ182のノード508と非反転出力端子539の間に接続される。
【0033】
ノード520に存在する信号は、第1積分段部を通った後、n−チャネル可変MOSFET抵抗器528を通ってノード530に達し、一方、ノード521に存在する信号は、n−チャネル可変MOSFET抵抗器526を通ってノード531に達する。その後、平衡信号は、差動増幅器535、線形帰還コンデンサ533と534に入力される。また、コンデンサ533と534は、図1に示した能動フィルタ100内の線形コンデンサと同じ方法で製作され、各コンデンサの静電容量値が11.25pFであることが望ましい。完全差動増幅器535によって、反転および非反転出力がノード536と537に供給される。ノード536と537は、基準フィルタ182の出力端子538と539にそれぞれつながれる。
【0034】
図7は、図3の回路内で使用される電圧乗算器183の1つの模範的な実施形態を示す。電圧乗算器の働きは通常の当業者にはよく知られている。図3と図6に示されたMOSFET−C基準フィルタ182からの非反転および反転信号出力は、それぞれ電圧乗算器の端子552と553に入力される。図3と図4に示された1/4周波数分割器181からの非反転および反転信号出力は、それぞれ電圧乗算器の端子550と551に入力される。2つの非反転入力電圧信号と2つの反転入力電圧信号とのそれぞれの積が、出力端子554と555にそれぞれ提供される。
【0035】
図8において、図3の回路内で使用されるループ・フィルタ184の1つの模範的な実施形態を示す。このループ・フィルタは、共通の1極低域通過フィルタであって、通常の当業者によく知られている。図3と図7に示された電圧乗算器183からの非反転および反転信号出力は、それぞれ入力端子600と601に存在する。図8に示された低域通過フィルタは、入力信号をフィルタリングして、電圧乗算器によって発生した望ましくない高周波成分を取り除き、図1に示された可変MOSFET抵抗器を調整するのに必要な直流電圧Vを残す。フィルタリングされた信号は、図3と図8に示される単端出力端子Vin185に供給される。
【0036】
図9を参照して、図3の同調システム内で使用されるチャージ・ポンプ回路の1つの模範的な実施形態を説明する。このチャージ・ポンプ回路は、通常の当業者によく知られているDickson乗算器に基づいている。本明細書で参照されているJ.F.Dickson、「On−Chip High Voltage Generator in NMOS Integrated Circuits Using an Improved Voltage Multiplier Technique (改良された電圧乗算数技法を使用したNMOS集積回路におけるオンチップ高電圧発生)」、IEEE Journal of Solid−State Circuits、1976年6月、374ページを参照されたし。図3と図8に示された低域通過フィルタ184の出力からの端子185における電圧信号は、従来の演算増幅器207の非反転入力端子に加えられる。演算増幅器207の反転入力端子は、自身の出力端子205につながれ、自身の出力端子205は、ダイオード接続npnBJT211のエミッタ端子と、出力がp−チャネルMOSFET257のゲート端子256に接続されているインバータ255の入力端子とに接続されている。トランジスタ211のベース端子とコレクタ端子は、p−チャネルMOSFET257のドレイン端子に接続されている。MOSFET257のゲート端子256は、インバータ255を経由して演算増幅器207の直流帰還電圧の逆電圧でバイアスされ、逆電圧はダイオード接続トランジスタ211に電流を供給するために、MOSFET257をターンオンし、そしてVCC電源電圧ノード258に接続されているMOSFET257のドレイン端子とサブストレート端子は、公称値が2.7Vである。トランジスタ211のエミッタ端子と、演算増幅器207の出力端子205を出た電流は、抵抗器203を経由してアース・ノード201につながる。このような構成によって、ノード205が公称値0.5V、抵抗器203が25kΩであるとき、MOSFET257のドレイン端子を通る約20μAの電流が生じる。
【0037】
ノード213における電圧は、ダイオード接続npnBJT233のコレクタ端子とベース端子に加えられる。トランジスタ233のエミッタは、ダイオード接続BJT235とコンデンサ243から構成される第1チャージ・ポンプ段に接続される。また、ノード213は、n−チャネルMOSFETとp−チャネル MOSFETとの対221,223、227,231によってそれぞれ形成されたインバータ内のp−チャネルMOSFET223と231のソース端子に接続される。MOSFET221と223のゲート端子422は、図3と図5に示された電圧レベル変換器189の出力部に接続される。電圧変換器189から端子422に入力する信号の振幅は、CMOSレベルであり、信号の周波数は、3.84MHzである。p−チャネルMOSFET223のドレイン端子は、ノード225においてn−チャネルMOSFET221のドレイン端子に接続される。ノード225は、n−チャネルMOSFETトランジスタ227とp−チャネルMOSFETトランジスタ231のゲート端子にそれぞれつながれる。p−チャネルMOSFET231のドレイン端子は、ノード229においてn−チャネルMOSFET227のドレイン端子に接続される。n−チャネルMOSFET221と227のソース端子は、それぞれがアース・ノード201につながれる。
【0038】
MOSFET221と223、同227と231は、結果としてのチャージ・ポンプ出力電圧が次の式で定義できるように、ノード422に加えられる入力信号の振幅を制御する振幅調節器として働く、直列に接続された2つのインバータ回路として機能する。
【0039】
 =(n+1)Vin
ここに、Vは、図1に示された可変MOSFET抵抗器のゲート端子に加えられたゲート電圧であり、nは、チャージ・ポンプ段の数プラス1の数であり、そして、Vinは、入力端子185における信号の入力電圧である。
【0040】
ノード225は、奇数個のチャージ・ポンプ段のコンデンサに接続されている。このように、nが7に等しく、6つのチャージ・ポンプ段がある本模範的な実施形態では、ノード225は、コンデンサC243、C(図示されず)、およびC 245に接続される。上記とは対照的に、ノード229は、偶数個のチャージ・ポンプ段のコンデンサに接続される。このようにして、上記の模範的な実施形態では、端子229は、C244、C(図示省略)、およびC247のコンデンサに接続される。各チャージ・ポンプ段のコンデンサ243、244、245および247の抵抗値は、0.5pFである。
【0041】
また、チャージ・ポンプのコンデンサは、ダイオード接続BJT235、237、239、および241のコレクタ端子とベース端子に順番に接続される。このようにして、C243は、ノード261に接続される。Cは、ノード259に接続される。C、C、およびそれらに関連するダイオード接続BJTは図示されていない。C245がノード257に接続される。そして、Cは、ノード255に接続される。ダイオード接続BJTは、BJT235のエミッタ端子がBJT237のコレクタ端子とベース端子に接続される等して、直列に接続され、そして、最終段のBJT241のエミッタ端子と接続される端子253は、所望のV出力電圧を提供する。また、出力電圧端子253は、静電容量値10pFを有するコンデンサC249と、そのチャージ・ポンプのプルダウン操作用の放電路を提供するn−チャネルMOSFETの能動負荷251のドレイン端子に接続される。MOSFET負荷251のソース端子は、アース・ノード201に接続される。トランジスタ251のゲート端子は、ノード271でn−チャネルMOSFET270のゲートとドレイン端子につながれる。ノード271は、抵抗器272を経由してVbiasがかかるように、端子272に接続されている。電圧Vbiasを、Vcc電源電圧ノード258とアース・ノード201の間にある電圧分割回路によって発生することができる。電圧Vbiasは、MOSFETトランジスタ270を約10μAの電流がながれるように選択される。
【0042】
図9に示されたチャージ・ポンプの模範的な実施形態では、ポリシリコン同士、または金属同士からなるコンデンサが使用され、コンデンサは回路における寄生静電容量を減少する。したがって、出力電圧Vは、下記式による入力電圧Vinに関連付けられる。
【0043】
= (n+1)Vin
ここに、nは、チャージ・ポンプ段の数プラス1の数である。その結果、nが7であり、図3と図8に示す低域フィルタ184によって生じたVinが、約0.5Vである本模範的な実施形態では、Vが、4Vとなる。この電圧は、図1に例示した回路で同調可能なMOSFET抵抗器を三極管領域で作動可能にするのに十分なものである。
【0044】
図10は、図1の能動フィルタ100に使用される位相等化回路を示す。このような回路は、通常の当業者にはよく知られている。この回路は、図1に例示した模範的な実施形態の5次フィルタのグループ遅延特性を線形化するのに有効である。図1に例示した能動フィルタ100の出力端子35と36からの出力信号は、位相等化回路の入力端子303と301にそれぞれ供給される。そして、それらの信号は2つの回路経路を入力通過する。第1の経路では、入力端子303、301で受信された信号は、コンデンサ305と307にそれぞれ加えられる。そして、その信号は、増幅器入力端子315と増幅器出力端子329との間、ならびに同入力端子317と同出力端子327との間にそれぞれ接続された、完全平衡増幅器318、帰還コンデンサ319と321、ならびに可変n−チャネルMOSFETフィードバック抵抗器325と323に入力される。増幅器出力端子329と327の信号は、第2の回路経路に供給され、まず、可変n−チャネルMOSFET抵抗器331と337に供給され、それから、増幅器入力端子345と増幅器出力端子351の間、ならびに同入力端子343と同出力端子353の間にそれぞれ接続された、第2の完全平衡増幅器348、帰還コンデンサ347と349に供給される。
【0045】
第2の回路経路では、入力端子301における入力信号が、可変MOSFET抵抗器335、コンデンサ339をそれぞれ経由して、完全平衡増幅器348の入力端子343、345にそれぞれ結合される。端子303における入力信号は、可変MOSFET抵抗器333、コンデンサ341をそれぞれ経由して、完全平衡増幅器348の入力端子345、343にそれぞれ結合される。ノード351と353における増幅器348からの平衡出力信号が、可変MOSFET抵抗器313、311を経由して、完全平衡増幅器318の入力端子315と317にそれぞれ結合される。
【0046】
上述した本模範的な実施形態では、完全平衡増幅器318、348、コンデンサ305、307、319、321、339、341、347および349、ならびに可変MOSFET抵抗器311、313、323、325、 331、333、335および337の各構造は、図1に示された能動フィルタ100の積分器72、71、21、22および23においての、完全平衡増幅器、線形コンデンサおよび可変MOSFET抵抗器の構造とそれぞれ同じである。ただし、各可変MOSFET抵抗器の公称抵抗値は、図1のフィルタ100で使用されるゲート電圧と同じ10kΩとなるよう設計され、コンデンサ339、341、347および349の静電容量値は、それぞれ21.3pFであるが、コンデンサ305、307、319および321の静電容量値は、それぞれ8.3pFである。図10の回路において可変MOSFET抵抗器を制御するゲート電圧は、図1の回路100内の可変MOSFET抵抗器を制御する電圧と同じであり、また、その電圧は、図3に示された回路によって生じる。
【0047】
上記では、1つの模範的な実施形態における本発明の原理を示しているにすぎない。当業者なら、本明細書の内容から、上記の実施形態に対する様々な修正や変更例を思いつくであろう。特に、上述したダイレクト・コンバージョンまたは零中間周波数受信機のための低域フィルタばかりではなく、様々な周波数応答形態を有するフィルタにおいて本発明を使用できる。さらに、添付の図面で示される回路形状と異なる多数の逸脱が可能である。一例として、図1の回路100内の結合コンデンサ43A、43B、43Cおよび43D、ならびに58A、58B、58Cおよび58Dを省略できる。このようにして、明らかに示されていない、または明らかに記述されていないが、本発明の原則を具体化し、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の真の趣旨および範囲から逸脱することない多数のシステムや方法を当業者が考案することは十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の1つの模範的な実施形態を示す回路図である。
【図2】
図1に示した実施形態において使用される1つの完全平衡増幅器の実装例を示す回路図である。
【図3】
図1に示した可変抵抗器用のゲート電圧ソースとして使用される1つの回路の回路図である。
【図4】
図3の回路において使用される1つの1/4周波数分割器の回路図である。
【図5】
図3の回路において使用される1つの電圧レベル変換器の回路図である。
【図6】
図3の回路において使用される1つの基準フィルタの回路図である。
【図7】
図3の回路において使用される1つの電圧乗算器の回路図である。
【図8】
図3の回路において使用される1つの低域通過フィルタの回路図である。
【図9】
図3の回路において使用される1つのチャージ・ポンプ回路の回路図である。
【図10】
図1に示した回路の出力部において使用される1つの位相等化回路の回路図である。

Claims (7)

  1. 第1フィルタ入力端子、第2フィルタ入力端子、第1フィルタ出力端子および第2フィルタ出力端子を有する能動フィルタであって、
    第1非反転入力部、第1反転入力部、第1反転出力部、および第1非反転出力部を有する第1完全平衡増幅器と、前記第1非反転入力部と前記第1反転出力部の間に並列に結合された第1静電容量素子と第1可変値抵抗素子と、前記第1反転入力部と前記第1非反転出力部の間に並列に結合された第2静電容量素子と第2可変値抵抗素子と、前記第1フィルタ入力端子と前記第1非反転入力部の間に結合された第1線形抵抗素子と、前記第2フィルタ入力端子と前記第1反転入力部の間に結合された第2線形抵抗素子と、第1端面と第2端面を有し、前記第1端面が前記第1非反転入力端子に結合された第3可変抵抗素子と、そして、第1端面と第2端面を有し、前記第1端面が前記第1反転入力端子に結合された第4可変抵抗素子とを備える第1完全平衡積分器と、
    第2非反転入力部、第2反転入力部、第2反転出力部および第2非反転出力部を有する第2完全平衡増幅器と、前記第2非反転入力部と前記第2反転出力部の間に並列に結合された第3静電容量素子と第5可変値抵抗素子と、前記第2反転入力部と前記第2非反転出力部の間に並列に結合された第4静電容量素子と第6可変値抵抗素子と、第1端面および第2端面を有し、前記第1端面が前記第2非反転入力部に結合された第7可変値抵抗素子と、そして第1端面および第2端面を有し、前記第1端面が前記第2反転入力部に結合された第8可変値抵抗素子とを備える最終段完全平衡積分器と、
    第3非反転入力部、第3反転入力部、前記第1フィルタ出力端子に結合された第3反転出力部、および前記第2フィルタ出力端子に結合された第3非反転出力部を有する第3完全平衡増幅器と、前記第3非反転入力部と前記第3反転出力部の間に結合された第3線形抗素子と、前記第3反転入力部と前記第3非反転出力部の間に結合された第4線形抗素子と、前記第3非反転入力部と前記第2非反転出力部の間に結合された第9可変値抵抗素子と、そして前記第3反転入力部と前記第2反転出力部の間に結合された第10可変値抵抗素子とを備えたフィルタ利得補償段と、
    第4非反転入力部、第4反転入力部、第4反転出力部、および第4非反転出力部を有する第4完全平衡増幅器と、前記第4非反転入力部と前記第4反転出力部の間に結合された完全平衡静電容量素子と、前記第4反転入力部と前記第4非反転出力部の間に結合された第6静電容量素子と、前記第4非反転入力部と、直前の前記完全平衡中間積分器に結合された各1つの完全平衡積分器内の増幅器の非反転出力部との間に結合された第11可変値抵抗素子と、前記第4反転入力部と、直前の前記完全平衡中間積分器に結合された各1つの完全平衡積分器内の増幅器の反転出力部との間に結合された第12可変値抵抗素子と、前記第4非反転入力部と、直後の前記完全平衡中間積分器に結合された各1つの完全平衡積分器内の増幅器の反転出力部との間に結合された第13可変値抵抗素子と、そして前記第4反転入力部と
    直後の前記完全平衡中間積分器に結合された各1つの完全平衡積分器内の増幅器の非反転出力部との間に結合された第14可変値抵抗素子とを各完全平衡中間積分器が備え、前記第1および最終段完全平衡積分器の間に連続して結合された少なくとも1つの完全平衡中間積分器とを含み、そして、
    前記第3可変値抵抗素子の前記第2端面が、直後の前記第1完全平衡積分器に結合された少なくとも1つの完全平衡中間積分器それぞれの増幅器の反転出力部に結合され、前記第4可変値抵抗素子の前記第2端面が、直後の前記第1完全平衡積分器に結合された少なくとも1つの完全平衡中間積分器それぞれの増幅器の非反転出力部に結合され、前記第7可変値抵抗素子の前記第2端面が、直前の前記最終段完全平衡増幅器に結合された少なくとも1つの完全平衡中間積分器それぞれの増幅器の非反転出力部に結合され、そして、前記第8可変値抵抗素子の前記第2端面が直前の前記最終段完全平衡増幅器に結合された少なくとも1つの完全平衡中間積分器それぞれの増幅器の反転出力部に結合される能動フィルタ。
  2. 前記第1および第2線形抵抗素子が固定抵抗値を有するポリシリコン抵抗器である請求項1に記載の能動フィルタ。
  3. 前記第1および第2可変値抵抗素子が金属酸化物半導体電界効果トランジスタであって、各素子がソース端子、ドレイン端子、およびゲート端子を有し、前記ソース端子とドレイン端子の間にある抵抗を前記ゲート端子に加えられる電圧によって調整できる請求項1に記載の能動フィルタ。
  4. 前記フィルタ利得補償段の利得が、前記第1可変値抵抗素子の抵抗に対する前記第1線形抵抗素子の抵抗の比に対応する請求項1に記載の能動フィルタ。
  5. 前記第3線形抵抗素子の抵抗が、前記第1線形抵抗素子の抵抗の2倍に比例する請求項1に記載の能動フィルタ。
  6. 前記第1および第2フィルタ出力端子に結合された位相等化回路をさらに備える請求項1に記載の能動フィルタ。
  7. 請求項1に記載の能動フィルタであって、前記少なくとも1つの完全平衡中間積分器が少なくとも第1、第2、第3完全平衡中間積分器を備え、
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第1反転入力部と前記第4反転出力部の間に結合された第7静電容量素子と、
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第1非反転入力部と前記第4非反転出力部の間に結合された第8静電容量素子と、
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第1非反転出力部と前記第4非反転入力部の間に結合された第9静電容量素子と、
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第1反転出力部と前記第4反転入力部の間に結合された第10静電容量素子と、
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第2反転入力部と前記第4反転出力部の間に結合された第11静電容量素子と、
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第2非反転入力部と前記第4非反転出力部の間に結合された第12静電容量素子と、
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第2非反転出力部と前記第4非反転入力部の間に結合された第13静電容量素子と、そして
    前記第2完全平衡中間積分器内の第4完全平衡増幅器の前記第2反転出力部と前記第4反転入力部の間に結合された第14静電容量素子をさらに備える能動フィルタ。
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