JP2007081840A

JP2007081840A - フィルタ回路

Info

Publication number: JP2007081840A
Application number: JP2005267046A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Mogi; 智之茂木
Original assignee: Asahi Kasei Microsystems Co Ltd; Asahi Kasei Microdevices Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microsystems Co Ltd; Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】スイッチの切り替え時に出力端子にノイズ電圧が発生しないようにすること。
【解決手段】演算増幅器１の非反転入力端子＋を演算増幅器１１を用いたボルテージフォロアＤの入力端子＋に接続し、このボルテージフォロアＤの出力端子を第２のスイッチＳＷ２を介してコンデンサＣ２と第１のスイッチＳＷ１と間に接続し、更に、Ｖ_Aの電位をボルテージフォロアＤでバッファした電位をＶ_A＊として、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２とが逆相の動作を行うように制御するスイッチ制御回路Ｅを接続して、フィルタ回路を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明はフィルタ回路に関し、特に周波数特性の切り替えを行うフィルタ回路に関するものである。

従来のフィルタ回路として、例えば特許文献１のようにコンデンサを切り替ることで、フィルタの周波数特性を変化させる手法が提案されている。
図６はコンデンサの切り替えにより周波数特性を可変可能とした従来のハイパスフィルタ回路の一例である。
このハイパスフィルタ回路は、Ｖｉを入力端子、Ｖｏを出力端子として反転増幅器が構成され、入力端子Ｖｉから演算増幅器１の非反転入力端子＋に対して抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１，Ｃ２によるローパスフィルタが接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２は並列に接続されており、コンデンサＣ２の上部端子にはスイッチＳＷ１が接続されている。

このようなハイパスフィルタ回路のフィルタの遮断周波数は、スイッチＳＷ１がオンのときは１／｛２πＲ１（Ｃ１＋Ｃ２）｝、オフのときは１／（２πＲ１Ｃ１）で表され、スイッチＳＷ１によるコンデンサＣ１，Ｃ２の切り替えによって周波数特性が可変可能なフィルタを実現している。
特開平８−３２１７８７号公報

しかし、従来のフィルタ回路においては、コンデンサ切り替えにより周波数特性を変化させる場合、スイッチＳＷ１が開放から短絡に変化する際に、スイッチＳＷ１の変化前後での電位の相違によるオフセット電圧が発生し、この電圧が演算増幅器１の入力端子＋に入力されることによってフィルタ出力端子Ｖｏにノイズ電圧として現れるという問題がある。

これを詳細に説明すると、スイッチＳＷ１の開放時はノードＶ_Bがフローティング状態であるため、ノードＶ_AとＶ_Bの間には電位差が存在する。スイッチＳＷ１の短絡によって、その２つのノードＶ_AとＶ_Bが瞬間的に接続されることでオフセット電圧が発生し、これが演算増幅器１の入力端子＋に入力されるためフィルタ出力端子Ｖｏにスイッチングノイズが現れる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、スイッチの切り替え時に出力端子にノイズ電圧が発生しないようにすることができるフィルタ回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１によるフィルタ回路は、フィルタの入力端子と出力端子との間に演算増幅器が接続され、この演算増幅器の入力側と該入力端子との間に抵抗器及び複数のコンデンサが組み合わされて接続され、各コンデンサと該入力端子との間又は各コンデンサと該抵抗器を介した該入力端子との間に第１のスイッチが接続され、この第１のスイッチの開閉動作によって各コンデンサの合成容量が可変してフィルタリング周波数特性が変化するフィルタ回路において、前記第１のスイッチの両端に第２のスイッチを介して接続され、当該第１のスイッチにおける前記入力端子側の接続点の電位と当該第１のスイッチにおける前記コンデンサ側の接続点の電位とが同電位となるように制御する電位制御手段と、前記第１及び第２のスイッチを互いに逆相の開閉動作を行うように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、制御手段の制御によって第１のスイッチを開閉動作させ、この際、第２のスイッチをその開閉動作と逆に開閉動作させる。これによって、第１のスイッチの開放時は第１のスイッチにおけるコンデンサ側の接続点の電位Ｖ_Bと電位制御手段の出力側の電位Ｖ_A＊とが等しくなり、短絡時は電位Ｖ_Bと第１のスイッチにおける入力端子側の接続点の電位Ｖ_Aとが等しくなるが、Ｖ_AとＶ_A＊とは略同電位なので、スイッチ切り替え時のオフセット電圧は殆ど発生せず、このため、本フィルタ回路の出力端子Ｖｏにスイッチングノイズは殆ど発生しない。

また、本発明の請求項２によるフィルタ回路は、請求項１において、前記制御手段は、前記第１及び第２のスイッチをローパスフィルタを介して制御することを特徴とする。
この構成によれば、ローパスフィルタに本フィルタ回路の入力信号周期に比べて十分大きい時定数を持たせることで第１及び第２のスイッチの開閉時間を遅くすると、これによってオフセット電圧の出力端子Ｖｏへの影響が時間的に分散するので、実質的に出力端子Ｖｏのノイズ電圧を低減することができる。

また、本発明の請求項３によるフィルタ回路は、請求項２において、前記第１及び第２のスイッチにＭＯＳトランジスタを用い、前記ローパスフィルタを、不純物不拡散ポリシリコン抵抗材料による抵抗器とコンデンサとを前記ＭＯＳトランジスタのゲート端子に接続して形成したことを特徴とする。
この構成によれば、抵抗器が不純物不拡散ポリシリコン抵抗材料なので、フィルタ回路の入力信号周期に比べて十分大きい時定数を持たせることができ、第１及び第２のスイッチの切替時間を遅くすることができる。また、第１及び第２のスイッチであるＭＯＳトランジスタのゲート端子がローパスフィルタに接続されているので、各スイッチの開閉時間を充分遅くすることができる。これによってオフセット電圧の出力端子Ｖｏへの影響を時間的に分散させ、実質的に出力端子Ｖｏのノイズ電圧を低減することができる。

以上説明したように本発明のフィルタ回路によれば、スイッチの切り替え時に出力端子にノイズ電圧が発生しないようにすることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係るフィルタ回路の構成を示す回路図である。
図１に示すフィルタ回路は、図６に示した構成のフィルタ回路を用い、演算増幅器１の非反転入力端子＋を演算増幅器１１を用いたボルテージフォロアＤの入力端子＋に接続し、このボルテージフォロアＤの出力端子を第２のスイッチＳＷ２を介してコンデンサＣ２と第１のスイッチＳＷ１と間に接続し、更に、Ｖ_Aの電位をボルテージフォロアＤでバッファした電位をＶ_A＊として、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２とが逆相の動作を行うように制御するスイッチ制御回路Ｅを接続して構成されている。

スイッチ制御回路Ｅは、オン／オフ命令部１２と、このオン／オフ命令のレベルをそのまま第１のスイッチＳＷ１へ伝えるバッファ１３と、反転させて伝えるインバータ１４とを備えて構成されている。
このような構成のフィルタ回路において、スイッチ制御回路Ｅによって第１のスイッチＳＷ１を開閉させる信号を発生させ、この発生信号を用いて第１のスイッチＳＷ１の制御を行い、また、その発生信号の反転信号を用いて第２のスイッチＳＷ２の制御を行う。

これによって、第１のスイッチＳＷ１の開放時はＶ_B＝Ｖ_A＊となり、短絡時はＶ_B＝Ｖ_Aとなるが、Ｖ_AとＶ_A＊とは略同電位なので、スイッチ切り替え時のオフセット電圧は殆ど発生せず、このため、本フィルタ回路の出力端子Ｖｏにスイッチングノイズは殆ど発生しない。
図２に示すフィルタ回路は、微量のオフセットノイズを更に低減するためにスイッチ制御回路Ｅの出力段に、抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ３によるローパスフィルタ、並びに抵抗器Ｒ３とコンデンサＣ４によるローパスフィルタを接続した構成である。

抵抗器Ｒ２及びＲ３は、不純物不拡散ポリシリコン抵抗材料を用いており、フィルタ回路の入力信号周期に比べて十分大きい時定数を持たせることで、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替時間を遅くしている。
また、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、図３に示すように、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ１５にて構成されるが、これらＭＯＳトランジスタ１５のゲート端子をローパスフィルタの出力端子に接続する事で、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉時間を充分遅くすることができる。

即ち、抵抗器Ｒ２＝Ｒ３＝１０ＴＯＨＭ、コンデンサＣ３＝Ｃ４＝１ｐＦとすると、時定数１τ＝１０ｓｅｃである。これによってオフセット電圧のフィルタ出力端子Ｖｏへの影響を時間的に分散させ、実質的にフィルタ出力端子Ｖｏのノイズ電圧を低減することができる。
この手法は、図６をベースとして用いた例だけでなく、コンデンサ容量の切り替えにより周波数特性を可変可能にするフィルタであれば適用可能である。図４に示すフィルタ回路に適用した例を図５に示す。

図４に示すフィルタ回路は、Ｖｉを入力端子、Ｖｏを出力端子とした非反転増幅型のハイパスフィルタ回路である。このハイパスフィルタ回路においては、コンデンサＣ２に接続されたスイッチＳＷ１を切り替えることで周波数特性を変えることが可能であるが、スイッチ切り替えによってＶ_AとＶ_B間の電位差によるオフセット電圧が発生し、これがフィルタ出力端子Ｖｏでスイッチングノイズとして現れる。

このノイズを低減するための対策を行った例が図５に示すフィルタ回路である。Ｖ_Aの電位をボルテージフォロアＤでバッファリングした電位をＶ_A＊として、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が逆相の動作をするようにスイッチ制御回路Ｅで制御する。スイッチ制御回路Ｅで第１のスイッチＳＷ１を開閉する信号を発生させ、この発生信号を用いて第１のスイッチＳＷ１の制御を行い、その発生信号の反転信号を用いて第２のスイッチＳＷ２の制御を行う。

これによって、第１のスイッチＳＷ１の開放時はＶ_B＝Ｖ_A＊となり、短絡時はＶ_B＝Ｖ_Aとなるが、Ｖ_AとＶ_A＊とは略同電位なので、スイッチ切り替え時のオフセット電圧は殆ど発生せず、このため、本フィルタ回路の出力端子Ｖｏにスイッチングノイズは殆ど発生しない。
更に、スイッチ制御回路Ｅの出力段に、抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ３によるローパスフィルタ、並びに抵抗器Ｒ３とコンデンサＣ４によるローパスフィルタを接続して、スイッチ切り替え時間を遅くする。これによって、オフセット電圧のフィルタ出力端子Ｖｏへの影響を時間的に分散させ、実質的にフィルタ出力端子Ｖｏのノイズ電圧を低減させることができる。

本発明の実施の形態に係るフィルタ回路の構成を示す図である。上記フィルタ回路の応用例の回路図である。上記応用例のフィルタ回路におけるスイッチ制御回路のローパスフィルタの構成例を示す回路図である。コンデンサ切替により周波数特性を可変可能としたハイパスフィルタ回路の構成を示す回路図である。上記ハイパスフィルタ回路をベースにしてスイッチングノイズ低減を実現した本発明の他のフィルタ回路の構成を示す回路図である。従来のハイパスフィルタ回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１，１１演算増幅器
１２オン／オフ命令部
１３バッファ
１４インバータ
１５ＣＭＯＳトランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４抵抗器
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４コンデンサ
ＳＷ１，ＳＷ２スイッチ
Ｄボルテージフォロア
Ｅスイッチ制御回路
Ｖｉフィルタ入力端子
Ｖｏフィルタ出力端子

Claims

フィルタの入力端子と出力端子との間に演算増幅器が接続され、この演算増幅器の入力側と該入力端子との間に抵抗器及び複数のコンデンサが組み合わされて接続され、各コンデンサと該入力端子との間又は各コンデンサと該抵抗器を介した該入力端子との間に第１のスイッチが接続され、この第１のスイッチの開閉動作によって各コンデンサの合成容量が可変してフィルタリング周波数特性が変化するフィルタ回路において、
前記第１のスイッチの両端に第２のスイッチを介して接続され、当該第１のスイッチにおける前記入力端子側の接続点の電位と当該第１のスイッチにおける前記コンデンサ側の接続点の電位とが同電位となるように制御する電位制御手段と、前記第１及び第２のスイッチを互いに逆相の開閉動作を行うように制御する制御手段とを備えたことを特徴とするフィルタ回路。
前記制御手段は、前記第１及び第２のスイッチをローパスフィルタを介して制御することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路。
前記第１及び第２のスイッチにＭＯＳトランジスタを用い、前記ローパスフィルタを、不純物不拡散ポリシリコン抵抗材料による抵抗器とコンデンサとを前記ＭＯＳトランジスタのゲート端子に接続して形成したことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ回路。