JP2008005477A - 周波数選択機能を有するミキサ - Google Patents

Abstract

【課題】サンプリング周波数より高い周波数の動作制御信号を用いることなく、通過損失の無い周波数選択特性の高いミキサを提供する。
【解決手段】制御信号を供給するタイミング制御部と、積分制御信号によって入力信号の離散時間サンプルストリームを出力する第１のスイッチトキャパシタ回路と、電荷共有による高次ＩＩＲフィルタを構成する第２のスイッチトキャパシタ回路とを備え、積分制御信号の周波数は他の制御信号の周波数よりも高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線周波数信号を直接サンプリングして周波数変換すると共に周波数選択を行うミキサに関する。

特許文献１に、高周波信号をサンプリングする技術である電荷サンプリング（Ｃｈａｒｇｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）技術が示されている。特許文献１に示された技術は、瞬時電圧をサンプリングする代わりに、トランスコンダクタンスアンプによって信号電圧を信号電圧に比例した信号電流に置き換え、信号電流を容量に所定の時間積分し、その結果をサンプリング出力とするものである。なお、所定時間の積分が終了して出力を取り出した後に、容量は放電される。この積分動作と放電動作とを周期的に行うことによって、離散的な信号出力が得られる。特許文献１に示された技術によれば、無線通信に用いられる周波数帯の信号を直接サンプリングすることが可能となる。

特許文献２には、電荷サンプリング技術を用いて、所望の信号の周波数帯域の信号を通過させ他の周波数帯域の信号を減衰させる周波数選択特性を有するミキサを構成する技術が示されている。特許文献２に示された技術によれば、周波数選択特性をもったミキサによって無線信号受信器の構成を簡単にできる。

図１３は、特許文献３及び特許文献４に示された、電荷サンプリング技術を用いて周波数選択特性を有するミキサの周波数選択特性を更に改善する従来の回路である。また、図１４は、図１３の回路における動作制御信号のタイミングチャートである。この回路は、電荷サンプリング回路に、ＩＩＲ（ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ特性を持つ回路を組み合わせたものである。ここで、信号をサンプリングする回路にＩＩＲフィルタ特性を付加した回路としては、演算増幅器とスイッチと容量とによって構成されるスイッチトキャパシタ回路がある。しかし、特許文献３及び特許文献４の回路は、ＩＩＲフィルタをスイッチ及び容量のみで構成するものである。このことによって、従来のスイッチトキャパシタ回路で必要とされる演算増幅器を不要とし、消費電力及び回路規模の増加を抑えている。

更に、特許文献５には、特許文献３及び特許文献４の技術を基にして、ＩＩＲフィルタを縦続接続してＩＩＲフィルタの次数を上げる（以下、高次化という）ことによって周波数選択特性を改善する技術が示されている。図１５は、特許文献５に示された、図１３の回路を縦続接続して高次化する従来の回路である。なお、図１５の回路における動作制御信号のタイミングチャートは、図１４のタイミングチャートと同じである。この技術も、ＩＩＲフィルタをスイッチと容量のみで構成することによって、消費電力と回路規模の増加を抑えながら周波数選択性の改善を行っている。

また、非特許文献１には、スイッチ及び容量のみで高次のＩＩＲフィルタを構成する技術が示されている。この技術によれば、スイッチと容量とをそれぞれ１つ追加することによって、ＩＩＲフィルタの次数を１つ追加することができる。
米国特許第５４１４３１１号明細書 国際公開第０１／２４１９２号パンフレット 米国特許出願公開第２００３／００４０２９４号明細書 特開２００４−２８９７９３号公報（米国特許出願公開第２００３／０８０８８８号明細書） 米国特許出願公開第２００５／０１０４６５４号明細書 デイビッド・Ｌ・フリード（Ｄａｖｉｄ Ｌ． Ｆｒｉｅｄ）、"アナログ サンプル データ フィルタ（Ａｎａｌｏｇ Ｓａｍｐｌｅｄ−Ｄａｔａ Ｆｉｌｔｅｒｓ）"、ＩＥＥＥ ジャーナル オブ ソリッド ステート サーキット ８月 １９７２（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ、Ａｕｇ．１９７２）

しかしながら、上述した従来のミキサには以下の問題がある。特許文献３及び特許文献４に記載された従来技術（図１３を参照）は、ＩＩＲフィルタの次数が１次であるので周波数選択特性の改善には限界がある。

特許文献３及び特許文献４の技術を基にしてＩＩＲフィルタを高次化する特許文献５に記載された従来技術（図１５を参照）は、周波数選択特性には優れているが信号通過帯域において出力信号レベルの損失（以下、通過損失という）を発生させる。これは、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ１（図１４を参照）に従って積分容量Ｃｒ２及びＣｒ３の電荷を定期的に放電しているからである。図１６は、特許文献５に記載された従来技術の信号通過帯域の通過損失を示す概念図である。図１６に示す通り、特許文献５に記載された従来技術では、高次化する毎に信号通過帯域において通過損失が発生し、そして、高次化するに伴って通過損失が蓄積する。なお、特許文献５には、通過損失をなくす手法も記載されてはいる。しかし、ＩＩＲフィルタの出力側から入力側への干渉を防止する為にフィルタ特性の設定が複雑となることによって、設計が困難となる。また、縦続接続してＩＩＲフィルタを高次化するためには多数の容量及びスイッチの追加が必要である。

また、非特許文献１記載の従来技術では、動作制御信号をつくるために、遅延回路又はサンプリング周波数より高い周波数の動作制御信号が必要である。遅延回路を用いると、遅延時間のばらつきが問題となる。特に、ＩＩＲフィルタを高次化するには複数の動作制御信号が必要となるが、これらの信号の遅延時間のばらつきを補償することは非常に難しい。遅延回路を用いる代わりに、同期回路設計（基準ＣＬＫをもとに各種信号を生成する方法）によって構成された論理回路を用いることによって、安定した動作制御信号をつくることができる。しかし、この回路の動作制御信号の周波数は、サンプリング周波数よりも高い必要がある。ここで、サンプリング技術を用いたミキサを無線通信装置で用いる場合、サンプリング周波数は数１００ＭＨｚから数ＧＨｚに及ぶ。このことによって、サンプリング周波数より高い周波数の動作制御信号を用いることは、基準ＣＬＫ発振回路の複雑化及び消費電流の増加、また、論理回路の消費電力の増加を招く。

なお、上記した従来技術を単に組み合わせたとしても、高次化による通過損失の発生及びサンプリング周波数より高い周波数の動作制御信号を用いることによる消費電流の増加を防止することはできない。

それ故に、本発明の目的は、サンプリング周波数より高い周波数の動作制御信号を用いることなく、信号通過帯域において通過損失の無い高次のＩＩＲフィルタ特性をもつ周波数選択機能の高いミキサを提供することである。

本発明は、周波数選択機能を有するミキサに向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のミキサは、１入力２出力の積分スイッチと、２出力に２入力がそれぞれ接続される２入力１出力の切替スイッチと、２出力のそれぞれと接地との間に設けられる２つの積分容量と、切替スイッチの出力と接地との間に設けられる放電スイッチとを含む第１のスイッチトキャパシタ回路と、電荷共有スイッチと当該電荷共有スイッチの出力端に接地との間に設けられた電荷共有容量とを含む回路を複数並列接続して構成され、複数の電荷共有スイッチの入力端を第１のスイッチトキャパシタ回路の出力に共通接続し、複数の電荷共有スイッチの少なくとも１つの出力端を出力とする第２のスイッチトキャパシタ回路と、積分スイッチの動作タイミングを与える積分制御信号と、切替スイッチの動作タイミングを与える切替え制御信号と、放電スイッチの動作タイミングを与える放電制御信号と、複数の電荷共有スイッチの動作タイミングを与える電荷共有制御信号とを出力するタイミング制御部とを備え、第１のスイッチトキャパシタ回路は、２つの積分容量の一方に積分制御信号に従って入力信号を充電し、並行して、２つの積分容量の他方に既に充電されている電荷を切替え制御信号に従ってを放出し、かつ、当該放出後に２つの積分容量の他方の残留電荷を放電制御信号に従って放電する動作を、所定期間毎に切替えて交互に実行して入力信号の離散時間サンプルストリームを第２のスイッチトキャパシタ回路に出力し、第２のスイッチトキャパシタ回路は、離散時間サンプルストリームを入力し、電荷共有制御信号に従って複数の電荷共有スイッチをオンオフ制御して出力信号を出力し、電荷共有制御信号、切替え制御信号及び放電制御信号のハイレベルである期間及びローレベルである期間は、共に、積分制御信号の半周期以上の期間であり、複数の電荷共有スイッチの少なくとも２つは、所定期間に、互いに異なるタイミングでオンオフ制御されることを特徴とする。

また、複数の電荷共有スイッチの全ては、所定期間に、それぞれ１回オンオフ制御されてもよい。

また、複数の電荷共有スイッチの全ては、所定期間の２倍以上の期間に、それぞれ１回オンオフ制御されてもよい。

また、複数の電荷共有スイッチのうち少なくとも１つは、所定期間の２倍以上の期間に、それぞれ１回オンオフ制御され、少なくとも１つの電荷共有スイッチを除く電荷共有スイッチは、所定期間に、それぞれ１回オンオフ制御されてもよい。

また、複数の電荷共有スイッチのうちの少なくとも２つは、同時にオンオフ制御されてもよい。

また、第２のスイッチトキャパシタ回路は、複数の電荷共有スイッチの出力の少なくとも２つの出力端をそれぞれ出力としてもよい。

本発明は、差動ミキサにも向けられている。そして、上記目的を達成させるために本発明の差動ミキサは、以上に説明した本発明のミキサのいずれか２つを備え、差動動作を行う。

上記のように、本発明によれば、サンプリング技術を用いた周波数選択機能を有するミキサにおいて、高次化されたＩＩＲフィルタの特性を従来よりも少ない通過損失で、また、より小規模の回路で実現できる。このことによって、無線通信装置等において、必要な増幅度を低減し、また、回路規模及び消費電流を低減できる。

更に、本発明によれば、サンプリング技術を用いた周波数選択機能を有するミキサにおいて、後段回路からの干渉がないため設計が容易であり、動作に必要な最大周波数は電荷サンプリングを行う為のサンプリングＣＬＫ以下とすることができる。このことによって、高次化されたＩＩＲフィルタの特性を実現するために高い周波数の動作制御信号を必要としないので、無線通信装置等において消費電力を低減できる。

この結果として、本発明によれば、妨害波除去特性を改善した周波数選択機能を有するミキサを、従来よりも低消費電力かつ低コストで実現できる。

（第１の実施形態）
本発明は、電荷サンプリング技術を用いた回路の動作タイミングを利用して高次のＩＩＲフィルタを動作させることによって、周波数選択特性を改善したミキサを動作制御信号周波数の増加なく実現するものである。以下に、図面を用いて、本発明に係るミキサの実施形態について説明する。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

（１）第１の実施例
図１は、本発明の第１の実施形態における第１の実施例の周波数選択機能を有するミキサ１００の構成を示す図である。図１に示す通り、ミキサ１００は、入力端子１０１とタイミング制御部１０２と第１のスイッチトキャパシタ回路１０３と第２のスイッチトキャパシタ回路１０４と出力端子１０５とによって構成される。そして、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の入力は入力端子１０１に接続され、出力は第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の入力に接続される。また、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の出力は、出力端子１０５に接続される。

ここで、信号源１０６は、電流出力型の信号源である。例えば、アンテナ又は高周波増幅器等の電圧出力型の信号源を用いる場合には、公知技術であるトランスコンダクタンスアンプを挿入して電流信号に変換する必要がある。また、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、電荷サンプリング技術を利用した回路であり、周波数選択機能を有するミキサとして機能する。また、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、非特許文献１に記載の高次のＩＩＲフィルタを基本構成とするものである。

第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分動作スイッチ１１１及び１１２と放電動作スイッチ１１６と切替えスイッチ１１９及び１２０と積分容量Ｃｒ１及びＣｒ２とによって構成される。積分動作スイッチ１１１及び１１２の入力は、入力端子１０１に接続される。積分動作スイッチ１１１の出力は、切替えスイッチ１２０の入力に接続される。同様に、積分動作スイッチ１１２の出力は、切替えスイッチ１１９の入力に接続される。積分動作スイッチ１１１と切替えスイッチ１２０との接続間に、積分容量Ｃｒ１が並列接続される。同様に、積分動作スイッチ１１２と切替えスイッチ１１９とが接続された間に、積分容量Ｃｒ２が並列接続される。なお、積分容量Ｃｒ１及び積分容量Ｃｒ２の一端は接地される。切替えスイッチ１２０及び切替えスイッチ１１９の出力は、互いに接続され第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力となる。放電動作スイッチ１１６の入力は切替えスイッチ１２０及び切替えスイッチ１１９の出力に並列接続され、放電動作スイッチ１１６の出力は接地される。

第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、電荷共有スイッチ１２１、１２３、１２５及び１２７と電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４とによって構成される。電荷共有スイッチ１２１、１２３、１２５及び１２７の入力は、互いに接続されて第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の入力となる。電荷共有スイッチ１２１の出力は、電荷共有容量Ｃｂ１の一端に接続される。電荷共有容量Ｃｂ１の他端は、接地される。同様に、電荷共有スイッチ１２３の出力は、電荷共有容量Ｃｂ２の一端に接続される。電荷共有容量Ｃｂ２の他端は、接地される。また、電荷共有スイッチ１２５の出力は、電荷共有容量Ｃｂ３の一端に接続される。電荷共有容量Ｃｂ３の他端は、接地される。また、電荷共有スイッチ１２７の出力は、電荷共有容量Ｃｂ４の一端に接続される。電荷共有容量Ｃｂ４の他端は、接地される。そして、電荷共有スイッチ１２７の出力は、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の出力となり出力端子１０５に接続される。つまり、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、スイッチと容量とからなるサンプリング回路を並列に接続した構成である。

図２は、本発明の第１の実施形態における第１の実施例の動作制御信号のタイミングチャートである。そして、図２では、タイミングチャートをＡ期間とＢ期間との繰り返しによって表わしている。また、図２に示す、積分動作制御信号Ｌｏ１及びＬｏ２、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ、切替え動作制御信号ＳＡ１１７及び／ＳＡ１１８、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１、ＤＵＭＰ２、ＤＵＭＰ３及びＤＵＭＰ４は、タイミング制御部１０２から出力される。積分動作制御信号Ｌｏ１は積分動作スイッチ１１１の動作を制御し、積分動作制御信号Ｌｏ２は積分動作スイッチ１１２の動作を制御し、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴは放電動作スイッチ１１６の動作を制御し、切替え動作制御信号ＳＡは切替えスイッチ１１９の動作を制御し、切替え動作制御信号／ＳＡは切替えスイッチ１２０の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１は電荷共有スイッチ１２１の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２は電荷共有スイッチ１２３の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ３は電荷共有スイッチ１２５の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ４は電荷共有スイッチ１２７の動作を制御する。また、以上で説明した動作制御信号がハイレベルの時には対応するスイッチは接続状態となり、ローレベルの時には対応するスイッチは切断状態となる。以下では、図１及び図２を用いてミキサ１００の動作について説明する。

まず、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の動作説明を行う。そして、まず、図２のＡ期間の動作を説明する。図２に示す通り、Ａ期間において、積分動作制御信号Ｌｏ１によって積分動作スイッチ１１１は周期的に４回オンオフ動作を行う。また、積分動作制御信号Ｌｏ２によって積分動作スイッチ１１２は切断状態を保つ。また、切替え動作制御信号ＳＡによって切替えスイッチ１１９は接続状態を保つ。また、切替え動作制御信号／ＳＡによって切替えスイッチ１２０は切断状態を保つ。そして、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴによって放電動作スイッチ１１６は、積分動作スイッチ１１１の最後のオン動作期間のみオン動作を行う。このことによって、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３（図１を参照）は、積分容量Ｃｒ１に信号電流ｉｒｆ（ｔ）１０７を所定の期間充電する。一方で、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分容量Ｃｒ２に既に充電した結果得られた積分容量Ｃｒ２の端子電圧を所定の充電期間の離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］として出力する。ここで、ｎは第１のスイッチトキャパシタ回路１０３から出力される離散的信号の番号を表す整数である。そして、この出力の終了後に、積分容量Ｃｒ２の残留電荷は放電動作スイッチ１１６のオン動作によってリセット（放電）される。

次に、図２のＢ期間の動作を説明する。図２に示す通り、Ｂ期間において、積分動作制御信号Ｌｏ１によって積分動作スイッチ１１１は切断状態を保つ。また、積分動作制御信号Ｌｏ２によって積分動作スイッチ１１２は周期的に４回オンオフ動作を行う。また、切替え動作制御信号ＳＡによって切替えスイッチ１１９は切断状態を保つ。また、切替え動作制御信号／ＳＡによって切替えスイッチ１２０は接続状態を保つ。そして、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴによって放電動作スイッチ１１６は、積分動作スイッチ１１２の最後のオン動作期間のみオン動作を行う。このことによって、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分容量Ｃｒ１に充電した結果得られた積分容量Ｃｒ１の端子電圧を所定の充電期間の離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］として出力する。そして、この出力の終了後に、積分容量Ｃｒ１の残留電荷は放電動作スイッチ１１６のオン動作によってリセット（放電）される。一方で、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分容量Ｃｒ２に信号電流ｉｒｆ（ｔ）１０７を所定の期間充電する。
なお、上記したＡ期間及びＢ期間の説明において、信号電流ｉｒｆ（ｔ）１０７を充電する所定期間の一例として、積分動作スイッチ１１１及び１１２の周期的なオンオフ動作の４周期分の期間を記載している。

そして、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、上記したＡ期間の動作とＢ期間の動作とを交互に行うことによって、信号源１０６から入力端子１０１を通して供給される信号電流ｉｒｆ（ｔ）１０７を処理して離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］を生成する。そして、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分容量の充電動作と離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］を第２のスイッチトキャパシタ回路へ伝達する動作とを同時に行うために、積分容量を二つ（Ｃｒ１とＣｒ２）備える構成である。さらに、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４への接続を、互いに反転する切替え動作制御信号ＳＡ及び／ＳＡに従ってそれぞれ制御される切替えスイッチ１１９及び１２０によって切り替える構成である。

次に、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の動作説明を行う。まず、図２のＡ期間の動作を説明する。図２に示す通り、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１は、積分動作制御信号Ｌｏ１のオンオフ（ハイレベルローレベル）周期の第１周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２１が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ１に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ１によって共有される（図１を参照）。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２は、積分動作制御信号Ｌｏ１のオンオフ周期の第１周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２３が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ２に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ２によって共有される。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ３は、積分動作制御信号Ｌｏ１のオンオフ周期の第２周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２５が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ３に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ３によって共有される。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ４は、積分動作制御信号Ｌｏ１のオンオフ周期の第２周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２７が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ４に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ４によって共有される。そして、この積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ４によって共有された電荷が第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の出力（ミキサ１００の出力）となる。その後、上記で説明した通り、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴが所定期間ハイレベルとなることによって積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷がリセット（放電）される。

次に、図２のＢ期間の動作を説明する。図２に示す通り、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１は、積分動作制御信号Ｌｏ２のオンオフ周期の第１周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２１が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ１に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ１によって共有される（図１を参照）。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２は、積分動作制御信号Ｌｏ２のオンオフ周期の第１周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２３が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ２に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ２によって共有される。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ３は、積分動作制御信号Ｌｏ２のオンオフ周期の第２周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２５が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ３に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ３によって共有される。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ４は、積分動作制御信号Ｌｏ２のオンオフ周期の第２周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２７が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ４に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ４によって共有される。そして、この積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ４によって共有された電荷が第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の出力（ミキサ１００の出力）となる。その後、上記で説明した通り、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴが所定期間ハイレベルとなることによって積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷がリセット（放電）される。そして、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、上記したＡ期間及びＢ期間に行う動作を交互に行う。

上記した通り、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、電荷共有スイッチ１２１、１２３、１２５及び１２７を、タイミング制御部１０２によって供給される電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１、ＤＵＭＰ２、ＤＵＭＰ３及びＤＵＭＰ４に従って、各々、オンオフ動作させる。このことによって、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］を処理し、出力端子１０５に出力する。

図２に示す通り、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１、ＤＵＭＰ２、ＤＵＭＰ３及びＤＵＭＰ４がハイレベルである期間及びローレベルである期間は、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３に供給する積分動作制御信号Ｌｏ１及びＬｏ２がハイレベルである期間又はローレベルである期間以上でよい。つまり、タイミング制御部１０２は、積分動作制御信号Ｌｏ１及びＬｏ２の動作周波数よりも高い動作周波数をもつ動作制御信号を出力する必要がない。このことによって、ミキサ１００の駆動に必要とされる動作周波数を積分動作制御信号Ｌｏ１及びＬｏ２の動作周波数よりも高めることなく、高次のＩＩＲフィルタが実現できる。言い換えれば、ミキサ１００の駆動に最低限必要とされる動作周波数の範囲内でＩＩＲフィルタを高次化することが可能である。

なお、ＩＩＲフィルタを更に高次化するには、電荷共有スイッチと電荷共有容量とからなるサンプリング回路の段数を増やせばよい。また、積分動作スイッチ１１１、電荷共有スイッチ１２１等の各スイッチとして、公知のアナログスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチ）を用いることができる。また、タイミング制御部１０２は、論理回路によって構成でき、この論理回路を駆動する最高周波数は、サンプリングＣＬＫに相等する積分動作制御信号Ｌｏ１及びＬｏ２の周波数で実現できる。

次に、本発明の第１の実施形態における第１の実施例の周波数選択機能を有するミキサ１００における高次ＩＩＲフィルタ特性に関して、図１及び図２を参照して説明する。ここで、ＩＩＲフィルタ特性は、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］を保持する積分容量Ｃｒ１又はＣｒ２と、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４との電荷共有によって得ることができる。以下では、積分容量Ｃｒ２と、電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４との電荷共有動作に着目して説明する。

まず、積分容量Ｃｒ２と電荷共有容量Ｃｂ１とが電荷共有スイッチ１２１によって接続されることによって、この二つの容量間で電荷が共有される。このことによって１次のＩＩＲ特性をもった離散時間信号ｖｏ１［ｎ］を得ることができる。次に、電荷共有スイッチ１２１を切断後、電荷共有容量Ｃｂ１との電荷共有によって得られた離散時間信号ｖｏ１［ｎ］を保持した積分容量Ｃｒ２と電荷共有容量Ｃｂ２とを電荷共有スイッチ１２３によって接続する。このことによって、積分容量Ｃｒ２と電荷共有容量Ｃｂ２との電荷共有によって得られるフィルタ特性は、１次のＩＩＲフィルタ特性を２回重畳したもの、すなわち１次のＩＩＲフィルタの縦続接続によって得られる２次のＩＩＲフィルタ特性となる。同様に、積分容量Ｃｒ２と電荷共有容量Ｃｂ３との電荷共有によって３次のＩＩＲフィルタ特性を得ることができ、積分容量Ｃｒ２と電荷共有容量Ｃｂ４との電荷共有によって４次のＩＩＲフィルタ特性を得ることができる。

ここで、上記した電荷共有によって電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４で得られる離散時間信号を各々、ｖｏ１［ｎ］、ｖｏ２［ｎ］、ｖｏ３［ｎ］及びｖｏ４［ｎ］と表す。ここで、ｎは第１のスイッチトキャパシタ回路１０３から出力される離散的信号の番号を表す整数である。また、電荷共有容量Ｃｒ２及びＣｒ１の容量をともに等しくＣｒとし、電荷共有容量Ｃｂ１の容量をＣｂ１とし、電荷共有容量Ｃｂ２の容量をＣｂ２とし、電荷共有容量Ｃｂ３の容量をＣｂ３とし、電荷共有容量Ｃｂ４の容量をＣｂ４とする。このようにすると、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］と離散時間信号の関係は、式１から式４のようになる。

式１から式４をｚ変換することによって、電荷共有容量Ｃｂ１からＣｂ４で得られる離散時間信号ｖｏ１［ｎ］、ｖｏ２［ｎ］、ｖｏ３［ｎ］及びｖｏ４［ｎ］と、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］との間の伝達関数、Ｈ１（ｚ）、Ｈ２（ｚ）、Ｈ３（ｚ）及びＨ４（ｚ）は、式５から式８のように求めることができる。

式５から式８より、信号通過帯域での通過損失が無い高次のＩＩＲフィルタが実現できることがわかる。図３は、本発明の第１の実施形態における第１の実施例の周波数選択機能を有するミキサ１００の信号通過帯域の通過損失を示す概念図である。図３に示す通り、ミキサ１００では、図１３に示す従来技術と異なり、信号通過帯域であるサンプリング周波数ｆｓにおいて通過損失が無い。

以上で説明した通り、本発明の第１の実施形態における第１の実施例によれば、全ての電荷共有スイッチ１２１、１２３、１２５、１２７は、タイミング制御部１０２から供給される電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１〜ＤＵＭＰ４に従って、所定期間（Ａ期間、Ｂ期間）内に、互いに異なるタイミングでそれぞれ１回オンオフ制御される。このことによって、本発明の第１の実施形態における第１の実施例によれば、回路の駆動に必要とされる動作周波数をサンプリングＣＬＫよりも高めることなく、信号通過帯域において通過損失の無い高次のＩＩＲフィルタ特性をもつ周波数選択機能の高いミキサを実現できる。

（２）第２の実施例
図４は、本発明の第１の実施形態における第２の実施例の周波数選択機能を有するミキサ２００の構成を示す図である。図４のミキサ２００は、図１（第１の実施例）のミキサ１００と比べて、第１のスイッチトキャパシタ回路２０１の構成のみが異なる。そして、第１のスイッチトキャパシタ回路２０１は、図１の第１のスイッチトキャパシタ回路１０３と比べて、積分動作スイッチ２０２が構成され、積分動作制御信号Ｌｏが追加され、積分動作スイッチ１１１及び１１２の動作制御信号を、各々、切替え動作制御信号ＳＡ及び／ＳＡに変更している。

図５は、本発明の第１の実施形態における第２の実施例の動作制御信号のタイミングチャートである。図５のタイミングチャートは、図２のタイミングチャート（第１の実施例）と比べて、積分動作制御信号Ｌｏ１及びＬｏ２を積分動作制御信号Ｌｏに代えた点のみが異なる。

つまり、図４の第１のスイッチトキャパシタ回路２０１は、積分動作スイッチ２０２と積分動作制御信号Ｌｏと積分動作スイッチ１１１及び１１２と切替え動作制御信号ＳＡ及び／ＳＡとによって積分動作を行う点で図１の第１のスイッチトキャパシタ回路１０３と異なる。

以上で説明した通り、第１のスイッチトキャパシタ回路は、図１（第１の実施例）及び図４（第２の実施例）の構成に限定されるものではなく、電荷サンプリング技術を構成する回路であって、積分動作が、積分動作制御信号の複数周期に渡って行われる構成であれば良い。例えば、特許文献１に記載されているような構成（図示せず）としても良い。即ち、積分動作スイッチ２０２と積分動作スイッチ１１１及び１１２との間に容量を追加する構成としてもよい。このような構成とすることによって、特許文献１に記載されているように、１次のＩＩＲ特性を追加して得ることができる。

（３）第３の実施例
図６は、本発明の第１の実施形態における第３の実施例の周波数選択機能を有するミキサ３００の構成を示す図である。図７は、本発明の第１の実施形態における第３の実施例の動作制御信号のタイミングチャートである。図６に示す通り、ミキサ３００の構成は、第１の実施例のミキサ１００の構成（図１を参照）と同じである。しかし、ミキサ３００の動作制御信号のタイミングチャート（図７を参照）とミキサ１００の動作制御信号のタイミングチャート（図２を参照）とは異なるので、ミキサ３００はミキサ１００とは異なる動作を行う。

図７では、タイミングチャートを所定期間であるＣ期間とＤ期間との繰り返しによって表わしている。また、図７に示す、積分動作制御信号Ｌｏ２１及びＬｏ２２、切替え動作制御信号ＳＡ２及び／ＳＡ２、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３及びＤＵＭＰ２４は、タイミング制御部１０２から出力される信号である。積分動作制御信号Ｌｏ２１は積分動作スイッチ１１１の動作を制御し、積分動作制御信号Ｌｏ２２は積分動作スイッチ１１２の動作を制御し、切替え動作制御信号ＳＡ２は切替えスイッチ１１９の動作を制御し、切替え動作制御信号／ＳＡ２は切替えスイッチ１２０の動作を制御し、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２は放電動作スイッチ１１６の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１は電荷共有スイッチ１２１の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２２は電荷共有スイッチ１２３の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２３は電荷共有スイッチ１２５の動作を制御し、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２４は電荷共有スイッチ１２７の動作を制御する。また、これらの動作制御信号がハイレベルの時には対応するスイッチは接続状態となり、ローレベルの時には対応するスイッチは切断状態となる。以下では、図６及び図７を用いてミキサ３００の動作について説明する。

まず、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の動作説明を行う。そして、まず、図７のＣ期間の動作を説明する。図７に示す通り、Ｃ期間において、積分動作制御信号Ｌｏ２１によって積分動作スイッチ１１１は周期的に２回オンオフ動作を行う。また、積分動作制御信号Ｌｏ２２によって積分動作スイッチ１１２は切断状態を保つ。また、切替え動作制御信号ＳＡ２によって切替えスイッチ１１９は接続状態を保つ。また、切替え動作制御信号／ＳＡ２によって切替えスイッチ１２０は切断状態を保つ。そして、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２によって放電動作スイッチ１１６は、積分動作スイッチ１１１の最後のオフ動作期間のみオン動作を行う。このことによって、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３（図６を参照）は、積分容量Ｃｒ１に信号電流ｉｒｆ（ｔ）（１０７）を所定の期間充電する。一方で、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分容量Ｃｒ２に既に充電した結果得られた積分容量Ｃｒ２の端子電圧を所定の充電期間の離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］として出力する。ここで、ｎは第１のスイッチトキャパシタ回路１０３から出力される離散的信号の番号を表す整数である。そして、この出力の終了後に、積分容量Ｃｒ２の残留電荷は放電動作スイッチ１１６のオン動作によってリセット（放電）される。

次に、図７のＤ期間の動作を説明する。図７が示す通り、Ｄ期間において、積分動作制御信号Ｌｏ２１によって積分動作スイッチ１１１は切断状態を保つ。また、積分動作制御信号Ｌｏ２２によって積分動作スイッチ１１２は周期的に２回オンオフ動作を行う。また、切替え動作制御信号ＳＡ２によって切替えスイッチ１１９は切断状態を保つ。また、切替え動作制御信号／ＳＡ２によって切替えスイッチ１２０は接続状態を保つ。そして、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２によって放電動作スイッチ１１６は、積分動作スイッチ１１２の最後のオフ動作期間のみオン動作を行う。このことによって、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分容量Ｃｒ１に充電した結果得られた積分容量Ｃｒ１の端子電圧を所定の充電期間の離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］として出力する。そして、この出力の終了後に、積分容量Ｃｒ１の残留電荷は放電動作スイッチ１１６のオン動作によってリセット（放電）される。一方で、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、積分容量Ｃｒ２に信号電流ｉｒｆ（ｔ）１０７を所定の期間充電する。

なお、上記したＣ期間及びＤ期間の説明において、信号電流ｉｒｆ（ｔ）１０７を充電する所定期間の一例としてとして、スイッチ１１１及びスイッチ１１２の周期的なオンオフ動作の２周期分の期間を記載している。

そして、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３は、上記したＣ期間の動作とＤ期間の動作とを交互に行うことによって、信号源１０６から入力端子１０１を通して供給される信号電流ｉｒｆ（ｔ）１０７を処理して離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］を生成する。

次に、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の動作説明を行う。まず、図７のＣ期間の動作を説明する。図７に示す通り、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１は、積分動作制御信号Ｌｏ２１のオンオフ（ハイレベルローレベル）周期の第１周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２１が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ１に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ１によって共有される（図６を参照）。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２２は、積分動作制御信号Ｌｏ２１のオンオフ周期の第１周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２３が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ２に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ２によって共有される。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２３は、積分動作制御信号Ｌｏ２１のオンオフ周期の第２周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２５が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ３に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ３によって共有される。その後、上記で説明した通り、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２が所定期間ハイレベルとなることによって積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷がリセット（放電）される。

次に、図７のＤ期間の動作を説明する。図７に示す通り、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１は、積分動作制御信号Ｌｏ２２のオンオフ周期の第１周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２１が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ１に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ１によって共有される（図６を参照）。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２２は、積分動作制御信号Ｌｏ２２のオンオフ周期の第１周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２３が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ２に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ２によって共有される。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２４は、積分動作制御信号Ｌｏ２２のオンオフ周期の第２周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２７が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ４に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ４によって共有される。そして、この積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ４によって共有された電荷が第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の出力（ミキサ３００の出力）となる。その後、上記で説明した通り、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２が所定期間ハイとなることによって積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷がリセット（放電）される。そして、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、上記したＣ期間及びＤ期間に行う動作を交互に行う。

上記した通り、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、電荷共有スイッチ１２１、１２３、１２５及び１２７を、タイミング制御部１０２よって供給される電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３及びＤＵＭＰ２４に従って、各々、オンオフ動作させる。このことによって、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］を処理し、出力端子１０５に出力する。

以上に説明した通り、本発明の第１の実施形態の第３の実施例によれば、積分容量Ｃｒ１及びＣｒ２の所定の充電期間を、第１及び第２の実施例（図１、図２、図４、図５を参照）よりも短くできる。そして、第３の実施例では、一例として、所定の充電期間を、スイッチ１１１又は１１２の周期的なオンオフ動作の２周期分としている。

加えて、第３の実施例において、第１の実施例と同様の理由で、タイミング制御部１０２は、積分動作制御信号Ｌｏ２１及びＬｏ２２の動作周波数よりも高い動作周波数をもつ動作制御信号を出力する必要がない（図７を参照）。このことによって、第３の実施例によれば、第１の実施例と同様に、ミキサ３００の駆動に必要とされる動作周波数を積分動作制御信号Ｌｏ２１及びＬｏ２２の動作周波数よりも高めることなく、高次のＩＩＲフィルタを実現できる。

次に、本発明の第１の実施形態における第３の実施例の周波数選択機能を有するミキサ３００における高次のＩＩＲフィルタ特性に関して説明する。第１の実施例での説明と同様に、電荷共有によって電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４で得られる離散時間信号を各々、ｖｏ１［ｎ］、ｖｏ２［ｎ］、ｖｏ３［ｎ］及びｖｏ４［ｎ］と表す。また、電荷共有容量Ｃｒ２及びＣｒ１の容量をともに等しくＣｒとし、電荷共有容量Ｃｂ１の容量をＣｂ１とし、電荷共有容量Ｃｂ２の容量をＣｂ２とし、電荷共有容量Ｃｂ３の容量をＣｂ３とし、電荷共有容量Ｃｂ４の容量をＣｂ４とする。このようにすると、第３の実施例の第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］と離散時間信号の関係は、式９から式１２のようになる。

式９から式１２をｚ変換することによって、電荷共有容量Ｃｂ１からＣｂ４で得られる離散時間信号ｖｏ１［ｎ］、ｖｏ２［ｎ］、ｖｏ３［ｎ］及びｖｏ４［ｎ］と、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］との間の伝達関数、Ｈ１（ｚ）、Ｈ２（ｚ）、Ｈ３（ｚ）及びＨ４（ｚ）は、式１３から式１６のように求めることができる。

式１３から式１６より、第１の実施例と同様に、信号通過帯域での通過損失が無い高次のＩＩＲフィルタが実現できることがわかる。なお、式１５と式８（第１の実施例を参照）とを比較すると、いずれもｚのマイナス４乗の項を含むので４次のＩＩＲフィルタであることがわかる。

以上で説明した通り、本発明の第１の実施形態における第３の実施例によれば、全ての電荷共有スイッチ１２１、１２３、１２５、１２７のうち少なくとも１つの電荷共有スイッチは、所定期間（Ｃ期間、Ｄ期間）の２倍以上の期間にそれぞれ１回オンオフ制御され、当該少なくとも１つの電荷共有スイッチを除く電荷共有スイッチは、当該所定期間内にそれぞれ１回オンオフ制御される。

そして、本発明の第１の実施形態における第３の実施例によれば、回路の駆動に必要とされる動作周波数をサンプリングＣＬＫよりも高めることなく、信号通過帯域において通過損失の無い高次のＩＩＲフィルタ特性をもつ周波数選択機能の高いミキサを実現できる。加えて、第３の実施例によれば、高次のＩＩＲフィルタ特性を得つつ積分容量Ｃｒ１及びＣｒ２の所定の充電期間を短くすることができるので、ミキサを駆動させる動作タイミングについての制約が厳しい場合であっても第１の実施例と同じ次数のＩＩＲフィルタ特性を得ることができる。

（４）第４の実施例
本発明の第１の実施形態における第４の実施例では、上記した第３の実施例のミキサ３００の構成（図６を参照）を用いる。そして、第４の実施例では、第３の実施例で用いたタイミングチャートとは異なるタイミングチャートに従ってミキサ３００を動作させる。図８は、本発明の第１の実施形態における第４の実施例の動作制御信号のタイミングチャートである。以下では図６及び図８を参照してミキサ３００の第４の実施例に係る動作について説明を行う。

図８に示すタイミングチャートにおいて、図７に示すタイミングチャートと異なるのは、タイミング制御部１０２から出力される電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３及びＤＵＭＰ２４の供給タイミングである。第３の実施例の電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３及びＤＵＭＰ２４の供給周期は、所定期間（Ｃ期間、Ｄ期間）と等しいものと当該所定期間より大きいものとが有る一方で、第４の実施例の電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３及びＤＵＭＰ２４の供給周期は、全て、所定期間より大きいものである。なお、図８に示すタイミングチャートにおいて、他の部分は図７に示すタイミングチャートと同じであるので、重畳する説明は省略する。

第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の動作説明を行う。まず、図８のＣ期間の動作を説明する。図８に示す通り、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１は、積分動作制御信号Ｌｏ２１のオンオフ（ハイレベルローレベル）周期の第１周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２１が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ１に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ１によって共有される（図６を参照）。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２２は、積分動作制御信号Ｌｏ２１のオンオフ周期の第１周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２３が接続されるので、積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ２に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ２及び電荷共有容量Ｃｂ２によって共有される。その後、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２が所定期間ハイレベルとなることによって積分容量Ｃｒ２に蓄積されている電荷がリセット（放電）される。

次に、図８のＤ期間の動作を説明する。図８に示す通り、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２３は、積分動作制御信号Ｌｏ２２のオンオフ周期の第１周期目のハイレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２５が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ３に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ３によって共有される（図６を参照）。次に、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２４は、積分動作制御信号Ｌｏ２２のオンオフ周期の第１周期目のローレベルの期間にハイレベルとなる。このことによって、電荷共有スイッチ１２７が接続されるので、積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷及び電荷共有容量Ｃｂ４に蓄積されている電荷が積分容量Ｃｒ１及び電荷共有容量Ｃｂ４によって共有される。その後、放電動作制御信号ＲＥＳＥＴ２が所定期間ハイとなることによって積分容量Ｃｒ１に蓄積されている電荷がリセット（放電）される。そして、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、上記したＣ期間及びＤ期間に行う動作を交互に行う。

上記した通り、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、電荷共有スイッチ１２１、１２３、１２５及び１２７を、タイミング制御部１０２よって供給される電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３及びＤＵＭＰ２４に従って、各々、オンオフ動作させる。このことによって、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４は、第１のスイッチトキャパシタ回路１０３の出力である離散時間サンプルストリームｖｃｒ［ｎ］を処理し、出力端子１０５に出力する。

以上で説明した通り、本発明の第１の実施形態における第４の実施例によれば、全ての電荷共有スイッチのうち少なくとも１つの電荷共有スイッチは、所定期間（Ｃ期間、Ｄ期間）の２倍以上の期間にそれぞれ１回オンオフ制御される。また、本発明の第１の実施形態の第４の実施例によれば、第３の実施例と同様に、積分容量Ｃｒ１及びＣｒ２の所定の充電期間を、第１及び第２の実施例（図１、図２、図４、図５を参照）よりも短くできる。加えて、第４の実施例において、第１の実施例と同様の理由で、タイミング制御部１０２は、積分動作制御信号Ｌｏ２１及びＬｏ２２の動作周波数よりも高い動作周波数をもつ動作制御信号を出力する必要がない（図８を参照）。このことによって、第４の実施例によれば、第１の実施例と同様に、ミキサ３００の駆動に必要とされる動作周波数を積分動作制御信号Ｌｏ２１及びＬｏ２２の動作周波数よりも高めることなく、高次のＩＩＲフィルタを実現できる。

なお、第４の実施例では電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３及びＤＵＭＰ２４の供給周期を、全て、所定期間（Ｃ期間，Ｄ期間）の２倍の期間として説明したが、当該供給周期は２倍より大きくてもよい。また、以上では第３の実施例のタイミングチャートを変形させて第４の実施例について説明したが、第１の実施例のタイミングチャート（図２を参照）を変形させてもよい。具体的には、図２のタイミングチャートにおいて、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１、ＤＵＭＰ２、ＤＵＭＰ３及びＤＵＭＰ４の供給周期を、全て、所定期間（Ａ期間，Ｂ期間）の２倍以上の期間としてもよい。

また、本発明の第１の実施形態の各実施例において、第１の実施例の第１のスイッチトキャパシタ回路１０３における積分容量Ｃｒ１及びＣｒ２の充電期間（Ａ期間，Ｂ期間，Ｃ期間，Ｄ期間）は、第１の実施例から第４の実施例で示した期間には限られない。また、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４における電荷共有容量の構成段数は、４段に限られない。例えば、積分容量の充電期間を延長し、また、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４における電荷共有容量の構成段数を増やしても良い。つまり、動作制御信号の周波数を増加させる必要のない範囲であれば、ＩＩＲフィルタの次数を変更してもよい。

また、本発明の第１の実施形態の各実施例において、出力端子１０５は、最高次数のフィルタ特性が得られるところに接続される必要はない。また、出力端子を複数用意して、異なる帯域選択特性をもつ出力を同時に得ることもできる。図９は、第１の実施例のミキサ１００において、電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４の各々に出力端子１０５を備えた構成を示す図である。例えば、図９に示すように、電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４うちの２つ以上に出力端子１０５を備えても良く、また、各電荷共有容量は各々異なった値に設定しても良い。このことによって、狭帯域の周波数選択特性をもつフィルタの出力と広帯域の周波数選択特性をもつフィルタの出力とを同時に得ることができる。こうすることによって、例えば、狭帯域の周波数選択特性をもつフィルタの出力から希望波のレベルを得ると同時に、広帯域の周波数選択特性をもつフィルタの出力からは希望波と希望波近傍の妨害波とで構成される波のレベルを得ることができる。そして、例えば、両レベルの差によって妨害波のレベルを算出することができる。

以上に説明した第１の実施形態の各実施例において、タイミング制御部１０２から出力される電荷共有動作制御信号、切替え動作制御信号及び放電動作制御信号のハイレベルである期間及びローレベルである期間は、共に、タイミング制御部１０２から出力される積分動作制御信号の半周期以上の期間であることを特徴とする（図２、図５、図７、図８を参照）。また、第１の実施形態の各実施例において、第２のスイッチトキャパシタが備える複数の電荷共有スイッチの少なくとも２つは、所定期間（図２及び図５のＡ期間Ｂ期間と、図７及び図８Ｃ期間Ｄ期間を参照）毎に、互いに異なるタイミングでオンオフ制御されることを特徴とする。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態の周波数選択機能を有する差動ミキサ７００の構成を示す図である。図１１は、本発明の第２の実施形態の動作制御信号のタイミングチャートである。そして、差動ミキサ７００は、第１の実施形態の第２の実施例のミキサ２００（図４を参照）を２つ並列に配置して、それぞれのミキサ２００の入力に差動信号を入力できるよう構成して差動化したものである。なお、第１の実施形態の第２の実施例で示した構成及び動作制御信号と同じ構成及び動作制御信号には、同一の参照符号を用いて説明は省略する。

差動ミキサ７００は、第１の入力端子７０９と第２の入力端子７１０と第３の入力端子７１１と第４の入力端子７１２と第１のスイッチトキャパシタ回路７０１と第２のスイッチトキャパシタ回路１０４と第３のスイッチトキャパシタ回路７０２と第４のスイッチトキャパシタ回路７０３とタイミング制御部１０２と第１の出力端子１０５と第２の出力端子７１３とで構成される。そして、第１の入力端子７０９と第２の入力端子７１０とに、第１のスイッチトキャパシタ回路７０１の入力がそれぞれ接続される。また、第３の入力端子７１１と第４の入力端子７１２とに、第３のスイッチトキャパシタ回路７０２の入力がそれぞれ接続される。また、第１のスイッチトキャパシタ回路７０１の出力に第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の入力が接続される。また、第３のスイッチトキャパシタ回路７０２の出力に、第４のスイッチトキャパシタ回路７０３の入力が接続される。また、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４の出力に第１の出力端子１０５が接続され、第４のスイッチトキャパシタ回路７０３の出力に第２の出力端子７１３が接続される。そして、タイミング制御部１０２が、第１のスイッチトキャパシタ回路７０１と第２のスイッチトキャパシタ回路１０４と第３のスイッチトキャパシタ回路７０２と第４のスイッチトキャパシタ回路７０３とに動作制御信号を供給する。

なお、第１のスイッチとキャパシタ回路７０１と第３のスイッチとキャパシタ回路７０２とは、同一の構成であって同一の動作制御信号によって制御される。また、第２のスイッチトキャパシタ回路１０４と第４のスイッチとキャパシタ回路７０３とは、同一の構成であって同一の動作制御信号により制御される。そのため、図１０において、同じ構成要素及び同じ動作制御信号については同一の参照符号を用いる。

第１のスイッチトキャパシタ回路７０１は、第１のスイッチトキャパシタ回路２０１（図４を参照）に対して、入力が第２の入力端子７１０に接続され出力が積分動作スイッチ２０２の出力に接続される積分動作スイッチ７１６を備える点で異なる。積分動作スイッチ７１６は、タイミング制御部１０２から供給される積分動作制御信号／Ｌｏによってオンオフ制御される。積分動作制御信号／Ｌｏは、図１１に示す通り、動作制御信号Ｌｏを反転したものである。

ここで、電圧源である入力信号源７０４の出力は、差動出力を有するトランスコンダクタンスアンプ７０５の入力７０６に接続される。そして、トランスコンダクタンスアンプ７０５は、入力した電圧信号を差動の電流信号に変換して出力する。また、トランスコンダクタンスアンプ７０５の非反転出力７０７と反転出力７０８とは、互いに逆位相の信号電流（差動の信号電流）を出力する。そして、非反転出力７０７は第１の入力端子７０９及び第４の入力端子７１２に接続され、反転出力７０８は第２の入力端子７１０及び第３の入力端子７１１に接続される。このように構成することによって、差動ミキサ７００は差動回路として機能し、差動ミキサ７００の出力端子１０５及び出力端子７１３から差動の出力信号を得ることができる。

以上で説明した通り、第２の実施形態によれば、回路の駆動に必要とされる動作周波数をサンプリングＣＬＫよりも高めることなく、信号通過帯域において通過損失の無い高次のＩＩＲフィルタ特性をもつ周波数選択機能の高いミキサを、差動構成で実現できる。

なお、以上では、第１の実施形態の第２の実施例のミキサ２００（図４を参照）を２つ並列に配置した差動ミキサについて説明したが、第１の実施形態の他の実施例のミキサを２つ並列に配置して差動ミキサを構成してもよい。

また、本発明の第１及び第２の実施形態のミキサは、以下の方法によって必要とされる周波数選択特性の切り替えを行うことができる。例えば、電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４としてそれぞれ複数の異なる容量を用意しておき、必要とされる特性に応じて容量を切り替える方法がある。また、例えば、複数の電荷共有用スイッチを同時にオンオフ動作制御する方法がある。図１２は、第１の実施形態の第１の実施例の図２に示すタイミングチャートの一部を変形したタイミングチャートである。図１２に示すように、電荷共有動作制御信号ＤＵＭＰ１とＤＵＭＰ２とが同時に供給されている。このことによって、電荷共有スイッチ１２１と電荷共有スイッチ１２３（図１を参照）とを同時にオンオフ制御して、電荷共有容量Ｃｂ１と電荷共有容量Ｃｂ２とを大きな容量を持つ１つの電荷共有容量として作用させることができる。このような方法によって、本発明の第１及び第２の実施形態のミキサにおいて、容易に、かつ自在にＩＩＲフィルタの特性を切り替えることができる。

また、本発明の第１及び第２の実施形態の周波数選択機能を有するミキサを用いて無線通信装置を構成することができ、また、その無線通信装置のすべてあるいはその主要な部分を同一の半導体基板上に集積化して集積回路として構成することができることは明らかである。このことによって、携帯通信端末等の無線通信装置を低消費電力かつ低コストで実現できる。

本発明は、無線周波数信号を直接サンプリングして周波数変換すると共に周波数選択を行うミキサ等に利用可能であり、特に、動作周波数を高めることなく信号通過帯域において通過損失の無い高次のＩＩＲフィルタ特性を実現したい場合等に有用である。

本発明の第１の実施形態における第１の実施例の周波数選択機能を有するミキサ１００の構成を示す図 本発明の第１の実施形態における第１の実施例の動作制御信号のタイミングチャート 本発明の第１の実施形態における第１の実施例の周波数選択機能を有するミキサ１００の信号通過帯域の通過損失を示す概念図 本発明の第１の実施形態における第２の実施例の周波数選択機能を有するミキサ２００の構成を示す図 本発明の第１の実施形態における第２の実施例の動作制御信号のタイミングチャート 本発明の第１の実施形態における第３の実施例の周波数選択機能を有するミキサ３００の構成を示す図 本発明の第１の実施形態における第３の実施例の動作制御信号のタイミングチャート 本発明の第１の実施形態における第４の実施例の動作制御信号のタイミングチャート 本発明の第１の実施形態における第１の実施例のミキサ１００において、電荷共有容量Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３及びＣｂ４の各々に出力端子１０５を備えた構成を示す図 本発明の第２の実施形態の周波数選択機能を有する差動ミキサ７００の構成を示す図 本発明の第２の実施形態の動作制御信号のタイミングチャート 本発明の第１の実施形態の第１の実施例の図２に示すタイミングチャートの一部を変形したタイミングチャート 電荷サンプリング技術を用いて周波数選択特性を有するミキサの周波数選択特性を更に改善する従来の回路 図１３の回路における動作制御信号のタイミングチャート 図１３の回路を縦続接続して高次化する従来の回路 従来技術の信号通過帯域の通過損失を示す概念図

符号の説明

１００、２００、３００、７００ ミキサ
１０１、７０９、７１０、７１１、７１２ 入力端子
１０２ タイミング制御部
１０３、２０１、７０１ 第１のスイッチトキャパシタ回路
１０４ 第２のスイッチトキャパシタ回路
１０５、７１３ 出力端子
１０６、７０４ 信号源
１０７ 信号電流ｉｒｆ（ｔ）
１１１、１１２、２０２ 積分動作スイッチ
１１６ 放電動作スイッチ
１１９、１２０ 切替えスイッチ
１２１、１２３、１２５、１２７ 電荷共有スイッチ
７０２ 第３のスイッチトキャパシタ回路
７０３ 第４のスイッチトキャパシタ回路
７０５ トランスコンダクタンスアンプ
７０７ 非反転出力
７０８ 反転出力
ｖｃｒ［ｎ］ 離散時間サンプルストリーム
Ｃｒ１、Ｃｒ２ 積分容量
Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３、Ｃｂ４ 電荷共有容量
Ｌｏ１、Ｌｏ２、Ｌｏ、Ｌｏ２１、Ｌｏ２２、／Ｌｏ 積分動作制御信号
ＲＥＳＥＴ、ＲＥＳＥＴ１、ＲＥＳＥＴ２ 放電動作制御信号
ＳＡ、／ＳＡ、ＳＡ２、／ＳＡ２ 切替え動作制御信号
ＤＵＭＰ１、ＤＵＭＰ２、ＤＵＭＰ３、ＤＵＭＰ４、ＤＵＭＰ２１、ＤＵＭＰ２２、ＤＵＭＰ２３、ＤＵＭＰ２４ 電荷共有動作制御信号

Claims (7)

1. 周波数選択機能を有するミキサであって、
   １入力２出力の積分スイッチと、前記２出力に２入力がそれぞれ接続される２入力１出力の切替スイッチと、前記２出力のそれぞれと接地との間に設けられる２つの積分容量と、前記切替スイッチの出力と接地との間に設けられる放電スイッチとを含む第１のスイッチトキャパシタ回路と、
   電荷共有スイッチと当該電荷共有スイッチの出力端に接地との間に設けられた電荷共有容量とを含む回路を複数並列接続して構成され、複数の前記電荷共有スイッチの入力端を前記第１のスイッチトキャパシタ回路の出力に共通接続し、複数の前記電荷共有スイッチの少なくとも１つの出力端を出力とする第２のスイッチトキャパシタ回路と、
   前記積分スイッチの動作タイミングを与える積分制御信号と、前記切替スイッチの動作タイミングを与える切替え制御信号と、前記放電スイッチの動作タイミングを与える放電制御信号と、複数の前記電荷共有スイッチの動作タイミングを与える電荷共有制御信号とを出力するタイミング制御部とを備え、
   前記第１のスイッチトキャパシタ回路は、前記２つの積分容量の一方に前記積分制御信号に従って入力信号を充電し、並行して、前記２つの積分容量の他方に既に充電されている電荷を前記切替え制御信号に従って放出し、かつ、当該放出後に前記２つの積分容量の他方の残留電荷を前記放電制御信号に従って放電する動作を、所定期間毎に切替えて交互に実行して前記入力信号の離散時間サンプルストリームを前記第２のスイッチトキャパシタ回路に出力し、
   前記第２のスイッチトキャパシタ回路は、前記離散時間サンプルストリームを入力し、前記電荷共有制御信号に従って複数の前記電荷共有スイッチをオンオフ制御して出力信号を出力し、
   前記電荷共有制御信号、前記切替え制御信号及び前記放電制御信号のハイレベルである期間及びローレベルである期間は、共に、前記積分制御信号の半周期以上の期間であり、
   複数の前記電荷共有スイッチの少なくとも２つは、前記所定期間に、互いに異なるタイミングでオンオフ制御されることを特徴とする、ミキサ。
2. 複数の前記電荷共有スイッチの全ては、前記所定期間に、それぞれ１回オンオフ制御されることを特徴とする、請求項１に記載のミキサ。
3. 複数の前記電荷共有スイッチの全ては、前記所定期間の２倍以上の期間に、それぞれ１回オンオフ制御されることを特徴とする、請求項１に記載のミキサ。
4. 複数の前記電荷共有スイッチのうち少なくとも１つは、前記所定期間の２倍以上の期間に、それぞれ１回オンオフ制御され、
   前記少なくとも１つの電荷共有スイッチを除く前記電荷共有スイッチは、前記所定期間に、それぞれ１回オンオフ制御されることを特徴とする、請求項１に記載のミキサ。
5. 複数の前記電荷共有スイッチのうちの少なくとも２つは、同時にオンオフ制御されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のミキサ。
6. 前記第２のスイッチトキャパシタ回路は、複数の前記電荷共有スイッチの出力の少なくとも２つの出力端をそれぞれ出力とすることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載のミキサ。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のミキサを２つ備え、差動動作を行う差動ミキサ。

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