JP2008017220A - チャージドメインフィルタ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】低域成分を効率良く通過させることができ、さらに、その周波数特性を自在に変更可能な、新規かつ改良されたチャージドメインフィルタ回路を提供すること。
【解決手段】入力電圧を電流に変換して出力するトランスコンダクタ１０２、１０４、１０６、１０８と、周波数特性がＳＩＮＣ関数であるＳＩＮＣフィルタ回路１２０と、を含み、充電時間に対応するインパルス応答と、トランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答との畳み込みを行ってインパルス応答を生成することを特徴とする、チャージドメインフィルタ回路１００が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、チャージドメインフィルタ回路に関する。

ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；高周波）回路とデジタル回路とを、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路の一つのチップに収めた、無線通信用ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｃｈｉｐ）において、ＲＦ回路を小型化および低消費電力化するために、高速クロックによる電流モードサンプリングや、スイッチト・キャパシタ回路などのアナログ離散時間信号処理技術を用いて、フィルタリングやデシメーションを行う技術の開発が行われている（非特許文献１参照）。

また、オペアンプを用いずに、トランスコンダクタとスイッチだけで、周波数特性がＳＩＮＣ関数特性を有するＳＩＮＣフィルタ回路を構成する、チャージドメインフィルタ回路が考案されている（非特許文献２参照）。チャージドメインフィルタ回路は、トランスコンダクタとスイッチだけでフィルタを構成するために、ＧＨｚ帯のＲＦ信号を直接サンプリングしたり、フィルタリングしたりすることが可能である。以下、ＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路について説明する。

図１７は、従来のＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路の構成について説明する説明図である。図１７に示したように、従来のＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路１０は、トランスコンダクタ１２と、第１のスイッチ１４と、第２のスイッチ１６と、第３のスイッチ１８と、キャパシタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、を含んで構成される。

図１８は、図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０に印加するクロック信号のタイミングチャートについて説明する説明図である。図１８に示した４種類の位相の異なるクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４は、チャージドメインフィルタ回路１０の第１のスイッチ１４、第２のスイッチ１６および第３のスイッチ１８の動作を制御するためのものである。

トランスコンダクタ１２は、入力信号の電圧に比例した電流を出力するものである。

第１のスイッチ１４は、トランスコンダクタ１２からの出力電流を各キャパシタに印加してキャパシタの充電を行う際に、充電を行うキャパシタを選択するためのものである。図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０においては、第１のスイッチ１４は４種類のクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４によって端子が切り換えられ、端子が切り換えられることによって各キャパシタの充電を行う。

第２のスイッチ１６は、残留した電荷を取り除いて初期化を行うキャパシタを選択するためのものである。図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０においては、第２のスイッチ１６は４種類のクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４によって端子が切り換えられる。第２のスイッチ１６の端子を切り換えることで各キャパシタが接地され、キャパシタに過去の信号による電荷が残留しないように、残留した電荷を取り除いて初期化を行う。

第３のスイッチ１８は、各キャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力するために、キャパシタを選択するためのものである。図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０においては、第３のスイッチ１８は４種類のクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４によって端子が切り換えられ、端子が切り換えられることによって、各キャパシタに充電された電荷は後段の回路に出力される。

第１のスイッチ１４、第２のスイッチ１６、および第３のスイッチ１８に示した端子φ１、φ２、φ３、φ４は、クロック信号φ１、φ２、φ３、φ４がそれぞれオンになった際に接続される端子を意味している。

トランスコンダクタ１２が出力する入力信号の電圧に比例した電流は、第１のスイッチ１４によって選択された１つのキャパシタに時間ｔだけ印加される。時間ｔだけ印加された結果、チャージドメインフィルタ回路１０は、選択されたキャパシタに蓄えられた電荷が後段の回路に出力されることでサンプリングされる。例えば、第１のキャパシタ２０ａは、クロック信号φ１によって第１のスイッチ１４が制御されてトランスコンダクタ１２から出力される電流によって充電されると、クロック信号φ２によって第３のスイッチ１８が制御されて、蓄えられた電荷を後段の回路に出力する。そして第１のキャパシタ２０ａは、クロック信号φ４によって第２のスイッチが制御されて接地されることで、残留していた電荷を放出して初期化される。

キャパシタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、第１のスイッチ１４、第２のスイッチ１６、第３のスイッチ１８の動作によって、時間ｔでのサンプリング動作をそれぞれ繰り返す。入力信号が矩形の時間窓ｔによってサンプリングされるため、チャージドメインフィルタ回路１０の周波数特性は図１９に示したような特性を有する。図１９に示したように、チャージドメインフィルタ回路１０の周波数特性はＳＩＮＣ関数のような特性を有することから、この回路はＳＩＮＣフィルタ回路と呼ばれる。

L.Richard Carley and Tamal Mukherjee, "High-Speed Low-PowerIntegrating CMOS Sample-and-Hold Amplifier Architecture," Proceedings of IEEE1995 Custom Integrated Circuits Conference, pp 543-546, May 1995. J. Yuan, "A Charge Sampling Mixer with Embedded Filter Functionfor Wireless Applications", Proceedings of IEEE 2000 InternationalConference on Microwave and Millimeter Wave Technology, pp. 315-318, Sept.,2000. A. Mirzaie, R. Bagheri, S.Chehrazi and A. A. Abidi, "ASecond-Order Anti-Aliasing Prefilter for an SDR Receiver", Proceedings ofIEEE 2005 Custom Integrated Circuits Conference, pp. 629-632, Sept., 2005.

しかし、従来のチャージドメインＳＩＮＣフィルタ回路は低域通過フィルタとしての特性は悪い。図１７に示した従来のＳＩＮＣフィルタ回路においては、例えばサンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合には、周波数が１／ｔ〜１／２ｔ、つまり１ＧＨｚ〜２ＧＨｚの範囲のセカンドローブは、−１３ｄｂ程度と大きくなってしまう問題がある。

チャージドメインフィルタ回路では、サンプリングレートを変えずに高次のフィルタリングを行うのは容易ではない。非特許文献３に記載されている方法によれば、周波数特性をＳＩＮＣの２乗にして低域成分の特性を向上させているが、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ；有限インパルス応答）フィルタのように周波数特性を自在に変更することは出来ず、応用が困難であった。

中心周波数や帯域幅の異なる複数の無線通信サービスの利用を１つの端末で実現しようとする場合には、従来においては、利用するサービスに応じたフィルタ回路を用意する必要があり、ＲＦ回路の規模は利用しようとするサービスが増えると、それに伴って大きくなってしまう問題がある。そのため、回路規模を増大せずに様々な中心周波数や帯域幅を有する無線通信サービスを利用することは困難であった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、低域成分を効率良く通過させることができ、さらに、その周波数特性を自在に変更可能な、新規かつ改良されたチャージドメインフィルタ回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、入力電圧を電流に変換して出力する複数のトランスコンダクタと、複数のトランスコンダクタからの出力が入力され、周波数特性がＳＩＮＣ関数であるＳＩＮＣフィルタ回路と、を含んで構成され、ＳＩＮＣフィルタ回路はキャパシタを含み、キャパシタの充電時間に対応するインパルス応答と、複数のトランスコンダクタのトランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答との畳み込みを行ってインパルス応答を生成することを特徴とする、チャージドメインフィルタ回路が提供される。

かかる構成によれば、複数のトランスコンダクタは入力電圧を電流に変換して出力し、ＳＩＮＣフィルタ回路はＳＩＮＣ関数特性を持つ周波数特性を有し、チャージドメインフィルタ回路のインパルス応答は、充電時間に対応するインパルス応答と、トランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答とを畳み込んで生成される。その結果、本発明のある観点によるチャージドメインフィルタ回路によれば、充電時間とトランスコンダクタンスの重み付けを変化させることで周波数特性を自在に変更することができる。

上記畳み込みは、複数のトランスコンダクタの出力電流を、位相の異なる複数の矩形窓で切り出して加算することによって行ってもよい。かかる構成によれば、トランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答は、複数のトランスコンダクタの出力電流を、位相の異なる複数の矩形窓で切り出して加算することによって得られる。その結果、トランスコンダクタの出力電流の加算によってトランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答が変化し、チャージドメインフィルタ回路の周波数特性を変更することができる。

上記畳み込みは、ＳＩＮＣフィルタ回路において異なる位相でサンプリングしたキャパシタの電荷を加算することによって行ってもよい。かかる構成によれば、充電時間に対応するインパルス応答は、異なる位相でサンプリングした電荷を加算することによって得られる。その結果、異なる位相でサンプリングした電荷の加算によって充電時間に対応するインパルス応答が変化し、チャージドメインフィルタ回路の周波数特性を変更することができる。

複数のトランスコンダクタとＳＩＮＣフィルタ回路との間に、スイッチ部をさらに含んでいてもよい。かかる構成によれば、スイッチ部は所定のタイミングでスイッチの開閉を行い、複数のトランスコンダクタからの出力電流のＳＩＮＣフィルタ回路への印加を制御する。その結果、本発明のある観点によるチャージドメインフィルタ回路を用いて所定の帯域幅においてフィルタリングを行うバンドパスチャージサンプリングを行うことができる。

以上説明したように本発明によれば、低域成分を効率良く通過させることができ、さらに周波数特性を自在に変更可能な、新規かつ改良されたチャージドメインフィルタ回路を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態にかかるチャージドメインフィルタ回路について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。図１に示したように、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００は、トランスコンダクタ１０２、１０４、１０６、１０８と、スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、加算器１１２ａ、１１２ｂと、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０と、を含んで構成される。

ＳＩＮＣフィルタ回路１２０は、さらに、第１のスイッチ１２２ａ、１２２ｂと、第２のスイッチ１２４と、第３のスイッチ１２６と、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄと、を含んで構成される。

トランスコンダクタ１０２、１０４、１０６、１０８は、入力信号の電圧に比例した電流を出力する。本実施形態においては、トランスコンダクタを４つ用いてチャージドメインフィルタ回路を構成しているが、本発明を実施する上ではトランスコンダクタの数は４つに限られない。また、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有していてもよく、異なる値を有していてもよい。以下では、４つのトランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有するものとして説明する。

スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、トランスコンダクタからの出力を加算器に入力する際に、入力の対象となる加算器を選択するものである。スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、それぞれ位相の異なるクロック信号によって端子が切り換えられる。本実施形態においては、８種類の位相の異なるクロック信号によって各スイッチの端子を切り換えるが、本発明を実施する上ではスイッチの数はこれに限られない。

加算器１１２ａ、１１２ｂは、トランスコンダクタからの出力を加算して出力するものである。出力を加算する対象となるトランスコンダクタは、スイッチ１１０ａ、１１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄによって選択される。

ＳＩＮＣフィルタ回路１２０は、入力された信号のフィルタリングを行って出力するものである。ＳＩＮＣフィルタ回路１２０は２つの入力信号を用いてフィルタリングを行う。

第１のスイッチ１２２ａおよび１２２ｂは、充電対象となるキャパシタを選択するものである。第１のスイッチ１２２ａはキャパシタ１２８ａ、１２８ｃのどちらかを選択し、第１のスイッチ１２２ｂはキャパシタ１２８ｂ、１２８ｄのどちらかを選択する。本実施形態においては、第１のスイッチ１２２ａおよび１２２ｂは、４種類の位相の異なるクロック信号によって端子が切り換えられる。

第２のスイッチ１２４は、初期化の対象となるキャパシタを選択するためのスイッチである。第２のスイッチ１２４によって、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０の各キャパシタの残留電荷を取り除くための初期化を行う際に、初期化を行うキャパシタを選択する。本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００においては、４種類のクロック信号によって第２のスイッチ１２４の端子が切り換えられる。第２のスイッチ１２４の端子を切り換えることによって、キャパシタに過去の信号による電荷が残留しないように、切り換えられた端子に接続されたキャパシタの初期化を行う。

第３のスイッチ１２６は、電荷を後段の回路に出力するキャパシタを選択するためのスイッチである。第３のスイッチ１２６によって、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０の各キャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力するために、電荷を出力するキャパシタを選択する。本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００においては、４種類のクロック信号によって端子が切り換えられて、切り換えられた端子に接続されたキャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力する。

キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄは、電荷を蓄積するものである。電荷は、トランスコンダクタからの出力電流によって蓄積される。キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄは、同じ容量を有していることが望ましい。

以上、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の構成について説明した。次に、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の動作について説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。図２に示したように、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路には、１６種類のクロック信号が入力される。以下、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力されるクロック信号について説明する。

クロック信号φ_Ｗ０、φ_Ｗ４５、φ_Ｗ９０、φ_Ｗ１３５、φ_Ｗ１８０、φ_Ｗ２２５、φ_Ｗ２７０、φ_Ｗ３１５は、スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄに対して入力される。スイッチ１１０ａにはクロック信号φ_Ｗ０およびφ_Ｗ１８０が、スイッチ１１０ｂにはクロック信号φ_Ｗ４５およびφ_Ｗ２２５が、スイッチ１１０ｃにはクロック信号φ_Ｗ９０およびφ_Ｗ２７０が、スイッチ１１０ｄにはクロック信号φ_Ｗ１３５およびφ_Ｗ３１５が、それぞれ入力される。

クロック信号φ_Ｗ０とφ_Ｗ１８０、クロック信号φ_Ｗ４５とφ_Ｗ２２５、クロック信号φ_Ｗ９０とφ_Ｗ２７０、クロック信号φ_Ｗ１３５とφ_Ｗ３１５は、それぞれ対応関係にあり、クロック信号φ_Ｗ０がオンになっている間は、クロック信号φ_Ｗ１８０はオフになっている。同様に、クロック信号φ_Ｗ４５がオンになっている間は、クロック信号φ_Ｗ２２５はオフになっており、クロック信号φ_Ｗ９０がオンになっている間は、クロック信号φ_Ｗ２７０はオフになっており、クロック信号φ_Ｗ１３５がオンになっている間は、クロック信号φ_Ｗ３１５はオフになっている。

このように、１つのスイッチに対して２種類のクロック信号を入力することで、スイッチに設けられた端子の切り換えを行うことができる。

以上、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力されるクロック信号について説明した。次に、チャージドメインフィルタ回路にクロック信号が入力された際の、チャージドメインフィルタ回路の各部の動作について説明する。

スイッチ１１０ａは、クロック信号φ_Ｗ０がオンになったときに、クロック信号φ_Ｗ０に対応する端子に接続する。そして、クロック信号φ_Ｗ０がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φ_Ｗ０がオフになり、クロック信号φ_Ｗ１８０がオンになると、スイッチ１１０ａは、クロック信号φ_Ｗ１８０に対応する端子に接続する。

その他のスイッチも、２種類のクロック信号によって端子が切り換えられる。スイッチ１１０ｂは、クロック信号φ_Ｗ４５がオンになったときに、クロック信号φ_Ｗ４５に対応する端子に接続する。そして、クロック信号φ_Ｗ４５がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φ_Ｗ４５がオフになり、クロック信号φ_Ｗ２２５がオンになると、スイッチ１１０ｂは、クロック信号φ_Ｗ２２５に対応する端子に接続する。

同様に、スイッチ１１０ｃは、クロック信号φ_Ｗ９０がオンになったときに、クロック信号φ_Ｗ９０に対応する端子に接続し、スイッチ１１０ｄは、クロック信号φ_Ｗ１３５がオンになったときに、クロック信号φ_Ｗ１３５に対応する端子に接続する。そして、スイッチ１１０ｃは、クロック信号φ_Ｗ９０がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φ_Ｗ９０がオフになり、クロック信号φ_Ｗ２７０がオンになると、クロック信号φ_Ｗ２７０に対応する端子に接続し、スイッチ１１０ｄは、クロック信号φ_Ｗ１３５がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φ_Ｗ１３５がオフになり、クロック信号φ_Ｗ３１５がオンになると、クロック信号φ_Ｗ３１５に対応する端子に接続する。

スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄからの出力は、加算器１１２ａ、１１２ｂのどちらかに入力される。つまり、各スイッチに入力されたクロック信号のオン、オフの状態によって加算される信号が選択されることになる。

例えば、クロック信号φ_Ｗ０、φ_Ｗ４５、φ_Ｗ９０、φ_Ｗ１３５がオンになっている場合は、４つのトランスコンダクタからの出力は全て加算器１１２ａに入力される。また、クロック信号φ_Ｗ０、φ_Ｗ４５、φ_Ｗ２７０、φ_Ｗ３１５がオンになっている場合には、トランスコンダクタ１０２、１０４からの出力は加算器１１２ａに入力され、トランスコンダクタ１０６、１０８からの出力は加算器１１２ｂに入力される。

図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ１は加算器１１２ａから出力される信号の大きさと時間との関係を示したものであり、図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ２は加算器１１２ｂから出力される信号の大きさと時間との関係を示したものである。Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１およびＧｍ＿ｐｈａｓｅ２に示したように、加算器１１２ａ、１１２ｂからの出力は、時間と共に段階的に変化する。

例えば、φ_Ｗ０、φ_Ｗ４５、φ_Ｗ９０、φ_Ｗ１３５がオンになっている場合は、４つのトランスコンダクタからの出力は全て加算器１１２ａに入力されるため、Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１は一番大きな値を有している。また、φ_Ｗ０、φ_Ｗ４５、φ_Ｗ２７０、φ_Ｗ３１５がオンになっている場合は、トランスコンダクタ１０２、１０４からの出力が加算器１１２ａに、トランスコンダクタ１０６、１０８からの出力が加算器１１２ｂにそれぞれ入力されるため、Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１とＧｍ＿ｐｈａｓｅ２とは同じ値を有することになる。

時間と共に変化する加算器１１２ａ、１１２ｂからの出力を、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０に所定のタイミングで入力することで、ＳＩＮＣフィルタ回路の周波数特性の改善を図ることができる。そして、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０への入力は、第１のスイッチ１２２ａ、１２２ｂと、クロック信号φ_Ｃ０、φ_Ｃ９０、φ_Ｃ１８０、φ_Ｃ２７０によって制御される。クロック信号φ_Ｃ０とφ_Ｃ１８０とが対応関係にあり、クロック信号φ_Ｃ９０とφ_Ｃ２７０とが対応関係にある。

まず、クロック信号φ_Ｃ０がオフからオンになると、第１のスイッチ１２２ａは、クロック信号φ_Ｃ０に対応する端子に接続される。その結果、加算器１１２ａからの出力は、キャパシタ１２８ａに入力され、電荷がキャパシタ１２８ａに蓄積される。

ここで、加算器１１２ａからの出力は時間の経過とともに段階的に変化するので、キャパシタ１２８ａに入力される電流も時間の経過とともに段階的に変化する。

クロック信号φ_Ｃ０がオンになってから時間２ｔが経過すると、クロック信号φ_Ｃ０がオフとなり、クロック信号φ_Ｃ１８０がオンとなる。従って、加算器１１２ａからの出力は、キャパシタ１２８ｃに入力され、電荷がキャパシタ１２８ｃに蓄積される。キャパシタ１２８ｃに入力される電流もキャパシタ１２８ａに入力される電流同様に段階的に変化する。

クロック信号φ_Ｃ１８０がオンになってから時間２ｔが経過すると、クロック信号φ_Ｃ１８０がオフとなり、クロック信号φ_Ｃ０がオンとなる。このように、周期２ｔでクロック信号φ_Ｃ０とクロック信号φ_Ｃ１８０とがオン、オフを繰り返すことで、キャパシタ１２８ａ、１２８ｃへの充電が繰り返されることになる。

一方、第１のスイッチ１２２ｂは、クロック信号φ_Ｃ９０がオフからオンになると、クロック信号φ_Ｃ９０に対応する端子に接続される。その結果、加算器１１２ｂからの出力は、キャパシタ１２８ｂに入力され、電荷がキャパシタ１２８ｂに蓄積される。加算器１１２ｂからの出力も、加算器１１２ａからの出力同様に段階的に変化するので、キャパシタ１２８ｂに入力される電流も段階的に変化する。

クロック信号φ_Ｃ９０がオンになってから時間２ｔが経過すると、クロック信号φ_Ｃ９０がオフに変化して、クロック信号φ_Ｃ２７０がオンに変化する。従って、加算器１１２ｂからの出力は、キャパシタ１２８ｄに入力され、電荷がキャパシタ１２８ｄに蓄積される。キャパシタ１２８ｄに入力される電流もキャパシタ１２８ｂに入力される電流同様に段階的に変化する。

キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄに蓄えられた電荷は、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。そして、電荷の出力タイミングはクロック信号φ_１、φ_２、φ_３、φ_４の４つのクロック信号によって制御される。

例えば、キャパシタ１２８ａは、クロック信号φ_Ｃ０がオンからオフに変化した後、クロック信号φ_１がオフからオンに変化し、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ_１に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ａに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。

クロック信号φ_１がオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ_１はオンからオフに変化する。クロック信号φ_１がオフに変化すると、クロック信号φ_２がオンに変化する。クロック信号φ_２がオンに変化すると、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ_２に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｂに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。

ここで、キャパシタ１２８ｂは、第１のスイッチ１２２ｂがクロック信号φ_Ｃ９０に対応する端子に接続されている時に、加算器１１２ｂから出力される電流によって電荷が蓄えられる。そのクロック信号φ_Ｃ９０は、クロック信号φ_２がオフからオンに変化するタイミングで、オンからオフに変化する。従って、クロック信号φ_２がオンに変化したとき、クロック信号φ_Ｃ９０のオンによってキャパシタ１２８ｂに蓄えられた電荷が、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。

クロック信号φ_２がオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ_２はオンからオフに変化する。クロック信号φ_２がオフに変化すると、クロック信号φ_３がオンに変化する。クロック信号φ_３がオンに変化すると、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ_３に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｃに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。

ここで、キャパシタ１２８ｃは、第１のスイッチ１２２ａがクロック信号φ_Ｃ１８０に対応する端子に接続されている時に、加算器１１２ａから出力される電流によって電荷が蓄えられる。そのクロック信号φ_Ｃ１８０は、クロック信号φ_３がオフからオンに変化するタイミングで、オンからオフに変化する。従って、クロック信号φ_３がオンに変化したとき、クロック信号φ_Ｃ１８０のオンによってキャパシタ１２８ｃに蓄えられた電荷が、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。

クロック信号φ_３がオフからオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ_３はオンからオフに変化する。クロック信号φ_３がオフに変化すると、クロック信号φ_４がオンに変化する。クロック信号φ_４がオンに変化すると、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ_４に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｄに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。

ここで、キャパシタ１２８ｄは、第１のスイッチ１２２ｂがクロック信号φ_Ｃ２７０に対応する端子に接続されている時に、加算器１１２ｂから出力される電流によって電荷が蓄えられる。そのクロック信号φ_Ｃ２７０は、クロック信号φ_４がオフからオンに変化するタイミングで、オンからオフに変化する。従って、クロック信号φ_４がオンに変化したとき、クロック信号φ_Ｃ２７０のオンによってキャパシタ１２８ｄに蓄えられた電荷が、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。

クロック信号φ_４がオフからオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ_１はオンからオフに変化する。このように、クロック信号φ_１〜φ_４のオン・オフ動作を繰り返すことで、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄに蓄えられていた電荷は順次後段の回路に出力される。

各キャパシタから後段の回路へ電荷が出力されると、キャパシタを接地することによって、キャパシタに残留している電荷を取り除いて初期化を行う。各キャパシタの初期化は、第２のスイッチ１２４を介して行う。

クロック信号φ_１がオフになってクロック信号φ_２がオンに変化した時、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ_２に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ａは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ａに残留していた電荷が放出されて初期化される。

クロック信号φ_２がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ_２がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_３がオフからオンに変化する。クロック信号φ_３がオンに変化すると、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ_３に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｂは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。

クロック信号φ_３がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ_３がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_４がオフからオンに変化する。クロック信号φ_４がオンに変化すると、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ_４に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｃは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ｃに残留していた電荷が放出されて初期化される。

クロック信号φ_４がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ_４がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_１がオフからオンに変化する。クロック信号φ_１がオンに変化すると、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ_１に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｄは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ｃに残留していた電荷が放出されて初期化される。

このように、クロック信号φ_１〜φ_４のオン・オフ動作を繰り返すことで、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄに残留していた電荷が放出され、各キャパシタの初期化が行われる。

上記のように、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄが時間ｔで充電、出力、初期化動作を繰り返すので、サンプリング動作は時間ｔごとに途切れなく遂行される。

図１に示したチャージドメインフィルタ回路１００において、入力から加算器１１２ａまでを一つのトランスコンダクタとみなすと、図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ１に示したように周期２ｔで階段状の三角波でトランスコンダクタンスが変化していることになる。同様に、入力から加算器１１２ｂまでを一つのトランスコンダクタとみなすと、図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ２に示したように、Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１とは異なる位相を有する、周期２ｔで階段状の三角波でトランスコンダクタンスが変化していることになる。従って、チャージドメインフィルタ回路１００は、三角波の窓で連続時間信号を切り出した後、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０で積分していることになる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。上述したように、チャージドメインフィルタ回路１００は、三角波の窓で連続時間信号を切り出した後、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０で積分している、これは図３の（ｂ）に示した三角波状のインパルス応答を畳み込んだことと等価になる。従って、チャージドメインフィルタ回路１００はＦＩＲフィルタとして動作する。

そして、図３の（ｂ）に示した三角波状のインパルス応答は、図３の（ａ）に示した２つの矩形インパルス応答を畳み込んだものである。ここで、２つの矩形インパルス応答は、パルス幅とトランスコンダクタの数に対応する。本実施形態においては、パルス幅が４クロック、トランスコンダクタの数が４つであるので、インパルスの数が共に４本の矩形インパルス応答となる。

２つの矩形インパルス応答を畳み込むので、チャージドメインフィルタ回路１００の周波数応答はＳＩＮＣの２乗の特性を有する。図４は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００の、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合の周波数応答について説明する説明図である。図４に示したように、チャージドメインフィルタ回路１００の周波数特性は、図１８に示した従来のＳＩＮＣフィルタ回路の周波数特性に比べて、周波数１／ｔ〜２／ｔ、すなわち周波数が１ＧＨｚ〜２ＧＨｚの間のセカンドローブにおける周波数特性が落ち込んでいるのが分かる。

ここで、本発明の一実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００は、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスの大きさを変化させることで、周波数特性を変化させることができる。

図５は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。例えば、トランスコンダクタ１０４、１０６のトランスコンダクタンスが、トランスコンダクタ１０２、１０８のトランスコンダクタンスの２倍である場合は、図５の（ａ）のＧｍに示すように、台形のインパルス応答となる。従って、トランスコンダクタンスを変化させた場合のチャージドメインフィルタ回路１００のインパルス応答は図５の（ｂ）に示すような形となり、このときのチャージドメインフィルタ回路１００の周波数特性は図６に示したようなグラフになる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路によれば、トランスコンダクタンスの重み付けによって周波数特性を自在に変更することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、トランスコンダクタからの出力電流の加算タイミングを制御することで、周波数特性を自在に変更することができるチャージドメインフィルタ回路について説明した。本発明の第２の実施形態では、ＳＩＮＣフィルタ回路からの出力電荷の加算タイミングを制御することで、周波数特性を自在に変更することができるチャージドメインフィルタ回路について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。以下、図７を用いて本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する。

図７に示したように、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００は、トランスコンダクタ２０２、２０４、２０６、２０８と、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０、２４０、２６０、２８０と、を含んで構成される。

ＳＩＮＣフィルタ回路２２０は、第１のスイッチ２２２と、第２のスイッチ２２４と、第３のスイッチ２２６と、キャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄと、を含んで構成される。同様に、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０は、第１のスイッチ２４２と、第２のスイッチ２４４と、第３のスイッチ２４６と、キャパシタ２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ、２４８ｄと、を含み、ＳＩＮＣフィルタ回路２６０は、第１のスイッチ２６２と、第２のスイッチ２６４と、第３のスイッチ２６６と、キャパシタ２６８ａ、２６８ｂ、２６８ｃ、２６８ｄと、を含み、ＳＩＮＣフィルタ回路２８０は、第１のスイッチ２８２と、第２のスイッチ２８４と、第３のスイッチ２８６と、キャパシタ２８８ａ、２８８ｂ、２８８ｃ、２８８ｄと、を含んで構成される。

トランスコンダクタ２０２、２０４、２０６、２０８は、入力信号の電圧に比例した電流を出力する。本実施形態においては、トランスコンダクタを４つ用いてチャージドメインフィルタ回路を構成しているが、本発明を実施する上ではトランスコンダクタの数は４つに限られない。また、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有していてもよく、異なる値を有していてもよい。以下では、４つのトランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有するものとして説明する。

第１のスイッチ２２２、２４２、２６２および２８２は、充電対象となるキャパシタを選択するものである。第１のスイッチ２２２はキャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄのいずれかを選択する。同様に、第２のスイッチ２４２はキャパシタ２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ、２４８ｄのいずれかを選択し、第２のスイッチ２６２はキャパシタ２６８ａ、２６８ｂ、２６８ｃ、２６８ｄのいずれかを選択し、第２のスイッチ２８２はキャパシタ２８８ａ、２８８ｂ、２８８ｃ、２８８ｄのいずれかを選択する。本実施形態においては、第１のスイッチ２２２、２４２、２６２および２８２は、それぞれ４つの端子を有し、４種類の位相の異なるクロック信号によって端子が切り換えられるものとする。

第２のスイッチ２２４、２４４、２６４、２８４は、初期化対象のキャパシタを選択するためのスイッチである。第２のスイッチ２２４、２４４、２６４、２８４によって、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０、２４０、２６０、２８０の各キャパシタの残留電荷を取り除くための初期化を行う際に、初期化を行うキャパシタを選択する。本実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００においては、４種類のクロック信号によって端子が切り換えられて、キャパシタに過去の信号による電荷が残留しないように、切り換えられた端子に接続されたキャパシタの初期化を行う。なお、本発明を実施する上で端子の数はこれに限られない。

第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６は、電荷を出力するキャパシタを選択するためのスイッチである。第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６によって、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０、２４０、２６０、２８０の各キャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力するために、電荷を出力するキャパシタを選択する。本実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００においては、４種類のクロック信号によって端子が切り換えられて、切り換えられた端子に接続されたキャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力する。

なお、本発明を実施する上では、各スイッチの数や、各スイッチにおける端子の数は上記で示した数に限られない。

キャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄ、２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ、２４８ｄ、２６８ａ、２６８ｂ、２６８ｃ、２６８ｄ、２８８ａ、２８８ｂ、２８８ｃ、２８８ｄは、電荷を蓄積するものである。各キャパシタは同じ容量を有していることが望ましい。なお、本実施形態においては１つのＳＩＮＣフィルタ回路あたり４つのキャパシタを含んで構成されているが、ＳＩＮＣフィルタ回路あたりのキャパシタの数はこれに限られない。

以上、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の構成について説明した。次に、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の動作について説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。チャージドメインフィルタ回路２００は、クロック信号φ_１〜φ_１６の１６種類のクロック信号が入力される。

第１のスイッチ２２２は、４種類のクロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３によって制御される。クロック信号φ_１がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ_１に対応する端子に接続される。

第１のスイッチ２２２がクロック信号φ_１に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ａに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ａに入力されることにより、キャパシタ２２８ａにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。

時間ｔが経過して、クロック信号φ_１がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_５がオンからオフに変化する。クロック信号φ_５がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ_５に対応する端子に接続される。

第１のスイッチ２２２がクロック信号φ_５に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｂに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｂに入力されることにより、キャパシタ２２８ｂにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。

さらに時間ｔが経過して、クロック信号φ_５がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_９がオンからオフに変化する。クロック信号φ_９がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ_９に対応する端子に接続される。

第１のスイッチ２２２がクロック信号φ_９に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｃに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｃに入力されることにより、キャパシタ２２８ｃにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。

さらに時間ｔが経過して、クロック信号φ_９がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_１３がオンからオフに変化する。クロック信号φ_１３がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ_１３に対応する端子に接続される。

第１のスイッチ２２２がクロック信号φ_１３に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｄに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｄに入力されることにより、キャパシタ２２８ｄにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。

さらに時間ｔが経過して、クロック信号φ_１３がオンからオフになると、クロック信号φ_１がオンからオフに変化する。このように、クロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３のオン・オフを繰り返すことで、第１のスイッチ２２２は接続する端子が切り換えられ、トランスコンダクタ２０２からの出力電流によって、キャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄに順次電荷が蓄積される。

このように、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０の各キャパシタには、４種類のクロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３のオン・オフの繰り返しによって電荷が蓄積される。同様に、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０、２６０、２８０の各キャパシタにもクロック信号のオン・オフの繰り返しによって電荷が蓄積される。しかし、これらのキャパシタへの電荷の蓄積は、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０の第１のスイッチ２２２に入力されるクロック信号とは異なる位相を有するクロック信号のオン・オフによって制御される。

例えば、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０の第１のスイッチ２４２には、４種類のクロック信号φ_２、φ_６、φ_１０、φ_１４が入力される。これらのクロック信号は、図８に示したように、クロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３と比べてｔ／４ずれている位相を有する。

また、ＳＩＮＣフィルタ回路２６０の第１のスイッチ２６２には、クロック信号φ_３、φ_７、φ_１１、φ_１５が入力され、これらのクロック信号は、図８に示したように、クロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３と比べてｔ／２ずれている位相を有する。そして、ＳＩＮＣフィルタ回路２８０の第１のスイッチ２８２には、クロック信号φ_４、φ_８、φ_１２、φ_１６が入力され、これらのクロック信号は、図８に示したように、クロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３と比べて３ｔ／４ずれている位相を有する。

このように、位相が異なるクロック信号をＳＩＮＣフィルタ回路に入力することによって、各ＳＩＮＣフィルタ回路のキャパシタの充電タイミングをずらすことができる。

キャパシタに蓄積された電荷は、第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６によって後段の回路に出力される。第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６は、４種類の位相の異なるクロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３のオン・オフによって端子が切り換えられ、各キャパシタに蓄えられている電荷を後段の回路に出力させる。ここで、クロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３は、第１のスイッチ２２２に入力されるクロック信号と同じものである。

クロック信号φ_１がオンになっている間、トランスコンダクタ２０２からの出力電流によって蓄えられたキャパシタ２２８ａの電荷は、クロック信号φ_９がオンになっている時に後段の回路に出力される。同様に、キャパシタ２２８ｂの電荷はクロック信号φ_１３がオンになっている時に、キャパシタ２２８ｃの電荷はクロック信号φ_１がオンになっている時に、キャパシタ２２８ｄの電荷はクロック信号φ_５がオンになっている時に、それぞれ後段の回路に出力される。

ここで、後段の回路には、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０のキャパシタに蓄えられた電荷だけでなく、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０、２６０、２８０のキャパシタに蓄えられた電荷も出力される。ＳＩＮＣフィルタ回路２４０の第３のスイッチ２４６、ＳＩＮＣフィルタ回路２６０の第３のスイッチ２６４、ＳＩＮＣフィルタ回路２８０の第３のスイッチ２８４も、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０の第３のスイッチ２２４と同様に、クロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３のオン・オフによって端子が切り換えられる。

キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ_１、φ_２、φ_３、φ_４の入力によって充電されるが、出力はクロック信号φ_９がオンになったタイミングで同時に行われる。従って、キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａに蓄えられた電荷が加算されて後段の回路に出力されることになる。

その他のキャパシタも同様に、位相の異なるクロック信号の入力によって電荷が蓄積され、蓄積された電荷は同じクロック信号の入力によって後段の回路に出力される。キャパシタ２２８ｂ、２４８ｂ、２６８ｂ、２８８ｂは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ_５、φ_６、φ_７、φ_８の入力によって充電され、出力はクロック信号φ_１３がオンになったタイミングで同時に行われる。キャパシタ２２８ｃ、２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ_９、φ_１０、φ_１１、φ_１２の入力によって充電され、出力はクロック信号φ_１がオンになったタイミングで同時に行われる。そして、キャパシタ２２８ｄ、２４８ｄ、２６８ｄ、２８８ｄは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ_１３、φ_１４、φ_１５、φ_１６の入力によって充電され、出力はクロック信号φ_５がオンになったタイミングで同時に行われる。

第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６を介して各キャパシタから後段の回路へ電荷が出力されると、各キャパシタに残留している電荷をキャパシタの接地によって取り除いて初期化を行う。各キャパシタの初期化は、第２のスイッチ２２４、２４４、２６４、２８４を介して行う。第２のスイッチは４種類の位相の異なるクロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３のオン・オフによって端子が切り換えられる。

クロック信号φ_９がオフになってクロック信号φ_１３がオンになった時、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ_１３に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ａは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ａに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ_９がオフになってクロック信号φ_１３がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ_１３に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ａ、２６８ａ、２８８ａに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。

クロック信号φ_１３がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ_１３がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_１がオフからオンに変化する。クロック信号φ_１がオンになると、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ_１に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ｂは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ_１３がオフになってクロック信号φ_１がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ_１に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ｂ、２６８ｂ、２８８ｂに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。

クロック信号φ_１がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ_１がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_５がオフからオンに変化する。クロック信号φ_５がオンに変化すると、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ_５に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ｃは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ_１がオフになってクロック信号φ_５がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ_５に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。

クロック信号φ_５がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ_５がオンからオフに変化すると、クロック信号φ_９がオフからオンに変化する。クロック信号φ_９がオンに変化すると、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ_９に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ｄは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ_５がオフになってクロック信号φ_９がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ_９に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。

このように、クロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３のオン・オフ動作を繰り返すことで、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０のキャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄに残留していた電荷が放出され、各キャパシタの初期化が行われる。同様に、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０、２６０、２８０の各キャパシタの初期化処理も、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４にクロック信号φ_１、φ_５、φ_９、φ_１３を入力することによって行われる。

上記のように、各キャパシタが充電、出力、初期化を途切れなく繰り返す。図８のＤｕｍｐφ_９は、第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６にクロック信号φ_９が入力された場合における、後段の回路へ出力する電荷量全体の変化を示している。例えば、キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａに注目した場合、各キャパシタへの充電タイミングはクロック信号φ_１〜φ_４によって制御される。クロック信号φ_１〜φ_４はそれぞれ異なる位相を有するため、クロック信号φ_９が入力された場合における後段の回路へ出力する電荷量は、時間とともに段階的に変化する。従って、キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ_９のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになる。

同様に、キャパシタ２２８ｂ、２４８ｂ、２６８ｂ、２８８ｂの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ_１３のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになり、キャパシタ２２８ｃ、２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ_１のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになり、キャパシタ２２８ｄ、２４８ｄ、２６８ｄ、２８８ｄの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ_５のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになる。そのため、サンプリングとＦＩＲフィルタのフィルタリング動作も、時間ｔごとに途切れなく遂行される。

図７に示したチャージドメインフィルタ回路２００も、本発明の第１の実施形態で示したチャージドメインフィルタ回路１００と同様に、インパルス応答は２つの矩形インパルスを畳み込んだものとなる。そして、チャージドメインフィルタ回路２００のインパルス応答は、図３の（ｂ）に示したものと同様に三角波状のインパルス応答となる。従って、チャージドメインフィルタ回路２００はＦＩＲフィルタとして動作し、チャージドメインフィルタ回路２００の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図４に示したチャージドメインフィルタ回路１００の周波数応答と同様の特性を有することになる。

ここで、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００の周波数特性も、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスの値を変化させることで変化させることができる。

例えば、トランスコンダクタ２０４、２０６のトランスコンダクタンスが、トランスコンダクタ２０２、２０８のトランスコンダクタンスの２倍である場合は、図５の（ａ）のＧｍに示すように、台形のインパルス応答となる。従って、トランスコンダクタンスを変化させた場合のチャージドメインフィルタ回路２００のインパルス応答も、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００のインパルス応答と同様に、図５の（ｂ）に示すような形となる。従って、チャージドメインフィルタ回路２００の周波数特性も、図６に示したようなグラフになる。

すなわち、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路も、トランスコンダクタンスの重み付けを変更することで周波数特性を変更することが可能なＦＩＲフィルタとなる。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路によっても、トランスコンダクタンスの重み付けによって周波数特性を自在に変更することができる。

上記のように、重み付けされたトランスコンダクタンスと、電流を積分する矩形の窓とを畳み込むことで、ＦＩＲフィルタのインパルス応答を生成することができる。そこで、トランスコンダクタの重み付けや、キャパシタの充電を行うクロックがオンとなる時間を変化させることで、様々な形にＦＩＲフィルタのインパルス応答を生成することができる。

（応用例１）
図９はインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を３クロックとして、トランスコンダクタを５つ設け、そのうちの３つを、他の２つの２倍のトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図９の（ｂ）のような形になる。図９の（ｂ）のインパルス応答は、図５の（ｂ）に示したインパルス応答と同じ形である。従って、この場合の周波数特性も、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図６に示したようなグラフとなる。

（応用例２）
図１０は別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を５クロックとして、トランスコンダクタを３つ設け、全て同じトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図１０の（ｂ）のような形になる。この場合の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図１１に示したグラフとなる。

（応用例３）
図１２はさらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を４クロックとして、トランスコンダクタを４つ設け、そのうちの２つを、他の２つの２倍のトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図１２の（ｂ）のような形になる。この場合の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図１３に示したグラフとなる。

（応用例４）
図１４はさらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を４クロックとして、トランスコンダクタを４つ設け、そのうちの１つを、他の３つとは逆の極性のトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図１４の（ｂ）のような形になる。この場合の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図１５に示したグラフとなる。

このように、キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅やトランスコンダクタのトランスコンダクタンスを変化させることで、様々な周波数特性を得ることができる。従って、通過させようとする信号の帯域や用途に合わせてトランスコンダクタンスやキャパシタの充電時間を調整することによって、１つの回路で様々な帯域の信号を通過させることが可能となり、回路規模を増大させずに複数の無線通信サービスを利用することができる。

（第３の実施形態）
本発明の別の応用例として、本発明の第３の実施形態にかかるチャージドメインフィルタ回路を用いたバンドパスチャージサンプリング（ＢＰＣＳ、非特許文献２参照）について述べる。

図１６は、本発明の第３の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。図１６に示したように、本発明の第３の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路３００は、トランスコンダクタ３０２、３０４、３０６、３０８と、スイッチ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄと、加算器３１２ａ、３１２ｂと、ＳＩＮＣフィルタ回路３２０と、第１スイッチ部３３０と、第２スイッチ部３４０と、を含んで構成される。

ＳＩＮＣフィルタ回路３２０は、さらに、第１のスイッチ３２２ａ、３２２ｂと、第２のスイッチ３２４と、第３のスイッチ３２６と、キャパシタ３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃ、３２８ｄと、を含んで構成される。第１スイッチ部３３０は、スイッチ３３２ａ、３３２ｂを含み、第２スイッチ部３４０は、スイッチ３４２ａ、３４２ｂを含む。

第１スイッチ部３３０および第２スイッチ部３４０は、トランスコンダクタからのＳＩＮＣフィルタ回路３２０への出力を制御するものである。第１スイッチ部３３０は、トランスコンダクタからの出力を制御し、第２スイッチ部３４０は、トランスコンダクタからの出力の逆相の出力を制御する。

第１スイッチ部３３０と第２スイッチ部３４０には、それぞれ正反対の位相のクロック信号が入力される。つまり、第１スイッチ部３３０にオンのクロック信号が入力されている時には第２スイッチ部３４０にはクロック信号が入力されず、第２スイッチ部３４０にオンのクロック信号が入力されている時には、第１スイッチ部３３０にはオンのクロック信号は入力されない。

第１スイッチ部３３０と第２スイッチ部３４０に入力するクロック信号のオン・オフを繰り返すことで、トランスコンダクタからの出力と、トランスコンダクタからの出力の逆相の出力とが、交互にＳＩＮＣフィルタ回路３２０へ入力される。すなわち、第１スイッチ部３３０と第２スイッチ部３４０に入力するクロック信号が乗算されるので、周波数変換が行われる。従って、チャージドメインフィルタ回路３００は、所定の周波数を中心としたフィルタリング特性を有するフィルタ回路となる。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態にかかるチャージドメインフィルタ回路によれば、所定の周波数を中心としたバンドパスチャージサンプリングを行うことができる。周波数特性は、第１の実施形態および第２の実施形態同様に、トランスコンダクタンスの値や、キャパシタへの充電時間を変化させることによって自在に変化させることができる。従って、通過させようとする信号の帯域や用途に合わせてトランスコンダクタンスやキャパシタの充電時間を調整することによって、１つの回路で様々な帯域の信号を通過させることが可能となり、回路規模を増大させずに複数の無線通信サービスを利用することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。 図５のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。 インパルス応答の一例について説明する説明図である。 別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。 図１０のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。 さらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。 図１２のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。 さらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。 図１４のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。 従来のＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路の構成について説明する説明図である。 従来のチャージドメインフィルタ回路に印加するクロック信号のタイミングチャートについて説明する説明図である。 従来のチャージドメインフィルタ回路の周波数特性を示す説明図である。

符号の説明

１００、２００、３００ チャージドメインフィルタ回路
１０２、１０４、１０６、１０８、２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８ トランスコンダクタ
１２０、２２０、２４０、２６０、２８０、３２０ ＳＩＮＣフィルタ回路
３３０ 第１スイッチ部
３４０ 第２スイッチ部

Claims (4)

1. 入力電圧を電流に変換して出力する複数のトランスコンダクタと；
   前記複数のトランスコンダクタからの出力が入力され、周波数特性がＳＩＮＣ関数であるＳＩＮＣフィルタ回路と；
   を含んで構成され、
   前記ＳＩＮＣフィルタ回路はキャパシタを含み、
   前記キャパシタの充電時間に対応するインパルス応答と、前記複数のトランスコンダクタのトランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答との畳み込みを行ってインパルス応答を生成することを特徴とする、チャージドメインフィルタ回路。
2. 前記畳み込みは、前記複数のトランスコンダクタの出力電流を、位相の異なる複数の矩形窓で切り出して加算することによって行うことを特徴とする、請求項１に記載のチャージドメインフィルタ回路。
3. 前記畳み込みは、前記ＳＩＮＣフィルタ回路において異なる位相でサンプリングした前記キャパシタの電荷を加算することによって行うことを特徴とする、請求項１に記載のチャージドメインフィルタ回路。
4. 前記複数のトランスコンダクタと前記ＳＩＮＣフィルタ回路との間にスイッチ部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のチャージドメインフィルタ回路。
   

Images