JP2010226355A - Filter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルタ回路に関し、より詳細には、ソースフォロワ回路をベースにしたフィルタ回路に関する。 The present invention relates to a filter circuit, and more particularly to a filter circuit based on a source follower circuit.
現在、電気信号から雑音や妨害信号を除去するフィルタには、時間連続フィルタと、時間離散系フィルタとがある。時間連続フィルタは、SCF(スイッチド・キャパシタ・フィルタ)等の時間離散系のフィルタよりも高速動作に適しているものの、SCFよりも線形性能が劣るという欠点がある。時間連続フィルタの線形性能を向上させるため、ソースフォロワ回路をベースにして時間連続フィルタを構成する技術がある。このような従来技術としては、例えば、特許文献1、非特許文献1が挙げられる。
Currently, there are two types of filters that remove noise and interference signals from electrical signals: time continuous filters and time discrete filters. Although the time continuous filter is more suitable for high-speed operation than a time discrete filter such as an SCF (switched capacitor filter), it has a drawback that the linear performance is inferior to that of the SCF. In order to improve the linear performance of a time-continuous filter, there is a technique for configuring a time-continuous filter based on a source follower circuit. Examples of such conventional techniques include
しかしながら、従来のソースフォロワ型トランジスタをベースにしたフィルタ回路は、最大入力信号レベルが使用されるトランジスタのしきい値電圧によって制限されるという問題があった。以下、この問題を、図12を使って詳細に説明する。
図12は、ソースフォロワ回路をベースにした従来の時間連続フィルタの回路を示した図である。図示したフィルタ回路は、PMOSトランジスタ201〜204と、電流源205、206と、コンデンサ207、208と、差動入力端子209、210と、出力端子211、212と、端子213〜216とを備えている。端子213〜216のうち、端子215は、アースに接続される負電源端子であり、端子216は、正の電源を供給するための正電源端子である。
However, the filter circuit based on the conventional source follower type transistor has a problem that the maximum input signal level is limited by the threshold voltage of the transistor used. Hereinafter, this problem will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a conventional time-continuous filter circuit based on a source follower circuit. The illustrated filter circuit includes
図12に示したフィルタは、ソースフォロワ回路をベースにしているので線形性能に優れ、高速でかつ低消費電流のフィルタ回路を実現できる。
図12に示したフィルタ回路の動作を説明する。なお、説明において、PMOSトランジスタ203のソース端子である出力端子211の電圧をV1、ゲート端子となる端子214の電圧をV2、ドレイン端子となる端子213の電圧をV3とする。
Since the filter shown in FIG. 12 is based on a source follower circuit, it is excellent in linear performance, and can realize a high-speed and low current consumption filter circuit.
The operation of the filter circuit shown in FIG. 12 will be described. In the description, the voltage of the
PMOSトランジスタ203がソースフォロワとして動作するためには、飽和領域条件である式(1)を満足する必要がある。
V3−V1<V2−V1−Vth …式(1)
式(1)において、VthはPMOSトランジスタ203のしきい値電圧であり、PMOSトランジスタ203がエンハンスメント型である場合には負の数値である。また入力信号が0の場合、すなわち差動入力端子209、210にかかる電圧が同じである場合、端子213、214の電圧V3、V2は同じ値になり、この値をVaとする。
In order for the
V3-V1 <V2-V1-Vth (1)
In Formula (1), Vth is a threshold voltage of the
差動入力端子209、210に電圧値Vinの信号が与えられた場合、端子213、214の電圧Vaは、電圧Vaを中心として互いに反対にシフトする。このため、V2、V3は、それぞれ式(2)、式(3)によって表される。
V2=Va−b・Vin …式(2)
V3=Va+b・Vin …式(3)
When a signal having a voltage value Vin is applied to the
V2 = Va−b · Vin Formula (2)
V3 = Va + b · Vin Formula (3)
ここで、bはフィルタの周波数特性によって決まる値で、DC(直流)の場合は1となる。以下、簡略のためb=1として、式(2)、式(3)を式(1)に代入して整理すると式(4)が得られる。
−(Vth/2)>Vin …式(4)
式(4)からわかるように、図12に示したフィルタ回路は、入力信号電圧Vinがしきい値電圧の絶対値の2分の1を超える場合、MOSトランジスタ203が飽和領域から外れ、フィルタとして正常に動作しなくなる。なお、式(1)〜(4)は、PMOSトランジスタ203について得られたものであるが、同様に計算することでPMOSトランジスタ204に関しても式(4)を得ることができる。
Here, b is a value determined by the frequency characteristics of the filter, and is 1 in the case of DC (direct current). Hereinafter, when b = 1 for brevity, Expression (4) is obtained by substituting Expression (2) and Expression (3) into Expression (1) and rearranging.
− (Vth / 2)> Vin (4)
As can be seen from equation (4), in the filter circuit shown in FIG. 12, when the input signal voltage Vin exceeds one half of the absolute value of the threshold voltage, the
多くのアナログ回路では、電源電圧が低い場合、あるいはトランジスタのしきい値が大きい場合に信号レンジが制限を受ける。ところが、図12に示したフィルタ回路では、電源電圧と関係なく、式(4)に示したように、しきい値Vthの絶対値により、フィルタの動作が制限されることになる。しきい値の絶対値は、環境温度による低下(高温時)や製造時のばらつきを見込んで設定されており、現状では一般に0.5〜0.8Vの範囲に設定されている。したがって、図12に示したフィルタ回路が良好な線形特性を得るために最大入力信号レベルは0.25Vとなる。 In many analog circuits, the signal range is limited when the power supply voltage is low or the threshold value of the transistor is large. However, in the filter circuit shown in FIG. 12, the operation of the filter is limited by the absolute value of the threshold value Vth, as shown in Expression (4), regardless of the power supply voltage. The absolute value of the threshold value is set in consideration of a decrease due to the environmental temperature (at a high temperature) and a variation at the time of manufacture, and is generally set in a range of 0.5 to 0.8 V at present. Accordingly, the maximum input signal level is 0.25 V in order for the filter circuit shown in FIG. 12 to obtain good linear characteristics.
つまり、従来のソースフォロワ型トランジスタをベースにしたフィルタ回路は、最大入力信号レベルがMOSトランジスタ203、204のしきい値電圧の半分程度に制限されるという問題があった。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、高速でかつ低消費電流であり、MOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値が低い場合でも入力信号レベルを大きくすることができる、ソースフォロワ回路をベースにしたフィルタ回路を提供することを目的とする。
That is, the filter circuit based on the conventional source follower type transistor has a problem that the maximum input signal level is limited to about half of the threshold voltage of the
The present invention has been made in view of the above points, and has a high speed and low current consumption, and can increase the input signal level even when the absolute value of the threshold voltage of the MOS transistor is low. An object of the present invention is to provide a filter circuit based on a follower circuit.
以上の課題を解決するため、本発明の請求項1のフィルタ回路は、ゲートに第1入力信号が入力される第1MOSトランジスタ(例えば図1に示したPMOSトランジスタ1)と、ゲートに第2入力信号が入力される第2MOSトランジスタ(例えば図1に示したPMOSトランジスタ2)と、を備える第1トランジスタ対と、ドレインが前記第1MOSトランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第2MOSトランジスタのソースに接続され、ソースから第1出力信号が出力される第3MOSトランジスタ(例えば図1に示したPMOSトランジスタ3)と、ドレインが前記第2MOSトランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第1MOSトランジスタのソースに接続され、ソースから第2出力信号が出力される第4MOSトランジスタ(例えば図1に示したPMOSトランジスタ4)と、を備える第2トランジスタ対と、前記第3MOSトランジスタのソースに電流を供給する第1電流源(例えば図1に示した電流源5)と、前記第4MOSトランジスタのソースに電流を供給する第2電流源(例えば図1に示した電流源6)と、を備える電流源対と、前記第1MOSトランジスタ乃至第4MOSトランジスタのソースの各々に接続されるコンデンサ(例えば図1に示したコンデンサ7、8)と、を備えるフィルタ回路であって、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに対し、それらトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する電圧印加手段(例えば図1に示した電圧源101、102)と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a filter circuit according to
本発明の請求項2のフィルタ回路は、請求項1において、前記電圧印加手段が、前記第3MOSトランジスタのゲートと前記第4MOSトランジスタのドレインとの間に接続され、前記第3MOSトランジスタに、前記第3MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第1電圧源(例えば図1に示した電圧源101)と、前記第4MOSトランジスタのゲートと前記第3トランジスタのドレインとの間に接続され、前記第4MOSトランジスタに、前記第4MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第2電圧源(例えば図1に示した電圧源102)と、を含むことを特徴とする。
A filter circuit according to a second aspect of the present invention is the filter circuit according to the first aspect, wherein the voltage applying means is connected between a gate of the third MOS transistor and a drain of the fourth MOS transistor, and the third MOS transistor is connected to the third MOS transistor. A first voltage source (for example,
本発明の請求項3に記載のフィルタ回路は、請求項1において、前記電圧印加手段が、前記第1MOSトランジスタのソースと前記第3トランジスタのドレインとの間に接続され、前記第3MOSトランジスタに、前記第3MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第3電圧源(例えば図4に示した電圧源301)と、前記第2MOSトランジスタのソースと前記第4トランジスタのドレインとの間に接続され、前記第4MOSトランジスタに、前記第4MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第4電圧源(例えば図4に示した電圧源302)と、を含むことを特徴とする。
A filter circuit according to a third aspect of the present invention is the filter circuit according to the first aspect, wherein the voltage applying unit is connected between a source of the first MOS transistor and a drain of the third transistor, and the third MOS transistor includes: A third voltage source (for example,
本発明の請求項4に記載のフィルタ回路は、請求項1から3のいずれか1項において、前記電圧印加手段が、前記第1MOSトランジスタ、第2MOSトランジスタの導電型が、前記第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタの導電型と相違し、かつ、前記第3MOSトランジスタが前記第1MOSトランジスタと並列に接続され、前記第4MOSトランジスタが前記第2MOSトランジスタと並列に接続され、前記第1MOSトランジスタのソース及び前記第3MOSトランジスタのドレインに接続される第3電流源(例えば図6に示した電流源35)と、前記第2MOSトランジスタのソース及び前記第4MOSトランジスタのドレインに接続される第4電流源(例えば図6に示した電流源36)と、をさらに備えることを特徴とする。
A filter circuit according to a fourth aspect of the present invention is the filter circuit according to any one of the first to third aspects, wherein the voltage application means is configured such that the conductivity type of the first MOS transistor and the second MOS transistor is the third MOS transistor, the second MOS transistor, The third MOS transistor is connected in parallel with the first MOS transistor, the fourth MOS transistor is connected in parallel with the second MOS transistor, and the source of the first MOS transistor and the first MOS transistor are different from the conductivity type of the 4MOS transistor. A third current source (for example, the
本発明の請求項5に記載のフィルタ回路は、請求項1から4のいずれか1項において、第5電流源(例えば図3に示したPMOSトランジスタ61)から電流の供給を受ける第1端子と、第6電流源(例えば図3に示したNMOSトランジスタ62)から電流の供給を受ける第2端子を備えた抵抗素子を含む電圧源を含むことを特徴とする。
本発明の請求項6に記載のフィルタ回路は、請求項5において、前記電圧源が、該電圧源が印加する電圧値と、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタしきい値の絶対値とを加算または減算した値が一定の電圧値になるような電圧を生成する適応型電圧生成回路であることを特徴とする。
A filter circuit according to a fifth aspect of the present invention is the filter circuit according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first terminal receives current supplied from a fifth current source (for example, the
The filter circuit according to a sixth aspect of the present invention is the filter circuit according to the fifth aspect, wherein the voltage source adds a voltage value applied by the voltage source and an absolute value of the MOS transistor threshold value of the second transistor pair. Alternatively, it is an adaptive voltage generating circuit that generates a voltage such that a subtracted value becomes a constant voltage value.
本発明の請求項7に記載のフィルタ回路は、請求項6において、前記適応型電圧生成回路が、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタの電動型がN型の場合、電圧源によって印加される電圧値と、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタしきい値とを加算した電圧値が一定の値になるように電圧を生成し、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタの電動型がP型の場合、電圧源によって印加される電圧値から、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタしきい値を減算した電圧値が一定の値になるように電圧を生成することを特徴とする。 The filter circuit according to a seventh aspect of the present invention is the filter circuit according to the sixth aspect, wherein the adaptive voltage generation circuit is configured to apply a voltage applied by a voltage source when the electric type of the MOS transistor of the second transistor pair is an N type. When a voltage is generated so that a voltage value obtained by adding the value and the MOS transistor threshold value of the second transistor pair becomes a constant value, and the electric type of the MOS transistor of the second transistor pair is P type, A voltage is generated so that a voltage value obtained by subtracting a MOS transistor threshold value of the second transistor pair from a voltage value applied by a voltage source becomes a constant value.
本発明の請求項8に記載のフィルタ回路は、請求項3において、前記第3電圧源は、第2抵抗素子(例えば図5に示した抵抗素子71)と、前記第1電流源、前記第3MOSトランジスタ、前記第2抵抗素子と並列に接続された第7電流源(例えば図5に示した電流源72)と、前記第2抵抗素子、前記第1MOSトランジスタと並列に接続された第8電流源(例えば図5に示した電流源73)と、を備え、前記第7電流源、前記第8電流源によって供給される電流値が、いずれも前記第1電流源によって供給される電流値と前記抵抗素子を流れる電流の電流値との和に等しく、前記第4電圧源は、第3抵抗素子と、前記第2電流源、前記第4MOSトランジスタ、前記第3抵抗素子と並列に接続された第9電流源と、前記第3抵抗素子、前記第2MOSトランジスタと並列に接続された第10電流源と、を備え、前記第9電流源、前記第10電流源によって供給される電流値が、いずれも前記第2電流源によって供給される電流の値と前記第3抵抗素子を流れる電流の値との和に等しいことを特徴とする。
The filter circuit according to an eighth aspect of the present invention is the filter circuit according to the third aspect, wherein the third voltage source is a second resistance element (for example, the
本発明の請求項9に記載のフィルタ回路は、請求項3において、前記第1MOSトランジスタ、第2MOSトランジスタの導電型が、前記第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタの導電型と相違し、前記第1MOSトランジスタのソースに接続される第3電流源(例えば図7に示した電流源35)と、前記第2MOSトランジスタのソースに接続される第4電流源(例えば図7に示した電流源36)と、を備えており、前記第3電圧源は、前記第1MOSトランジスタと並列、かつ前記第1電流源及び前記第3電流源、及び前記第3MOSトランジスタと直列に接続される第4抵抗素子(例えば図8に示した抵抗素子76)と、前記第1MOSトランジスタ、前記第1電流源及び前記第4抵抗素子、及び前記第3MOSトランジスタのいずれに対しても並列に接続される第11電流源(例えば図8に示した電流源77)と、前記第4抵抗素子及び前記第3電流源と並列に接続される第12電流源(例えば図8に示した電流源78)と、を備え、前記第11電流源は前記第4抵抗素子に流れる電流と同じ電流値の電流を供給し、前記第12電流源によって供給される電流値は、前記第11電流源によって供給される電流の値と前記第1電流源によって供給される電流の値との和に等しく、かつ、前記第4電圧源は、前記第2MOSトランジスタと並列、かつ前記第2電流源及び前記第4電流源、及び前記第4MOSトランジスタと直列に接続される第5抵抗素子と、前記第2MOSトランジスタ、前記第2電流源及び前記第5抵抗素子、及び前記第4MOSトランジスタのいずれに対しても並列に接続される第13電流源と、前記第5抵抗素子及び前記第4電流源と並列に接続される第14電流源と、を備え、前記第13電流源は前記第5抵抗素子に流れる電流と同じ電流値の電流を供給し、前記第14電流源によって供給される電流値は、前記第13電流源によって供給される電流の値と前記第2電流源によって供給される電流の値との和に等しいことを特徴とする。
A filter circuit according to a ninth aspect of the present invention is the filter circuit according to the third aspect, wherein the first MOS transistor and the second MOS transistor have different conductivity types from the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. A third current source (for example,
本発明の請求項10のフィルタ回路は、請求項6において、前記第5電流源が第5MOSトランジスタ(例えば図10に示したNMOSトランジスタ81、86)であり、前記第6電流源が第6MOSトランジスタ(例えば図10に示したPMOSトランジスタ82、87)であって、非反転端子及び反転端子から入力信号を入力し、差分を出力信号として出力する差分増幅器(例えば図10に示した差動増幅器96)と、前記差分増幅器の出力信号が入力されるゲートを有する第7MOSトランジスタ(例えば図10に示したNMOSトランジスタ91)と、前記第7MOSトランジスタのゲートに接続されるゲートと、前記非反転端子と接続されるドレインを有する第8MOSトランジスタ(例えば図10に示したNMOSトランジスタ93)と、前記第8MOSトランジスタのドレインと第6抵抗素子(例えば図10に示した抵抗素子95)を介して接続されるドレインと、当該ドレインと接続されるゲートを有する第9MOSトランジスタ(例えば図10に示したPMOSトランジスタ94)と、前記第7MOSトランジスタのドレインと接続されるドレイン、当該ドレインに接続されるゲート、前記第9MOSトランジスタのソースに接続されるソースを有する第10MOSトランジスタ(例えば図10に示したPMOSトランジスタ92)と、をさらに備え、前記差分増幅器の出力信号が、前記第5MOSトランジスタのゲートに入力して前記第5MOSトランジスタを制御し、前記第10MOSトランジスタのゲートとドレインとに接続された端子が前記第6MOSトランジスタのゲートに入力して前記第6MOSトランジスタを制御することを特徴とする。
A filter circuit according to a tenth aspect of the present invention is the filter circuit according to the sixth aspect, wherein the fifth current source is a fifth MOS transistor (for example, the
本発明の請求項11に記載のフィルタ回路は、請求項10において、前記差動増幅器の出力端子に接続するゲート端子を有する第11MOSトランジスタ(例えば図11に示したNMOSトランジスタ911)と、前記第11MOSトランジスタのドレイン端子に接続するドレインと、当該ドレインと接続するゲートを有する第12MOSトランジスタ(例えば図11に示したPMOSトランジスタ912)と、当該第12MOSトランジスタのドレイン及びゲートと接続するゲートを有する第13MOSトランジスタ(例えば図11に示したPMOSトランジスタ913)と、前記第9MOSトランジスタのドレインと接続される第15電流源(例えば図11に示した電流源914)と、をさらに備え、前記第6抵抗素子は、前記前記第8MOSトランジスタのドレイン、第9MOSトランジスタのドレイン及びゲート、前記第13MOSトランジスタのドレインに接続されることを特徴とする。
The filter circuit according to an eleventh aspect of the present invention is the filter circuit according to the tenth aspect, wherein the eleventh MOS transistor (for example, the
請求項1に記載の発明によれば、第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタを飽和状態で動作させる方向に電圧を印加することができる。このため、第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタがソースフォロワ型のMOSトランジスタとして動作する入力電圧範囲は印加された電圧の半分だけ拡大する。したがって、ソースフォロワ型のMOSトランジスタをベースとしながら、入力可能な電圧の範囲を拡大することが可能なフィルタ回路を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to apply a voltage in a direction in which the third MOS transistor and the fourth MOS transistor are operated in a saturated state. Therefore, the input voltage range in which the third MOS transistor and the fourth MOS transistor operate as source follower type MOS transistors is expanded by half of the applied voltage. Therefore, it is possible to provide a filter circuit capable of expanding the range of input voltages while using a source follower type MOS transistor as a base.
請求項2に記載の発明によれば、第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタのゲート或はドレインに電圧源を接続し、電圧を印加することによって第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタの動作領域を飽和領域にシフトさせることができる。
請求項3に記載の発明によれば、第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタのドレインに電圧源を接続し、電圧を印加することによって第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタの動作領域を飽和領域にシフトさせることができる。
According to the second aspect of the present invention, the voltage source is connected to the gate or drain of the third MOS transistor or the fourth MOS transistor, and the operating region of the third MOS transistor or the fourth MOS transistor is set to the saturation region by applying a voltage. Can be shifted.
According to the third aspect of the present invention, the voltage source is connected to the drains of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor, and the operating region of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor is shifted to the saturation region by applying the voltage. Can do.
請求項4に記載の発明によれば、第1トランジスタ対と第2トランジスタ対とを折り返して接続しても、第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタの動作領域を飽和領域にシフトさせることができる。
請求項2〜4の発明は、請求項1のフィルタ回路を実現する具体的な回路構成のバリエーションを増やし、フィルタ回路の設計の自由度を高めるものである。
請求項5に記載の発明によれば、比較的簡易な構成により、第3MOSトランジスタ、第4MOSトランジスタの動作領域を飽和領域にシフトさせる電圧源を提供することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, even when the first transistor pair and the second transistor pair are folded back and connected, the operation regions of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor can be shifted to the saturation region.
The inventions of
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to provide a voltage source that shifts the operation region of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor to the saturation region with a relatively simple configuration.
請求項6に記載の発明によれば、電圧源を適応型電圧生成回路とし、MOSトランジスタのしきい値に応じて効率的にフィルタ回路に電圧を印加することができる。
請求項7に記載の発明によれば、フィルタ回路のMOSトランジスタがP型、N型のいずれであっても効率的にフィルタ回路に電圧を印加することができる。
請求項8に記載の発明によれば、第3電圧源、第4電圧源を第1トランジスタ対のソース、第2トランジスタ対のドレイン間に配置した場合に適した電圧源を提供することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the voltage source can be an adaptive voltage generation circuit, and the voltage can be efficiently applied to the filter circuit in accordance with the threshold value of the MOS transistor.
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to efficiently apply a voltage to the filter circuit regardless of whether the MOS transistor of the filter circuit is P-type or N-type.
According to the invention described in
請求項9に記載の発明によれば、第1トランジスタ対、第2トランジスタ対を互いに折り返した状態でさらに第1トランジスタ対のソースと第2トランジスタ対のドレイン間に配置したフィルタ回路に適した電圧源を提供することができる。
請求項10に記載の発明によれば、本発明に最適なフィルタ回路の電圧源を提供することができる。
請求項11に記載の発明によれば、本発明に最適なフィルタ回路においてさらに高い精度で電圧を供給できる電圧源の回路を提供することができる。
According to the ninth aspect of the present invention, the voltage suitable for the filter circuit disposed between the source of the first transistor pair and the drain of the second transistor pair in a state where the first transistor pair and the second transistor pair are folded back to each other. A source can be provided.
According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to provide a voltage source for a filter circuit that is optimal for the present invention.
According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to provide a voltage source circuit capable of supplying a voltage with higher accuracy in a filter circuit optimum for the present invention.
以下、図を参照して本発明に係る実施形態1ないし実施形態5のフィルタ回路を説明する。
(実施形態1)
1 構成
図1は、本発明の実施形態1のフィルタ回路を説明するための回路図である。なお、図1に示した実施形態1のフィルタ回路の構成は、図12に示した従来のフィルタ回路に電圧源101、102を加えたものである。電圧源101、102は、後述するPMOSトランジスタ3、4に対し、それらトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する。
Hereinafter, filter circuits of
(Embodiment 1)
1 Configuration FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a filter circuit according to a first embodiment of the present invention. The configuration of the filter circuit of the first embodiment shown in FIG. 1 is obtained by adding
なお、ここで、本明細書において使用される、トランジスタの動作点、飽和領域、線形領域の文言について説明する。図2は、MOSトランジスタのドレインに流れ込む電流Idを縦軸に、MOSトランジスタのドレイン・ソース間にかかる電圧Vdsを横軸にとって両者の関係(Id−Vds特性)を示した図である。Id−Vds特性は、ゲート・ソース間にかかる電圧Vgsによって変わるので、電圧Vgsを変えることにより、Id−Vds特性を示す曲線は複数描かれる。 Note that the wording of the operating point, saturation region, and linear region of the transistor used in this specification will be described here. FIG. 2 is a diagram showing the relationship (Id-Vds characteristics) with the current Id flowing into the drain of the MOS transistor on the vertical axis and the voltage Vds applied between the drain and source of the MOS transistor on the horizontal axis. Since the Id-Vds characteristic varies depending on the voltage Vgs applied between the gate and the source, a plurality of curves showing the Id-Vds characteristic are drawn by changing the voltage Vgs.
MOSトランジスタの動作領域は、周知のように、線形領域(非飽和領域)と、飽和領域とに分けられる。線形領域とは、図示したように、電圧Vdsの変化に応じて電流Idの値が変化する動作領域である。飽和領域は、電圧Vdsの変化によらず電流Idが略一定の値をとる動作領域である。動作点とは、MOSトランジスタのゲート、ソース、ドレインに外部から入力される電圧をいい、図中に示した点P1は、従来技術のフィルタ回路の動作点を示している。従来技術のフィルタ回路では、VdsがVLの動作点において電流Idの値がILとなる。 As is well known, the operating region of the MOS transistor is divided into a linear region (non-saturated region) and a saturated region. As shown in the figure, the linear region is an operation region in which the value of the current Id changes according to the change in the voltage Vds. The saturation region is an operation region where the current Id takes a substantially constant value regardless of the change in the voltage Vds. The operating point refers to a voltage input from the outside to the gate, source, and drain of the MOS transistor, and the point P1 shown in the figure indicates the operating point of the conventional filter circuit. In the conventional filter circuit, the value of the current Id becomes IL at the operating point where Vds is VL.
本発明は、このような従来のフィルタ回路に電圧源101、102を追加する。そして、電圧源101、102によって電圧を印加することにより、フィルタ回路に外部から入力される電圧VdsやVgsを変えることなく、VdsをVHに高めた場合の動作点P2において得られる電流IHを得る。本発明では、このような電圧の印加の仕方を、「トランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する」と記す。
The present invention adds
上記した、「トランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する」とは、電圧源を使って電圧を印加することにより、例えば、MOSトランジスタに外部から印加されるVdsと電流Idとの対応を、点P1から点P2にシフトさせることをいう。
すなわち、図1に示したフィルタ回路は、PMOSトランジスタ1、2、3、4と、コンデンサ7、8と、電流源5、6と、電圧源101、102を備えている。電圧源101、102によって印加される電圧値をVcとする。
As described above, “applying a voltage so that the operating point of the transistor shifts in a direction from the side closer to the linear region in the saturation region toward the far side” means that by applying a voltage using a voltage source, for example, This means that the correspondence between Vds applied to the MOS transistor from the outside and the current Id is shifted from the point P1 to the point P2.
That is, the filter circuit shown in FIG. 1 includes
電源端子23は負の電源端子であり、電源端子24は正の電源端子である。フィルタ回路の差動入力端子11、12には、差動信号が入力される。符号13、14を付して示した端子は、フィルタ回路の出力端子である。また、図中に示した15、16、17、18の符号は、後述する図3の電圧源との関係を説明するための符号であって、いずれもノードを示している。
The
PMOSトランジスタ1について、ドレインが電源端子23に接続され、ゲートが差動入力端子11に接続され、ソースがPMOSトランジスタ3のドレイン、コンデンサ7、電圧源101に接続されている。電圧源101の一方の端子はPMOSトランジスタ4のゲートの端子18に接続されている。また、PMOSトランジスタ2については、ドレインが負の電源端子23に接続され、ゲートが差動入力端子12に接続され、ソースがコンデンサ7の他方の端子、電圧源102の一方の端子、PMOSトランジスタ4のドレインに接続されている。電圧源102の他方の端子はPMOSトランジスタ3のゲートの端子17に接続されている。
As for the
PMOSトランジスタ3については、ソースが入力端子13、電流源5、コンデンサ8の一方の端子に接続されている。PMOSトランジスタ4については、ソースが入力端子14、電流源6、コンデンサ8の他方の端子が接続されている。
以上説明した実施形態1のフィルタ回路は、電圧源101、102を除き、非特許文献1や特許文献1に記載されているソースフォロワ型フィルタ回路と同様の構成である。
As for the
The filter circuit of the first embodiment described above has the same configuration as the source follower type filter circuit described in
図3は、図1に示した電圧源101に適用できる電圧源を説明するための図である。
電圧源101は、PMOSトランジスタ61と、NMOSトランジスタ62と、抵抗素子63と、を備えている。電源端子68は正の電源端子、電源端子69は負の電源端子である。端子66は図1に示したノード18に接続される端子であって、端子67は図1に示したノード15に接続される端子である。PMOSトランジスタ61、NMOSトランジスタ62に流れる電流は固定であってもよいし、可変であってもよい。
PMOSトランジスタ61、NMOSトランジスタ62は、抵抗素子63に電流を供給する電流源として機能する。PMOSトランジスタ61、NMOSトランジスタ62によって供給される電流の値は、端子64、65によって印加される電圧によって制御される。
FIG. 3 is a diagram for explaining a voltage source applicable to the
The
The
PMOSトランジスタ61については、ゲートが電流制御端子64に接続され、ソースが正の電源端子68に接続され、ドレインは抵抗素子63の一方の端子66に接続されている。また、NMOSトランジスタ62については、ゲートが電流制御端子65に接続され、ドレインが抵抗素子63の他方の端子67に接続され、ソースが負の電源端子69に接続されている。
なお、上記した電圧源101の構成は図1に示した電圧源102と同様であるから、電圧源101の説明を、電圧源102の説明に代えるものとする。ただし、電圧源102の端子66は図1に示したノード17に接続され、端子67はノード16に接続される。
As for the
Since the configuration of the
以上の構成を有する電圧源において、MOSトランジスタ61、62は電流制御端子64、65に印加される電圧によってソース、ドレイン間を流れる電流の電流値が制御される電流源として動作する。MOSトランジスタ61、62を流れる電流値をIcとする。電流値Icの電流は、MOSトランジスタ61から抵抗素子63に供給され、MOSトランジスタ62を通って電源端子69に流れる。この時、抵抗素子63の抵抗値をRとすると、抵抗素子63の端子66と端子67との間に電圧値Vcの電圧が発生する。電圧値Vcは、式(5)のように、抵抗値Rと電流値Icとから求めることができる。
Vc=Ic・R …式(5)
このような電圧源によれば、電流制御端子64、65によってMOSトランジスタ61、62に流れる電流値Icを制御することにより、電圧値Vcを調整することができる。
In the voltage source having the above configuration, the
Vc = Ic · R (5)
According to such a voltage source, the voltage value Vc can be adjusted by controlling the current value Ic flowing through the
2 動作
次に、図1に示した実施形態1のフィルタ回路における、PMOSトランジスタ3の動作について説明する。PMOSトランジスタ3のソース電圧(出力端子13の電圧)をVs1、ゲート電圧をVg1,ドレイン電圧をVd1とする。このとき、トランジスタ3がソースフォロワとして動作するためには、各電圧が飽和領域条件である式(6)を満たす必要がある。
Vd1−Vs1<Vg1−Vs1−Vth …式(6)
式(6)において、VthはPMOSトランジスタ3のしきい値電圧で、PMOSトランジスタ3がエンハンスメント型である場合には負の数値である。入力信号が0の場合、すなわち差動入力端子である差動入力端子11、12にかかる電圧が同じである場合、電圧Vd1、Vd1’も同じ電圧値になり、この時の電圧値をVaとする。
ここで、電圧Vg1、電圧Vg1’は、電圧値Vaに電圧源101、102の電圧値Vcを加算したVa+Vcとなる。
2 Operation Next, the operation of the
Vd1-Vs1 <Vg1-Vs1-Vth Formula (6)
In Expression (6), Vth is a threshold voltage of the
Here, the voltage Vg1 and the voltage Vg1 ′ are Va + Vc obtained by adding the voltage value Vc of the
また、差動入力端子11、12に電圧値Vinの信号が与えられると、電圧Vd1、Vd1’は、電圧Vaを中心として互いに反対の方向へシフトするので式(7)、式(8)で表すことができる。
Vd1=Va+b・Vin …式(7)
Vd1’=Va−b・Vin …式(8)
Further, when a signal having a voltage value Vin is given to the
Vd1 = Va + b · Vin (7)
Vd1 ′ = Va−b · Vin (8)
式(7)、(8)中のbはフィルタの周波数特性によって決まる値で、DC(直流)の場合には1となる。また、電圧Vg1、Vg1’は式(9)、式(10)で表すことができる。
Vg1=Va+Vc−b・Vin …式(9)
Vg1’=Va+Vc+b・Vin …式(10)
簡単のためb=1として、式(7)、式(9)を式(6)に代入して整理すると、式(11)が得られる。
(Vc−Vth)/2>Vin …式(11)
In equations (7) and (8), b is a value determined by the frequency characteristics of the filter, and is 1 in the case of DC (direct current). Further, the voltages Vg1 and Vg1 ′ can be expressed by Expression (9) and Expression (10).
Vg1 = Va + Vc−b · Vin (9)
Vg1 ′ = Va + Vc + b · Vin Equation (10)
For brevity, assuming that b = 1 and substituting Equations (7) and (9) into Equation (6) and rearranging, Equation (11) is obtained.
(Vc−Vth) / 2> Vin Formula (11)
式(11)によれば、入力信号の電圧値Vinが(Vc−Vth)/2を超えない限り、実施形態1のフィルタ回路はソースフォロワ型トランジスタをベースにしたフィルタ回路として正常に動作する。したがって、実施形態1のフィルタ回路は、電圧源101、102によって供給される電圧Vcを調整することにより、入力信号の制限を適正な電圧値の範囲に設定することができる。このような実施形態1は、電圧Vcを供給する電圧源101、102を追加したことにより、入力信号の電圧値Vinがしきい値電圧の1/2に制限される従来技術よりも、Vc/2だけ入力信号の電圧値Vinを拡張することができるものといえる。
According to Expression (11), as long as the voltage value Vin of the input signal does not exceed (Vc−Vth) / 2, the filter circuit of the first embodiment operates normally as a filter circuit based on a source follower transistor. Therefore, the filter circuit of the first embodiment can set the limit of the input signal within an appropriate voltage value range by adjusting the voltage Vc supplied by the
(実施形態2)
1 構成
図4は、本発明の実施形態2のフィルタ回路を説明するための回路図である。なお、図4において、図1に示して説明した構成については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。なお、図4中に示した符号15、16、21、22は、後述する図5で電圧源を説明する際に図5と図4との関係を説明するために付された符号であって、いずれもノードを示している。
実施形態2のフィルタ回路は、PMOSトランジスタ1〜4と、コンデンサ7、8と、電流源5、6と、電圧源301、302とを備えている。電圧源301、302によって供給される電圧の値はVcである。
実施形態2のフィルタ回路は、図1に示した電圧源101、102とは異なる位置に電圧源301、302を備える点で実施形態1と相違する。
(Embodiment 2)
1 Configuration FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a filter circuit according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same reference numerals are given to the configuration described with reference to FIG. 1, and a part of the description will be omitted.
The filter circuit according to the second embodiment includes
The filter circuit of the second embodiment is different from the first embodiment in that
すなわち、PMOSトランジスタ1について、ドレインは電源端子23に接続され、ゲートは差動入力端子11に接続されている。また、PMOSトランジスタ1のソースは、コンデンサ7の一方の端子、PMOSトランジスタ4のゲート、電圧源301の一方の端子に接続されている。電圧源301の他方の端子はPMOSトランジスタ3のドレインに接続されている。PMOSトランジスタ2については、ドレインが電源端子23に接続され、ゲートが差動入力端子12に接続されている。また、PMOSトランジスタ2のソースは、コンデンサ7の他方の端子、PMOSトランジスタ3のゲート、電圧源302の一方の端子に接続されている。電圧源302の他方の端子は、PMOSトランジスタ4のドレインに接続されている。
In other words, the
PMOSトランジスタ3については、ソースが出力端子13、コンデンサ8の一方の端子、電流源5に接続されている。また、MOSトランジスタ4については、ソースが出力端子14、コンデンサ8の他方の端子、電流源6に接続されている。
図5は、図4に示した電圧源301を説明するための図であって、簡便に回路を表現するため、図4に示した回路のうちコンデンサを除いた図中の左半分のみの回路を実際の電流源回路を用いて電圧源301を表している。なお、電圧源301、302は同様の構成を有しているため、電圧源301の説明を電圧源302の説明に代えるものとする。
As for the
FIG. 5 is a diagram for explaining the
電圧源301は、電流源72、73と抵抗素子71とから構成されている。電流源72、73には同じ値の電流が流れる。電流源5に流れる電流をI1とする。電流I1は、フィルタ回路が適正な特性を実現するため、MOSトランジスタ1、3に流すべき電流値である。また、電圧源301、302が電圧源として適正に機能するため抵抗素子71に流れるべき電流値をIcとする。以上の条件の下、電流源5、72、73の各々に流れる電流IA、IB、IDは、以下の式によって表される。
IA=I1 …式(12)
IB=ID=Ic+I1 …式(13)
このように設定することで抵抗71に流れる電流値はIcとすることができ、電圧源301の両方の端子15、21間に発生する電圧Vcを式(5)で与えることができる。同様に電圧源302の両方の端子16、22間に発生する電圧も同様な式で与えることができる。
The
IA = I1 Formula (12)
IB = ID = Ic + I1 (13)
With this setting, the value of the current flowing through the
2 動作
次に、以上述べた実施形態2のフィルタ回路における、PMOSトランジスタ3の動作を説明する。PMOSトランジスタ3のソース電圧をVs2、ゲート電圧をVg2、ドレイン電圧をVd2とする。PMOSトランジスタ3がソースフォロワとして動作するためには、飽和領域条件である式(14)を満足する必要がある。
Vd2−Vs2<Vg2−Vs2−Vth …式(14)
2 Operation Next, the operation of the
Vd2-Vs2 <Vg2-Vs2-Vth (14)
VthはPMOSトランジスタ3のしきい値電圧で、PMOSトランジスタがエンハンスメント型である場合には負の数値である。電圧源301、302によって供給される電圧はVcである。また入力信号が0の場合、すなわち差動入力端子11、12の電圧が同じである場合、電圧Vg2’、Vg2も同じ電圧である。この時の電圧Vg2’、Vg2を電圧Vaとする。PMOSトランジスタ3、4のドレイン電圧Vd2、Vd2’は電圧Vg2’、Vg2から電圧源301、302の電圧値Vcを減算したVa−Vcとなる。
Vth is a threshold voltage of the
差動入力端子11、12に信号Vinが与えられた場合、電圧Vg2’、Vg2は、電圧Vaを中心として互いに反対の方向へシフトする。したがって、電圧Vg2、Vg2’は式(15)、(16)によって表すことができる。
Vg2’=Va+b・Vin …式(15)
Vg2 =Va−b・Vin …式(16)
When the signal Vin is applied to the
Vg2 ′ = Va + b · Vin Formula (15)
Vg2 = Va−b · Vin Equation (16)
ここで、bはフィルタの周波数特性によって決まる値で、DC(直流)の場合は1となる。また、PMOSトランジスタ3、4のドレイン電圧Vd2、Vd2’は式(17)、式(18)で表すことができる。
Vd2 =Va−Vc+b・Vin …式(17)
Vd2’=Va−Vc−b・Vin …式(18)
簡略のためb=1として、式(16)、式(17)を式(14)に代入して整理すると、式(19)が得られる。
(Vc−Vth)/2>Vin …式(19)
Here, b is a value determined by the frequency characteristics of the filter, and is 1 in the case of DC (direct current). Further, the drain voltages Vd2 and Vd2 ′ of the
Vd2 = Va−Vc + b · Vin Equation (17)
Vd2 ′ = Va−Vc−b · Vin Equation (18)
For brevity, b = 1 and substituting Equation (16) and Equation (17) into Equation (14) for rearrangement yields Equation (19).
(Vc−Vth) / 2> Vin Formula (19)
式(19)は実施形態1において得られた式(11)と同じである。このことから、実施形態2は、電圧源301、302をPMOSトランジスタ3、4のドレイン端子に接続しているが、電圧源をPMOSトランジスタ3、4のゲート端子に接続した実施形態1と同様の効果を得られることがわかる。
このような実施形態2のフィルタ回路は、入力信号である電圧Vinが(Vc−Vth)/2を超えない限り、ソースフォロワをベースとしたフィルタとして正常に動作する。このため、電圧源301、302を追加したことにより、Vc/2だけ入力信号電圧を従来技術よりも拡張することができる。
Expression (19) is the same as Expression (11) obtained in the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the
The filter circuit according to the second embodiment normally operates as a source follower-based filter unless the input signal voltage Vin exceeds (Vc−Vth) / 2. For this reason, by adding the
(実施形態3)
1 構成
図6は、本発明の実施形態3のフィルタ回路を説明するための図である。実施形態3のフィルタ回路は、NMOSトランジスタ31、32と、PMOSトランジスタ33、34と、コンデンサ39、40と、電流源35〜38と、電圧源501、502と、を備えている。電圧源501、502によって供給される電力値はVcである。
NMOSトランジスタ31、32のゲートはそれぞれ差動入力端子43、44である。符号45、46は出力端子を示し、符号58は正の電源端子、符号57は負の電源端子を示している。また、図中に示した符号47、48、51、52は、図3に示した電圧源との関係を説明するための符号であって、いずれもノードを示している。
(Embodiment 3)
1 Configuration FIG. 6 is a diagram for explaining a filter circuit according to a third embodiment of the present invention. The filter circuit of the third embodiment includes
The gates of the
NMOSトランジスタ31については、ドレインが正の電源端子58に接続され、ゲートが差動入力端子43に接続されている。NMOSトランジスタ31のソースは、PMOSトランジスタ33のドレインと、電圧源501の一方の端子と、コンデンサ40の一方の端子と、電流源35とに接続されている。電圧源501の他方の端子はPMOSトランジスタ34のゲートに接続されている。
As for the
NMOSトランジスタ32については、ドレインが正の電源端子58に接続され、ゲートが差動入力端子44に接続されている。NMOSトランジスタ32のソースは、PMOSトランジスタ34のドレインと、電圧源502の一方の端子と、コンデンサ40の他の端子と、電流源36とに接続されている。電圧源502の他方の端子はPMOSトランジスタ33のゲートの端子51に接続されている。
PMOSトランジスタ33については、ソースが電流源37、コンデンサ39の一方の端子、出力端子45に接続されている。PMOSトランジスタ34のソースは、電流源38と、コンデンサ39の他端と、出力端子46に接続されている。
As for the
As for the
電圧源501、502は、実施形態1において図3に示した電圧源101と同様の構成を有している。ただし、実施形態3では、図3に示した電圧源が電圧源501である場合、図3に示した端子66が図6の端子52と接続し、図3に示した端子67が図6の端子47に接続される。また、図3に示した電圧源が電圧源502である場合、図3に示した端子66が図6の端子51と接続し、図3に示した端子67が図6の端子48に接続される。
The
2 動作
次に、実施形態3における、PMOSトランジスタ33の動作について説明する。PMOSトランジスタ33のソース電圧をVs3、ゲート電圧をVg3、ドレイン電圧をVd3とする。PMOSトランジスタ33がソースフォロワとして動作するためには、飽和領域条件である式(20)を満足する必要がある。
Vd3−Vs3<Vg3−Vs3−Vth …式(20)
2 Operation Next, the operation of the
Vd3-Vs3 <Vg3-Vs3-Vth Formula (20)
VthはPMOSトランジスタ33のしきい値電圧で、PMOSトランジスタ33がエンハンスメント型である場合には負の数値にある。電圧源501、502によって供給される電圧はVcである。入力信号が0の場合、すなわち差動入力端子43、44の電圧が同じである場合、電圧Vd3、Vd3’は同じ電圧になる。この時の電圧Vd3、Vd3’をVaとする。端子51、52の電圧Vg3、Vg3’はVd3、Vd3’に電圧源501、502が供給する電圧値Vcを加算したVa+Vcとなる。
Vth is a threshold voltage of the
差動入力端子43、44に信号Vinが与えられると、端子47、48の電圧Vd3、Vd3’は、電圧Vaを中心として互いに反対の方向へシフトする。電圧Vd3、Vd3’は、以下の式(21)、(22)によって表される。
Vd3 =Va+b・Vin …式(21)
Vd3’=Va−b・Vin …式(22)
When the signal Vin is applied to the
Vd3 = Va + b · Vin Equation (21)
Vd3 ′ = Va−b · Vin Formula (22)
ここで、bはフィルタの周波数特性によって決まる値で、DC(直流)の場合は1となる。また、Vg3、Vg3’は式(23)、式(24)で表すことができる。
Vg3 =Va+Vc−b・Vin …式(23)
Vg3’=Va+Vc+b・Vin …式(24)
以下、簡略のためb=1として、式(21)、式(23)を式(20)に代入して整理すると、式(25)が得られる。
(Vc−Vth)/2>Vin …式(25)
Here, b is a value determined by the frequency characteristics of the filter, and is 1 in the case of DC (direct current). Further, Vg3 and Vg3 ′ can be expressed by Expression (23) and Expression (24).
Vg3 = Va + Vc−b · Vin Formula (23)
Vg3 ′ = Va + Vc + b · Vin Formula (24)
Hereinafter, when b = 1 for brevity and Expression (21) and Expression (23) are substituted into Expression (20) and rearranged, Expression (25) is obtained.
(Vc−Vth) / 2> Vin Formula (25)
式(25)から、実施形態3においても、入力信号の電圧Vinが(Vc−Vth)/2を超えない限り、フィルタ回路がソースフォロワをベースにしたフィルタ回路として正常に動作することが分かる。また、式(25)は実施形態1で得られた式(10)と同様の式である。したがって、図6のようにMOSトランジスタ31とMOSトランジスタ33及びMOSトランジスタ32とMOSトランジスタ34をそれぞれ互いに折り返し、電圧源501、502を追加した場合にも実施形態1と同様に、入力信号電圧を拡張することができる。
From Expression (25), it can be seen that, in the third embodiment, the filter circuit operates normally as a filter circuit based on the source follower as long as the voltage Vin of the input signal does not exceed (Vc−Vth) / 2. Further, Expression (25) is the same expression as Expression (10) obtained in the first embodiment. Therefore, as shown in FIG. 6, when the
(実施形態4)
1 構成
図7は、本発明の実施形態4のフィルタ回路を説明するための図である。実施形態4では、図7のうち、図6で説明した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
実施形態4のフィルタ回路は、NMOSトランジスタ31、32と、PMOSトランジスタ33、34と、コンデンサ39、40と、電流源35〜38と、電圧源601、602と、を備えている。電圧源601、602によって供給される電力値はVcである。NMOSトランジスタ31、32のゲート端子はそれぞれ差動入力端子43、44に接続されている。符号45、46は出力端子を示し、符号58は正の電源端子、符号57は負の電源端子を示している。また、47、48、55、56は後述する図8の電圧源との関係を示すために付された符号であって、いずれもノードを示している。
(Embodiment 4)
1 Configuration FIG. 7 is a diagram for explaining a filter circuit according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, in FIG. 7, the same components as those described in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is partially omitted.
The filter circuit of the fourth embodiment includes
実施形態4は、PMOSトランジスタ33、34のドレインに電圧源601、602を備えている点で、PMOSトランジスタ33、34のゲートに電圧源501、502を備えた実施形態3と相違する。
すなわち、実施形態4では、NMOSトランジスタ31について、ドレインが電源端子58に接続され、ゲートが差動入力端子43に接続され、ソースがPMOSトランジスタ34のゲート、電圧源601の一方の端子、コンデンサ40の一方の端子、電流源35に接続されている。電圧源601の他方の端子は、PMOSトランジスタ33のドレインと端子55において接続されている。
The fourth embodiment is different from the third embodiment in which the
That is, in the fourth embodiment, the drain of the
NMOSトランジスタ32については、ドレインが電源端子58に接続され、ゲートが差動入力端子44に接続され、ソースがPMOSトランジスタ33のゲート、電圧源602の一方の端子、コンデンサ40の他方の端子、電流源36に接続されている。電圧源602の他方の端子は、PMOSトランジスタ34のドレインと接続されている。
PMOSトランジスタ33のソースは、電流源37、コンデンサ39の一方の端子、出力端子45に接続されている。PMOSトランジスタ34のソースは、電流源38、コンデンサ39の他方の端子、出力端子46に接続されている。
As for the
The source of the
図8は、図7に示した電圧源601を説明するための図である。実施形態4では、説明を簡単化するため、図7に示したフィルタ回路のうち容量を除いた図中の左半分のみの回路を実際の電流源回路を用いて表している。なお、電圧源601、602は同様の構成を有しているため、電圧源601の説明を電圧源602の説明に代えるものとする。ただし、電圧源602の場合、図中に示したノード55が図7に示したノード56になる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the
図示したように、実施形態4の電圧源601は電流源77、78と抵抗素子76から構成されている。電流源35、37、77、78の各々に流れる電流値を、IE、IF、IG、IHとすると、IE、IF、IG、IHは、以下の式(26)〜(29)によって表される。
IE=I2 …式(26)
IF=I3 …式(27)
IG=Ic …式(28)
IH=I3+Ic …式(29)
As illustrated, the
IE = I2 Formula (26)
IF = I3 Formula (27)
IG = Ic Formula (28)
IH = I3 + Ic Formula (29)
上記した式において、Icは電圧源601が適正な電圧源として機能するために抵抗素子76に流すべき電流値である。I2、I3は、フィルタ回路が適正な特性を実現するためMOSトランジスタ31、33に流すべき電流値である。
このように設定することで抵抗76に流れる電流値はIcとすることができ、電圧源601の両方の端子47,55間に発生する電圧Vcを式(5)で与えることができる。同様に電圧源602の両方の端子48、56間に発生する電圧も同様な式で与えることができる。
In the above equation, Ic is a current value that should flow through the
With this setting, the value of the current flowing through the
2 動作
次に、以上述べた実施形態4のフィルタ回路における、PMOSトランジスタ33の動作を説明する。PMOSトランジスタ33のソース電圧をVs4、ゲート電圧をVg4、ドレイン電圧をVd4とし、PMOSトランジスタ34のソース電圧をVs4’、ゲート電圧をVg4’、ドレイン電圧をVd4’とする。PMOSトランジスタ33がソースフォロワとして動作するためには、飽和領域条件である式(30)を満足する必要がある。
Vd4−Vs4<Vg4−Vs4−Vth …式(30)
2 Operation Next, the operation of the
Vd4-Vs4 <Vg4-Vs4-Vth Formula (30)
VthはPMOSトランジスタ33のしきい値電圧で、PMOSトランジスタ33がエンハンスメント型である場合には負の数値である。
入力信号が0の場合、すなわち差動入力端子43、44の電圧が同じである場合、電圧Vg4’、Vg4も同じ電圧である。この時の電圧Vg4’、Vg4の値をVaとする。同様に、電圧Vd4、Vd4’はVg4’、Vg4の電圧Vaから電圧源601、602によって供給される電圧値Vcを減算したVa−Vcとなる。
Vth is a threshold voltage of the
When the input signal is 0, that is, when the voltages of the
差動入力端子に信号Vinが与えられた場合、端子47、48の電圧Vg4’、Vg4は、電圧Vaを中心として互いに反対の方向へシフトする。このため、電圧Vg4’、Vg4は、式(31)、(32)によって表される。
Vg4’=Va−b・Vin …式(31)
Vg4 =Va+b・Vin …式(32)
When the signal Vin is applied to the differential input terminal, the voltages Vg4 ′ and Vg4 of the
Vg4 ′ = Va−b · Vin Formula (31)
Vg4 = Va + b · Vin Equation (32)
bはフィルタの周波数特性によって決まる値で、DC(直流)の場合は1となる。また、端子55、56の電圧Vd4、Vd4’は式(33)、式(34)によって表される。
Vd4 =Va−Vc+b・Vin …式(33)
Vd4’=Va−Vc−b・Vin …式(34)
b is a value determined by the frequency characteristics of the filter, and is 1 in the case of DC (direct current). Further, the voltages Vd4 and Vd4 ′ of the
Vd4 = Va−Vc + b · Vin Equation (33)
Vd4 ′ = Va−Vc−b · Vin Formula (34)
以下、簡略のためb=1として、式(32)、式(33)を式(30)に代入して整理すると式(35)が得られる。
(Vc−Vth)/2>Vin …式(35)
式(35)は、前記した実施形態1で得られる式(11)、実施形態2で得られる式(19)、実施形態3で得られる式(25)と同様の式である。したがって、実施形態4にあっても、電圧源601、602を追加したことでフィルタ回路の入力信号電圧をVc/2だけ拡張することができることが明らかである。
Hereinafter, when b = 1 for brevity, Expression (35) is obtained by substituting Expression (32) and Expression (33) into Expression (30) and rearranging.
(Vc−Vth) / 2> Vin Formula (35)
The expression (35) is the same as the expression (11) obtained in the first embodiment, the expression (19) obtained in the second embodiment, and the expression (25) obtained in the third embodiment. Therefore, it is apparent that the input signal voltage of the filter circuit can be expanded by Vc / 2 by adding the
(実施形態5)
1 構成
図9は、実施形態5のフィルタ回路を説明するための図である。実施形態5では、図9のうち、図4で説明した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
実施形態5のフィルタ回路は、図4に示した実施形態2のフィルタ回路の正、負の電源端子24、23を除く全ての回路素子を図中で上下を反転させた上で、PMOSトランジスタ1〜4をNMOSトランジスタ803〜806に置換えたものである。
(Embodiment 5)
1 Configuration FIG. 9 is a diagram for explaining a filter circuit according to a fifth embodiment. In the fifth embodiment, in FIG. 9, the same components as those described in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is partially omitted.
In the filter circuit of the fifth embodiment, all the circuit elements except the positive and negative
2 動作
次に、図9に示した実施形態5のフィルタ回路における、NMOSトランジスタ803の動作について説明する。NMOSトランジスタ803のソース電圧をVs5、ゲート電圧をVg5,ドレイン電圧をVd5とし、NMOSトランジスタ804のソース電圧をVs5’、ゲート電圧をVg5’,ドレイン電圧をVd5’とする。このとき、NMOSトランジスタ803がソースフォロワとして動作するためには、各電圧が飽和領域条件である式(36)を満たす必要がある。
Vd5−Vs5>Vg5−Vs5−Vth …式(36)
2 Operation Next, the operation of the
Vd5-Vs5> Vg5-Vs5-Vth Formula (36)
式(36)において、VthはNMOSトランジスタ803のしきい値電圧で、NMOSトランジスタ803がエンハンスメント型である場合には正の数値である。電圧源801、802によって供給される電圧はVcである。また入力信号が0の場合、すなわち差動入力端子11、12の電圧が同じである場合、電圧Vg5’、Vg5も同じ電圧である。この時の電圧Vg5’、Vg5を電圧Vaとする。電圧Vd5、Vd5’はVg5’、Vg5に電圧源801、802の電圧値Vcを加算したVa+Vcとなる。
In Expression (36), Vth is a threshold voltage of the
差動入力端子11、12に信号Vinが与えられた場合、電圧Vg5’、Vg5は、電圧Vaを中心として互いに反対の方向へシフトする。したがって、電圧Vg5、Vg5’は式(37)、(38)によって表すことができる。
Vg5’=Va−b・Vin …式(37)
Vg5 =Va+b・Vin …式(38)
When the signal Vin is supplied to the
Vg5 ′ = Va−b · Vin Formula (37)
Vg5 = Va + b · Vin Equation (38)
ここで、bはフィルタの周波数特性によって決まる値で、DC(直流)の場合は1となる。また、電圧Vd5、Vd5’は式(39)、式(40)で表すことができる。
Vd5 =Va+Vc−b・Vin …式(39)
Vd5’=Va+Vc+b・Vin …式(40)
簡略のためb=1として、式(38)、式(39)を式(36)に代入して整理すると、式(41)が得られる。
(Vc+Vth)/2>Vin …式(41)
Here, b is a value determined by the frequency characteristics of the filter, and is 1 in the case of DC (direct current). Further, the voltages Vd5 and Vd5 ′ can be expressed by Expression (39) and Expression (40).
Vd5 = Va + Vc−b · Vin Formula (39)
Vd5 ′ = Va + Vc + b · Vin Formula (40)
For brevity, b = 1 and substituting Equation (38) and Equation (39) into Equation (36) for rearrangement yields Equation (41).
(Vc + Vth) / 2> Vin Formula (41)
式(41)によれば、入力信号の電圧値Vinが(Vc+Vth)/2を超えない限り、実施形態5のフィルタ回路はソースフォロワ型トランジスタをベースにしたフィルタ回路として正常に動作する。したがって、実施形態5のフィルタ回路は、電圧源801、802によって供給される電圧Vcを調整することにより、入力信号の制限を適正な電圧値の範囲に設定することができる。このような実施形態5は、電圧Vcを供給する電圧源801、802を追加したことにより、入力信号の電圧値Vinがしきい値電圧の1/2に制限される従来技術よりも、Vc/2だけ入力信号の電圧値Vinを拡張することができるものといえる。
According to Expression (41), as long as the voltage value Vin of the input signal does not exceed (Vc + Vth) / 2, the filter circuit of
なお、式(41)はNMOSトランジスタ803の動作条件から得られたものであり、実施形態1〜4の場合に適用される式(11)は及び実施形態1、2のPMOSトランジスタ3、実施形態3,4のPMOSトランジスタ33のようにMOSトランジスタの導電型がP型であること由来している。すなわち実施形態5のフィルタ回路も、電圧源801、802を備えたことにより、実施形態2〜4と同様に、フィルタ回路の入力信号電圧を拡張することができる。この場合に適用される式はMOSトランジスタの導電型がN型である式(41)となる。
The expression (41) is obtained from the operating conditions of the
さらに、実施形態1では、容量1及び2がMOSトランジスタ1と2及びMOSトランジスタ3と4のそれぞれのソース端子間に図1に示すように接続されているが、その代わりにそれぞれのMOSトランジスタ1と2のソースとアナロググランド(例えば負の電源端子あるいは正の電源端子)の間に容量1の2倍の容量値を有する容量を接続し、さらにMOSトランジスタ3と4のソースとアナロググランドの間に容量2の2倍の容量値を有する容量を接続してもフィルタとして同じ特性を実現できる。このような構成の変更は実施形態2乃至5においても実施することができる。このような構成の変更は容量の数が2倍で容量値もまた2倍になるため行わないが、MOSのソース・基板間のダイオード接合容量を活用する場合はこのような方法を用いることになる。
Furthermore, in the first embodiment, the
(実施例1)
以上説明したように、実施形態1〜5は、電圧源を追加することにより、フィルタ回路の入力信号レベルを大きくすることができる。式(11)等から明らかなように、実施形態1〜5は、電圧源の電圧値Vcを大きくするほど入力信号レベルを大きくできる。ただし、電圧源によって供給される電圧値を、設計値として設定された電圧値Vcではなく、式(42)または式(43)を満たす電圧値Vcstに設定することにより、より低い電源電圧を使って入力信号レベルを効率的に拡張することができる。
Example 1
As described above,
電圧値Vcstは、式(42)または式(43)に示したように、電圧値Vcからフィルタ回路を構成するMOSトランジスタ(例えば図1に示したPMOSトランジスタ3、4)のしきい値Vthを減算した結果、あるいは電圧値VcとMOSトランジスタ(例えば図9に示したNMOSトランジスタ803,804)のしきい値Vthを加算した結果得られる値である。
Vcst=Vc−Vth …式(42)
Vcst=Vc+Vth …式(43)
As shown in the equation (42) or the equation (43), the voltage value Vcst is the threshold value Vth of the MOS transistors (for example, the
Vcst = Vc−Vth Formula (42)
Vcst = Vc + Vth Formula (43)
図10は、式(42)を満たす電圧源の具体例示した回路図である。図10の回路は、MOSトランジスタのしきい値電圧Vthに対応して電圧源の電圧Vcを生成する回路である。このように、生成される電圧値が回路に含まれる他の素子の条件に応じて調整される電圧源を、本明細書では、適応型電圧生成回路と記すものとする。
図10に示した電圧源の回路は、PMOSトランジスタ94、92、82、87、NMOSトランジスタ93、91、81、86と、抵抗素子83、88、95と、差動増幅器96と、電圧源として機能する回路97、98と、電流制御端子901、902と、端子84、85、89、90、99、900、903と、正及び負の電源端子904、905とを備えている。
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a specific example of a voltage source that satisfies the equation (42). The circuit of FIG. 10 is a circuit that generates the voltage Vc of the voltage source corresponding to the threshold voltage Vth of the MOS transistor. In this specification, the voltage source in which the generated voltage value is adjusted according to the conditions of other elements included in the circuit is referred to as an adaptive voltage generation circuit.
The voltage source circuit shown in FIG. 10 includes
PMOSトランジスタ94のゲートとドレインは、端子903に接続されている。また、PMOSトランジスタ94のソースは正の電源端子904に接続されている。端子903は抵抗素子95の一端に接続されていて、抵抗素子95の他方の端子99は、NMOSトランジスタ93のドレイン及び差動増幅器96の非反転入力端子に接続し、差動増幅器の反転入力端子900に電圧Vdd−Vrefが供給されている。
The gate and drain of the
差動増幅器96の出力端子である電流制御端子901は、NMOSトランジスタ93、91、81、86のゲートに接続し、NMOSトランジスタ93、91、81、86のソースは負の電源端子905に接続されている。NMOSトランジスタ91のドレイン端子である電流制御端子902はPMOSトランジスタ92のゲートとドレインを接続した端子、PMOSトランジスタ82、87のゲート端子に接続されている。
The
PMOSトランジスタ92、82、87のソースは正の電源端子904に接続し、PMOSトランジスタ82のドレインは抵抗素子83の一方の端子84に接続し、MOSトランジスタ87のドレインは抵抗素子88の一方の端子89に接続し、NMOSトランジスタ81のドレインは抵抗素子83の他方の端子85に接続し、NMOSトランジスタ86のドレインは抵抗素子88の他方の端子90に接続している。
The sources of the
図10において、点線で囲んだ回路97は図3に示した電圧源と同様の回路であり、図1に示した電圧源101に相当する。図10に示した端子84、85は、図1に示した端子18、15に相当する。また、点線で囲んだ回路98は、図1の回路の電圧源102に相当し、端子89、90がそれぞれ図1の端子17、16に相当する。従って、端子84,85の間及び端子89、90の間に電圧源の電圧Vcが発生することになる。
In FIG. 10, a
次に図10の電圧源回路の動作について説明する。
図10の説明においては、理解の簡単のため、NMOSトランジスタ93、91、81、86が同一の素子サイズを有し、また、PMOSトランジスタ92、82、87が同一のサイズを有するものとする。さらに、抵抗素子83、88、95の抵抗値を全て同じものとする。このような条件の下、共通のゲート端子を有するNMOSトランジスタ93、91、81、86と、PMOSトランジスタ92、82、87、これらのMOSトランジスタから電流を供給される抵抗素子95、83、88、NMOSトランジスタ94に流れる電流は全て同じになる。
Next, the operation of the voltage source circuit of FIG. 10 will be described.
In the description of FIG. 10, for the sake of easy understanding, the
このため、抵抗素子83、88、95の両端子に発生する電圧Vcも等しい値になる。差動増幅器96の出力信号はNMOSトランジスタ93のゲートへ与えられて、NMOSトランジスタ93に流れる電流を制御する。この制御された電流により、端子99に発生する電圧が制御される。端子99は差動増幅器96の非反転入力端子に接続されている。
従って差動増幅器96、NMOSトランジスタ93、MOSトランジスタ94、抵抗素子95は負帰還回路を形成している。負帰還回路内のループゲインが十分高ければ端子99の電圧は式(44)に示すように端子900の電圧V900に等しくなる。
V99=V900 …式(44)
For this reason, the voltage Vc generated at both terminals of the
Therefore, the
V99 = V900 Formula (44)
ここで端子900の電圧は式(45)に示すように正の電源電圧Vddより基準電圧Vrefだけ低い値であるVdd−Vrefとする。
V900=Vdd−Vref …式(45)
ここで基準電圧Vrefは電源電圧、環境温度によらずいつも一定で、通常は基準電圧源から生成されるものである。また端子99の電圧V99は式(46)に示すように正の電源電圧Vddから抵抗素子95の端子間電圧VcとMOSトランジスタ94のソース・ゲート間電圧Vsgを差引いた値になる。
V99=Vdd−Vsg−Vc …式(46)
Here, the voltage of the terminal 900 is Vdd−Vref which is a value lower than the positive power supply voltage Vdd by the reference voltage Vref as shown in the equation (45).
V900 = Vdd−Vref Equation (45)
Here, the reference voltage Vref is always constant regardless of the power supply voltage and the environmental temperature, and is normally generated from the reference voltage source. Further, the voltage V99 at the terminal 99 is a value obtained by subtracting the inter-terminal voltage Vc of the
V99 = Vdd−Vsg−Vc Equation (46)
MOSトランジスタのゲート・ソース間電圧Vgsと、ソース・ゲート間電圧Vsgは、Vgs=−Vsgという関係があるので式(44)〜(46)より式(47)の関係式が得られる。
Vref=Vc−Vgs …式(47)
PMOSトランジスタ94に流れる電流が小さい場合またはPMOSトランジスタのサイズが十分大きい場合、ゲート・ソース間電圧VgsはPMOSトランジスタのしきい値電圧Vthに近い値に設定することができる。このような場合、基準電圧Vrefは、式(48)のように近似することができる。
Vref=Vc−Vth …式(48)
Since the gate-source voltage Vgs and the source-gate voltage Vsg of the MOS transistor have a relationship of Vgs = −Vsg, the relational expression (47) is obtained from the expressions (44) to (46).
Vref = Vc−Vgs Equation (47)
When the current flowing through the
Vref = Vc−Vth (48)
式(49)は電圧値VcからPMOSトランジスタのしきい値電圧Vthを減算した値がしきい値電圧の変動に関係なくいつも一定値であるVrefになることを示している。すなわち式(42)を実現している。言い換えると、図10の回路はVc−Vthがいかなる場合でもいつも一定に制御できるので低い電源電圧の元で最大限に入力信号電圧を設定することができる。 Expression (49) shows that the value obtained by subtracting the threshold voltage Vth of the PMOS transistor from the voltage value Vc is always a constant value Vref regardless of the fluctuation of the threshold voltage. That is, Formula (42) is implement | achieved. In other words, since the circuit of FIG. 10 can always be controlled to be constant regardless of Vc−Vth, the input signal voltage can be set to the maximum with a low power supply voltage.
なお、図10は式(42)を実現するものである。ただし、実施形態2を実施形態5の構成としたように、図10に示した回路の正、負の電源端子904、905を除く全ての回路素子を図中で上下を反転させた上で、全てのPMOSトランジスタをNMOSトランジスタへまた全てのNMOSトランジスタをPMOSトランジスタへ置換えることで式(43)を実現する回路を得ることができる。この場合、端子900の電圧は式(45)ではなく負の電源電圧Vssより基準電圧Vrefだけ高い値であるVss+Vrefにすればよい。
In addition, FIG. 10 implement | achieves Formula (42). However, as the second embodiment has the configuration of the fifth embodiment, all the circuit elements except the positive and negative
(実施例2)
図11は、図10に示した電圧源よりも高い精度で電圧Vcを供給できる電圧源の回路を例示した図である。図11に示した回路は、図10に示した実施例1の回路に対し、PMOSトランジスタ912、913、NMOSトランジスタ911、電流源914を追加して構成される。
すなわち、実施例2の電圧源では、差動増幅器96の電流制御端子901がNMOSトランジスタ911のゲートに接続され、MOSトランジスタ911のドレインがPMOSトランジスタ912のドレインとゲートとに、端子915を介して接続されている。また、PMOSトランジスタ913は、ゲートが端子915に接続され、ドレインが端子903に接続されている。電流源914は、端子903に接続されている。
(Example 2)
FIG. 11 is a diagram illustrating a circuit of a voltage source that can supply the voltage Vc with higher accuracy than the voltage source shown in FIG. The circuit shown in FIG. 11 is configured by adding
That is, in the voltage source of the second embodiment, the
このように構成された実施例2の電圧源において、MOSトランジスタ911と、ゲートを共通とするMOSトランジスタ93との素子サイズを同じにする。またMOSトランジスタ912、913の素子サイズをMOSトランジスタ94と同じにする。このようにした場合、図11の回路に含まれる全てのMOSトランジスタ、全ての抵抗素子に同一の値の電流が流れる。抵抗素子83、88、95の端子間の電圧Vrも等しい値になる。
ここで、NMOSトランジスタ93、PMOSトランジスタ913に流れる電流は等しい。このため、MOSトランジスタ94に流れる電流は、抵抗素子95に流れる電流値に依存することなく、電流源914に流れる電流によって決定することになる。
In the voltage source of the second embodiment configured as described above, the element sizes of the
Here, the currents flowing through the
このため、実施例2において、電流源914の電流値を、MOSトランジスタのゲート・ソース間の電圧がより正確にしきい値電圧Vthになるように設定すれば、実施例1よりも高い精度で電圧値Vcを供給できる電圧源を提供することが可能になる。このような実施例2の電圧源によれば、供給される電圧値の変動を小さく見積もることができるので、より低い電源電圧の電圧源を使って入力信号レベルを効率的に拡張することができる。なお、図11は式(42)をより正確に実現するものであるが、図11に示した回路の正、負の電源端子904、905を除く全ての回路素子を図中で上下を反転させた上で、全てのPMOSトランジスタをNMOSトランジスタへまた全てのNMOSトランジスタをPMOSトランジスタへ置換えることで式(43)をより正確に実現する回路を得ることができる。この場合、端子900の電圧は式(45)ではなく負の電源電圧Vssより基準電圧Vrefだけ高い値であるVss+Vrefにすればよい。
Therefore, in the second embodiment, if the current value of the
本発明は、最大入力信号レベルがMOSトランジスタのしきい値電圧の制限を受けないことが望ましいフィルタ回路全般に適用することができる。 The present invention can be applied to all filter circuits in which it is desirable that the maximum input signal level is not limited by the threshold voltage of the MOS transistor.
1、2,3、4、33、34、61、82、87、92、94、912、913
PMOSトランジスタ
5、6、35、36、37、38、72、77、 電流源
7、8、39、40 コンデンサ
11 、12、43、44 差動入力端子
13、14、45、46 出力端子
23、24、57、58、68、69、105 電源端子
31、32、62、81、86、91、93、911 NMOSトランジスタ
63、71、76、83、88、95 抵抗素子
96 差動増幅器
97、98 回路
101、102、301、302、501、502、601、602、801、802
電圧源
900 反転入力端子
901、902 電流制御端子
1, 2, 3, 4, 33, 34, 61, 82, 87, 92, 94, 912, 913
Claims (11)
ドレインが前記第1MOSトランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第2MOSトランジスタのソースに接続され、ソースから第1出力信号が出力される第3MOSトランジスタと、ドレインが前記第2MOSトランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第1MOSトランジスタのソースに接続され、ソースから第2出力信号が出力される第4MOSトランジスタとを備える第2トランジスタ対と、
前記第3MOSトランジスタのソースに電流を供給する第1電流源と、前記第4MOSトランジスタのソースに電流を供給する第2電流源とを備える電流源対と、
前記第1MOSトランジスタ乃至第4MOSトランジスタのソースの各々に接続されるコンデンサと、
を備えるフィルタ回路であって、
前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに対し、それらトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするフィルタ回路。 A first transistor pair comprising: a first MOS transistor having a first input signal input to the gate; and a second MOS transistor having a second input signal input to the gate;
The drain is connected to the source of the first MOS transistor, the gate is connected to the source of the second MOS transistor, the third MOS transistor from which the first output signal is output, and the drain is connected to the source of the second MOS transistor. A second transistor pair comprising: a fourth MOS transistor having a gate connected to the source of the first MOS transistor and a second output signal output from the source;
A current source pair comprising: a first current source that supplies current to the source of the third MOS transistor; and a second current source that supplies current to the source of the fourth MOS transistor;
A capacitor connected to each of the sources of the first to fourth MOS transistors;
A filter circuit comprising:
Voltage applying means for applying a voltage to the third MOS transistor and the fourth MOS transistor so that the operating points of the transistors shift in a direction from the side closer to the linear region in the saturation region to the side farther from the linear region;
A filter circuit comprising:
前記第3MOSトランジスタのゲートと前記第4MOSトランジスタのドレインとの間に接続され、前記第3MOSトランジスタに、前記第3MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第1電圧源と、前記第4MOSトランジスタのゲートと前記第3トランジスタのドレインとの間に接続され、前記第4MOSトランジスタに、前記第4MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第2電圧源と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ回路。 The voltage applying means includes
The third MOS transistor is connected between the gate of the third MOS transistor and the drain of the fourth MOS transistor, and the operating point of the third MOS transistor is in a direction from the side closer to the linear region in the saturation region to the side farther from the linear region. A first voltage source for applying a voltage so as to shift, and a gate of the fourth MOS transistor and a drain of the third transistor are connected, and the operating point of the fourth MOS transistor is in a saturation region in the fourth MOS transistor The filter circuit according to claim 1, further comprising: a second voltage source that applies a voltage so as to shift in a direction from a side closer to the linear region to a side farther from the linear region.
前記第1MOSトランジスタのソースと前記第3トランジスタのドレインとの間に接続され、前記第3MOSトランジスタに、前記第3MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第3電圧源と、前記第2MOSトランジスタのソースと前記第4トランジスタのドレインとの間に接続され、前記第4MOSトランジスタに、前記第4MOSトランジスタの動作点が飽和領域内の線形領域に近い側から遠い側に向かう方向にシフトするように電圧を印加する第4電圧源と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ回路。 The voltage applying means includes
The third MOS transistor is connected between the source of the first MOS transistor and the drain of the third transistor, and the operating point of the third MOS transistor is in a direction from the side closer to the linear region in the saturation region to the side farther from the linear region. A third voltage source for applying a voltage so as to shift; and a source connected to the source of the second MOS transistor and a drain of the fourth transistor; the operating point of the fourth MOS transistor is in a saturation region in the fourth MOS transistor The filter circuit according to claim 1, further comprising: a fourth voltage source that applies a voltage so as to shift in a direction from a side closer to a linear region to a side farther from the linear region.
第5電流源から電流の供給を受ける第1端子と、第6電流源から電流の供給を受ける第2端子を備えた第1抵抗素子を含む電圧源を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のフィルタ回路。 The voltage applying means includes
2. A voltage source including a first resistance element having a first terminal that receives a current supply from a fifth current source and a second terminal that receives a current supply from a sixth current source. 5. The filter circuit according to any one of 4 above.
該電圧源によって印加される電圧値と、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタしきい値とを加算または減算した値が一定の電圧値になるような電圧を生成する適応型電圧生成回路であることを特徴とする請求項5に記載のフィルタ回路。 The voltage source is
An adaptive voltage generating circuit that generates a voltage such that a value obtained by adding or subtracting a voltage value applied by the voltage source and a MOS transistor threshold value of the second transistor pair becomes a constant voltage value; The filter circuit according to claim 5.
前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタの電動型がN型の場合、電圧源によって印加される電圧値と、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタしきい値とを加算した電圧値が一定の値になるように電圧を生成し、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタの電動型がP型の場合、電圧源によって印加される電圧値から、前記第2トランジスタ対のMOSトランジスタしきい値を減算した電圧値が一定の値になるように電圧を生成することを特徴とする請求項6に記載のフィルタ回路。 The adaptive voltage generation circuit includes:
When the electric type of the MOS transistor of the second transistor pair is N-type, the voltage value obtained by adding the voltage value applied by the voltage source and the MOS transistor threshold value of the second transistor pair becomes a constant value. When the electric type of the MOS transistor of the second transistor pair is P type, the voltage value obtained by subtracting the MOS transistor threshold value of the second transistor pair from the voltage value applied by the voltage source The filter circuit according to claim 6, wherein the voltage is generated so that becomes a constant value.
第2抵抗素子と、
前記第1電流源、前記第3MOSトランジスタ、前記第2抵抗素子と並列に接続された第7電流源と、
前記第2抵抗素子、前記第1MOSトランジスタと並列に接続された第8電流源と、を備え、
前記第7電流源、前記第8電流源によって供給される電流値が、いずれも前記第1電流源によって供給される電流の値と前記第2抵抗素子を流れる電流の値との和に等しく、
前記第4電圧源は、
第3抵抗素子と、
前記第2電流源、前記第4MOSトランジスタ、前記第3抵抗素子と並列に接続された第9電流源と、
前記第3抵抗素子、前記第2MOSトランジスタと並列に接続された第10電流源と、を備え、
前記第9電流源、前記第10電流源によって供給される電流値が、いずれも前記第2電流源によって供給される電流の値と前記第3抵抗素子を流れる電流の値との和に等しいことを特徴とする請求項3に記載のフィルタ回路。 The third voltage source is
A second resistance element;
A seventh current source connected in parallel with the first current source, the third MOS transistor, and the second resistance element;
An eighth current source connected in parallel with the second resistance element and the first MOS transistor;
The current values supplied by the seventh current source and the eighth current source are both equal to the sum of the current value supplied by the first current source and the current value flowing through the second resistance element,
The fourth voltage source is
A third resistance element;
A ninth current source connected in parallel with the second current source, the fourth MOS transistor, and the third resistance element;
A third current element, a tenth current source connected in parallel with the second MOS transistor,
The current values supplied by the ninth current source and the tenth current source are both equal to the sum of the current value supplied by the second current source and the current value flowing through the third resistance element. The filter circuit according to claim 3.
前記第3電圧源は、
前記第1MOSトランジスタと並列、かつ前記第1電流源及び前記第3電流源、及び前記第3MOSトランジスタと直列に接続される第4抵抗素子と、
前記第1MOSトランジスタ、前記第1電流源及び前記第4抵抗素子、及び前記第3MOSトランジスタのいずれに対しても並列に接続される第11電流源と、
前記第4抵抗素子及び前記第3電流源と並列に接続される第12電流源と、を備え、
前記第11電流源は前記第4抵抗素子に流れる電流と同じ電流値の電流を供給し、前記第12電流源によって供給される電流値は、前記第11電流源によって供給される電流の値と前記第1電流源によって供給される電流の値との和に等しく、かつ、
前記第4電圧源は、
前記第2MOSトランジスタと並列、かつ前記第2電流源及び前記第4電流源、及び前記第4MOSトランジスタと直列に接続される第5抵抗素子と、
前記第2MOSトランジスタ、前記第2電流源及び前記第5抵抗素子、及び前記第4MOSトランジスタのいずれに対しても並列に接続される第13電流源と、
前記第5抵抗素子及び前記第4電流源と並列に接続される第14電流源と、を備え、
前記第13電流源は前記第5抵抗素子に流れる電流と同じ電流値の電流を供給し、前記第14電流源によって供給される電流値は、前記第13電流源によって供給される電流の値と前記第2電流源によって供給される電流の値との和に等しいことを特徴とする請求項3に記載のフィルタ回路。 A conductivity type of the first MOS transistor and the second MOS transistor is different from a conductivity type of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor, a third current source connected to a source of the first MOS transistor, and a source of the second MOS transistor A fourth current source connected to
The third voltage source is
A fourth resistance element connected in parallel with the first MOS transistor and in series with the first current source, the third current source, and the third MOS transistor;
An eleventh current source connected in parallel to any of the first MOS transistor, the first current source and the fourth resistance element, and the third MOS transistor;
A twelfth current source connected in parallel with the fourth resistance element and the third current source,
The eleventh current source supplies a current having the same current value as the current flowing through the fourth resistance element, and the current value supplied by the twelfth current source is the value of the current supplied by the eleventh current source. Equal to the sum of the values of current supplied by the first current source, and
The fourth voltage source is
A fifth resistance element connected in parallel with the second MOS transistor and in series with the second current source, the fourth current source, and the fourth MOS transistor;
A thirteenth current source connected in parallel to any of the second MOS transistor, the second current source and the fifth resistance element, and the fourth MOS transistor;
A fourteenth current source connected in parallel with the fifth resistance element and the fourth current source,
The thirteenth current source supplies a current having the same current value as the current flowing through the fifth resistance element, and the current value supplied by the fourteenth current source is the value of the current supplied by the thirteenth current source. 4. The filter circuit according to claim 3, wherein the filter circuit is equal to a sum of current values supplied by the second current source.
非反転端子及び反転端子から入力信号を入力し、差分を出力信号として出力する差分増幅器と、
前記差分増幅器の出力信号が入力されるゲートを有する第7MOSトランジスタと、
前記第7MOSトランジスタのゲートに接続されるゲートと、前記非反転端子と接続されるドレインを有する第8MOSトランジスタと、
前記第8MOSトランジスタのドレインと第6抵抗素子を介して接続されるドレインと、当該ドレインと接続されるゲートを有する第9MOSトランジスタと、
前記第7MOSトランジスタのドレインと接続されるドレイン、当該ドレインに接続されるゲート、前記第9MOSトランジスタのソースに接続されるソースを有する第10MOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記差分増幅器の出力信号が、前記第5MOSトランジスタのゲートに入力して前記第5MOSトランジスタを制御し、
前記第10MOSトランジスタのゲートとドレインとに接続された端子が前記第6MOSトランジスタのゲートに入力して前記第6MOSトランジスタを制御することを特徴とする請求項6に記載のフィルタ回路。 The fifth current source is a fifth MOS transistor, and the sixth current source is a sixth MOS transistor;
A differential amplifier that inputs an input signal from a non-inverting terminal and an inverting terminal and outputs a difference as an output signal;
A seventh MOS transistor having a gate to which an output signal of the differential amplifier is input;
An eighth MOS transistor having a gate connected to the gate of the seventh MOS transistor and a drain connected to the non-inverting terminal;
A ninth MOS transistor having a drain connected to the drain of the eighth MOS transistor via a sixth resistance element, and a gate connected to the drain;
A tenth MOS transistor having a drain connected to the drain of the seventh MOS transistor, a gate connected to the drain, and a source connected to the source of the ninth MOS transistor;
Further comprising
An output signal of the differential amplifier is input to the gate of the fifth MOS transistor to control the fifth MOS transistor,
7. The filter circuit according to claim 6, wherein a terminal connected to the gate and drain of the tenth MOS transistor is input to the gate of the sixth MOS transistor to control the sixth MOS transistor.
をさらに備え、
前記第6抵抗素子は、前記前記第8MOSトランジスタのドレイン、第9MOSトランジスタのドレイン及びゲート、前記第13MOSトランジスタのドレインに接続されることを特徴とする請求項10に記載のフィルタ回路。 An eleventh MOS transistor having a gate terminal connected to the output terminal of the differential amplifier, a drain connected to the drain terminal of the eleventh MOS transistor, a twelfth MOS transistor having a gate connected to the drain, and a drain of the twelfth MOS transistor And a thirteenth MOS transistor having a gate connected to the gate; a fifteenth current source connected to the drain of the ninth MOS transistor;
Further comprising
11. The filter circuit according to claim 10, wherein the sixth resistance element is connected to a drain of the eighth MOS transistor, a drain and a gate of a ninth MOS transistor, and a drain of the thirteenth MOS transistor.
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