JP2011223429A - Filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジャイレータ方式による帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタ等に関する。 The present invention relates to a gyrator bandpass filter, a band elimination filter, and the like.
従来、電子機器では各種の帯域通過フィルタが使用されている。また帯域通過フィルタとしては、増幅素子、抵抗及び容量から構成されるアクティブフィルタ、コイルとコンデンサの共振現象を利用する同調型帯域通過フィルタ、圧電素子を使用する帯域通過フィルタ等が知られている。 Conventionally, various band-pass filters are used in electronic devices. As the band pass filter, an active filter composed of an amplifying element, a resistor and a capacitor, a tuned band pass filter using a resonance phenomenon of a coil and a capacitor, a band pass filter using a piezoelectric element, and the like are known.
図9、アクティブフィルタによる帯域通過フィルタを示す接続図である。この帯域通過フィルタ1は、いわゆる電圧帰還型帯域通過フィルタである。この帯域通過フィルタ1は、オペアンプ2の反転入力端が接地抵抗R4により接地され、また帰還抵抗R5を介してオペアンプ2の反転入力端がオペアンプ2の出力端に接続される。またオペアンプ2の非反転入力端が、コンデンサC2及び抵抗R3の並列回路により接地され、さらにこの非反転入力端が、コンデンサC1、抵抗R1を順次介して当該帯域通過フィルタ1の入力端Vinに接続される。またこれら抵抗R1及びコンデンサC1の接続中点が、帰還抵抗R2を介してオペアンプ2の出力端に接続される。
FIG. 9 is a connection diagram showing a band-pass filter using an active filter. This
この帯域通過フィルタ2は、ω0、Qをそれぞれ次式により表すことができる。なおω0は、通過帯域の中心角周波数であり、Qは、通過域の利得に対して利得が−3〔dB〕となる帯域幅と通過帯域の中心角周波数ω0との比である。
In the
また図10は、アクティブフィルタによる帯域通過フィルタの他の例を示す接続図である。この帯域通過フィルタ6は、いわゆる多重帰還型帯域通過フィルタである。この帯域通過フィルタ6は、オペアンプ7の非反転入力端を抵抗R3により接地する。またコンデンサC2、抵抗R1を順次介して、オペアンプ7の反転入力端をこの帯域通過フィルタ6の入力端Vinに接続し、抵抗R1及びコンデンサC2の接続中点、オペアンプ7の反転入力端をそれぞれコンデンサC1、抵抗R2によりオペアンプ7の出力端に接続する。なお抵抗R2と抵抗R3は、同一の抵抗値に設定される。 FIG. 10 is a connection diagram illustrating another example of a bandpass filter using an active filter. This band pass filter 6 is a so-called multiple feedback type band pass filter. In the band pass filter 6, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 7 is grounded by a resistor R3. Further, the inverting input terminal of the operational amplifier 7 is connected to the input terminal Vin of the band-pass filter 6 through the capacitor C2 and the resistor R1 in order, and the connection middle point of the resistor R1 and the capacitor C2 and the inverting input terminal of the operational amplifier 7 are respectively connected to the capacitor. The output terminal of the operational amplifier 7 is connected by C1 and a resistor R2. The resistors R2 and R3 are set to the same resistance value.
この帯域通過フィルタ6において、ω0、Qは、それぞれ次式により表すことができる。 In this band pass filter 6, ω 0 and Q can be expressed by the following equations, respectively.
また図11は、同調型帯域通過フィルタを示す図である。この帯域通過フィルタ11は、抵抗R、コンデンサC、インダクタLによる並列共振回路(タンク回路とも呼ばれる)が設けられ、この並列共振回路が信号源Iin等に並列接続される。この帯域通過フィルタ11において、ω0、Qは、それぞれ次式により表すことができる。
FIG. 11 is a diagram showing a tunable bandpass filter. The
また図12は、圧電素子を用いた帯域通過フィルタを示す図である。この帯域通過フィルタ15には、圧電素子にセラミックフィルタCFが適用される。この帯域通過フィルタ15は、マッチング抵抗Rを介してセラミックフィルタCFの入力端が信号源Vinに接続され、またこのセラミックフィルタCFの出力端をマッチング抵抗Rにより終端してバッファアンプ16に接続する。この帯域通過フィルタ15において、ω0、Qは、セラミックフィルタCFの特性よって決まることになる。なおここで図13にセラミックフィルタの周波数特性の1例を示す。
FIG. 12 is a diagram showing a bandpass filter using a piezoelectric element. In the band-
このようなフィルタに関して、特開平05−259808号公報には、ジャイレータによるフィルタの特性を調整する工夫が提案されている。 Regarding such a filter, Japanese Patent Laid-Open No. 05-259808 proposes a device for adjusting the characteristics of a filter by a gyrator.
しかしながら図9〜図12について上述した各フィルタは、構成部品の精度を高くしなければ、精度よく特性を設定することができない。 However, the characteristics of the filters described above with reference to FIGS. 9 to 12 cannot be set accurately unless the accuracy of the components is increased.
すなわち帯域通過フィルタ1、6(図9及び図10)において、ω0、Qのばらつきを小さくするためには、(1)から(4)式より、抵抗R1、R2、コンデンサC1、C2に高精度の素子を使用することが必要になる。また同調型帯域通過フィルタ11(図11)において、ω0、Qのばらつきを小さくするためには、共振回路を構成するインダクタL、コンデンサC、抵抗Rを高精度化することが必要になる。なおインダクタLは、小型により高いインダクタンス値を確保するために、磁性体の芯材を使用しており、この芯材は、透磁率のばらつきが大きい。従って同調型帯域通過フィルタ11では、インダクタLのばらつきが大きく、結局、インダクタンス値の調整を避け得ない。また圧電素子を用いた帯域通過フィルタ15(図12)では、圧電素子の特性のばらつきを小さくすることが必要であり、このためには圧電素子の加工精度を高くすることが必要になる。
In other words, in the
これによりこれら従来のフィルタでは、特性にばらつきを避け得ない問題があり、敢えて多くの製品で特性を揃える場合には、結局、部品の選別が必要となっていた。 As a result, these conventional filters have a problem in which variations in characteristics cannot be avoided. In the case where many products have the same characteristics, it is necessary to select parts after all.
この問題を解決する1つの方法として、マイクロコンピュータ等により特性を制御し、ばらつきを補正することが考えられるものの、実際上、この方法は適用することができない。すなわちアクティブフィルタによる帯域通過フィルタ1、6、同調型帯域通過フィルタ11では、(1)式から(6)式により明らかなように、結局、コンデンサ等の回路定数自体を調整することが必要であり、実際上、マイクロコンピュータ等によっては、特性を制御できない。また圧電素子を用いた帯域通過フィルタ15では、圧電素子自体の特性によりフィルタの特性が決まることから、マイクロコンピュータ等によっては、何ら特性を制御し得ない。
As one method for solving this problem, it is conceivable to control the characteristics by a microcomputer or the like to correct the variation, but in practice, this method cannot be applied. That is, in the
而して、フィルタを集積回路化する場合を考慮すると、集積回路内部の抵抗値及び容量は、絶対値が±20〔%〕程度ばらつき、同一ウエハ内における相対的なばらつきが±5〔%〕程度となる。この関係を(3)〜(6)式に当てはめて考察すると、集積回路化により、ω0は0.694〜1.56(−30〔%〕〜+56〔%〕)ばらつき、Qは、0.952〜1.052(−4.3〔%〕〜+5.2〔%〕)ばらつくことになる。これに対してセラミックフィルタのω0のばらつきは、±0.5〔%〕である。これにより従来の半導体によるアクティブフィルタ技術では、集積回路化した場合、セラミックフィルタ並みの周波数特性は、到底、実現することができなかった。 Thus, when considering the case where the filter is integrated, the resistance value and capacitance inside the integrated circuit vary by about ± 20 [%] in absolute value, and relative variation within the same wafer by ± 5 [%]. It will be about. Considering this relationship by applying the equations (3) to (6), ω 0 varies from 0.694 to 1.56 (−30 [%] to +56 [%]) due to the integration of the integrated circuit, and Q is 0. 952 to 1.052 (-4.3 [%] to +5.2 [%]). On the other hand, the variation of ω 0 of the ceramic filter is ± 0.5 [%]. As a result, with the conventional active filter technology using semiconductors, frequency characteristics similar to those of ceramic filters could not be realized when integrated circuits were realized.
なお上述した各方式によるフィルタは、それぞれ短所、長所がある。すなわちQに関して、アクティブフィルタによる帯域通過フィルタ1、6、同調型帯域通過フィルタ11では、回路定数のばらつきによりQ値の上限値が制限されてしまう。これに対して圧電素子を用いた帯域通過フィルタ15では、ω0のばらつきとの兼ね合いから、Q値は、数十程度となる。
Note that each of the above-described filters has respective disadvantages and advantages. That is, with respect to Q, in the
またインダクタを設けることが必要な同調型帯域通過フィルタ11では、ω0が低い場合にインダクタが大型化し、その結果、基板実装面積が大面積化する。また圧電素子を用いた帯域通過フィルタ15では、振動が発生する場所での使用において特性の劣化が著しく、さらに2次及び3次のスプリアスへの対応も必要になる。また圧電素子を用いた帯域通過フィルタ15では、マッチング回路が必要である。従って、入出力回路に係る回路設計に自由度が低くなり、さらにはマッチング回路の分、基板実装面積が大面積化する。
Further, in the
本発明は、以上の点を考慮して成されたもので、従来に比して格段的に特性のばらつきを小さくすることができるフィルタを提供することを目的とする。すなわち、本発明は、以下の技術的事項から構成される。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide a filter capable of dramatically reducing the variation in characteristics as compared with the prior art. That is, this invention is comprised from the following technical matters.
(1) 入力信号の周波数特性を補正して出力するフィルタ部と、
前記フィルタ部の特性を制御する制御部とを備え、
前記フィルタ部は、
制御電流により相互コンダクタンスを可変して入力電圧に応じた電流を出力するトランスコンダクタンス回路を使用した、ジャイレータ方式のフィルタ回路により前記入力信号の周波数特性を補正し、
前記制御部は、
制御用のクロック信号を周波数電流変換して前記制御電流を生成する周波数電流変換回路を有する
ことを特徴とするフィルタ。
(1) a filter unit for correcting and outputting the frequency characteristics of the input signal;
A control unit for controlling the characteristics of the filter unit,
The filter unit is
The frequency characteristic of the input signal is corrected by a gyrator type filter circuit using a transconductance circuit that outputs a current according to an input voltage by changing a mutual conductance by a control current,
The controller is
A filter comprising: a frequency-current conversion circuit that generates a control current by performing frequency-current conversion on a control clock signal.
(1)によれば、フィルタ部においてコンデンサの容量がばらつく場合でも、このばらつきを補正して所望の特性により入力信号の周波数特性を補正することができ、これにより従来に比して格段的に特性のばらつきを低減することができる。 According to (1), even when the capacitance of the capacitor varies in the filter unit, this variation can be corrected and the frequency characteristic of the input signal can be corrected by a desired characteristic. Variations in characteristics can be reduced.
(2) (1)において、
前記フィルタ部は、
前記ジャイレータ方式のフィルタ回路を複数個備える。
(2) In (1),
The filter unit is
A plurality of the gyrator type filter circuits are provided.
(2)によれば、複数個のフィルタ回路による総合の特性により入力信号の周波数特性を補正する場合に適用して、従来に比して格段的に特性のばらつきを低減することができる。 According to (2), it can be applied to the case where the frequency characteristic of the input signal is corrected by the total characteristic of the plurality of filter circuits, and the characteristic variation can be significantly reduced as compared with the conventional case.
(3) (2)において、
前記制御部は、
前記複数個のフィルタ回路の中心周波数又はカットオフ周波数を同一の方向に可変する周波数調整用の制御電流を各フィルタ回路に出力する周波数調整用制御部と、
前記複数個のフィルタ回路による総合の特性による帯域を可変する帯域調整用の制御電流を各フィルタ回路に出力する帯域調整用制御部と、
前記複数個のフィルタ回路における中心周波数又はカットオフ周波数のばらつき補正用の制御電流を各フィルタ回路に出力するばらつき補正用制御部とを有し、
前記周波数調整用の制御電流、帯域調整用の制御電流、ばらつき補正用の制御電流をフィルタ回路毎に加算して対応するフィルタ回路に供給する。
(3) In (2),
The controller is
A frequency adjustment control unit that outputs a control current for frequency adjustment that varies the center frequency or cut-off frequency of the plurality of filter circuits in the same direction;
A band adjustment control unit that outputs to each filter circuit a control current for band adjustment that varies the band according to the overall characteristics of the plurality of filter circuits;
A variation correction control unit that outputs a control current for variation correction of a center frequency or a cutoff frequency in the plurality of filter circuits to each filter circuit;
The frequency adjustment control current, band adjustment control current, and variation correction control current are added to each filter circuit and supplied to the corresponding filter circuit.
(3)によれば、
中心周波数又はカットオフ周波数と、帯域と、ばらつきとを個々に調整、補正することができる。
According to (3)
The center frequency or cut-off frequency, band, and variation can be individually adjusted and corrected.
(4) (2)、又は(3)において、
前記複数個のフィルタ回路が、
帯域通過フィルタ回路と、
前記帯域通過フィルタ回路の高域側の減衰特性を強調する高域側帯域除去フィルタと、
前記帯域通過フィルタ回路の低域側の減衰特性を強調する低域側帯域除去フィルタとである。
(4) In (2) or (3),
The plurality of filter circuits are
A bandpass filter circuit;
A high-frequency band elimination filter that emphasizes attenuation characteristics on the high-frequency side of the band-pass filter circuit;
A low-frequency band elimination filter that emphasizes a low-frequency attenuation characteristic of the band-pass filter circuit.
(4)によれば、減衰特性を強調して帯域通過フィルタを構成する場合に、従来に比して格段的に特性のばらつきを低減することができる。 According to (4), when the band-pass filter is configured with emphasis on the attenuation characteristic, the characteristic variation can be significantly reduced as compared with the conventional case.
本発明によれば、従来に比して格段的に特性のばらつきを小さくすることができる。また、スプリアスを発生させず、フィルタの周波数特性を向上させることができる。 According to the present invention, the variation in characteristics can be remarkably reduced as compared with the prior art. Further, it is possible to improve the frequency characteristics of the filter without generating spurious.
(1)第1の実施の形態
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るフィルタを示す図である。このフィルタ21は、全体が集積回路により同一ウエハ上に型成される。このフィルタ21は、フィルタ部22により入力信号の周波数特性を補正し、制御部23によりこのフィルタ部22の特性を制御する。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a filter according to a first embodiment of the present invention. The
ここでフィルタ部22は、ジャイレータによる2次のフィルタであり、この実施の形態では、帯域通過フィルタにより構成される。従ってフィルタ部22は、トランスコンダクタンス回路24、26、バッファ回路25、27をリング状に接続して構成される。
Here, the
ここでトランスコンダクタンス回路24、26は、制御電流により相互コンダクタンスを可変し、差動入力電圧を出力電流に変換する差動増幅回路である。フィルタ部22は、第1のトランスコンダクタンス回路24の非反転入力端が所定の基準電源に接続され、反転入力端がバッファ回路27の出力端に接続される。またフィルタ部22は、この第1のトランスコンダクタンス回路24の出力端がバッファ回路25の入力端に接続され、さらにこのバッファ回路25の入力端が、コンデンサC1を介して処理対象の信号源28に接続される。さらにフィルタ部22は、このバッファ回路25の出力端が第2のトランスコンダクタンス回路26の非反転入力端に接続され、第2のトランスコンダクタンス回路26の反転入力端にバッファ回路27の出力端が接続される。またさらにこの第2のトランスコンダクタンス回路26の出力端がバッファ回路27に入力され、このバッファ回路27の入力端がコンデンサC2により接地される。
Here, the
フィルタ部22の伝達関数H(ω)は、次式により表される。なおこの関係式は、各種の教科書等で広く周知である。
The transfer function H (ω) of the
ここでgm(gm1、gm2)は、トランスコンダクタンス回路24、26の電圧電流変換の処理に係る相互コンダクタンスである。また、β(β1、β2)は、バッファ回路27の出力についてのトランスコンダクタンス回路24、26への帰還率であり、この実施の形態ではそれぞれ1である。またZ1及びZ2は、それぞれコンデンサC1、C2のインピーダンスである。
Here, gm (gm1, gm2) is a mutual conductance related to the voltage-current conversion processing of the
またω0、Qは、それぞれ次式により表される。 Further, ω 0 and Q are each expressed by the following equations.
ここでフィルタ部22がジャイレータによるフィルタであることから、フィルタ部22の中心角周波数ω0は、容量C1、C2のばらつきの影響を受けるものの、図9、図10について上述したアクティブフィルタとは異なり、抵抗値の影響はうけない。一方、Q値は、集積回路化した場合、(9)式より±2.5〔%〕程度の範囲でばらつくことになり、セラミックフィルタと同等の精度を確保することができる。従ってこの場合、ω0を精度良く設定することができれば、実用上十分な特性を確保することができる。
Here, since the
そこでこの実施の形態では、制御部23によりフィルタ部22を制御し、ω0を所望の角周波数に設定する。このため制御部23は、外部クロック信号CLKを周波数電流変換し、外部クロック信号CLKの周波数に応じた制御電流ICNTを生成する。またこの制御電流ICNTによりトランスコンダクタンス回路24、26の相互コンダクタンスを可変する。
Therefore, in this embodiment, the
すなわち制御部23は、周波数電圧変換部31にクロック信号CLKを入力し、三角波生成回路32に入力する。なおクロック信号CLKは、所望する通過帯域に応じた周波数により、例えばこのフィルタ21が実装される電子機器のコントローラ等から出力され、その生成方法は、種々の方法を適用することができる。具体的に、例えばマスタクロックを分周してクロック信号CLKを作成するようにし、フィルタ部22の特性の事前の測定によりこの分周比を設定するようにしてもよい。
That is, the
三角波生成回路32は、ランプ回路であり、矩型波によるクロック信号CLKを三角波信号に変換して出力する。比較回路33は、この三角波信号の信号レベルを所定の基準電圧Vrefで判定し、判定結果による矩型波信号を出力する。平滑化回路34は、この比較回路33から出力される矩型波信号を平滑化する。これにより周波数電圧変換部31は、クロック信号CLKの周波数に比例した信号レベルによる周波数電圧変換結果を出力する。
The triangular
変換回路35は、この周波数電圧変換部31から出力される周波数電圧変換結果を電圧電流変換処理することにより、次式により表される制御電流ICNTを出力する。なおここでfCLKは、クロック信号CLKの周波数である。またCRは、平滑化回路34における平滑化の処理に係る時定数である。
The
ここでトランスコンダクタンス回路24、26の相互コンダクタンスgmは、次式により表すことができる。なおここでRは、トランスコンダクタンス回路24、26の相互コンダクタンスgmに係る差動増幅回路の内部抵抗(エミッタ抵抗)である。
Here, the mutual conductance gm of the
この(11)式に(10)式を代入すると、次式の関係式を得ることができ、相互コンダクタンスgmを容量に比例する関数として定義することができる。 By substituting the equation (10) into the equation (11), the following relational expression can be obtained, and the mutual conductance gm can be defined as a function proportional to the capacitance.
この(12)式の関係式を(8)式に代入すると、(8)式の分母分子で容量の要素を打ち消し合い、次式により示すように、外部から入力されるクロック信号CLKの周波数fCLKのみに依存するように、通過帯域の中心角周波数ω0を設定することができる。 Substituting this relational expression (12) into the expression (8) cancels out the capacitance element with the denominator of the expression (8), and, as shown by the following expression, the frequency f of the clock signal CLK input from the outside. The central angular frequency ω0 of the passband can be set so as to depend only on CLK .
これにより図2に示すように、フィルタ部2を構成するトランジスタの内部抵抗R、コンデンサC1及びC2の容量がばらつく場合でも、クロック信号CLKの周波数fCLKを一定周波数に保持することにより、角周波数ω0を一定周波数に保持することができる。またさらにフィルタ部2における容量Cがばらつく場合でも、このばらつきによる角周波数ω0のばらつきを補正することができる。なおここで図2は、この抵抗R及び容量Cの積であるCR積の変化による角周波数ω0の変化を測定した特性曲線図である。この図2において、CR積は、設計中心値により正規化して示す。
As a result, as shown in FIG. 2, even if the internal resistance R of the transistor constituting the
ここで図3は、図2との対比によりQの変化を示す特性曲線図である。また図4は、クロック信号CLKの周波数fCLKに対する角周波数ω0の変化を示す特性曲線図である。 Here, FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing a change in Q by comparison with FIG. FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing a change in the angular frequency ω0 with respect to the frequency f CLK of the clock signal CLK.
なおgm1=gm2=gm0,C1=C2=C0,β1=1とおくと、(8)(9)は、次式により表すことができる。 If gm1 = gm2 = gm0, C1 = C2 = C0, and β1 = 1, (8) and (9) can be expressed by the following equations.
これによりこの場合、中心角周波数ω0を可変することなく、Qを1に正規化することができる。またこれによりgm1=kgm0,gm2=gm0 (k>1)とおくと、(8)(9)は、次式により表すことができる。 Thereby, in this case, Q can be normalized to 1 without changing the central angular frequency ω0. Further, when gm1 = kgm0, gm2 = gm0 (k> 1), (8) and (9) can be expressed by the following equations.
これにより(14)式及び(15)式を比較して、相互コンダクタンスgmの制御によりQを種々に設定できることがわかる。またこのように相互コンダクタンスgmを可変した場合には、中心角周波数ω0も変化することから、帰還率β1の制御により中心角周波数ω0を一定値に保持したままQを可変することができる。具体的に、(14)及び(15)式の対比により、次式により示す値に帰還率β1を設定する。 Thereby, it is understood that Q can be variously set by controlling the mutual conductance gm by comparing the equations (14) and (15). Further, when the mutual conductance gm is varied in this way, the central angular frequency ω0 also changes, so that Q can be varied while maintaining the central angular frequency ω0 at a constant value by controlling the feedback factor β1. Specifically, the feedback rate β1 is set to a value represented by the following equation by comparing the equations (14) and (15).
すると中心角周波数ω0は次式により表すことができ、これによりこの関係式を利用して帰還率β1及び相互コンダクタンスgmを制御してQを可変することができる。
Then, the central angular frequency ω 0 can be expressed by the following equation, and by using this relational expression, the
以上の構成によれば、抵抗、容量値に依存することなく、クロック周波数のみにフィルタ特性を依存させることができ、これにより従来に比して格段的に特性のばらつきを小さくすることができる。 According to the above configuration, the filter characteristic can be made to depend only on the clock frequency without depending on the resistance and the capacitance value, and thereby the characteristic variation can be remarkably reduced as compared with the conventional case.
またこの抵抗、容量値に依存することなく、クロック周波数のみにフィルタ特性が依存することを積極的に活用して、種々に利便を図ることができる。すなわち例えば通信装置の中間周波数フィルタに適用して、図5(A)に示すように、隣接局による妨害波が通過帯域内に存在する場合に、図5(B)において矢印Aにより示すように、中間周波数フィルタの通過帯域を移動させて隣接局による影響を低減することができる。なおこの場合、クロック信号CLKの周波数を手動により可変できるように設定して、妨害波を帯域外に設定するようにしても良い。また例えば同期検波等による目的局の受信結果と、包絡線検波等による妨害波を含む受信結果との対比により、自動的に、妨害波を帯域外に設定するようにしても良い。 In addition, without depending on the resistance and capacitance values, various advantages can be achieved by actively utilizing the fact that the filter characteristics depend only on the clock frequency. That is, for example, when applied to an intermediate frequency filter of a communication apparatus, as shown in FIG. 5A, when an interference wave by an adjacent station exists in the pass band, as shown by an arrow A in FIG. The influence of the adjacent station can be reduced by moving the pass band of the intermediate frequency filter. In this case, the frequency of the clock signal CLK may be set so as to be manually variable, and the interference wave may be set outside the band. Further, for example, the interference wave may be automatically set out of the band by comparing the reception result of the target station by synchronous detection or the like with the reception result including the interference wave by envelope detection or the like.
これらによりこの実施の形態では、半導体内部のCRのばらつきを吸収して、中心角周波数ω0をクロック信号の精度で設定することができる。従ってクロック信号をセラミック振動子で作成している場合には、中心角周波数ω0をセラミック振動子の精度に設定することができ、またクロック信号をクリスタル振動子で作成している場合には、中心角周波数ω0をクリスタル振動子の精度で設定することができる。また半導体の温度特性、経年変化などによる抵抗値、容量値の変動も吸収することができ、さらにはクロック信号の周波数の可変によりフィルタの制御も可能となる。なおクロック信号はマイクロコンピュータ等から分岐して入力することも可能である。また、この実施の形態では、スプリアスを発生させず、フィルタの周波数特性を向上させることができる。 Accordingly, in this embodiment, it is possible to set the center angular frequency ω 0 with the accuracy of the clock signal by absorbing the dispersion of CR inside the semiconductor. Therefore, when the clock signal is created by a ceramic vibrator, the center angular frequency ω 0 can be set to the accuracy of the ceramic vibrator, and when the clock signal is created by a crystal vibrator, The center angular frequency ω 0 can be set with the accuracy of the crystal resonator. Further, it is possible to absorb fluctuations in resistance value and capacitance value due to temperature characteristics of the semiconductor, changes over time, and the like, and furthermore, it is possible to control the filter by changing the frequency of the clock signal. The clock signal can also be branched from a microcomputer or the like. Further, in this embodiment, it is possible to improve the frequency characteristics of the filter without generating spurious.
(2)第2の実施の形態
図6は、本発明の第2の実施の形態に係るフィルタを示す図である。この図6において、図1について上述したフィルタ21と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。このフィルタ回路41は、全体が集積回路により同一ウエハ上に型成される。このフィルタ回路41は、フィルタ部42により所望の入力信号を帯域制限し、制御部43によりこのフィルタ部42の特性を制御する。
(2) Second Embodiment FIG. 6 is a diagram showing a filter according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same configuration as the
またフィルタ部42は、3つのフィルタ回路42A、42B、42Cを備え、この3つのフィルタ回路42A、42B、42Cによる総合の特性により入力信号Vinの周波数特性を補正する。ここでこの3つのフィルタ回路42A、42B、42Cは、それぞれジャイレータによる2次のフィルタである。この実施の形態では、この3つのフィルタ回路42A、42B、42Cが直列に接続され、2段目のフィルタ回路42Bが帯域通過フィルタに設定される。またその前段のフィルタ回路42Aが、フィルタ回路42Bによる帯域通過フィルタの低域側の減衰特性を強調する帯域除去フィルタに割り当てられ、後段のフィルタ回路42Cが、フィルタ回路42Bによる帯域通過フィルタの高域側の減衰特性を強調する帯域除去フィルタに割り当てられる。
The
このため第2段目のフィルタ回路42Bは、最終段のバッファ回路27の出力を帰還する帰還ループにそれぞれ帰還率がβ1及びβ2の帰還回路44B及び45Bが設けられている点、トランスコンダクタンス回路24の非反転入力端が接地されている点を除いて、第1の実施の形態のフィルタ部22と同一に構成される。なお帰還回路44B、45Bは、後述する制御部43の制御に係るコントローラにより帰還率β1、β2が可変制御される。
For this reason, the second
また初段のフィルタ回路42A、後段のフィルタ回路42Cは、帯域遮断フィルタに関する構成を除いて、フィルタ回路42Bと同一に構成される。具体的に、フィルタ回路42A、42Cは、コンデンサC1を介したバッファ回路25への入力に代えて、トランスコンダクタンス回路24の非反転入力端に入力信号が入力されると共に、コンデンサC1が接地される点、コンデンサC2を介した接地に代えて、コンデンサC2を介して、バッファ回路27に入力信号が入力される点を除いて、フィルタ回路42Bと同一に構成される。
The first-
フィルタ部42は、バッファ46を介してフィルタ回路42A、42B、42Cの直列回路に入力信号Vinを入力し、またフィルタ回路42A、42B、42Cの直列回路による出力信号をバッファ47を介して出力する。
The
制御部43は、これら複数のフィルタ回路42A、42B、42Cの中心角周波数ω0を同一の方向に可変することにより、フィルタ部42の中心角周波数ω0を可変する周波数調整用制御部48Aと、これら複数のフィルタ回路42A、42B、42Cの総合の特性による帯域幅(この実施の形態では、通過帯域幅)を可変し、フィルタ部42のQを可変する帯域調整用制御部48Bと、これら複数のフィルタ回路42A、42B、42Cにおける中心周波数のばらつきを補正するばらつき補正用制御部48Cとを有する。
The
これら制御部48A、48B、48Cは、それぞれフィルタ回路42A、42B、42Cのトランスコンダクタンス回路24、26に対応する各6系統の制御電流を出力し、制御部43は、この6系統の制御電流に係る配線パターンをそれぞれ接続して、系統毎に制御電流を加算して対応するフィルタ回路42A、42B、42Cのトランスコンダクタンス回路24、26に出力する。
The
すなわち周波数調整用制御部48Aは、電圧電流変換部49Aにより6系統の制御電流を生成する。周波数調整用制御部48Aは、制御電流の制御に係る制御端子が何れの電圧にも設定されていない場合、基準電圧Vrefに対応する制御電流をそれぞれ各系統に出力する。これに対して制御端子に制御信号が入力され、この制御信号が基準電圧Vrefより高い場合、この基準電圧Vrefより制御信号の電圧が高い分だけ、基準電圧Vrefによる場合に比して制御電流の電流値を増大させる。またこれとは逆に制御信号が基準電圧Vrefより低い場合、この基準電圧Vrefより制御信号の電圧が低い分だけ、基準電圧Vrefによる場合に比して制御電流の電流値を減少させる。これにより周波数調整用制御部48Aは、制御信号の電圧に比例した制御信号をフィルタ回路42A、42B、42Cに出力し、制御信号に応じてフィルタ部42の中心角周波数ω0を可変する。
That is, the frequency
帯域調整用制御部48Bは、同様に、電圧電流変換部49Bにより6系統の制御電流を生成する。電圧電流変換部49Bは、制御信号の電圧に応じて、帯域通過フィルタであるフィルタ回路42Bの中心角周波数ω0に対してフィルタ回路42A、42Cの中心角周波数ω0を可変し、これにより制御信号によりフィルタ部42の帯域を可変する。またこれと連動してフィルタ回路42BのQを可変する。すなわち電圧電流変換部49Bは、制御端子が何れの電圧にも設定されていない場合、基準電圧Vrefに対応する制御電流をそれぞれ各系統に出力する。これに対して制御端子に制御信号が入力され、この制御信号が基準電圧Vrefより高い場合、フィルタ回路42Aについては、基準電圧Vrefより制御信号の電圧が高い分だけ、基準電圧Vrefによる場合に比して制御電流の電流値を増大させる。これに対してフィルタ回路42Cについては、基準電圧Vrefより制御信号の電圧が高い分だけ、基準電圧Vrefによる場合に比して制御電流の電流値を減少させる。またこれに連動して(14)〜(19)式を用いて説明した手法を適用して、上位のコントローラの制御によりフィルタ回路42BのQを可変する。
Similarly, the band
またこれとは逆に、電圧電流変換部49Bの制御端子に制御信号が入力され、この制御信号が基準電圧Vrefより低い場合、フィルタ回路42Aについては、この基準電圧Vrefより制御信号の電圧が低い分だけ、基準電圧Vrefによる場合に比して制御電流の電流値を減少させる。これに対してフィルタ回路42Cについては、基準電圧Vrefより制御信号の電圧が低い分だけ、基準電圧Vrefによる場合に比して制御電流の電流値を増大させる。またこれに連動して(14)〜(19)式を用いて説明した手法を適用して、上位のコントローラの制御によりフィルタ回路42BのQを可変する。
Conversely, when a control signal is input to the control terminal of the voltage /
ばらつき補正用制御部48Cは、クロック信号CLKの周波数に応じた制御電流を出力する周波数電流変換回路であり、周波数電圧変換部31によりクロック信号CLKの周波数に応じた電圧による制御信号を生成し、この制御信号を電圧電流変換部35により制御電流に変換する。なおこの補正用制御部48Cにおいて、平滑回路を構成する平滑用コンデンサCは外付けとされる。
The variation
図7は、周波数調整用制御部48Aの制御により中心周波数を5〔kHz〕単位で変化させた場合の特性の変化を示す特性曲線図である。この図7によれは、通過帯域の特性を維持したまま、中心周波数を可変できることが判る。また図8は、図13との対比により、この第2の実施の形態に係るフィルタ41の周波数特性を示す図である。この図8によれば、スプリアスを発生させず、フィルタ特性が格段的に向上することがわかる。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing changes in characteristics when the center frequency is changed in units of 5 [kHz] under the control of the frequency
以上の構成によれば、フィルタ部を複数のフィルタで構成する場合であっても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 According to the above configuration, even when the filter unit is configured by a plurality of filters, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
またこのように複数のフィルタにより構成するようにして、総合の特性の調整に係る周波数調整用制御部、帯域調整用制御部、ばらつき補正用制御部を設け、これらの制御部による制御電流を加算して対応するフィルタ部に出力することにより、総合の特性における中心周波数、Q、ばらつきを個々に調整することができ、フィルタの制御に関する構成を簡略化することができる。 In addition, a frequency adjustment control unit, a band adjustment control unit, and a variation correction control unit for adjusting the overall characteristics are provided so as to be configured by a plurality of filters, and control currents from these control units are added. Thus, by outputting to the corresponding filter unit, the center frequency, Q, and variation in the overall characteristics can be individually adjusted, and the configuration relating to filter control can be simplified.
より具体的に、この複数のフィルタが、帯域通過フィルタ回路と、この帯域通過フィルタ回路の高域側の減衰特性を強調する高域側帯域除去フィルタと、この帯域通過フィルタ回路の低域側の減衰特性を強調する低域側帯域除去フィルタとであることにより、十分な減衰率によるサイドローブを確保して帯域通過フィルタを構成し、この帯域通過フィルタの中心周波数等を精度良く調整することができる。 More specifically, the plurality of filters include a band-pass filter circuit, a high-frequency band elimination filter that emphasizes attenuation characteristics on the high-frequency side of the band-pass filter circuit, and a low-frequency side of the band-pass filter circuit. By being a low-frequency band elimination filter that emphasizes attenuation characteristics, a side lobe with a sufficient attenuation factor can be secured to form a band-pass filter, and the center frequency of this band-pass filter can be adjusted accurately. it can.
(3)他の実施の形態
なお上述の実施の形態では、本発明に好適な実施の形態を上述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態に種々の変更を加えた形態等とすることができる。
(3) Other Embodiments In the above-described embodiment, the preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention can be variously modified in the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. The added form can be used.
すなわち上述の第1の実施の形態においては、帯域通過フィルタに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、帯域除去フィルタ、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ等に広く適用することができる。なおこれら低域通過フィルタ、高域通過フィルタ等に適用する場合には、その特性の周波数軸上の基準として、上述の中心角周波数ω0に代えてカットオフ周波数を適用することになる。 That is, in the above-described first embodiment, the case where the present invention is applied to the bandpass filter has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. Can be widely applied. When applied to these low-pass filters, high-pass filters, etc., the cut-off frequency is applied instead of the above-mentioned center angular frequency ω 0 as a reference on the frequency axis of the characteristics.
また上述の第2の実施の形態では、1つの帯域通過フィルタと2つの帯域除去フィルタによりフィルタ部を構成するようにして、これらの3つのフィルタを直列接続した総合の特性を制御する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、複数のフィルタを種々の形態で接続した総合の特性を制御する場合に広く適用することができる。具体的に、2つの帯域通過フィルタの直列接続により双峰特性の通過帯域を確保する場合等にも広く適用することができる。 In the second embodiment described above, a case is described in which a filter unit is configured by one band pass filter and two band elimination filters, and the total characteristics of these three filters connected in series are controlled. However, the present invention is not limited to this, and can be widely applied to the case of controlling the overall characteristics in which a plurality of filters are connected in various forms. Specifically, the present invention can be widely applied to a case where a pass band having a bimodal characteristic is secured by connecting two band pass filters in series.
また上述の実施の形態ではジャイレータ方式に係る2次のフィルタに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、2次以外の種々の次数によるフィルタに広く適用することができる。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the second-order filter according to the gyrator method has been described. it can.
また上述の実施の形態では、クロック信号を周波数電圧変換した後、電流変換して制御電流を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、直接、クロック信号を周波数電流変換して制御信号を作成してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the control signal is generated by performing the current conversion after the frequency conversion of the clock signal has been described, but the present invention is not limited to this, and the clock signal is directly converted into the frequency current. A control signal may be created.
1、6、11、15、21、41、42A、42B、42C フィルタ
2、7 オペアンプ
16 バッファアンプ
22、42 フィルタ部
23、43 制御部
24、26 トランスコンダクタンス回路
25、27 バッファ回路
28 信号源
31 周波数電圧変換部
35、49A、49B 電圧電流変換部
48A 周波数調整用制御部
48B 帯域調整用制御部
48C ばらつき補正用制御部
1, 6, 11, 15, 21, 41, 42A, 42B,
Claims (4)
前記フィルタ部の特性を制御する制御部とを備え、
前記フィルタ部は、
制御電流により相互コンダクタンスを可変して入力電圧に応じた電流を出力するトランスコンダクタンス回路を使用した、ジャイレータ方式のフィルタ回路により前記入力信号の周波数特性を補正し、
前記制御部は、
制御用のクロック信号を周波数電流変換して前記制御電流を生成する周波数電流変換回路を有する
ことを特徴とするフィルタ。 A filter unit that corrects and outputs the frequency characteristics of the input signal;
A control unit for controlling the characteristics of the filter unit,
The filter unit is
The frequency characteristic of the input signal is corrected by a gyrator type filter circuit using a transconductance circuit that outputs a current according to an input voltage by changing a mutual conductance by a control current,
The controller is
A filter comprising: a frequency-current conversion circuit that generates a control current by performing frequency-current conversion on a control clock signal.
前記ジャイレータ方式のフィルタ回路を複数個備える
ことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ。 The filter unit is
The filter according to claim 1, comprising a plurality of the gyrator type filter circuits.
前記複数個のフィルタ回路の中心周波数又はカットオフ周波数を同一の方向に可変する周波数調整用の制御電流を各フィルタ回路に出力する周波数調整用制御部と、
前記複数個のフィルタ回路による総合の特性による帯域を可変する帯域調整用の制御電流を各フィルタ回路に出力する帯域調整用制御部と、
前記複数個のフィルタ回路における中心周波数又はカットオフ周波数のばらつき補正用の制御電流を各フィルタ回路に出力するばらつき補正用制御部とを有し、
前記周波数調整用の制御電流、帯域調整用の制御電流、ばらつき補正用の制御電流をフィルタ回路毎に加算して対応するフィルタ回路に供給する
ことを特徴とする請求項2に記載のフィルタ。 The controller is
A frequency adjustment control unit that outputs a control current for frequency adjustment that varies the center frequency or cut-off frequency of the plurality of filter circuits in the same direction;
A band adjustment control unit that outputs to each filter circuit a control current for band adjustment that varies the band according to the overall characteristics of the plurality of filter circuits;
A variation correction control unit that outputs a control current for variation correction of a center frequency or a cutoff frequency in the plurality of filter circuits to each filter circuit;
The filter according to claim 2, wherein the control current for frequency adjustment, the control current for band adjustment, and the control current for variation correction are added for each filter circuit and supplied to the corresponding filter circuit.
帯域通過フィルタ回路と、
前記帯域通過フィルタ回路の高域側の減衰特性を強調する高域側帯域除去フィルタと、
前記帯域通過フィルタ回路の低域側の減衰特性を強調する低域側帯域除去フィルタとである
ことを特徴とする請求項2、又は請求項3に記載のフィルタ。 The plurality of filter circuits are
A bandpass filter circuit;
A high-frequency band elimination filter that emphasizes attenuation characteristics on the high-frequency side of the band-pass filter circuit;
The filter according to claim 2 or 3, wherein the filter is a low-frequency band elimination filter that emphasizes a low-frequency attenuation characteristic of the band-pass filter circuit.
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