JP2015084520A - バンドパスフィルタ - Google Patents

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紘明 榎本
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Abstract

【課題】消費電力の増大や必要な製造プロセス微細化によるコスト増大の要因になるローカル信号のDuty変換回路を不要としながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えたバンドパスフィルタを実現すること。
【解決手段】本発明の4相バンドパスフィルタは、入力電流信号を出力電圧信号に変換するロード素子12と、4個のインピーダンス素子Z141乃至Z144からなるインピーダンス素子群14と、2個の第1のスイッチSW131及びSW132からなる信号接続スイッチ群13と、2個の第2のスイッチSW151及びSW152からなる接地スイッチ群15とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、バンドパスフィルタ(帯域通過フィルタ;BPF)に関し、より詳細には、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができるバンドパスフィルタ及びそのバンドパスフィルタを備えた受信システムの回路技術に関する。
従来から無線信号の受信システムにおいて、希望波を正常に復調するために、アンテナと受信器の間に、妨害波を十分除去するためのSAWフィルタ(surface acoustic wave filter;表面弾性波フィルタ)を用いられることが多い。このSAWフィルタは、圧電体の薄膜、もしくは基板上に形成された規則性のある櫛型電極(IDT)により、特定の周波数帯域の電気信号を取り出す素子で、櫛型電極(IDT)の構造周期と圧電体や電極の物性により、中心周波数や帯域を決めることができる。
しかし、システムの小型化や、コスト削減を目指す上では、SAWフィルタレスの受信システムが望ましい。近年、SAWフィルタレスの受信システムにおいて、SAWフィルタの代替手段として、ICチップ内にM相バンドパスフィルタを用いる手段が多く採用されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。
図9は、一般的なM相バンドパスフィルタの回路構成図である。M相バンドパスフィルタ160は、入力電流信号を電圧信号に変換して出力するロード素子162とスイッチ群163とインピーダンス素子群164とから構成されている。また、ロード素子162は、例えば、低雑音増幅器などの増幅器のロード素子で良い。また、スイッチ群163は、M個のスイッチSW631乃至63Mから構成されている。また、インピーダンス素子群164は、M個のインピーダンス素子Z641乃至Z64Mから構成されている。
また、スイッチ群SWi(SW631乃至63M)は、出力信号とインピーダンス素子群Z64iとを接続している。ただし、iは1乃至Mの整数である。インピーダンス素子群Z64iのスイッチ群SWiと接続されないもう一方の端子は、グランドと接続されている。スイッチ群SWiの接続/非接続は、M相クロック群LOi(LO61乃至LO6M)で制御されている。
図10は、図9に示したM相クロック群のタイミング図である。M相クロック群LOiの周期はTで、Highの区間はT/Mであり、つまり、Duty比100/M%の信号である。また、互いにT/Mの遅延差があり、つまり、360/M度ずつ位相がずれている
例えば、スイッチ群SWiをNMOSトランジスタで構成すると、M相クロック群LO6iがHighのとき、スイッチ群SWiは接続状態となり、M相クロック群LOiがLowのとき、スイッチ群SWiは非接続状態となる。つまり、SW1乃至SWMは、どの2つも同時に接続状態にならず、常に、1つがT/M区間だけ接続状態になる。
以下に、M相バンドパスフィルタの特性を示すために、M=4の場合を例にして説明する。
図11は、一般的な4相バンドパスフィルタの回路構成図である。4相バンドパスフィルタ180は、図9におけるロード素子162をロード抵抗182に置き換え、インピーダンス素子群164は、キャパシタから構成されるキャパシタ群184(841乃至844)に置き換えている。なお、SW831乃至SW834はスイッチ群を示し、LO81乃至LO84は4相クロック群を示している。
図12は、図11に示した4個のスイッチ群の接続/非接続を制御する4相クロック群のタイミング図である。4相クロックLO81乃至LO84の周期はTで、Highの区間はT/4であり、つまり、Duty比25%の信号である。また、互いにT/4の遅延差があり、つまり、90度ずつ位相がずれている。
図13は、図11に示した4相バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。横軸は対数目盛の周波数を示しており、通過帯域の中心周波数FLOは、4相クロックLO81乃至LO84の周波数に相当する。また、縦軸はゲインを示しており、帯域は一次の傾きを持ち、中心周波数においてゲインをG0とする、周波数Fc1、Fc2は、通過帯域からG0−3dBのゲインになる周波数を示している。FLO−Fc1及びFc2−FLOは、1/(2π*4RC)で与えられる。
図14は、M相バンドパスフィルタを用いるダイレクトコンバージョン方式の受信器の回路構成図である。受信器110のRF(Radio Frequency)入力電圧信号は、GMセル111に入力され、RF電流信号に変換されたのち、M相バンドパスフィルタ160に入力されてミキサーに入力されるミキサー入力信号として出力される。ここで、GMセル111と、M相バンドパスフィルタ160のロード素子162の組合せは、低雑音増幅器として考えてよい。
ミキサー入力信号は、ミキサー112にて、ミキサーローカル信号と掛け合わされて、ベースバンド信号に周波数変換されて出力される。このとき、ミキサーローカル信号の周波数は、RF入力信号のキャリア周波数に相当する。多くの場合、受信器のミキサーに用いるローカル信号は高い周波数精度が求められるため、Phase Locked Loop(PLL)回路を用いて正確な周波数を生成される。ここでは、ミキサーローカル信号はPLL回路114の出力である。
高周波のPLL回路で生成される信号は、多くの場合、正弦波を分周や増幅して生成されるため、PLL回路114が出力するローカル信号のDuty比は50%である。従って、Duty比が50%のDuty50M相クロックをDuty変換回路113でM相バンドパスフィルタ60に必要なDuty比に変換して、M相クロックが得られる。
M相クロックの周波数は、RF信号のキャリア周波数であるから、M相バンドパスフィルタ60の通過帯域の中心周波数は、高い精度でRF入力信号のキャリア周波数と等価である。すなわち、4相バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数は高い精度で設定することができる。
また、RF入力信号の周波数帯域やチャネルが複数あり、周波数帯域やチャネルに応じて、キャリア周波数が変化する場合、PLL回路は、出力周波数を変更できるシンセサイザPLL回路を用いる。その場合、M相クロックの周波数は常に、キャリア周波数となるため、M相バンドパスフィルタ60の通過帯域の中心周波数は常に、RF入力信号のキャリア周波数となる。
このように、M相バンドパスフィルタ160は、通常の受信器が有する周波数変換器に用いるローカル信号と同一の周波数のクロックを用いることができ、また、周波数精度が高く、かつ周波数帯域やチャネルに応じて通過帯域の中心周波数を変えることができることから、RF信号のバンドパスフィルタとして非常に有効な手段とされている。
図15は、図14に示したDuty変換回路の回路構成図で、図16は、図15に示したIQローカル信号と4相クロックのタイミング図である。M=4の場合、図12で示したように、4相クロックのそれぞれの位相差は90度である。ミキサー112がIQ直交ミキサーの場合、ミキサーローカル信号は互いに90度位相がずれたIQローカル信号である。
図15に示したAND回路121乃至124は論理積の動作となり、2つの入力レベルがともにHighのときだけ、出力がHighとなる。AND回路121には、LOQPとLOIPが入力されてLO1が出力され、AND回路122には、LOIPとLOQNが入力されてLO2が出力され、AND回路123には、LOQNとLOINが入力されてLO3が出力され、AND回路124には、LOINとLOQNが入力されてLO4が出力される。
このとき、ローカル信号の周波数が高くなるほど、図15に示したAND回路121乃至124の消費電流が大きくなる。また、M相クロックの波形が鈍ると、スイッチのオンする時間が、本来のクロック周期の1/Mからずれてきて、減衰量が下がるなどの特性劣化を引き起こす。高い周波数で急峻なM相クロックを得るためには、微細な製造プロセスを必要とするなど、製造コストが増大になる。
図17は、図11におけるスイッチを直列に2段接続した場合の4相バンドパスフィルタの回路構成図である。図17に示した4相バンドパスフィルタ240は、スイッチ1435とスイッチ1432にLIPを入力し、スイッチ1437とスイッチ1434にLINを入力し、スイッチ1431とスイッチ1438にLQPを入力し、スイッチ1436とスイッチ1433にLQNを入力する。
すなわち、図15に示したAND回路121乃至124のそれぞれに入力されるローカル信号の組合せと、図17に示したそれぞれの直列接続された2つのスイッチに入力は適切な組み合わせが同じである。それぞれの直列接続された2つのスイッチに入力されたローカル信号が同時にHighになるときのみ、出力信号とインピーダンス素子が接続される。従って、4相クロック生成回路を用いなくとも、4相クロックを用いる場合と等価の動作にすることができる。このように4相クロック生成回路を不要とすることで、消費電力の増大を避けて、必要な製造プロセスの微細化によるコスト増大を抑えることができる。なお、図中符号242はロード抵抗、243はスイッチ群、244はキャパシタ群を示している。
特開2011−82875号公報
"Architectural Evolution of Integrated M−Phase High−Q Bandpass Filters" Ahamad Mirzaei et al. IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I:REGRLAR PAPERS,VOL.59,NO.1 JAN.2012
しかしながら、図17に示したバンドパスフィルタは、スイッチを直列に2段にしたことで、出力信号からインピーダンス素子までの経路におけるスイッチのON抵抗が2倍になり、減衰量の劣化を引き起こすという問題がある。
図18は、図11と図17に示した4相バンドパスフィルタのそれぞれの周波数特性を定性的に比較した図である。図18において、波線が図11に示したバンドパスフィルタの周波数特性を示し、実線が図17に示したバンドパスフィルタの周波数特性を示している。中心周波数に近い狭帯域では、両者の大きな差異はないが、中心周波数から遠くなると、図17に示したバンドパスフィルタの方が、図11に示したバンドパスフィルタに比べて減衰量が小さくなる。
図19は、図17に示したそれぞれのスイッチを並列に2倍に接続にした、4相バンドパスフィルタの回路構成図である。4相バンドパスフィルタ260において、スイッチSW1631乃至SW1638は、図17に示したスイッチSW1431乃至SW1438がそれぞれ並列に2倍されたもので、機能的には同じ動作をする。なお、図中符号263はスイッチ群を示している。
それぞれのスイッチが並列に2倍になったことで、出力信号からインピーダンス素子までの経路におけるスイッチのオン抵抗は、図11に示した場合と等価になる。
しかしながら、出力信号に接続されるスイッチが2倍になると、スイッチによる寄生容量が2倍となり、すなわち、出力信号に接続される寄生容量成分が図11に示した場合よりも2倍となる。図19において、スイッチSW1631乃至SW1634の寄生容量は、非接続の状態であっても出力信号の負荷となるので、ロード抵抗242と合わせてローパルフィルタとして働く。特に、出力信号からは、高い周波数の信号が出力されるので、通過帯域における希望波に対するゲインが下がってしまうという問題がある。
図20は、図11と図19に示した4相バンドパスフィルタのそれぞれの周波数特性を定性的に比較した図である。図20において、波線が図11に示したバンドパスフィルタの周波数特性を示し、実線が図19に示したバンドパスフィルタの周波数特性を示している。
例えば、低雑音増幅器などのゲインが下がると、受信システム全体のノイズフィギュアが劣化するという問題を引き起こす。それを補うためには、増幅器の消費電力が増大する必要がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Duty変換を行うためのDuty変換回路を不要として、消費電力の増大や必要な製造プロセス微細化によるコスト増大を抑えながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができるバンドパスフィルタを提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、入力電流信号を出力電圧信号に変換するロード素子と、4の倍数であるM個のインピーダンス素子からなるインピーダンス素子群と、M/2個の第1のスイッチからなる信号接続スイッチ群と、M/2個の第2のスイッチからなる接地スイッチ群とを備え、前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、同一の前記インピーダンス素子に接続された前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続を制御するクロック群は、互いに位相が異なることを特徴とするバンドパスフィルタである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記インピーダンス素子群の全てのインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、全ての前記インピーダンス素子の一方の端子には、前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチが接続され、前記信号接続スイッチ群の全ての前記第1のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力電圧信号に接続され、前記接地スイッチ群の全ての前記第2のスイッチは、前記インピーダンス素子とグラウンドに接続されていることを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、4の倍数であるM個の第2のインピーダンス素子からなる第2のインピーダンス素子群と、M/2個の第3のスイッチからなる第2の信号接続スイッチ群と、M/2個の第4のスイッチからなる第2の接地スイッチ群とを備え、前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、同一の前記第2のインピーダンス素子に接続された前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続を制御するクロック群は、互いに位相が異なり、前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御され、前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御されることを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記第2のインピーダンス素子群の全ての第2のインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、全ての前記第2のインピーダンス素子の一方の端子には、前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチが接続され、前記第2の信号接続スイッチ群の全ての前記第3のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力電圧信号に接続され、前記第2の接地スイッチ群の全ての前記第4のスイッチは、前記インピーダンス素子とグラウンドに接続されていることを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、入力差動電流信号を出力差動電圧信号に変換するロード素子と、4の倍数であるM個のインピーダンス素子からなるインピーダンス素子群と、M/2個の第1のスイッチからなるポジティブ信号接続スイッチ群と、M/2個の第2のスイッチからなるネガティブ信号接続スイッチ群とを備え、前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、同一の前記インピーダンス素子に接続された前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続を制御するクロックは、互いに位相が異なることを特徴とするバンドパスフィルタである。
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記インピーダンス素子群の全てのインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、全ての前記インピーダンス素子の一方の端子には、前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチが接続され、前記ポジティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第1のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のポジティブノードに接続され、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第2のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のネガティブノードに接続されることを特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の発明において、4の倍数であるM個の第2のインピーダンス素子からなる第2のインピーダンス素子群と、M/2個の第3のスイッチからなる第2のポジティブ信号接続スイッチ群と、M/2個の第4のスイッチからなる第2のネガティブ信号接続スイッチ群とを備え、前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、同一の前記第2のインピーダンス素子に接続された前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続を制御するクロックは、互いに位相が異なり、前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御され、前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御されることを特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、前記第2のインピーダンス素子群の全ての第2のインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、全ての前記第2のインピーダンス素子の一方の端子には、前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチが接続され、前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第3のスイッチは、前記第2のインピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のポジティブノードに接続され、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第4のスイッチは、前記第2のインピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のネガティブノードに接続されることを特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、前記各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なることを特徴とする。
本発明によれば、消費電力の増大や必要な製造プロセス微細化によるコスト増大の要因になるローカル信号のDuty変換回路を不要としながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えたM相のRFバンドパスフィルタを実現することができる。
本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例1の4相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。 図1に示したクロック群のタイミング図である。 本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例2のM相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。 図3に示した第1のスイッチ及び第2のスイッチの接続/非接続を制御するクロック群のタイミング図である。 本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例3のM相差動バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。 本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例4の4相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。 本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例5のM相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。 本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例6のM相差動バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。 一般的なM相バンドパスフィルタの回路構成図である。 図9に示したM相クロック群のタイミング図である。 一般的な4相バンドパスフィルタの回路構成図である。 図11に示した4個のスイッチ群の接続/非接続を制御する4相クロック群のタイミング図である。 図11に示した4相バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。 M相バンドパスフィルタを用いるダイレクトコンバージョン方式の受信器の回路構成図である。 図14に示したDuty変換回路の回路構成図である。 図15に示したIQローカル信号と4相クロックのタイミング図である。 図11におけるスイッチを直列に2段接続した場合の4相バンドパスフィルタの回路構成図である。 図11と図17に示した4相バンドパスフィルタのそれぞれの周波数特性を定性的に比較した図である。 図17に示したそれぞれのスイッチを並列に2倍に接続にした、4相バンドパスフィルタの回路構成図である。 図11と図19に示した4相バンドパスフィルタのそれぞれの周波数特性を定性的に比較した図である。
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。
図1は、本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例1の4相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。図中符号10は4相バンドパスフィルタ、12はロード素子、13は信号接続スイッチ群、14はインピーダンス素子群、15は接地スイッチ群を示している。
本実施例1の4相バンドパスフィルタは、入力電流信号を出力電圧信号に変換するロード素子12と、4の倍数であるM個(本実施例1においてはM=4の4相)のインピーダンス素子Z141乃至Z144からなるインピーダンス素子群14と、2個の第1のスイッチSW131及びSW132からなる信号接続スイッチ群13と、2個の第2のスイッチSW151及びSW152からなる接地スイッチ群15とを備えている。
また、信号接続スイッチ群13の第1のスイッチSW131及びSW132と、接地スイッチ群15の第2のスイッチSW151及びSW152の接続/非接続は、4個のクロックから成るクロック群LIP1及びLIN1/LQP1及びLQN1で制御され、同一の前記インピーダンス素子Z141乃至Z144に接続された信号接続スイッチ群13の第1のスイッチSW131及びSW132と、接地スイッチ群15の第2のスイッチSW151及びSW152の接続/非接続を制御するクロック群LIP1及びLIN1/LQP1及びLQN1は、互いに位相が異なるように構成されている。
また、インピーダンス素子群14の全てのインピーダンス素子Z141乃至Z144は、互いに直列に接続され、全てのインピーダンス素子Z141乃至Z144の一方の端子には、信号接続スイッチ群13の第1のスイッチSW131及びSW132が接続され、もう一方の端子には、接地スイッチ群15の第2のスイッチSW151及びSW152が接続され、信号接続スイッチ群13の全ての第1のスイッチSW131及びSW132は、インピーダンス素子14と出力電圧信号に接続され、接地スイッチ群15の全ての第2のスイッチSW151及びSW152は、インピーダンス素子14とグラウンドに接続されている。
また、上述した各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なるように構成されている。
つまり、本実施例1の4相バンドパスフィルタ10は、入力電流信号を電圧信号に変換して出力するロード素子12と、信号接続スイッチ群13と、インピーダンス素子群14と、接地スイッチ群15とから構成されている。
インピーダンス群14は、4個のインピーダンス素子Z141乃至144から構成され、この4個のインピーダンス素子Z141乃至Z144は、互いに直列接続されている。
また、信号接続スイッチ群13は、2個のスイッチSW131,132から構成されている。また、スイッチSW131の一方の端子は、出力信号に接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z141とZ142に接続されている。また、スイッチSW132の一方の端子は、出力信号に接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z143とZ144に接続されている。
また、接地スイッチ群15は、2個のスイッチSW151,152から構成されている。スイッチSW151の一方の端子は、グランドに接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z151とZ154に接続されている。また、スイッチSW152の一方の端子は、グランドに接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z142とZ143に接続されている。
また、スイッチSW131,132の接続/非接続は、互いに位相が180度異なるDuty比50%のクロックLIP1,LIN1で制御される。また、スイッチSW151,152の接続/非接続は、互いに位相が180度異なるDuty比50%のクロックLQP1,LQN1で制御される。また、クロックLIP1とLQP1は90度位相がずれている。
図2は、図1に示したクロック群のタイミング図である。クロック群LIP1,LIN1,LQP1,LQN1は、周期がTで、Highの区間とLowの区間はT/2であり、つまり、Duty比50%の信号である。また、互いにT/4の遅延差があり、つまり、90度ずつ位相がずれている。
また、クロックLQP1とLIP1がともにHighのときは、図1において、スイッチSW131とスイッチSW151がオンし、インピーダンス素子Z141に出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLIP1とLQN1がともにHighのときは、図1において、スイッチSW131とスイッチSW152がオンし、インピーダンス素子Z142に出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLQN1とLIN1がともにHighのときは、図1において、スイッチSW132とスイッチSW152がオンし、インピーダンス素子Z143に出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLIN1とLQP1がともにHighのときは、図1において、スイッチSW132とスイッチSW151がオンし、インピーダンス素子Z144に出力信号とグランドが接続される。
このように、T/4の時間ずつ、各々のインピーダンス素子が出力信号とグランドに接続され、4相バンドパスフィルタとしての動作をすることがわかる。
上述したように、クロック群LIP1,LIN1,LQP1,LQN1は、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
図11に示した従来の4相バンドパスフィルタは、出力信号に4種類のスイッチが接続されるのに対して、図1に示した本実施例1の4相バンドパスフィルタは、出力信号に2種類のスイッチSW131とSW132のみが接続されている。従って、スイッチのサイズが同じである場合、図1に示した4相バンドパスフィルタにおいて出力信号に接続されるスイッチの寄生容量成分は、図11に示した4相バンドパスフィルタに比べて半分になる。すなわち、図1に示したそれぞれのスイッチを並列に2倍にして接続すると、出力信号に接続されるスイッチの寄生容量成分は、図11に示した4相バンドパスフィルタと等価になる。
一方で、並列に2倍になったスイッチのオン抵抗は1/2になるため、出力信号からグランドまでのトータルのスイッチのオン抵抗は、図11に示した4相バンドパスフィルタと等価になる。従って、図11に示した4相バンドパスフィルタと比較して、減衰量の劣化や希望波の減衰を引き起こすことはない。
以上のように、図1に示した4相バンドパスフィルタは、Duty変換回路を不要として、消費電力の増大や製造プロセスの微細化によるコスト増大を抑えながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができる。
図3は、本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例2のM相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。図中符号30はM相バンドパスフィルタ、32はロード素子、33は信号接続スイッチ群、34はインピーダンス素子群、35は接地スイッチ群を示している。
本実施例2のM相バンドパスフィルタは、入力電流信号を出力電圧信号に変換するロード素子32と、4の倍数であるM個のインピーダンス素子Z341乃至Z34Mからなるインピーダンス素子群34と、M/2個の第1のスイッチSW331乃至SW33(M−1)からなる信号接続スイッチ群33と、M/2個の第2のスイッチSW352乃至SW35Mからなる接地スイッチ群35とを備えている。
また、信号接続スイッチ群33の第1のスイッチSW331乃至SW33(M−1)と、接地スイッチ群35の第2のスイッチSW352乃至SW35Mの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群LO1乃至LO(M−1)/LO(M/2)乃至LO(M/2−2)で制御される。また、同一のインピーダンス素子Z341乃至Z34Mに接続された信号接続スイッチ群33の第1のスイッチSW331乃至SW33(M−1)と、接地スイッチ群35の第2のスイッチSW352乃至SW35Mの接続/非接続を制御するクロック群LO1乃至LO(M−1)/LO(M/2)乃至LO(M/2−2)は、互いに位相が異なるように構成されている。
また、インピーダンス素子群34の全てのインピーダンス素子Z341乃至Z34Mは、互いに直列に接続され、全てのインピーダンス素子Z341乃至Z34Mの一方の端子には、信号接続スイッチ群33の第1のスイッチSW331乃至SW33(M−1)が接続され、もう一方の端子には、接地スイッチ群35の第2のスイッチSW352乃至SW35Mが接続されている。また、信号接続スイッチ群33の全ての第1のスイッチSW331乃至SW33(M−1)は、インピーダンス素子34と出力電圧信号に接続され、接地スイッチ群35の全ての第2のスイッチSW352乃至SW35Mは、インピーダンス素子34とグラウンドに接続されている。
また、上述した各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なるように構成されている。
つまり、本実施例2のM相バンドパスフィルタ30は、入力電流信号を電圧信号に変換して出力するロード素子32と、信号接続スイッチ群33と、インピーダンス群34と、接地スイッチ群35から構成されている。
また、インピーダンス群34は、M個のインピーダンス素子Z341乃至34Mから構成され、このインピーダンス素子Z341乃至Z34Mは、互いに直列接続されている。
また、信号接続スイッチ群33は、M/2個のスイッチSW33(2n−1)から構成されている。ここで、nは1乃至M/2までの整数である。また、スイッチSW33(2n−1)の一方の端子は、出力信号に接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z34(2n−1)とZ34(2n)に接続されている。
また、接地スイッチ群35は、M/2個のスイッチSW35(2n)から構成されている。スイッチSW35(2n)の一方の端子は、グランドに接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z34(2n−1)とZ34(2n)に接続されている。
言い換えると、インピーダンス素子Z34(2n−1)には、スイッチSW33(2n−1)とSW35(2n)が接続され、インピーダンス素子Z34(2n)には、スイッチSW33(2n−1)とSW35(2n+2)が接続されている。
図4は、図3に示した第1のスイッチ及び第2のスイッチの接続/非接続を制御するクロック群のタイミング図で、第1のスイッチSW33(2n−1)と第2のスイッチSW35(2n)の接続/非接続を制御するクロックLO1乃至LOMのタイミング図を示している。
また、クロック群LO1乃至LOMは、周期がTで、Highの区間とLowの区間はT/2であり、つまり、Duty比50%の信号である。また、互いにT/Mの遅延差があり、つまり、360/M度ずつ位相がずれている。
また、スイッチSW33(2n−1)の接続/非接続は、LO(2n−1)で制御される。また、スイッチSW35(2n)の接続/非接続は、LOkで制御される。ここで、nがM/2以下のとき、k=M/2+2n−2、nがM/2より大きいとき、k=2n−M/2である。
また、クロックLO(2n−1)とLOkがともにHighのときは、図3において、スイッチSW33(2n−1)とスイッチSW35(2n)がオンし、インピーダンス素子Z34(2n−1)に出力信号とグランドが接続される。これら2つのクロックLO(2n−1)とLOkを番号付けしている、2n−1とkの差分は、|M/2−1|となり、すなわち、2つのクロックの位相差は(180―360/M)度である。従って、図4からわかるように、インピーダンス素子Z34(2n−1)は、T/Mの時間だけ、出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLO(2n−1)とLO(k+2)がともにHighのときは、図3において、スイッチSW33(2n−1)とスイッチSW35(2n+2)がオンし、インピーダンス素子Z34(2n)に出力信号とグランドが接続されている。これら2つのクロックLO(2n−1)とLO(k+2)を番号付けしている、2n−1と(k+2)の差分は、|M/2+1|となり、すなわち、2つのクロックの位相差は(180+360/M)度である。従って、図4からわかるように、インピーダンス素子Z34(2n)は、T/Mの時間だけ、出力信号とグランドが接続されている。
また、インピーダンス素子Z34(2n−1)が出力信号とグランドが接続されたのち、次に、インピーダンス素子Z34(2n)が出力信号とグランドが接続されることがわかる。
このように、T/Mの時間ずつ、各々のインピーダンス素子が出力信号とグランドに接続され、M相バンドパスフィルタとしての動作をすることがわかる。
上述したように、クロックLO1乃至LOMは、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
図9に示した従来のM相バンドパスフィルタは、出力信号にM種類のスイッチが接続されるのに対して、図3に示した本実施例2のM相バンドパスフィルタは、出力信号にM/2種類のスイッチのみが接続される。従って、スイッチのサイズが同じである場合、図3に示したM相バンドパスフィルタにおいて出力信号に接続されるスイッチの寄生容量成分は、図9に示したM相バンドパスフィルタに比べて半分になる。すなわち、図3に示したそれぞれ同じ働きをするスイッチを並列に2倍にして接続すると、出力信号に接続されるスイッチの寄生容量成分は、図9に示したM相バンドパスフィルタと等価になる。
一方で、並列に2倍になったスイッチのオン抵抗は1/2になるため、RF出力信号からグラウンドまでのトータルのスイッチオン抵抗は、図9に示したM相バンドパスフィルタと等価になる。従って、図9に示したM相バンドパスフィルタと比較して、減衰量の劣化や希望波の減衰を引き起こすことはない。
以上のように、図3に示したM相バンドパスフィルタは、Duty変換を行うためのM相クロック生成回路を不要として、消費電力の増大や必要な製造プロセス微細化によるコスト増大を抑えながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができる。
図5は、本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例3のM相差動バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。図中符号50はM相差動バンドパスフィルタ、52はロード素子、53はポジティブ信号接続スイッチ群、54はインピーダンス素子群、55はネガティブ信号接地スイッチ群を示している。
本実施例3のM相差動バンドパスフィルタは、入力差動電流信号を出力差動電圧信号に変換するロード素子52と、4の倍数であるM個のインピーダンス素子Z541乃至Z54Mからなるインピーダンス素子群54と、M/2個の第1のスイッチSW531乃至SW53(M−1)からなるポジティブ信号接続スイッチ群53と、M/2個の第2のスイッチSW552乃至SW55Mからなるネガティブ信号接続スイッチ群55とを備えている。
また、ポジティブ信号接続スイッチ群53の第1のスイッチSW531乃至SW53(M−1)と、ネガティブ信号接続スイッチ群55の第2のスイッチSW552乃至SW55Mの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群LO1乃至LO(M−1),LO(M/2)乃至LO(M/2−2)で制御される。同一のインピーダンス素子54に接続されたポジティブ信号接続スイッチ群53の第1のスイッチSW531乃至SW53(M−1)と、ネガティブ信号接続スイッチ群55の第2のスイッチSW552乃至SW55Mの接続/非接続を制御するクロックLO1乃至LO(M−1),LO(M/2)乃至LO(M/2−2)は、互いに位相が異なるように構成されている。
また、インピーダンス素子群54の全てのインピーダンス素子Z541乃至Z54Mは、互いに直列に接続され、全てのインピーダンス素子Z541乃至Z54Mの一方の端子には、ポジティブ信号接続スイッチ群53の第1のスイッチSW531乃至SW53(M−1)が接続され、もう一方の端子には、ネガティブ信号接続スイッチ群55の第2のスイッチSW552乃至SW55Mが接続されている。また、ポジティブ信号接続スイッチ群53の全ての第1のスイッチSW531乃至SW53(M−1)は、インピーダンス素子Z541乃至Z54Mと出力差動電圧信号のポジティブノードに接続され、ネガティブ信号接続スイッチ群55の全ての第2のスイッチSW552乃至SW55Mは、インピーダンス素子Z541乃至Z54Mと出力差動電圧信号のネガティブノードに接続されている。
また、上述した各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なるように構成されている。
つまり、M相差動バンドパスフィルタ50は、電圧入力差動信号を出力ポジティブ信号と出力ネガティブ信号の差動電圧信号に変換して出力するロード素子52と、ポジティブ信号接続スイッチ群53と、インピーダンス素子群54と、ネガティブ信号接続スイッチ群55から構成されている。なお、インピーダンス素子群54は、図3におけるインピーダンス素子群34と全く同じものである。
また、ポジティブ信号接続スイッチ群53は、図3に示した信号接続スイッチ群33と同じ構成で、図3に示した信号接続スイッチ群33がシングルエンドの出力信号とインピーダンス素子群34を接続していたのに対して、ポジティブ信号接続スイッチ群53は、ポジティブ出力信号とインピーダンス素子群54を接続している。
また、ネガティブ信号接続スイッチ群55は、図3に示した接地スイッチ群35と同じ構成で、図3に示した接地スイッチ群35がグランドとインピーダンス素子群34を接続していたのに対して、ネガティブ信号接続スイッチ群55は、ネガティブ出力信号とインピーダンス素子群54を接続している。
スイッチSW531乃至SW53(M−1)、スイッチSW552乃至SW55Mの接続/非接続を制御するクロック群LO1乃至LOMは、図3に示したM相バンドパスフィルタ30で用いるものと同じく、図4に示したタイミング図に従う。クロック群LO1乃至LOMは、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
以上のように、図5に示した差動信号におけるM相バンドパスフィルタは、Duty変換を行うためのM相クロック生成回路を不要として、消費電力の増大や必要な製造プロセス微細化によるコスト増大を抑えながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができる。
図6は、本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例4の4相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。図中符号60は4相バンドパスフィルタ、16は信号接続スイッチ群、17はインピーダンス素子群、18は接地スイッチ群を示している。なお、図1と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施例4の4相バンドパスフィルタは、図1に示した実施例4のM相バンドパスフィルタの構成に加え、さらに、4の倍数であるM個(本実施例4においてはM=4の4相)のインピーダンス素子Z171乃至Z174からなるインピーダンス素子群17と、2個の第3のスイッチSW161及びSW162からなる信号接続スイッチ群16と、2個の第4のスイッチSW181及びSW182からなる接地スイッチ群18とを備えている。
また、信号接続スイッチ群16の第3のスイッチSW161及びSW162と、接地スイッチ群18の第4のスイッチSW181及びSW182の接続/非接続は、4個のクロックから成るクロック群LQP1及びLQN1/LIP1及びLIN1で制御される。同一の前記インピーダンス素子Z171乃至Z174に接続された信号接続スイッチ群16の第3のスイッチSW161及びSW162と、接地スイッチ群18の第4のスイッチSW181及びSW182の接続/非接続を制御するクロック群LQP1及びLQN1/LIP1及びLIN1は、互いに位相が異なるように構成されている。
また、インピーダンス素子群17の全てのインピーダンス素子Z171乃至Z174は、互いに直列に接続され、全てのインピーダンス素子Z171乃至Z174の一方の端子には、信号接続スイッチ群16の第3のスイッチSW161及びSW162が接続され、もう一方の端子には、接地スイッチ群18の第4のスイッチSW181及びSW182が接続されている。また、信号接続スイッチ群16の全ての第4のスイッチSW161及びSW162は、インピーダンス素子17と出力電圧信号に接続され、接地スイッチ群18の全ての第4のスイッチSW181及びSW182は、インピーダンス素子17とグラウンドに接続されている。
また、上述した各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なるように構成されている。
つまり、本実施例4の4相バンドパスフィルタ60は、入力電流信号を電圧信号に変換して出力するロード素子12と、信号接続スイッチ群13,16と、インピーダンス素子群14,17と、接地スイッチ群15,18とから構成されている。
インピーダンス群17は、4個のインピーダンス素子Z171乃至174から構成され、この4個のインピーダンス素子Z171乃至Z174は、互いに直列接続されている。
また、信号接続スイッチ群16は、2個のスイッチSW161,162から構成されている。また、スイッチSW161の一方の端子は、出力信号に接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z171とZ172に接続されている。また、スイッチSW162の一方の端子は、出力信号に接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z173とZ174に接続されている。
また、接地スイッチ群18は、2個のスイッチSW181,182から構成されている。スイッチSW181の一方の端子は、グランドに接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z171とZ174に接続されている。また、スイッチSW182の一方の端子は、グランドに接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z172とZ173に接続されている。
また、スイッチSW161,162の接続/非接続は、互いに位相が180度異なるDuty比50%のクロックLQP1,LQN1で制御される。また、スイッチSW181,182の接続/非接続は、互いに位相が180度異なるDuty比50%のクロックLIP1,LIN1で制御される。また、クロックLIP1とLQP1は90度位相がずれている。
スイッチSW161乃至SW162、スイッチSW181乃至SW182の接続/非接続を制御するクロック群LQP1及びLQN1/LIP1及びLIN1は、図2に示したM相バンドパスフィルタ10で用いるものと同じく、図2に示したタイミング図に従う。クロック群LQP1及びLQN1/LIP1及びLIN1は、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
また、クロックLQP1とLIP1がともにHighのときは、図6において、スイッチSW161とスイッチSW181がオンし、インピーダンス素子Z171に出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLQP1とLIN1がともにHighのときは、図6において、スイッチSW161とスイッチSW182がオンし、インピーダンス素子Z172に出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLQN1とLIN1がともにHighのときは、図6において、スイッチSW132とスイッチSW182がオンし、インピーダンス素子Z173に出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLQN1とLIP1がともにHighのときは、図6において、スイッチSW162とスイッチSW181がオンし、インピーダンス素子Z174に出力信号とグランドが接続される。
このように、T/4の時間ずつ、各々のインピーダンス素子が出力信号とグランドに接続され、4相バンドパスフィルタとしての動作をすることがわかる。
上述したように、クロック群LIP1,LIN1,LQP1,LQN1は、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
図1に示した本実施例1の4相バンドパスフィルタは、出力信号に2種類のスイッチが接続されるのに対して、図6に示した本実施例4の4相バンドパスフィルタは、出力信号に4種類のスイッチSW131,SW132,SW161,SW162の4種類のスイッチが接続されている。従って、スイッチのサイズを図1の4相バンドパスフィルタの1/2にした場合、図6に示した4相バンドパスフィルタにおいて出力信号に接続されるスイッチの寄生容量成分は、図1の4相バンドパスフィルタと等価になる。
また、1/2になったスイッチのオン抵抗は2倍になるが、出力信号からグランドまで同時に2つの経路ができるため、トータルのスイッチのオン抵抗は、図1の4相バンドパスフィルタと等価になる。
以上のように、図6に示した4相バンドパスフィルタは、Duty変換回路を不要として、消費電力の増大や製造プロセスの微細化によるコスト増大を抑えながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができる。
さらに、図6に示した4相バンドパスフィルタでは、クロック群LIP1,LIN1,LQP1,LQN1とスイッチ群13とスイッチ群16を介した出力信号との関係及びクロック群LIP1,LIN1,LQP1,LQN1とスイッチ群15とスイッチ群18を介したグランドとの関係が対称であるため、クロック群LIP1,LIN1,LQP1,LQN1の寄生容量にミスマッチが生じないという効果がある。
図7は、本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例5のM相バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。図中符号70はM相バンドパスフィルタ、36は信号接続スイッチ群、37はインピーダンス素子群、38は接地スイッチ群を示している。なお、図3と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施例5のM相バンドパスフィルタは、図3に示した実施例2のM相バンドパスフィルタの構成に加え、さらに、4の倍数であるM個のインピーダンス素子Z371乃至Z37Mからなるインピーダンス素子群37と、M/2個の第3のスイッチSW361乃至SW36(M−1)からなる信号接続スイッチ群36と、M/2個の第4のスイッチSW382乃至SW38Mからなる接地スイッチ群38とを備えている。
また、信号接続スイッチ群36の第3のスイッチSW361乃至SW36(M−1)と、接地スイッチ群38の第4のスイッチSW382乃至SW38Mの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群LO(M/2)乃至LO(M/2−2)/LO1乃至LO(M−1)で制御される。同一のインピーダンス素子Z371乃至Z37Mに接続された信号接続スイッチ群36の第3のスイッチSW361乃至SW36(M−1)と、接地スイッチ群38の第4のスイッチSW382乃至SW38Mの接続/非接続を制御するクロック群LO(M/2)乃至LO(M/2−2)/LO1乃至LO(M−1)は、互いに位相が異なるように構成されている。
また、インピーダンス素子群37の全てのインピーダンス素子Z371乃至Z37Mは、互いに直列に接続され、全てのインピーダンス素子Z371乃至Z37Mの一方の端子には、信号接続スイッチ群36の第3のスイッチSW361乃至SW36(M−1)が接続され、もう一方の端子には、接地スイッチ群38の第4のスイッチSW382乃至SW38Mが接続されている。また、信号接続スイッチ群36の全ての第3のスイッチSW361乃至SW36(M−1)は、インピーダンス素子37と出力電圧信号に接続され、接地スイッチ群38の全ての第4のスイッチSW382乃至SW38Mは、インピーダンス素子37とグラウンドに接続されている。
また、上述した各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なるように構成されている。
つまり、本実施例5のM相バンドパスフィルタ70は、入力電流信号を電圧信号に変換して出力するロード素子32と、信号接続スイッチ群33,36と、インピーダンス群34,37と、接地スイッチ群35,38から構成されている。
また、インピーダンス群37は、M個のインピーダンス素子Z371乃至37Mから構成され、このインピーダンス素子Z371乃至Z37Mは、互いに直列接続されている。
また、信号接続スイッチ群36は、M/2個のスイッチSW36(2n−1)から構成されている。ここで、nは1乃至M/2までの整数である。また、スイッチSW36(2n−1)の一方の端子は、出力信号に接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z37(2n−1)とZ37(2n)に接続されている。
また、接地スイッチ群38は、M/2個のスイッチSW38(2n)から構成されている。スイッチSW38(2n)の一方の端子は、グランドに接続され、もう一方の端子は、インピーダンス素子Z37(2n−1)とZ37(2n)に接続されている。
言い換えると、インピーダンス素子Z37(2n−1)には、スイッチSW36(2n−1)とSW38(2n)が接続され、インピーダンス素子Z37(2n)には、スイッチSW36(2n−1)とSW38(2n+2)が接続される。
スイッチSW361乃至SW36(M−1)、スイッチSW382乃至SW38Mの接続/非接続を制御するクロック群LO1乃至LOMは、図4に示したM相バンドパスフィルタ30で用いるものと同じく、図4に示したタイミング図に従う。クロック群LO1乃至LOMは、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
また、スイッチSW36(2n−1)の接続/非接続は、LOkで制御される。また、スイッチSW38(2n)の接続/非接続は、LO(2n−1)で制御される。ここで、nがM/2以下のとき、k=M/2+2n−2、nがM/2より大きいとき、k=2n−M/2である。
また、クロックLO(2n−1)とLOkがともにHighのときは、図7において、スイッチSW36(2n−1)とスイッチSW38(2n)がオンし、インピーダンス素子Z37(2n−1)に出力信号とグランドが接続される。これら2つのクロックLO(2n−1)とLOkを番号付けしている、2n−1とkの差分は、|M/2−1|となり、すなわち、2つのクロックの位相差は(180―360/M)度である。従って、図4からわかるように、インピーダンス素子Z37(2n−1)は、T/Mの時間だけ、出力信号とグランドが接続される。
また、クロックLO(2n−1)とLO(k+2)がともにHighのときは、図7において、スイッチSW36(2n−1)とスイッチSW38(2n+2)がオンし、インピーダンス素子Z37(2n)に出力信号とグランドが接続される。これら2つのクロックLO(2n−1)とLO(k+2)を番号付けしている、2n−1と(k+2)の差分は、|M/2+1|となり、すなわち、2つのクロックの位相差は(180+360/M)度である。従って、図4からわかるように、インピーダンス素子Z37(2n)は、T/Mの時間だけ、出力信号とグランドが接続される。
また、インピーダンス素子Z37(2n−1)が出力信号とグランドが接続されたのち、次に、インピーダンス素子Z37(2n)が出力信号とグランドが接続されることがわかる。
このように、T/Mの時間ずつ、各々のインピーダンス素子が出力信号とグランドに接続され、M相バンドパスフィルタとしての動作をすることがわかる。
上述したように、クロックLO1乃至LOMは、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
図3に示した本実施例2のM相バンドパスフィルタは、出力信号にM/2種類のスイッチが接続されるのに対して、図7に示した本実施例5のM相バンドパスフィルタは、出力信号にM種類のスイッチSW331乃至SW33(M−1)およびスイッチSW361乃至SW36(M−1)のM種類のスイッチが接続されている。従って、スイッチのサイズを図3のM相バンドパスフィルタの1/2にした場合、図7に示したM相バンドパスフィルタにおいて出力信号に接続されるスイッチの寄生容量成分は、図3のM相バンドパスフィルタと等価になる。
また、1/2になったスイッチのオン抵抗は2倍になるが、出力信号からグランドまで同時に2つの経路ができるため、トータルのスイッチのオン抵抗は、図3のM相バンドパスフィルタと等価になる。
以上のように、図7に示したM相バンドパスフィルタは、Duty変換を行うためのM相クロック生成回路を不要として、消費電力の増大や必要な製造プロセス微細化によるコスト増大を抑えながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができる。
さらに、図7に示したM相バンドパスフィルタでは、クロック群LO1乃至LO(M/2)とスイッチ群33とスイッチ群36を介した出力信号との関係及びクロック群LO1乃至LO(M/2)とスイッチ群35とスイッチ群38を介したグランドとの関係が対称であるため、クロック群LO1乃至LO(M/2)の寄生容量にミスマッチが生じないという効果がある。
図8は、本発明に係るバンドパスフィルタにおける実施例6のM相差動バンドパスフィルタを説明するための回路構成図である。図中符号80はM相差動バンドパスフィルタ、56はポジティブ信号接続スイッチ群、57はインピーダンス素子群、58はネガティブ信号接地スイッチ群を示している。なお、図5と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施例6のM相差動バンドパスフィルタは、図5に示した実施例3のM相バンドパスフィルタの構成に加え、さらに、4の倍数であるM個のインピーダンス素子Z571乃至Z57Mからなるインピーダンス素子群57と、M/2個の第3のスイッチSW561乃至SW56(M−1)からなるポジティブ信号接続スイッチ群56と、M/2個の第4のスイッチSW582乃至SW58Mからなるネガティブ信号接続スイッチ群58とを備えている。
また、ポジティブ信号接続スイッチ群56の第3のスイッチSW561乃至SW56(M−1)と、ネガティブ信号接続スイッチ群58の第4のスイッチSW582乃至SW58Mの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群LO(M/2)乃至LO(M/2−2),LO1乃至LO(M−1)で制御される。同一のインピーダンス素子57に接続されたポジティブ信号接続スイッチ群56の第3のスイッチSW561乃至SW56(M−1)と、ネガティブ信号接続スイッチ群58の第4のスイッチSW582乃至SW58Mの接続/非接続を制御するクロックLO(M/2)乃至LO(M/2−2),LO1乃至LO(M−1)は、互いに位相が異なるように構成されている。
また、インピーダンス素子群57の全てのインピーダンス素子Z571乃至Z57Mは、互いに直列に接続され、全てのインピーダンス素子Z571乃至Z57Mの一方の端子には、ポジティブ信号接続スイッチ群56の第3のスイッチSW561乃至SW56(M−1)が接続され、もう一方の端子には、ネガティブ信号接続スイッチ群58の第4のスイッチSW582乃至SW58Mが接続されている。また、ポジティブ信号接続スイッチ群56の全ての第3のスイッチSW561乃至SW56(M−1)は、インピーダンス素子Z571乃至Z57Mと出力差動電圧信号のポジティブノードに接続され、ネガティブ信号接続スイッチ群58の全ての第4のスイッチSW582乃至SW58Mは、インピーダンス素子Z571乃至Z57Mと出力差動電圧信号のネガティブノードに接続されている。
また、上述した各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なるように構成されている。
つまり、M相差動バンドパスフィルタ80は、電圧入力差動信号を出力ポジティブ信号と出力ネガティブ信号の差動電圧信号に変換して出力するロード素子52と、ポジティブ信号接続スイッチ群53,56と、インピーダンス素子群54,57と、ネガティブ信号接続スイッチ群55,58から構成されている。なお、インピーダンス素子群57は、図7におけるインピーダンス素子群37と全く同じものである。
また、ポジティブ信号接続スイッチ群56は、図7に示した信号接続スイッチ群36と同じ構成で、図7に示した信号接続スイッチ群36がシングルエンドの出力信号とインピーダンス素子群37を接続していたのに対して、ポジティブ信号接続スイッチ群56は、ポジティブ出力信号とインピーダンス素子群57を接続している。
また、ネガティブ信号接続スイッチ群58は、図7に示した接地スイッチ群38と同じ構成で、図7に示した接地スイッチ群38がグランドとインピーダンス素子群37を接続していたのに対して、ネガティブ信号接続スイッチ群58は、ネガティブ出力信号とインピーダンス素子群57を接続している。
スイッチSW561乃至SW56(M−1)、スイッチSW562乃至SW56Mの接続/非接続を制御するクロック群LO1乃至LOMは、図7に示したM相バンドパスフィルタ70で用いるものと同じく、図4に示したタイミング図に従う。クロック群LO1乃至LOMは、Duty比50%のクロックで、Duty変換回路を必要としない。
以上のように、図8に示した差動信号におけるM相バンドパスフィルタは、Duty変換を行うためのM相クロック生成回路を不要として、消費電力の増大や必要な製造プロセス微細化によるコスト増大を抑えながら、減衰量の劣化や希望波のゲインの減衰を抑えることができる。
さらに、図8に示したM相バンドパスフィルタでは、クロック群LO1乃至LO(M/2)とスイッチ群53とスイッチ群56を介したポジティブ出力信号との関係及びクロック群LO1乃至LO(M/2)とスイッチ群55とスイッチ群58を介したネガティブ出力信号との関係が対称であるため、クロック群LO1乃至LO(M/2)の寄生容量にミスマッチが生じないという効果がある。また、ポジティブ出力信号とネガティブ出力信号の寄生容量にミスマッチが生じないという効果がある。
なお、本発明の技術的範囲は、図示され、かつ記載された例示的な実施例に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施例をも含むものである。さらに、本発明の技術的範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって構成されうるものである。
10,60 160 180 240,260 4相バンドパスフィルタ
12,32,52 162 ロード素子
13,16,33,36 信号接続スイッチ群
14,17,34,37,54,57 164 インピーダンス素子群
15,18,35,38 接地スイッチ群
30,70 M相バンドパスフィルタ
50,80 M相差動バンドパスフィルタ
53,56 ポジティブ信号接続スイッチ群
55,58 ネガティブ信号接地スイッチ群
110 受信器
111 GMセル
112 ミキサー
113 Duty変換回路
114 PLL回路
121,122,123,124 AND回路
163,183,243,263 スイッチ群
182,242 ロード抵抗
184,244 キャパシタ群

Claims (9)

  1. 入力電流信号を出力電圧信号に変換するロード素子と、
    4の倍数であるM個のインピーダンス素子からなるインピーダンス素子群と、
    M/2個の第1のスイッチからなる信号接続スイッチ群と、
    M/2個の第2のスイッチからなる接地スイッチ群とを備え、
    前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、
    同一の前記インピーダンス素子に接続された前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続を制御するクロック群は、互いに位相が異なることを特徴とするバンドパスフィルタ。
  2. 前記インピーダンス素子群の全てのインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、
    全ての前記インピーダンス素子の一方の端子には、前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチが接続され、
    前記信号接続スイッチ群の全ての前記第1のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力電圧信号に接続され、
    前記接地スイッチ群の全ての前記第2のスイッチは、前記インピーダンス素子とグラウンドに接続されていることを特徴とする請求項1に記載のバンドパスフィルタ。
  3. 4の倍数であるM個の第2のインピーダンス素子からなる第2のインピーダンス素子群と、
    M/2個の第3のスイッチからなる第2の信号接続スイッチ群と、
    M/2個の第4のスイッチからなる第2の接地スイッチ群とを備え、
    前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、
    同一の前記第2のインピーダンス素子に接続された前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続を制御するクロック群は、互いに位相が異なり、
    前記信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御され、
    前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記接地スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御されることを特徴とする請求項1又は2に記載のバンドパスフィルタ。
  4. 前記第2のインピーダンス素子群の全ての第2のインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、
    全ての前記第2のインピーダンス素子の一方の端子には、前記第2の信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記第2の接地スイッチ群の前記第4のスイッチが接続され、
    前記第2の信号接続スイッチ群の全ての前記第3のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力電圧信号に接続され、
    前記第2の接地スイッチ群の全ての前記第4のスイッチは、前記インピーダンス素子とグラウンドに接続されていることを特徴とする請求項3に記載のバンドパスフィルタ。
  5. 入力差動電流信号を出力差動電圧信号に変換するロード素子と、
    4の倍数であるM個のインピーダンス素子からなるインピーダンス素子群と、
    M/2個の第1のスイッチからなるポジティブ信号接続スイッチ群と、
    M/2個の第2のスイッチからなるネガティブ信号接続スイッチ群とを備え、
    前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、
    同一の前記インピーダンス素子に接続された前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続を制御するクロックは、互いに位相が異なることを特徴とするバンドパスフィルタ。
  6. 前記インピーダンス素子群の全てのインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、
    全ての前記インピーダンス素子の一方の端子には、前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチが接続され、
    前記ポジティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第1のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のポジティブノードに接続され、
    前記ネガティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第2のスイッチは、前記インピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のネガティブノードに接続されることを特徴とする請求項5に記載のバンドパスフィルタ。
  7. 4の倍数であるM個の第2のインピーダンス素子からなる第2のインピーダンス素子群と、
    M/2個の第3のスイッチからなる第2のポジティブ信号接続スイッチ群と、
    M/2個の第4のスイッチからなる第2のネガティブ信号接続スイッチ群とを備え、
    前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、M個のクロックから成るクロック群で制御され、
    同一の前記第2のインピーダンス素子に接続された前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続を制御するクロックは、互いに位相が異なり、
    前記ポジティブ信号接続スイッチ群の前記第1のスイッチと、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御され、
    前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチと、前記ネガティブ信号接続スイッチ群の前記第2のスイッチの接続/非接続は、同じクロック群で制御されることを特徴とする請求項5又は6に記載のバンドパスフィルタ。
  8. 前記第2のインピーダンス素子群の全ての第2のインピーダンス素子は、互いに直列に接続され、
    全ての前記第2のインピーダンス素子の一方の端子には、前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の前記第3のスイッチが接続され、もう一方の端子には、前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の前記第4のスイッチが接続され、
    前記第2のポジティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第3のスイッチは、前記第2のインピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のポジティブノードに接続され、
    前記第2のネガティブ信号接続スイッチ群の全ての前記第4のスイッチは、前記第2のインピーダンス素子と前記出力差動電圧信号のネガティブノードに接続されることを特徴とする請求項7に記載のバンドパスフィルタ。
  9. 前記各スイッチ群のスイッチの接続/非接続を制御する各クロックは、互いに(180−360/M)度だけ位相が異なることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114614771A (zh) * 2022-01-25 2022-06-10 电子科技大学 基于频率连续可调的超宽带射频功率放大器

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