JP2653474B2 - Active filter circuit - Google Patents

Active filter circuit

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JP2653474B2
JP2653474B2 JP63147574A JP14757488A JP2653474B2 JP 2653474 B2 JP2653474 B2 JP 2653474B2 JP 63147574 A JP63147574 A JP 63147574A JP 14757488 A JP14757488 A JP 14757488A JP 2653474 B2 JP2653474 B2 JP 2653474B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は低周波帯に適したアクティブフィルター回
路に関し、容量を他の能動素子と共に集積回路に内部構
成することを特徴とするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to an active filter circuit suitable for a low frequency band, wherein a capacitance is internally formed in an integrated circuit together with other active elements. Is what you do.

(従来の技術) 近年、電子回路の実装密度向上と、コスト低減のた
め、従来より集積回路(IC)の周辺に設けていた容量等
の電子部品をIC内部に構成する試みが盛んに進められて
いる。中でも、フィルター回路における内蔵化はメリッ
トも大きい。
(Prior art) In recent years, in order to increase the packaging density of electronic circuits and reduce costs, attempts have been actively made to configure electronic components such as capacitors conventionally provided around an integrated circuit (IC) inside the IC. ing. Above all, the incorporation into the filter circuit has a great advantage.

IC内に精度の高いフィルター回路を完全内蔵する最も
一般的な方法は、トランスコンダクタンスアンプと容量
からなる積分器を単位構成要素としたアクティブフィル
ター回路を用いることである。
The most common method of completely incorporating a high-precision filter circuit in an IC is to use an active filter circuit that uses a transconductance amplifier and an integrator consisting of a capacitor as unit components.

IC内にフィルターを構成する場合に問題となるのは、
その特性が、抵抗値,容量値等のばらつきにより、設計
特性より大きくずれ,かつばらつくることである。そこ
で、上記トランスコンダクタンス・アンプを用いたアク
ティブフィルターでは、多段に亘るトランスコンダクタ
ンス・アンプの各トランスコンダクタンス(以下gm又
はGmとする)に、比例関係をもたせるようにしている。
これにより、抵抗値,容量値の絶対ばらつきについて補
正でき、特性精度を抵抗と容量の比精度によって抑える
ことができる。ICでは、抵抗,容量の比精度は高くとれ
るため、上記gmの比例調整によって得られるフィルタ
ー特性のばらつきは、実用上問題とならなくすることが
できる。また、このようなトランスコンダクタンス・ア
ンプのgmを調整する方法は、調整範囲が広く、しかも
歪みが少ないという利点を持っている。
The problem when configuring filters in ICs is
The characteristic is largely deviated and varied from the design characteristic due to variations in resistance value, capacitance value and the like. Therefore, in the active filter using the transconductance amplifier, each transconductance (hereinafter referred to as gm or Gm) of the multistage transconductance amplifier has a proportional relationship.
As a result, it is possible to correct the absolute variation of the resistance value and the capacitance value, and it is possible to suppress the characteristic accuracy by the ratio accuracy between the resistance and the capacitance. In an IC, since the precision of the ratio between the resistance and the capacitance can be high, the variation in the filter characteristics obtained by the proportional adjustment of gm can be made practically no problem. Further, such a method of adjusting gm of the transconductance amplifier has an advantage that the adjustment range is wide and distortion is small.

第3図に上記アクティブフィルターの一例として2次
のローパスフィルターを示す。
FIG. 3 shows a secondary low-pass filter as an example of the active filter.

第3図に示すローパスフィルターは、縦列接続した演
算増幅器(オペアンプ)によるトランスコンダクタンス
・アンプ7,8の各出力端と基準電位点との間にそれぞれ
コンデンサC3,C4を接続し、後段のトランスコンダクタ
ンス・アンプ8の出力端に現れる信号を、それぞれ前段
トランスコンダクタンス・アンプ7及び後段アンプ8の
各反転入力端に負帰還している。そして、入力信号は、
入力端子5を介して前段トランスコンダクタンス・アン
プ7の非反転入力端に入力し、出力信号は後段トランス
コンダクタンス・アンプ8の前記負帰還信号であり、出
力端子6に導出している。
In the low-pass filter shown in FIG. 3, capacitors C3 and C4 are connected between the output terminals of the transconductance amplifiers 7 and 8 and the reference potential point, respectively. The signal appearing at the output terminal of the amplifier 8 is negatively fed back to the inverting input terminals of the pre-stage transconductance amplifier 7 and the post-stage amplifier 8, respectively. And the input signal is
The signal is input to the non-inverting input terminal of the pre-stage transconductance amplifier 7 via the input terminal 5, and the output signal is the negative feedback signal of the post-stage transconductance amplifier 8, and is output to the output terminal 6.

この回路の伝達関数を求めると、次式のように表わさ
れる。
When the transfer function of this circuit is obtained, it is expressed by the following equation.

ここで、 である。 here, It is.

このような構成の回路によって、例えば帯域を20[KH
z]に制限するオーディオ帯のローパスフィルターをIC
内に実現することを考える。オーディオ帯の時定数はIC
内で実現する場合、相当大きなものである。つまり、ω
0を示す(2)式で、小さなω0を実現するためには、
C3,C4を大きくする、gm3,gm4を小さくする、とい
う2つの手段が考えられる。このうち,は、IC内での
チップ面積を増大させることになるので、コスト高とな
って不経済である。そこで、あまり容量を大きくするこ
と無く、低周波帯の特性を満足させるためにはの方法
との併用を考える。そこでの方法を検討する。
With a circuit having such a configuration, for example, a band of 20 [KH
z] IC audio band low-pass filter
Think about realizing within. Audio band time constant is IC
If implemented within, it is quite large. That is, ω
In order to realize a small ω0 by the equation (2) showing 0,
Two means of increasing C3 and C4 and decreasing gm3 and gm4 can be considered. Of these, the chip area in the IC is increased, which increases the cost and is uneconomical. Therefore, in order to satisfy the characteristics in the low frequency band without increasing the capacity, a combination with the above method is considered. Consider the method there.

の方法を検討するために、代表的なトランスコンダ
クタンス・アンプの具体例を挙げて更に詳細に説明す
る。
In order to study the method described above, a specific example of a typical transconductance amplifier will be described in further detail.

第4図は入力差動段,第2差動段,電流折返し段にて
構成するトランスコンダクタンス・アンプの最も一般的
な具体的回路例である。端子15,16に差動入力信号電圧V
inが掛かり、この信号電圧Vinは、入力差動トランジス
タQ1,Q2のベースに加わる。トランジスタQ1とQ2は、エ
ミッタ間に抵抗RE,REの直列接続を接続し、この直列接
続の交点と基準電位点との間にバイアス電流源2I1を接
続している。
FIG. 4 shows an example of the most general concrete circuit of a transconductance amplifier composed of an input differential stage, a second differential stage, and a current folding stage. Differential input signal voltage V at terminals 15 and 16
and the signal voltage Vin is applied to the bases of the input differential transistors Q1 and Q2. The transistors Q1 and Q2 have a series connection of the resistors RE and RE connected between the emitters, and a bias current source 2I1 connected between an intersection of the series connection and a reference potential point.

第2差動段は、トランジスタQ3〜Q6にて構成されてい
る。これらトランジスタQ3〜Q6は、いわゆるギルバート
のゲインセルを成し、固定電圧源VBがベースに加えら
れたトランジスタQ3,Q4をトランジスタQ1,Q2とカスコー
ド接続し、バイアス電流源2I2で駆動するようにしたト
ランジスタQ5,Q6は、トランジスタQ1,Q2のコレクタから
の信号をベースに入力し、コレクタより、電流源I3〜I8
にて構成する電流折返し段を介して、端子17に出力信号
電流Ioutを導出している。尚、端子18からの制御電圧Va
は、バイアス電流源2I2の値を調整でき、これによりGm
値を可変することができる。
The second differential stage includes transistors Q3 to Q6. These transistors Q3 to Q6 form a so-called Gilbert gain cell, in which transistors Q3 and Q4 having a fixed voltage source VB added to the base are cascode-connected to transistors Q1 and Q2, and are driven by a bias current source 2I2. Q5 and Q6 input signals from the collectors of the transistors Q1 and Q2 to the base, and the current sources I3 to I8
The output signal current Iout is derived to the terminal 17 via the current folding stage constituted by. The control voltage Va from the terminal 18
Can adjust the value of the bias current source 2I2, which
The value can be changed.

このような回路は、入力信号電圧Vinは、直列抵抗R
E,REによる2REの抵抗値で電流に変換され、この電流
が、トランジスタQ1及びQ2と、トランジスタQ5及びQ6の
コレクタ・エミッタ路を流れ、これらの各バイアス電流
I1,I2によって制御されて、トランジスタQ5,Q6のコレク
タに、GmによってVinに比例した差動電流が現れる。こ
れを電流折返し段によりシングル電流に変換して出力信
号としている。
In such a circuit, the input signal voltage Vin is equal to the series resistance R
The current is converted into a current by the resistance value of 2RE by E and RE, and this current flows through the collector-emitter paths of the transistors Q1 and Q2 and the transistors Q5 and Q6.
Controlled by I1 and I2, a differential current proportional to Vin appears at the collectors of the transistors Q5 and Q6 due to Gm. This is converted into a single current by a current folding stage and used as an output signal.

この回路のトランスコンダクタンスGmは、 で表わすことができる。The transconductance Gm of this circuit is Can be represented by

また、この回路のノイズは、トランジスタQ3〜Q6のベ
ース抵抗の熱雑音と、コレクタ電流のショット電流が支
配的である。このうち,ベース抵抗の熱雑音について
は、IC製造工程での低ノイズプロセスを選び、トランジ
スタの形状を工夫することによって、減少させることが
可能である。
The noise of this circuit is dominated by the thermal noise of the base resistors of the transistors Q3 to Q6 and the shot current of the collector current. Among them, the thermal noise of the base resistor can be reduced by selecting a low noise process in the IC manufacturing process and devising the shape of the transistor.

コレクタ電流については、出力電流IoutのS/Nを劣化
する。先ず、トランジスタQ3,Q4のコレクタショット電
流▲▼は、 トランジスタQ5,Q6のコレクタショット電流▲▼
は、 ▲▼=2qI2Δf ……(5) 但し、Δfは雑音帯域幅、qは電子の電荷を表わす。
これより、端子17に現れるトータル雑音電流は、上記雑
音以外の雑音を無視すると、 一方、端子17に現れる信号電流は、(3)式を用いて、 (6),(7)式より、端子17での電流のS/Nは、 こうして、第4図に示したトランスコンダクタンス・ア
ンプにおける出力電流IoutのS/Nが求まる。
As for the collector current, the S / N of the output current Iout is deteriorated. First, collector shot current ▲ ▼ 2 of the transistor Q3, Q4 is, Collector shot current of the transistor Q5, Q6 ▲ ▼ 2
Is: ▲ ▼ 2 = 2qI2Δf (5) where Δf is a noise bandwidth and q is an electron charge.
From this, the total noise current appearing at the terminal 17 is On the other hand, the signal current appearing at the terminal 17 is expressed by the following equation (3). From equations (6) and (7), the S / N of the current at terminal 17 is Thus, the S / N of the output current Iout in the transconductance amplifier shown in FIG. 4 is obtained.

さて、のgm3,gm4を小さくする方法によって特性を
満足しようとすると、(3)式より、RE I1を大きく
する、I2を小さくする、という2つの手段が考えられ
る。
Now, in order to satisfy the characteristics by the method of reducing gm3 and gm4, there are two means of increasing RE I1 and decreasing I2 from equation (3).

しかしながら、上記との手段は、(8)式により
出力電流のS/Nを導いた結果、RE I1を大きくしても、I
2を小さくしても、S/Nが悪化してしまい、オーディオ信
号帯のフィルターとしては致命的であることが判る。
However, the above means is that even if RE I1 is increased as a result of deriving the S / N of the output current by equation (8),
Even if the value of 2 is reduced, the S / N ratio is degraded, which indicates that the filter is fatal for an audio signal band filter.

尚、実際に、このようなトランスコンダクタンス・ア
ンプをキャパシタとの組み合わせで実現させたフィルタ
ー回路のS/Nは、構成法及びフィルターの各種定数によ
り変化するもので、(8)式で定まるS/Nと一致するも
のではないが、フィルター特性に合わせて構成法と各定
数を決めてしまえば、フィルター全体のS/Nはトランス
コンダクタンス・アンプ単独のS/Nに対応して変化する
ものなので、本明細書では、S/Nが(8)式のみによっ
て定まるものと仮定して説明する。
In fact, the S / N of a filter circuit that realizes such a transconductance amplifier in combination with a capacitor varies depending on the configuration method and various constants of the filter, and is determined by the equation (8). Although it is not the same as N, if the configuration method and each constant are determined according to the filter characteristics, the S / N of the entire filter will change according to the S / N of the transconductance amplifier alone, In this specification, the description will be made assuming that the S / N is determined only by the equation (8).

(発明が解決しようとする課題) トランスコンダクタンス・アンプの出力端に容量を接
続して構成するアクティブフィルター回路は、容量内蔵
で低周波帯のフィルター回路を構成する場合、実用上、
容量の大きさが制限されるので、トランスコンダクタン
スを小さくする手段との併用により、低周波帯のフィル
ターを満足する特性を実現している。しかし、トランス
コンダクタンスを小さくすることは、S/Nの悪化を招
き、十分に容量を小さくすることができないという問題
があった。
(Problem to be Solved by the Invention) An active filter circuit configured by connecting a capacitor to the output terminal of a transconductance amplifier is practically used when a low-frequency band filter circuit is built with a built-in capacitor.
Since the size of the capacitance is limited, a characteristic satisfying the filter in the low frequency band is realized by using together with the means for reducing the transconductance. However, reducing the transconductance causes a deterioration in S / N, and has a problem that the capacity cannot be sufficiently reduced.

この発明は上記問題点を除去し、S/Nの悪化と容量の
狭小化が対立した設計制約ファクターとならず、低周波
帯のフィルターとして十分な特性を満足する全IC化が可
能なアクティブフィルター回路の提供を目的とする。
The present invention eliminates the above-described problems, and does not become a design constraint factor where deterioration of S / N and narrowing of capacity are opposed, and an active filter that can be fully integrated as a low-frequency band filter and satisfies sufficient characteristics. The purpose is to provide a circuit.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は、反転入力端と出力端との間を直接又は抵
抗を介して接続した演算増幅器の非反転入力端と前記出
力端との間に、直列接続を成す第1,第2の抵抗を接続
し、前記非反転入力端に一端が基準電位点又は所定信号
路に接続されたキャパシタの他端を接続して成る容量増
倍回路と、入力信号と所定帰還信号との差動入力電圧に
比例した電流を出力として出力端に導出し、この出力端
を前記第1,第2の抵抗の接続交点に接続したトランスコ
ンダクタンス・アンプとを有し、前記トランスコンダク
タンス・アンプの入力を前記容量増倍回路と前記トラン
スコンダクタンス・アンプとの組合せの入力とし、前記
組合せの出力を前記演算増幅器の前記出力端から得て、
前記組合せを単独或いは複数個同一の集積回路に搭載し
て構成したことを特徴とするものである。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention relates to a circuit between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier connected directly or via a resistor between an inverting input terminal and an output terminal. A capacitance multiplication circuit formed by connecting first and second resistors connected in series to each other, and connecting the non-inverting input terminal to one end of a capacitor connected to a reference potential point or a predetermined signal path. And a transconductance amplifier having a current proportional to the differential input voltage of the input signal and the predetermined feedback signal as an output to an output terminal, and connecting the output terminal to a connection intersection of the first and second resistors. Having an input of the transconductance amplifier as an input of a combination of the capacitance multiplying circuit and the transconductance amplifier, and obtaining an output of the combination from the output terminal of the operational amplifier;
The present invention is characterized in that a single or a plurality of the combinations are mounted on the same integrated circuit.

(作用) このような構成によれば、容量増倍回路は、増幅率1
の演算増幅器における入力端に、容量値が第1,第2の抵
抗の比によって定まる割合だけ増倍された容量素子と等
価となる。従って、このような容量増倍回路をトランス
コンダクタンス・アンプの出力端に接続することで、実
際に用いたキャパシタより大きな容量によるフィルター
効果が得られ、トランスコンダクタンスを小さくするこ
となしに、低周波帯の所定共振周波数に合わせた時定数
を実現し、S/Nの改善と小容量化を図り、低周波帯フィ
ルターの完全IC化を実現する。
(Operation) According to such a configuration, the capacity multiplier circuit has an amplification factor of 1
Is equivalent to a capacitive element whose capacitance value is multiplied by a ratio determined by the ratio between the first and second resistors at the input terminal of the operational amplifier. Therefore, by connecting such a capacitance multiplication circuit to the output terminal of the transconductance amplifier, a filter effect can be obtained with a capacitance larger than that of an actually used capacitor, and a low-frequency band can be obtained without reducing the transconductance. Realizing a time constant in accordance with the predetermined resonance frequency, improving the S / N and reducing the capacitance, and realizing a complete IC of the low frequency band filter.

(実施例) 以下、この発明を図示の実施例によって説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments.

第1図はこの発明に係るアクティブフィルター回路の
一実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of an active filter circuit according to the present invention.

第1図に示す回路は、2次のローパスフィルター回路
を示し、入力端子1にはオーディオ帯域の低周波信号が
入力している。この端子1からの信号は、gm1なる定数
を有するトランスコンダクタンス・アンプ3の非反転入
力端に入る。トランスコンダクタンス・アンプ3の電流
出力端に現れる信号は、抵抗R1を介して次段トランスコ
ンダクタンス・アンプ4の非反転入力端に導入すると共
に、抵抗R2を介して演算増幅器OP1の非反転入力端に導
く。この演算増幅器OP1の非反転入力端と基準電位点と
の間には、キャパシタC1を接続してある。また、演算増
幅器OP1の反転入力端と出力端とは、互いに短絡されて
前記次段トランスコンダクタンス・アンプ4の非反転入
力端に接続している。
The circuit shown in FIG. 1 shows a second-order low-pass filter circuit, and an input terminal 1 receives a low-frequency signal in an audio band. The signal from the terminal 1 enters the non-inverting input terminal of the transconductance amplifier 3 having a constant gm1. The signal appearing at the current output terminal of the transconductance amplifier 3 is introduced to the non-inverting input terminal of the next stage transconductance amplifier 4 via the resistor R1 and to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 via the resistor R2. Lead. A capacitor C1 is connected between the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 and a reference potential point. The inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1 are short-circuited to each other and connected to the non-inverting input terminal of the next-stage transconductance amplifier 4.

トランスコンダクタンス・アンプ4の電流出力端側に
も、上記抵抗R1,R2,キャパシタC1及び演算増幅器OP1に
よる回路と同じ構成の回路が接続してある。即ち,トラ
ンスコンダクタンス・アンプ4の出力端は、抵抗R3を介
して出力端子2に接続すると共に、抵抗R4,キャパシタC
2を介して基準電位点に接続している。キャパシタC2と
抵抗R4との接続交点は、演算増幅器OP2の非反転入力端
に接続し、演算増幅器OP2の反転入力端と出力端とは、
互いに接続して出力端子2に接続している。そして、出
力端子2に現れる出力信号は、トランスコンダクタンス
・アンプ3及び4の各反転入力端に負帰還信号として供
給するようにしている。
A circuit having the same configuration as the circuit including the resistors R1 and R2, the capacitor C1, and the operational amplifier OP1 is also connected to the current output terminal of the transconductance amplifier 4. That is, the output terminal of the transconductance amplifier 4 is connected to the output terminal 2 via the resistor R3, and the resistor R4 and the capacitor C
2 is connected to the reference potential point. The connection intersection between the capacitor C2 and the resistor R4 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2, and the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP2 are
They are connected to each other and to the output terminal 2. The output signal appearing at the output terminal 2 is supplied to each inverting input terminal of the transconductance amplifiers 3 and 4 as a negative feedback signal.

本実施例による2次のローパスフィルターは、以上の
ように構成され、次に、その動作を説明する。
The secondary low-pass filter according to the present embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described next.

第1図の回路における各トランスコンダクタンス・ア
ンプ3,4の出力端側に接続した回路は、いずれも第2図
(A)に示すような構成をしている。第2図(A)にお
いて、Pinはトランスコンダクタンス・アンプ3(4)
からの信号電流の入力端を示し、抵抗RAは、抵抗R1(R
3)に、抵抗RBは抵抗R2(R4)にそれぞれ対応してい
る。また、増幅率Aの演算増幅器12は演算増幅器OP1(O
P2)に対応し、CAはキャパシタC1(C2)に対応してい
る。
The circuits connected to the output terminals of the transconductance amplifiers 3 and 4 in the circuit shown in FIG. 1 have the configuration shown in FIG. 2A. In FIG. 2 (A), Pin is a transconductance amplifier 3 (4).
, The input end of the signal current from the resistor R1.
In 3), the resistor RB corresponds to the resistor R2 (R4). The operational amplifier 12 having the amplification factor A is connected to the operational amplifier OP1 (O
P2), and CA corresponds to the capacitor C1 (C2).

今、トランスコンダクタンス・アンプ3(4)におけ
る電流出力端の出力インピーダンスを無限大とし、同出
力端からの信号電流Iiにより抵抗RAとRBの接続交点
(Pin)に生ずる信号電圧をVi、キャパシタCAの両端に
現れる電圧をVc、抵抗RAを経て出力端に現れる信号電
圧をVoとして第2図(A)に示す回路の式を立てると、 Vo=A(Vc−Vo) ……(10) (9),(10),(11)式を連立して、Vi/IiとVoにつ
いて解くと、 A→∞として近似すると、(12),(13)式は、 Vo=Vc ……(15) となる。
Now, the output impedance of the current output terminal of the transconductance amplifier 3 (4) is set to infinity, the signal voltage generated at the junction (Pin) between the resistors RA and RB by the signal current Ii from the output terminal is Vi, and the capacitor CA is When the voltage appearing at both ends of the circuit is represented by Vc, and the signal voltage appearing at the output terminal via the resistor RA is represented by Vo, a circuit equation shown in FIG. Vo = A (Vc−Vo) (10) By solving equations (9), (10) and (11) simultaneously and solving for Vi / Ii and Vo, Approximating as A → ∞, equations (12) and (13) are Vo = Vc (15)

(14),(15)式より、第2図(A)の回路は、第2
図(B)の回路で表わすことができる。即ち,入力端Pi
nから出力端(Vo)を見ると、演算増幅器12と等価とな
る増幅率1の増幅器12′は、RAとRBの並列接続と、C
Aが された等価容量を直列接続した回路の接続交点に現れる
電圧Vcを増幅して出力端に導出している。つまり、キャ
パシタCAの容量値が、 されて見えることになる。従って、抵抗RA,RBによる倍
率を大きく選べば、小さな容量のキャパシタで等価的に
大きな容量が実現できることを意味する。
From the equations (14) and (15), the circuit in FIG.
It can be represented by the circuit of FIG. That is, the input end Pi
Looking at the output terminal (Vo) from n, an amplifier 12 'having an amplification factor of 1 equivalent to the operational amplifier 12 has a parallel connection of RA and RB,
A is The voltage Vc that appears at the connection intersection of the circuit in which the obtained equivalent capacitances are connected in series is amplified and led out to the output terminal. That is, the capacitance value of the capacitor CA is It will be seen. Therefore, if the magnification by the resistors RA and RB is selected to be large, it means that a large capacitor can be equivalently realized with a small capacitor.

このように、第1図に示す回路は、等価的に容量を増
倍する回路を、従来のキャパシタC3,C4の代わりに設
け、キャパシタC1,C2より容量の大きなキャパシタを接
続したのと同等の効果を得ようとするものである。
In this manner, the circuit shown in FIG. 1 is equivalent to a circuit in which the capacitance is multiplied equivalently provided in place of the conventional capacitors C3 and C4 and a capacitor having a larger capacitance than the capacitors C1 and C2 is connected. The effect is to be obtained.

しかし、上記容量増倍回路がフィルター特性に影響を
与えないようにするためには、信号経路に対し直列に入
る並列抵抗RARBの値が小さいことが要求される。こ
の発明では、容量増倍回路を、トランスコンダクタンス
・アンプの電流出力端に接続することが前提であり、こ
の電流出力端がインピーダンス無限大であることを考慮
すれば、上記並列抵抗が若干の値を有していても、周波
数特性を変えるファクターとはならないことが推察でき
る。ところが、実際には、トランスコンダクタンス・ア
ンプの出力インピーダンスが有限であることと、出力の
ダイナミックレンジが有限であることにより若干の影響
が考えられる。
However, in order to prevent the above-mentioned capacitance multiplying circuit from affecting the filter characteristics, it is required that the value of the parallel resistor RARB that is in series with the signal path be small. In the present invention, it is premised that the capacitance multiplying circuit is connected to the current output terminal of the transconductance amplifier. Considering that the current output terminal has infinite impedance, the parallel resistance has a small value. It can be guessed that even if it has, it does not become a factor that changes the frequency characteristics. However, in practice, a slight influence can be considered due to the finite output impedance of the transconductance amplifier and the finite dynamic range of the output.

上記の影響を除去するためには、RA,RBをその比を変
えないで小さくすれば良い。つまり、容量増倍回路を等
価的内部時定数である の値が、低周波帯(例えばオーディオ帯域)の所定共振
周波数に対応した時定数より十分小さい値(例えば1μ
sec以下)ならば、RAとRBの並列抵抗による影響は無
視できるくらい小さくすることができる。
In order to eliminate the above-mentioned effects, RA and RB may be reduced without changing the ratio. In other words, the capacitance multiplication circuit is an equivalent internal time constant. Is sufficiently smaller than a time constant (for example, 1 μm) corresponding to a predetermined resonance frequency in a low frequency band (for example, an audio band).
(seconds or less), the effect of the parallel resistance of RA and RB can be made negligibly small.

次に、上記容量増倍回路によってどれだけキャパシタ
を小さくできるかを説明する。
Next, a description will be given of how much the capacitor can be reduced by the above-described capacitance multiplication circuit.

第1図の回路で、第3図と同じ周波数特性を得ること
を考える。先ず、両回路のトランスコンダクタンス・ア
ンプ3,4のgm1,gm2は、それぞれgm3,gm4に等しいとす
る。第1図の容量増倍回路を第2図(B)の等価回路を
用いて書替えると、両回路で同じ周波数特性を持たせる
ためには、(2)式を参照して (但し、R12とR3R4は周波数特性に影響を及ぼさな
いような比較的小さな抵抗値に選ぶ)の関係が成立す
る。これは同じ特性を得るのに、C1,C2の容量が、それ
ぞれ従来構成の場合の で済むことになる。具体的に説明すると、例えば、R1:R
2=1:9,R3:R4=1:9とすれば、C1:C2の容量は、10分の1
で済むことになる。容量値の減少はそのままIC回路上で
の面積の削減となり、低コストのアクティブフィルター
ICを構成することができる。
Consider that the circuit of FIG. 1 obtains the same frequency characteristics as in FIG. First, it is assumed that gm1 and gm2 of the transconductance amplifiers 3 and 4 of both circuits are equal to gm3 and gm4, respectively. Rewriting the capacity multiplying circuit of FIG. 1 using the equivalent circuit of FIG. 2 (B), in order to have the same frequency characteristics in both circuits, refer to equation (2). (However, R12 and R3R4 are selected to have a relatively small resistance value which does not affect the frequency characteristic). This means that the same characteristics are obtained, but the capacitances of C1 and C2 are Will be done. More specifically, for example, R1: R
If 2 = 1: 9, R3: R4 = 1: 9, the capacity of C1: C2 is 1/10
Will be done. The reduction of the capacitance value directly reduces the area on the IC circuit, resulting in a low-cost active filter
IC can be configured.

また、上記のような容量の増倍は、そのままトランス
コンダクタンスを増大することになる。
Further, the multiplication of the capacity as described above directly increases the transconductance.

これは、上記とは逆に、第1図の回路と第3図の回路
とで、容量値が等しい(C3=C1,C4=C2)という条件と
なる。従ってこの場合には、gm1,gm2の値が、 になる。例えばR1:R2=1:9,R3:R4=1:9とすれば、gm1,
gm2は、それぞれ10倍になる。
This is a condition that, contrary to the above, the capacitance values of the circuit of FIG. 1 and the circuit of FIG. 3 are equal (C3 = C1, C4 = C2). Therefore, in this case, the values of gm1 and gm2 are become. For example, if R1: R2 = 1: 9 and R3: R4 = 1: 9, gm1,
gm2 is 10 times each.

ここで、第4図の具体回路で考える。(3)式の分子
RE I1は、入力ダイナミックレンジがVinの最大値VinMA
X以上である必要性と(無歪み条件)、この条件下でで
きるだけS/Nを得たいという相反する関係から、VinMAX
より僅かに大きな値に選ぶ。また、RE I1は、最適設計
がなされるならば、変更不要であるので、固定値とす
る。今、gm1,gm2を大きくしてS/Nを得ようとするた
め、I1,I2を10倍にし、REを10分の1にする。これは、
RE I1を変えずに、Gmを10倍することになる。この場
合、(8)式より、トランスコンダクタンス・アンプの
S/Nは、 即ち,10[dB]アップすることになる。
Here, consider the specific circuit of FIG. The numerator RE I1 in the expression (3) is the maximum value VinMA of the input dynamic range Vin.
Because of the contradictory relationship between the requirement of X or more (no distortion condition) and the desire to obtain as much S / N as possible under this condition, VinMAX
Choose a slightly larger value. RE I1 is a fixed value because it is not necessary to change RE I1 if an optimal design is made. Now, to obtain S / N by increasing gm1 and gm2, I1 and I2 are multiplied by 10 and RE is reduced to 1/10. this is,
Gm will be multiplied by 10 without changing RE I1. In this case, from equation (8), the transconductance amplifier
S / N is That is, it is increased by 10 [dB].

このように、本実施例のアクティブフィルター回路
は、容量値を小さくする回路定数を設定することで、S/
Nも高くすることができるものである。
As described above, the active filter circuit of the present embodiment sets S / S
N can also be increased.

尚、上記実施例は、ローパスフィルターの場合で説明
したが、例えば、基準電位点側に接続したキャパシタC
1,C2の一端を帰還信号経路(低インピーダンス端子)に
接続することで、ノッチフィルターを実現することもで
きる。また、キャパシタC1,C2の前記端子は、電圧源端
子に接続しても良い。要は、キャパシタC1,C2の前記端
子の接続点を選択することで種々の特性のフィルターを
実現することができる。
Although the above embodiment has been described with reference to the case of the low-pass filter, for example, the capacitor C connected to the reference potential point side may be used.
By connecting one end of C1 and a feedback signal path (low impedance terminal), a notch filter can be realized. Further, the terminals of the capacitors C1 and C2 may be connected to a voltage source terminal. In short, by selecting the connection points of the terminals of the capacitors C1 and C2, filters having various characteristics can be realized.

また、実施例では、出力端と反転入力端間を短絡し、
ボルテージホロワ接続による演算増幅器を用いて容量増
倍回路を実現しているが、同端子間に所定値の抵抗を接
続してもよい。これにより、利得を所望値に設定するこ
とができる。
In the embodiment, the output terminal and the inverting input terminal are short-circuited,
Although the capacity multiplication circuit is realized by using an operational amplifier connected by a voltage follower connection, a resistor having a predetermined value may be connected between the terminals. Thereby, the gain can be set to a desired value.

更に、この発明による容量増倍回路は、演算増幅器OP
1(OP2)が容量端電圧Vcのバッファとなっているため、
アクティブフィルターを構成する他の要素との接続が容
易であるという利点がある。
Further, the capacity multiplying circuit according to the present invention includes an operational amplifier OP
Since 1 (OP2) is a buffer for the capacitance end voltage Vc,
There is an advantage that connection with other elements constituting the active filter is easy.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、S/N改善と小
容量化とを同時に進める設計が可能となり、特にオーデ
ィオ帯におけるICフィルターとして非常に有効な手段と
なる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to design to simultaneously improve the S / N and reduce the capacity, and this is a very effective means particularly as an IC filter in an audio band.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明に係るアクティブフィルター回路の一
実施例を示す回路図、第2図は第1図の回路を詳述する
ための説明用の回路図、第3図は従来のローパスフィル
ターを例にした従来のアクティブフィルター回路を示す
回路図、第4図は従来のトランスコンダクタンス・アン
プの具体回路の一例を示す回路図である。 1……入力端子、2……出力端子、3,4……トランスコ
ンダクタンス・アンプ、R1,R2,R3,R4……抵抗、C1,C2…
…キャパシタ、OP1,OP2……演算増幅器、gm1,gm2……
トランスコンダクタンス。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an active filter circuit according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram for explaining the circuit of FIG. 1 in detail, and FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional low-pass filter. FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional active filter circuit as an example, and FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit of a conventional transconductance amplifier. 1 ... input terminal, 2 ... output terminal, 3, 4 ... transconductance amplifier, R1, R2, R3, R4 ... resistor, C1, C2 ...
… Capacitor, OP1, OP2 …… Operational amplifier, gm1, gm2…
Transconductance.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】反転入力端と出力端との間を直接又は抵抗
を介して接続した演算増幅器の非反転入力端と前記出力
端との間に、直列接続を成す第1,第2の抵抗を接続し、
前記非反転入力端に一端が基準電位点又は所定信号路に
接続されたキャパシタの他端を接続して成る容量増倍回
路と、 入力信号と所定帰還信号との差動入力電圧に比例した電
流を出力として出力端に導出し、この出力端を前記第1,
第2の抵抗の接続交点に接続したトランスコンダクタン
ス・アンプとを有し、 前記トランスコンダクタンス・アンプの入力を前記容量
増倍回路と前記トランスコンダクタンス・アンプとの組
合せの入力とし、前記組合せの出力を前記演算増幅器の
前記出力端から得て、前記組合せを単独或いは複数個同
一の集積回路に搭載して構成したことを特徴とするアク
ティブフィルター回路。
A first and a second resistor connected in series between a non-inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier connected directly or via a resistor between an inverting input terminal and an output terminal. And connect
A capacitance multiplication circuit having one end connected to the non-inverting input terminal and one end of a capacitor connected to a reference potential point or a predetermined signal path; and a current proportional to a differential input voltage between the input signal and the predetermined feedback signal. As an output to an output terminal, and this output terminal is
A transconductance amplifier connected to a connection intersection of a second resistor, wherein an input of the transconductance amplifier is an input of a combination of the capacitance multiplying circuit and the transconductance amplifier, and an output of the combination is An active filter circuit characterized in that the combination is obtained by mounting one or a plurality of the combinations on the same integrated circuit, obtained from the output terminal of the operational amplifier.
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