JP2795656B2 - ローパスフィルタ - Google Patents
ローパスフィルタInfo
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- JP2795656B2 JP2795656B2 JP63324699A JP32469988A JP2795656B2 JP 2795656 B2 JP2795656 B2 JP 2795656B2 JP 63324699 A JP63324699 A JP 63324699A JP 32469988 A JP32469988 A JP 32469988A JP 2795656 B2 JP2795656 B2 JP 2795656B2
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- Japan
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- input terminal
- switch
- low
- filter
- terminal
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H19/00—Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
- H03H19/004—Switched capacitor networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は集積回路に関し、より詳細には集積されたロ
ーパスフィルタに関する。
ーパスフィルタに関する。
（従来の技術とその問題点） アナログ電子回路において、周波数によって選択した
信号を通過させるフィルタは、最も一般的な回路であ
る。大規模集積技術の発展と共に、このフィルタを効果
的に実現するための技術を発展させることは、ますます
重要になってきている。ある種のシステムの機能を実現
するための付属回路と共にモノリシックに集積されたフ
ィルタは、多くの用途において必要になっており、この
場合のフィルタは、回路全体として集積されている。そ
して、このフィルタは、調整が不要で且つシリコンチッ
プ上で占める面積が可能な限り小さくなっているのが望
ましい。
信号を通過させるフィルタは、最も一般的な回路であ
る。大規模集積技術の発展と共に、このフィルタを効果
的に実現するための技術を発展させることは、ますます
重要になってきている。ある種のシステムの機能を実現
するための付属回路と共にモノリシックに集積されたフ
ィルタは、多くの用途において必要になっており、この
場合のフィルタは、回路全体として集積されている。そ
して、このフィルタは、調整が不要で且つシリコンチッ
プ上で占める面積が可能な限り小さくなっているのが望
ましい。
出力インピーダンスがＲ及びＣ値つまりフィルタリン
グ機能と結びつけられており、また集積回路内のＲ及び
Ｃ値の正確性が不十分なため、受動フィルタは集積化に
は役立たない。従って、抵抗及び／又は容量が駆動さ
れ、これによりフィルタ自身の伝達関数を修正すること
で、DCゲインとカットオフ周波数の両者を修正する。
グ機能と結びつけられており、また集積回路内のＲ及び
Ｃ値の正確性が不十分なため、受動フィルタは集積化に
は役立たない。従って、抵抗及び／又は容量が駆動さ
れ、これによりフィルタ自身の伝達関数を修正すること
で、DCゲインとカットオフ周波数の両者を修正する。
以上の理由から、集積回路で用いられるフィルタは、
所定の帰還回路を備えた増幅器を使用した能動フィルタ
になっている。この回路におけるカットオフ周波数値の
精度は、集積回路中のＲ及びＣの値に結び付けられたま
まであり、精度低下という問題の回避が必要であるた
め、前記した抵抗Ｒは一般的に周波数fsでスイッチされ
るキャシタンスCxにより置換されている。当業者には周
知であるように、このようなスイッチされるキャパシタ
は次の式で与えられる値を有する抵抗としての挙動を示
す。
所定の帰還回路を備えた増幅器を使用した能動フィルタ
になっている。この回路におけるカットオフ周波数値の
精度は、集積回路中のＲ及びＣの値に結び付けられたま
まであり、精度低下という問題の回避が必要であるた
め、前記した抵抗Ｒは一般的に周波数fsでスイッチされ
るキャシタンスCxにより置換されている。当業者には周
知であるように、このようなスイッチされるキャパシタ
は次の式で与えられる値を有する抵抗としての挙動を示
す。
Rx＝1/（fsCx） 既知の技術によれば、ローパスフィルタを実現するた
めには少なくとも２個のスイッチできるキャパシタ（ス
イッチキャパシタ）と、スイッチトキャパシタの切り換
えを行う４個のスイッチとが必要である。
めには少なくとも２個のスイッチできるキャパシタ（ス
イッチキャパシタ）と、スイッチトキャパシタの切り換
えを行う４個のスイッチとが必要である。
（発明の目的） 本発明の目的は、従来技術により製造された上記のフ
ィルタを、そのフィルタで用いる素子を減少させること
により簡素化し、集積回路内での面積を減少させるべく
改良することである。
ィルタを、そのフィルタで用いる素子を減少させること
により簡素化し、集積回路内での面積を減少させるべく
改良することである。
（発明の構成） 本発明のローパスフィルタは、非反転入力端子が接地
されると共に反転入力端子と出力端子との間にキャパシ
タを含む帰還回路を備えた増幅器からなるローパスフィ
ルタを基本としつつ、一方の端子が、第１のスイッチに
より接地点又は前記反転入力端子のいずれかと切り換え
接続可能になっていると共に、他方の端子が、第２のス
イッチにより入力ターミナル又は前記出力端子のいずれ
かと切り換え接続可能となっているスイッチトキャパシ
タを含み、且つ前記第１及び第２のスイッチは、第１の
スイッチが前記反転入力端子に接続されているときに
は、前記出力端子に第２のスイッチが接続されると共
に、第１のスイッチが接地点に接続されるときには、前
記入力ターミナルに第２のスイッチが接続されるように
して、予め設定した所定の周波数で切り換えられるよう
になっているものである。
されると共に反転入力端子と出力端子との間にキャパシ
タを含む帰還回路を備えた増幅器からなるローパスフィ
ルタを基本としつつ、一方の端子が、第１のスイッチに
より接地点又は前記反転入力端子のいずれかと切り換え
接続可能になっていると共に、他方の端子が、第２のス
イッチにより入力ターミナル又は前記出力端子のいずれ
かと切り換え接続可能となっているスイッチトキャパシ
タを含み、且つ前記第１及び第２のスイッチは、第１の
スイッチが前記反転入力端子に接続されているときに
は、前記出力端子に第２のスイッチが接続されると共
に、第１のスイッチが接地点に接続されるときには、前
記入力ターミナルに第２のスイッチが接続されるように
して、予め設定した所定の周波数で切り換えられるよう
になっているものである。
（発明の作用） 本発明の能動ローパスフィルタでは、１つのスイッチ
トキャパシタと、そのキャパシタの各端子に接続された
２つのスイッチを使用するだけで機能するため、従来の
ローパスフィルタよりもその構造が簡単になる。
トキャパシタと、そのキャパシタの各端子に接続された
２つのスイッチを使用するだけで機能するため、従来の
ローパスフィルタよりもその構造が簡単になる。
（好ましい実施例の説明） 本発明の特徴をより良く指摘するために、第１図及び
第２図に、従来技術に従って形成された能動ローパス１
次フィルタの構成を例示する。
第２図に、従来技術に従って形成された能動ローパス１
次フィルタの構成を例示する。
第１図のダイアグラムに関連して、フィルタのカット
オフ周波数（実質的に１に等しく、伝達関数のモジュラ
スがDCゲインに関して−3dB減少している点でのダイナ
ミック特性で定義される）は、 1/2πRC で与えられる。この値は、集積した（分散した）抵抗に
おいては、非常に正確な絶対値を得ることが困難である
ため、その制御が殆ど不可能なものである。またそれ
は、シリコンチップ上で比較的大きな集積面積を必要と
する。更に、この値は、直線性に難があり、温度係数特
性的にも優れているわけではない。そして、前記のDCゲ
インは、２個の等しい抵抗Ｒ間の比により影響されるも
のではあるが、そのＲの値の正確性は殆ど（±0.5％）
制御できない。
オフ周波数（実質的に１に等しく、伝達関数のモジュラ
スがDCゲインに関して−3dB減少している点でのダイナ
ミック特性で定義される）は、 1/2πRC で与えられる。この値は、集積した（分散した）抵抗に
おいては、非常に正確な絶対値を得ることが困難である
ため、その制御が殆ど不可能なものである。またそれ
は、シリコンチップ上で比較的大きな集積面積を必要と
する。更に、この値は、直線性に難があり、温度係数特
性的にも優れているわけではない。そして、前記のDCゲ
インは、２個の等しい抵抗Ｒ間の比により影響されるも
のではあるが、そのＲの値の正確性は殆ど（±0.5％）
制御できない。
第２図に示したのは、第１図の基本的な回路ダイヤグ
ラムにおける２個の等しい抵抗Ｒを機能的に等価なキャ
パシタで置換したフィルタ回路である。
ラムにおける２個の等しい抵抗Ｒを機能的に等価なキャ
パシタで置換したフィルタ回路である。
周波数fsでスイッチされる２個のスイッチを有するス
イッチトキャパシタCxのそれぞれは、次の式 Rx＝1/fsCx で与えられる値の抵抗としての挙動を示す。
イッチトキャパシタCxのそれぞれは、次の式 Rx＝1/fsCx で与えられる値の抵抗としての挙動を示す。
このフィルタのDCゲインは、非常に正確である。とい
うのは、この回路のゲインは、２個のキャパシタCx間の
比により決定されるが、キャパシタは現在の集積回路の
製造技術によれば約±0.1％以内という高度に正確な範
囲で製造可能であるからである 一方、次の式 fsCx/2πCi により与えられるフィルタのカットオフ周波数も、それ
が２個の集積されたキャパシタ間の容量比（その正確性
は記述の通り0.1％）及び、通常外部の水晶発振器によ
り得られる高精度な（±0.01％）スイッチング周波数fs
の値により決定されるため、予め正確に設定することが
できる。
うのは、この回路のゲインは、２個のキャパシタCx間の
比により決定されるが、キャパシタは現在の集積回路の
製造技術によれば約±0.1％以内という高度に正確な範
囲で製造可能であるからである 一方、次の式 fsCx/2πCi により与えられるフィルタのカットオフ周波数も、それ
が２個の集積されたキャパシタ間の容量比（その正確性
は記述の通り0.1％）及び、通常外部の水晶発振器によ
り得られる高精度な（±0.01％）スイッチング周波数fs
の値により決定されるため、予め正確に設定することが
できる。
実際問題として、高精度性を要求される集積回路中
（特にCMOS回路中）の能動ローパスフィルタは、実際の
ところ第２図で示した構成のものがほとんどになってい
る。この回路は、第２図で示したように、増幅器、集積
キャパシタCi、２個のスイッチトキャパシタCx及び周波
数fsで動作する４個のスイッチである。
（特にCMOS回路中）の能動ローパスフィルタは、実際の
ところ第２図で示した構成のものがほとんどになってい
る。この回路は、第２図で示したように、増幅器、集積
キャパシタCi、２個のスイッチトキャパシタCx及び周波
数fsで動作する４個のスイッチである。
この従来のフィルタにおけるDCゲイン及びカットオフ
周波数は、最良で約0.1％の範囲の正確性を持つ。
周波数は、最良で約0.1％の範囲の正確性を持つ。
このフィルタで用いるスイッチングシグナルの波形を
第３図に示す。該スイッチングシグナルの周波数は、fs
＝1/Tsであって、ここでTsはサンプリング時間である。
第３図に示す。該スイッチングシグナルの周波数は、fs
＝1/Tsであって、ここでTsはサンプリング時間である。
一方、本発明の能動ローパスフィルタの実施例を第４
図に示す。この図から明らかなように、本発明のローパ
スフィルタは、従来技術のローパス能動フィルタと異な
り、単一のスイッチトキャパシタCxと、前記スイッチト
キャパシタCxの両端子に設けられて周波数fsで駆動する
２個のスイッチとが必要なだけである。
図に示す。この図から明らかなように、本発明のローパ
スフィルタは、従来技術のローパス能動フィルタと異な
り、単一のスイッチトキャパシタCxと、前記スイッチト
キャパシタCxの両端子に設けられて周波数fsで駆動する
２個のスイッチとが必要なだけである。
本発明の能動ローパスフィルタは、非反転入力端子が
接地されると共に反転入力端子がスイッチトキャパシタ
Cxを介して入力ターミナルに接続され、且つ出力端子が
出力ターミナルに接続された増幅キャパシタと、前記出
力端子と反転入力端子との間に設けられたキャパシタCi
を含む帰還回路とを基本的に含んでいる。このスイッチ
トキャパシタCxは、その一方の端子が、第１のスイッチ
により接地点及び前記反転入力端子のいずれかと接続可
能になっていると共に、他方の端子が、第２のスイッチ
により前記入力ターミナル及び前記出力端子のいずれか
と切り換え接続可能となっている。具体的には、前記第
１及び第２のスイッチは、第１のスイッチが前記反転入
力端子に接続されているときには、前記出力端子に第２
のスイッチが接続されると共に、前記第１のスイッチが
接地点に接続されるときには、前記入力ターミナルに前
記第２のスイッチが接続されるようになっている。そし
て前記第１及び第２のスイッチの切り換えは、予め定め
た所定の周波数により行われる。
接地されると共に反転入力端子がスイッチトキャパシタ
Cxを介して入力ターミナルに接続され、且つ出力端子が
出力ターミナルに接続された増幅キャパシタと、前記出
力端子と反転入力端子との間に設けられたキャパシタCi
を含む帰還回路とを基本的に含んでいる。このスイッチ
トキャパシタCxは、その一方の端子が、第１のスイッチ
により接地点及び前記反転入力端子のいずれかと接続可
能になっていると共に、他方の端子が、第２のスイッチ
により前記入力ターミナル及び前記出力端子のいずれか
と切り換え接続可能となっている。具体的には、前記第
１及び第２のスイッチは、第１のスイッチが前記反転入
力端子に接続されているときには、前記出力端子に第２
のスイッチが接続されると共に、前記第１のスイッチが
接地点に接続されるときには、前記入力ターミナルに前
記第２のスイッチが接続されるようになっている。そし
て前記第１及び第２のスイッチの切り換えは、予め定め
た所定の周波数により行われる。
本発明による能動ローパスフィルタ回路の動作分析を
第３図で示したタイムスケールを利用して行うと以下の
ようになる。
第３図で示したタイムスケールを利用して行うと以下の
ようになる。
Vout〔nT〕＝Vout〔（ｎ−1/2）Ｔ〕 （Ci＋Cx）Vout〔（ｎ−1/2）Ｔ〕 ＝CiVout〔（ｎ−１）Ｔ〕＋CxVin〔（ｎ−１）Ｔ〕 Vout〔nT〕＝（Ci/（Ci＋Cx））Vout〔（ｎ−１）Ｔ〕＋ （Cx/（Ci＋Cx））Vin〔（ｎ−１）Ｔ〕 また、この分析を、ｚ−変換を用いて行うと以下のよ
うになる。
うになる。
Vout〔ｚ〕＝（Ci/（Ci＋Cx））Vout（ｚ）z-1） ＋（Cx/（Ci＋Cx））Vin（ｚ）z-1 Vout〔ｚ〕/Vin（ｚ）＝z-1/（１＋Ci（１−z-1）/Cx） 当業者には周知である通り、システムの周波数レスポ
ンスは、ｚをexp（j2πfTs）で置換することにより得ら
れる。ここでTsは回路のサンプリング時間であり、ｆは
電流の周波数である。
ンスは、ｚをexp（j2πfTs）で置換することにより得ら
れる。ここでTsは回路のサンプリング時間であり、ｆは
電流の周波数である。
直流（つまりｆ＝０、ｚ＝１の場合）におけるゲイン
は１、即ち0dBである。既に指摘した通り、このフィル
タのカットオフ周波数は次の式で与えられる。
は１、即ち0dBである。既に指摘した通り、このフィル
タのカットオフ周波数は次の式で与えられる。
fsCx/2πCi （発明の効果） 本発明のローパスフィルタによれば、用いる素子の数
を減少させることが可能になり、従って集積させた場合
にそれが占める面積を減少させられるようになる。ま
た、該フィルタのDCゲインは、それが集積したキャパシ
タ間の比に最早依存しないため、その正確性は限りない
ものとなる。
を減少させることが可能になり、従って集積させた場合
にそれが占める面積を減少させられるようになる。ま
た、該フィルタのDCゲインは、それが集積したキャパシ
タ間の比に最早依存しないため、その正確性は限りない
ものとなる。
第１図は、従来のローパス能動フィルタを示す回路図、
第２図は第１図で示したフィルタ中に含まれる抵抗をス
イッチトキャパシタで置換した従来のフィルタを示す回
路図、第３図は、スイッチングシグナル（クロックシグ
ナル）の波形を示す図、そして第４図は、本発明による
ローパス能動フィルタを示す回路図である。
第２図は第１図で示したフィルタ中に含まれる抵抗をス
イッチトキャパシタで置換した従来のフィルタを示す回
路図、第３図は、スイッチングシグナル（クロックシグ
ナル）の波形を示す図、そして第４図は、本発明による
ローパス能動フィルタを示す回路図である。
Claims (1)
- 【請求項１】非反転入力端子が接地されると共に反転入
力端子と出力端子との間にキャパシタを含む帰還回路を
備えた増幅器からなるローパスフィルタにおいて、 一方の端子が、第１のスイッチにより接地点又は前記反
転入力端子のいずれかと切り換え接続可能になっている
と共に、他方の端子が、第２のスイッチにより入力ター
ミナル又は前記出力端子のいずれかと切り換え接続可能
となっているスイッチトキャパシタを含み、且つ前記第
１及び第２のスイッチは、第１のスイッチが前記反転入
力端子に接続されているときには、前記出力端子に第２
のスイッチが接続されると共に、第１のスイッチが接地
点に接続されるときには、前記入力ターミナルに第２の
スイッチが接続されるようにして、予め設定した所定の
周波数で切り換えられるようになっていることを特徴と
するローパスフィルタ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT83685A/87 | 1987-12-22 | ||
| IT83685/87A IT1220191B (it) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | Filtro attivo passabasso del primo ordine integrato |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01196910A JPH01196910A (ja) | 1989-08-08 |
| JP2795656B2 true JP2795656B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=11323804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63324699A Expired - Lifetime JP2795656B2 (ja) | 1987-12-22 | 1988-12-22 | ローパスフィルタ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4899069A (ja) |
| EP (1) | EP0322379B1 (ja) |
| JP (1) | JP2795656B2 (ja) |
| DE (1) | DE3885723T2 (ja) |
| IT (1) | IT1220191B (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0678980B1 (en) * | 1994-04-21 | 1999-08-04 | STMicroelectronics S.r.l. | Low distortion circuit with switched capacitors |
| DE69533619D1 (de) * | 1995-07-31 | 2004-11-11 | St Microelectronics Srl | Elektrisch betätigter Schalter, integrierte Schaltung und elektronische Schaltung unter Verwendung desselben |
| DE19630406C1 (de) * | 1996-07-26 | 1998-01-29 | Sgs Thomson Microelectronics | Filterschaltung und damit ausgerüsteter Audiosignalprozessor |
| US6194946B1 (en) * | 1998-05-07 | 2001-02-27 | Burr-Brown Corporation | Method and circuit for compensating the non-linearity of capacitors |
| JP4556926B2 (ja) * | 2006-08-07 | 2010-10-06 | 株式会社デンソー | 車両用発電制御装置 |
| JP4287884B2 (ja) * | 2007-01-30 | 2009-07-01 | シャープ株式会社 | Ａ／ｄ変換器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2514216B1 (fr) * | 1981-10-02 | 1986-07-18 | Efcis | Circuit integre a caracteristique inductive et filtre utilisant ce circuit |
| US4633223A (en) * | 1981-10-13 | 1986-12-30 | Intel Corporation | DC offset correction circuit utilizing switched capacitor differential integrator |
| US4453130A (en) * | 1982-08-25 | 1984-06-05 | Northern Telecom Limited | Switched-capacitor stage with differential output |
-
1987
- 1987-12-22 IT IT83685/87A patent/IT1220191B/it active
-
1988
- 1988-12-16 US US07/285,204 patent/US4899069A/en not_active Ceased
- 1988-12-21 DE DE88830551T patent/DE3885723T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-21 EP EP88830551A patent/EP0322379B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-22 JP JP63324699A patent/JP2795656B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0322379B1 (en) | 1993-11-18 |
| EP0322379A3 (en) | 1990-08-22 |
| JPH01196910A (ja) | 1989-08-08 |
| DE3885723D1 (de) | 1993-12-23 |
| US4899069A (en) | 1990-02-06 |
| DE3885723T2 (de) | 1994-03-10 |
| EP0322379A2 (en) | 1989-06-28 |
| IT1220191B (it) | 1990-06-06 |
| IT8783685A0 (it) | 1987-12-22 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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