JP3113420B2 - Ｇｍ−Ｃフィルタ - Google Patents

Ｇｍ−Ｃフィルタ

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JP3113420B2
JP3113420B2 JP04292897A JP29289792A JP3113420B2 JP 3113420 B2 JP3113420 B2 JP 3113420B2 JP 04292897 A JP04292897 A JP 04292897A JP 29289792 A JP29289792 A JP 29289792A JP 3113420 B2 JP3113420 B2 JP 3113420B2
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mosfets
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敏男 安達
幸治 富岡
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旭化成マイクロシステム株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、良好な線形性能を有し
て低消費電流動作が可能な、Ｇｍ−Ｃフィルタに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、Ｇｍ−ＣフィルタはＬＳＩ化可能
・高速動作可能であって、かつ時間連続系の特徴を生か
したフィルタとして注目を浴びている。このＧｍ−Ｃフ
ィルタは、Ｇｍアンプと、容量と、Ｇｍ値をコントロー
ルするための回路とから構成されている。
【０００３】図７は、従来から知られているＧｍ−Ｃフ
ィルタの構成を示す。図示したＧｍアンプ（トランスコ
ンダクタンス・アンプ）Ｇｍ1 〜Ｇｍ4 のＧｍ値は、図
４に示すようなＧｍアンプを用いたとき、次の（１）式
に示すように入力電圧Ｖinによって変動する。
【０００４】
【数１】
【０００５】
【数２】 Ｋ＝（Ｗ／Ｌ）・（μＣOX／２） …（２） ここで、Ｗ：ＭＯＳＦＥＴのチャネル幅。
【０００６】Ｌ：ＭＯＳＦＥＴのチャネル長。
【０００７】μ：キャリアの移動度。
【０００８】ＣOX：ゲートの単位容量。
【０００９】Ｉ：一方の入力ＭＯＳＦＥＴに流れるソー
ス・ドレイン電流。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（１）
式に示したＧｍ値は入力電圧Ｖinに依存して変化するこ
とから、このＧｍアンプを用いてフィルタを構成する
と、入力電圧によって周波数特性が変動するという欠点
があった。
【００１１】また、バイアス電圧を不要としたＧｍアン
プとして、図５に示す回路構成が知られている。この図
に示したアンプのＧｍ値は、次の（３）式に示すよう
に、入力電圧Ｖinによっては変動することがない（ＩＥ
ＥＥ １９９１、ＣＩＣＣ，９．２．１、Ｍ．ＳＮＥＬ
ＧＲＯＶＥ）
【００１２】
【数３】 Ｇｍ（Ｖin）＝２Ｋ（Ｖcm−Ｖth） …（３） ここで、Ｖcm：コモン電圧であり、差動入力電圧Ｖd が
零のときには、ゲート・ソース間の電圧に相当する。
【００１３】Ｖth：ＭＯＳＦＥＴ Ｍ1 ，Ｍ2 のしきい
値電圧。
【００１４】そして、図５に示したＧｍアンプを用いて
フィルタを構成する場合には、図７に示すような回路と
なる。
【００１５】ところが（３）式に示されているように、
このＧｍアンプのＧｍ値は（Ｖcm−Ｖth）で決まること
から、前段のＧｍアンプの出力動作点レベルでＧｍ値が
一意的に決まってしまうことになる。
【００１６】そこで、Ｇｍ値制御のためには図６に示す
ように、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 を用いて入力動作点を制御する
という方法が知られているが、抵抗が用いられているこ
とに起因して、前段のＧｍアンプおよび静電容量によっ
て形成される積分器にはリークが生じて（より具体的に
は、コンデンサの電荷が抵抗を介して放電されるので）
周波数特性の劣化が招来されるという欠点があった。
【００１７】よって本発明の目的は、入力電圧依存性が
少なく、かつアンプの出力側に抵抗を接続する必要がな
いＧｍ−Ｃフィルタを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るＧｍ−Ｃフィルタは、基準電圧にソ
ースが接続され、差動入力端にゲートが接続される第１
および第２のＭＯＳＦＥＴと、前記第１および第２のＭ
ＯＳＦＥＴのドレインにそれぞれ直列に接続され、同相
レベル制御用のゲート入力端を有する第３および第４の
ＭＯＳＦＥＴとを備え、前記第１および第２のＭＯＳＦ
ＥＴのドレインからそれぞれ電流を入出力する第１のＧ
ｍアンプと、基準電圧にソースが接続され、前記第１お
よび第２のＭＯＳＦＥＴのドレインにゲートがそれぞれ
接続される第５および第６のＭＯＳＦＥＴと、前記第５
および第６のＭＯＳＦＥＴにそれぞれ直列に接続され、
同相レベル制御用のゲート入力端を有する第７および第
８のＭＯＳＦＥＴとを備え、前記第５および第６のＭＯ
ＳＦＥＴのドレインからそれぞれ電流を入出力する第２
のＧｍアンプと、第１および第２の非反転入力端と反転
入力端と出力端とを有し、第１および第２の非反転入力
端は、前記第２のＧｍアンプの第５および第６のＭＯＳ
ＦＥＴのゲートにそれぞれ接続され、前記反転入力端
は、前記第２のＧｍアンプのＧｍ値を制御するためのバ
イアス電圧源に接続され、前記出力端は、前記第１のＧ
ｍアンプの同相レベル制御用のゲート入力端に接続され
る同相レベル制御用アンプとを具備したものである。
【００１９】
【作用】本発明の上記構成によれば、リークのない性能
の優れたＧｍ−Ｃフィルタを提供できるのみならず、次
段のＧｍアンプの入力動作点を決めるために、前段のＧ
ｍアンプの同相レベル制御用ＭＯＳＦＥＴに同相制御用
アンプからの出力で制御するので、抵抗素子を用いる必
要がなくなる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
【００２１】図１は本発明を適用したＧｍ−Ｃフィルタ
に含まれるＧｍアンプおよびその制御回路を示す。本図
において、Ｍ1 ，Ｍ2 は入力用ＭＯＳＦＥＴである。Ｍ
3 ，Ｍ4 は同相レベル制御用のＭＯＳＦＥＴである。Ｍ
5 ，Ｍ6 はＤＣゲインを増加させるためのカスコード用
ＭＯＳＦＥＴである。このように第一のＧｍアンプＧｍ
1 はＭ1 〜Ｍ6 で示す６個のＭＯＳＦＥＴから構成され
ている。
【００２２】また、ＣＭＣは同相レベル制御用アンプ、
Ｂ11は同相レベルを決めるための基準電圧入力端子、Ｂ
12は同相レベルを制御するＭＯＳＦＥＴ Ｍ3 ，Ｍ4 の
入力端子、Ｂ13はカスコード用ＭＯＳＦＥＴのバイアス
端子である。さらにＧｍ2 は第二のＧｍアンプであり、
その回路構成はＧｍ1 と同一である。
【００２３】次に、図１に示した回路の動作を説明す
る。
【００２４】まず、初期値として入力端子Ｉn1，Ｉn2に
入力電圧Ｖinが印加されているとき、その出力レベルが
バイアス端子Ｂ11に印加されている電圧値ＶB11 に一致
していると仮定する。ここで入力端Ｉn1，Ｉn2に印加す
る同相電圧が上昇する場合を考える。
【００２５】このとき出力レベルはインバータ動作によ
り上記ＶB11 より下がろうとする。また、同相レベル制
御用アンプＣＭＣの出力端子Ｂ12からは、次の（４）式
に示す電圧が出力される。
【００２６】
【数４】
【００２７】これにより、端子Ｂ12の電圧は初期値レベ
ルより下がることになり、出力電圧は再び上がろうとす
る。そして、制御用アンプＣＭＣのゲインがＧｍ1 のゲ
インに比べて十分高いときには、出力レベル（Ｖout11
＋Ｖout12 ）／２は常にＶB11 と等しくなる。
【００２８】この結果として、次段のＧｍアンプである
Ｇｍ2 のＧｍ値は制御用アンプＣＭＣの第３の入力端子
に印加された電圧ＶB11 によって制御されることにな
る。
【００２９】図２は、ＧｍアンプＧｍ1 の同相ゲインを
計算するための等価回路を示している。ここでＡ1 はＧ
ｍ1 の入力端子から出力端子に至るゲイン値（Ｍ1 ，Ｍ
2 に対応する）、Ａ2 はＧｍ1 のロードトランジスタか
ら出力端子に至るゲイン値（Ｍ3 ，Ｍ4 に対応する）、
Ａ3 は同相レベル制御用アンプＣＭＣのゲイン値を示
す。
【００３０】この図２に基づいて端子Ｎ1 ，Ｎ2 につい
ての電圧の式を導くと、次の式（５），（６）式が得ら
れる。
【００３１】
【数５】 Ｖout ＝−Ａ1 ・Ｖin−Ａ2 ・ＶB12 …（５）
【００３２】
【数６】 ＶB12 ＝Ａ3 ・Ｖout …（６） 上記（５），（６）式よりＶout を求めると、次の
（７）式が得られる。
【００３３】
【数７】
【００３４】一般に上記Ａ1 ，Ａ2 は殆ど同じ値である
ので、Ａ3 の値が十分大きければＶout は小さくなり、
その結果として出力同相レベルは入力信号に関係なく常
に同一レベルを保つことができ、次段のＧｍアンプであ
るＧｍ2 のＧｍ値を決定できる。
【００３５】図３は、図１に示した回路を含んだＧｍ−
Ｃフィルタの回路構成例である。本図においては、破線
で囲んだ部分が、図１の回路に相当する。
【００３６】図３に示したＧｍ−Ｃフィルタの回路で
は、３個のＧｍアンプＧｍ1 ，Ｇｍ3，Ｇｍ4 の出力端
子がＶout 端子に接続されている。
【００３７】そして、Ｖout 端子に対する出力動作点を
決める同相制御用アンプＣＭＣ２は本図に示すように共
通にすることができる。ここでＢＧはバイアス発生器で
ある。
【００３８】なお、これまで説明してきた実施例では、
入力ＭＯＳＦＥＴとしてＮＭＯＳを用いたが、ＰＭＯＳ
を用いても良いし、またＧｍアンプの構成として、折り
返し型カスコード構成としても良い。
【００３９】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、 （ａ）リークのない性能の優れたＧｍ−Ｃフィルタを提
供できる： （ｂ）次段のＧｍアンプの入力動作点を決めるために、
前段のＧｍアンプの同相レベル制御用ＭＯＳＦＥＴに同
相制御用アンプからの出力で制御するので、抵抗素子を
用いる必要がない： という格別な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるＧｍ−Ｃフィルタの
一部を示す回路図である。
【図２】図１の動作を示す等価回路図である。
【図３】本発明の一実施例におけるＧｍ−Ｃフィルタを
示す回路図である。
【図４】従来から知られているＧｍアンプの一例を示す
回路図である。
【図５】従来から知られているＧｍアンプの一例を示す
回路図である。
【図６】ＧｍアンプのＧｍ値を制御するための回路構成
図である。
【図７】従来から知られているＧｍ−Ｃフィルタの一例
を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｇｍ1 ，Ｇｍ2 Ｇｍアンプ（トランスコンダクタン
ス） ＣＭＣ 同相レベル制御用アンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 11/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準電圧にソースが接続され、差動入力
    端にゲートが接続される第１および第２のＭＯＳＦＥＴ
    と、前記第１および第２のＭＯＳＦＥＴのドレインにそ
    れぞれ直列に接続され、同相レベル制御用のゲート入力
    端を有する第３および第４のＭＯＳＦＥＴとを備え、前
    記第１および第２のＭＯＳＦＥＴのドレインからそれぞ
    れ電流を入出力する第１のＧｍアンプと、 基準電圧にソースが接続され、前記第１および第２のＭ
    ＯＳＦＥＴのドレインにゲートがそれぞれ接続される第
    ５および第６のＭＯＳＦＥＴと、前記第５および第６の
    ＭＯＳＦＥＴにそれぞれ直列に接続され、同相レベル制
    御用のゲート入力端を有する第７および第８のＭＯＳＦ
    ＥＴとを備え、前記第５および第６のＭＯＳＦＥＴのド
    レインからそれぞれ電流を入出力する第２のＧｍアンプ
    と、 第１および第２の非反転入力端と反転入力端と出力端と
    を有し、第１および第２の非反転入力端は、前記第２の
    Ｇｍアンプの第５および第６のＭＯＳＦＥＴのゲートに
    それぞれ接続され、前記反転入力端は、前記第２のＧｍ
    アンプのＧｍ値を制御するためのバイアス電圧源に接続
    され、前記出力端は、前記第１のＧｍアンプの同相レベ
    ル制御用のゲート入力端に接続される同相レベル制御用
    アンプとを具備したことを特徴とするＧｍ−Ｃフィル
    タ。
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CA2247357C (en) 1996-12-26 2003-06-10 Ntt Mobile Communications Network Inc. Method for handover
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