JP3305407B2 - Gm−Cフィルタ - Google Patents
Gm−CフィルタInfo
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Description
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。
・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。
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7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。
ス・ドレイン電流。
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。
プとして、図8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)
零のときには、ゲート・ソース間の電圧に相当する。
値電圧。
フィルタを構成する場合には、図10に示したような回
路となる。
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
一義的に決まってしまうことになる。
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。
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。
めに、本発明に係るGm−Cフィルタは、差動入力型M
OSFET対と、同相レベル制御用のゲート入力端を有
するMOSFET対が直列に接続され、一対の差動出力
端から出力電流を供給する第1のGmアンプと、前記一
対の差動出力端に接続された第2のGmアンプと、3個
の入力端を有し、第1および第2の入力端については前
記第1のGmアンプの一対の差動出力端に接続され、第
3の入力端については、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、前記第1
のGmアンプに含まれる前記同相レベル制御用のゲート
入力端に制御電圧を印加する出力端を有する同相レベル
制御用アンプと、を有するGm−Cフィルタであって、
前記同相レベル制御用アンプは、入力部と出力部が並列
に接続された折り返しカスコード型とされており、前記
入力部の入力MOSFETの極性が前記第1のGmアン
プの入力MOSFET対と反対の極性であり、かつ、前
記出力部のロード用MOSFETの極性が前記第1のG
mアンプの同相レベル制御用MOSFETの極性と同一
であるよう構成した。
力MOSFETの(Vgs−Vth)値が一定で、かつ
前記ロード用MOSFETの電流値が前記第1のGmア
ンプの差動入力型MOSFET対を流れる電流値に比例
するよう構成することができる。
におけるGm値は、同相レベル制御用アンプの第3の入
力端に印加されるバイアス電圧によって制御される。
に説明する。
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。
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。
る。
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。
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。
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。
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。
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の
入力端子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。
ての電圧の式を導くと、次の式(5),(6)式が得ら
れる。
(7)式が得られる。
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。
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。
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。
決める同相レベル制御用アンプ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。
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。
る同相レベル制御用アンプCMCの一例を示している。
本図において、M41〜M44は入力用MOSFETで
ある。M51,M52はロード用MOSFETである。
M45〜M48は電流源用MOSFETである。M4
9,M50はカスコード用MOSFETである。また、
B41およびB42はバイアス電流を決めるためのバイ
アス電圧を与える端子、B43はカスコードMOSFE
Tにバイアス電圧を与えるための端子である。IN1+
およびIN2+は非反転入力端子、IN3−は反転入力
端子、OUTは出力端子である。
囲はVth+Vonを中心として信号が出力されるので、V
th値の大小にもよるがVss近傍付近で動作することにな
る。
図4に示したようにGmアンプの入力MOSFETの極
性がNMOSの場合には、逆極性のPMOSを用いると
Vss近傍の信号を確実に受けることができるという利点
がある。
PMOSのカレントミラー回路に用いている動作点レベ
ルとほぼ同じになり、Gmアンプの同相レベル制御用の
MOSFETのゲート入力にとって極めて適正なレベル
を与えることができる。その結果として、オフセット電
圧を小さくできること、さらにはカスコード構造により
DCゲインが向上して同相誤差を小さくしていることな
どから、図4に示した回路は本実施例のGmアンプにと
って極めて最適な制御用回路といえる。
範囲については、Gmアンプの出力信号を確実に受ける
必要があるため、入力MOSFETのVgs−Vth(以
下、Vonという)を十分大きくしなければならない。現
実的な観点からすると、プロセスによる変動電源電圧お
よび温度などによる影響に起因して、通常の設計手法に
よればVon値は大きく変動する。すなわち、Von値を最
低1Vにしようとすれば最大値は3V前後になり、もは
や正常に動作できなくなったり、また消費電流値が非常
に大きくなる、という問題がある。
OSFETに流れる電流値は、Gmアンプの入力MOS
FETに流れる電流値に比例することが好ましい。もし
比例しない場合には、同相レベル制御用ロードMOSF
ETとGmアンプの同相制御MOSFETがカレントミ
ラー回路をなしていることから、同相レベル制御用アン
プ内でオフセット誤差を生ずることになる。そして、こ
のオフセット誤差がGmアンプの出力動作点誤差を誘引
し、結局、次段GmアンプのGm値を本来必要なGm値
から外れた値にしてしまう。
レベル制御用アンプでは、その入力MOSFETのVon
値が一定で、かつ、ロードMOSFETに流れる電流値
がGmアンプの入力MOSFETに流れる電流に比例す
るように設定する。このようにすることにより、あらゆ
るプロセス変動および環境変動に対してオフセット誤差
が生じず、かつ十分な同相入力信号レベルを確保できる
ようになる。
差を生じさせず、かつ十分な同相入力信号レベルを確保
させるためのバイアス回路を示す。ここで、同図(A)
はバイアス端子B41に与えるバイアス電圧を発生する
バイアス回路、また同図(B)はバイアス端子B42に
与えるバイアス電圧を発生するバイアス回路である。さ
らに同図(A)において、IgmはGmアンプの入力MO
SFETに流れる電流に比例した電流を流す電流源、I
VON は同相制御用アンプの入力MOSFETのVon値を
一定に設定するための電流値である。
バイアス回路として用いたときの動作について説明す
る。
(B)の回路とカレントミラーの関係になっているの
で、IVON に比例している。従って、M41〜M44に
流れる電流もIVON に比例する。
(A)の回路とカレントミラーの関係になっているの
で、(IVON +Igm)に比例している。M51,M52
に流れる電流はM47,M48に流れる電流からM4
5,M46に流れる電流を引いた値であるので、バイア
ス電圧印加端子B41,B42に印加された電圧に係る
カレントミラー比が両方とも同じならば、M45,M4
6に流れる電流はIgmに比例することになる。
ることにより、同相レベル制御用アンプのロードMOS
FET M51,M52に流れる電流値をGmアンプの
入力MOSFET M1,M2(図1参照)に流れる電
流値に比例させ、かつ同相レベル制御用アンプの入力M
OSFET M21〜M24にはVonが一定になるよう
な電流を流すことができる。
電流源(IVON )の詳細な回路構成を示す。ここでMO
SFET M63は図4のM45,M46に対応させる
ことができる。図6においてM62の(Vgs−Vth)が
ほぼ零になるようにするため電流を絞っておく。M64
に流れる電流はカレントミラー回路の動作の働きで電流
源電流値I0 と等しくなり、バイアス電圧印加端子B6
2の印加電圧はA点より(I0 ×R)だけ低くなる。こ
れにより、M63のゲート電圧はVdd−(I0×R)、
Von値は(I0 ×R)となる。
に示したMOSFET M45,M46のVonが(I0
×R)に比例し、同様に図4に示したMOSFET M
41〜M44のVonも(I0 ×R)に比例して、所望の
動作が達成される。
gm)は、本フィルタ回路の特性が自動チューニング回路
で制御される場合、あるいはフィルタ特性が外部からの
信号で制御される場合でも、Igm信号発生回路から直接
に、または、カレントミラー回路を介して生成すること
ができる。
力電圧依存性が少ない線形特性のGm−Cフィルタを提
供すると共に、Gmアンプの入力動作点を決めるために
同相制御用アンプを用いているので、リークのない性能
の優れたGm−Cフィルタを提供することができる。
に対してカスコード型アンプを用いることで、誤差の小
さい適正な同相信号入力範囲を有し、かつ、適当なレベ
ルの出力を生成できるという効果を得ることができる。
一部を示す回路図である。
示す回路図である。
ンプの一例を示す回路図である。
ンプに用いられるバイアス回路の一例を示す図である。
ンプに用いられるバイアス回路を一例を示す図である。
回路図である。
回路図である。
図である。
例を示す回路図である。
ス) CMC 同相レベル制御用アンプ
Claims (2)
- 【請求項1】 差動入力型MOSFET対と、同相レベ
ル制御用のゲート入力端を有するMOSFET対が直列
に接続され、一対の差動出力端から出力電流を供給する
第1のGmアンプと、 前記一対の差動出力端に接続された第2のGmアンプ
と、 3個の入力端を有し、第1および第2の入力端について
は前記第1のGmアンプの一対の差動出力端に接続さ
れ、第3の入力端については、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
記第1のGmアンプに含まれる前記同相レベル制御用の
ゲート入力端に制御電圧を印加する出力端を有する同相
レベル制御用アンプと、を有するGm−Cフィルタであ
って、 前記同相レベル制御用アンプは、入力部と出力部が並列
に接続された折り返しカスコード型とされており、前記
入力部の入力MOSFETの極性が前記第1のGmアン
プの入力MOSFET対と反対の極性であり、かつ、前
記出力部のロード用MOSFETの極性が前記第1のG
mアンプの同相レベル制御用MOSFETの極性と同一
である ことを特徴とするGm−Cフィルタ。 - 【請求項2】 請求項1において、前記同相レベル制御
用アンプの入力MOSFETの(Vgs−Vth)値が
一定で、かつ前記ロード用MOSFETの電流値が前記
第1のGmアンプの差動入力型MOSFET対を流れる
電流値に比例することを特徴とするGm−Cフィルタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10222493A JP3305407B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Gm−Cフィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10222493A JP3305407B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Gm−Cフィルタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06318843A JPH06318843A (ja) | 1994-11-15 |
JP3305407B2 true JP3305407B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=14321695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10222493A Expired - Lifetime JP3305407B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Gm−Cフィルタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3305407B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4647823B2 (ja) * | 2001-04-26 | 2011-03-09 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Gm−Cフィルタ |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP10222493A patent/JP3305407B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Michiel Steyaert,Jose Silva−Martinez,A 10.7MHz CMOS OTA−R−C Bandpass Filter with 68dB Dynamic Range and On−chip Automatic Tuning,IEEE INTERNATIONAL SOLID−STATE CIRCUITS CONFERENCE,米国,IEEE,1992年2月19日,66−67,245 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06318843A (ja) | 1994-11-15 |
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