JP3736070B2 - アクティブインダクタンス回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジオ受信機、テレビジョン受信機、衛星放送受信機、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）、移動体通信機等に使用して好適なアクティブインダクタンス回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ラジオ受信機、テレビジョン受信機、衛星放送受信機、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）、移動体通信機等の機器においては、回路構成の一部としてフィルター回路が用いられている。そこでこのようなフィルター回路を、例えば集積回路（ＩＣ）の内部に構築する場合に、従来から抵抗器やコンデンサーは２端子の素子で形成することが可能であるものの、いわゆるインダクタンス成分をＩＣ内に２端子で形成することは容易になし得るものではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば図９は、バイクワッド回路と呼ばれるインダクタンス成分を形成するための回路の構成を示す。
【０００４】
この回路において、２つの演算増幅器９１、９２が従属に設けられる。そして入力信号Ｖinが演算増幅器９１の非反転入力に供給され、この演算増幅器９１の出力が演算増幅器９２の非反転入力に供給され、この演算増幅器９２の出力信号Ｖout が取り出されると共に、この出力信号Ｖout が演算増幅器９１、９２の反転入力に帰還される。従ってこの回路において、演算増幅器９１、９２の２組の積分器によって構成する帰還回路によりインダクタンス成分が形成される。
【０００５】
しかしながらこの回路においては、回路的に電圧帰還が掛かるために、いわゆるＱの高いフィルター回路を形成する場合に、入力と出力とでオフセット電圧が生じ、回路設計が極めて困難になるものである。またこの回路の場合に、積分器の入出力はシングルであるために、回路全体もシングル入力のシングル出力となり、差動性に欠けるものとなる。このことは、特に回路のＩＣ化を行う場合には致命的な欠陥であった。
【０００６】
すなわち上述の回路においては、インダクタンス成分を単独でＩＣ回路内に形成することができず、このため特に急峻なカットオフ特性を示すチェビシュフ型などの分布定数型のフィルターを組むことができないのである。
【０００７】
この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の回路では、インダクタンス成分をＩＣ回路内に単独の２端子素子として形成することができなかったというものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の請求項１においては、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対を介して電流に変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すようにしたものであって、これによれば、シングル入力時に完全な２端子のインダクタンス成分として動作させることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項３においては、９０度移相器の出力電圧を２組の差動対で受け、その一方を電流に変換して９０度移相器の入力側に戻すと共に、他方の出力を抵抗マトリクスを介して出力側に電圧帰還するようにしたものであって、これによれば、差動入力、差動出力の形態を持った４端子のインダクタンス回路を形成することができる。
【００１０】
さらに本発明の請求項２、４においては、上述の請求項１、３のアクティブインダクタンス回路に電流可変回路を挿入することにより、得られるインダクタンスの値を可変とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
すなわち本発明の請求項１においては、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対で受け、この差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを２端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００１２】
また本発明の請求項２は、請求項１において差動対の電圧−電流変換部に電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００１３】
さらに本発明の請求項３においては、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を第１及び第２の差動対で受け、この第１の差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すと共に、この第２の差動対の出力部分をトランジスタのベースで受けて、９０度移相器の出力側に抵抗を介して電圧帰還することにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを差動入力及び差動出力の形態を持った４端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００１４】
また本発明の請求項４は、請求項３において第１の差動対の電圧−電流変換部及び第２の差動対の出力部分にそれぞれ電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００１５】
ところで本願発明者は、先に負性抵抗を用いたハイインピーダンスバイアス回路にコンデンサを付加して構成した９０度移相器を提案した（特願平９−２３７１６２号参照）。本発明のアクティブインダクタンス回路は、この９０度移相器を応用したものである。
【００１６】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を説明するに、図１は本発明の請求項１によるアクティブインダクタンス回路の一例の構成を示す接続図である。
【００１７】
この図１において、差動の入力信号Ｖinと−Ｖinを形成する信号源電圧源１、２が設けられ、これらの電圧源１、２の一端が互いに接続されてその接続中点が接地されると共に、信号源電圧源１、２の他端がそれぞれトランジスタ３、４のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ３、４のコレクタが電源Ｖccの電源路５に接続される。
【００１８】
また、これらのトランジスタ３、４のエミッタが、それぞれ抵抗値Ｒの抵抗器６、７を通じて差動対を構成するトランジスタ８、９のコレクタに接続される。さらにこれらのトランジスタ８、９のエミッタがそれぞれ電流値Ｉ0 の電流源１０、１１を通じて接地されると共に、これらのトランジスタ８、９のエミッタ間に抵抗値２Ｒの抵抗器１２が接続される。そしてこれらのトランジスタ８、９のコレクタ間に容量値Ｃ／２のコンデンサ１３が接続される。
【００１９】
さらにこれらのトランジスタ８、９のコレクタから出力信号Ｖa とＶb の出力端子１４、１５が導出される。
【００２０】
また、これらの出力端子１４、１５がそれぞれトランジスタ１６、１７のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ１６、１７のエミッタがそれぞれ電流値Ｉ1 の電流源１８、１９を通じて接地されると共に、これらのトランジスタ１６、１７のエミッタ間に抵抗値２Ｒe の抵抗器２０が接続される。そしてこれらのトランジスタ１６、１７のコレクタが、それぞれ信号源電圧源１、２とトランジスタ３、４のベースの接続中点に接続される。
【００２１】
この図１の回路において、線で囲った部分は９０度移相器である。ただし上述の先願では、この９０度移相器を電流ドライブとしたが、図１では電圧ドライブに構成している。
【００２２】
そこでこの９０度移相器において、各部の電流を図示のように値ｉ1 、ｉ2 、ｉ3 、ｉc に定めると、トランジスタ３側では、ｉ1 ＝ｉc ＋ｉ2 から、
【数１】
となる。
【００２３】
同様に、トランジスタ４側では、ｉ3 ＝−ｉc ＋ｉ2 から、
【数２】
となる。
【００２４】
そこで〔数１〕〔数２〕から、これらを加算して
【数３】
となり、トランジスタ３、４のベースに差動の入力信号Ｖinと−Ｖinが印加された場合には、出力信号Ｖa 、Ｖb の関係も位相が反転したものになる。
【００２５】
そこでこの〔数３〕を〔数１〕に代入することによって、
【数４】
となる。
【００２６】
よって、
【数５】
となり、入力信号Ｖinに対して、出力信号Ｖa 、Ｖb は±９０度位相のずれた出力となるものである。
【００２７】
そこで図１の回路において、入力信号Ｖinの信号源電圧源１からみた入力インピーダンスを値Ｚinとすると、入力電流Ｉinは、
【数６】
である。
【００２８】
よって、この〔数６〕と上述の〔数４〕とから
【数７】
となる。
【００２９】
すなわちこの図１の回路において、入力インピーダンスＺinは、〔数７〕から明らかなように入力信号Ｖinに対してインダクタンスＬ＝Ｃ・Ｒ・Ｒe が対接地間に入っているように見えるものである。言い換えると、入力信号Ｖin、−Ｖinの信号源電圧源１、２間に、インダクタンス２Ｌ＝２・Ｃ・Ｒ・Ｒe が存在しているように見えるものである。
【００３０】
さらに、図１のアクティブインダクタンス回路が完全に２端子素子として存在していることを図２を用いて説明する。この図２は、入力信号Ｖinの信号源電圧源１とトランジスタ３のベースとの間に値Ｚ1 のドライブインピーダンス２１を挿入すると共に、トランジスタ４のベースを値Ｚ2 のインピーダンス２２にて終端したものである。
【００３１】
そしてこの図２の回路において、トランジスタ３のベースポイント２３の信号電位を値Ｖ1 、トランジスタ４のベースポイント２４の信号電位を値Ｖ2 としたときに、値Ｖ1 、Ｖ2 間にインダクタンスが存在するように伝達関数が表されればよいことになる。
【００３２】
そこで図２において、上述の〔数１〕から、
【数８】
となる。
【００３３】
同様に、〔数２〕から、
【数９】
となる。
【００３４】
従って、これらの〔数８〕〔数９〕から、
【数１０】
となる。
【００３５】
また、
【数１１】
から、
【数１２】
となる。
【００３６】
一方、
【数１３】
であるから、
【数１４】
となる。
【００３７】
すなわち
【数１５】
ただし、
【数１６】
であるから、
【数１７】
となる。
【００３８】
そしてこれらの式より、
【数１８】
が求められる。
【００３９】
すなわち、これらの〔数１８〕から明らかなように、電圧値Ｖ1 、Ｖ2 は入力信号Ｖinに対して同一の分母で表され、さらに入力信号Ｖinに対してインピーダンスの順序もＺ1 、Ｌ＝Ｃ・Ｒ・Ｒe 、Ｚ2 となっている。以上のことから、上述の図１で形成されるアクティブインダクタンス回路は、完全に２端子素子として浮いた状態で形成されることがわかるものである。なお図３には、２端子素子としてのイメージを上述の図２の回路について示す。
【００４０】
従ってこの装置において、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対を介して電流に変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことによって、シングル入力時に完全な２端子のインダクタンス成分として動作させることができる。
【００４１】
これによって、従来の回路では、インダクタンス成分をＩＣ回路内に単独の２端子素子として形成することができなかったものを、本発明によればこの問題点を容易に解消することができるものである。
【００４２】
さらに、図４は本発明の請求項３によるアクティブインダクタンス回路の一例の構成を示す接続図である。
【００４３】
この図４において、第２の差動の入力信号Ｖ2 と−Ｖ2 を形成する信号源電圧源３１、３２が設けられ、これらの電圧源３１、３２の一端が互いに接続されてその接続中点が接地されると共に、信号源電圧源３１、３２の他端がそれぞれトランジスタ３３、３４のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ３３、３４のコレクタが電源Ｖccの電源路５に接続される。そしてこれらのトランジスタ３３、３４のエミッタが、それぞれ抵抗値Ｒの抵抗器３５、３６を通じてトランジスタ８、９のベースに接続される。
【００４４】
また出力信号Ｖa とＶb の出力端子１４、１５がそれぞれトランジスタ３７、３８のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ３７、３８のエミッタがそれぞれ電流値Ｉ1 の電流源３９、４０を通じて接地されると共に、これらのトランジスタ３７、３８のエミッタ間に抵抗値２Ｒp の抵抗器４１が接続される。そしてこれらのトランジスタ３７、３８のコレクタが、それぞれ信号源電圧源３１、３２とトランジスタ３３、３４のベースの接続中点に接続される。
【００４５】
なお図４において、この他の構成は上述の図１と同様とし、対応する部分には同一の符号を付して示す。ただし図４においては、説明の都合上、信号源電圧源１、２で形成される差動の入力信号を値Ｖ1 と−Ｖ1 とし、抵抗器１２の抵抗値を２Ｒx とする。
【００４６】
すなわちこの回路は、上述の図１に示したアクティブインダクタンス回路に、出力側の電圧を帰還する抵抗マトリクスを形成する部分と、電流出力を形成する差動対を追加したものである。そこでこの図４の回路において、信号源電圧源１から供給される入力電流を値Ｉin1 、信号源電圧源３１から供給される入力電流を値Ｉin2 と置いて、入力電圧Ｖ1 、Ｖ2 間のインピーダンスを求める。
【００４７】
ここで
【数１９】
であることを踏まえると、
【数２０】
となる。
【００４８】
従って、
【数２１】
から、
【数２２】
となる。
【００４９】
そこで入力電圧Ｖ1 、Ｖ2 間のインピーダンスを値Ｚ12とすると、
【数２３】
となる。ただし、２Ｒx ＝Ｒの条件を用いる。
【００５０】
さらに、図４のアクティブインダクタンス回路が完全に２端子対（差動４端子）素子として存在していることを図５を用いて説明する。この図５は、入力信号Ｖ1 と−Ｖ1 の信号源電圧源１、２とトランジスタ３、４のベースとの間に、それぞれ値Ｚ1 のドライブインピーダンス５１、５２を挿入すると共に、トランジスタ３３、３４のベースをそれぞれ値Ｚ2 のインピーダンス５３、５４にて終端したものである。
【００５１】
そしてこの図５の回路において、それぞれのトランジスタ３のベースポイント５５の信号電位を値Ｖ11、トランジスタ４のベースポイント５６の信号電位を値Ｖ12、トランジスタ３３のベースポイント５７の信号電位を値Ｖ21、トランジスタ３４のベースポイント５８の信号電位を値Ｖ22としたときに、値Ｖ11、Ｖ12、Ｖ21、Ｖ22間にインダクタンスが存在するように伝達関数が表されればよいことになる。なおこの図５の回路において、トランジスタ８、９のエミッタ抵抗は、上述の条件に従ってＲになっている。
【００５２】
そこで上述の〔数２０〕から、
【数２４】
となる。
【００５３】
従って、この〔数２４〕から、
【数２５】
となる。
【００５４】
また、
【数２６】
であるから、
【数２７】
となる。
【００５５】
また、
【数２８】
であるから、
【数２９】
となる。
【００５６】
次に、
【数３０】
であるから、
【数３１】
となる。
【００５７】
また、
【数３２】
であるから、
【数３３】
となる。
【００５８】
よって、
【数３４】
となる。
【００５９】
さらに〔数２７〕から、
【数３５】
となる。
【００６０】
従って
【数３６】
【００６１】
また、〔数２９〕から、
【数３７】
となる。
【００６２】
すなわち、これらの〔数３６〕〔数３７〕から明らかなように、電圧値Ｖ11、Ｖ21は入力信号Ｖinに対して同一の分母で表され、さらに入力信号Ｖinに対してインピーダンスの順序もＺ1 、Ｌ＝Ｃ・Ｒ・Ｒp 、Ｚ2 となっている。これは、電圧値Ｖ12、Ｖ22に対しても同様に表される。以上のことから、上述の図４で形成されるアクティブインダクタンス回路は、完全に２端子対（差動４端子）素子として浮いた状態で形成されることがわかるものである。なお図６には、２端子対素子としてのイメージを上述の図５の回路について示す。
【００６３】
従ってこの装置において、９０度移相器の出力電圧を２組の差動対で受け、その一方を電流に変換して９０度移相器の入力側に戻すと共に、他方の出力を抵抗マトリクスを介して出力側に電圧帰還することによって、差動入力、差動出力の形態を持った４端子のインダクタンス回路を形成することができる。
【００６４】
さらに図７、図８には電流可変回路を用いて、上述のアクティブインダクタンス回路のインダクタンス値を可変とするものである。すなわち図７においては、例えば上述の図２の回路についてトランジスタ１６、１７のコレクタに、ｋ倍（ｋは＋１から−１まで可変可能）の電流可変回路６１を挿入する。
【００６５】
この回路において、
【数３８】
から、
【数３９】
となる。
【００６６】
従って、
【数４０】
となる。
【００６７】
これによって、端子２３、２４間に存在するインダクタンス値Ｌ1 は、
【数４１】
となる。
【００６８】
同様にして、図８においては、例えば上述の図５の回路についてトランジスタ１６、１７、３７、３８のコレクタに、それぞれｋ倍（ｋは＋１から−１まで可変可能）の電流可変回路６１、６２を挿入する。これによって、端子５５、５６、５７、５８間に存在するインダクタンス値Ｌ2 は、
【数４２】
となる。
【００６９】
従ってこの装置において、上述のアクティブインダクタンス回路に電流可変回路を挿入することにより、得られるインダクタンスの値を可変とすることができる。
【００７０】
こうして上述のアクティブインダクタンス回路によれば、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対で受け、この差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを２端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００７１】
また、上述の回路において、差動対の電圧−電流変換部に電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００７２】
さらに上述のアクティブインダクタンス回路によれば、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を第１及び第２の差動対で受け、この第１の差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すと共に、この第２の差動対の出力部分をトランジスタのベースで受けて、９０度移相器の出力側に抵抗マトリクスを用いて電圧帰還することにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを差動入力及び差動出力の形態を持った４端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００７３】
また、上述の回路において、第１の差動対の電圧−電流変換部及び第２の差動対の出力部分にそれぞれ電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００７４】
すなわち本発明のアクティブインダクタンス回路によれば、従来、単独でＩＣ回路内に作ることが困難であったインダクタンス素子を、完全な２端子素子として作りだすことができる。従ってその２端子素子となったインダクタンスの前後にドライブインピーダンスと終端インピーダンスを置けることになり、分布定数回路の選択特性の実現が可能となり、急峻な特性を得ることができる。
【００７５】
また、このインダクタンスを完全な４端子対とすることにより、差動入力、差動出力のフィルターを完成することができ、これにより従来のアクティブフィルターで問題であった入力と出力のＤＣオフセットが完全になくなり、高いＱのアクティブフィルターを作ることが可能になる。
【００７６】
また差動であるため、従来のアクティブフィルターでは信号電流がアースを回って回路に影響を与える恐れがあったが、本発明の回路によれば差動とすることにより全ての信号がＩＣ回路内にとどまり、回路の性能を向上させることができる。さらに本発明の回路によれば、ＰＮＰトランジスタを使用しないので、低電圧に充分対応できる。
【００７７】
また、全て差動で信号が流れるため、ＩＣ内に使用するコンデンサを全て差動的に付加することができ、シングル動作時に比して半分の容量値で済むことになり、ＩＣチップの面積を大幅に縮小することができる。
【００７８】
従ってこれらの理由により、結果として商品の性能向上、製造コストの削減、基板面積の縮小等の効果をもたらすことができる。
【００７９】
さらにアクティブインダクタンスを作りだすことによって、例えば位相ロックループや、ＡＭ復調器、ＦＭ復調器、フィルター等の用途にも本発明を応用することができるものである。
【００８０】
【発明の効果】
従って本発明の請求項１によれば、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対で受け、この差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを２端子のインダクタンスとして作用させることができるものである。
【００８１】
また、本発明の請求項３によれば、９０度移相器の出力電圧を２組の差動対で受け、その一方を電流に変換して９０度移相器の入力側に戻すと共に、他方の出力を抵抗マトリクスを介して出力側に電圧帰還することによって、差動入力、差動出力の形態を持った４端子のインダクタンス回路を形成することができるものである。
【００８２】
さらに本発明の請求項２、４によれば、上述のアクティブインダクタンス回路に電流可変回路を挿入することにより、得られるインダクタンスの値を可変とすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図２】その説明のための図である。
【図３】その説明のための図である。
【図４】本発明の請求項３のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図５】その説明のための図である。
【図６】その説明のための図である。
【図７】本発明の請求項２のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図８】本発明の請求項４のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図９】従来の回路の説明のための図である。
【符号の説明】
１，２…差動の入力電圧Ｖinと−Ｖinを形成する信号源電圧源、３，４…電圧ドライブを行うトランジスタ、５…電源Ｖccの電源路、６，７…抵抗値２Ｒe の抵抗器、８，９…差動対を構成するトランジスタ、１０，１１…電流値Ｉ0 の電流源、１２…抵抗値２Ｒの抵抗器、１３…容量値Ｃ／２のコンデンサ、１４，１５…出力電圧Ｖa とＶb の出力端子、１６，１７…トランジスタ、１８，１９…電流値Ｉ1 の電流源、２０…抵抗値２Ｒe の抵抗器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジオ受信機、テレビジョン受信機、衛星放送受信機、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）、移動体通信機等に使用して好適なアクティブインダクタンス回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ラジオ受信機、テレビジョン受信機、衛星放送受信機、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）、移動体通信機等の機器においては、回路構成の一部としてフィルター回路が用いられている。そこでこのようなフィルター回路を、例えば集積回路（ＩＣ）の内部に構築する場合に、従来から抵抗器やコンデンサーは２端子の素子で形成することが可能であるものの、いわゆるインダクタンス成分をＩＣ内に２端子で形成することは容易になし得るものではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば図９は、バイクワッド回路と呼ばれるインダクタンス成分を形成するための回路の構成を示す。
【０００４】
この回路において、２つの演算増幅器９１、９２が従属に設けられる。そして入力信号Ｖinが演算増幅器９１の非反転入力に供給され、この演算増幅器９１の出力が演算増幅器９２の非反転入力に供給され、この演算増幅器９２の出力信号Ｖout が取り出されると共に、この出力信号Ｖout が演算増幅器９１、９２の反転入力に帰還される。従ってこの回路において、演算増幅器９１、９２の２組の積分器によって構成する帰還回路によりインダクタンス成分が形成される。
【０００５】
しかしながらこの回路においては、回路的に電圧帰還が掛かるために、いわゆるＱの高いフィルター回路を形成する場合に、入力と出力とでオフセット電圧が生じ、回路設計が極めて困難になるものである。またこの回路の場合に、積分器の入出力はシングルであるために、回路全体もシングル入力のシングル出力となり、差動性に欠けるものとなる。このことは、特に回路のＩＣ化を行う場合には致命的な欠陥であった。
【０００６】
すなわち上述の回路においては、インダクタンス成分を単独でＩＣ回路内に形成することができず、このため特に急峻なカットオフ特性を示すチェビシュフ型などの分布定数型のフィルターを組むことができないのである。
【０００７】
この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の回路では、インダクタンス成分をＩＣ回路内に単独の２端子素子として形成することができなかったというものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の請求項１においては、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対を介して電流に変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すようにしたものであって、これによれば、シングル入力時に完全な２端子のインダクタンス成分として動作させることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項３においては、９０度移相器の出力電圧を２組の差動対で受け、その一方を電流に変換して９０度移相器の入力側に戻すと共に、他方の出力を抵抗マトリクスを介して出力側に電圧帰還するようにしたものであって、これによれば、差動入力、差動出力の形態を持った４端子のインダクタンス回路を形成することができる。
【００１０】
さらに本発明の請求項２、４においては、上述の請求項１、３のアクティブインダクタンス回路に電流可変回路を挿入することにより、得られるインダクタンスの値を可変とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
すなわち本発明の請求項１においては、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対で受け、この差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを２端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００１２】
また本発明の請求項２は、請求項１において差動対の電圧−電流変換部に電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００１３】
さらに本発明の請求項３においては、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を第１及び第２の差動対で受け、この第１の差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すと共に、この第２の差動対の出力部分をトランジスタのベースで受けて、９０度移相器の出力側に抵抗を介して電圧帰還することにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを差動入力及び差動出力の形態を持った４端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００１４】
また本発明の請求項４は、請求項３において第１の差動対の電圧−電流変換部及び第２の差動対の出力部分にそれぞれ電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００１５】
ところで本願発明者は、先に負性抵抗を用いたハイインピーダンスバイアス回路にコンデンサを付加して構成した９０度移相器を提案した（特願平９−２３７１６２号参照）。本発明のアクティブインダクタンス回路は、この９０度移相器を応用したものである。
【００１６】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を説明するに、図１は本発明の請求項１によるアクティブインダクタンス回路の一例の構成を示す接続図である。
【００１７】
この図１において、差動の入力信号Ｖinと−Ｖinを形成する信号源電圧源１、２が設けられ、これらの電圧源１、２の一端が互いに接続されてその接続中点が接地されると共に、信号源電圧源１、２の他端がそれぞれトランジスタ３、４のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ３、４のコレクタが電源Ｖccの電源路５に接続される。
【００１８】
また、これらのトランジスタ３、４のエミッタが、それぞれ抵抗値Ｒの抵抗器６、７を通じて差動対を構成するトランジスタ８、９のコレクタに接続される。さらにこれらのトランジスタ８、９のエミッタがそれぞれ電流値Ｉ0 の電流源１０、１１を通じて接地されると共に、これらのトランジスタ８、９のエミッタ間に抵抗値２Ｒの抵抗器１２が接続される。そしてこれらのトランジスタ８、９のコレクタ間に容量値Ｃ／２のコンデンサ１３が接続される。
【００１９】
さらにこれらのトランジスタ８、９のコレクタから出力信号Ｖa とＶb の出力端子１４、１５が導出される。
【００２０】
また、これらの出力端子１４、１５がそれぞれトランジスタ１６、１７のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ１６、１７のエミッタがそれぞれ電流値Ｉ1 の電流源１８、１９を通じて接地されると共に、これらのトランジスタ１６、１７のエミッタ間に抵抗値２Ｒe の抵抗器２０が接続される。そしてこれらのトランジスタ１６、１７のコレクタが、それぞれ信号源電圧源１、２とトランジスタ３、４のベースの接続中点に接続される。
【００２１】
この図１の回路において、線で囲った部分は９０度移相器である。ただし上述の先願では、この９０度移相器を電流ドライブとしたが、図１では電圧ドライブに構成している。
【００２２】
そこでこの９０度移相器において、各部の電流を図示のように値ｉ1 、ｉ2 、ｉ3 、ｉc に定めると、トランジスタ３側では、ｉ1 ＝ｉc ＋ｉ2 から、
【数１】
【００２３】
同様に、トランジスタ４側では、ｉ3 ＝−ｉc ＋ｉ2 から、
【数２】
【００２４】
そこで〔数１〕〔数２〕から、これらを加算して
【数３】
【００２５】
そこでこの〔数３〕を〔数１〕に代入することによって、
【数４】
【００２６】
よって、
【数５】
【００２７】
そこで図１の回路において、入力信号Ｖinの信号源電圧源１からみた入力インピーダンスを値Ｚinとすると、入力電流Ｉinは、
【数６】
【００２８】
よって、この〔数６〕と上述の〔数４〕とから
【数７】
【００２９】
すなわちこの図１の回路において、入力インピーダンスＺinは、〔数７〕から明らかなように入力信号Ｖinに対してインダクタンスＬ＝Ｃ・Ｒ・Ｒe が対接地間に入っているように見えるものである。言い換えると、入力信号Ｖin、−Ｖinの信号源電圧源１、２間に、インダクタンス２Ｌ＝２・Ｃ・Ｒ・Ｒe が存在しているように見えるものである。
【００３０】
さらに、図１のアクティブインダクタンス回路が完全に２端子素子として存在していることを図２を用いて説明する。この図２は、入力信号Ｖinの信号源電圧源１とトランジスタ３のベースとの間に値Ｚ1 のドライブインピーダンス２１を挿入すると共に、トランジスタ４のベースを値Ｚ2 のインピーダンス２２にて終端したものである。
【００３１】
そしてこの図２の回路において、トランジスタ３のベースポイント２３の信号電位を値Ｖ1 、トランジスタ４のベースポイント２４の信号電位を値Ｖ2 としたときに、値Ｖ1 、Ｖ2 間にインダクタンスが存在するように伝達関数が表されればよいことになる。
【００３２】
そこで図２において、上述の〔数１〕から、
【数８】
【００３３】
同様に、〔数２〕から、
【数９】
【００３４】
従って、これらの〔数８〕〔数９〕から、
【数１０】
【００３５】
また、
【数１１】
【数１２】
【００３６】
一方、
【数１３】
【数１４】
【００３７】
すなわち
【数１５】
【数１６】
【数１７】
【００３８】
そしてこれらの式より、
【数１８】
【００３９】
すなわち、これらの〔数１８〕から明らかなように、電圧値Ｖ1 、Ｖ2 は入力信号Ｖinに対して同一の分母で表され、さらに入力信号Ｖinに対してインピーダンスの順序もＺ1 、Ｌ＝Ｃ・Ｒ・Ｒe 、Ｚ2 となっている。以上のことから、上述の図１で形成されるアクティブインダクタンス回路は、完全に２端子素子として浮いた状態で形成されることがわかるものである。なお図３には、２端子素子としてのイメージを上述の図２の回路について示す。
【００４０】
従ってこの装置において、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対を介して電流に変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことによって、シングル入力時に完全な２端子のインダクタンス成分として動作させることができる。
【００４１】
これによって、従来の回路では、インダクタンス成分をＩＣ回路内に単独の２端子素子として形成することができなかったものを、本発明によればこの問題点を容易に解消することができるものである。
【００４２】
さらに、図４は本発明の請求項３によるアクティブインダクタンス回路の一例の構成を示す接続図である。
【００４３】
この図４において、第２の差動の入力信号Ｖ2 と−Ｖ2 を形成する信号源電圧源３１、３２が設けられ、これらの電圧源３１、３２の一端が互いに接続されてその接続中点が接地されると共に、信号源電圧源３１、３２の他端がそれぞれトランジスタ３３、３４のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ３３、３４のコレクタが電源Ｖccの電源路５に接続される。そしてこれらのトランジスタ３３、３４のエミッタが、それぞれ抵抗値Ｒの抵抗器３５、３６を通じてトランジスタ８、９のベースに接続される。
【００４４】
また出力信号Ｖa とＶb の出力端子１４、１５がそれぞれトランジスタ３７、３８のベースに接続される。さらにこれらのトランジスタ３７、３８のエミッタがそれぞれ電流値Ｉ1 の電流源３９、４０を通じて接地されると共に、これらのトランジスタ３７、３８のエミッタ間に抵抗値２Ｒp の抵抗器４１が接続される。そしてこれらのトランジスタ３７、３８のコレクタが、それぞれ信号源電圧源３１、３２とトランジスタ３３、３４のベースの接続中点に接続される。
【００４５】
なお図４において、この他の構成は上述の図１と同様とし、対応する部分には同一の符号を付して示す。ただし図４においては、説明の都合上、信号源電圧源１、２で形成される差動の入力信号を値Ｖ1 と−Ｖ1 とし、抵抗器１２の抵抗値を２Ｒx とする。
【００４６】
すなわちこの回路は、上述の図１に示したアクティブインダクタンス回路に、出力側の電圧を帰還する抵抗マトリクスを形成する部分と、電流出力を形成する差動対を追加したものである。そこでこの図４の回路において、信号源電圧源１から供給される入力電流を値Ｉin1 、信号源電圧源３１から供給される入力電流を値Ｉin2 と置いて、入力電圧Ｖ1 、Ｖ2 間のインピーダンスを求める。
【００４７】
ここで
【数１９】
【数２０】
【００４８】
従って、
【数２１】
【数２２】
【００４９】
そこで入力電圧Ｖ1 、Ｖ2 間のインピーダンスを値Ｚ12とすると、
【数２３】
【００５０】
さらに、図４のアクティブインダクタンス回路が完全に２端子対（差動４端子）素子として存在していることを図５を用いて説明する。この図５は、入力信号Ｖ1 と−Ｖ1 の信号源電圧源１、２とトランジスタ３、４のベースとの間に、それぞれ値Ｚ1 のドライブインピーダンス５１、５２を挿入すると共に、トランジスタ３３、３４のベースをそれぞれ値Ｚ2 のインピーダンス５３、５４にて終端したものである。
【００５１】
そしてこの図５の回路において、それぞれのトランジスタ３のベースポイント５５の信号電位を値Ｖ11、トランジスタ４のベースポイント５６の信号電位を値Ｖ12、トランジスタ３３のベースポイント５７の信号電位を値Ｖ21、トランジスタ３４のベースポイント５８の信号電位を値Ｖ22としたときに、値Ｖ11、Ｖ12、Ｖ21、Ｖ22間にインダクタンスが存在するように伝達関数が表されればよいことになる。なおこの図５の回路において、トランジスタ８、９のエミッタ抵抗は、上述の条件に従ってＲになっている。
【００５２】
そこで上述の〔数２０〕から、
【数２４】
【００５３】
従って、この〔数２４〕から、
【数２５】
【００５４】
また、
【数２６】
【数２７】
【００５５】
また、
【数２８】
【数２９】
【００５６】
次に、
【数３０】
【数３１】
【００５７】
また、
【数３２】
【数３３】
【００５８】
よって、
【数３４】
【００５９】
さらに〔数２７〕から、
【数３５】
【００６０】
従って
【数３６】
また、〔数２９〕から、
【数３７】
【００６２】
すなわち、これらの〔数３６〕〔数３７〕から明らかなように、電圧値Ｖ11、Ｖ21は入力信号Ｖinに対して同一の分母で表され、さらに入力信号Ｖinに対してインピーダンスの順序もＺ1 、Ｌ＝Ｃ・Ｒ・Ｒp 、Ｚ2 となっている。これは、電圧値Ｖ12、Ｖ22に対しても同様に表される。以上のことから、上述の図４で形成されるアクティブインダクタンス回路は、完全に２端子対（差動４端子）素子として浮いた状態で形成されることがわかるものである。なお図６には、２端子対素子としてのイメージを上述の図５の回路について示す。
【００６３】
従ってこの装置において、９０度移相器の出力電圧を２組の差動対で受け、その一方を電流に変換して９０度移相器の入力側に戻すと共に、他方の出力を抵抗マトリクスを介して出力側に電圧帰還することによって、差動入力、差動出力の形態を持った４端子のインダクタンス回路を形成することができる。
【００６４】
さらに図７、図８には電流可変回路を用いて、上述のアクティブインダクタンス回路のインダクタンス値を可変とするものである。すなわち図７においては、例えば上述の図２の回路についてトランジスタ１６、１７のコレクタに、ｋ倍（ｋは＋１から−１まで可変可能）の電流可変回路６１を挿入する。
【００６５】
この回路において、
【数３８】
【数３９】
【００６６】
従って、
【数４０】
【００６７】
これによって、端子２３、２４間に存在するインダクタンス値Ｌ1 は、
【数４１】
【００６８】
同様にして、図８においては、例えば上述の図５の回路についてトランジスタ１６、１７、３７、３８のコレクタに、それぞれｋ倍（ｋは＋１から−１まで可変可能）の電流可変回路６１、６２を挿入する。これによって、端子５５、５６、５７、５８間に存在するインダクタンス値Ｌ2 は、
【数４２】
【００６９】
従ってこの装置において、上述のアクティブインダクタンス回路に電流可変回路を挿入することにより、得られるインダクタンスの値を可変とすることができる。
【００７０】
こうして上述のアクティブインダクタンス回路によれば、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対で受け、この差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを２端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００７１】
また、上述の回路において、差動対の電圧−電流変換部に電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００７２】
さらに上述のアクティブインダクタンス回路によれば、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を第１及び第２の差動対で受け、この第１の差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すと共に、この第２の差動対の出力部分をトランジスタのベースで受けて、９０度移相器の出力側に抵抗マトリクスを用いて電圧帰還することにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを差動入力及び差動出力の形態を持った４端子のインダクタンスとして作用させるものである。
【００７３】
また、上述の回路において、第１の差動対の電圧−電流変換部及び第２の差動対の出力部分にそれぞれ電流可変回路を挿入することによりインダクタンスの値を可変とするものである。
【００７４】
すなわち本発明のアクティブインダクタンス回路によれば、従来、単独でＩＣ回路内に作ることが困難であったインダクタンス素子を、完全な２端子素子として作りだすことができる。従ってその２端子素子となったインダクタンスの前後にドライブインピーダンスと終端インピーダンスを置けることになり、分布定数回路の選択特性の実現が可能となり、急峻な特性を得ることができる。
【００７５】
また、このインダクタンスを完全な４端子対とすることにより、差動入力、差動出力のフィルターを完成することができ、これにより従来のアクティブフィルターで問題であった入力と出力のＤＣオフセットが完全になくなり、高いＱのアクティブフィルターを作ることが可能になる。
【００７６】
また差動であるため、従来のアクティブフィルターでは信号電流がアースを回って回路に影響を与える恐れがあったが、本発明の回路によれば差動とすることにより全ての信号がＩＣ回路内にとどまり、回路の性能を向上させることができる。さらに本発明の回路によれば、ＰＮＰトランジスタを使用しないので、低電圧に充分対応できる。
【００７７】
また、全て差動で信号が流れるため、ＩＣ内に使用するコンデンサを全て差動的に付加することができ、シングル動作時に比して半分の容量値で済むことになり、ＩＣチップの面積を大幅に縮小することができる。
【００７８】
従ってこれらの理由により、結果として商品の性能向上、製造コストの削減、基板面積の縮小等の効果をもたらすことができる。
【００７９】
さらにアクティブインダクタンスを作りだすことによって、例えば位相ロックループや、ＡＭ復調器、ＦＭ復調器、フィルター等の用途にも本発明を応用することができるものである。
【００８０】
【発明の効果】
従って本発明の請求項１によれば、正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、９０度移相器の出力電圧を一組の差動対で受け、この差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を９０度移相器の入力側に戻すことにより、９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを２端子のインダクタンスとして作用させることができるものである。
【００８１】
また、本発明の請求項３によれば、９０度移相器の出力電圧を２組の差動対で受け、その一方を電流に変換して９０度移相器の入力側に戻すと共に、他方の出力を抵抗マトリクスを介して出力側に電圧帰還することによって、差動入力、差動出力の形態を持った４端子のインダクタンス回路を形成することができるものである。
【００８２】
さらに本発明の請求項２、４によれば、上述のアクティブインダクタンス回路に電流可変回路を挿入することにより、得られるインダクタンスの値を可変とすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図２】その説明のための図である。
【図３】その説明のための図である。
【図４】本発明の請求項３のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図５】その説明のための図である。
【図６】その説明のための図である。
【図７】本発明の請求項２のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図８】本発明の請求項４のアクティブインダクタンス回路の一例の構成図である。
【図９】従来の回路の説明のための図である。
【符号の説明】
１，２…差動の入力電圧Ｖinと−Ｖinを形成する信号源電圧源、３，４…電圧ドライブを行うトランジスタ、５…電源Ｖccの電源路、６，７…抵抗値２Ｒe の抵抗器、８，９…差動対を構成するトランジスタ、１０，１１…電流値Ｉ0 の電流源、１２…抵抗値２Ｒの抵抗器、１３…容量値Ｃ／２のコンデンサ、１４，１５…出力電圧Ｖa とＶb の出力端子、１６，１７…トランジスタ、１８，１９…電流値Ｉ1 の電流源、２０…抵抗値２Ｒe の抵抗器
Claims (4)
- 正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、
上記９０度移相器の出力電圧を一組の差動対で受け、この差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を上記９０度移相器の入力側に戻すことにより、
上記９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを２端子のインダクタンスとして作用させる
ことを特徴とするアクティブインダクタンス回路。 - 請求項１記載のアクティブインダクタンス回路において、
上記差動対の電圧−電流変換部に電流可変回路を挿入することにより上記インダクタンスの値を可変とする
ことを特徴とするアクティブインダクタンス回路。 - 正抵抗に対して負性抵抗を帰還したハイインピーダンス回路のハイインピーダンス部分に容量を付加することにより形成した差動型の９０度移相器を有し、
上記９０度移相器の出力電圧を第１及び第２の差動対で受け、この第１の差動対のエミッタ間抵抗により電圧−電流変換し、この電流を上記９０度移相器の入力側に戻すと共に、この第２の差動対の出力部分をトランジスタのベースで受けて、上記９０度移相器の出力側に抵抗を介して電圧帰還することにより、
上記９０度移相器の入力側からみたインピーダンスを差動入力及び差動出力の形態を持った４端子のインダクタンスとして作用させる
ことを特徴とするアクティブインダクタンス回路。 - 請求項３記載のアクティブインダクタンス回路において、
上記第１の差動対の電圧−電流変換部及び上記第２の差動対の出力部分にそれぞれ電流可変回路を挿入することにより上記インダクタンスの値を可変とする
ことを特徴とするアクティブインダクタンス回路。
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