JP4689345B2 - 受動型ポリフェーズフィルタ - Google Patents

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本発明は、電子機器の信号処理におけるイメージ除去等に使用する受動型ポリフェーズフィルタ(複素フィルタ)に関し、特に構成要素である抵抗、コンデンサおよび入出力端の配置の改良に関する。
電子機器の信号処理におけるイメージ除去に使用する受動型ポリフェーズフィルタは、例えば4相入力の場合、図14に示すような回路構成を有する。図14の受動型ポリフェーズフィルタは、抵抗R1、R2、R3、R4、およびコンデンサC1、C2、C3、C4をループ状に接続して構成され、I1、I2、I3、I4が信号を入力する入力端、O1、O2、O3、O4が信号を出力する出力端である。抵抗R1〜R4は同一の抵抗値、コンデンサC1〜C4は同一の容量値を有する。
図14の回路においては、入力端I1から出力端O1への信号処理として抵抗R1とコンデンサC4で受動型の1次ローパスフィルタが構成され、一方、出力端O2から入力端I1への信号処理としてコンデンサC1と抵抗R1とで受動型の1次ハイパスフィルタが構成される。つまり、入力端I1で本来の入力信号と出力端O2からの信号を合成して出力端O1へ出力する。他の信号入力端からの出力端への信号関係も同様な構成となる。
上記構成の受動型ポリフェーズフィルタの集積回路上での配置図(レイアウト)の例を、図15に示す。各参照符号は、図14の回路図に対応させて付されている。この従来の受動型ポリフェーズフィルタの配置では、配線を蛇行させて配線抵抗が等しくなるように配慮されている(例えば、非特許文献1参照。)。
また、他の従来例の受動型ポリフェーズフィルタとして、特許文献1に開示されている配置図(レイアウト)を図16に示す。この受動型ポリフェーズフィルタの配置は、入力端I1と入力端I4を共用し、入力端I2と入力端I3を共用して、2相入力の場合の集積回路上の配置を実現している。抵抗R1〜R4とコンデンサC1〜C4が90度回転対称であって、抵抗、コンデンサが交互になるように配置され、寄生容量の発生が少なくなるように配慮されている。
IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, VOL.36 NO.6, JUNE 2001, CMOS Mixers and Polyphase Filters for Large Image Rejection, Farbod Behbahani他3名 特開2003−234406号公報(7頁、第1図)
従来、電子機器の信号処理のイメージ除去に使用する受動型ポリフェーズフィルタの配置方法においては、集積回路上に実現する場合、複数段の配置を単純にし、その配置から生じる寄生素子による特性への影響を低減することが課題であった。
これに対して、図15に示した4相入力受動型ポリフェーズフィルタの場合、抵抗R1とコンデンサC1を結ぶ配線、抵抗R2とコンデンサC2を結ぶ配線、抵抗R3とコンデンサC3を結ぶ配線、および抵抗R4とコンデンサC4を結ぶ配線による寄生素子である配線抵抗の値を整合させるために、抵抗R2とコンデンサC2を結ぶ配線、抵抗R3とコンデンサC3を結ぶ配線、抵抗R4とコンデンサC4を結ぶ配線を蛇行させている。そのため、受動型ポリフェーズフィルタの配置として複雑な形状となってしまう。
また、図17に、2段4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの回路図を示す。この受動型ポリフェーズフィルタの集積回路上での配置例として、図15に示した配置方法に基づいて構成した場合の配置図を図18に示す。この配置において、1段目の出力端と2段目の入力端とを接続するためには、抵抗R11とコンデンサC14を結ぶ配線を、1段目の出力O12と2段目の入力I22、出力O13と入力I23、出力O14と入力I24を結ぶ各配線と交差させなければならない。この交差することによる寄生素子である配線容量の値が、フィルタの特性を変化させてしまう。
一方、図16のような4相入力受動型ポリフェーズフィルタの配置においては、抵抗R1と抵抗R3、抵抗R4と抵抗R2の方向が異なるので相対ばらつきが異なり、同一抵抗値が得られ難い。しかも、図17に示した2段4相入力の受動型ポリフェーズフィルタを、図16のような配置方法に基づいて構成すると、図19に示すようにかなり複雑な形状となる。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、構成要素の配置および配線の形状が簡潔であって、複数段に構成した場合でも配置および配線が複雑化することを抑制でき、各要素の配置から生じる寄生素子による特性への影響を低減できる受動型ポリフェーズフィルタを提供することを目的とする。
本発明の受動型ポリフェーズフィルタは、整数mを3以上として、集積回路の同一基板上に形成された、m相の信号を入力するためのm個の入力端と、m個の抵抗素子と、m個の容量素子と、m相の信号を出力するためのm個の出力端とを備え、前記抵抗素子と前記容量素子は交互にループ状に接続され、前記抵抗素子と前記容量素子間の各ノードに対して順次、前記入力端および前記出力端が交互に接続される。上記課題を解決するために、前記m個の抵抗素子は各々(m−1)個以上の部分抵抗素子の群により構成され、前記m群のうちの(m−1)群の前記部分抵抗素子は各群毎に集合させて姿勢を揃えて配置され、残りの1群の前記部分抵抗素子は分散されて他の各群の前記部分抵抗素子に対してそれぞれ同列に姿勢を揃えて配置され、前記各群の集合領域は一方向に整列していることを特徴とする。
上記構成の受動型ポリフェーズフィルタの構成によれば、構成要素である抵抗素子と容量素子の配置、および入出力端との間の配線の構成が簡潔であり、複数段に構成した場合でも配置および配線が複雑化することなく、各要素の配置から生じる寄生素子による特性への影響を低減できる。
本発明の受動型ポリフェーズフィルタにおいて、m=4として構成することができる。
また、上記構成において好ましくは、前記m個の容量素子、前記m個の入力端および前記m個の出力端は各々、前記部分抵抗素子の各群の整列方向と平行に、前記部分抵抗素子の各群と並行するように整列して配置される。
この構成において好ましくは、前記部分抵抗素子の各群に隣接して前記m個の容量素子が配置され、前記部分抵抗素子の各群および前記m個の容量素子を含む領域の両外側の一方の領域に前記m個の入力端が、他方の領域に前記m個の出力端が配置される。
また、前記各群における前記部分抵抗素子は、前記各群の整列方向と直交する方向に、側縁部を互いに隣接させて整列することが好ましい。
また、前記容量素子と前記入力端または前記出力端が、前記部分抵抗素子の群を横切る配線により接続されることが好ましい。
上記のいずれかの構成の受動型ポリフェーズフィルタを複数段備え、前段の前記受動型ポリフェーズフィルタの前記出力端が各々、後段の前記受動型ポリフェーズフィルタの対応する前記入力端に接続された受動型ポリフェーズフィルタを構成することができる。
また、上記のいずれかの構成の受動型ポリフェーズフィルタを備えた集積回路を構成することができる。また、その集積回路を備えた受信機を構成することができる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態における受動型ポリフェーズフィルタの配置図を示す。この配置は、図14の回路構成を有する4相入力の受動型ポリフェーズフィルタを実現したものである。図15、図16等の従来例と同一の要素については、同一の参照番号を付して説明する。
図1の配置において、図14の抵抗R1〜R4は、各々3分割して部分抵抗の集合として構成されている。すなわち、抵抗R1は部分抵抗R1a〜R1cの群、抵抗R2は部分抵抗R2a〜R2cの群、抵抗R3は部分抵抗R3a〜R3cの群、抵抗R4は部分抵抗R4a〜R4cの群により構成される。以降の実施の形態から判るように、本発明では、m個の抵抗を各々、(m−1)個以上の部分抵抗に分割して構成する。なお、図示しないが、以下の説明では、各部分抵抗の群に対して各々、抵抗R1〜R4と総称して説明する。
抵抗R2〜R4については、各群の部分抵抗R2a〜R2c、部分抵抗R3a〜R3c、部分抵抗R4a〜R4cが、各群毎に集合させて配置されている。抵抗R2〜R4の各群の集合領域は一方向に整列して配置されている。すなわち、図1の実施の形態においては、抵抗R2〜R4を構成する部分抵抗の各群が上下方向に整列して配置されている。部分抵抗R2a〜R2c、部分抵抗R3a〜R3c、部分抵抗R4a〜R4cは、姿勢を揃えて配置されている。例えば、部分抵抗R2a〜R2cは、各群の整列方向である上下方向と直交する水平方向に、側縁部を互いに隣接させて整列させて配置されている。抵抗R1を構成する部分抵抗R1a〜R1cは、分散されて他の各群の部分抵抗素子に対してそれぞれ同列に姿勢を揃えて配置されている。すなわち、部分抵抗R1aは抵抗R2の群、部分抵抗R1bは抵抗R3の群、部分抵抗R1cは抵抗R4の群の部分抵抗と並べて配置されている。
抵抗R2〜R4を構成する部分抵抗素子の各群に隣接して、コンデンサC1〜C4が配置されている。部分抵抗素子の各群およびコンデンサC1〜C4を含む領域の両外側のうち、左側の領域に入力端I1〜I4が、右側の領域に出力端O1〜O4が配置されている。このように、コンデンサC1〜C4、入力端I1〜I4および出力端O1〜O4は各々、抵抗R2〜R4を構成する部分抵抗素子の各群の整列方向と平行に、部分抵抗素子の各群と並行するように整列して配置される。入力端I1〜I4とコンデンサC1〜C4を接続する配線が水平方向に延在し、部分抵抗素子の群を横切って配置されている。
この配置によれば、抵抗R1とコンデンサC1を結ぶ配線1を短くできる。従って、抵抗R2とコンデンサC2を結ぶ各配線2、抵抗R3とコンデンサC3を結ぶ各配線3、および抵抗R4とコンデンサC4を結ぶ配線4による各配線抵抗値を、配線1による配線抵抗値に合わせるために、配線2〜4を蛇行させる必要はない。従って、受動型ポリフェーズフィルタを構成する配置として、簡単かつ単純な形状となる。さらに、各部分抵抗の方向が揃っているので相対ばらつきが小さい。
上記構成の適用例として、図2に、4段4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの回路図を示す。抵抗R11〜R14およびコンデンサC11〜C14からなる1段目フィルタに対して、抵抗R21〜R24およびコンデンサC21〜C24からなる2段目フィルタが、1段目フィルタの出力端O11〜O14において接続されている。2段目フィルタと3段目フィルタ間、3段目フィルタと4段目フィルタ間も同様である。
図2のような4段4相入力の受動型ポリフェーズフィルタにおいて、本実施形態による配置を適用すると、図3のように構成できる。すなわち、各段のフィルタは、図1に示した構造を有し、横方向に各段のフィルタを配列して各入力端と出力端を接続したものである。
この配列と配線によれば、1段目の出力端O11〜O14と2段目の入力端との間の配線において、図18に示した従来例のような、例えば、2段目の抵抗R21とコンデンサC21を結ぶ配線が、1段目の出力O12と2段目の入力I22を結ぶ配線等との交差を生じることがない。配線の交差がないので寄生素子である配線容量の発生が抑制され、フィルタの特性を変化が抑制される。後段の配線についても同様に、不都合な配線容量の発生が抑制される。
以上のように第1の実施の形態によれば、構成要素の配置を簡潔にし、それら配置から生じる寄生素子による特性への影響が低減された、優れた受動型ポリフェーズフィルタを実現することができる。特に、複数段に構成した場合に、要素の配置および配線の複雑化を抑制する効果が大きい。
なお、上述の例では抵抗を3分割した態様を示したが、抵抗を4分割した態様を図4に示す。この例では、コンデンサC1に隣接した領域にも部分抵抗R1aが配置される。また、部分抵抗R1aと並べて、4個のダミーの部分抵抗R0も配置される。部分抵抗R0は、相対ばらつき低減のために、他の抵抗群とのバランスを調整する目的で配置されている。
図5には、分割された抵抗間の配線、および入力端I1〜I4からコンデンサC1〜C4への配線による配線抵抗の値を等しくなるよう配慮した態様を示す。
なお、本実施の形態では、受動型ポリフェーズフィルタが複数段に接続された態様において、図3に示したように抵抗、コンデンサが等しいものを複数段接続した例を示したが、要求される特性に応じて抵抗、コンデンサを変えることができる。
また、上述の説明では1層配線を用いた構成の例を示したが、抵抗生成層との寄生容量を低減するために、多層配線により上層の配線を構成することも可能である。
(第2の実施の形態)
図6は、第2の実施の形態における3相入力受動型ポリフェーズフィルタの回路図である。抵抗R1〜R3、およびコンデンサC1〜C3がループ状に接続され、入力端I1〜I3、出力端O1〜O3を有する。図7は、図6に示した3相入力受動型ポリフェーズフィルタの各要素の配置を示す配置図である。回路構成および各要素の配置は、基本的に実施の形態1と同様であり、同様の要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。
図6の抵抗R1〜R3は、図7に示すように、各々2分割して部分抵抗の集合として構成され、抵抗R1は部分抵抗R1a〜R1bの群、抵抗R2は部分抵抗R2a〜R2bの群、抵抗R3は部分抵抗R3a〜R3bの群により構成される。抵抗R2〜R3については、各群の部分抵抗R2a〜R2b、部分抵抗R3a〜R3bが、各群毎に集合させて配置されている。部分抵抗R2a〜R2b、部分抵抗R3a〜R3bは、姿勢を揃えて配置されている。抵抗R1を構成する部分抵抗R1a〜R1bは、分散されて他の各群の部分抵抗素子とそれぞれ同列に姿勢を揃えて配置されている。すなわち、部分抵抗R1aは抵抗R2の群、部分抵抗R1bは抵抗R3の群の部分抵抗と並べて配置されている。
上記の配置によれば、抵抗R1とコンデンサC1を結ぶ配線5が短くできるので、抵抗R2とコンデンサC2を結ぶ配線6、および抵抗R3とコンデンサC3を結ぶ配線7による配線抵抗値を合わせるために、配線6、配線7を蛇行させる必要はない。その結果、受動型ポリフェーズフィルタを構成する要素の配置が、簡単かつ単純な形状となる。さらに、各部分抵抗の方向が揃っているので相対ばらつきが小さい。
上記本実施形態の構成の適用例として、図8に、4段3相入力の受動型ポリフェーズフィルタの回路図を示す。抵抗R11〜R13およびコンデンサC11〜C13からなる1段目フィルタに対して、抵抗R21〜R23およびコンデンサC21〜C23からなる2段目フィルタが、1段目フィルタの出力端O11〜O13において接続されている。2段目フィルタと3段目フィルタ間、3段目フィルタと4段目フィルタ間も同様である。
図8のような4段3相入力の受動型ポリフェーズフィルタに対して、本実施形態による配置を適用すると、図9のように構成できる。すなわち、各段のフィルタは、図7に示した構造を有し、横方向に各段のフィルタを配列して各入力端と出力端を接続したものである。
この配列と配線によれば、1段目の出力端O11〜O13と2段目の入力端との間の配線において、図18に示した従来例のような、例えば、2段目の抵抗R21とコンデンサC21を結ぶ配線が、1段目の出力O12と2段目の入力I22を結ぶ配線等との交差を生じることがない。配線の交差がないので寄生素子である配線容量の発生が抑制され、フィルタの特性を変化が抑制される。後段の配線についても同様に、不都合な配線容量の発生が抑制される。
(第3の実施の形態)
図10は、第3の実施の形態における5相入力受動型ポリフェーズフィルタの回路図である。抵抗R1〜R5、およびコンデンサC1〜C5がループ状に接続され、入力端I1〜I5、出力端O1〜O5を有する。図11は、図10に示した5相入力受動型ポリフェーズフィルタの各要素の配置を示す配置図である。回路構成および各要素の配置は、基本的に実施の形態1と同様であり、同様の要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。
本実施形態の構成の適用例として、図12に、3段5相入力の受動型ポリフェーズフィルタの回路図を示す。抵抗R11〜R15およびコンデンサC11〜C15からなる1段目フィルタに対して、抵抗R21〜R25およびコンデンサC21〜C25からなる2段目フィルタが、1段目フィルタの出力端O11〜O15において接続されている。2段目フィルタと3段目フィルタ間も同様である。
図12のような3段5相入力の受動型ポリフェーズフィルタに対して、本実施形態による配置を適用すると、図13のように構成できる。すなわち、各段のフィルタは、図11に示した構造を有し、横方向に各段のフィルタを配列して各入力端と出力端を接続したものである。
以上のように本発明によれば、任意の信号入力数に対して受動型ポリフェーズフィルタを構成する要素の配置を簡潔にすることができ、複数段に配置した場合でも複雑化が抑制され、各要素の配置から生じる寄生素子による特性への影響を低減できる。
本発明にかかる受動型ポリフェーズフィルタの配置方法は、配置の簡略化、フィルタ特性の改善を有し、電子機器の信号処理、集積回路の設計等として有用である。
本発明の第1の実施形態における4相入力受動型ポリフェーズフィルタの配置を示す平面図 本発明の第1の実施形態における4段4相入力受動型ポリフェーズフィルタの回路図 同4段4相入力受動型ポリフェーズフィルタの配置を示す平面図 同4段4相入力受動型ポリフェーズフィルタの他の配置例を示す平面図 同4段4相入力受動型ポリフェーズフィルタの更に他の配置例を示す平面図 本発明の第2の実施形態における3相入力受動型ポリフェーズフィルタの回路図 同3相入力受動型ポリフェーズフィルタの配置を示す平面図 本発明の第2の実施形態における4段3相入力受動型ポリフェーズフィルタの回路図 同4段3相入力型ポリフェーズフィルタの配置を示す平面図 本発明の第3の実施形態における5相入力受動型ポリフェーズフィルタの回路図 同5相入力受動型ポリフェーズフィルタの配置を示す平面図 本発明の第3の実施形態における3段5相入力受動型ポリフェーズフィルタの回路図 同3段5相入力受動型ポリフェーズフィルタの配置を示す平面図 4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの回路図 従来例における4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの配置図 他の従来例における4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの配置図 2段4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの回路図 従来例における2段4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの配置図 他の従来例における2段4相入力の受動型ポリフェーズフィルタの配置図
符号の説明
1〜7 配線
I1〜I5、I11〜I15、I21〜I25、I31〜I35、I41〜I44 入力端
O1〜O5、O11〜O15、O21〜O25、O31〜O35、O41〜O44 出力端
R1〜R5、R11〜R15、R21〜R25、R31〜R35、R41〜R44 抵抗
C1〜C5、C11〜C15、C21〜C25、C31〜C35、C41〜C44 コンデンサ
R1a〜R1d、R2a〜R2d、R3a〜R3d、R4a〜R4d、R5a〜R5d 部分抵抗

Claims (9)

  1. 整数mを3以上として、集積回路の同一基板上に形成された、m相の信号を入力するためのm個の入力端と、m個の抵抗素子と、m個の容量素子と、m相の信号を出力するためのm個の出力端とを備え、前記抵抗素子と前記容量素子は交互にループ状に接続され、前記抵抗素子と前記容量素子間の各ノードに対して順次、前記入力端および前記出力端が交互に接続された受動型ポリフェーズフィルタにおいて、
    前記m個の抵抗素子は各々(m−1)個以上の部分抵抗素子の群により構成され、前記m群のうちの(m−1)群の前記部分抵抗素子は各群毎に集合させて姿勢を揃えて配置され、残りの1群の前記部分抵抗素子は分散されて他の各群の前記部分抵抗素子に対してそれぞれ同列に姿勢を揃えて配置され、前記各群の集合領域は一方向に整列していることを特徴とする受動型ポリフェーズフィルタ。
  2. m=4である請求項1に記載の受動型ポリフェーズフィルタ。
  3. 前記m個の容量素子、前記m個の入力端および前記m個の出力端は各々、前記部分抵抗素子の各群の整列方向と平行に、前記部分抵抗素子の各群と並行するように整列して配置された請求項1または2に記載の受動型ポリフェーズフィルタ。
  4. 前記部分抵抗素子の各群に隣接して前記m個の容量素子が配置され、前記部分抵抗素子の各群および前記m個の容量素子を含む領域の両外側の一方の領域に前記m個の入力端が、他方の領域に前記m個の出力端が配置された請求項3に記載の受動型ポリフェーズフィルタ。
  5. 前記各群における前記部分抵抗素子は、前記各群の整列方向と直交する方向に、側縁部を互いに隣接させて整列している請求項4に記載の受動型ポリフェーズフィルタ。
  6. 前記容量素子と前記入力端または前記出力端が、前記部分抵抗素子の群を横切る配線により接続された請求項5に記載の受動型ポリフェーズフィルタ。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の受動型ポリフェーズフィルタを複数段備え、前段の前記受動型ポリフェーズフィルタの前記出力端が各々、後段の前記受動型ポリフェーズフィルタの対応する前記入力端に接続された受動型ポリフェーズフィルタ。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の受動型ポリフェーズフィルタを備えた集積回路。
  9. 請求項8に記載の集積回路を備えた受信機。
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