JP5975435B2 - スイッチトキャパシター積分回路、フィルター回路、物理量測定装置、及び電子機器 - Google Patents
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Description
1.1 2重積分回路
図1(A)、図1(B)に、本発明の第1の実施形態におけるスイッチトキャパシター(Switched
Capacitor:以下、SC)積分回路により構成される2重逆相積分回路の構成例を示す。図1(A)は、第1の実施形態における2重逆相積分回路の構成例を表し、図1(B)は、図1(A)の2重逆相積分回路の動作説明図を表す。
上記の2重逆相積分回路10又は2重正相積分回路10aに対して、1個の容量素子及び複数のスイッチを追加することで、2入力2重積分回路を構成することができる。
1.3.1 2次のローパスフィルター回路
上記の2入力2重積分回路を用いることで、次のように2次のローパスフィルター回路を構成することができる。
図9(A)のローパスフィルター回路110の比較例として、公知のFleisher & Lakerのフィルター回路を考える。
& Lakerのローパスフィルター回路では、一般的に図11に示すような容量素子の容量値を用いて説明されるため、説明の便宜上、各容量素子の容量値は図11に示す値を有するものとする。このようなローパスフィルター回路150の伝達関数は、次式で与えられることが知られている。
図9(A)の2次のローパスフィルター回路110を用いることで、次のように4次のローパスフィルター回路を構成することができる。
2.1 2入力2重積分回路
図7(A)に示す2入力2重積分回路60において、第1の容量C1の容量値Aと、第5の容量C5の容量値Dとを等しくするように形成すると、第1の容量C1と第5の容量C5とを共有することができるようになる。この場合、2入力2重積分回路60と異なり、利得の調整ができずに設計の自由度が低下するが、より少ない素子数でできるだけ小さい面積が要求される用途によっては有用な2入力2重積分回路を提供することができるようになる。
2.2.1 2次のローパスフィルター回路
上記の2入力2重積分回路を用いることで、次のように2次のローパスフィルター回路を構成することができる。
ここで、図11のローパスフィルター回路150と比較すると、上記したように、同一条件において、ローパスフィルター回路120の総容量値が、ローパスフィルター回路150の総容量値より小さくなる。
図18の2次のローパスフィルター回路120を用いることで、次のように4次のローパスフィルター回路を構成することができる。
3.1 微分積分回路
図25に、本発明の第3の実施形態におけるSC積分回路により構成される微分積分回路の構成例を示す。図25において、図1(A)と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
上記の微分積分回路40に対して、1個の容量素子及び複数のスイッチを追加することで、2入力微分積分回路を構成することができる。
3.3.1 2次のバンドパスフィルター回路
図26の2入力微分積分回路を用いることで、次のように2次のバンドパスフィルター回路を構成することができる。
図27の2次のバンドパスフィルター回路300を用いることで、次のように4次のバンドパスフィルター回路を構成することができる。
〔物理量測定装置〕
上記の2次のローパスフィルター回路、4次のローパスフィルター回路、2次のバンドパスフィルター回路、又は4次のバンドパスフィルター回路は、センサー回路に適用することにより、高精度なセンシングを行う物理量測定装置を提供することができる。
上記のセンサー回路は、次のような電子機器に搭載することができる。このような電子機器によれば、所望の伝達関数で動作し、且つ高精度なセンシングを低消費電力で実現できるようになる。
20…電圧電荷変換正相積分回路(第1の電圧電荷変換正相積分回路)、
20a,20a´…電圧電荷変換逆相積分回路、
22,22´…電圧電荷変換正相積分回路(第2の電圧電荷変換正相積分回路)、
30,30´…電荷逆相積分回路、 40…微分積分回路、 42…微分回路、
50,60,70…2入力2重積分回路、 72…差動積分回路、 80…2入力微分積分回路、 100,110,120,150…ローパスフィルター回路(2次)、
200,250,260,270,280…ローパスフィルター回路(4次)、
202,272…第1のローパスフィルター回路、
204,274…第2のローパスフィルター回路、
262,282,354…補償回路、 300…バンドパスフィルター回路(2次)、
350…バンドパスフィルター回路(4次)、 400…センサー回路、
500…駆動回路(駆動装置)、 510…振動片(振動子)、
512a,512b…駆動電極、
514a,514b,516a,516b…検出電極、 520…電流電圧変換器、
530…AGC回路、 540,618…BPF、 550…GCA、
560…2値化回路、 600…検出回路(検出装置)、 610…交流増幅回路、
612…第1の電流電圧変換器、 614…第2の電流電圧変換器、
616…交流増幅器、 620…同期検波回路、 630…直流増幅器、
640…LPF、 700…電子機器、 710…A/D変換回路、
720…クロック生成回路、 730…処理部、 740…メモリー、
750…操作部、 760…表示部、 cpa,cpb,cpc…寄生容量、
AMP…演算増幅器(演算増幅手段)、 C1,C1´…第1の容量、
C2,C2´…第2の容量、 C3,C3´…第3の容量、
C4,C4´…第4の容量、 C5,C5´…第5の容量、
SW1〜SW10,SW1a,SW1a´,SW2a,SW2a´,SW3´〜SW10´,SW20〜SW23,SW30…スイッチ、 T1…第1の期間、
T2…第2の期間、 T3…第3の期間(第1の期間)、 V1…第1の入力電圧、
V2…第2の入力電圧、 Vo…出力電圧
Claims (14)
- 第1の容量及び第2の容量を有する第1の電圧電荷変換正相積分回路と、
第3の容量、第1の端子に前記第3の容量の一端が接続され第2の端子に所定の電圧が供給される演算増幅手段、及び前記演算増幅手段の出力と前記第1の端子との間に接続された第4の容量を有する電荷逆相積分回路とを含み、
前記第1の電圧電荷変換正相積分回路は、
充電された電荷が第1の期間において放電される前記第1の容量を介し、前記第1の期間経過後の第2の期間において印加された第1の入力電圧に比例した電荷を前記第2の容量に充電し、
前記電荷逆相積分回路は、
前記第2の期間経過後の第3の期間において、前記第2の容量に充電された電荷の一部を前記第3の容量に転送することを特徴とするスイッチトキャパシター積分回路。 - 請求項1において、
前記第1の容量の容量値Aに対する前記第1の容量の第1の寄生容量の容量値の比、前記第2の容量の容量値Bに対する前記第2の容量の第2の寄生容量の容量値の比、及び前記第3の容量の容量値Cに対する前記第3の容量の第3の寄生容量の容量値の比が同一となるように形成し、
前記第1の入力電圧をV1、前記第2の容量に充電された電荷をQbとしたとき、
Qbは、V1×(A×B)/(A+B)に対応した電荷であり、
前記電荷逆相積分回路は、
(Qb×C)/(B+C)に対応した電荷を前記第3の容量に転送することを特徴とするスイッチトキャパシター積分回路。 - 請求項1又は2において、
第5の容量を有する第2の電圧電荷変換正相積分回路を含み、
前記第2の電圧電荷変換正相積分回路は、
充電された電荷が第1の期間において放電される前記第5の容量を介し、前記第2の期間において印加された第2の入力電圧に比例した電荷を前記第2の容量に充電することを特徴とするスイッチトキャパシター積分回路。 - 第1の容量及び第2の容量を有する微分回路と、
第3の容量、第1の端子に前記第3の容量の一端が接続され第2の端子に所定の電圧が供給される演算増幅手段、及び前記演算増幅手段の出力と前記第1の端子との間に接続された第4の容量を有する電荷逆相積分回路と、
第5の容量を有する電圧電荷変換正相積分回路とを含み、
前記微分回路は、
第2の期間において前記第1の容量を介して印加された第1の入力電圧と、前記第2の容量に充電された電荷に対応した電圧との差の微分を前記第2の容量に充電し、
前記電荷逆相積分回路は、
前記第2の期間経過後の第3の期間において、前記第2の容量に充電された電荷の一部を前記第3の容量に転送し、
前記電圧電荷変換正相積分回路は、
充電された電荷が前記第2の期間以前の第1の期間において放電される前記第5の容量を介し、前記第2の期間において印加された第2の入力電圧に比例した電荷を前記第2の容量に充電することを特徴とするスイッチトキャパシター積分回路。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記第1の期間及び前記第2の期間は、2相クロックにより規定され、
前記第2の期間は、前記第1の期間と逆相の期間であり、前記第3の期間は、前記第1の期間と同相の期間であることを特徴とするスイッチトキャパシター積分回路。 - 請求項3記載のスイッチトキャパシター積分回路を含み、
前記第1の入力電圧又は前記第2の入力電圧として前記演算増幅手段の出力電圧を供給することを特徴とするフィルター回路。 - 第1の容量及び第2の容量を有する電圧電荷変換逆相積分回路と、
第3の容量、第1の端子に前記第3の容量の一端が接続され第2の端子に所定の電圧が供給される演算増幅手段、及び前記演算増幅手段の出力と前記第1の端子との間に接続された第4の容量を有する電荷逆相積分回路と、
第5の容量を有する電圧電荷変換正相積分回路とを含み、
前記電圧電荷変換逆相積分回路は、
第1の期間において第1の入力電圧に比例した電荷を前記第1の容量に充電し、前記第1の容量に充電された電荷を前記第1の期間経過の第2の期間において前記第2の容量に転送し、
前記電圧電荷変換正相積分回路は、
充電された電荷が前記第1の期間において放電される前記第5の容量を介し、前記第2の期間において印加された第2の入力電圧に比例した電荷を前記第2の容量に充電し、
前記電荷逆相積分回路は、
前記第2の期間経過後の第3の期間において、前記第2の容量に充電された電荷の一部を前記第3の容量に転送することを特徴とするスイッチトキャパシター積分回路を含み、
前記第2の入力電圧として前記演算増幅手段の出力電圧を供給することを特徴とするフィルター回路。 - 第1の容量及び第2の容量を有する差動積分回路と、
第3の容量、第1の端子に前記第3の容量の一端が接続され第2の端子に所定の電圧が
供給される演算増幅手段、及び前記演算増幅手段の出力と前記第1の端子との間に接続された第4の容量を有する電荷逆相積分回路とを含み、
前記差動積分回路は、
第1の期間において前記第1の容量を介して印加された第1の入力電圧と、前記第1の期間経過後の第2の期間において前記第1の容量を介して印加された第2の入力電圧との差に比例した電荷を、前記第2の期間において前記第2の容量に充電し、
前記電荷逆相積分回路は、
前記第2の期間経過後の第3の期間において、前記第2の容量に充電された電荷の一部を前記第3の容量に転送することを特徴とするスイッチトキャパシター積分回路を含み、
前記第2の入力電圧として前記演算増幅手段の出力電圧を供給することを特徴とするフィルター回路。 - 第1のローパスフィルター回路と、
前記第1のローパスフィルター回路の出力に縦続接続され、前記第1のローパスフィルター回路と逆相で動作する第2のローパスフィルター回路とを含み、
前記第1の期間及び前記第2の期間は、2相クロックにより規定され、前記第2の期間は、前記第1の期間と逆相の期間であり、前記第3の期間は、前記第1の期間と同相の期間であり、
前記第1のローパスフィルター回路及び前記第2のローパスフィルター回路の各々は、
請求項7又は8記載のフィルター回路を含み、
前記第1のローパスフィルター回路を構成する演算増幅手段、及び前記第2のローパスフィルター回路を構成する演算増幅手段は、時分割使用される単一の演算増幅器により実現されることを特徴とするフィルター回路。 - 請求項4記載のスイッチトキャパシター積分回路を含み、
前記第2の入力電圧として前記演算増幅手段の出力電圧を供給することを特徴とするフィルター回路。 - 第1のバンドパスフィルター回路と、
前記第1のバンドパスフィルター回路の出力に縦続接続され、前記第1のバンドパスフィルター回路と逆相で動作する第2のバンドパスフィルター回路とを含み、
前記第1の期間及び前記第2の期間は、2相クロックにより規定され、前記第2の期間は、前記第1の期間と逆相の期間であり、前記第3の期間は、前記第1の期間と同相の期間であり、
前記第1のバンドパスフィルター回路及び前記第2のバンドパスフィルター回路の各々は、
請求項10記載のフィルター回路を含み、
前記第1のバンドパスフィルター回路を構成する演算増幅手段、及び前記第2のバンドフィルター回路を構成する演算増幅手段は、時分割使用される単一の演算増幅器により実現されることを特徴とするフィルター回路。 - 振動子と、
前記振動子と発振ループを形成し、該振動子に駆動信号を励振する駆動回路と、
請求項6乃至11のいずれか記載のフィルター回路を有し、前記振動子に励振される駆動振動及び測定すべき物理量に応じて検出信号を出力する検出回路とを含むことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項12記載の物理量測定装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至5のいずれか記載のスイッチトキャパシター積分回路を含むことを特徴と
する電子機器。
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