JPH01196910A - ローパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は集積回路に関し、より詳細には集積された能動
フィルタに関する。

（従来技術とその問題点） シグナルの選択的周波数フィルタリング用フィルタはア
ナログ電子システムにおいて最も一般的な回路である。

大規模集積技術の発展とともに、これらのフィルタを効
果的に実現するための技術を発展させることはより重要
になってきている。

ある種のシステムの機能を実現するための付属回路とと
もにモノリチックに集積された多数のフィルタは多くの
用途において要求され、かつ該フィルタは全体として集
積され調整が要求されずシリコンチップ上で可能な限り
僅かな面積を占めるものであることが望ましい。

出力インピーダンスがＲ及びＣ値つまりフィルタリング
機能と結びつけられているという事実だけでなく、集積
形態における前記Ｒ及びＣ値の不十分な正確性を含む種
々の理由のため、受動フィルタはそれ自身集積化には役
立たず、従って抵抗性及び／又は容量性負荷が駆動され
る場合は、これが前記フィルタ自身のトランスファ機能
を修正してこれによりＤＣゲインとカットオフ周波数の
両者を修正する。

集積回路では、好適なフィードバックネットワークを有
する演算増幅器を使用する能動フィルタが所望のトラン
スファ機能を実現するためにほぼ独占的に使用されてい
る。集積されたＲ及びＣの値と結び付けられたままであ
る前記カットオフ周波数値の正確性の上記問題点も回避
するため、前記抵抗Ｒは一般的に周波数ｒ３でスイッチ
されるキャパシタンスＣｘにより置換されている。当業
者には周知であるように、このようなスイッチされるコ
ンデンサは次の式で与えられる値を有する抵抗としての
挙動を示す。

Ｒｘ＝□ ｆ、Ｃｘ 既知の技術によると、１次ローパスフィルタを実現する
ためには少なくとも２個のスイッチできるコンデンサと
４個のスイッチの使用を必要とする。

（発明の目的） 本発明の主目的は、従来技術により製造された類似のフ
ィルタで使用される素子数よりも小さい数の素子を使用
しかつより少ない集積面積しか必要としない能動ローパ
ス１次フィルタを提供することである。

本発明の能動ローパス１次フィルタのこの及び他の目的
及び利点は、添付した特許請求の範囲で定義されたよう
に配置された単一のスイッチできるコンデンサと２個の
みのスイッチ手段を使用することにより達成することが
できる。

（図面の簡単な説明） 本発明の異なった態様と利点が、添付図面を参照して行
う引き続く説明を通して容易に理解されるであろう。

第１図は、ローパス能動１次フィルタのダイアグラム、 第２図は、既知技術に従ったスイッチできるコンデンサ
で形成された第１図のローパス能動１次フィルタの回路
ダイアグラム、 第３図は、スイッチングシグナル（クロックシグナル）
の波形、そして、 第４図は、本発明に従って形成されたローパス能動１次
フィルタの回路ダイアグラムである。

（好ましい実施例の説明） 本発明の特徴をより良く指摘するために、第１図及び第
２図に、従来技術に従って形成された能動ローパス１次
フィルタのダイアグラムを例示する。

第１図のダイアグラムに関連して、フィルタのカットオ
フ周波数（実質的に１に等しい、トランスファ機能のモ
ジュラスがＤＣゲインに関して一３ｄＢ減少している点
でのダイナミック特性で定義される）は、 ２πＲＣ で与えられ、それは集積された（分散された）抵抗中で
抵抗の非常に正確な絶対値を得ることの困難性のため制
御が殆ど不可能であり、更にそれはシリコンチップ上で
比較的大きな集積面積を要求する上にむしろ劣った直線
性と温度係数特性を有している。更に前記ＤＣゲインは
、正確性に関して（±０．５％）も殆ど制御できない２
個の等しい抵抗（Ｒ）間の比により影響される。

第２図に示された既知の解決法は、第１図の基本的な回
路ダイアグラムの２個の等しい抵抗（Ｒ）を機能的に置
換するためのスイッチできるコンデンサ技術を開発する
ことにより前記問題点を解決している。

周波数ｆ、でスイッチされる２個のスイッチを有するキ
ャパシタンスＣｘのそれぞれは、次の式で与えられる値
を有する抵抗としての電子的な挙動を有する。

これらのフィルタのＤＣゲインは、それが集積回路の現
在の製造技術によると約±０．１％の正確性を有する２
個の同一のスイッチできるキャパシタンス（Ｃｘ）間の
比により決定されるため、非常に正確である。

次の式により与えられる前記フィルタのカットｆ、Ｃｘ オフ周波数も、それが２個の集積されたコンデンサ間の
比（その正確性は既述の通り０．１％）により又外部水
晶発振器により通常得られ従って高度に正確である（Ｔ
Ｏ，０１％）スイッチング周波数ｒ。

の値により決定されるため、正確に予備設定することが
できる。

実際問題として、高度な正確性を有し集積回路中（特に
ＣＭＯ３回路中）で実現される全ての能動ローパス１次
フィルタは第２図の回路ダイアグラムを有し、それは第
２図の回路ダイアグラム中に示されるように、演算増幅
器、連続集積コンデンサＣｉ、　２個のスイッチできる
コンデンサＣｘ及び周波数ｆ３で動作する４個のスイッ
チである。

前記ＤＣゲイン及び前記カットオフ周波数の両者に関す
る最良の正確性は約０．１％である。

スイッチングシグナルの波形が第３図に示され、該スイ
ッチング周波数はｆ、＝１／Ｔ、であって、ここでＴ１
はサンプリング時間である。

本発明の能動ローパスフィルタは第４図に示すような回
路ダイアグラムを有し、従来技術のローパス能動フィル
タと対照的に、単一のスイッチできるコンデンサＣｘと
、周波数ｆ３で駆動する２個のスイッチのみを使用する
。

本発明の能動ローパス１次フィルタは本質的に、反転入
力と非反転入力と、前記フィルタの出力ターミナルと一
致する単一の出力を有する演算増幅器を含んで成り、該
演算増幅器は、前記フィルタの出力ターミナルと前記演
算増幅器の反転入力ターミナル間に接続された連続集積
コンデンサＣｉを含んで成る負帰還ネットワークが設け
られ、前記演算増幅器の非反転入力は接地されている。

単一のスイッチできるコンデンサＣｘと周波数ｆ３で駆
動する２個のスイッチは、前記スイッチできるコンデン
サの第１の電機子が前記演算増幅器の反転入力と回路の
グラウンドノード間の前記２個のスイッチの第１のスイ
ッチによりスイッチされるよう接続される。前記スイッ
チできるコンデンサの第２の電機子は、前記フィルタの
入力ターミナルとその出力ターミナル間の前記２個のス
イッチの他方によりスイッチされる。

本発明の能動ローパス１次フィルタの回路の動作の分析
を第３図のダイアグラム中に示したタイムスケールを利
用し、 Ｃ＋ Ｃｉ　　＋　　Ｃｘ ν１ｎ（ｚ）　　　　　１　＋　Ｃ３／Ｃｘ　（１ｚ’
　）であるｚ−）ランスフオームを導入することにより
、ここに示す。

Ｖｏｕｔ　（ｎＴ）　＝　Ｖｏｕｔ　　（（ｎ−％）Ｔ
）当業者には周知である通り、システムの周波数リスポ
ンスは、２をｅ　ａ　Ｚ’Ｉｃ−ｆ　Ｔ　ｓで置換する
ことにより得られ、ここでＴｓは回路のサンプリング時
間であり、ｆは電流の周波数である。

ＤＣゲイン（つまりｆ＝ｏ従って２−１）は１つまりＯ
ｄＢであり、既に指摘した通り前記フィルタのカットオ
フ周波数は次の式で与えられる。

５ｃｘ ２　πＣｉ 前記した既知の解決法に対して、本発明の集積されたロ
ーパス能動１次フィルタは、減少した数の素子のみを必
要とし従って集積面積を節約することを可能にするとい
う利点を提供する。更に、該フィルタのＤＣゲインは、
それが従来のフィルタのように集積されたコンデンサ間
の比の正確性に最早依存しないため、限りない正確性を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ローパス能動１次フィルタのダイアグラム、
第２図は、既知技術に従ったスイッチできるコンデンサ
により形成された第１図のローパス能動１次フィルタの
回路ダイアグラム、第３図は、スイッチングシグナルの
波形であり、そして第４図は、本発明に従って形成され
たローパス能動１次フィルタの回路ダイアグラムである
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）その入力ターミナルに加えられたシグナルの関数
   としてその出力ターミナルに出力シグナルを形成するた
   めに動作し、反転入力と非反転入力と、フィルタの出力
   ターミナルと一致する単一の出力を有する演算増幅器を
   含んで成り、該演算増幅器には、前記フィルタの出力タ
   ーミナルと該演算増幅器の反転入力間に接続された連続
   集積コンデンサを含んで成る負帰還ネットワークが設け
   られ、その前記非反転入力が接地されている集積された
   ローパス能動１次フィルタにおいて、 単一のスイッチできるコンデンサと予備設定された周波
   数で動作する２個のスイッチと、 前記演算増幅器の前記反転入力とグラウンド間の前記２
   個のスイッチの第１のスイッチによりスイッチされる前
   記スイッチできるコンデンサの第１の電機子と、 前記フィルタの前記入力ターミナルと前記出力ターミナ
   ル間の前記２個のスイッチの他方によりスイッチされる
   前記スイッチできるコンデンサの第２の電機子と、 を含んで成ることを特徴とするフィルタ。