JPH0429246B2 - - Google Patents
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- JPH0429246B2 JPH0429246B2 JP56137234A JP13723481A JPH0429246B2 JP H0429246 B2 JPH0429246 B2 JP H0429246B2 JP 56137234 A JP56137234 A JP 56137234A JP 13723481 A JP13723481 A JP 13723481A JP H0429246 B2 JPH0429246 B2 JP H0429246B2
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- operational amplifier
- circuit
- input terminal
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 85
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
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- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H19/00—Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
- H03H19/004—Switched capacitor networks
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、スイツチドキヤパシタ積分器で構
成され例えば電子フイルタ、音声認識回路、音声
合成回路等に用いられる低域通過フイルタに関す
る。
成され例えば電子フイルタ、音声認識回路、音声
合成回路等に用いられる低域通過フイルタに関す
る。
第1図はスイツチドキヤパシタ回路の基本回
路、第2図はその等価回路を示す。第1図におい
て、切換スイツチSの第1接点aは入力端子11
に、また第2接点bは出力端子12に、また共通
接続点cはキヤパシタCSを介して接地端にそれぞ
れ接続されている。上記入力端子11、出力端子
12には対接地電位Vi,Vpが加えられ、前記ス
イツチSは1秒間にS回切り換えられる。いま、
第1図aに示すようにスイツチSが入力端子11
側に接続されたとき、キヤパシタCSに充電される
電荷Q1は「Q1=CS・Vi」となる。次に第1図b
に示すようにスイツチSが出力端子12側に接続
されると、キヤパシタCSの電荷Q2は「Q2=CS・
Vp」となる。従つて、スイツチSが入力端子1
1側から出力端子12側へ切り換わる一連の動作
により、入力端子11から出力端子12へΔQの
電荷が移動したと考えられる。
路、第2図はその等価回路を示す。第1図におい
て、切換スイツチSの第1接点aは入力端子11
に、また第2接点bは出力端子12に、また共通
接続点cはキヤパシタCSを介して接地端にそれぞ
れ接続されている。上記入力端子11、出力端子
12には対接地電位Vi,Vpが加えられ、前記ス
イツチSは1秒間にS回切り換えられる。いま、
第1図aに示すようにスイツチSが入力端子11
側に接続されたとき、キヤパシタCSに充電される
電荷Q1は「Q1=CS・Vi」となる。次に第1図b
に示すようにスイツチSが出力端子12側に接続
されると、キヤパシタCSの電荷Q2は「Q2=CS・
Vp」となる。従つて、スイツチSが入力端子1
1側から出力端子12側へ切り換わる一連の動作
により、入力端子11から出力端子12へΔQの
電荷が移動したと考えられる。
ΔQ=Q1−Q2=CS(Vi−Vp) ……(1)
スイツチSは毎秒S回切り換わるので、入力端
子11から出力端子12への平均電流iとして、 i=ΔQ・S=CS(Vi−Vp)S ……(2) が流れることになる。
子11から出力端子12への平均電流iとして、 i=ΔQ・S=CS(Vi−Vp)S ……(2) が流れることになる。
スイツチSの切換え周波数Sが電圧Vi,Vpの周
波数より充分大きければ、電流iはVi,Vpの瞬
時値で定まる電流に等しくなり、第1図の回路は
第2図に示すように入力端子11、出力端子12
間に抵抗Rが接続された回路と等価になる。ここ
で、 R=Vi−Vp/i=1/CS・S ……(3) である。
波数より充分大きければ、電流iはVi,Vpの瞬
時値で定まる電流に等しくなり、第1図の回路は
第2図に示すように入力端子11、出力端子12
間に抵抗Rが接続された回路と等価になる。ここ
で、 R=Vi−Vp/i=1/CS・S ……(3) である。
すなわち、上記のようにキヤパシタCSをスイツ
チングすることにより等価的に抵抗Rを得ること
がスイツチドキヤパシタ回路であり、この等価抵
抗を使つて積分器を構成したものがスイツチドキ
ヤパシタ積分器である。
チングすることにより等価的に抵抗Rを得ること
がスイツチドキヤパシタ回路であり、この等価抵
抗を使つて積分器を構成したものがスイツチドキ
ヤパシタ積分器である。
第3図は演算増幅器31を使つたミラー積分器
を示しており、この入出力特性が次式で与えられ
ることは良く知られている。
を示しており、この入出力特性が次式で与えられ
ることは良く知られている。
Vp/Vi=−1/S・RS・Cf ……(4)
Vi:入力電圧
Vp:出力電圧
RS:入力端子11と演算増幅器31の反転入
力端(−)との間に接続された入力抵抗 CS:演算増幅器31の出力端と反転入力端
(−)との間に接続されたキヤパシタ なお、第3図中VDD,VSSは電源であり、演算増
幅器31の非反転入力端(+)は接地されてい
る。
力端(−)との間に接続された入力抵抗 CS:演算増幅器31の出力端と反転入力端
(−)との間に接続されたキヤパシタ なお、第3図中VDD,VSSは電源であり、演算増
幅器31の非反転入力端(+)は接地されてい
る。
第4図は第3図の抵抗RSの代わりにスイツチ
ドキヤパシタ回路41を用いて構成されたミラー
積分器を示しており、入出力特性は前式(4)のRS
に前式(3)のRを代入したものとなる。
ドキヤパシタ回路41を用いて構成されたミラー
積分器を示しており、入出力特性は前式(4)のRS
に前式(3)のRを代入したものとなる。
Vp/Vi=−S/S(Cf/CS) ……(5)
つまり第4図のミラー積分器は、入出力特性が
キヤパシタCSとCfの容量比およびスイツチSの切
換周波数Sの関数、特に周波数Sの一次式となつ
ている。このため、周波数Sに比例して積分時定
数を変化させ得ることを示しており、第4図のミ
ラー積分器をフイルタの構成単位として用いれば
フイルタリング周波数を切換周波数Sに比例して
変えることが可能となる。
キヤパシタCSとCfの容量比およびスイツチSの切
換周波数Sの関数、特に周波数Sの一次式となつ
ている。このため、周波数Sに比例して積分時定
数を変化させ得ることを示しており、第4図のミ
ラー積分器をフイルタの構成単位として用いれば
フイルタリング周波数を切換周波数Sに比例して
変えることが可能となる。
一方、第5図および第6図はそれぞれ第4図と
等価なミラー積分器を示しており、スイツチドキ
ヤパシタ回路50および60は、2個の切換スイ
ツチS1,S2によりキヤパシタCSの両端を同時に切
換えるように構成されている。すなわち、第1の
切換スイツチS1の第1接点a1が入力端子11に、
また第2の切換スイツチS2の第1接点a2演算増幅
器31の反転入力端(−)に接続され、上記スイ
ツチS1,S2の第2接点b1,b2は一括されて基準電
源Vref(本例では接地電位)に接続されている。
等価なミラー積分器を示しており、スイツチドキ
ヤパシタ回路50および60は、2個の切換スイ
ツチS1,S2によりキヤパシタCSの両端を同時に切
換えるように構成されている。すなわち、第1の
切換スイツチS1の第1接点a1が入力端子11に、
また第2の切換スイツチS2の第1接点a2演算増幅
器31の反転入力端(−)に接続され、上記スイ
ツチS1,S2の第2接点b1,b2は一括されて基準電
源Vref(本例では接地電位)に接続されている。
第5図a,bはそれぞれ、スイツチドキヤパシ
タ回路を等価的に正の抵抗値を有する抵抗として
用いたものである。いま、第5図aに示すように
切換えスイツチS1,S2がそれぞれ第2接点b1,b2
側に接続されているとき、キヤパシタCSの電荷は
放電され零になつている。次に、第5図bに示す
ように切換スイツチS1,S2がそれぞれ第1接点
a1,a2側に接続されると、キヤパシタCSには次式
のような電荷Qがチヤージされる。
タ回路を等価的に正の抵抗値を有する抵抗として
用いたものである。いま、第5図aに示すように
切換えスイツチS1,S2がそれぞれ第2接点b1,b2
側に接続されているとき、キヤパシタCSの電荷は
放電され零になつている。次に、第5図bに示す
ように切換スイツチS1,S2がそれぞれ第1接点
a1,a2側に接続されると、キヤパシタCSには次式
のような電荷Qがチヤージされる。
Q=CS(Vi−Vi′) ……(6)
Vi:入力端子11の電圧
Vi′:演算増幅器31の反転入力端(−)の電
圧 したがつて、このときのキヤパシタCSの平均電
流iは、切換スイツチS1,S2のスイツチング周波
数をSとすると i=CS(Vi−Vi′)S ……(7) となり、第1接点a1,a2間の等価抵抗Rは R=Vi−Vi′/i=1/CS・S ……(8) となり、前式(3)と同様になる。
圧 したがつて、このときのキヤパシタCSの平均電
流iは、切換スイツチS1,S2のスイツチング周波
数をSとすると i=CS(Vi−Vi′)S ……(7) となり、第1接点a1,a2間の等価抵抗Rは R=Vi−Vi′/i=1/CS・S ……(8) となり、前式(3)と同様になる。
第6図a,bはそれぞれスイツチドキヤパシタ
回路を等価的に負性抵抗として用いたもので、い
ま、第6図aに示すように切換スイツチS1,S2が
それぞれa1,b2側に接続されているときキヤパシ
タCSには次式のような電荷がチヤージされる。
回路を等価的に負性抵抗として用いたもので、い
ま、第6図aに示すように切換スイツチS1,S2が
それぞれa1,b2側に接続されているときキヤパシ
タCSには次式のような電荷がチヤージされる。
Q=CS・Vi ……(9)
次に、第6図bに示すように切換スイツチS1,
S2がそれぞれb1,a2側に接続されると、前式(9)の
電荷Qが演算増幅器31の反転入力端(−)に供
給され、この切換操作の繰り返しによつて等価的
な抵抗回路が構成される。
S2がそれぞれb1,a2側に接続されると、前式(9)の
電荷Qが演算増幅器31の反転入力端(−)に供
給され、この切換操作の繰り返しによつて等価的
な抵抗回路が構成される。
上述したようなスイツチドキヤパシタ回路を用
いたミラー積分器で低域通過フイルタを構成する
と、第7図に示すようになる。すなわち、入力端
子71に供給された入力信号Viは、正抵抗として
働くスイツチドキヤパシタ回路72を介して第1
の演算増幅器31の反転入力端(−)に供給され
る。この演算増幅器31には電源VDD,VSSが供
給されており、その出力端は次段のスイツチドキ
ヤパシタ回路73に接続されるとともに、第1の
キヤパシタCf1を介して反転入力端(−)に接続
され、非反転入力端(+)には基準電源Vref(本
例では接地電位)が供給されている。上記演算増
幅器31の出力信号Vaは、負性抵抗として働く
スイツチドキヤパシタ回路73を介して第2の演
算増幅器31′の反転入力端(−)に供給される。
上記演算増幅器31′には電源VDD,SSが供給され
ており、その出力端は出力端子75に接続される
とともに、第2のキヤパシタCf2を介して反転入
力端(−)に接続され、非反転入力端(+)には
基準働源Vref(接地電位)が供給されている。さ
らに、演算増幅器31′の出力信号Vpが、正抵抗
として働くスイツチドキヤパシタ回路74、およ
びこの回路に並列接続される第3のキヤパシタC
S13それぞれを介して第1の演算増幅器31の反
転入力端(−)にフイードバツクされるように構
成されて成る。
いたミラー積分器で低域通過フイルタを構成する
と、第7図に示すようになる。すなわち、入力端
子71に供給された入力信号Viは、正抵抗として
働くスイツチドキヤパシタ回路72を介して第1
の演算増幅器31の反転入力端(−)に供給され
る。この演算増幅器31には電源VDD,VSSが供
給されており、その出力端は次段のスイツチドキ
ヤパシタ回路73に接続されるとともに、第1の
キヤパシタCf1を介して反転入力端(−)に接続
され、非反転入力端(+)には基準電源Vref(本
例では接地電位)が供給されている。上記演算増
幅器31の出力信号Vaは、負性抵抗として働く
スイツチドキヤパシタ回路73を介して第2の演
算増幅器31′の反転入力端(−)に供給される。
上記演算増幅器31′には電源VDD,SSが供給され
ており、その出力端は出力端子75に接続される
とともに、第2のキヤパシタCf2を介して反転入
力端(−)に接続され、非反転入力端(+)には
基準働源Vref(接地電位)が供給されている。さ
らに、演算増幅器31′の出力信号Vpが、正抵抗
として働くスイツチドキヤパシタ回路74、およ
びこの回路に並列接続される第3のキヤパシタC
S13それぞれを介して第1の演算増幅器31の反
転入力端(−)にフイードバツクされるように構
成されて成る。
次に上記のような構成において動作を説明す
る。第1の演算増幅器31は、キヤパシタCS11,
CS12,CS13とキヤパシタCf1との比による2つの積
分と1つの増幅との加算動作を行なう。しがつ
て、この演算増幅器出力Vaは次式で表わされる。
る。第1の演算増幅器31は、キヤパシタCS11,
CS12,CS13とキヤパシタCf1との比による2つの積
分と1つの増幅との加算動作を行なう。しがつ
て、この演算増幅器出力Vaは次式で表わされる。
Va=−CS11/S・Cf1fS・Vi−CS12/S・Cf1fS
・Vp−CS13/Cf1Vp ……(10)
ここでfSは、スイツチドキヤパシタの1秒間当た
りのスイツチング回数である。
りのスイツチング回数である。
また、第2の演算増幅器31′は、スイツチド
キヤパシタ回路73を負性抵抗として使用してい
るた、積分回路は正の値を持つことになり、次式
で表わせる。
キヤパシタ回路73を負性抵抗として使用してい
るた、積分回路は正の値を持つことになり、次式
で表わせる。
Vp=CS21/S・Cf2fS・Va ……(11)
前式(10)を前式(11)に代入して入力信号Viと出力信
号Vp伝達特性H(S)を求めると次式で示される。
号Vp伝達特性H(S)を求めると次式で示される。
H(S)=Vp/Vi=−CS11/Cf1fS・CS21/Cf2fS
/S2+SCS13/Cf1・CS21/Cf1fS+CS12/Cf1fS・CS21
/Cf2fS……(12) ところで、低域通過フイルタの伝達特性 H(S)LPF=G・b0・wc2/S2+b1・wc・S+b0・wc2……
(13) G:フイルタのゲイン wc:−3dB点の角速度(wc=2πfc) いま、バタワーズ型の低域通過フイルタとする
と、「b0=1」,「b1=√2」となる。さらにフイ
ルタゲインG=1として前式(11)と前式(12)と比較す
ると次のようになる。
/S2+SCS13/Cf1・CS21/Cf1fS+CS12/Cf1fS・CS21
/Cf2fS……(12) ところで、低域通過フイルタの伝達特性 H(S)LPF=G・b0・wc2/S2+b1・wc・S+b0・wc2……
(13) G:フイルタのゲイン wc:−3dB点の角速度(wc=2πfc) いま、バタワーズ型の低域通過フイルタとする
と、「b0=1」,「b1=√2」となる。さらにフイ
ルタゲインG=1として前式(11)と前式(12)と比較す
ると次のようになる。
CS11/Cf1・fS・CS21/Cf2・fS=wc2 ……(14)
CS13/Cf1・CS21/Cf2fS=b1・wc ……(15)
CS12/Cf1fS・CS21/Cf2fS=wc2 ……(16)
前式(14),(15),(16)より
CS11/Cf1fS=CS21/Cf2fS=CS12/Cf1fS=wc……(17
) CS13/Cf1=b1 ……(18) となる。したがつて、積分定数はすべて同じでキ
ヤパシタCS13の容量をキヤパシタCf1の√2倍に
設定することにより、バタワーズ型の低域通過フ
イルタを構成できる。
) CS13/Cf1=b1 ……(18) となる。したがつて、積分定数はすべて同じでキ
ヤパシタCS13の容量をキヤパシタCf1の√2倍に
設定することにより、バタワーズ型の低域通過フ
イルタを構成できる。
ところで、第4図、第5図および第6図に示し
たように、ミラー積分器として用いられるスイツ
チドキヤパシタ積分器は、演算増幅器用電源
VDD,VSSのため2個のの端子および基準電源Vref
(接地)用の1個の端子を必要とする。したがつ
て、このミラー積分器で構成した低域通過フイル
タも同様に3個の端子が必要であり、このような
低域通過フイルタを二電源(VDD,VSS)使用形
の通常のランダムロジツクと混在させるには、電
源端子を一端子増やす必要が生ずる。
たように、ミラー積分器として用いられるスイツ
チドキヤパシタ積分器は、演算増幅器用電源
VDD,VSSのため2個のの端子および基準電源Vref
(接地)用の1個の端子を必要とする。したがつ
て、このミラー積分器で構成した低域通過フイル
タも同様に3個の端子が必要であり、このような
低域通過フイルタを二電源(VDD,VSS)使用形
の通常のランダムロジツクと混在させるには、電
源端子を一端子増やす必要が生ずる。
しかしながら、電源端子を増やすことは、特に
集積回路において致命的である。つまり集積回路
設計においては、設計期間の長期化および集積回
路のチヤツプ面積の増大、三電源端子のためのパ
ターン設計の難しさを招来し、またプリント板実
装時における電源増加はプリント板設計を難しく
し、且つコストの大幅な上昇をみることになるわ
けである。
集積回路において致命的である。つまり集積回路
設計においては、設計期間の長期化および集積回
路のチヤツプ面積の増大、三電源端子のためのパ
ターン設計の難しさを招来し、またプリント板実
装時における電源増加はプリント板設計を難しく
し、且つコストの大幅な上昇をみることになるわ
けである。
この発明は上記のような事情に鑑みて成された
もので、その目的とするところは、精度の低下や
誤動作を招くことなく使用電源数を減少でき、集
積回路化に際して電源端子数が少なくて済むので
集積回路化が容易な低域通過フイルタを提供する
ことである。
もので、その目的とするところは、精度の低下や
誤動作を招くことなく使用電源数を減少でき、集
積回路化に際して電源端子数が少なくて済むので
集積回路化が容易な低域通過フイルタを提供する
ことである。
以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。
して説明する。
第8図はその構成を示すもので、上記第7図の
回路を単一電源化した回路である。図において、
第7図と同一部は同じ符号を付してその説明は省
略する。すなわち、第1、第3のスイツチドキヤ
パシタ回路72,74の切換スイツチS1,S2の第
2接点b1,b2側に電源VDD電圧を供給し、第2の
スイツチドキヤパシタ回路73の切換スイツチS1
の第2接点b1側に電源VSS電圧を供給するととも
に、切換スイツチS2の第2接点b2側に電源VDD電
圧を供給する。さらに上記第1および第2の演算
増幅器31,31′の非反転入力端(+)に、上
記電源VDD電圧と電源VSS電圧との中間電圧を印
加するためにバイアス回路を設けている。
回路を単一電源化した回路である。図において、
第7図と同一部は同じ符号を付してその説明は省
略する。すなわち、第1、第3のスイツチドキヤ
パシタ回路72,74の切換スイツチS1,S2の第
2接点b1,b2側に電源VDD電圧を供給し、第2の
スイツチドキヤパシタ回路73の切換スイツチS1
の第2接点b1側に電源VSS電圧を供給するととも
に、切換スイツチS2の第2接点b2側に電源VDD電
圧を供給する。さらに上記第1および第2の演算
増幅器31,31′の非反転入力端(+)に、上
記電源VDD電圧と電源VSS電圧との中間電圧を印
加するためにバイアス回路を設けている。
上記中間電圧は、電源VDD,VSSによつて生成
されるものであり、その大きさは演算増幅器3
1,31′の特性のよつて適切に選定される。い
ま上記中間電圧として、例えば「1/2(VDD−
VSS)」を得る場合には、第8図に示すように、電
源VDDとVSSとの間に抵抗R,Rを直列接続し、
この接続点Eをそれぞれの非反転入力端(+)に
接続すれば良い。
されるものであり、その大きさは演算増幅器3
1,31′の特性のよつて適切に選定される。い
ま上記中間電圧として、例えば「1/2(VDD−
VSS)」を得る場合には、第8図に示すように、電
源VDDとVSSとの間に抵抗R,Rを直列接続し、
この接続点Eをそれぞれの非反転入力端(+)に
接続すれば良い。
上述した構成においても第7図に示した回路と
同じ出力が得られる。以下、スイツチドキヤパシ
タ回路を正抵抗として用いたミラー積分器72,
74と、負性抵抗として使用したミラー積分器7
3についてその動作を詳しく説明する。
同じ出力が得られる。以下、スイツチドキヤパシ
タ回路を正抵抗として用いたミラー積分器72,
74と、負性抵抗として使用したミラー積分器7
3についてその動作を詳しく説明する。
第9図はスイツチドキヤパシタ回路を正抵抗と
して用いたミラー積分器である。いま、第9図a
に示すように第2の動作期で切換スイツチS1,S2
が第2接点b1,b2側に接続されているとき、キヤ
パシタCS11は両端が電源VDDに接続され、その電
荷は放電されて零になつている。この状態は前述
した第5図aの場合と同様である。次に第1の動
作期で切換スイツチS1,S2が第9図bに示すよう
に第1接点a1,a2側に接続されると、キヤパシタ
CS11には Q=CS11(Vi−Vi′) ……(19) Vi:入力端子71の電圧 Vi′:演算増幅器31の反転入力端(−)の電
圧 の電荷がチヤージされる。そしてこのとき、キヤ
パシタCS11の平均電流iは i=CS11(Vi−Vi′)fS ……(20) となり、その等価抵抗Rは R=Vi−Vi′/i=1/CS11・fS ……(21) となり、上式(21)は前式(3)と同じである。
して用いたミラー積分器である。いま、第9図a
に示すように第2の動作期で切換スイツチS1,S2
が第2接点b1,b2側に接続されているとき、キヤ
パシタCS11は両端が電源VDDに接続され、その電
荷は放電されて零になつている。この状態は前述
した第5図aの場合と同様である。次に第1の動
作期で切換スイツチS1,S2が第9図bに示すよう
に第1接点a1,a2側に接続されると、キヤパシタ
CS11には Q=CS11(Vi−Vi′) ……(19) Vi:入力端子71の電圧 Vi′:演算増幅器31の反転入力端(−)の電
圧 の電荷がチヤージされる。そしてこのとき、キヤ
パシタCS11の平均電流iは i=CS11(Vi−Vi′)fS ……(20) となり、その等価抵抗Rは R=Vi−Vi′/i=1/CS11・fS ……(21) となり、上式(21)は前式(3)と同じである。
したがつて、第9図に示した回路は前述した第
5図の回路と同じ働らきをし、この積分器の出力
特性が前式(5)と同じように Va/Vi=fS/S(Cf1/CS11) となることを意味している。つまり、前述した第
5図の回路におけるスイツチドキヤパシタ回路5
0に接続される基準働源Vrefを第9図に示すよう
に演算増幅器用電源VDDに置き換えても積分器と
しての動作に支障をきたさないことになる。
5図の回路と同じ働らきをし、この積分器の出力
特性が前式(5)と同じように Va/Vi=fS/S(Cf1/CS11) となることを意味している。つまり、前述した第
5図の回路におけるスイツチドキヤパシタ回路5
0に接続される基準働源Vrefを第9図に示すよう
に演算増幅器用電源VDDに置き換えても積分器と
しての動作に支障をきたさないことになる。
第10図はスイツチドキヤパシタ回路を負性抵
抗として用いたミラー積分器である。いま、第1
0図aに示すように第2の動作期で切換スイツチ
S1が第1接点a1側に、スイツチS2が第2接点b2側
に接続されているとき、スイツチドキヤパシタ
CS21の両端には電位差「Va−VDD」が印加される
ため、次式に示すような電荷Qaが充電される。
抗として用いたミラー積分器である。いま、第1
0図aに示すように第2の動作期で切換スイツチ
S1が第1接点a1側に、スイツチS2が第2接点b2側
に接続されているとき、スイツチドキヤパシタ
CS21の両端には電位差「Va−VDD」が印加される
ため、次式に示すような電荷Qaが充電される。
Qa=CS21(Va−VDD)
次に、第1の動作期でb図に示すように切換ス
イツチS1が第2接点b1側に、スイツチS2が第1接
点a2側に接続されると、キヤパシタCS21の両端に
は電位差「VSS−Va′」が印加されるため、電荷
量Qbは次式で示されれる。
イツチS1が第2接点b1側に、スイツチS2が第1接
点a2側に接続されると、キヤパシタCS21の両端に
は電位差「VSS−Va′」が印加されるため、電荷
量Qbは次式で示されれる。
Qb=CS21(VSS−Va′)
したがつて、「VSS=0」とおくと、この時の電
荷の移動量ΔQは、 ΔQ=−(Qa−Qb) =−CS21(Va+Va′−VDD) ……(22) となる。上記演算増幅器31の非反転入力端
(+)には、バイアス回路によつて「VDD/2」
の電位が与えられており、電位Va′は第6図の場
合と同様に、演算増幅器31が仮想的に「VDD/
2」に接続されるように働らくため、「VA′=
VDD/2」とおくと前式(22)は、 ΔQ=−CS21(Va−Va′) となり、接点a1,a2間に流れる平均電流iと等価
抵抗Rは次式のようになる。
荷の移動量ΔQは、 ΔQ=−(Qa−Qb) =−CS21(Va+Va′−VDD) ……(22) となる。上記演算増幅器31の非反転入力端
(+)には、バイアス回路によつて「VDD/2」
の電位が与えられており、電位Va′は第6図の場
合と同様に、演算増幅器31が仮想的に「VDD/
2」に接続されるように働らくため、「VA′=
VDD/2」とおくと前式(22)は、 ΔQ=−CS21(Va−Va′) となり、接点a1,a2間に流れる平均電流iと等価
抵抗Rは次式のようになる。
i=ΔQ・fS=−CS21(Va−Va′)・fS ……(23)
R=Va−Va′/i=−1/CS21・fS……(24)
上式(23),(24)を前式(20),(21)と比較す
ると、このスイツチドキヤパシタ回路が負性抵抗
として作用することがわかる。
ると、このスイツチドキヤパシタ回路が負性抵抗
として作用することがわかる。
したがつて、第10図の回路は前述した第6図
の回路と同じ働きをし、この積分器の入出力特性
は下式で示される。
の回路と同じ働きをし、この積分器の入出力特性
は下式で示される。
Vp/Va=CS21/S・Cf2fS ……(25)
上述したように、第8図に示した低域通過フイ
ルタを構成するスイツチドキヤパシタ回路72,
73,74は、電源VDD,VSSの2端子で構成す
ることが可能である。
ルタを構成するスイツチドキヤパシタ回路72,
73,74は、電源VDD,VSSの2端子で構成す
ることが可能である。
したがつて、第8図に示した低域通過フイルタ
は電源VDD,VSSの2電源で動作し、第7図に示
した回路と同様なフイルタ動作を行なう。
は電源VDD,VSSの2電源で動作し、第7図に示
した回路と同様なフイルタ動作を行なう。
第11図は、上記第8図のスイツチドキヤパシ
タ回路72,73,74部分を集積回路化した一
例を示す。スイツチドキヤパシタ回路111にお
いて、T1,T3はそれぞれNチヤネル型の電界効
果トランジスタであり、T2,T4はPチヤネル型
のトランジスタである。第1のスイツチ回路とし
て機能するトランジスタT1、および第2のスイ
ツチ回路として機能するトランジスタT2が第8
図の一方の切換スイツチS1に対応しており、また
第3のスイツチ回路として機能するるトランジス
タT3、および第4のスイツチ回路として機能す
るトランジスタT4が他方の切換スイツチS2に対
応している。そして、上記第1、第3のスイツチ
回路に相当するトランジスタT1,T3が同じスイ
ツチ状態となり、第2、第4のスイツチ回路に相
当するトランジスタT2,T4が同じスイツチ状態
となるように切換制御される。
タ回路72,73,74部分を集積回路化した一
例を示す。スイツチドキヤパシタ回路111にお
いて、T1,T3はそれぞれNチヤネル型の電界効
果トランジスタであり、T2,T4はPチヤネル型
のトランジスタである。第1のスイツチ回路とし
て機能するトランジスタT1、および第2のスイ
ツチ回路として機能するトランジスタT2が第8
図の一方の切換スイツチS1に対応しており、また
第3のスイツチ回路として機能するるトランジス
タT3、および第4のスイツチ回路として機能す
るトランジスタT4が他方の切換スイツチS2に対
応している。そして、上記第1、第3のスイツチ
回路に相当するトランジスタT1,T3が同じスイ
ツチ状態となり、第2、第4のスイツチ回路に相
当するトランジスタT2,T4が同じスイツチ状態
となるように切換制御される。
すなわち、トランジスタT1のドレインは入力
端子71に接続され、トランジスタT2のドレイ
ンは電源VDDに接続され、上記トランジスタT1,
T2のソースの接続接点にキヤパシタCS11の一端が
接続されている。一方、トランジスタT3のドレ
インは演算増幅器31の反転入力端(−)に接続
され、トランジスタT4のドレインは電源VDDに接
続され、上記トランジスタT3,T4のソースの接
続接点にキヤパシタCS11の他端が接続されてい
る。そして、前記トランジスタT1,T3のゲート
は一括されてクロツク入力端子114に接続さ
れ、トランジスタT2,T4のゲートは一括されて
インバータNOTを介してクロツク入力端子11
5に接続され、これらのクロツク入力端子11
4,115には、それぞれ周期が1/fSで同時に
“1”レベルにはならないクロツクパルスφ1,φ2
が導かれる。したがつて、クロツクパルスφ1=
“0”,φ2=“1”のときトランジスタT1,T3はオ
フ状態、トランジスタT2,T4はオン状態となり、
第9図aの回路状態と同じになる。これに対して
φ1=“1”,φ2=“0”のときにはトランジスタ
T1,T3はオン状態、トランジスタT2,T4はオフ
状態となり、第9図bの回路状態と同じになる。
端子71に接続され、トランジスタT2のドレイ
ンは電源VDDに接続され、上記トランジスタT1,
T2のソースの接続接点にキヤパシタCS11の一端が
接続されている。一方、トランジスタT3のドレ
インは演算増幅器31の反転入力端(−)に接続
され、トランジスタT4のドレインは電源VDDに接
続され、上記トランジスタT3,T4のソースの接
続接点にキヤパシタCS11の他端が接続されてい
る。そして、前記トランジスタT1,T3のゲート
は一括されてクロツク入力端子114に接続さ
れ、トランジスタT2,T4のゲートは一括されて
インバータNOTを介してクロツク入力端子11
5に接続され、これらのクロツク入力端子11
4,115には、それぞれ周期が1/fSで同時に
“1”レベルにはならないクロツクパルスφ1,φ2
が導かれる。したがつて、クロツクパルスφ1=
“0”,φ2=“1”のときトランジスタT1,T3はオ
フ状態、トランジスタT2,T4はオン状態となり、
第9図aの回路状態と同じになる。これに対して
φ1=“1”,φ2=“0”のときにはトランジスタ
T1,T3はオン状態、トランジスタT2,T4はオフ
状態となり、第9図bの回路状態と同じになる。
さらに、スイツチドキヤパシタ回路112にお
いて、T5〜T7はそれぞれNチヤネル型、T3はP
チヤネル型の電界効果トランジスタであり、第1
のスイツチ回路として機能するトランジスタT5、
および第2のスイツチ回路として機能するトラン
ジスタT6が第8図の一方の切換スイツチS1に対
応しており、また第3のスイツチ回路として機能
するトランジスタT7、および第4のスイツチ回
路として機能するトランジスタT8が他方の切換
スイツチS2に対応している。そして、上記第1、
第4のスイツチ回路に相当するトランジスタT5,
T8が同じスイツチ状態となり、第2、第3のス
イツチ回路に相当するトランジスタT6,T7が同
じスイツチ状態となるように切換制御される。す
なわち、トランジスタT5のドレインは演算増幅
器31の出力端に接続され、トランジスタT6は
ソースの電源VSSに接続され、上記トランジスタ
T5のソースとトランジスタT6のドレインとの接
続点にキヤパシタCS21の一端が接続されている。
一方、トランジスタT7のドレインは演算増幅器
31′のの反転入力端(−)に接続され、トラン
ジスタT8のドレインは電源VDDに接続され、上記
トランジスタT7,T8のソースの接続接点にキヤ
パシタCS21の他端が接続されている。そして、前
記トランジスタT5のゲートはクロツク入力端子
115に接続され、トランジスタT6,T7のゲー
トは一括されてクロツク入力端子114に接続さ
れ、トランジスタT8のゲートはインバータNOT
を介してクロツク入力端子115に接続される。
いて、T5〜T7はそれぞれNチヤネル型、T3はP
チヤネル型の電界効果トランジスタであり、第1
のスイツチ回路として機能するトランジスタT5、
および第2のスイツチ回路として機能するトラン
ジスタT6が第8図の一方の切換スイツチS1に対
応しており、また第3のスイツチ回路として機能
するトランジスタT7、および第4のスイツチ回
路として機能するトランジスタT8が他方の切換
スイツチS2に対応している。そして、上記第1、
第4のスイツチ回路に相当するトランジスタT5,
T8が同じスイツチ状態となり、第2、第3のス
イツチ回路に相当するトランジスタT6,T7が同
じスイツチ状態となるように切換制御される。す
なわち、トランジスタT5のドレインは演算増幅
器31の出力端に接続され、トランジスタT6は
ソースの電源VSSに接続され、上記トランジスタ
T5のソースとトランジスタT6のドレインとの接
続点にキヤパシタCS21の一端が接続されている。
一方、トランジスタT7のドレインは演算増幅器
31′のの反転入力端(−)に接続され、トラン
ジスタT8のドレインは電源VDDに接続され、上記
トランジスタT7,T8のソースの接続接点にキヤ
パシタCS21の他端が接続されている。そして、前
記トランジスタT5のゲートはクロツク入力端子
115に接続され、トランジスタT6,T7のゲー
トは一括されてクロツク入力端子114に接続さ
れ、トランジスタT8のゲートはインバータNOT
を介してクロツク入力端子115に接続される。
したがつて、クロツクパルスφ1=“0”,φ2=
“1”のときトランジスタT5,T8はオン状態、ト
ランジスタT6,T7はオフ状態となり、第10図
aの回路状態と同じになる。これに対してφ1=
“1”,φ2=“0”のときにはトランジスタT5,T8
オフ状態、トランジスタT6,T7はオン状態とな
り、第9図bの回路状態と同じになる。
“1”のときトランジスタT5,T8はオン状態、ト
ランジスタT6,T7はオフ状態となり、第10図
aの回路状態と同じになる。これに対してφ1=
“1”,φ2=“0”のときにはトランジスタT5,T8
オフ状態、トランジスタT6,T7はオン状態とな
り、第9図bの回路状態と同じになる。
また、スイツチドキヤパシタ回路113におい
て、T9,T11はNチヤネル型、T10,T12はPチヤ
ネル型の電界効果トランジスタであり、スイツチ
ドキヤパシタ回路111と同様に構成されてい
る。
て、T9,T11はNチヤネル型、T10,T12はPチヤ
ネル型の電界効果トランジスタであり、スイツチ
ドキヤパシタ回路111と同様に構成されてい
る。
なお、第11図の回路においては、第1〜第4
のスイツチ回路として各1個のトランジスタを使
用しているが、これに換えて他のアナログスイツ
チ、例えばトランスミツシヨンゲート等のような
トランジスタスイツチを用いても良い。
のスイツチ回路として各1個のトランジスタを使
用しているが、これに換えて他のアナログスイツ
チ、例えばトランスミツシヨンゲート等のような
トランジスタスイツチを用いても良い。
第12図は、この発明の他の実施例を示すもの
で、上記第8図の回路におけるスイツチドキヤパ
シタ回路72,73,74の電源VDD,VSS端子
を入れ換えたものである。このような構成におい
ても上記実施例と同様に、スイツチドキヤパシタ
回路を等価的な抵抗として動作させることができ
る。
で、上記第8図の回路におけるスイツチドキヤパ
シタ回路72,73,74の電源VDD,VSS端子
を入れ換えたものである。このような構成におい
ても上記実施例と同様に、スイツチドキヤパシタ
回路を等価的な抵抗として動作させることができ
る。
なお、上述した各実施例において、演算増幅器
31,31′の非反転入力端(+)に電位(例え
ばVDD−VSS/2)を印加するためのバイアス回路は 種々変形が可能であり、例えば降圧回路等の電流
消費の少ない回路を使用しても良いのはもちろん
である。また、入力初段にMOSトランジスタを
使用した演算増幅器31の場合、非反転入力端
(+)の入力インピーダンスはほぼ無限大となる
ため、前記バイアス回路として入力インピーダン
スが高くても良く、このようなバイアス回路は消
費電流を少なくすることが十分可能である。
31,31′の非反転入力端(+)に電位(例え
ばVDD−VSS/2)を印加するためのバイアス回路は 種々変形が可能であり、例えば降圧回路等の電流
消費の少ない回路を使用しても良いのはもちろん
である。また、入力初段にMOSトランジスタを
使用した演算増幅器31の場合、非反転入力端
(+)の入力インピーダンスはほぼ無限大となる
ため、前記バイアス回路として入力インピーダン
スが高くても良く、このようなバイアス回路は消
費電流を少なくすることが十分可能である。
なお、上記バイアス回路の出力電位は、第7図
における電位Vrefと同電位であり、この電位を第
7図の電位Vrefとして使用することが考えられ
る。しかし、このバイアス回路の出力電位は電源
に比較して高インピーダンスであるため、スイツ
チドキヤパシタの接点が接続されるとこの電位が
変化してしまう。このため、積分定数が変化して
しまうとともに、演算増幅器の非反転入力の変化
によつてその出力を変化させるという誤動作を生
ずるので、実用上このような構成は不可能であ
る。したがつて第9図に示した回路においては、
演算増幅器の非反転入力端のみにバイアス回路の
出力電位を与え、スイツチドキヤパシタ回路には
バイアス回路の出力電位は使用していない。
における電位Vrefと同電位であり、この電位を第
7図の電位Vrefとして使用することが考えられ
る。しかし、このバイアス回路の出力電位は電源
に比較して高インピーダンスであるため、スイツ
チドキヤパシタの接点が接続されるとこの電位が
変化してしまう。このため、積分定数が変化して
しまうとともに、演算増幅器の非反転入力の変化
によつてその出力を変化させるという誤動作を生
ずるので、実用上このような構成は不可能であ
る。したがつて第9図に示した回路においては、
演算増幅器の非反転入力端のみにバイアス回路の
出力電位を与え、スイツチドキヤパシタ回路には
バイアス回路の出力電位は使用していない。
以上説明したようにこの発明によれば、スイツ
チドキヤパシタ回路の放電経路に対して演算増幅
器用の電源を使用し、且つこの演算増幅器用電源
を用いて演算増幅器の非反転入力端にバイアスを
印加するためのバイアス回路を設けたスイツチド
キヤパシタ積分器で低域通過フイルタを構成した
ので、精度の低下や誤動作を招くことなく使用電
源数を減少して単一電源化でき、集積回路化に際
して電源端子数が少なくて済むので、集積回路化
が容易な低域通過フイルタが得られる。
チドキヤパシタ回路の放電経路に対して演算増幅
器用の電源を使用し、且つこの演算増幅器用電源
を用いて演算増幅器の非反転入力端にバイアスを
印加するためのバイアス回路を設けたスイツチド
キヤパシタ積分器で低域通過フイルタを構成した
ので、精度の低下や誤動作を招くことなく使用電
源数を減少して単一電源化でき、集積回路化に際
して電源端子数が少なくて済むので、集積回路化
が容易な低域通過フイルタが得られる。
第1図はスイツチドキヤパシタ回路の基本回路
の異なる動作状態を示す回路図、第2図は第1図
の等価回路、第3図および第4図はそれぞれ従来
のミラー積分器を示す回路図、第5図、第6図は
それぞれ従来のスイツチドキヤパシタ積分器の異
なる動作状態を示す回路図、第7図は従来の低域
通過フイルタの回路図、第8図はこの発明の一実
施例に係る低域通過フイルタを示す回路図、第9
図、第10図はそれぞれ上記第8図の回路動作を
説明するための回路図、第11図は上記第8図の
低域通過フイルタの具体的な構成例を示す回路
図、第12図はこの発明の他の実施例を示す回路
図である。 31,31′…演算増幅器、72,73,74,
111,112,113…スイツチドキヤパシタ
回路、71…入力端子、75…出力端子、CS11,
CS12,CS21…スイツチングキヤパシタ、Cf1,
Cf2,CS13…キヤパシタ、T1〜T12…トランジス
タ。VDD,VSS…電源、R…抵抗。
の異なる動作状態を示す回路図、第2図は第1図
の等価回路、第3図および第4図はそれぞれ従来
のミラー積分器を示す回路図、第5図、第6図は
それぞれ従来のスイツチドキヤパシタ積分器の異
なる動作状態を示す回路図、第7図は従来の低域
通過フイルタの回路図、第8図はこの発明の一実
施例に係る低域通過フイルタを示す回路図、第9
図、第10図はそれぞれ上記第8図の回路動作を
説明するための回路図、第11図は上記第8図の
低域通過フイルタの具体的な構成例を示す回路
図、第12図はこの発明の他の実施例を示す回路
図である。 31,31′…演算増幅器、72,73,74,
111,112,113…スイツチドキヤパシタ
回路、71…入力端子、75…出力端子、CS11,
CS12,CS21…スイツチングキヤパシタ、Cf1,
Cf2,CS13…キヤパシタ、T1〜T12…トランジス
タ。VDD,VSS…電源、R…抵抗。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 第1の演算増幅器と、この第1の演算増幅器
の反転入力端と出力端との間に接続される第1の
キヤパシタと、入力信号電圧が印加される信号入
力端子と上記第1の演算増幅器の反転入力端との
間に設けられる第1のスイツチドキヤパシタ回路
と、第2の演算増幅器と、上記第1の演算増幅器
の出力端と上記第2の演算増幅器の反転入力端と
の間に設けられる第2のスイツチドキヤパシタ回
路と、上記第2の演算増幅器の反転入力端と出力
端との間に接続される第2のキヤパシタと、上記
第2の演算増幅器の出力端と上記第1の演算増幅
器の反転入力端との間に設けられる第3のスイツ
チドキヤパシタ回路と、この第3のスイツチドキ
ヤパシタ回路に並列接続される第3のキヤパシタ
と、上記第1、第2の演算増幅器用の一方の電源
と他方の電源との間の電圧を分圧してバイアス電
圧を生成し、上記第1、第2の演算増幅器の非反
転入力端に供給するバイアス回路とを具備し、上
記第1のスイツチドキヤパシタ回路は、第1のス
イツチングキヤパシタと、この第1のスイツチン
グキヤパシタの両端に設けられ、第1の動作期に
上記信号入力端子と第1の演算増幅器の反転入力
端との間に上記第1のスイツチングキヤパシタを
接続し、第2の動作期にこの第1のスイツチング
キヤパシタの両端を上記第1、第2の演算増幅器
用の一方の電源に接続して短絡する回路を交互に
形成する第1のスイツチング手段とから成り、上
記第2のスイツチドキヤパシタ回路は、第2のス
イツチングキヤパシタと、この第2のスイツチン
グキヤパシタの両端に設けられ、第1の動作期に
上記第2の演算増幅器の反転入力端と上記第1、
第2の演算増幅器用の他方の電源との間に上記第
2のスイツチングキヤパシタを接続し、第2の動
作期に上記第1の演算増幅器の出力端と上記第
1、第2の演算増幅器用の一方の電源との間に上
記第2のスイツチングキヤパシタを接続する回路
を交互に形成する第2のスイツチング手段とから
成り、上記第3のスイツチドキヤパシタ回路は、
第3のスイツチングキヤパシタと、この第3のス
イツチングキヤパシタの両端に設けられ、第1の
動作期に上記第2の演算増幅器の出力端と上記第
1の演算増幅器の反転入力端との間に上記第3の
スイツチングキヤパシタを接続し、第2の動作期
にこの第3のスイツチングキヤパシタの両端を上
記第1、第2の演算増幅器用の一方の電源に接続
して短絡する回路を交互に形成する第3のスイツ
チング手段とから成ることを特徴とする低域通過
フイルタ。 2 上記バイアス回路は、上記第1、第2の演算
増幅器用の一方および他方の電源間に直列接続さ
れた第1、第2の抵抗から成り、上記第1および
第2の抵抗の接続点から所定のバイアスを得るよ
うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の低域通過フイルタ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56137234A JPS5839109A (ja) | 1981-09-01 | 1981-09-01 | 低域通過フィルタ |
US06/394,613 US4558292A (en) | 1981-09-01 | 1982-07-02 | Low pass filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56137234A JPS5839109A (ja) | 1981-09-01 | 1981-09-01 | 低域通過フィルタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5839109A JPS5839109A (ja) | 1983-03-07 |
JPH0429246B2 true JPH0429246B2 (ja) | 1992-05-18 |
Family
ID=15193911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56137234A Granted JPS5839109A (ja) | 1981-09-01 | 1981-09-01 | 低域通過フィルタ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4558292A (ja) |
JP (1) | JPS5839109A (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0793553B2 (ja) * | 1983-11-18 | 1995-10-09 | 株式会社日立製作所 | スイッチド・キャパシタ・フィルタ |
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