JPH0671194B2 - Switched Capacitor Filter - Google Patents

Switched Capacitor Filter

Info

Publication number
JPH0671194B2
JPH0671194B2 JP57233481A JP23348182A JPH0671194B2 JP H0671194 B2 JPH0671194 B2 JP H0671194B2 JP 57233481 A JP57233481 A JP 57233481A JP 23348182 A JP23348182 A JP 23348182A JP H0671194 B2 JPH0671194 B2 JP H0671194B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
switched
clock signal
filter
switched capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP57233481A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59122216A (en
Inventor
洋 谷本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP57233481A priority Critical patent/JPH0671194B2/en
Publication of JPS59122216A publication Critical patent/JPS59122216A/en
Publication of JPH0671194B2 publication Critical patent/JPH0671194B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H19/00Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
    • H03H19/004Switched capacitor networks

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、スイッチド・キャパシタ・フィルタ、詳くは
演算増幅器の数を増加する事なく前置フィルタの機能を
付加したスイッチド・キャパシタ・フィルタに関するも
のである。
Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a switched capacitor filter, more specifically, a switched capacitor filter added with the function of a prefilter without increasing the number of operational amplifiers. It is about.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

スイッチド・キャパシタ・フィルタは、サンプルド・デ
ータ・フィルタの一種なので、サンプリングに伴う信号
の折返し成分が生じ、これがフィルタの過帯域内に擬似
信号となって現れる。この擬似信号が生じないようにす
るためには、サンプリング周波数の1/2以上の周波数の
入力信号を前もって除去しておく必要がある。このため
従来のスイッチド・キャパシタ・フィルタでは、LCフィ
ルタやRCアクティブ・フィルタ等のアナログ・フィルタ
を前置フィルタとして付加している。
Since the switched capacitor filter is a kind of sampled data filter, a signal aliasing component is generated due to sampling, and this appears as a pseudo signal in the overband of the filter. In order to prevent this pseudo signal from occurring, it is necessary to remove the input signal having a frequency equal to or more than 1/2 of the sampling frequency in advance. Therefore, in the conventional switched capacitor filter, analog filters such as LC filter and RC active filter are added as pre-filters.

この場合、スイッチド・キャパシタ・フィルタの通過帯
域がサンプリング周波数の1/2に近づくにつれて、より
遮断特性の急峻な前置フィルタが必要となるが、LCフィ
ルタは形状が大形であり、IC化が容易なスイッチド・キ
ャパシタ・フィルタとの適合性が悪い。また、IC化可能
なRCアクティブ・フィルタは、急峻な遮断特性を得るた
めのRC素子の実現可能な精度が現在の技術では不十分な
ため、経済性の点から問題がある。従って、いかにアナ
ログ前置フィルタを簡単化できるようなスイッチド・キ
ャパシタ・フィルタを構成するかが重大な課題となって
いる。
In this case, as the pass band of the switched capacitor filter approaches 1/2 of the sampling frequency, a pre-filter with a sharper cutoff characteristic is needed, but the LC filter has a large shape and can be integrated into an IC. Poor compatibility with switched capacitor filters, which are easy to replace. In addition, the RC active filter that can be integrated into an IC has a problem in terms of economical efficiency because the achievable accuracy of the RC element for obtaining a sharp cutoff characteristic is not sufficient with the current technology. Therefore, how to construct a switched capacitor filter that can simplify the analog prefilter is a serious problem.

この課題を解決するには、スイッチド・キャパシタ・フ
ィルタのクロック信号周波数を高くすればよいが、それ
に伴ってサンプリング・キャパシタの電荷を演算増幅器
のはたらきで積分キャパシタへ転送るために要する時間
を短縮する必要が生ずる。このためにはクロック信号周
波数の増大に比例して演算増幅器の帯域幅を増加せねば
ならず、回路設計上および経済的にも好ましくない。ま
た、クロック信号周波数の増大は、スイッチド・キャパ
シタ・フィルタに用いられるキャパシタの容量比の増大
をも要求するので、必要な容量比の精度を維持するため
にはクロック信号周波数の低い場合と比べて大きなキャ
パシタを要し、集積化する場合、経済的に好ましくな
い。
To solve this problem, the clock signal frequency of the switched capacitor filter can be increased, but the time required to transfer the charge of the sampling capacitor to the integrating capacitor by the operation of the operational amplifier is reduced accordingly. Need to do so. For this purpose, the bandwidth of the operational amplifier must be increased in proportion to the increase of the clock signal frequency, which is not preferable in terms of circuit design and economically. Also, an increase in the clock signal frequency also requires an increase in the capacitance ratio of the capacitors used in the switched capacitor filter, so in order to maintain the required precision of the capacitance ratio, it is necessary to compare Requires a large capacitor and is economically unfavorable when integrated.

従来、このような課題を解決すべく提案されたスイッチ
ド・キャパシタ・フィルタとしてクロック信号には変更
を加えないコサイン・フィルタと呼ばれるものがある。
(Roubic Gregorian et al;“Switched-Capacitor De
cimation and Interpolation circuits"IEEE Trans.on
Circuits and Systems,Vo1.CAS-27,No.6,June 1980PP.5
09-514、特開昭55-158725号公報、及びRoubic Greg
orian et al;“An Integrated Single-Chip PCM Voice
Codec With Filters,"IEEE Jour.of Solid-State Cirui
ts,Vol.SC-16,No4August1981P.327参照)これらの文献
〜に記載されたスイッチド・キャパシタ・フィルタ
は、いずれも次式で表わされる前置フィルタを挿入した
ものに相当する。
Conventionally, as a switched capacitor filter proposed to solve such a problem, there is one called a cosine filter that does not change a clock signal.
(Roubic Gregorian et al; “Switched-Capacitor De
cimation and Interpolation circuits "IEEE Trans.on
Circuits and Systems, Vo1.CAS-27, No.6, June 1980PP.5
09-514, JP-A-55-158725, and Roubic Greg
orian et al; “An Integrated Single-Chip PCM Voice
Codec With Filters, "IEEE Jour.of Solid-State Cirui
ts, Vol. SC-16 , No4August1981 P.327) The switched capacitor filters described in these documents are all equivalent to the ones in which a prefilter represented by the following equation is inserted.

H(Z)=〔1+Z−1/2〕/2 …(1) ここで、Zは変換の変数で、Z=ejωTと置く事によ
り、H(Z)が角周波数ωの正弦波に対する周波数応答
を与える。ただし、Tはサンプリング周期である。これ
を計算すると、 |H(ejωT)|〔{1+cos(ωT/2)}
sin (ωT/2)〕1/2/2=|cos(ωT/4)| …(2) となり、 (n=1,3,5,7…)の周波数、すなわちサンプリング周
波数の奇数倍の周波数付近で減衰極を有する前置フィル
タとなっている。従って、この前置フィルタを設けるこ
とによって、その前段に設けられるアナログ前置フィル
タはサンプリング周波数の2倍以上の周波数の入力信号
成分を十分に除去すればよい事となり、その構成が簡単
化される。しかし、アナログ前置フィルタの構成を更に
簡単にするためには、サンプリング周波数の寄数倍のみ
でなく、偶数倍をも含む整数倍の周波数を中心とする折
返し成分をできるだけ除去することが望まれる。
H (Z) = [1 + Z −1/2 ] / 2 (1) Here, Z is a variable of conversion, and by setting Z = e jωT , H (Z) is a frequency for a sine wave with an angular frequency ω. Give a response. However, T is a sampling period. When this is calculated, | H (e j ωT ) | [{1 + cos (ωT / 2)} 2 +
sin 2 (ωT / 2)] 1/2 / 2 = | cos (ωT / 4) |… (2), It is a prefilter having an attenuation pole at a frequency of (n = 1,3,5,7 ...), That is, a frequency near an odd multiple of the sampling frequency. Therefore, by providing this pre-filter, the analog pre-filter provided in the preceding stage has only to sufficiently remove the input signal component having a frequency equal to or more than twice the sampling frequency, which simplifies the configuration. . However, in order to further simplify the configuration of the analog pre-filter, it is desired to remove folding components centered on not only an integer multiple of the sampling frequency but also an integer multiple of the frequency including even multiples. .

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、サンプリング周波数の寄数倍だけでな
く偶数倍も含む整数倍の周波数を中心とする折返し成分
を除去し、折返し成分除去のためのアナログ前置フィル
タを大幅に簡単化できるスイッチド・キャパシタ・フィ
ルタを提供する事にある。
It is an object of the present invention to remove a folding component centered on an integer multiple frequency including not only a multiple of the sampling frequency but also an even multiple, and a switch which can greatly simplify an analog prefilter for removing the folding component. To provide a de-capacitor filter.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明に係るスイッチド・キャパシタ・フィルタは、同
一容量のキャパシタとサンプリング用スイッチと転送ス
イッチとからなるスイッチド・キャパシタを4つ並列的
に設けた入力段と、 キャパシタと該キャパシタのための充電用スイッチと放
電用スイッチとからなる帰還回路を有するスイッチド・
キャパシタ積分器と、 入力段を構成するスイッチド・キャパシタの各キャパシ
タに入力信号電荷を順次サンプリングさせるために、周
期がTで位相がT/4ずれた4相の第1のクロック信号に
より、スイッチド・キャパシタのサンプリング用スイッ
チを動作させる手段と、 入力段を構成するスイッチド・キャパシタの各キャパシ
タにサンプリングされた入力信号電荷を前記スイッチド
・キャパシタ積分器へ転送させるために、第1のクロッ
ク信号の周期Tの略1/2の周期の第2のクロック信号に
より、サンプリング用スイッチを動作させていないスイ
ッチド・キャパシタの転送用スイッチを動作させる手段
と、 前記第2のクロック信号によってスイッチド・キャパシ
タ積分器の帰還回路を構成する充電用スイッチ及び放電
用スイッチを動作させる手段とを具備し、 前記第1のクロック信号のクロック周波数の4倍周波数
の整数倍以外の前記クロック周波数の整数倍の周波数付
近に阻止域を有するよう構成したことを特徴とする。
A switched capacitor filter according to the present invention includes an input stage in which four switched capacitors each having a capacitor of the same capacity, a sampling switch and a transfer switch are provided in parallel, a capacitor and a charging for the capacitor. Switched with a feedback circuit consisting of a discharge switch and a discharge switch
In order to sequentially sample the input signal charges in the capacitor integrator and each capacitor of the switched capacitors forming the input stage, the switch is performed by the first clock signal of four phases with a period T and a phase shift of T / 4. Means for operating the sampling switch of the switched capacitor, and a first clock for transferring the input signal charge sampled by each capacitor of the switched capacitors forming the input stage to the switched capacitor integrator. Means for operating the transfer switch of the switched capacitor, which does not operate the sampling switch, by means of the second clock signal having a cycle that is approximately 1/2 of the signal cycle T; and switching by means of the second clock signal.・ Operating the charging and discharging switches that make up the feedback circuit of the capacitor integrator ; And a stage, characterized by being configured to have a stop band in the first of said clock an integer multiple of the vicinity of the frequency of the frequency other than integral multiple of 4 times the frequency of the clock frequency of the clock signal.

このスイッチド・キャパシタ・フィルタは、一般的に なる伝達関数で表わされる前置フィルタを付加したのと
同等の機能を実現する。ここでNは入力段スイッチド・
キャパシタの個数であり、N=4であるから、 (3)式は、 となる。
This switched capacitor filter is typically A function equivalent to adding a prefilter represented by the transfer function is realized. Where N is the input stage switched
Since the number of capacitors is N = 4, the equation (3) is Becomes

またαk(k=0〜3)は、入力段スイッチド・キャパ
シタのキャパシタとスイッチド・キャパシタ積分器の積
分用キャパシタとの容量比であり、この場合は全て等し
い値となる。
Further, αk (k = 0 to 3) is a capacitance ratio between the capacitors of the input stage switched capacitors and the capacitors for integration of the switched capacitor integrators, and in this case, all have the same value.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれ、入力信号のサンプリングに伴う折返し成
分のうち、サンプリング周波数の特定の整数を除く整数
倍の周波数およびその近傍の成分を除去することが可能
となり、それだけ折返し成分除去用のアナログ前置フィ
ルタの構成が簡単化される。
According to the present invention, it is possible to remove an integer multiple frequency excluding a specific integer of a sampling frequency and a component in the vicinity of the alias component due to sampling of an input signal, and an analog prefix for removing the alias component is that much. The filter structure is simplified.

具体的には、本発明のスイッチド・キャパシタ・フィル
タによればば、4mfs(mは整数)を除くfsの整数倍の周
波数に減衰極をもつ前記フィルタ付加したのに等しい効
果が得られる。この場合、その前段に用いられるアナロ
グ前置フィルタは4fs以上の周波数の折り返し成分のみ
を減衰させればよいこととなり、非常に簡単なもので済
ませることができる。したがってフィルタの構成上及び
経済性の面で極めて有効である。
Specifically, according to the switched capacitor filter of the present invention, an effect equivalent to that of the addition of the filter having an attenuation pole at a frequency that is an integral multiple of fs except 4 mfs (m is an integer) can be obtained. In this case, the analog pre-filter used in the preceding stage only needs to attenuate the aliasing component of the frequency of 4fs or more, which is very simple. Therefore, it is extremely effective in terms of filter structure and economical efficiency.

さらに、本発明によれば入力段スイッチド・キャパシタ
・フィルタからスイッチド・キャパシタ積分器への信号
電荷の転送がスイッチド・キャパシタ積分器の動作周波
数と同じ周波数のクロック信号(第2のクロック信号)
で行われるため、スイッチド・キャパシタ積分器に使用
される演算増幅器の帯域幅を大きくする必要がない。
Furthermore, according to the present invention, the transfer of the signal charge from the input stage switched capacitor filter to the switched capacitor integrator is performed by a clock signal (second clock signal) having the same frequency as the operating frequency of the switched capacitor integrator. )
It is not necessary to increase the bandwidth of the operational amplifier used in the switched capacitor integrator.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第1図は本発明の一実施例に係るスイッチド・キャパシ
タ・フィルタの構成を示す回路図である。図において、
10は入力端子、11121314はこの入力端子10への入
力信号をサンプリングするための並列的に設けられた入
力段スイッチド・キャパシタであり、各々MOSFET等から
なるスイッチ1a〜1d,2a〜2d,3a〜3d,4a〜4dと、MOSキャ
パシタ1,2,3,4とから構成されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a switched capacitor filter according to an embodiment of the present invention. In the figure,
Reference numeral 10 is an input terminal, and 11 , 12 , 13 , and 14 are input stage switched capacitors provided in parallel for sampling the input signal to the input terminal 10. Each of the switches 1a to 1d is composed of a MOSFET or the like. , 2a to 2d, 3a to 3d, 4a to 4d, and MOS capacitors 1, 2, 3, and 4.

尚、スイッチ1a,1d,2a,2d,3a,3d,4a,4dは入力信号電荷
をキャパシタ1,2,3,4にサンプリングするためのサンプ
リング用スイッチであり、またスイッチ1b,1c,2b,3c,3
b,3c,4b,4cはキャパシタ1,2,3,4にサンプリングされた
入力信号電荷を読出して後段のスイッチド・キャパシタ
積分器へ転送するための転送用スイッチである。
Incidentally, the switches 1a, 1d, 2a, 2d, 3a, 3d, 4a, 4d are sampling switches for sampling the input signal charges to the capacitors 1, 2, 3, 4 and also the switches 1b, 1c, 2b, 3c, 3
Reference numerals b, 3c, 4b, 4c are transfer switches for reading the input signal charges sampled in the capacitors 1, 2, 3, 4 and transferring them to the switched capacitor integrator in the subsequent stage.

これらの入力段スイッチド・キャパシタ11121314
の後段に、スイッチ5a〜5dとキャパシタ5とからなる帰
還用スイッチド・キャパシタ15と、積分用キャパシタ6
および演算増幅器7によって構成されたスイッチド・キ
ャパシタ積分器16が配置され、この積分器16の出力が出
力端子17に導かれるようになっている。
These input stage switched capacitors 11 , 12 , 13 , 14
In the subsequent stage, a feedback switched capacitor 15 including switches 5a to 5d and a capacitor 5, and an integrating capacitor 6 are provided.
A switched capacitor integrator 16 constituted by the operational amplifier 7 is arranged, and the output of the integrator 16 is led to the output terminal 17.

尚、スイッチ5a,5cはキャパシタ5に電荷を充電すする
ための充電用スイッチであり、スイッチ5b,5dは該キャ
パシタ5の電荷を放電するための放電用スイッチであ
る。
The switches 5a and 5c are charging switches for charging the capacitor 5 with electric charges, and the switches 5b and 5d are discharging switches for discharging the electric charge of the capacitor 5.

クロック発生器18は入力段スイッチド・キャパシタ11
121314のサンプリングのための第1のクロック信号
φ123と、サンプリングされた入力信号電荷
をスイッチド,キャパシタ積分器16へ転送するためと、
積分器16を動作させるための第2のクロック信号φ5,
を発生する。
The clock generator 18 is an input stage switched capacitor 11 ,
For transferring the first clock signals φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 for sampling 12 , 13 , 14 and the sampled input signal charge to the switched, capacitor integrator 16,
A second clock signal φ 5 for operating the integrator 16,
5 is generated.

すなわち、スイッチ1aと1dはクロック信号φにより、
スイッチ2aと2dはクロック信号φにより、スイッチ3a
と3dはクロック信号φにより、スイッチ4aと4dはクロ
ック信号φにより、スイッチ1b、1c、2b、2c、5b、5d
はクロック信号φ5により、またスイッチ3b、3c、4b、
4c、5a、5cはクロック信号φ5によりそれぞれ開閉を制
御される。ここで、第2図にクロック信号波形を示すよ
うに、第1のクロック信号φ123はTなる周
期を持ち、順次T/4ずつ位相がずれている。また、第2
のクロック信号φ5,は第1のクロック信号φ12,
φ3と等しい周期を持ち、これらと同期している
が、そのデューティは1/2となっている。
That is, the switches 1a and 1d are driven by the clock signal φ 1 .
The switches 2a and 2d are switched by the clock signal φ 2 to the switch 3a.
And 3d by the clock signal φ 3 and switches 4a and 4d by the clock signal φ 4 by the switches 1b, 1c, 2b, 2c, 5b, 5d.
Is controlled by the clock signal φ5, and the switches 3b, 3c, 4b,
Opening and closing of 4c, 5a and 5c are controlled by a clock signal φ5. Here, as shown in the clock signal waveform in FIG. 2, the first clock signals φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 have a cycle of T, and the phases are sequentially shifted by T / 4. Also, the second
The clock signals phi 5, 5 first clock signal phi 1, phi 2,
It has a cycle equal to φ 3 and φ 4 and is synchronized with them, but its duty is 1/2.

次に、この実施例の動作を説明する。入力端子10に与え
られた入力信号νinは、クロック信号周期Tの1/4周期
で、まずスイッチド・キャパシタ14でクロック信号φ
によりサンプリングされ、次の1/4周期でスイッチド・
キャパシタ13でクロック信号φによりサンプリングさ
れる。この1/2周期Bの間に、これに先立つ1/2周期Aの
前半の1/4周期と後半の1/4周期の間にそれぞれスイッチ
ド・キャパシタ1211でクロック信号φ2によりそ
れぞれサンプリングされていた入力信号電荷が積分用キ
ャパシタ6へクロック信号により転送され、同時に
クロック信号により帰還用スイッチド・キャパシタ
15のキャパシタ5は放電する。そして続く1/2周期Cの
間に、これに先立つ1/2周期Bの間にスイッチド・キャ
パシタ1413でクロック信号φ4によりサンプリン
グされていた入力信号電荷がクロック信号φにより積
分用キャパシタ6へ転送され、かつクロック信号φ
より帰還用スイッチド・キャパシタ15のキャパシタ5が
演算増幅器7の出力端と非反転入力端との間に積分用キ
ャパシタ6と並列に接続される。この1/2周期Cには同
時に前述の如く、その前半の1/4周期および後半の1/4周
期の間にそれぞれスイッチド・キャパシタ1211により
入力信号電荷がサンプリングされ、帰還用スイッチド・
キャパシタ15のキャパシタ5は放電される。こうして1
クロック信号周期における動作を完了する。
Next, the operation of this embodiment will be described. The input signal νin given to the input terminal 10 has a 1/4 cycle of the clock signal cycle T, and the switched capacitor 14 first supplies the clock signal φ 4
Sampled by the
The capacitor 13 samples the clock signal φ 3 . During this 1/2 cycle B, the clock signals φ 2 and φ are switched by the switched capacitors 12 and 11 during the first 1/4 cycle and the latter 1/4 cycle of the preceding 1/2 cycle A, respectively. The input signal charges sampled by 1 are transferred to the integrating capacitor 6 by the clock signal 5 , and at the same time, the feedback signal is switched by the clock signal 5.
The capacitor 5 of 15 is discharged. Then, during the subsequent 1/2 cycle C, the input signal charges sampled by the clock signals φ 4 and φ 3 by the switched capacitors 14 and 13 during the preceding 1/2 cycle B. integrating capacitor 6 between but is transferred by the clock signal phi 5 to the integrating capacitor 6, and the capacitor 5 of the feedback switched capacitor 15 by the clock signal phi 5 is an output terminal and the non-inverting input of the operational amplifier 7 Connected in parallel with. At the same time, as described above, in the 1/2 cycle C, the input signal charges are sampled by the switched capacitors 12 and 11 during the first 1/4 cycle and the latter 1/4 cycle, respectively.・
The capacitor 5 of the capacitor 15 is discharged. Thus 1
The operation in the clock signal cycle is completed.

以上の動作過程において、サンプリングあるいは電荷の
転送は第2図に示すクロック信号の立下がり(↓で示
す)のタイミングで行なわれる。従って、サンプリング
はクロック信号の周期をTとすると、T/4毎に行なわれ
る事になる。
In the above operation process, sampling or charge transfer is performed at the falling edge (shown by ↓) of the clock signal shown in FIG. Therefore, when the cycle of the clock signal is T, sampling is performed every T / 4.

第1図のスイッチド・キャパシタ・フィルタにおける上
述の動作は、次式によって表わす事ができる。
The above operation of the switched capacitor filter of FIG. 1 can be expressed by the following equation.

C6Vout=C6Z-1Vout−C5Vout+〔C1Z-1+C2Z−5/4+C3Z
−1/2+C4Z−3/4〕Vin …(4) ここで、Z=ejωTで、Tはクロック信号の周期、ω
は角周波数、C1〜C6はそれぞれキャパシタ1〜6の静電
容量を表わしている。(4)式を整理すると、次式を得
る。
C 6 V out = C 6 Z -1 V out -C 5 V out + [C 1 Z -1 + C 2 Z -5/4 + C 3 Z
−1/2 + C 4 Z −3/4 ] V in (4) Here, Z = e jωT , T is the period of the clock signal, and ω
Is the angular frequency, and C 1 to C 6 are the electrostatic capacities of the capacitors 1 to 6, respectively. By rearranging the equation (4), the following equation is obtained.

out/Vin=Z−1/2〔C3+C4Z−/4+C1Z−1/2+C2Z
−3/4〕/〔(C6+C5)−C6Z-1〕 …(5) 第1図においてスイッチド・キャパシタ121314を取
除き、スイッチ1aと1dがクロック信号で、スイッチ
1bと1cがクロック信号φでそれぞれ開閉を制御される
ように変更した回路は、通常のスイッチド・キャパシタ
・フィルタと同じ構成になる。
V out / V in = Z −1/2 [C 3 + C 4 Z − / 4 + C 1 Z −1/2 + C 2 Z
−3/4 ] / [(C 6 + C 5 ) −C 6 Z −1 ] (5) In FIG. 1, the switched capacitors 12 , 13 , and 14 are removed, and the switches 1a and 1d are replaced by the clock signal 5 . ,switch
The circuit modified so that 1b and 1c are controlled to be opened and closed by the clock signal φ 5 has the same configuration as a normal switched capacitor filter.

第3図は上述の如く第1図を変形して得られた通常のス
イッチド・キャパシタ・フィルタの構成を示す回路図で
ある。同図において各符号の表すところは第1図と同じ
である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a normal switched capacitor filter obtained by modifying FIG. 1 as described above. In the same figure, each symbol represents the same as in FIG.

第3図のスイッチド・キャパシタ・フィルタの伝達函数
は次式で表わすことができる。
The transfer function of the switched capacitor filter of FIG. 3 can be expressed by the following equation.

out/Vin=Z−1/2・C′1Z−1/2〔(C6+C5)−C
6Z-1〕 …(6) 但し、C′は第3図におけるキャパシタ1の容量であ
る。
V out / V in = Z −1 / 2 · C ′ 1 Z −1/2 [(C 6 + C 5 ) −C
6 Z −1 ] (6) where C ′ 1 is the capacitance of the capacitor 1 in FIG.

(6)式は低域通過型の特性を示している。(5)式で
C1=C2=C3=C4=C0/4、(6)式でC′=C0とおく
と、それぞれ次式となる。
Equation (6) shows a low-pass characteristic. In equation (5)
When C 1 = C 2 = C 3 = C 4 = C 0/4 , and C ′ 1 = C 0 in the equation (6), the following equations are obtained.

従って、この条件下では通常の構成によるスイッチド・
キャパシタ・フィルタの伝達函数に次式で表わされる伝
達函数K(Z) K(Z)=〔Z1/2+Z1/4+1+Z−1/4〕/4 …(7) を乗じたものが、本実施例によって得られるスイッチド
・キャパシタ・フィルタの伝達特性となる。(7)式で
表わされる減衰特性は、クロック信号周波数sの、4
の倍数を除く整数倍の周波数に減衰極を有し、その付近
が阻止域となり、零周波数付近と4s,8s,12s,…
付近が通過域となる。従って、このような減衰特性は前
述の如くスイッチド・キャパシタ・フィルタの折返し成
分除去用前置フィルタとして利用できる。なわち、クロ
ック信号周波数sの通常のスイッチド・キャパシタ・
フィルタの入力段を(7)式の減衰特性を有するフィル
タで置き換えて用いれば、周波数ks(kは4の倍数
を除く整数)およびその付近の周波数成分が通過帯域内
へ折り返して来る成分を除去できる。
Therefore, under this condition, the switched
The transfer function of the capacitor filter multiplied by the transfer function K (Z) K (Z) = [Z 1/2 + Z 1/4 + 1 + Z −1/4 ] / 4 (7) This is the transfer characteristic of the switched capacitor filter obtained by this embodiment. The attenuation characteristic represented by the equation (7) is the clock signal frequency s of 4
It has an attenuation pole at an integer multiple of frequencies excluding the multiples of, and its vicinity is the stop band, near zero frequency and 4s, 8s, 12s, ...
The vicinity is the pass area. Therefore, such an attenuation characteristic can be utilized as a prefilter for removing the aliasing component of the switched capacitor filter as described above. That is, an ordinary switched capacitor of clock signal frequency s
If the input stage of the filter is replaced with a filter having the attenuation characteristic of equation (7), the frequency ks (k is an integer other than a multiple of 4) and the frequency components in the vicinity thereof are removed from the pass band. it can.

(5)式から明らかなように、第1図に示す構成におい
ては、キャパシタ5及び6の値が伝達函数の分子に現れ
ない。すなわち、本実施例によれば従来のスイッチド・
キャパシタ・フィルタの特性を損うことなく(5)式の
分子で表わされる減衰特性を付加する事が可能となる。
As is clear from the equation (5), in the configuration shown in FIG. 1, the values of the capacitors 5 and 6 do not appear in the numerator of the transfer function. That is, according to this embodiment, the conventional switched
It is possible to add the attenuation characteristics represented by the numerator of the equation (5) without impairing the characteristics of the capacitor filter.

更に、本実施例では第1のクロック信号、すなわち第2
のクロック信号の1/4周期毎に、予めサンプリングして
あったスイッチド・キャパシタの電荷を第2のクロック
信号によって同時に積分用キャパシタ6へ転送するか
ら、演算増幅器7の利得帯域幅積は本発明を実施しない
場合と同等でよい。
Further, in this embodiment, the first clock signal, that is, the second clock signal
Since the charge of the switched capacitor, which has been sampled in advance, is simultaneously transferred to the integrating capacitor 6 by the second clock signal every 1/4 cycle of the clock signal of, the gain bandwidth product of the operational amplifier 7 is It may be the same as when the invention is not carried out.

以上に述べた如く、第1図のスイッチド・キャパシタ・
フィルタは第3図に示したフィルタに(7)式で表わさ
れる前置フィルタを付加したものと等価である事がわか
る。すなわち、第3図に示される通常のスイッチド・キ
ャパシタ・フィルタにおて、その入力段のスイッチド・
キャパシタをその容量値を1/4にしたもの4組に置き換
え、その各々のスイッチを開閉制御するためのクロック
信号を前述した第1のクロック信号に変更するだけで、
見掛上のサンプリング周波数が4倍になり、かつ元のス
イッチド・キャパシタ・フィルタのサンプリング周波数
は変化する事なく、(7)式で表わされる伝達函数の特
性をもつ前置フィルタが第3図のスイッチド・キャパシ
タ・フィルタの特性に重畳して得られる。容量値を1/4
にするのは、クロック信号の1周期に入力信号を4回サ
ンプリングする事になるからである。
As described above, the switched capacitor
It can be seen that the filter is equivalent to the filter shown in FIG. 3 to which the prefilter represented by the equation (7) is added. That is, in the ordinary switched capacitor filter shown in FIG.
Simply replace the capacitor with 4 pairs of capacitors whose capacitance value is 1/4, and change the clock signal for controlling the opening and closing of each switch to the above-mentioned first clock signal.
The apparent sampling frequency is quadrupled, and the sampling frequency of the original switched-capacitor filter does not change, and the prefilter having the characteristic of the transfer function expressed by the equation (7) is shown in FIG. It is obtained by superimposing on the characteristics of the switched capacitor filter of. Capacity value is 1/4
The reason for this is that the input signal is sampled four times in one cycle of the clock signal.

第4図に、前述のようにして得られ本発明のスイッチド
・キャパシタ・フィルタの減衰特性を示す。同図は
(6)′式によって表わされる通常のスイッチド・キャ
パシタ・フィルタの減衰特性を示しており、低域通過型
の特性がクロック信号の周波数と等しい周期で繰返され
ている。同図は(7)式で表わされる前置フィルタの
減衰特性を示しており、ksに減衰極をもつ特性を4
s毎に繰返している。は第1図で示される本発明に
よるスイッチド・キャパシタ・フィルタの減衰特性であ
るが、これは(5)′式で示される特性であるから、
の減衰特性との減衰特性の和になり、従って前述の前
置フィルタの効果によりクロック信号周波数s(=1/
T)の1,2,3,5,6,7,9,10…(4の倍数を除く整数の列)
倍およびその付近の信号が除去されるので、それらの折
返し成分が通過帯域内に生じない。
FIG. 4 shows the attenuation characteristics of the switched capacitor filter of the present invention obtained as described above. The figure shows the attenuation characteristics of a normal switched capacitor filter represented by the equation (6) ', and the low-pass characteristics are repeated at the same period as the frequency of the clock signal. This figure shows the attenuation characteristic of the prefilter expressed by equation (7).
Repeated every s. Is the attenuation characteristic of the switched capacitor filter according to the present invention shown in FIG. 1. Since this is the characteristic represented by the equation (5) ′,
Of the clock signal frequency s (= 1/1 / due to the effect of the prefilter described above.
T) 1,2,3,5,6,7,9,10 ... (sequence of integers excluding multiples of 4)
Since the doubled and near signals are rejected, their aliasing components do not occur in the passband.

以上述べた如く、本実施例のスイッチド・キャパシタ・
フィルタによれば、それに前置される折返し除去用アナ
ログフィルタはクロック信号周波数の4倍以上の周波数
の信号に対して十分な減衰を与えればよいので、従来の
スイッチド・キャパシタ・フィルタではクロック周波数
以上の信号を減衰させる必要があるのに比べて、その折
返し成分除去用アナログ前置フィルタを著しく簡単化す
る事ができる。しかも必要な演算増幅器は、従来のスイ
ッチド・キャパシタ・フィルタの入力部のものを利用す
る事ができるから、実質的に演算増幅器の数を増加する
必要がない。更に、本実施例においては、変更された入
力部からの電荷転送が従来のスイッチド・キャパシタ・
フィルタのクロック信号すなわち前述の第2のクロック
信号のタイミングで行なわれるため、演算増幅器の帯域
幅を増加する必要がない。
As described above, the switched capacitor
According to the filter, the aliasing elimination analog filter placed before it is sufficient to provide sufficient attenuation to a signal having a frequency four times or more the clock signal frequency. Therefore, in the conventional switched capacitor filter, the clock frequency is reduced. As compared with the case where the above signal needs to be attenuated, the analog pre-filter for removing the aliasing component can be remarkably simplified. Moreover, since the necessary operational amplifiers can be those of the input part of the conventional switched capacitor filter, it is not necessary to substantially increase the number of operational amplifiers. Furthermore, in the present embodiment, the charge transfer from the modified input section is different from the conventional switched capacitor.
Since it is performed at the timing of the clock signal of the filter, that is, the second clock signal described above, it is not necessary to increase the bandwidth of the operational amplifier.

第5図は、本発明の他の実施例に係るスイッチド・キャ
パシタ・フィルタの構成を示す回路図である。この実施
例は入力段スイッチド・キャパシタ21222324がキ
ャパシタ1,2,3,4に各々2個のスイッチ1a,1b,2a,2b,3a,
3b,4a,4bを組合せて構成されている点で第1図の実施例
と異なっている。ここで、スイッチ1aはクロック信号φ
、スイッチ2aはクロック信号φ、スイッチ3aクロッ
ク信号φ、スイッチ4aはクロック信号φによってそ
れぞれ開閉を制御されている。また、スイッチ1bと2bは
クロック信号により、スイッチ3bと4bはクロック信
号φによってそれぞれ開閉を制御されている。更に、
スイッチ5a,2b,5c,5dの開閉は、第1図の実施例と同様
に行なわれる。第5図のように入力段スイッチド・キャ
パシタを構成すると、第1図の場合と比べて、積分用キ
ャパシタ6へ転送される電荷の極性が全て反対になるか
ら、第5図で表わされるスイッチド・キャパシタ・フィ
ルタの伝達函数は(5)式で示すものに負号を付けたを
のと同一になる。従って、この第5図の実施例は、出力
信号の位相が第1図の実施例と逆相になる点を除いて、
その効果は同一である。従って、入力信号と出力信号の
位相関係が予め定められている場合には、それに応じて
第1図の実施例と第5図の実施例を使い分ける事で対処
できるので、設計の自由度を増す事ができる。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of a switched capacitor filter according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the input stage switched capacitors 21 , 22 , 23 , 24 are two switches 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, each of capacitors 1, 2, 3, 4 being provided.
It differs from the embodiment of FIG. 1 in that it is constructed by combining 3b, 4a and 4b. Here, the switch 1a uses the clock signal φ
1 , the switch 2a is controlled by the clock signal φ 2 , the switch 3a is controlled by the clock signal φ 3 , and the switch 4a is controlled by the clock signal φ 4 . The switches 1b and 2b are controlled by the clock signal 5 , and the switches 3b and 4b are controlled by the clock signal φ 5 . Furthermore,
The switches 5a, 2b, 5c and 5d are opened and closed in the same manner as in the embodiment shown in FIG. When the input stage switched capacitor is constructed as shown in FIG. 5, the polarities of the charges transferred to the integrating capacitor 6 are all opposite to those in the case of FIG. 1, so that the switch shown in FIG. The transfer function of the de-capacitor filter is the same as that of the equation (5) with a negative sign. Therefore, in the embodiment of FIG. 5, except that the phase of the output signal is opposite to that of the embodiment of FIG.
The effect is the same. Therefore, when the phase relationship between the input signal and the output signal is predetermined, it can be dealt with by properly using the embodiment of FIG. 1 and the embodiment of FIG. 5, which increases the degree of freedom in design. I can do things.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の一実施例に係るスイッチド・キャパ
シタ・フィルタの構成を示す回路図、第2図は各クロッ
ク信号のタイミングを示す図、第3図は同実施例の土台
なる従来のスイッチド・キャパシタ・フィルタの回路
図、第4図は同実施例のスイッチド・キャパシタ・フィ
ルタの減衰特性を示す図、第5図は本発明の他の実施例
に係るスイッチド・キャパシタ・フィルタの構成を示す
回路図である。 1,2,3,4,5,6……キャパシタ、1a,1b,1c,1d,2a,2b,2c,2
d,3a,3b,3c,3d,4a,4b,4c,4d,5a,5b,5c,5d……スイッ
チ、7……演算増幅器、10……入力端子、111213
1421222324……入力段スイッチド・キャパシ
タ、15……帰還用スイッチド・キャパシタ、16……スイ
ッチド・キャパシタ積分器、17……出力端子。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a switched capacitor filter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the timing of each clock signal, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of a switched capacitor filter of FIG. 4, FIG. 4 is a diagram showing an attenuation characteristic of the switched capacitor filter of the same embodiment, and FIG. 5 is a switched capacitor filter according to another embodiment of the present invention. It is a circuit diagram which shows the structure of a filter. 1,2,3,4,5,6 ... Capacitor, 1a, 1b, 1c, 1d, 2a, 2b, 2c, 2
d, 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b, 5c, 5d ... switch, 7 ... operational amplifier, 10 ... input terminal, 11 , 12 , 13 ,
14 , 21 , 22 , 23 , 24 …… Input stage switched capacitor, 15 …… Feedback switched capacitor, 16 …… Switched capacitor integrator, 17 …… Output terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】同一容量のキャパシタとサンプリング用ス
イッチと転送スイッチとからなるスイッチド・キャパシ
タを4つ並列的に設けた入力段と、 キャパシタと該キャパシタのための充電用スイッチと放
電用スイッチとからなる帰還回路を有するスイッチド・
キャパシタ積分器と、 入力段を構成するスイッチド・キャパシタの各キャパシ
タに入力信号電荷を順次サンプリングさせるために、周
期がTで位相がT/4ずれた4相の第1のクロック信号に
より、スイッチド・キャパシタのサンプリング用スイッ
チを動作させる手段と、 入力段を構成するスイッチド・キャパシタの各キャパシ
タにサンプリングされた入力信号電荷を前記スイッチド
・キャパシタ積分器へ転送させるために、第1のクロッ
ク信号の周期Tの略1/2の周期の第2のクロック信号に
より、サンプリング用スイッチを動作させていないスイ
ッチド・キャパシタの転送用スイッチを動作させる手段
と、 前記第2のクロック信号によってスイッチド・キャパシ
タ積分器の帰還回路を構成する充電用スイッチ及び放電
用スイッチを動作させる手段とを具備し、 前記第1のクロック信号のクロック周波数の4倍周波数
の整数倍以外の前記クロック周波数の整数倍の周波数付
近に阻止域を有するよう構成したことを特徴とするスイ
ッチド・キャパシタ・フィルタ。
1. An input stage in which four switched capacitors each having a capacitor of the same capacity, a sampling switch and a transfer switch are provided in parallel, a capacitor, a charging switch and a discharging switch for the capacitor. Switched with a feedback circuit consisting of
In order to sequentially sample the input signal charges in the capacitor integrator and each capacitor of the switched capacitors forming the input stage, the switch is performed by the first clock signal of four phases with a period T and a phase shift of T / 4. Means for operating the sampling switch of the switched capacitor, and a first clock for transferring the input signal charge sampled by each capacitor of the switched capacitors forming the input stage to the switched capacitor integrator. Means for operating the transfer switch of the switched capacitor, which does not operate the sampling switch, by means of the second clock signal having a cycle that is approximately 1/2 of the signal cycle T; and switching by means of the second clock signal.・ Operating the charging and discharging switches that make up the feedback circuit of the capacitor integrator A switched capacitor having a stop band near a frequency that is an integral multiple of the clock frequency other than an integral multiple of the four times the clock frequency of the first clock signal. ·filter.
JP57233481A 1982-12-28 1982-12-28 Switched Capacitor Filter Expired - Lifetime JPH0671194B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57233481A JPH0671194B2 (en) 1982-12-28 1982-12-28 Switched Capacitor Filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57233481A JPH0671194B2 (en) 1982-12-28 1982-12-28 Switched Capacitor Filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59122216A JPS59122216A (en) 1984-07-14
JPH0671194B2 true JPH0671194B2 (en) 1994-09-07

Family

ID=16955678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57233481A Expired - Lifetime JPH0671194B2 (en) 1982-12-28 1982-12-28 Switched Capacitor Filter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0671194B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07114346B2 (en) * 1986-05-14 1995-12-06 日本電気株式会社 Switched Capacitor Filter
JP4843569B2 (en) * 2007-06-28 2011-12-21 株式会社ダイヘン Inductor
US7990209B2 (en) * 2009-06-19 2011-08-02 Allegro Microsystems, Inc. Switched capacitor notch filter
US8416014B2 (en) 2010-03-12 2013-04-09 Allegro Microsystems, Inc. Switched capacitor notch filter with fast response time
JP2021168433A (en) * 2020-04-09 2021-10-21 ミネベアミツミ株式会社 Signal processing circuit

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57106216A (en) * 1980-12-24 1982-07-02 Fujitsu Ltd Switched capacitor filter

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59122216A (en) 1984-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3706643B2 (en) Double rate sampling signal integrator
US4644304A (en) Switched-capacitor pseudo-n-path filter
US4329599A (en) Switched-capacitor cosine filter
JPS6410131B2 (en)
JPS6142449B2 (en)
CA1233890A (en) Decimating filter
JPH0671194B2 (en) Switched Capacitor Filter
JP3465951B2 (en) Inverting delay circuit
WO1981001778A1 (en) Low sensitivity switched-capacitor ladder filter using monolithic mos chip
US6727749B1 (en) Switched capacitor summing system and method
US4218665A (en) Band-pass filter
US4290034A (en) Switched capacitor filter
JPS6276810A (en) Switched capacitor circuit
JPH07109977B2 (en) SUITUCHI Tokiya Pashita Filter
JPS62145927A (en) Data converter
JPS639683B2 (en)
US4755779A (en) Synchronous filter with switched capacitances
Pereira et al. Low-sensitivity direct-form IIR SC filters with improved phase linearity
JPS6243562B2 (en)
EP0620642B1 (en) Inverting delay circuit
JPH07114346B2 (en) Switched Capacitor Filter
JPH0462203B2 (en)
JPH01278112A (en) Switched capacitor filter
JPS6326033A (en) Analog-digital converter
Herbst et al. VIS-SC-filters with reduced influences of parasitic capacitances