JPH0720051B2

JPH0720051B2 - スイツチト・キヤパシタ・フイルタ

Info

Publication number: JPH0720051B2
Application number: JP11731685A
Authority: JP
Inventors: 憲雄沼田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS61274508A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はSCF（スイッチト・キャパシタ・フィルタ）
に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、SCFにおいて、そのコンデンサの値を選定
するとともに、一部のコンデンサおよびスイッチ回路を
兼用することにより、全体の構成を簡略化するととも
に、多目的に使用できるようにしたものである。

〔従来の技術〕第３図に示すように、スイッチ回路（10A）→コンデン
サC₁₀→スイッチ回路（10B）の直列回路（10）におい
て、スイッチ回路（10A），（10B）が信号の周期よりも
充分に短い周期ＴのスイッチングパルスPsにより同相で
切り換えられるとする。そして、スイッチ回路（10A）
の入力電圧をVa、スイッチ回路（10B）の出力電圧をVb
とすると、帰還ＴにコンデンサC₁₀に流れる電荷量ΔＱ
は、 ΔＱ＝C₁₀（Va−Vb）となるので、コンデンサC₁₀に流れる平均電流Ｉは、Ｉ＝dQ/dt ΔQ/T ＝（Va−Vb）C₁₀/T ＝（Va−Vb）/R₁₀ R₁₀＝T/C₁₀ ‥‥（ｉ）となる。

すなわち、回路（10）は、（ｉ）式で示される抵抗R₁₀
と等価である。

したがって、この等価抵抗回路（10）に、第４図に示す
ように反転入力のオプアンプ（20）および負帰還用のコ
ンデンサC₂₀が接続されれば、その等価回路は第５図に
示すようになり、これは反転型の積分回路にほかならな
い。なお、この積分回路の伝達関数Ｈ（ｓ）は、ωＴ≪
１のとき、である。

また、第６図に示すように、スイッチ回路（10A）と（1
0B）とが逆相で切り換えられれば、同様の理由により正
転型（非反転型）の積分回路となる。

ところで、一般の２次のフィルタ、例えばローパスフィ
ルタは、第７図のように示すことができる。なお、T₁は
入力端子、T₄は出力端子、（31），（32）は加算回路、
K₁〜K₄はその加算の係数、（41），（42）は積分回路で
ある。

したがって、このローパスフィルタに、第４図および第
６図の積分回路を適用してSCFを構成すると、第８図の
ようになる。ただし、回路（11）〜（14）は回路（10）
と同様の等価抵抗回路、（1A）〜（4B）はそのスイッチ
回路、（21），（22）は反転入力のオペアンプであり、
回路（11），（13）により加算回路（31）が構成される
とともに、回路（11），（13），（21）により積分回路
（41）が構成される。そして、コンデンサC₁₀に対応す
るコンデンサは、加算係数K₁,K₃に対応してK₁C₁,K₃C₁と
され（容量がK₁C₁,K₃C₁とされる）、さらに、回路（1
1），（13），（21）による積分回路の伝達関数Ｈ
（Ｓ）を、にするため、（ii）式からコンデンサC₂₀に対応するコ
ンデンサはC₁とされる。また、回路（12），（14），
（22）についても同様とされる。なお、この図では、パ
ルスPsの信号ラインは省略するが、スイッチ回路（1A）
〜（1B）はPs＝“1"のとき図の状態、Ps＝“0"のとき図
とは逆の状態とされる。

そして、このようにローパスフィルタをSCFにより構成
すると、IC化が可能であり、小型で電力が少なく、しか
も、ローコストである。さらに、各コンデンサの容量の
比で特性が決まるので、ばらつきが少なく、また、温度
特性も良好である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述のフィルタにおいては第８図からも明ら
かなように、使用しているコンデンサおよびスイッチ回
路の数が非常に多い。また、当然のことながらローパス
特性しか得ることができず、ハイパス特性やバンドパス
特性は得ることができない。

この発明は、このような問題点を解決しようとするもで
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、SCFにおいて、そのコンデンサの値を選定
するとともに、一部のコンデンサおよびスイッチ回路を
兼用する。

〔作用〕

全体の構成が簡略化される。多目的に使用できる。

〔実施例〕

SCFは一般のフィルタと異なり、離散的動作を行うの
で、Ｚ変換による解析が必要になる。

そこで、第８図のSCFにおいて電荷に関して差分方程式
を立て、これを整理してＺ変換すると、 Q₁＝Q₁Z^-1−K₃C₁Vout＋K₁K₁VinZ^-1 Q₂＝Q₂Z^-1−K₄C₂Vout＋K₂C₂Q₁Z^-1/C₁ Vout＝Q₂/C₂ となるので、第８図のSCFのＺ変換による伝達関数Ｈ
（Ｚ）は、となる。

そして、Ｚ＝（１＋ST/2）／（１−ST/2）を（iii）式に代入して伝達関数Ｈ（Ｓ）を求めると、Ｂ＝１＋K₄/2−K₂K₃/4（１）となる。

一方、バターワース型やベッセル型のフィルタの伝達関
数Ｈ（Ｓ）は、 λ＝ｊω／ωｃ＝S/ωｃ ωc:カットオフ周波数であり、値Ω₀,Qはフィルタの型により決り、フィルタ
図表から求めることができる。

そして、（ｖ）式は第７図のフィルタにもあてはまるの
で、（iv）式と（ｖ）式とを比較して（Ｚ^1/2＝１とする）、 K₁＝K₃ ‥‥（vi） K₂K₃＝▲ω² ₀▼T₂/A ‥‥（vii） K₄＝ω₀T/（AQ） ‥‥（viii）となる。そして、さらに、 K₂＝K₄ ‥‥（ix）とすれば、 K₁＝K₃＝ω₀TQ ‥‥（ｘ）となる。

すなわち、第８図のSCFにおいて、（vi）〜（viii）式
が成立していれば、必要なローパスフィルタ特性を得る
ことができる。そして、その場合、（ix），（ｘ）式か
ら、 K₁＝K₃,K₂＝K₄ ‥‥（ix），（ｘ）にすることができる。

この発明は、（ix），（ｘ）式に着目して全体の構成を
簡略化したものである。

すなわち、第１図において、等価抵抗回路（11）として
スイッチ回路（1A），（1B）が設けられるとともに、そ
れらの親接点間にコンデンサK₁C₁（容量もK₁C₁とする）
が接続される。そして、スイッチ回路（1A）の“0"の接
点は第１の入力端子T₁に接続され、スイッチ回路（1B）
の“0"接点は接地されるとともにその“1"接点はオペア
ンプ（21）の反転入力時に接続され、このアンプ（21）
の出力端と反転入力端との間に負帰還用のコンデンサC₁
（容量C₁）が接続される。なお、アンプ（21）の正転入
力は接地される。

さらに、等価抵抗回路（12）としてスイッチ回路（2
A），（2B）、コンデンサK₂C₂,C₂（容量はそれぞれK
₂C₂,C₂）およびアンプ（22）が同様に接続されるとと
も、スイッチ回路（2A）の“0"接点がアンプ（21）の出
力端に接続され、アンプ（22）の出力端が出力端子T₄に
接続される。また、アンプ（22）の出力端がスイッチ回
路（2A），（1A）の各“1"接点に接続される。さらに、
第２および第３の入力端子T₂,T₃が、コンデンサK₅C₁,K₆
C₁（容量はそれぞれK₅C₁,K₆C₁）を通じてアンプ（2
2），（21）の反転入力に接続される。なお、第１〜第
３の入力端子T₁〜T₃は、それぞれローパス特性、ハイパ
ス特性、バンドパス特性を得るときに使用される。

このような構成において、端子T₂,T₃を開放とし、端子T
₁に入力電圧Ｖinを供給した場合、には、ローパス特性
が得られる。すなわち、端子T₁の入力電圧Ｖinから見た
場合、Ps＝“0"のとき、コンデンサK₁C₁は電圧Ｖinによ
り充電され、Ps＝“1"のとき、その充電電圧が逆極性に
アンプ（21）に供給されるので、回路（11）は第８図の
回路（11）と等価である。また、出力電圧Ｖoutから見
た場合、Ps＝“1"のとき、コンデンサK₁C₁は電圧Ｖout
により充電されるとともにアンプ（21）に供給されるの
で、回路（11）は第８図の回路（13）においてK₃＝K₁と
した場合と等価である。したがって、この回路（11）
は、第８図の回路（11），（13）においてK₁＝K₃とした
ものと等価である。

そして、同様の理由により回路（12）は、第８図の回路
（12），（14）においてK₂＝K₄としたものと等価であ
る。

したがって、この回路の端子T₁〜T₄間は（vi）〜（ｘ）
式で示されたローパスフィルタとして動作することにな
る。

また、端子T₁を接地し、端子T₃を開放として端子T₂に入
力電圧Ｖinを供給した場合には、ハイパス特性が得られ
る。すなわち、端子T₂の入力電圧Ｖinは、コンデンサK₅
C₁およびアンプ（22）を通じてその出力端に現れるの
で、この回路は等価的に第２図のように示される。そし
て、このとき、端子T₁は接地されているので、この回路
の端子T₂〜T₄間は、ハイパスフィルタとして動作するこ
とになる。なお、このときの伝達関数および値は次のと
おりである。

K₁＝ω₀TQ K₂＝K₄＝ω₀T/（AQ） K₅＝1/A さらに、端子T₁を接地し、端子T₂を開放として端子T₃に
入力電圧Ｖinを供給した場合には、バンドパス特性が得
られる。すなわち、端子T₃の入力電圧Ｖinは、コンデン
サK₆C₁およびアンプ（21）を通じてその出力端子に現れ
るので、この回路は等価的にやはり第２図のように示さ
れる。そして、このとき、端子T₁は接地されているの
で、この回路の端子T₃〜T₄間は、バンドパスフィルタと
して動作することになる。なお、このときの伝達関数お
よび値は次のとおりである。

こうして、この発明によれば、１つのSCFフィルタを、
ローパスフィルタ、ハイパスフィルタあるいはバンドパ
スフィルタとして動作させることができる。しかも、そ
の場合、第１図からも明らかなように、コンデンサおよ
びスイッチ回路の数を減らすことができ、構成を簡略化
できる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、１つのSCFフィルタを、ローパスフ
ィルタ、ハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタ
として動作させることができる。しかも、その場合、第
１図からも明らかなように、コンデンサおよびスイッチ
回路の数を減らすことができ、構成を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一例の接続図、第２図〜第８図はそ
の説明のための図である。（21），（22）はオペアンプである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２のスイッチ回路の親接点の
間に第１のコンデンサが接続され、上記第１のスイッチ
回路の一方の接点に第１の端子が接続され、上記第１のスイッチ回路の他方の接点に出力信号が帰還
され、上記第２のスイッチ回路の一方の接点が接地され、上記第２のスイッチ回路の他方の接点が第１のアンプの
反転入力端に接続されると共に第２のコンデンサを介し
て第２の端子に接続され、上記第１のアンプ出力端と反転入力端との間に第３のコ
ンデンサが接続され、第３および第４のスイッチ回路の親接点の間に第４のコ
ンデンサが接続され、上記第３のスイッチ回路の一方の接点に上記第１のアン
プの出力端が接続され、上記第３のスイッチ回路の他方の接点に出力信号が帰還
され、上記第４のスイッチ回路の一方の接点が接地され、上記第４のスイッチ回路の他方の接点が第２のアンプの
反転入力端に接続されると共に第５のコンデンサを介し
て第３の端子に接続され、上記第２のアンプの出力端と上記反転入力端との間に第
６のコンデンサが接続され、上記第１及び第２のコンデンサの容量として、上記第３
のコンデンサの容量C₁に加算係数K₁及びK₆を乗算した容
量C₁K₁及びC₁K₆とし、上記第４及び第５のコンデンサの容量として、上記第６
のコンデンサの容量C₂に加算係数K₂及びK₅を乗算した容
量C₂K₂及びC₂K₅とし、上記第1,第2,第３および第４のスイッチ回路が同期して
切り換えられ、上記第１の端子，第２の端子，第３の端子の何れかに入
力信号を供給することで、上記第２のアンプから所定の
周波数特性の出力信号が取り出されるスイッチト・キャ
パシタ・フィルタ。
【請求項２】第１の端子に入力信号を供給することで、
ローパスフィルタとして構成した特許請求の範囲第１項
記載のスイッチト・キャパシタ・フィルタ。
【請求項３】第２の端子に入力信号を供給することで、
バンドパスフィルタとして構成した特許請求の範囲第１
項記載のスイッチト・キャパシタ・フィルタ。
【請求項４】第３の端子に入力信号を供給することで、
ハイパスフィルタとして構成した特許請求の範囲第１項
記載のスイッチト・キャパシタ・フィルタ。