JPH0758589A - フィルタ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高次のフィルタまたは複数のフィルタを作っ
ても回路規模の増大が少ないＩＣ化に適したフィルタ回
路を提供する。 【構成】 Ｇｍアンプ１１aa，１１ab、１１ba，１１b
b、１１ca，１１cb、コンデンサＣ1a，Ｃ1b、Ｃ2a，Ｃ2
b、Ｃ3a，Ｃ3bとにより完全差動のフィルタを構成す
る。この完全差動フィルタの動作点を決める同相フィー
ドバック回路１５１，１７１の入出力に多重帰還をかけ
て、これを完全差動フィルタから独立した新たなフィル
タとして機能するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はフィルタ回路、詳しく
はＩＣ化に好適なアクティブフィルタ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣ内蔵化に適したフィルタ回路
として特開平3-195208号に紹介されたものがあり、この
中で種々のフィルタについて述べているが、ここでは簡
単のため、構成が簡単なバンドパス・フィルタ回路を例
に説明する。

【０００３】図１０は、バンドパス・フィルタ回路のブ
ロック図である。入力端子Ｔinに入力された入力Ｘは、
係数回路１０ａに入力する。係数回路１０ａの出力は、
積分回路１０ｂの出力とともに、加減算回路１０ｃに入
力する。加減算回路１０ｃの出力は積分回路１０ｄに入
力する。積分回路１０ｄの出力は、積分回路１０ｅの出
力とともに、加減算回路１０ｆに入力し、その出力は積
分回路１０ｂ，１０ｅに入力する。加減算回路１０ｆの
出力、すなわち出力端子Ｔout から出力Ｙを得る。

【０００４】図１１は、図１０の具体的な回路構成例で
ある。入力端Ｔinに入力された入力Ｘは、コンデンサＣ
１の一端に入力する。コンデンサＣ１の他端は、他端が
接地されたコンデンサＣ２の一端とＧｍアンプ１１ａの
入力端およびＧｍアンプ１１ｂの出力端に接続する。Ｇ
ｍアンプ１１ａの出力端は他端が接地されたコンデンサ
Ｃ３の一端とＧｍアンプ１１ｂの入力端とＧｍアンプ１
１ｃの入力端および出力端に接続する。Ｇｍアンプ１１
ａの出力、すなわち出力端Ｔout から出力Ｙを得る。

【０００５】このように構成されたフィルタ回路の伝達
特性は、Ｇｍアンプ１１ａ〜１１ｃのトランスコンダク
タンス値をそれぞれｇｍ１，−ｇｍ２，−ｇｍ３、コン
デンサＣ1 〜Ｃ3 の値をそれぞれＣ1 〜Ｃ3 とすると、

【数１】 となり、この式から固有角周波数ω0 と選択特性Ｑおよ
び利得係数Ｈは、

【数２】 となる。式（２）〜（４）より、フィルタの特性を示す
選択特性Ｑおよび利得係数Ｈは、容量比およびトランス
コンダクタンス値比というＩＣの得意とする比関係で決
まるので、非常に安定した特性を呈する。また例えば、
エミッタ結合差動回路を考えると、バイアス電流でトラ
ンスコンダクタンス値は制御できるので、固有角周波数
ω0 は任意の値にすることができる。さらに、各積分回
路は１入力１出力形式で使用されるので、２重回路構成
にすることで完全差動フィルタ構成にすることができ
る。

【０００６】図１２は完全差動フィルタ構成を示してい
る。図１２は図１１を２重構成にし、極性に応じて各符
号にさらに添字ａまたはｂを付けたものである。特に、
Ｇｍアンプそれぞれは同じ番号のａ，ｂを１つの差動回
路で実現できる。この場合、Ｇｍアンプとして用いられ
る差動回路の周波数特性は最も良好になり、その結果、
ほぼ理想的なフィルタ特性が得られる。

【０００７】以上述べたように、図１２に示すフィルタ
回路は良好な特性を示すが、完全差動フィルタ構成にし
たため、このままでは動作点が決まらない。そこで実際
には動作点を決めるため、図１３に示すように同相フィ
ードバック回路１３，１４を設けなければならない。な
お、図１３において、図１２と同部分には同符号を付し
ている。

【０００８】同相フィードバック回路１３は、他方が接
地されたコンデンサＣ2a，Ｃ2bの一方の端子に入力が接
続された中間値回路１５と、この中間値回路１５の出力
と基準電圧Ｖref を入力とし、２つの入力が等しくなる
ようにコンデンサＣ2a，Ｃ2bの一方の端子にそれぞれ電
流を出力するＧｍアンプ１６ａ，１６ｂにより構成す
る。ここで、中間値回路１５は、２つの入力の中間値を
出力するものである。

【０００９】同相フィードバック回路１４は、他方が接
地されたコンデンサＣ3a，Ｃ3bの一方の端子に入力が接
続された中間値回路１７と、この中間値回路１７の出力
と基準電圧Ｖref を入力とし、２つの入力が等しくなる
ようにコンデンサＣ3a，Ｃ3bの一方の端子のそれぞれ電
流を出力するＧｍアンプ１８ａ，１８ｂにより構成す
る。ここで、中間値回路１７は、２つの入力の中間値を
出力するものである。

【００１０】以上の同相フィードバック回路１３，１４
により、完全差動フィルタの構成でも動作点を決定でき
る。動作点は基準電圧Ｖref と等しくなるので、基準電
圧Ｖref を適当に選ぶことで実際の回路設計が非常に容
易になる利点がある。

【００１１】しかし、図１３の概念を示す図１４からわ
かるように、同相フィードバック回路は、動作点を決め
るために必要とはいえフィルタそのものとは関係なく、
しかもかなりの回路規模の増大となる。図１４は１つの
フィルタブロック１９を表しており、その内部構成は完
全差動フィルタ１９ａと、その動作点を決める同相フィ
ードバック回路１９ｂから成る。

【００１２】このことは特に、高次のフィルタまたは複
数のフィルタを作ろうとすると、それに比例して顕著に
なる。また当然、フィルタをＩＣ化する上でも大きなコ
ストアップ要因となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の完全差
動フィルタ回路では、高次のフィルタまたは複数のフィ
ルタを作ろうとすると、それに比例してフィルタ回路お
よび動作点を決めるための同相フィードバック回路の回
路規模が大きくなり、ＩＣ化してもコストアップになる
という欠点があった。

【００１４】この発明は、高次のフィルタまたは複数の
フィルタを作っても回路規模の増大が少ないＩＣ化に適
したフィルタ回路を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記した課題
を解決するために、同相フィードバック回路の入出力に
多重帰還をかけ、これを完全差動フィルタから独立した
新たなフィルタとして機能するようにしたものである。

【００１６】

【作用】このように構成したフィルタ回路においては、
１つのフィルタとして使っていた回路から２つの独立し
たフィルタが得られるので、高次フィルタまたは複数の
フィルタが必要なときでも、回路規模の増大を防ぐこと
ができる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１はこの発明の概念を説明する
ためのもので、１はフィルタブロックを表しており、そ
の内部構成は従来と同じ完全差動フィルタ１ａと、同相
フィードバック回路を利用して構成した同相フィルタ１
ｂから成る。

【００１８】次に、どのようにして同相フィードバック
回路から同相フィルタ１ｂが構成できるかについて説明
する。図２は、同相モードの観点から同相フィードバッ
クに関係する回路を、図１３から抜き出し、それを等価
的に交流回路で表したものである。図２（ａ）の同相フ
ィードバック回路は、Ｇｍアンプ１６の非反転入力端は
接地し、反転入力端は出力端と接続する。さらにＧｍア
ンプ１６の出力端には他端が接地されたコンデンサＣ1
，Ｃ2 の一端を接続する。

【００１９】同様に、図２（ｂ）の同相フィードバック
回路は、Ｇｍアンプ１８の非反転入力端は接地し、反転
入力端は出力端と接続する。さらにＧｍアンプ１８の出
力端には他端が接地されたコンデンサＣ３の一端を接続
する。

【００２０】従って、図２（ａ）（ｂ）の同相フィード
バックは、２入力１出力形式のＧｍアンプとコンデンサ
から成る積分回路として利用でき、これを多重帰還接続
することでフィルタが作れることがわかる。そこで、２
入力１出力形式で可能な多重帰還フィルタ構成を求め
る。例えば、いわゆるバイカッド構成がこれに当たる。
簡単のため、バンドパスフィルタの構成で説明する。

【００２１】図３はバイカッド方式におけるバンドパス
フィルタ構成のブロック図を示している。入力端Ｔinの
入力Ｘが係数回路３１に入力され、その出力は積分回路
３２および係数回路３３の出力とともに加減算回路３４
に入力する。加減算回路３４の出力は、積分回路３５に
入力し、その出力は係数回路３３および加減算回路３６
に入力する。加減算回路３６の出力は積分回路３２に入
力する。なお、加減算回路３６は、例えば積分回路３２
の入出力極性を変えれば省略が可能で、その場合単なる
線路となる。

【００２２】図４は、図３を基に図２から構成した、バ
ンドパスフィルタの構成図である。図４は、非反転入力
を接地したＧｍアンプ４１の出力を、Ｇｍアンプ４２の
非反転入力と他端に入力Ｘが入力されたコンデンサＣ1
および他端が接地されたコンデンサＣ2 のそれぞれ一端
と接続する。Ｇｍアンプ４２の出力は、他端が接地され
たコンデンサＣ3 の一端とＧｍアンプ４１およびＧｍア
ンプ４２のそれぞれの反転入力に接続している。出力Ｙ
はＧｍアンプ４２の出力から得られる。

【００２３】このように構成されたフィルタの伝達関数
は、Ｇｍアンプ４１，４２のトランスコンダクタンスを
それぞれＧc1，Ｇc2とすると、

【数３】 となり、式（６）から固有角周波数ω0 と選択特性Ｑお
よび利得係数Ｈは

【数４】 となる。ここで、例えばＧc1＝Ｇc2＝Ｇc とすると、式
（７）〜（９）から各定数は式（１０），（１１）のよ
うになる。

【００２４】

【数５】 この発明の実施例は、図４で説明した同相フィルタの構
成方法を図１３に適用することで得られる。

【００２５】図５はこの発明の一実施例を説明するため
の回路構成図であり、図１３と同一部分には同一の符号
を付し、異なる部分を中心に説明する。図５が図１３の
構成と違うところは、同相フィードバック回路１３１，
１４１の接続が異なっている点である。すなわち、図５
でＧｍアンプ１６１ａ，１６１ｂには、基準電圧Ｖref
と中間値回路１７１の出力を入力し、Ｇｍアンプ１８１
ａ，１８１ｂには中間値回路１５１，１７１の２つの出
力を入力している。さらに、信号の入力端であるコンデ
ンサＣ1a，Ｃ1bには、入力Ｘの差動成分Ｘ+ ，Ｘ- とと
もに、同相入力Ｘcom を入力している。

【００２６】このように構成することで、入力Ｘの差動
成分Ｘ+ ，Ｘ- に対応した出力Ｙの差動成分Ｙ+ ，Ｙ-
はＧｍアンプ１１aa，１１abの出力から得る。また、同
相入力Ｘcom に対応した同相出力Ｙcom は、中間値回路
１７１から得ることができる。

【００２７】比較するとわかるように、図５は図１３の
同相フィードバック回路の接続を変えただけであり、回
路の増加はない。しかもフィルタは差動動作する完全差
動フィルタの他に、同相で動作する同相フィルタが増え
ている。これは同じ回路規模で２倍のフィルタを実現し
たことになり、逆に言えば従来の回路規模を半分にする
ことができることになる。

【００２８】図６はこの発明の他の実施例を示すもので
ある。この実施例は、図５の他方が接地されたコンデン
サＣ2a，Ｃ2bの両端にコンデンサＣ2cを、他方が接地さ
れたコンデンサＣ3a，Ｃ3bの両端にコンデンサＣ3cを接
続したものである。

【００２９】式（１０），（１１）からわかるように、
図５ではコンデンサＣ1a，Ｃ1b，Ｃ2a，Ｃ2b，Ｃ3a，Ｃ
3bの容量値は、差動フィルタの特性で決まってしまうた
め、同相フィルタの特性を決める容量値（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）
やＣ3 を任意に選べない。そこで、これらをπ型に構成
することで差動フィルタとは独立に同相フィルタの特性
が決められる。

【００３０】以上は簡単のため、差動フィルタおよび同
相フィルタについて、バンドパスフィルタを例に説明し
てきたが、これに限定されるわけではない。差動フィル
タ構成で２次フィルタの一般式である双２次フィルタが
実現できることは特開平3-195208号に示されている。ま
た、同相フィルタの構成法であるバイカッド方式も同様
に双２次関数を実現できることは、良く知られている。
すなわち、差動フィルタおよび同相フィルタは任意の特
性にすることができる。例えば図５において、同相入力
Ｘcom をＧｍアンプ１６ａ，１６ｂの入力である基準電
圧Ｖref の代わりに入力すれば、同相フィルタはローパ
スフィルタになる。

【００３１】完全差動フィルタの構成も実施例に限定さ
れるものではなく、例えばバイカッド方式で構成したフ
ィルタを２重構成にしたものでもよい。同様に、同相フ
ィルタの構成も限定されない。勿論フィルタの次数も限
定されない。動作点を決めるための同相フィードバック
回路を同相フィルタとして利用したものは、全てこの発
明に含まれる。

【００３２】図７は、この発明の応用例について説明す
るものである。図７は、フィルタブロック７１の差動フ
ィルタ７１ａの入力端７２に信号を入力し、その出力は
差動信号をシングル信号に変換する差動シングル変換回
路７３に入力する。差動シングル変換回路７３の出力は
フィルタブロック７１の同相フィルタ７１ｂの入力端に
入力する。その同相フィルタ７１ｂの出力端７４から出
力信号を得る。

【００３３】図７は、差動シングル変換回路７３を設け
ることで、差動フィルタ７１ａと同相フィルタ７１ｂを
従続接続し、高次のフィルタが得られるようにしたもの
である。例えば、差動フィルタ７１ａおよび同相フィル
タ７１ｂがどちらも２次の場合、全体では４次の特性を
得ることができる。

【００３４】図８はこの発明の他の応用例を説明するた
めのものである。図８は、フィルタブロック８１の同相
フィルタ８１ａの入力端８２に信号を入力し、その出力
をシングル信号を差動信号に変換するシングル差動変換
回路８３に入力する。シングル差動変換回路８３の出力
は差動フィルタ８１ｂに入力し、その出力端８４から出
力信号を得ることができる。図８は図７の差動フィルタ
７１ａと同相フィルタ７１ｂを従続接続するときの前後
関係を逆にし、これに合わせてシングル信号と差動信号
の変換関係を逆にしたものである。

【００３５】図９は、この発明のさらに他の応用例を説
明するためのものである。図９において、フィルタブロ
ック９１の差動フィルタ９１ａの入力端９２に信号を入
力し、その出力端９３から出力信号を得る。一方、フィ
ルタブロック９１の同相フィルタ９１ｂの入力端９４に
は基準周波数信号を入力する。同相フィルタ９１ｂの出
力は基準周波数信号とともに、時定数制御回路９５に入
力する。時定数制御回路９５では基準周波数信号と同相
フィルタ９１ｂの出力から時定数制御信号を作り、これ
をフィルタブロック９１に出力する。フィルタブロック
９１では時定数制御信号により、差動フィルタ９１ａお
よび同相フィルタ９１ｂの固有角周波数を調整する。

【００３６】図９はフィルタの自動周波数調整に関する
応用発明である。従来、自動調整は２つのフィルタを用
いている。ＩＣした場合の素子の値が揃っていることを
利用して、２つのフィルタの一方を時定数検出用にし、
ここで基準周波数信号から時定数のずれを検出する。こ
の時定数のずれがなくなるようにフィルタの固有角周波
数を制御する。この制御信号で時定数検出用に使ってい
ない他方のフィルタの固有角周波数を制御することで、
素子のペア性の範囲で他方のフィルタの時定数が合うこ
とになる。通常、時定数調整精度は容量値とＧｍアンプ
のトランスコンダクタンス値のペア性で決まる。

【００３７】図９の応用例では、差動フィルタ９１ａと
同相フィルタ９１ｂが同じコンデンサを使うことを利用
し、時定数調整精度を決める２つの要因のうち、コンデ
ンサの要因を排除することができ、時定数の調整精度を
改善できる。なお、時定数検出用に差動フィルタを使
い、同相フィルタに信号を入出力しても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるフ
ィルタ回路によれば、高次のフィルタまたは複数のフィ
ルタを作っても、それに比例して回路規模が増大するこ
とがないばかりか、自動時定数周波数調整回路と組み合
わせた場合、調整精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に関するフィルタ回路の概念を説明す
る説明図。

【図２】この発明に関するフィルタ回路の原理を説明す
るための説明図。

【図３】この発明に関するフィルタ回路の原理を説明す
るためのブロック図。

【図４】この発明に関するフィルタ回路の原理を説明す
るための構成図。

【図５】この発明の一実施例を説明するための回路構成
図。

【図６】この発明の他の実施例を説明するための回路構
成図。

【図７】この発明の応用例を説明するための概念図。

【図８】この発明の他の応用例を説明するための概念
図。

【図９】この発明のさらに他の応用例を説明するための
概念図。

【図１０】従来のフィルタ回路のブロック図。

【図１１】従来のフィルタ回路の回路構成図。

【図１２】従来のフィルタ回路を完全差動形式にした回
路構成図。

【図１３】図１２に同相フィードバックを含ませた回路
構成図。

【図１４】図１３の概念を説明するための概念図。

【符号の説明】

１１aa，１１ab、１１ba，１１bb、１１ca，１１cb、１
６１ａ，１６１ｂ、１８１ａ，１８１ｂ…Ｇｍアンプ、
Ｃ1a，Ｃ1b、Ｃ2a，Ｃ2b、Ｃ3a，Ｃ3b…コンデンサ、１
５１，１７１…同相フィードバック回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作点を決めるための同相フィードバッ
   ク回路を有する全差動構成のフィルタ回路において、 前記同相フィードバック回路の入出力に多重帰還接続を
   行って、前記同相フィードバック回路を新たなフィルタ
   回路として動作させ、前記同相フィードバック回路から
   フィルタ出力を得るようにしたことを特徴とするフィル
   タ回路。
2. 【請求項２】 全差動構成のフィルタと新たなフィルタ
   回路の入出力間に、差動シングル変換手段またはシング
   ル差動変換手段を有し、全差動構成のフィルタと新たな
   フィルタ回路を従続接続したことを特徴とする請求項１
   記載のフィルタ回路。
3. 【請求項３】 全差動構成のフィルタまたは新たなフィ
   ルタ回路の一方に基準信号を入力し、フィルタの入出力
   特性を利用し時定数を制御する手段を有することを特徴
   とする請求項１記載のフィルタ回路。