JPH0846488A - 切換コンデンサ回路およびそれを用いた切換コンデンサ・フィルター - Google Patents
切換コンデンサ回路およびそれを用いた切換コンデンサ・フィルターInfo
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- JPH0846488A JPH0846488A JP7097299A JP9729995A JPH0846488A JP H0846488 A JPH0846488 A JP H0846488A JP 7097299 A JP7097299 A JP 7097299A JP 9729995 A JP9729995 A JP 9729995A JP H0846488 A JPH0846488 A JP H0846488A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回路の複雑さと,集積回路としての集積のた
めに必要な面積を大幅に増大させずに,調波ひずみが低
い切換コンデンサ回路を得る。 【構成】 少なくとも第1および第2の入力端子,およ
び,少なくとも第1の出力端子とを有しており,第1の
入力端子が第1の基準電位に接続されている少なくとも
1つの演算増幅器OA2を有し,演算増幅器OA2が,
スイッチSW1を介して演算増幅器OA2の第2の入力
端子と第1の基準電位に交互に接続される第1の端子
と,スイッチSW2を介して演算増幅器OA2の第1の
入力端子と第1の出力端子に交互に接続される回路ノー
ドAに接続された第2の端子とを有するコンデンンサC
2を含んでいる少なくとも1つの負フィードバック・ネ
ットワークを備えた切換コンデンサ回路において,少な
くとも,回路ノードAと第2の基準電位との間に接続さ
れたコンデンサCXを含んでいるものである。
めに必要な面積を大幅に増大させずに,調波ひずみが低
い切換コンデンサ回路を得る。 【構成】 少なくとも第1および第2の入力端子,およ
び,少なくとも第1の出力端子とを有しており,第1の
入力端子が第1の基準電位に接続されている少なくとも
1つの演算増幅器OA2を有し,演算増幅器OA2が,
スイッチSW1を介して演算増幅器OA2の第2の入力
端子と第1の基準電位に交互に接続される第1の端子
と,スイッチSW2を介して演算増幅器OA2の第1の
入力端子と第1の出力端子に交互に接続される回路ノー
ドAに接続された第2の端子とを有するコンデンンサC
2を含んでいる少なくとも1つの負フィードバック・ネ
ットワークを備えた切換コンデンサ回路において,少な
くとも,回路ノードAと第2の基準電位との間に接続さ
れたコンデンサCXを含んでいるものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,切換コンデンサ回路お
よびそれを用いた切換コンデンサ・フィルターに関し,
特に,調波ひずみが少ない切換コンデンサ回路およびそ
れを用いた切換コンデンサ・フィルターに関するもので
ある。
よびそれを用いた切換コンデンサ・フィルターに関し,
特に,調波ひずみが少ない切換コンデンサ回路およびそ
れを用いた切換コンデンサ・フィルターに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】各種文献においては,簡略化されてSC
回路とも呼ばれる切換コンデンサ回路は,クロック信号
およびそのクロック信号によって駆動される切換手段を
用いてサンプルされたアナログ信号に対して各種処理を
実行することができる回路である。
回路とも呼ばれる切換コンデンサ回路は,クロック信号
およびそのクロック信号によって駆動される切換手段を
用いてサンプルされたアナログ信号に対して各種処理を
実行することができる回路である。
【0003】このSC回路の一例としては,SCフィル
ターを得るための基本回路を構成する,例えば,図6に
示すようなSCインテグレータ1がある。この例にあっ
ては,図6において,SW1,SW2,SW3およびS
W4により示されている4つの切換手段は,MOSトラ
ンジスタにより構成された電子スイッチであり,それぞ
れ,2つの別個の非重複位相クロック信号によって駆動
される。
ターを得るための基本回路を構成する,例えば,図6に
示すようなSCインテグレータ1がある。この例にあっ
ては,図6において,SW1,SW2,SW3およびS
W4により示されている4つの切換手段は,MOSトラ
ンジスタにより構成された電子スイッチであり,それぞ
れ,2つの別個の非重複位相クロック信号によって駆動
される。
【0004】このような構成のSCインテグレータ1に
あっては,原則的に,SC回路のコンデンサ(C1〜C
3)に保存されている電荷には変化があってはならず,
したがって,電荷の伝送は正確なものでなければならな
い。
あっては,原則的に,SC回路のコンデンサ(C1〜C
3)に保存されている電荷には変化があってはならず,
したがって,電荷の伝送は正確なものでなければならな
い。
【0005】しかしながら,上記切換手段として用いら
れるMOSトランジスタのチャンネルに関連する寄生的
なキャパシタンスが存在するため,実際には,電荷の伝
送が正確には行われない。
れるMOSトランジスタのチャンネルに関連する寄生的
なキャパシタンスが存在するため,実際には,電荷の伝
送が正確には行われない。
【0006】実際,これらの寄生的なキャパシタンス
は,それぞれの切換手段の端子に現れる信号に比例した
量の電荷を保存してしまい,これらの電荷がコンデンサ
に送り込まれると,その信号が一定の(DC)信号であ
る場合には,システム内に電圧オフセットをつくりだし
てしまい,また,その信号が可変信号の場合には,ゲイ
ンのエラーや出力信号における一定量の調波ひずみをつ
くりだしてしまうという問題点があった。
は,それぞれの切換手段の端子に現れる信号に比例した
量の電荷を保存してしまい,これらの電荷がコンデンサ
に送り込まれると,その信号が一定の(DC)信号であ
る場合には,システム内に電圧オフセットをつくりだし
てしまい,また,その信号が可変信号の場合には,ゲイ
ンのエラーや出力信号における一定量の調波ひずみをつ
くりだしてしまうという問題点があった。
【0007】また,「切換制御端子に関連した寄生的キ
ャパシタンスの影響を減らす切換コンデンサ・フィルタ
ーに関する切換方式』と題するD.G.Haighおよ
びB.Sigthによる1983年のISCASには,
2つの非重複位相クロック信号を有するSC回路は,こ
うした調波ひずみが40−50dBと計算されている一
定のレベル以下に下げることは絶対に不可能であると記
述されているが,この切換コンデンサ回路における調波
ひずみの原因を減らすためのいくつかの方法が文献中に
述べられている。この問題は,実際に,切換手段として
用いられているMOSトランジスタのチャンネルに関連
した上記の寄生的キャパシタンスの存在が原因となって
いる。
ャパシタンスの影響を減らす切換コンデンサ・フィルタ
ーに関する切換方式』と題するD.G.Haighおよ
びB.Sigthによる1983年のISCASには,
2つの非重複位相クロック信号を有するSC回路は,こ
うした調波ひずみが40−50dBと計算されている一
定のレベル以下に下げることは絶対に不可能であると記
述されているが,この切換コンデンサ回路における調波
ひずみの原因を減らすためのいくつかの方法が文献中に
述べられている。この問題は,実際に,切換手段として
用いられているMOSトランジスタのチャンネルに関連
した上記の寄生的キャパシタンスの存在が原因となって
いる。
【0008】上記の調波ひずみを最小限に減少させるた
めの上記文献に提案されている方法とは,非重複位相を
有する4つの別個のクロック信号の使用に基づいている
ものであり,この方法は,当業者において「4位相クロ
ッキング」方式として知られている。
めの上記文献に提案されている方法とは,非重複位相を
有する4つの別個のクロック信号の使用に基づいている
ものであり,この方法は,当業者において「4位相クロ
ッキング」方式として知られている。
【0009】さらに,別の論文(「切換コンデンサ回路
におけるスイッチ誘導ひずみについて」,ISCAS,
1988年)で,D.G.HaighおよびJ.T.T
aylorは,切換コンデンサ・フィルターにおいて
は,4クロック信号方式を用いた場合でも,調波ひずみ
は−68dB範囲以下には決して低下しないと述べてい
る。
におけるスイッチ誘導ひずみについて」,ISCAS,
1988年)で,D.G.HaighおよびJ.T.T
aylorは,切換コンデンサ・フィルターにおいて
は,4クロック信号方式を用いた場合でも,調波ひずみ
は−68dB範囲以下には決して低下しないと述べてい
る。
【0010】こうした問題を解決するために,上記論文
では,クロック信号が1つの位相から別の位相に切り換
るための遷移時間を増大させることが提案されている。
しかしながら,SCフィルターを,さらに調波ひずみレ
ベルを低くするように設計するためには,クロック信号
が1つの位相から別の位相に切り換るための遷移時間を
増大させるような方法は実際的なものではない。という
のは,それは非常に長い遷移時間を含んでいるからであ
る。
では,クロック信号が1つの位相から別の位相に切り換
るための遷移時間を増大させることが提案されている。
しかしながら,SCフィルターを,さらに調波ひずみレ
ベルを低くするように設計するためには,クロック信号
が1つの位相から別の位相に切り換るための遷移時間を
増大させるような方法は実際的なものではない。という
のは,それは非常に長い遷移時間を含んでいるからであ
る。
【0011】図6に示した通常の構成に基づくSCイン
テグレータ1の回路において,図中に示すSW1,SW
2,SW3およびSW4により示されている電子スイッ
チは,それぞれ,例えば,一対のn−チャンネルMOS
トランジスタ,あるいは,一対のp−チャンネル・トラ
ンジスタ,あるいは,一対のCMOSトランジスタによ
り構成することができる。この方式は,最も妥当な方法
で,電源供給信号と比較し得る入力/出力信号の値から
見て,現在の段階においては採用されるべき方式である
と考えられる。
テグレータ1の回路において,図中に示すSW1,SW
2,SW3およびSW4により示されている電子スイッ
チは,それぞれ,例えば,一対のn−チャンネルMOS
トランジスタ,あるいは,一対のp−チャンネル・トラ
ンジスタ,あるいは,一対のCMOSトランジスタによ
り構成することができる。この方式は,最も妥当な方法
で,電源供給信号と比較し得る入力/出力信号の値から
見て,現在の段階においては採用されるべき方式である
と考えられる。
【0012】結合して1つのスイッチを構成する2つの
トランジスタは,それらの波長が図7に示されている信
号F1およびF2および信号F1aおよびF2aなどの
ように,時間上で重複していない2つのクロック信号に
よって駆動される。
トランジスタは,それらの波長が図7に示されている信
号F1およびF2および信号F1aおよびF2aなどの
ように,時間上で重複していない2つのクロック信号に
よって駆動される。
【0013】MOSトランジスタによってそのチャンネ
ル内に蓄積された電荷の影響を分析するためには,図8
に示したように,コンデンサC3と2つのスイッチSW
3およびSW4によって構成される,SCインテグレー
タ1の入力回路を考慮すべきである。同様のことは,そ
のインテグレータに含まれている演算増幅器OA1に,
スイッチSW1およびSW2と共にフィードバック接続
されている他方の切換コンデンサC2にもあてはまる。
ル内に蓄積された電荷の影響を分析するためには,図8
に示したように,コンデンサC3と2つのスイッチSW
3およびSW4によって構成される,SCインテグレー
タ1の入力回路を考慮すべきである。同様のことは,そ
のインテグレータに含まれている演算増幅器OA1に,
スイッチSW1およびSW2と共にフィードバック接続
されている他方の切換コンデンサC2にもあてはまる。
【0014】スイッチSW3を構成する2つのn−チャ
ンネルMOSトランジスタM1およびM2は,クロック
信号F1およびF2によって駆動され,一方,スイッチ
SW4の2つのトランジスタM3およびM4は信号F1
aおよびF2aによって駆動される。図7に示すよう
に,信号F1aのレベルは信号F1の前段階において変
化し,信号F2aのレベルは信号F2の前段階において
変化する。
ンネルMOSトランジスタM1およびM2は,クロック
信号F1およびF2によって駆動され,一方,スイッチ
SW4の2つのトランジスタM3およびM4は信号F1
aおよびF2aによって駆動される。図7に示すよう
に,信号F1aのレベルは信号F1の前段階において変
化し,信号F2aのレベルは信号F2の前段階において
変化する。
【0015】伝導状態での,スイッチSW3のトランジ
スタM1およびM2のチャンネルに蓄積された電荷は,
それらのトランジスタが駆動信号F1およびF2によっ
て遮断されると,内部で信号F1aおよびF2aがすで
にロウ(LOW)になっているコンデンサC3の他方の
端部がフローティング状態になっているので,コンデン
サC3には投入されない。
スタM1およびM2のチャンネルに蓄積された電荷は,
それらのトランジスタが駆動信号F1およびF2によっ
て遮断されると,内部で信号F1aおよびF2aがすで
にロウ(LOW)になっているコンデンサC3の他方の
端部がフローティング状態になっているので,コンデン
サC3には投入されない。
【0016】次に,スイッチSW4のトランジスタM3
およびM4に蓄積された電荷について検討する。トラン
ジスタM3が遮断されると,そのチャンネル内に蓄積さ
れている電荷は部分的にコンデンサC3に投入される。
しかしながら,トランジスタM3の電荷が固定されてお
り(演算増幅器の仮想接地),また,コンデンサC3の
他方の端部も,伝導状態にあるトランジスタM2経由で
固定(接地)基準電圧に接続されているので,この電荷
の量は常時一定である。この一定の電荷が投入される
と,出力信号に電圧オフセットがつくりだされるが,調
波ひずみは発生しない。
およびM4に蓄積された電荷について検討する。トラン
ジスタM3が遮断されると,そのチャンネル内に蓄積さ
れている電荷は部分的にコンデンサC3に投入される。
しかしながら,トランジスタM3の電荷が固定されてお
り(演算増幅器の仮想接地),また,コンデンサC3の
他方の端部も,伝導状態にあるトランジスタM2経由で
固定(接地)基準電圧に接続されているので,この電荷
の量は常時一定である。この一定の電荷が投入される
と,出力信号に電圧オフセットがつくりだされるが,調
波ひずみは発生しない。
【0017】伝導状態から遮断状態への遷移中にコンデ
ンサC3に投入される,トランジスタM4内に蓄積され
る電荷は,M4を通じての電圧が固定(接地)電圧にあ
るにもかかわらず,図8にBで示されている回路ノード
に接続されているコンデンサC3の他方の端部が入力電
圧VINにあるので量的には一定である。回路ノードB
は,アースに対して,2つのトランジスタM1およびM
2のソースおよびドレイン拡散(diffusion),および,
トランジスタM1の伝導抵抗Ronによる内生的寄生的
キャパシタンスCpを発生する。この寄生的キャパシタ
ンスCpおよび抵抗Ronは電圧に対して非線形パター
ンを示す。
ンサC3に投入される,トランジスタM4内に蓄積され
る電荷は,M4を通じての電圧が固定(接地)電圧にあ
るにもかかわらず,図8にBで示されている回路ノード
に接続されているコンデンサC3の他方の端部が入力電
圧VINにあるので量的には一定である。回路ノードB
は,アースに対して,2つのトランジスタM1およびM
2のソースおよびドレイン拡散(diffusion),および,
トランジスタM1の伝導抵抗Ronによる内生的寄生的
キャパシタンスCpを発生する。この寄生的キャパシタ
ンスCpおよび抵抗Ronは電圧に対して非線形パター
ンを示す。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記従
来の方式にあっては,回路ノードBの電圧が,入力信号
VINの電圧に対応して変化するので,したがって,回路
ノードBから接地の方向を見た場合における,そして,
並列関係にある寄生的キャパシタンスCpおよびトラン
ジスタM1の伝導抵抗Ronによって構成されるインピ
ーダンスも入力電圧と共に変化する。これによって,ト
ランジスタM4によってコンデンサC3に投入される電
荷の量が一定でなく,入力信号VINと共に変化するた
め,システムの線形性に悪影響を及ぼし,出力信号に調
波ひずみを発生させる原因となっていた。
来の方式にあっては,回路ノードBの電圧が,入力信号
VINの電圧に対応して変化するので,したがって,回路
ノードBから接地の方向を見た場合における,そして,
並列関係にある寄生的キャパシタンスCpおよびトラン
ジスタM1の伝導抵抗Ronによって構成されるインピ
ーダンスも入力電圧と共に変化する。これによって,ト
ランジスタM4によってコンデンサC3に投入される電
荷の量が一定でなく,入力信号VINと共に変化するた
め,システムの線形性に悪影響を及ぼし,出力信号に調
波ひずみを発生させる原因となっていた。
【0019】本発明は,上記に鑑みてなされたものであ
って,回路の複雑さと,集積回路としての集積のために
必要な面積を大幅に増大させずに,調波ひずみが低い切
換コンデンサ回路を得ることを目的とする。
って,回路の複雑さと,集積回路としての集積のために
必要な面積を大幅に増大させずに,調波ひずみが低い切
換コンデンサ回路を得ることを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】この発明に係る切換コン
デンサ回路(請求項1)にあっては,少なくとも第1お
よび第2の入力端子,および,少なくとも第1の出力端
子とを有しており,前記第1の入力端子が第1の基準電
位に接続されている少なくとも1つの演算増幅器を有
し,第1の切換手段を介して前記演算増幅器の第2の入
力端子と前記第1の基準電位に交互に接続される第1の
端子と,第2の切換手段を介して前記演算増幅器の第1
の入力端子と前記第1の出力端子に交互に接続される回
路ノードに接続された第2の端子とを有する第1の容量
性素子を含んでいる少なくとも1つの負フィードバック
・ネットワークを備えた切換コンデンサ回路において,
少なくとも,前記回路ノードと第2の基準電位との間に
接続された第2の容量性素子を含んでいるものである。
デンサ回路(請求項1)にあっては,少なくとも第1お
よび第2の入力端子,および,少なくとも第1の出力端
子とを有しており,前記第1の入力端子が第1の基準電
位に接続されている少なくとも1つの演算増幅器を有
し,第1の切換手段を介して前記演算増幅器の第2の入
力端子と前記第1の基準電位に交互に接続される第1の
端子と,第2の切換手段を介して前記演算増幅器の第1
の入力端子と前記第1の出力端子に交互に接続される回
路ノードに接続された第2の端子とを有する第1の容量
性素子を含んでいる少なくとも1つの負フィードバック
・ネットワークを備えた切換コンデンサ回路において,
少なくとも,前記回路ノードと第2の基準電位との間に
接続された第2の容量性素子を含んでいるものである。
【0021】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項2)にあっては,前記第2の基準電位が,前記
第1の基準電位と同じである。
(請求項2)にあっては,前記第2の基準電位が,前記
第1の基準電位と同じである。
【0022】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項3)にあっては,半導体物質基板に一体的に集
積され,前記第2の容量性素子のキャパシタンスが,前
記回路ノードから前記第1の基準電位の方向を見た場合
に,前記集積構造の内在的キャパシタンスより高いもの
である。
(請求項3)にあっては,半導体物質基板に一体的に集
積され,前記第2の容量性素子のキャパシタンスが,前
記回路ノードから前記第1の基準電位の方向を見た場合
に,前記集積構造の内在的キャパシタンスより高いもの
である。
【0023】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項4)にあっては,前記第2の容量性素子の等価
抵抗が,前記第2の切換手段の伝導抵抗より低いもので
ある。
(請求項4)にあっては,前記第2の容量性素子の等価
抵抗が,前記第2の切換手段の伝導抵抗より低いもので
ある。
【0024】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項5)にあっては,少なくとも第1および第2の
入力端子,および,少なくとも第1の出力端子とを有し
ており,前記第1の入力端子が第1の基準電位に接続さ
れている少なくとも1つの演算増幅器を有し,第1の切
換手段を介して前記演算増幅器の第2の入力端子と前記
第1の基準電位に交互に接続される第1の端子と,第2
の切換手段を介して信号入力端子と第2の基準電位とに
交互に接続される第1の回路ノードに接続された第2の
端子とを有する第1の容量性素子を含んでいる切換コン
デンサ回路において,前記回路ノードおよび第3の基準
電位との間に接続された第2の容量性素子を含んでいる
ものである。
(請求項5)にあっては,少なくとも第1および第2の
入力端子,および,少なくとも第1の出力端子とを有し
ており,前記第1の入力端子が第1の基準電位に接続さ
れている少なくとも1つの演算増幅器を有し,第1の切
換手段を介して前記演算増幅器の第2の入力端子と前記
第1の基準電位に交互に接続される第1の端子と,第2
の切換手段を介して信号入力端子と第2の基準電位とに
交互に接続される第1の回路ノードに接続された第2の
端子とを有する第1の容量性素子を含んでいる切換コン
デンサ回路において,前記回路ノードおよび第3の基準
電位との間に接続された第2の容量性素子を含んでいる
ものである。
【0025】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項6)にあっては,前記第2の基準電位が,前記
第1の基準電位と同じである。
(請求項6)にあっては,前記第2の基準電位が,前記
第1の基準電位と同じである。
【0026】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項7)にあっては,前記第3の基準電位が,少な
くとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じで
ある。
(請求項7)にあっては,前記第3の基準電位が,少な
くとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じで
ある。
【0027】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項8)にあっては,半導体物質基板に一体的に集
積され,前記第2の容量性素子のキャパシタンスが,前
記回路ノードから前記第1の基準電位の方向を見た場合
に,前記集積構造の内在的キャパシタンスより高いもの
である。
(請求項8)にあっては,半導体物質基板に一体的に集
積され,前記第2の容量性素子のキャパシタンスが,前
記回路ノードから前記第1の基準電位の方向を見た場合
に,前記集積構造の内在的キャパシタンスより高いもの
である。
【0028】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項9)にあっては,前記第2の容量性素子の等価
抵抗が,前記第2の切換手段の伝導抵抗より低いもので
ある。
(請求項9)にあっては,前記第2の容量性素子の等価
抵抗が,前記第2の切換手段の伝導抵抗より低いもので
ある。
【0029】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項10)にあっては,少なくとも第1および第2
の入力端子,および,少なくとも1つの出力端子を有し
ており,前記第1の入力端子が第1の基準電位に接続さ
れている少なくとも1つの演算増幅器を有し,第1の切
換手段を介して前記演算増幅器の第2の入力端子と前記
第1の基準電位に交互に接続される第1の端子と,第2
の切換手段を介して第2の基準電位および前記演算増幅
器の出力端子に交互に接続される第1の回路ノードに接
続された第2の端子とを有する第1の容量性素子と,さ
らに,第3の切換手段を介して前記演算増幅器の第2の
入力端子と前記第1の基準電位に交互に接続される第1
の端子と,第2の切換手段を介して信号入力端子と前記
第2の基準電位に交互に接続される第2の回路ノードに
接続された第2の端子とを有する第2の容量性素子とを
含んでいる少なくとも1つの負フィードバック・ネット
ワークを備えた切換コンデンサ回路において,それぞ
れ,前記第1の回路ノードと第3の基準電位との間,お
よび,第2の回路ノードと第4の基準電位との間に接続
された,少なくとも第3および第4の容量性素子を,そ
れぞれ含んでいるものである。
(請求項10)にあっては,少なくとも第1および第2
の入力端子,および,少なくとも1つの出力端子を有し
ており,前記第1の入力端子が第1の基準電位に接続さ
れている少なくとも1つの演算増幅器を有し,第1の切
換手段を介して前記演算増幅器の第2の入力端子と前記
第1の基準電位に交互に接続される第1の端子と,第2
の切換手段を介して第2の基準電位および前記演算増幅
器の出力端子に交互に接続される第1の回路ノードに接
続された第2の端子とを有する第1の容量性素子と,さ
らに,第3の切換手段を介して前記演算増幅器の第2の
入力端子と前記第1の基準電位に交互に接続される第1
の端子と,第2の切換手段を介して信号入力端子と前記
第2の基準電位に交互に接続される第2の回路ノードに
接続された第2の端子とを有する第2の容量性素子とを
含んでいる少なくとも1つの負フィードバック・ネット
ワークを備えた切換コンデンサ回路において,それぞ
れ,前記第1の回路ノードと第3の基準電位との間,お
よび,第2の回路ノードと第4の基準電位との間に接続
された,少なくとも第3および第4の容量性素子を,そ
れぞれ含んでいるものである。
【0030】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項11)にあっては,前記第2の基準電位が,少
なくとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じ
であるものである。
(請求項11)にあっては,前記第2の基準電位が,少
なくとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じ
であるものである。
【0031】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項12)にあっては,前記第3の基準電位が,少
なくとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じ
である。
(請求項12)にあっては,前記第3の基準電位が,少
なくとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じ
である。
【0032】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項13)にあっては,前記第4の基準電位が,少
なくとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じ
である。
(請求項13)にあっては,前記第4の基準電位が,少
なくとも前記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じ
である。
【0033】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項14)にあっては,半導体物質基板に一体的に
集積された,前記第3および第4の容量性素子のキャパ
シタンスが,前記第1および第2の回路ノードから前記
第3および第4の基準電位の方向を見た場合に,前記集
積構造の内在的キャパシタンスよりそれぞれ高いもので
ある。
(請求項14)にあっては,半導体物質基板に一体的に
集積された,前記第3および第4の容量性素子のキャパ
シタンスが,前記第1および第2の回路ノードから前記
第3および第4の基準電位の方向を見た場合に,前記集
積構造の内在的キャパシタンスよりそれぞれ高いもので
ある。
【0034】また,この発明に係る切換コンデンサ回路
(請求項15)にあっては,前記第3および第4の容量
性素子の等価抵抗が,前記第2および第4の切換手段の
伝導抵抗より低いものである。
(請求項15)にあっては,前記第3および第4の容量
性素子の等価抵抗が,前記第2および第4の切換手段の
伝導抵抗より低いものである。
【0035】また,この発明に係る切換コンデンサ・フ
ィルター(請求項16)にあっては,少なくとも1つ
の,上記各発明のいずれか一つによる切換コンデンサ回
路を含んでいるものである。
ィルター(請求項16)にあっては,少なくとも1つ
の,上記各発明のいずれか一つによる切換コンデンサ回
路を含んでいるものである。
【0036】
【作用】この発明に係る切換コンデンサ回路およびそれ
を用いた切換コンデンサ・フィルターにあっては,この
コンデンサが回路ノードの寄生キャパシタンスより高く
なり,その等価インピーダンスが,スイッチ・トランジ
スタを駆動するために用いられているクロック信号の崩
壊時間の逆数と等しい周波数でそれらトランジスタの伝
導抵抗より低くなるようにコンデンサの大きさを適切に
調節しているので,回路ノードから接地(アース)の方
向を見た全体的なインピーダンスを線形化することがで
きる。
を用いた切換コンデンサ・フィルターにあっては,この
コンデンサが回路ノードの寄生キャパシタンスより高く
なり,その等価インピーダンスが,スイッチ・トランジ
スタを駆動するために用いられているクロック信号の崩
壊時間の逆数と等しい周波数でそれらトランジスタの伝
導抵抗より低くなるようにコンデンサの大きさを適切に
調節しているので,回路ノードから接地(アース)の方
向を見た全体的なインピーダンスを線形化することがで
きる。
【0037】したがって,回路の複雑さと回路の集積に
必要な面積を実際的には変更しないで,この種の回路に
おける電子スイッチとしての役割を果すMOSトランジ
スタのチャンネルに関連した寄生的キャパシタンスの影
響が大幅に減少し,さらに,調波ひずみも通常−80d
B以下と低くなる。
必要な面積を実際的には変更しないで,この種の回路に
おける電子スイッチとしての役割を果すMOSトランジ
スタのチャンネルに関連した寄生的キャパシタンスの影
響が大幅に減少し,さらに,調波ひずみも通常−80d
B以下と低くなる。
【0038】
【実施例】以下,この発明に係る切換コンデンサ回路の
実施例を図面を参照して詳細に説明する。図1は,本実
施例に係る切換コンデンサ回路10の構成を示す説明図
である。
実施例を図面を参照して詳細に説明する。図1は,本実
施例に係る切換コンデンサ回路10の構成を示す説明図
である。
【0039】また,図1に示した切換コンデンサ回路1
0のための入力回路を示している図2の回路図は,図8
に示した従来における回路図とは対照的に,回路ノード
Bおよび接地(アース)の間に接続されたコンデンサC
Yを有している。このコンデンサCYは,回路ノードB
から接地(アース)の方を見た場合のキャパシタンスと
並列である。
0のための入力回路を示している図2の回路図は,図8
に示した従来における回路図とは対照的に,回路ノード
Bおよび接地(アース)の間に接続されたコンデンサC
Yを有している。このコンデンサCYは,回路ノードB
から接地(アース)の方を見た場合のキャパシタンスと
並列である。
【0040】そのキャパシタンスが,回路ノードBの寄
生キャパシタンスCpよりずっと高くなり,その等価イ
ンピーダンスが,スイッチ・トランジスタを駆動するた
めに用いられているクロック信号の崩壊時間の逆数と等
しい周波数でそれらトランジスタの伝導抵抗Ronより
ずっと低くなるようにコンデンサCYの大きさを適切に
調節することにより,回路ノードBから接地(アース)
の方を見た全体的なインピーダンスを線形化することが
できる。
生キャパシタンスCpよりずっと高くなり,その等価イ
ンピーダンスが,スイッチ・トランジスタを駆動するた
めに用いられているクロック信号の崩壊時間の逆数と等
しい周波数でそれらトランジスタの伝導抵抗Ronより
ずっと低くなるようにコンデンサCYの大きさを適切に
調節することにより,回路ノードBから接地(アース)
の方を見た全体的なインピーダンスを線形化することが
できる。
【0041】トランジスタM1およびM2のソースおよ
びドレイン拡散による,回路ノードBでの寄生的キャパ
シタンスの標準的な値は, Cpo=0.1pF である。
びドレイン拡散による,回路ノードBでの寄生的キャパ
シタンスの標準的な値は, Cpo=0.1pF である。
【0042】このキャパシタンスは,それにかかる電圧
に伴って,以下の経験式により示されるように変化す
る。すなわち, Cp=Cpo/((1+V/0.8)0.38) である。
に伴って,以下の経験式により示されるように変化す
る。すなわち, Cp=Cpo/((1+V/0.8)0.38) である。
【0043】また,該キャパシタンスに関連した等価抵
抗は以下の式で与えられる。すなわち, Reqp=1/((2PI/tf)*Cp) である。ここで,tfはスイッチ・トランジスタを駆動
するために用いられるクロック信号の崩壊時間であり,
例えば,3nsである。
抗は以下の式で与えられる。すなわち, Reqp=1/((2PI/tf)*Cp) である。ここで,tfはスイッチ・トランジスタを駆動
するために用いられるクロック信号の崩壊時間であり,
例えば,3nsである。
【0044】図3は,抵抗Reqpと電圧との関係を示
している。また,このグラフは用いられるMOSトラン
ジスタの伝導抵抗Ronと回路ノードBでの付加コンデ
ンサCYの等価抵抗の伝導抵抗Reqlとの関係も示し
ている。
している。また,このグラフは用いられるMOSトラン
ジスタの伝導抵抗Ronと回路ノードBでの付加コンデ
ンサCYの等価抵抗の伝導抵抗Reqlとの関係も示し
ている。
【0045】0.4pFのコンデンサCYの場合,等価
抵抗は他の2つの抵抗よりずっと小さく,さらに,電圧
に対して線形的であることが分かる。コンデンサCYの
等価抵抗は以下の式により与えられる。すなわち, Reql=1/((2PI/tf)*CY) である。この式から分かる通り,等価抵抗は電圧とは何
ら関係してはいない。
抵抗は他の2つの抵抗よりずっと小さく,さらに,電圧
に対して線形的であることが分かる。コンデンサCYの
等価抵抗は以下の式により与えられる。すなわち, Reql=1/((2PI/tf)*CY) である。この式から分かる通り,等価抵抗は電圧とは何
ら関係してはいない。
【0046】回路ノードBの全体的な等価抵抗は,図3
に示される並列関係にある3つの抵抗(抵抗Reqp,
伝導抵抗Ron,伝導抵抗Reql)によって与えられ
る。上記抵抗は,値および電圧との関係の両面におい
て,これら3つの抵抗のうちの最小のものは,すなわ
ち,コンデンサCYの等価抵抗にほぼ近い。
に示される並列関係にある3つの抵抗(抵抗Reqp,
伝導抵抗Ron,伝導抵抗Reql)によって与えられ
る。上記抵抗は,値および電圧との関係の両面におい
て,これら3つの抵抗のうちの最小のものは,すなわ
ち,コンデンサCYの等価抵抗にほぼ近い。
【0047】図8に示した従来における入力回路との関
連でも説明したように,回路のひずみに関しては,接地
(アース)に対して回路ノードBにおいて発生する等価
抵抗は,トランジスタM4が伝導状態から遮断状態に移
行する場合にだけ実質的な影響を及ぼす。
連でも説明したように,回路のひずみに関しては,接地
(アース)に対して回路ノードBにおいて発生する等価
抵抗は,トランジスタM4が伝導状態から遮断状態に移
行する場合にだけ実質的な影響を及ぼす。
【0048】トランジスタのチャンネル内に蓄積された
電荷は,実際には,そのコンデンサの他方の端部に存在
するインピーダンスに比例する量でコンデンサC3に部
分的に投入される。回路ノードBに接続されているコン
デンサの他方の端部がそのノードでの電圧とは無関係な
抵抗を示す場合,投入される電荷の量は,常に,入力信
号電圧とは無関係な量である。この一定した電荷の投入
により,出力信号には電圧オフセットが発生するが,シ
ステムの調波ひずみは発生しない。
電荷は,実際には,そのコンデンサの他方の端部に存在
するインピーダンスに比例する量でコンデンサC3に部
分的に投入される。回路ノードBに接続されているコン
デンサの他方の端部がそのノードでの電圧とは無関係な
抵抗を示す場合,投入される電荷の量は,常に,入力信
号電圧とは無関係な量である。この一定した電荷の投入
により,出力信号には電圧オフセットが発生するが,シ
ステムの調波ひずみは発生しない。
【0049】さらに,上記説明したことは,図4および
図5に示す他の実施例としての切換コンデンサ回路1
1,12の場合にも該当する。なお,図4および図5に
示した切換コンデンサ回路11,12は,それぞれ上記
図1に示した切換コンデンサ回路10の一部を構成する
ものである。
図5に示す他の実施例としての切換コンデンサ回路1
1,12の場合にも該当する。なお,図4および図5に
示した切換コンデンサ回路11,12は,それぞれ上記
図1に示した切換コンデンサ回路10の一部を構成する
ものである。
【0050】以上のように,本実施例に係る切換コンデ
ンサ回路およびそれを用いた切換コンデンサ・フィルタ
ーは,従来の回路における問題点を解消し,多数の利点
を提供するが,その中でも際立っているのが,この種の
回路における電子スイッチとしての役割を果すMOSト
ランジスタのチャンネルに関連した寄生的キャパシタン
スの影響が大幅に減少され,さらに,調波ひずみも通常
−80dB以下と低いコンデンサ切換回路を提供するこ
とができる点である。
ンサ回路およびそれを用いた切換コンデンサ・フィルタ
ーは,従来の回路における問題点を解消し,多数の利点
を提供するが,その中でも際立っているのが,この種の
回路における電子スイッチとしての役割を果すMOSト
ランジスタのチャンネルに関連した寄生的キャパシタン
スの影響が大幅に減少され,さらに,調波ひずみも通常
−80dB以下と低いコンデンサ切換回路を提供するこ
とができる点である。
【0051】また,他の効果としては,回路の複雑さと
回路の集積に必要な面積を実際的には変更しなくてもよ
い点があげられる。
回路の集積に必要な面積を実際的には変更しなくてもよ
い点があげられる。
【0052】なお,上記特許請求の範囲を逸脱しない範
囲において,例示のためであって限定のためではない上
記実施例に対して,多くの修正,変更等および諸要素
の,その機能的等価物との代替は可能である。
囲において,例示のためであって限定のためではない上
記実施例に対して,多くの修正,変更等および諸要素
の,その機能的等価物との代替は可能である。
【0053】
【発明の効果】以上,説明した通り,この発明に係る切
換コンデンサ回路およびそれを用いた切換コンデンサ・
フィルターにあっては,コンデンサが回路ノードの寄生
キャパシタンスよりずっと高くなり,その等価インピー
ダンスが,スイッチ・トランジスタを駆動するために用
いられているクロック信号の崩壊時間の逆数と等しい周
波数でそれらトランジスタの伝導抵抗よりずっと低くな
るようにコンデンサの大きさを適切に調節しているた
め,回路ノードから接地(アース)の方向を見た全体的
なインピーダンスを線形化することができる。したがっ
て,回路の複雑さと回路の集積に必要な面積を実際的に
は変更しないで,この種の回路における電子スイッチと
しての役割を果すMOSトランジスタのチャンネルに関
連した寄生的キャパシタンスの影響が大幅に減少し,さ
らに,調波ひずみも通常−80dB以下に低くすること
ができる。
換コンデンサ回路およびそれを用いた切換コンデンサ・
フィルターにあっては,コンデンサが回路ノードの寄生
キャパシタンスよりずっと高くなり,その等価インピー
ダンスが,スイッチ・トランジスタを駆動するために用
いられているクロック信号の崩壊時間の逆数と等しい周
波数でそれらトランジスタの伝導抵抗よりずっと低くな
るようにコンデンサの大きさを適切に調節しているた
め,回路ノードから接地(アース)の方向を見た全体的
なインピーダンスを線形化することができる。したがっ
て,回路の複雑さと回路の集積に必要な面積を実際的に
は変更しないで,この種の回路における電子スイッチと
しての役割を果すMOSトランジスタのチャンネルに関
連した寄生的キャパシタンスの影響が大幅に減少し,さ
らに,調波ひずみも通常−80dB以下に低くすること
ができる。
【0054】このように,回路の複雑さと,集積回路と
しての集積のために必要な面積を大幅に増大させずに,
調波ひずみが低い切換コンデンサ回路を得ることができ
るものである。
しての集積のために必要な面積を大幅に増大させずに,
調波ひずみが低い切換コンデンサ回路を得ることができ
るものである。
【図1】本発明に係るコンデンサ切換回路(実施例1)
の構成を示す説明図である。
の構成を示す説明図である。
【図2】図1に示したコンデンサ切換回路において,切
換手段が電界効果トランジスタにより構成されている回
路図の詳細を示す説明図である。
換手段が電界効果トランジスタにより構成されている回
路図の詳細を示す説明図である。
【図3】一部の回路構成部品の等価抵抗の値と電圧との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図4】本発明に係るコンデンサ切換回路(実施例2)
の構成を示す説明図である。
の構成を示す説明図である。
【図5】本発明に係るコンデンサ切換回路(実施例3)
の構成を示す説明図である。
の構成を示す説明図である。
【図6】従来におけるコンデンサ切換回路の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図7】図6に示した回路に通常用いられる4つの非重
複位相クロック信号の波長を示すタイミングチャートで
ある。
複位相クロック信号の波長を示すタイミングチャートで
ある。
【図8】図6に示したコンデンサ切換回路において,切
換手段がn−チャンネル電界効果トランジスタにより構
成されている回路図の詳細を示す説明図である。
換手段がn−チャンネル電界効果トランジスタにより構
成されている回路図の詳細を示す説明図である。
10 コンデンサ切換回路,11 コンデンサ切換回
路,12 コンデンサ切換回路,A 回路ノード,B
回路ノード,C1,C2,CX,CY コンデンサ,C
p 寄生キャパシタンス,M1〜M4 トランジスタ,
OA2 演算増幅器,Ron 抵抗,Reql 抵抗,
Reqp 抵抗,VIN 入力端子,VOUT出力端子,S
W1〜SW4 スイッチ,F1,F2 クロック信号,
F1a,F2a クロック信号,VIN 入力端子,V
OUT 出力端子
路,12 コンデンサ切換回路,A 回路ノード,B
回路ノード,C1,C2,CX,CY コンデンサ,C
p 寄生キャパシタンス,M1〜M4 トランジスタ,
OA2 演算増幅器,Ron 抵抗,Reql 抵抗,
Reqp 抵抗,VIN 入力端子,VOUT出力端子,S
W1〜SW4 スイッチ,F1,F2 クロック信号,
F1a,F2a クロック信号,VIN 入力端子,V
OUT 出力端子
Claims (16)
- 【請求項1】 少なくとも第1および第2の入力端子,
および,少なくとも第1の出力端子とを有しており,前
記第1の入力端子が第1の基準電位に接続されている少
なくとも1つの演算増幅器を有し,第1の切換手段を介
して前記演算増幅器の第2の入力端子と前記第1の基準
電位に交互に接続される第1の端子と,第2の切換手段
を介して前記演算増幅器の第1の入力端子と前記第1の
出力端子に交互に接続される回路ノードに接続された第
2の端子とを有する第1の容量性素子を含んでいる少な
くとも1つの負フィードバック・ネットワークを備えた
切換コンデンサ回路において,少なくとも,前記回路ノ
ードと第2の基準電位との間に接続された第2の容量性
素子を含んでいることを特徴とする切換コンデンサ回
路。 - 【請求項2】 前記第2の基準電位が,前記第1の基準
電位と同じであることを特徴とする請求項1に記載の切
換コンデンサ回路。 - 【請求項3】 半導体物質基板に一体的に集積され,前
記第2の容量性素子のキャパシタンスが,前記回路ノー
ドから前記第1の基準電位の方向を見た場合に,前記集
積構造の内在的キャパシタンスより高いことを特徴とす
る請求項1または2に記載の切換コンデンサ回路。 - 【請求項4】 前記第2の容量性素子の等価抵抗が,前
記第2の切換手段の伝導抵抗より低いことを特徴とする
請求項1〜3のいずれか一つに記載の切換コンデンサ回
路。 - 【請求項5】 少なくとも第1および第2の入力端子,
および,少なくとも第1の出力端子とを有しており,前
記第1の入力端子が第1の基準電位に接続されている少
なくとも1つの演算増幅器を有し,第1の切換手段を介
して前記演算増幅器の第2の入力端子と前記第1の基準
電位に交互に接続される第1の端子と,第2の切換手段
を介して信号入力端子と第2の基準電位とに交互に接続
される第1の回路ノードに接続された第2の端子とを有
する第1の容量性素子を含んでいる切換コンデンサ回路
において,前記回路ノードおよび第3の基準電位との間
に接続された第2の容量性素子を含んでいることを特徴
とする切換コンデンサ回路。 - 【請求項6】 前記第2の基準電位が,前記第1の基準
電位と同じであることを特徴とする請求項5に記載の切
換コンデンサ回路。 - 【請求項7】 前記第3の基準電位が,少なくとも前記
第1あるいは第2の基準電位の1つと同じであることを
特徴とする請求項5に記載の切換コンデンサ回路。 - 【請求項8】 半導体物質基板に一体的に集積され,前
記第2の容量性素子のキャパシタンスが,前記回路ノー
ドから前記第1の基準電位の方向を見た場合に,前記集
積構造の内在的キャパシタンスより高いことを特徴とす
る請求項5〜7のいずれか一つに記載の切換コンデンサ
回路。 - 【請求項9】 前記第2の容量性素子の等価抵抗が,前
記第2の切換手段の伝導抵抗より低いことを特徴とする
請求項5〜8のいずれか一つに記載の切換コンデンサ回
路。 - 【請求項10】 少なくとも第1および第2の入力端
子,および,少なくとも1つの出力端子を有しており,
前記第1の入力端子が第1の基準電位に接続されている
少なくとも1つの演算増幅器を有し,第1の切換手段を
介して前記演算増幅器の第2の入力端子と前記第1の基
準電位に交互に接続される第1の端子と,第2の切換手
段を介して第2の基準電位および前記演算増幅器の出力
端子に交互に接続される第1の回路ノードに接続された
第2の端子とを有する第1の容量性素子と,さらに,第
3の切換手段を介して前記演算増幅器の第2の入力端子
と前記第1の基準電位に交互に接続される第1の端子
と,第2の切換手段を介して信号入力端子と前記第2の
基準電位に交互に接続される第2の回路ノードに接続さ
れた第2の端子とを有する第2の容量性素子とを含んで
いる少なくとも1つの負フィードバック・ネットワーク
を備えた切換コンデンサ回路において,それぞれ,前記
第1の回路ノードと第3の基準電位との間,および,第
2の回路ノードと第4の基準電位との間に接続された,
少なくとも第3および第4の容量性素子を,それぞれ含
んでいることを特徴とする切換コンデンサ回路。 - 【請求項11】 前記第2の基準電位が,少なくとも前
記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じであること
を特徴とする請求項10に記載の切換コンデンサ回路。 - 【請求項12】 前記第3の基準電位が,少なくとも前
記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じであること
を特徴とする請求項10に記載の切換コンデンサ回路。 - 【請求項13】 前記第4の基準電位が,少なくとも前
記第1あるいは第2の基準電位の1つと同じであること
を特徴とする請求項10に記載の切換コンデンサ回路。 - 【請求項14】 半導体物質基板に一体的に集積され
た,前記第3および第4の容量性素子のキャパシタンス
が,前記第1および第2の回路ノードから前記第3およ
び第4の基準電位の方向を見た場合に,前記集積構造の
内在的キャパシタンスよりそれぞれ高いことを特徴とす
る請求項10〜13のいずれか一つに記載の切換コンデ
ンサ回路。 - 【請求項15】 前記第3および第4の容量性素子の等
価抵抗が,前記第2および第4の切換手段の伝導抵抗よ
り低いことを特徴とする請求項10〜14のいずれか一
つに記載の切換コンデンサ回路。 - 【請求項16】 少なくとも1つの,前記請求項のいず
れか一つによる切換コンデンサ回路を含んでいることを
特徴とする切換コンデンサ・フィルター。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT948301890 | 1994-04-21 | ||
EP94830189A EP0678980B1 (en) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | Low distortion circuit with switched capacitors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0846488A true JPH0846488A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=8218429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7097299A Pending JPH0846488A (ja) | 1994-04-21 | 1995-04-21 | 切換コンデンサ回路およびそれを用いた切換コンデンサ・フィルター |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6556072B1 (ja) |
EP (1) | EP0678980B1 (ja) |
JP (1) | JPH0846488A (ja) |
DE (1) | DE69419897T2 (ja) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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