JPH10126214A - Filter circuit - Google Patents

Filter circuit

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JPH10126214A
JPH10126214A JP28085496A JP28085496A JPH10126214A JP H10126214 A JPH10126214 A JP H10126214A JP 28085496 A JP28085496 A JP 28085496A JP 28085496 A JP28085496 A JP 28085496A JP H10126214 A JPH10126214 A JP H10126214A
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JP
Japan
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circuit
pair
differential
terminal pair
output
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JP28085496A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Yamamoto
剛 山本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a full differential type filter circuit which does not require a DC feedback by mutually combining and connecting an odd number of integrating circuits which are more than three and constituting a full differential type filter of even order. SOLUTION: Integrating circuits 11 to 13 are equipped with Gm circuits Gm1+, Gm1- to Gm3+, and Gm3- which input and output complete differential signals. Integrating capacitors C1 to C3 are connected to their outputs. An input Vin is inputted to the input of the Gm circuit Gm1+. Both the ends of the integrating capacitor C1 are connected to the input of the Gm circuit Gm2+. Both the ends of the integrating circuit C2 are connected to the input of the Gm circuit Gm3+. Both the ends of the integrating capacitor C3 are connected to an output Vout and also connected to the Gm circuit Gm1- to Gm3- of the integrating circuit 11 to 13. Thus, the integrating circuits 11 to 13 are constituted in an even number of stages to realize a distortion-free filter circuit which requires on DC feedback.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、MOS型半導体
集積回路において、アナログ信号処理を行う場合の基本
となるフィルタ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a basic filter circuit for performing analog signal processing in a MOS semiconductor integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、デジタル機器の増大とデジタル信
号処理技術の進歩によってデジタル信号処理に適したC
MOS集積回路が半導体市場の大部分を占めるようにな
ってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in digital equipment and the advance in digital signal processing technology, C
MOS integrated circuits have become a dominant part of the semiconductor market.

【0003】ところが、映像や音声は入出力がアナログ
であるためアナログで処理する方が簡単であったり、デ
ジタルで処理するにしてもA/D、D/A変換やその前
後のフィルタ処理およびクロック発生のための発振器な
どにアナログ回路が必要である。アナログ回路にはバイ
ポーラが向いており、CMOSはアナログスイッチやサ
ンプルホールドなどの一部の回路を除いては不向きとさ
れてきた。しかし、バイポーラやBiCMOSプロセス
はややコスト高になる上、CMOSでのデジタルアナロ
グ混載による1チップ化という要求が強く、CMOSで
アナログ信号処理を行うための回路開発が盛んになって
きている。
[0003] However, since the input and output of video and audio are analog, it is easier to process them in analog. Even if they are processed digitally, A / D and D / A conversion, filter processing before and after that, and clock processing are performed. An analog circuit is required for an oscillator or the like for generation. Bipolar is suitable for analog circuits, and CMOS has been considered unsuitable except for some circuits such as analog switches and sample and hold circuits. However, the cost of the bipolar and BiCMOS processes is slightly higher, and there is a strong demand for one-chip integration of digital and analog circuits in CMOS, and circuit development for performing analog signal processing in CMOS has become active.

【0004】アナログ信号処理で頻度が高く、トータル
性能に大きな影響を及ぼす重要な機能として「アクティ
ブフィルタ」がある。従来、CMOSアナログでのアク
ティブフィルタというと、スイッチトキャパシタフィル
タ(SCF)やサンプルデータフィルタなどの離散時間
処理によるフィルタが中心であった。これらはクロック
により正確に周波数特性が決まり、製造工程起因する素
子ばらつきの影響をほとんど受けないため精度が高いと
いう長所持つ反面、 1.折り返しが存在するため前後に連続時間のフィルタ
が必要である。 2.オペアンプやサンプルホールド(S/H)に扱う周
波数の何倍もの帯域が必要なため、ビデオ帯域以上の高
周波のフィルタには使えない。 3.回路規模が大きく、経済的でない。 という欠点を持ち、高い周波数まで使える簡単で安いフ
ィルタは作れない。これは離散時間フィルタであるがゆ
えの問題であり解決が困難である。そこで最近では、性
能の良い連続時間のCMOSフィルタを開発する試みが
始まってきた。
There is an "active filter" as an important function that is frequently used in analog signal processing and greatly affects the total performance. Conventionally, a CMOS analog active filter has mainly been a filter based on discrete time processing such as a switched capacitor filter (SCF) and a sample data filter. These have the advantage that the frequency characteristics are accurately determined by the clock, and the accuracy is high because they are hardly affected by the device variation caused by the manufacturing process. A continuous time filter is required before and after because of the presence of aliasing. 2. Since it requires a band that is many times the frequency handled by the operational amplifier and the sample hold (S / H), it cannot be used for a high-frequency filter that is higher than the video band. 3. The circuit scale is large and not economical. The drawback is that you can't make a simple and cheap filter that can be used up to high frequencies. This is a problem due to the discrete-time filter, and is difficult to solve. Therefore, recently, an attempt to develop a continuous-time CMOS filter with good performance has begun.

【0005】連続時間のフィルタで最もポピュラーなも
のとしては、トランスコンダクタンス(Gm)回路とコ
ンデンサとで構成する積分回路を2個組み合せた「バイ
カッド回路」という2次のフィルタを多段接続して所望
のフィルタ特性を得る、という手法が用いられる。バイ
ポーラでは抵抗やゲインセルを使ってトランスコンダク
タンス(電圧−電流変換特性)を線形化している。しか
し、CMOSでは素子のgm(トランスコンダクタン
ス)値が小さいため、同じ手法を使うと巨大なサイズの
素子が多く必要となり、経済性が著しく悪い。そこでソ
ースを直結した差動ペアトランジスタで電圧電流変換し
てトランスコンダクタンス特性を得る。
[0005] The most popular continuous time filter is a multi-stage secondary filter called a "biquad circuit" in which two integrating circuits each composed of a transconductance (Gm) circuit and a capacitor are combined. A technique of obtaining filter characteristics is used. In bipolar, transconductance (voltage-current conversion characteristics) is linearized using a resistor or a gain cell. However, since the gm (transconductance) value of the element is small in the CMOS, if the same method is used, a large number of elements having a large size are required, and the economic efficiency is extremely low. Therefore, a transconductance characteristic is obtained by voltage-current conversion using a differential pair transistor directly connected to the source.

【0006】ところが、MOSトランジスタのソース電
圧対ドレイン電流の特性は2乗特性であり、コンデンサ
の電流対電圧の積分特性はリニアであり、積分出力をシ
ングルで取り出すと大きな2次ひずみが発生する。そこ
で、入力・出力ともに完全な差動信号で扱って2次ひず
み分をキャンセルする必要がある。このような全差動処
理では通常そのままでは出力のDC電圧が定まらないの
で、DC(動作点)を定めるバイアス回路が別に必要に
なる。このため、一般的には、出力のDC電圧を検出し
てGm回路の入力部のバイアスに直流帰還をかけるとい
う方法がとられる。これを直流フィードバック(または
コモンモードフィードバックなど)と呼ぶ。
However, the characteristic of the source voltage versus the drain current of the MOS transistor is a square characteristic, and the integral characteristic of the current versus the voltage of the capacitor is linear. When the integrated output is taken out as a single, a large second-order distortion occurs. Therefore, it is necessary to cancel the second-order distortion by treating both the input and the output as completely differential signals. In such full differential processing, the DC voltage of the output is usually not determined as it is, so that a separate bias circuit for determining DC (operating point) is required. For this reason, generally, a method is employed in which a DC voltage of an output is detected and DC bias is applied to a bias of an input section of the Gm circuit. This is called DC feedback (or common mode feedback or the like).

【0007】このような直流フィードバックを備えたバ
イカッド回路の従来例を図9に示す。この回路の破線で
囲まれた範囲内が積分回路91,92を表わし、出力端
が共通の2つのGm回路と出力端に接続された積分コン
デンサから成る。積分回路91,92のそれぞれ左のG
m回路Gm1+,Gm2+は、シングル構成における+
入力に相当し、下のGm回路Gm1−,Gm2−は、シ
ングル構成における−入力(フィードバック入力)に相
当する。このように、2つの積分回路91,92を縦続
接続してLPFなどを形成する。
FIG. 9 shows a conventional example of a biquad circuit having such a DC feedback. The range enclosed by the broken line in this circuit represents the integration circuits 91 and 92, the output terminals of which are composed of two common Gm circuits and the integration capacitor connected to the output terminal. G on the left of each of the integrating circuits 91 and 92
The m circuits Gm1 + and Gm2 +
Gm circuits Gm1- and Gm2- below correspond to a negative input (feedback input) in the single configuration. As described above, the two integrating circuits 91 and 92 are cascaded to form an LPF or the like.

【0008】直流フィードバック1と直流フィードバッ
ク2は、各積分回路毎にその出力をモニタしてGm回路
入力部のバイアス電流を制御することにより、出力のD
C電圧がある設定電圧になるようにしている。信号の入
力位置や出力信号の取り出し位置を変えることによっ
て、LPF以外にも2次のBPFやHPFを作ることが
できる。
The DC feedback 1 and the DC feedback 2 monitor the output of each integration circuit and control the bias current of the input section of the Gm circuit, so that the output D
The C voltage is set to a certain set voltage. By changing the input position of the signal or the extraction position of the output signal, a secondary BPF or HPF other than the LPF can be produced.

【0009】図9のフィルタを構成する積分回路を、C
MOSプロセスで実現する具体的回路の一例を図10に
示す。トランスコンダクタンス特性を実現するGm回路
は、ソース結合の差動ペアを用いる。Gm1+、Gm2
+に相当する部分がM1とM2とI1で構成する差動回
路であり、Gm1−,Gm2−に相当する部分がM3と
M4とI2で構成する差動回路である。これらの電流出
力は、出力点で加算する。GNDに繋がる2つの電流源
でバイアスすることにより出力を差動で取り出してい
る。この電流源はそれぞれ、差動入力部のバイアス電流
I1とI2に対し、正確に(I1+I2)/2の関係に
なってなければならない。この関係がわずかでも狂う
と、積分回路の出力端のDCインピーダンスが非常に高
いため、上下の電流源のアンバランスにより出力のDC
電圧は大きく狂い、不安定で定まらなくなる。
[0009] The integrating circuit constituting the filter of FIG.
FIG. 10 shows an example of a specific circuit realized by the MOS process. The Gm circuit that realizes the transconductance characteristic uses a source-coupled differential pair. Gm1 +, Gm2
The portion corresponding to + is a differential circuit composed of M1, M2 and I1, and the portion corresponding to Gm1- and Gm2- is a differential circuit composed of M3, M4 and I2. These current outputs add at the output point. The output is differentially extracted by biasing with two current sources connected to GND. Each of these current sources must have an exactly (I1 + I2) / 2 relationship with respect to the bias currents I1 and I2 of the differential input. If this relationship is slightly out of order, the DC impedance of the output terminal of the integrating circuit is very high, and the output DC current is unbalanced due to imbalance between the upper and lower current sources.
The voltage fluctuates greatly and becomes unstable and undefined.

【0010】「直流フィードバック」はこのための対策
回路であり、出力のDC電位をある値に固定し、安定さ
せるためのものである。図10の出力端に一端がつなが
った抵抗同士の他端をつなぎ、これと目標電圧Vref
をオペアンプで比較する。出力信号が完全差動信号で2
つの抵抗値が等しい場合、その中点には出力信号のDC
電位が取り出せる。これとVrefを比較し、高い場合
は電流源の電流が増えるように制御し、出力の同相電圧
を下げる。逆にVrefより低い場合は電流源の電流が
減るように制御し、出力の同相電圧を上げる。このよう
にして出力信号の同相電位がVrefと等しい電圧にな
るように制御する。この回路はフィルタを構成する各積
分回路の差動出力のDC電圧がそれぞれVrefになる
ようにバイアスするものであるが、素子数増加を招く。
オペアンプ自身でもかなりの素子数が必要なのに加え
て、中点電圧を検出する抵抗の存在が高インピーダンス
の積分出力端に影響しないように、図示したようなバッ
ファを設けたりすることが必要なためである。しかも、
この直流フィードバック回路は各積分回路毎に必要なた
め、フィルタ全体ではかなりの占有面積を占めることに
なる。
"DC feedback" is a countermeasure circuit for this purpose, which fixes the DC potential of the output to a certain value and stabilizes it. The other end of the resistor whose one end is connected to the output end in FIG. 10 is connected to the target voltage Vref.
Is compared with the operational amplifier. The output signal is 2
If the two resistances are equal, the midpoint is the DC of the output signal.
The potential can be taken out. This is compared with Vref, and if it is higher, the current of the current source is controlled so as to increase, and the common mode voltage of the output is reduced. Conversely, if it is lower than Vref, the current of the current source is controlled to decrease, and the common mode voltage of the output is increased. In this way, control is performed so that the common-mode potential of the output signal becomes equal to Vref. This circuit biases the DC voltage of the differential output of each of the integrating circuits constituting the filter to Vref, respectively, but causes an increase in the number of elements.
This is because the operational amplifier itself requires a considerable number of elements, and in addition, it is necessary to provide a buffer as shown in the figure so that the presence of the resistor that detects the midpoint voltage does not affect the high impedance integrated output terminal. is there. Moreover,
Since this DC feedback circuit is required for each integration circuit, the whole filter occupies a considerable area.

【0011】例えば図10の回路で、積分回路の本質的
な部分である左側の点線内が、MOSトランジスタ4個
と電流源4個とコンデンサ1個で、せいぜい10〜15
素子程度なのに対して、バイアス設定のための直流フィ
ードバック回路は、20〜30素子程度にもおよび、2
/3を占める。フィルタは積分回路を次数分組み合わせ
て設計するだけなので、フィルタ全体でもそのまま直流
フィードバックが約2/3を占めることになる。このよ
うに、直流フィードバックを使わざるを得ないことが全
差動型フィルタのコストアップを招き、安価なフィルタ
回路の実現を妨げていた。
For example, in the circuit shown in FIG. 10, the inside of the left dotted line, which is an essential part of the integration circuit, is composed of four MOS transistors, four current sources and one capacitor.
The DC feedback circuit for bias setting is about 20 to 30 elements, whereas the
/ 3. Since the filter is simply designed by combining the integrators for the order, the DC feedback occupies about / of the entire filter. As described above, the necessity of using the direct-current feedback causes an increase in the cost of the fully differential filter, which hinders the realization of an inexpensive filter circuit.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、Gm
回路とコンデンサとで構成する積分回路を用いた連続時
間フィルタをCMOSで実現するには、全差動型にして
原理的に発生しやすい2次ひずみを取り除くことが不可
欠であるが、その場合出力のDCバイアス設定のため、
各積分回路毎にDCフィードバックが必要となる。この
回路はかなりの素子数を必要とするため、全体の回路規
模を著しく増大させることになり、コストアップを招い
ていた。
As described above, Gm
In order to realize a continuous-time filter using an integrating circuit composed of a circuit and a capacitor in CMOS, it is indispensable to remove the second-order distortion which is likely to occur in principle by using a fully differential type. Because of the DC bias setting,
DC feedback is required for each integration circuit. Since this circuit requires a considerable number of elements, the overall circuit scale is significantly increased, leading to an increase in cost.

【0013】この発明の目的は、DCフィードバックを
必要としない全差動型のフィルタ回路を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a fully differential filter circuit that does not require DC feedback.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は1対または2対の差動入力端子と1
対の差動出力端子を有し電界効果トランジスタで構成し
たトランスコンダクタンス回路と、前記差動出力端子に
接続されるコンデンサとにより積分回路を構成し、前記
積分回路を3以上の奇数個組み合わせて相互に結線する
ことにより、奇数次の全差動型フィルタを構成したこと
を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides one or two pairs of differential input terminals and one pair of differential input terminals.
An integration circuit is configured by a transconductance circuit having a pair of differential output terminals and configured by a field effect transistor, and a capacitor connected to the differential output terminal. , Whereby an odd-order fully differential filter is formed.

【0015】上記した手段により、積分回路の段数を奇
数に設定することで同相帰還ループを負帰還にする。こ
のようにすると、帰還ループの同相負帰還動作で各電界
効果トランジスタはドレイン側の電流源で決まる電流値
に自己バイアスされることになるため、専用のバイアス
回路を必要としない。従って、フィルタ回路を構成する
素子数を大幅に少なくすることができ、コストのかから
ないCMOSフィルタが実現できる。
By the means described above, the number of stages of the integrating circuit is set to an odd number to make the common-mode feedback loop a negative feedback. In this case, each field-effect transistor is self-biased to a current value determined by the current source on the drain side in the common-mode negative feedback operation of the feedback loop, so that a dedicated bias circuit is not required. Accordingly, the number of elements constituting the filter circuit can be significantly reduced, and a cost-effective CMOS filter can be realized.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図1はこの
発明の第1の実施の形態について説明するための回路構
成図である。この実施の形態は、3段の積分回路でLP
F構成し、特徴的な点は、各積分回路が全て入力と出力
がともに完全差動信号の全差動型回路であることと、積
分回路の段数が奇数段であることである。奇数段にした
ことによって、全差動型回路に必要なDCフィードバッ
クを必要としない点がポイントである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a three-stage integrator circuit LP
The F configuration is characterized in that each of the integrating circuits is a fully differential circuit in which both the input and the output are fully differential signals, and the number of stages of the integrating circuit is an odd number. The point is that the use of the odd-numbered stages eliminates the need for DC feedback required for a fully differential circuit.

【0017】11〜13は積分回路を表わし、積分回路
11〜13のそれぞれ三角形で示したシンボルが差動入
力差動出力のGm回路を表わす。積分回路11にはそれ
ぞれ入力と出力がともに完全差動信号のGm回路Gm1
+,Gm1−を備え、その各出力には、積分コンデンサ
C1を接続する。Gm回路Gm2+の入力には入力Vi
nを入力する。積分回路12にはそれぞれ入力と出力が
ともに完全差動信号のGm回路Gm2+,Gm2−を備
え、その各出力には、積分コンデンサC2を接続する。
Gm回路Gm1+の入力には、コンデンサC1の両端を
接続する。また、積分回路13にはそれぞれ入力と出力
がともに完全差動信号のGm回路Gm3+,Gm3−を
備え、その各出力には、積分コンデンサC3を接続す
る。Gm回路Gm3+の入力には、コンデンサC2の両
端を接続する。積分コンデンサC3の両端は出力Vou
tに接続するとともに、積分回路11〜13のGm回路
Gm1−〜Gm3−にそれぞれ接続する。
Numerals 11 to 13 denote integrating circuits, and the triangle symbols of the integrating circuits 11 to 13 each represent a Gm circuit having a differential input and a differential output. The integrating circuit 11 has a Gm circuit Gm1 whose input and output are both fully differential signals.
+, Gm1-, and each output is connected to an integrating capacitor C1. The input Vi is input to the input of the Gm circuit Gm2 +.
Enter n. The integrating circuit 12 includes Gm circuits Gm2 + and Gm2- whose inputs and outputs are both fully differential signals, and each output is connected to an integrating capacitor C2.
Both ends of the capacitor C1 are connected to the input of the Gm circuit Gm1 +. The integrating circuit 13 includes Gm circuits Gm3 + and Gm3- whose inputs and outputs are both fully differential signals, and each output is connected to an integrating capacitor C3. Both ends of the capacitor C2 are connected to the input of the Gm circuit Gm3 +. Both ends of the integrating capacitor C3 are connected to the output Vou.
t, and to the Gm circuits Gm1- to Gm3- of the integration circuits 11 to 13, respectively.

【0018】なお、Gm1+Gm3+はシングル構成に
おける+入力に相当し、Gm1−〜Gm3−はシングル
構成における−入力(フィードバック入力)に相当す
る。
Gm1 + Gm3 + corresponds to a + input in the single configuration, and Gm1- to Gm3- correspond to a-input (feedback input) in the single configuration.

【0019】ここで、各Gm回路のgm値を、 Gm1+,Gm1−:gm1 Gm2+,Gm2−:gm2 Gm3+,Gm3−:gm3 として、この回路の入出力間の伝達関数を求めると次式
のようになる。
Here, the transfer function between the input and output of this circuit is obtained assuming that the gm value of each Gm circuit is Gm1 +, Gm1-: gm1 Gm2 +, Gm2-: gm2 Gm3 +, Gm3-: gm3. become.

【0020】[0020]

【数1】 この式からも明らかなように、この実施の形態の回路の
場合、伝達関数のゼロ点は無限大周波数に3重に存在す
るので図6の(a)に示すような3次のLPF特性とな
る。
(Equation 1) As is apparent from this equation, in the case of the circuit of this embodiment, since the zero point of the transfer function exists three times at the infinite frequency, the third-order LPF characteristic as shown in FIG. Become.

【0021】このように、この実施の形態では全差動型
構成の積分回路を、奇数段の構成したことにより、DC
フィードバックを必要としない無歪みのフィルタ回路を
実現できるため、高次のフィルタ回路を小規模で安価に
構成できる。
As described above, in this embodiment, since the integrating circuit having the fully differential configuration is constituted by the odd number of stages,
Since a distortion-free filter circuit that does not require feedback can be realized, a high-order filter circuit can be configured on a small scale at low cost.

【0022】図2は図1の積分回路11〜13の具体的
な回路図を示すものである。すなわち、第1のトランス
コンダクタンス回路Gmi+はソースを直接電源Vcc
に接続したソース結合の差動MOSトランジスタM1,
M2で構成し、ゲートには前段の差動信号を入力する。
第2のトランスコンダクタンス回路Gmi−は、ソース
を直接電源Vccに接続したソース結合の差動MOSト
ランジスタM3,M4で構成し、ゲートには帰還差動信
号を入力する。第1および第2のトランスコンダクタン
ス回路Gmi+,Gmi−は、極性の同じドレイン端子
同士を結線し、正負の出力端子(正:Ai,負:Bi)
間に積分コンデンサCiをつないで、この両端を差動出
力端子Vout+(Ai),Vout−(Bi)とす
る。この両端子はそれぞれ電流源Vbでバイアスしてお
く。
FIG. 2 shows a specific circuit diagram of the integration circuits 11 to 13 in FIG. That is, the first transconductance circuit Gmi + connects the source directly to the power supply Vcc.
Source-coupled differential MOS transistors M1,
The differential signal of the preceding stage is input to the gate.
The second transconductance circuit Gmi- is composed of source-coupled differential MOS transistors M3 and M4 whose sources are directly connected to the power supply Vcc, and a gate receives a feedback differential signal. The first and second transconductance circuits Gmi + and Gmi− connect drain terminals having the same polarity to each other, and output positive and negative terminals (positive: Ai, negative: Bi).
An integrating capacitor Ci is connected between the two terminals, and both ends thereof are set as differential output terminals Vout + (Ai) and Vout- (Bi). Both terminals are biased by the current source Vb.

【0023】この回路の動作を調べるため、MOSトラ
ンジスタM1とM2による電圧電流変換特性を計算す
る。ここで、入力信号は完全差動信号であることを前提
とし、MOSトランジスタM1とM2は同じ特性であり
ともに飽和モード領域にバイアスされていると仮定す
る。
In order to check the operation of this circuit, the voltage-current conversion characteristics of the MOS transistors M1 and M2 are calculated. Here, it is assumed that the input signal is a fully differential signal, and it is assumed that MOS transistors M1 and M2 have the same characteristics and are both biased in the saturation mode region.

【0024】出力抵抗と基板バイアス効果を無視すれ
ば、MOSトランジスタM1,M2のドレイン電流I
1,I2は次のように表わされる。
If the output resistance and the substrate bias effect are neglected, the drain current I of the MOS transistors M1 and M2 is
1, I2 are represented as follows.

【0025】 M1:I1=(β1/2)(VGS1−Vth1)2 … (1) M2:I2=(β1/2)(VGS2−Vth1)2 … (2) ただし、β=μCoxW/L=μ(εox/tox)W
/Lで、μはデバイスでの電子移動度、εoxはゲート
酸化膜誘電率、toxはゲート酸化膜圧、Wはゲート
幅、Lはゲート長である。
M1: I1 = (β1 / 2) (VGS1-Vth1) 2 (1) M2: I2 = (β1 / 2) (VGS2-Vth1) 2 (2) where β = μCoxW / L = μ (Εox / tox) W
/ L, μ is the electron mobility in the device, εox is the dielectric constant of the gate oxide film, tox is the gate oxide film pressure, W is the gate width, and L is the gate length.

【0026】MOSトランジスタM1とM2のドレイン
電流I1,I2の差電流を出力とすると、出力は(1)
−(2)より、 I1−I2=(β1/2)(VGS1+VGS2−2Vth1)(VGS1 −VGS2) =(β1/2)(VGS1+VGS2−2Vth1)Vin となる。入力信号の電源Vccに対する直流電圧をVb
とすると、入力は完全差動信号であり、今回はMOSト
ランジスタM1とM2のソース端子が電源Vccに接続
され固定であるため、VGS1+VGS2=2Vbとい
うことになる。
If the difference current between the drain currents I1 and I2 of the MOS transistors M1 and M2 is output, the output is (1)
From (2), I1−I2 = (β1 / 2) (VGS1 + VGS2-2Vth1) (VGS1−VGS2) = (β1 / 2) (VGS1 + VGS2-2Vth1) Vin. The DC voltage of the input signal with respect to the power supply Vcc is Vb
Then, the input is a fully differential signal. In this case, the source terminals of the MOS transistors M1 and M2 are connected to the power supply Vcc and fixed, so that VGS1 + VGS2 = 2Vb.

【0027】従って、 I1−I2=β1(VB−Vth1)Vin … (3) となり、この回路の差動入力電圧から差動出力電流まで
のトランスコンダクタンスGmは、 Gm=Iout/Vin=(I1−I2)/Vin =β1(VB−Vth1) … (4) と表わすことができる。(4)式は入力信号Vinに依
存した項を含まず、2次ひずみの原因となる「Vin
2」の項も含まない。素子ペア(M1=M2)が完全に
とれていれば、Gmは理想的には主に素子のW/L比で
決まる。従って、出力を差動で取り出す限りにおいて
は、gm値は入力に依存することなく一定である。ま
た、Vth1のばらつきは入力のバイアス電圧Vbを調
整することによって調整でき、さらにVbによってgm
値を積極的に変えることもできることが(4)式からわ
かる。
Therefore, I1−I2 = β1 (VB−Vth1) Vin (3), and the transconductance Gm from the differential input voltage to the differential output current of this circuit is as follows: Gm = Iout / Vin = (I1- I2) / Vin = β1 (VB−Vth1) (4) Equation (4) does not include a term dependent on the input signal Vin, and causes “Vin” that causes second-order distortion.
Item 2 ”is not included. If the element pair (M1 = M2) is completely taken, Gm is ideally determined mainly by the W / L ratio of the element. Therefore, as long as the output is obtained differentially, the gm value is constant without depending on the input. The variation of Vth1 can be adjusted by adjusting the input bias voltage Vb.
It can be seen from equation (4) that the value can be positively changed.

【0028】このように、トランスコンダクタンス回路
としてソース接地型の全差動動作にすることによって、
CMOSアナログ回路で発生しやすい2次ひずみ問題を
解決し、線形性のよいトランスコンダクタンス特性を得
ることができる。さらに、差動のソース接続点に電流源
を置く必要がないため、その電圧分だけ電源電圧を有効
に使うことができ、低電圧化に向くという利点もある。
As described above, the transconductance circuit is operated as a common-source fully differential operation by
A second-order distortion problem that is likely to occur in a CMOS analog circuit can be solved, and a transconductance characteristic with good linearity can be obtained. Furthermore, since it is not necessary to place a current source at the differential source connection point, the power supply voltage can be used effectively by that voltage, and there is an advantage that the voltage is reduced.

【0029】なお、図2の回路はPMOSを差動トラン
ジスタに用いた例で示したが、電源とGNDを逆にして
NMOSを差動トランジスタに用いても全く同じように
積分回路が構成でき、同じ効果を得ることができる。
The circuit shown in FIG. 2 is an example in which the PMOS is used for the differential transistor. However, the integration circuit can be configured in exactly the same manner even when the power supply and GND are reversed and the NMOS is used for the differential transistor. The same effect can be obtained.

【0030】ところで、図2のトランスコンダクタンス
回路はソースを直接接地点に接続しており、一般的な差
動回路のようにソースを電流源に繋いでバイアスしてい
ないので、入力信号の同相成分の除去ができないという
点がある。実はこれを逆に利用することによって図1の
フィルタ回路でのDCフィードバックを不要にしてい
る。つまり、MOSトランジスタM1とM2で構成する
差動回路はそれぞれのソースが電源で固定されているた
め、入出力間で同相電圧に対して高い反転ゲインを持
つ。すなわち、入力であるゲート電圧がともに上がれ
ば、出力のドレイン電圧はともに大きく下がる。逆に、
入力であるゲート電圧がともに下がれば、出力のドレイ
ン電圧はともに大きく上昇する。これはMOSトランジ
スタM3とM4で構成する差動回路でも同様で、やはり
入力の同相電圧に対して高い反転ゲインを持つ。
In the transconductance circuit of FIG. 2, the source is directly connected to the ground point, and the source is not biased by connecting the source to a current source as in a general differential circuit. Cannot be removed. In fact, by using this in reverse, the DC feedback in the filter circuit of FIG. 1 is not required. That is, the differential circuit composed of the MOS transistors M1 and M2 has a high inversion gain with respect to the common-mode voltage between the input and the output since each source is fixed by the power supply. That is, when both the input gate voltages rise, the output drain voltages both fall greatly. vice versa,
When both the gate voltages, which are the inputs, decrease, the drain voltage of the output both greatly increases. The same applies to the differential circuit formed by the MOS transistors M3 and M4, which also has a high inversion gain with respect to the input common-mode voltage.

【0031】そこで、図1の回路を同相電圧の伝達とい
う観点で見ると次のようになる。回路全体の帰還動作に
支配的なのは、Gm2+→Gm3+→Gm1−→Gm2
+という経路で戻る一番外側のループである。積分回路
11の出力であるA1とB1を起点に同相電圧の伝達を
考えると、Gm2+とGm3+とGm1−で反転と、3
回反転して戻るのでループとしては負帰還になる。積分
回路11〜13のAiとBiの2点は、その電圧がGN
D側にあるバイアス電流源の電流値で決まるような電圧
に落ち着くように動作をする。
Therefore, when the circuit of FIG. 1 is viewed from the viewpoint of transmission of the common mode voltage, the following is obtained. Gm2 + → Gm3 + → Gm1- → Gm2 governs the feedback operation of the entire circuit.
This is the outermost loop that returns along the + path. Considering the transmission of the common-mode voltage starting from the outputs A1 and B1 of the integration circuit 11, the inversion is performed by Gm2 +, Gm3 +, and Gm1-, and 3
Since it inverts once and returns, the loop becomes negative feedback. The two points Ai and Bi of the integration circuits 11 to 13 have a voltage of GN.
The operation is performed so as to settle to a voltage determined by the current value of the bias current source on the D side.

【0032】例えば、積分回路を構成するMOSトラン
ジスタの形状が全て等しく、これをバイアスしているG
ND側のバイアス電流値が全て等しいとすると、各段の
出力であるAi(i=1〜3)とBi(i=1〜3)の
全て電圧は等しくなるように動作する。この電圧はI
1、I2が各電流源の半分の電流値であるとして、これ
を式(1)、(2)に代入して求めたVGSの値に等し
くなる。ただし、入力だけは、あらかじめこの収束電圧
を予想してそれに近い同相電圧を入力Vinに与えてお
く必要がある。このようにすれば、各電界効果トランジ
スタはドレイン側の電流源で決まる電流値に自己バイア
スされることになり、専用のDCフィードバック回路を
必要としない。
For example, all the MOS transistors constituting the integration circuit have the same shape, and G
Assuming that the bias current values on the ND side are all equal, the operation is performed so that all the voltages of the outputs Ai (i = 1 to 3) and Bi (i = 1 to 3) of each stage become equal. This voltage is I
Assuming that I and I2 are half the current value of each current source, they are equal to the value of VGS obtained by substituting these values into equations (1) and (2). However, for the input only, it is necessary to predict the convergence voltage in advance and apply a common-mode voltage close thereto to the input Vin. In this case, each field effect transistor is self-biased to a current value determined by the current source on the drain side, and does not require a dedicated DC feedback circuit.

【0033】このように、この実施の形態では素子数を
大幅に少なくすることができ、コストのかからないCM
OSフィルタが実現できる。なお、この実施の形態では
3段の積分回路11〜13で構成したフィルタについて
述べたが、積分回路の段数が奇数個であれば、同相電圧
の一番外側のループの伝達は必ず負帰還になることは明
らかである。従って、拡張して考えると、構成要素とし
て図2に示したような積分回路を用いて、積分回路の段
数が奇数のフイルタを構成すれば、図1の実施の形態と
同様に、DCフィードバックを必要としない安価で規模
の小さな回路でこれを実現できる。
As described above, in this embodiment, the number of elements can be significantly reduced, and the cost-effective CM
An OS filter can be realized. In this embodiment, a filter constituted by three stages of integration circuits 11 to 13 has been described. However, if the number of stages of integration circuits is odd, transmission of the outermost loop of the common-mode voltage is always negative feedback. Obviously. Therefore, considering the expansion, if a filter having an odd number of stages of the integration circuit is formed by using an integration circuit as shown in FIG. 2 as a component, the DC feedback can be performed similarly to the embodiment of FIG. This can be achieved with an inexpensive and small-scale circuit that is not required.

【0034】次に、この発明の第2の実施の形態につ
き、図3の回路構成図を用いて説明する。この実施の形
態も3段の積分回路11〜13で構成するフィルタ回路
であるが、図1の実施の形態に対して、Gm回路Gm1
+を取り除き、積分回路11の積分コンデンサをA1と
B1の位置で、コンデンサC11とC12とに分離し、
そのコンデンサC11,C12の他端より差動信号Vi
nを入力する点が異なっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the circuit diagram of FIG. This embodiment is also a filter circuit composed of three stages of integration circuits 11 to 13, but is different from the embodiment of FIG.
+ Is removed, and the integrating capacitor of the integrating circuit 11 is separated into capacitors C11 and C12 at the positions of A1 and B1,
The differential signal Vi is applied from the other ends of the capacitors C11 and C12.
The difference is that n is input.

【0035】このようにすれば、入力から出力へのDC
伝達はなくなり、BPF特性を示すことが容易に推測で
きる。この位置からの入力の場合、伝達関数のゼロ点
は、ゼロ周波数に単独に、無限大周波数に2重に存在す
るので図6の(b)に示すような高域側の傾斜が急峻な
BPF特性となる。
In this way, the DC from the input to the output
The transmission disappears, and it can be easily inferred that the BPF characteristic is exhibited. In the case of input from this position, the zero point of the transfer function exists independently at the zero frequency and double at the infinite frequency, so that the BPF having a steep high-frequency slope as shown in FIG. Characteristics.

【0036】同相伝達ループは図1の実施の形態と全く
同じなので、同相の負帰還ループの作用で安定な自己バ
イアスを作り、専用のDCフィードバック回路を必要と
しない点は同様である。ただし、図1の例に比べ、Gm
回路Gm1+を除去した分だけ第1の積分回路の電流源
の電流値は少なくて良く、各積分回路を構成するMOS
トランジスタの形状が全て等しいという先の例と同じ想
定をした場合、各段の出力であるAi(i=1〜3)と
Bi(i=1〜3)の全て電圧は等しくなるようにする
ためには、積分回路12,13の電流源の半分の電流値
で良いことになる。
Since the in-phase transmission loop is exactly the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, a stable self-bias is created by the action of the in-phase negative feedback loop, and the point that a dedicated DC feedback circuit is not required is the same. However, compared with the example of FIG.
The current value of the current source of the first integration circuit may be smaller by the amount of removing the circuit Gm1 +.
If the same assumption as in the previous example that all the transistors have the same shape is made, all the voltages of the outputs Ai (i = 1 to 3) and Bi (i = 1 to 3) of each stage are made equal. In this case, a current value that is half the current source of the integration circuits 12 and 13 is sufficient.

【0037】図4は、この発明の第3の実施の形態につ
いて説明するための回路構成図である。この実施の形態
も3段の積分回路で構成するフィルタ回路であるが、図
3の実施の形態に対して、入力位置を積分回路11の出
力端から積分回路12の出力端に変えるとともに、積分
コンデンサC2をA2とB2の位置で分離してコンデン
サC21とC22というようにし、そのコンデンサの他
端より差動信号Vinを入力する部分の構成が異なる。
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a third embodiment of the present invention. This embodiment is also a filter circuit composed of a three-stage integrating circuit, but differs from the embodiment of FIG. 3 in that the input position is changed from the output terminal of the integrating circuit 11 to the output terminal of the integrating circuit 12 and the integration is performed. The capacitor C2 is separated at the positions of A2 and B2 to form capacitors C21 and C22, and the configuration of a portion for inputting the differential signal Vin from the other end of the capacitor is different.

【0038】コンデンサC21,C22を介してA2と
B2の位置から入力した場合、伝達関数のゼロ点は、ゼ
ロ周波数に2重に、無限大周波数に単独に存在するの
で、図6の(c)に示すような低域側の傾斜が急峻なB
PF特性となる。同相伝達ループは図3の実施の形態と
全く同じなので、同相の負帰還ループの作用で安定な自
己バイアスを作り、専用のDCフィードバック回路を必
要としない点は同様である。
When input is made from the positions of A2 and B2 via the capacitors C21 and C22, the zero point of the transfer function exists twice at the zero frequency and independently at the infinite frequency. B whose steep slope on the low frequency side as shown in
It becomes PF characteristics. Since the in-phase transmission loop is exactly the same as that of the embodiment shown in FIG. 3, a stable self-bias is created by the action of the in-phase negative feedback loop, and the point that a dedicated DC feedback circuit is not required is the same.

【0039】さらに、図5はこの発明の第4の実施の形
態について説明するための回路構成図である。この実施
の形態も3段の積分回路で構成するフィルタ回路である
が、図3の実施の形態に対して、入力位置を積分回路1
1の出力端から積分回路13の出力端に変えるととも
に、積分コンデンサC3をA3とB3の位置で分離して
コンデンサC31とC32というようにし、そのコンデ
ンサの他端より差動信号を入力する。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention. This embodiment is also a filter circuit constituted by a three-stage integrating circuit, but is different from the embodiment of FIG.
The output terminal 1 is changed to the output terminal of the integrating circuit 13, and the integrating capacitor C3 is separated at the positions A3 and B3 into capacitors C31 and C32, and a differential signal is input from the other end of the capacitor.

【0040】コンデンサC31,C32を介してA3と
B3の位置から入力した場合、伝達関数のゼロ点は、ゼ
ロ周波数に3重に存在するので図6の(d)に示すよう
な3次のHPF特性となる。同相伝達ループは図3の実
施の形態と全く同じなので、同相の負帰還ループの作用
で安定な自己バイアスを作り、専用のDCフィードバッ
ク回路を必要としない点は同様である。
When input is made from the positions of A3 and B3 via the capacitors C31 and C32, the zero point of the transfer function exists three times at the zero frequency, so that the third-order HPF as shown in FIG. Characteristics. Since the in-phase transmission loop is exactly the same as that of the embodiment shown in FIG. 3, a stable self-bias is created by the action of the in-phase negative feedback loop, and the point that a dedicated DC feedback circuit is not required is the same.

【0041】上記した第1〜第4の各実施の形態のフィ
ルタ出力は、いずれも積分回路13の出力より取出した
が、他の積分出力より取り出すことにより、別の周波数
特性を持ったフィルタ回路とすることも可能である。こ
のように、この発明の3次のフィルタ回路は信号の入力
位置と出力位置を変えることによって多様なフィルタ特
性を得ることができる。
The filter output of each of the above-described first to fourth embodiments is obtained from the output of the integration circuit 13, but is obtained from the other integration output to obtain a filter circuit having another frequency characteristic. It is also possible to use Thus, the tertiary filter circuit of the present invention can obtain various filter characteristics by changing the input position and the output position of the signal.

【0042】従って、この3次のフィルタの種々の特性
を縦続に接続して任意の高次フィルタを作ることも可能
である。その場合、小規模で安価なフィルタ回路という
この発明の利点をより一層、活かすことができる。
Accordingly, it is possible to arbitrarily connect various characteristics of the third-order filter to produce an arbitrary higher-order filter. In that case, the advantage of the present invention of a small and inexpensive filter circuit can be further utilized.

【0043】図1の全回路を素子レベルで書いたものを
図7に示す。これは、図1の回路の点線内の積分回路を
図2の回路に置き換え、さらに電流源をNMOSトラン
ジスタのカスコード接続に置き換えたものである。この
電流源は基準電流IoをM5とM6で作るカレントミラ
ーで折り返して供給している。各PMOSトランジスタ
のゲートには前述したように、同相電圧の負帰還動作に
よりNMOS電流値で決まる自己バイアスがかかってい
る。この電圧は(1)式と(2)式から分かるように電
流値に依存する。
FIG. 7 shows the whole circuit of FIG. 1 written at the element level. This is obtained by replacing the integrating circuit within the dotted line of the circuit of FIG. 1 with the circuit of FIG. 2, and further replacing the current source with a cascode connection of NMOS transistors. This current source supplies the reference current Io by turning it back with a current mirror made of M5 and M6. As described above, the gate of each PMOS transistor is self-biased by the NMOS current value due to the negative feedback operation of the common mode voltage. This voltage depends on the current value as can be seen from equations (1) and (2).

【0044】図7の各PMOSトランジスタの形状が全
て等しく、NMOS電流源のカレントミラー比を1:1
とする。この場合、各PMOSトランジスタにおいて、
バイアス電流がIo/2となるから、I1=Io/2を
(1)式に代入して、 Io=β1(VGS1−Vth1)2 … (5) となる。入力信号の電源に対する直流電圧Vbは無信号
時のVGS1なので、動作点Vbに対しても当然この式
は成りたち、
The PMOS transistors in FIG. 7 have the same shape, and the current mirror ratio of the NMOS current source is 1: 1.
And In this case, in each PMOS transistor,
Since the bias current becomes Io / 2, I1 = Io / 2 is substituted into equation (1), and Io = β1 (VGS1−Vth1) 2 (5) Since the DC voltage Vb of the input signal with respect to the power supply is VGS1 when there is no signal, this equation naturally holds for the operating point Vb.

【数2】 となる。これを(4)式に代入して、(Equation 2) Becomes Substituting this into equation (4),

【数3】 ということになる。つまり、各Gm回路のgm値はバイ
アス電流Ioの平方根に比例して変わることになる。図
7の回路のように各電流源を一括制御する場合、各バイ
アス電流はそれらの比を一定に保ちつつ変化させること
ができる。これはフィルタ回路の周波数特性で言えば周
波数特性の形は維持したまま、周波数軸に沿って周波数
特性を相似変化させることを意味する。
(Equation 3) It turns out that. That is, the gm value of each Gm circuit changes in proportion to the square root of the bias current Io. When the current sources are controlled collectively as in the circuit of FIG. 7, each bias current can be changed while keeping their ratio constant. This means that the frequency characteristics of the filter circuit are similarly changed along the frequency axis while the shape of the frequency characteristics is maintained.

【0045】一般に、半導体集積回路では製造工程のば
らつきに起因するフィルタの特性ばらつきは周波数軸に
沿った相似移動となって現れる。これは上記相似移動の
ばらつき原因が主に素子の絶対値ばらつきであり、半導
体集積回路ではこれが大きく、周波数特性の形を左右す
る素子の相対ばらつきは半導体では非常に小さい、とい
う理由による。従って、バイアス電流Ioによる周波数
特性の制御は、半導体の製造ばらつきによる周波数特性
移動の補正に適しており、このばらつきの大部分の補正
が可能である。
In general, in a semiconductor integrated circuit, a characteristic variation of a filter due to a variation in a manufacturing process appears as a similar movement along a frequency axis. This is because the variation of the similarity movement is mainly caused by the absolute value variation of the element, which is large in the semiconductor integrated circuit, and the relative variation of the element which affects the form of the frequency characteristic is very small in the semiconductor. Therefore, the control of the frequency characteristic by the bias current Io is suitable for correcting the shift of the frequency characteristic due to the manufacturing variation of the semiconductor, and it is possible to correct most of the variation.

【0046】図7の回路で、C1、C2、C3の各コン
デンサの容量値をそれぞれ8pF、4pF、2pFと
し、バイアス電流源Ioの電流値を25μA、50μ
A、75μA、100μAと変えたときのLPF特性の
変化を図8に示す。この結果からもフィルタ特性は
(7)式に沿って、バイアス電流の平方根に比例して周
波数軸に沿って相似変化していくことがわかる。このよ
うにバイアス電流を変化させることによって、フィルタ
特性の製造ばらつきを補正するための調整を容易に行う
ことができる。
In the circuit of FIG. 7, the capacitance values of the capacitors C1, C2, and C3 are set to 8 pF, 4 pF, and 2 pF, respectively, and the current values of the bias current source Io are 25 μA and 50 μF.
FIG. 8 shows changes in the LPF characteristics when A, 75 μA, and 100 μA were changed. From this result, it can be seen that the filter characteristic changes in a similar manner along the frequency axis in proportion to the square root of the bias current according to the equation (7). By changing the bias current in this manner, adjustment for correcting manufacturing variations in filter characteristics can be easily performed.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、この発明のフィル
タ回路によれば、全差動型構成の奇数段の積分回路で構
成することにより、無ひずみのフィルタ回路をDCフィ
ードバックを必要とせず作ることができるため、高次の
フィルタ回路を小規模で安価に実現できる。
As described above, according to the filter circuit of the present invention, a distortion-free filter circuit can be formed without the need for DC feedback by being configured with an odd number of stages of integrating circuits having a fully differential configuration. Therefore, a high-order filter circuit can be realized on a small scale at low cost.

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

【図1】この発明の第1の実施の形態について説明する
ための回路構成図。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の積分回路の具体的な構成例について説明
するための回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram for describing a specific configuration example of the integration circuit in FIG. 1;

【図3】この発明の第2の実施の形態について説明する
ための回路構成図。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第3の実施の形態について説明する
ための回路構成図。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram for explaining a third embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第4の実施の形態について説明する
ための回路構成図。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.

【図6】この発明の各実施の形態に係る周波数特性につ
いて説明するための説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram for describing frequency characteristics according to each embodiment of the present invention.

【図7】図1の回路構成を素子レベルで構成した回路
図。
FIG. 7 is a circuit diagram in which the circuit configuration of FIG. 1 is configured at an element level.

【図8】図7の回路の周波数特性の調整について説明す
るための説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram for describing adjustment of frequency characteristics of the circuit in FIG. 7;

【図9】直流フィードバックを備えたバイカッド回路の
従来例について説明するための回路構成図。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram for describing a conventional example of a biquad circuit having DC feedback.

【図10】図9のフィルタを構成する積分回路を、CM
OSプロセスで実現する回路例について説明するための
回路図。
FIG. 10 is a diagram showing an integration circuit constituting the filter of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram for describing a circuit example realized by an OS process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11〜13…積分回路、Gm1+〜Gm3+,Gm1−
〜Gm3−…Gm回路、C1〜C3…積分コンデンサ。
11 to 13: integrating circuit, Gm1 + to Gm3 +, Gm1-
Gm3--Gm circuit, C1-C3 ... integration capacitors.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1対または2対の差動入力端子と1対の
差動出力端子を有し電界効果トランジスタで構成したト
ランスコンダクタンス回路と、前記差動出力端子に接続
されるコンデンサとにより積分回路を構成し、 前記積分回路を3以上の奇数個組み合わせて相互に結線
することにより、奇数次の全差動型フィルタを構成した
ことを特徴とするフィルタ回路。
1. An integrated circuit comprising: a transconductance circuit having one or two pairs of differential input terminals and a pair of differential output terminals and constituted by a field effect transistor; and a capacitor connected to the differential output terminal. A filter circuit comprising: a circuit; and combining odd numbers of three or more integrating circuits and connecting them together to form an odd-order fully differential filter.
【請求項2】 前記積分回路の個数を3として構成する
単位フィルタ回路を複数段縦続接続することにより、任
意のフィルタ特性を実現したことを特徴とする請求項1
記載のフィルタ回路。
2. An arbitrary filter characteristic is realized by cascade-connecting a plurality of unit filter circuits each including three integration circuits.
The filter circuit as described.
【請求項3】 前記トランスコンダクタンス回路は、1
対または2対の電界効果トランジスタと、1対の電流源
で構成し、 前記対になった電界効果トランジスタのソースは共通の
定電圧端子に接続し、対のゲート端子は前記積分回路の
入力端子対とし、対のドレイン端子は前記1対の電流源
にそれぞれ接続してこれを前記積分回路の出力端子対と
し、 前記コンデンサは、1端が前記対のドレイン端子にそれ
ぞれ接続され他端が接地点か前記入力端子対のいずれか
に接続される1対のコンデンサ、または前記対のドレイ
ン端子間に接続される1個のコンデンサ、または前記1
対のコンデンサと前記1個のコンデンサの組み合せから
なることを特徴とする請求項1記載のフィルタ回路。
3. The transconductance circuit according to claim 1,
A pair or two pairs of field effect transistors and a pair of current sources, the sources of the paired field effect transistors are connected to a common constant voltage terminal, and the gate terminal of the pair is an input terminal of the integration circuit. The pair of drain terminals are connected to the pair of current sources, respectively, and this is used as an output terminal pair of the integrating circuit. The capacitor has one end connected to the drain terminal of the pair and the other end connected. A pair of capacitors connected to either a point or the input terminal pair, or a capacitor connected between the drain terminals of the pair, or
2. The filter circuit according to claim 1, comprising a combination of a pair of capacitors and said one capacitor.
【請求項4】 前記フィルタ回路を構成する前記トラン
スコンダクタンス回路の前記電流源のすべてを、一定の
電流比を保ちながらその電流値を一括して制御すること
により、フィルタの周波数特性を比例制御することを特
徴とする請求項3記載のフィルタ回路。
4. The frequency characteristic of the filter is proportionally controlled by collectively controlling the current values of all the current sources of the transconductance circuit constituting the filter circuit while maintaining a constant current ratio. The filter circuit according to claim 3, wherein:
【請求項5】 第1および第2の電界効果トランジスタ
対の各ソース端子を共通の第1の基準電位点に接続し、
前記第1の電界効果トランジスタ対の各ゲート端子を第
1の入力端子対とし、前記第2の電界効果トランジスタ
対の各ゲート端子を第2の入力端子対とし、前記第1お
よび第2の電界効果トランジスタ対の各ドレイン端子を
それぞれ電流源に接続してこれを出力端子対とし、該出
力端子対の出力端子間または前記出力端子対のそれぞれ
の出力端子と第2の基準電位点の間の少なくともいずれ
かにコンデンサを接続してそれぞれを構成する第1〜第
3の積分回路を用い、 前記第1の積分回路の出力端子対を、前記第2の積分回
路の第1の入力端子対に接続し、 前記第2の積分回路の出力端子対を、前記第3の積分回
路の第1の入力端子対に接続し、 前記第3の積分回路の出力端子対を、前記第1〜第3の
積分回路の第2の入力端子対にそれぞれ接続し、 前記第1の積分回路の第1の入力端子に差動入力信号を
与え、前記第1〜第3の積分回路のいずれかの出力端子
対より差動出力信号を取り出すことにより、ある周波数
選択特性を実現してなることを特徴とするフィルタ回
路。
5. A source terminal of each of the first and second pair of field effect transistors is connected to a common first reference potential point,
Each of the gate terminals of the first pair of field-effect transistors is a first input terminal pair, and each of the gate terminals of the second pair of field-effect transistors is a second input terminal pair. Each drain terminal of the effect transistor pair is connected to a current source to form an output terminal pair, and between the output terminals of the output terminal pair or between the respective output terminals of the output terminal pair and the second reference potential point. A capacitor is connected to at least one of the first to third integrating circuits, and an output terminal pair of the first integrating circuit is connected to a first input terminal pair of the second integrating circuit. Connecting the output terminal pair of the second integration circuit to the first input terminal pair of the third integration circuit, and connecting the output terminal pair of the third integration circuit to the first to third output terminals. To the second input terminal pair of the integrating circuit A differential input signal is supplied to a first input terminal of the first integration circuit, and a differential output signal is extracted from any one of the output terminal pairs of the first to third integration circuits. A filter circuit characterized by realizing frequency selection characteristics.
【請求項6】 差動出力端子対と差動出力に接続した差
動入力端子対を有し、電界効果トランジスタで構成した
第1のトランスコンダクタンス回路と、一端を前記差動
出力端子対のそれぞれに、他端を差動入力のそれぞれに
接続したコンデンサとからなる第1の積分回路と、 前記第1のトランスコンダクタンス回路の差動出力端子
対に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジスタで
構成した第2のトランスコンダクタンス回路と、前記差
動出力に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジス
タで構成した第3のトランスコンダクタンス回路と、前
記第2および第3のトランスコンダクタンス回路のそれ
ぞれ差動出力端子対の出力端子間または前記出力端子対
のそれぞれの出力端子と基準電位点の間の少なくともい
ずれかに接続したコンデンサとからなる第2の積分回路
と、 前記第2のトランスコンダクタンス回路の差動出力端子
対に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジスタで
構成した第4のトランスコンダクタンス回路と、前記差
動出力に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジス
タで構成した第5のトランスコンダクタンス回路と、前
記第4および第5のトランスコンダクタンス回路のそれ
ぞれ差動出力端子対の出力端子間または前記出力端子対
のそれぞれの出力端子と基準電位点の間の少なくともい
ずれかに接続したコンデンサとからなる第3の積分回路
とからなることを特徴とするフィルタ回路。
6. A first transconductance circuit having a differential output terminal pair and a differential input terminal pair connected to a differential output, the first transconductance circuit including a field effect transistor, and one end of the differential output terminal pair. A first integrating circuit comprising a capacitor having the other end connected to each of the differential inputs; and a differential input terminal pair connected to the differential output terminal pair of the first transconductance circuit. And a third transconductance circuit having a differential input terminal pair connected to the differential output, and a third transconductance circuit composed of a field effect transistor, and a second transconductance circuit composed of a field effect transistor. A capacitor connected between at least one of the output terminals of the differential output terminal pair or between each output terminal of the output terminal pair and the reference potential point. A second transconductance circuit having a differential input terminal pair connected to a differential output terminal pair of the second transconductance circuit, and a fourth transconductance circuit formed of a field effect transistor. A fifth transconductance circuit having a differential input terminal pair connected to the dynamic output and comprising a field effect transistor; and between the output terminals of the differential output terminal pair of the fourth and fifth transconductance circuits or the output A third integrating circuit comprising a capacitor connected to at least one of the output terminals of the terminal pair and a reference potential point.
【請求項7】 差動出力端子対と差動出力に接続した差
動入力端子対を有し、電界効果トランジスタで構成した
第1のトランスコンダクタンス回路と、前記差動出力端
子対の端子間または前記出力端子対のそれぞれの出力端
子と基準電位点の間の少なくともいずれかに接続したコ
ンデンサとからなる第1の積分回路と、 前記第1のトランスコンダクタンス回路の差動出力端子
対に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジスタで
構成した第2のトランスコンダクタンス回路と、前記差
動出力に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジス
タで構成した第3のトランスコンダクタンス回路と、一
端を前記第2および第3のトランスコンダクタンス回路
の差動出力端子対のそれぞれに、他端を差動入力のそれ
ぞれに接続したコンデンサとからなる第2の積分回路
と、 前記第2のトランスコンダクタンス回路の差動出力端子
対に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジスタで
構成した第4のトランスコンダクタンス回路と、前記差
動出力に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジス
タで構成した第5のトランスコンダクタンス回路と、前
記第4および第5のトランスコンダクタンス回路のそれ
ぞれ差動出力端子対の出力端子間または前記出力端子対
のそれぞれの出力端子と基準電位点の間の少なくともい
ずれかに接続したコンデンサとからなる第3の積分回路
とからなることを特徴とするフィルタ回路。
7. A first transconductance circuit having a differential output terminal pair and a differential input terminal pair connected to a differential output, and comprising a field effect transistor, and a terminal between the differential output terminal pair and A first integrating circuit comprising a capacitor connected to at least one of the output terminal of the pair of output terminals and a reference potential point; and a differential input to a differential output terminal pair of the first transconductance circuit. A second transconductance circuit connected to a pair of terminals and formed of a field effect transistor; a third transconductance circuit connected to a differential input terminal pair to the differential output and formed of a field effect transistor; Each of the differential output terminal pairs of the second and third transconductance circuits is connected to a capacitor having the other end connected to each of the differential inputs. A second integrator circuit, a fourth transconductance circuit having a differential input terminal pair connected to a differential output terminal pair of the second transconductance circuit, and a fourth transconductance circuit constituted by a field effect transistor; A fifth transconductance circuit connected to a differential input terminal pair and configured by a field effect transistor; and a fifth transconductance circuit between the output terminals of the differential output terminal pairs or the output terminal pair of the fourth and fifth transconductance circuits. A filter circuit comprising: a third integration circuit including a capacitor connected to at least one of the output terminals and a reference potential point.
【請求項8】 差動出力端子対と差動出力に接続した差
動入力端子対を有し、電界効果トランジスタで構成した
第1のトランスコンダクタンス回路と、前記差動出力端
子対の端子間または前記出力端子対のそれぞれの出力端
子と基準電位点の間の少なくともいずれかに接続したコ
ンデンサとからなる第1の積分回路と、 前記第1のトランスコンダクタンス回路の差動出力端子
対に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジスタで
構成した第2のトランスコンダクタンス回路と、前記差
動出力に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジス
タで構成した第3のトランスコンダクタンス回路と、前
記第2および第3のトランスコンダクタンス回路のそれ
ぞれ差動出力端子対の出力端子間または前記出力端子対
のそれぞれの出力端子と基準電位点の間の少なくともい
ずれかに接続したコンデンサとからなる第2の積分回路
と、 前記第2のトランスコンダクタンス回路の差動出力端子
対に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジスタで
構成した第4のトランスコンダクタンス回路と、前記差
動出力に差動入力端子対を接続し、電界効果トランジス
タで構成した第5のトランスコンダクタンス回路と、一
端を前記第4および第5のトランスコンダクタンス回路
の差動出力端子対のそれぞれに、他端を差動入力のそれ
ぞれに接続したコンデンサとからなる第3の積分回路と
からなることを特徴とするフィルタ回路。
8. A first transconductance circuit having a differential output terminal pair and a differential input terminal pair connected to a differential output, the first transconductance circuit including a field effect transistor, and a terminal between the differential output terminal pair or A first integrating circuit comprising a capacitor connected to at least one of the output terminal of the pair of output terminals and a reference potential point; and a differential input to a differential output terminal pair of the first transconductance circuit. A second transconductance circuit connected to a pair of terminals and configured with a field effect transistor; a third transconductance circuit connected to a differential input terminal pair with the differential output and configured with a field effect transistor; Between the output terminals of the differential output terminal pairs of the second and third transconductance circuits or between the respective output terminals of the output terminal pairs and the reference potential And a second integrating circuit comprising a capacitor connected to at least one of the first and second input terminals; and 4, a fifth transconductance circuit having a differential input terminal pair connected to the differential output and formed of a field effect transistor, and one end connected to the differential of the fourth and fifth transconductance circuits. A filter circuit comprising: a third integration circuit including, for each output terminal pair, a capacitor having the other end connected to each of the differential inputs.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002280877A (en) * 2001-03-14 2002-09-27 Sony Corp Transconductor and filter circuit using the same
JP2007013560A (en) * 2005-06-30 2007-01-18 Toshiba Corp Frequency converter and radio machine
CN108418568A (en) * 2018-01-26 2018-08-17 山东超越数控电子股份有限公司 A kind of current multiplexing formula low-pass filter

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