JPS6132609A - スイツチトキヤパシタ増幅器 - Google Patents

スイツチトキヤパシタ増幅器

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JPS6132609A
JPS6132609A JP15312184A JP15312184A JPS6132609A JP S6132609 A JPS6132609 A JP S6132609A JP 15312184 A JP15312184 A JP 15312184A JP 15312184 A JP15312184 A JP 15312184A JP S6132609 A JPS6132609 A JP S6132609A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switched capacitor
frequency
clock
amplifier
equation
Prior art date
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Pending
Application number
JP15312184A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomio Chiba
千葉 富雄
Kazuyasu Kido
三安 城戸
Hiroyuki Kudo
博之 工藤
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP15312184A priority Critical patent/JPS6132609A/ja
Publication of JPS6132609A publication Critical patent/JPS6132609A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/005Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements using switched capacitors, e.g. dynamic amplifiers; using switched capacitors as resistors in differential amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スイッチング周波数により増幅度が変更可と
され、且つ半導体集積回路化に好適とされた構成のスイ
ッチトキャパシタ増幅器に関するものである。
〔発明の背景〕
第1図は入力抵抗RIN帰還抵抗Rtおよび演算増幅器
OPよりなる公知の増幅回路を示すが、このようにして
なる増幅回路においては入力電圧vIと出力電圧■。の
関係は式(1)に示すようである。
V、−(Rr /Rt  ) ・■凰   ・・・・・
・・・・(1)しも・シながら、このように抵抗を用い
る増幅回路を半導体集積回路化(IC)する場合、高精
度(1チ以下)な抵抗をIC内に形成することは困難と
なっている。一方、これ釦対して、近年研究開発が進め
られているスイッチとキャパシタによって等測的に抵抗
を実現するスイッチトキャパシタ回路の手法は、回路を
集積化する場合にキャパシタは抵抗に比してチップの面
積によって容量値が決定できることから、その値を正確
に達成し得るものとなっている。従って、精度、温度特
性などに対して特性のよい回路を得る手法として注目さ
れている。なお、第1図に示す入力抵抗RIおよび帰還
抵抗孔fをスイッチトキャパシタ形等価抵抗ではなく、
モノリシック拡散抵抗などで実現しIC化することも考
えられるが、抵抗値を高精度化し得ないばかりか、増幅
度の変更などについて応用性に欠けるものとなっており
、IC化のメリットを出しにくいものとなっている。
〔発明の目的〕
よって本発明の目的は、スイッチング周波数によって任
意の増幅度が得られ、しかもIC化に好適とされたプロ
グラマプルスイッチトキャパシタ増幅器を供するにある
〔発明の概要〕
この目的のため本発明は、演算増幅器の帰還側に周波数
を可変として、逆位相のクロックで互いに動作するスイ
ッチトキャパシタ等価抵抗を並列接続する一方、その入
力側には周波数を可変として動作するスイッチトキャパ
シタ等価抵抗を接続するようにしたものである。また、
実施態様として入力側に接続されるスイッチトキャパシ
タ等価抵抗を、逆位相のクロックで動作し、しかも並列
接続された抵抗値同一の2つのキャパシタ等価抵抗を以
て構成するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を第4図から第8図により説明するが、そ
の前にスイッチトキャパシタによる等価抵抗について簡
単に説明しておく。
第2図(a)〜(d)はスイッチトキャパシタによって
如何に等価抵抗が得られるかを原理的に説明するための
ものである。第2図において端子■、■での電圧をそれ
ぞれvt 、vs として同図(a)のようにスイッチ
S2をオンした状態ではキャパシタCにはQs =CV
lで表わされる電荷Q:が充電されていることになる。
この状態で次に同図Φ)のようにスイッチSlをオンさ
れると、キャパシタCの電荷はQ1=CV1 となりQ
t とQ2の差の電荷ΔQが端子■よシ流れ込むことに
なる。即ち、電荷ΔQは以下のようになる。
ΔQ=Qt  Qs =C(Vt  Vz )  −(
2)ここで再び同図(C)に示すようにスイッチSmが
オンされれば、キャパシタCの電荷はQz=CVtとな
り弐〇)に示す電荷ΔQと同量の電荷がキャパシタCか
ら端子■に流出することは明らかである。
したがって、周期T的に上記動作を繰り返すようにすれ
ば、周期T的に電荷ΔQがキャパシタCを介し移動する
ことになり、結果的に端子■から端子■には式(3)で
示される電流iが平均的に流れることになるものである
i=ΔQ/ T = C(VI  Vz ) / T 
 ・”(3)一方、同図(d)に示すように抵抗孔の両
端各々における電圧がそれぞれVl、Vlである場合、
抵抗Rに流れる電流ilは以下のようになる。
j n = (Vt  Vt ) /R=(4)ここで
1=iRとすれば、式(3)、 (4)より以下の式(
5)が得られるものである。
R=T/C=1/(fC)     ・・・・・・・・
・(5)但し、fはスイッチング周波数である。
即チ、スイッチトキャパシタによる等価抵抗は、キャパ
シタCの容量値(C)とスイッチングの周期Tとの比で
決定され、周期Tを変えることによりキャパシタCの容
量値を変えることカ(笛価抵抗を自由に変化させ得るも
のである。
以上述べたスイッチトキャパシタ回路は基本的な回路で
あるが、実際には寄生容量の影響を受けにくい第3図(
a)、Φ)に示す回路などが用いられるものとなってい
る。なお、第3図(a)、伽)中φはクロックφの反転
されたものを示す。
さて、本発明について具体的に説明する。
第4図は第1図に示す増幅回路に対応する本発明による
スイッチトキャパシタ増幅器の一例での構成を示したも
のである。この図においてRINおよびRx tは第3
図(荀に示すスイッチトキャパシタ等価抵抗であり、f
、、f、はそれぞれスイッチング用クロックの周波数と
なっている。また、Rt 2は第3図(a)に示すスイ
ッチトキャパシタ等価抵抗であるが、クロックはRuに
対するものの逆位相となっている。即ち、第5図に示す
如くになっている。なお、回路Aは演算増幅器OPの出
力をクロックφ6.(周波数f、−でサンプリングする
サンプリングホールド回路であり、C1はそのホールド
キャパシタとなっている。
以下、几+1.Ratおよび帽、におけるキャノくシタ
は同一容量値として第4図に示す回路の動作を第6図に
より説明すれば、帽1およびRf2には周波数f、lの
スイッチング用のクロックφ、とその反転クロックLが
4えられる一方、Rflには周波数fpのスイッチング
用のクロックφ、とその反転クロックφ、が与えられる
ものとなっている。
なお、帰還形等価抵抗を2個並列接続し、各々の等価抵
抗をφ、とφ1によって動作させているのは、これは、
演算増幅器がオープンループとならないようにするため
である。
さて、入力電圧V+としてiωtが入力される場合を想
定して回路動作を説明すれば、時刻1.1での出力電圧
■。は以下のようになる。
R11中のキャパシタ容量 ■。=−一一一−−−7=−−−・V+  ・・・(6
)RH中のキャハンタ容量 また、時刻IR2ではφ、がオンとなることから、Rl
 l中のキャパシタ両端は接地され出力電圧V。
は零となる。更に時刻t、sではφ、がオンされること
から、出力電圧V、はポンプアップされ図からも判るよ
うK 2 sinωtとなる。更にまた時刻t14では
時刻1.と同様べして出力電圧V、は零となる。時刻t
+tsでは時刻1.と同様にして更にポンプアップされ
出力電圧V、は3siaωtとなり、時刻1.6では時
刻f m@ 、  t*4と同様に出力電圧v0は零と
なるものである。
即ち、スイッチング用のクロックφ1.φ6゜φ1.φ
、を第6図に示す如くに制御する場合は出力電圧■。は
図示の如くに変化することになり、クロ、ツクφ、がオ
ンする度に出力電圧v6はポンプアップされ得る4ので
ある。したがって、結果的には次式(7)で示される出
力電圧V、が得られることになる。
・・・・・・・・・(7) よってスイッチトキャパシタ用のキャパシタを全て同一
とする場合は、式(′I)は以下のようになる。
Va =”・V・ 、        ・・・・・・・・・(8)第6図に
示す例ではf、=3 f、の関係があるので、出力電圧
V、とじては入力電圧V+03倍のものが得られるもの
である。第6図においては最終出力(3sinωt)は
サンプリング用のクロックφ。によってサンプリングホ
ールド回路人でサンプリング出力V、とじでサンプリン
グされるが、最終出力をサンプリングするためにはクロ
ックφ6の周波数f、02倍の周波数f&、でサンプリ
ングすればよいことが判る。これは、第4図に示すよう
に演算増幅器の帰還抵抗を2個並列接続するようにした
効果によるものである。即ち、帰還抵抗に対するクロッ
クφ、、φ、の周波数f、の2倍の周波数の分解能が得
られる。
第7図は第4図における入力抵抗R11に抵抗RIzを
並列に接続するようにしたものである。
RItがRtlと同様第3図(a)に示すものならば、
RlzはRt zと同様第5図に示す、逆位相で動作す
る回路となる。勿論R12に対するスイッチング用の周
波数はf、である。なお、サンプリングホールド回路B
は出力を多重化するためのものである。
第7図においては周波数f、、f、の関係は2 f、、
=fβとされているが、この場合での出力電圧v0は第
8図に示すようである。第8図からも判るように第7図
に示す回路による場合は、第6図において零電圧となっ
た時刻でも出力をポンプアップし得る。したがって、第
7図に示す回路においては第4図に示すものに比し2倍
の増幅度が得られることが判る。即ち、第7図に示す回
路での出力電圧V、は以下のように与えられるものであ
る。
■。=2−4J−V、    86016091.(9
)a 第8図にはサンプリング用のクロックφ1.□φ1.3
によるサンプリング出力(実線表示のものはφ11、に
よるもの、一点鎖線表示のものはφ6.3によるもの)
が併せて示されているが、クロックφ1  φ1 によ
る場合はそれぞれ3 sinωt。
s2  *      54 sinωtに係るサンプリング出力が得られることは明
らかである。なお、クロックφ1.□〜φ6,4の周波
数f asl〜f tzm4は周波数f、の2倍とされ
、周波数f、の2倍の分解能が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、演算増幅器の帰還側に周
波数をfヶとして、逆位相のクロックで互いに動作する
スイッチトキャパシタ等価抵抗を並列接続する一方、そ
の入力側には周波数f、で動作するスイッチトキャパシ
タ等価抵抗を接続することによって、増幅度(f、/f
、)のスイッテトキャパシタ増幅器を得るようにしたも
のである。したがって、本発明による場合は、IC化に
好適で、しかもスイッチング周波数によって任意の増幅
度が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、これまでの増幅回路の一例での構成を示す図
、第2図(a)〜(d)は、スイッチトキャパシタによ
って如何に等価抵抗が得られるかを説明するための図、
第3図(a)、(b)は、それぞれ寄生容量の影響を受
けにくいキャパシタ等価抵抗の構成を示す図、第4図は
、本発明によるスイッチトキャパシタ増幅器の一例での
構成を示す図、第5図は、第3図(a)に示すキャパシ
タ等価抵抗に対し逆位相のクロックで動作するキャパシ
タ等価抵抗を示す図、第6図は、第4図に示すスイッチ
トキャパシタ増幅器の動作を説明するための図、第7図
は、本発明によるスイッチトキャパシタ増幅器の一実施
態様での構成を示す図、第8図は、その動作を説明する
ための図である。 OP・・・演算増幅器、Rh 、 R12、Rtt 、
 Rt2・・・スイッチトキャパシタ等価抵抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、演算増幅器の帰還側に周波数を可変として互いに逆
    位相のクロックで動作するスイッチトキャパシタ等価抵
    抗を並列接続する一方、上記演算増幅器の入力側には周
    波数を可変として該周波数のクロックで動作するスイッ
    チトキャパシタ等価抵抗が接続されてなる構成を特徴と
    するスイッチトキャパシタ増幅器。 2、入力側に接続されるスイッチトキャパシタ等価抵抗
    は、逆位相のクロックで互いに動作し、且つ並列接続さ
    れた抵抗値同一の2つのキャパシタ等価抵抗として構成
    される特許請求の範囲第1項記載のスイッチトキャパシ
    タ増幅器。
JP15312184A 1984-07-25 1984-07-25 スイツチトキヤパシタ増幅器 Pending JPS6132609A (ja)

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ID=15555429

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8520404B2 (en) 2009-02-09 2013-08-27 Fujitsu Limited Fixing member for fixing blindfold plate and method of fixing blindfold plate

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