JPS63182907A - スイツチト・キヤパシタ・フイルタ - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、信号処理技術、さらには特定の周波数領域
の信号を抽出する技術に適用して有効な技術に関するも
ので、たとえば、帯域可変型のロー・パス・フィルタに
利用して有効な技術に関するものである。

［従来の技術］ たとえば、ＦＭ受信機などの通信機器には、受信電波の
電界強度に応じた最適な受信状態を得るために、受信さ
れて復調された受信信号の帯域幅を受信電波の電界強度
に応じて可変するようなものがある。このような場合、
その受信信号を取り出す回路には、帯域可変型のロー・
パス・フィルタが必要となる。

ここで、本発明者は、たとえばＦＭ受信機などの通信機
器に使用できる帯域可変型のフィルタについて検討した
。以下は、公知とされた技術ではないが、本発明者によ
って検討された技術であり、その概要は次のとおりであ
る。

すなわち、本発明者らは、第４図に示すようなスイッチ
ト・キャパシタ・フィルタ１のクロック＋φ、−φの周
波数を可変することによって、そめフィルタ１の周波数
帯域幅を可変制御することを検討した。

なお、スイッチトキャパシタ　フィルタについては、日
経マグロウヒル社刊行「日経エレクトロニクス１９８２
年９月１３日号」１４５〜１６３頁（性能を上げるとと
もに、新しい応用を摸索するスイッチＩ・・キャパシタ
技術）などに、その技術が示されている。

第４図に示すスイッチト・キャパシタ・フィルタ１はロ
ー・パス・フィルタをなすものであって、クロック＋φ
、−φによってそれぞれにスイッチング動作されるスイ
ッチング回路ＳＬ、Ｓ２と、これらのスイッチング回路
Ｓｌ、Ｓ２によってそれぞれに充放電制御されるキャパ
シタＣ１、Ｃ２とによって構成される。各スイッチング
回路ＳＬ、Ｓ２はそれぞれ、互いに相補動作する一対の
ＭｏＳトランジスタＭｐｌとＭｎｌ、Ｍｐ２とＭｎ２を
並列に接続したものである。これらのスイッチング回路
Ｓｌ、Ｓ２がキャパシタＣ１、Ｃ２の充放電路に直列あ
るいは並列に接続された状態でスイッチング動作するこ
とにより、そのスイッチング動作周波数すなわちクロッ
ク＋φ、−φの周波数に応じた時定数が等価的に形成さ
れる。この等価的な時定数によって所定の帯域特性すな
わちここではロー・パス・フィルタが構成されている。

Ｓｉｎはそのフィルタ入力を示す。

この場合、上述したスイ・／チト・キャパシタフィルタ
１だけでは、そのフィルタ出力の中にクロック＋φ、−
φの高調波成分が多少台まれている。このフィルタ出力
に含まれる高調波成分は、いわゆるフィードスルーとも
よばれる一種の雑音であって、スイ・ソチト・キャパシ
タ・フィルタには、程度の差はあれ、必ず生じる。

そこで、第４図に示すように、上述したスイッチト・キ
ャパシタ・フィルタ１の後段すなわちフィルタ出力側に
は、上記フィードスルーを低減させるためのポストフィ
ルタ２が挿入される。そして、このポストフィルタ２を
通過した出力がフィルタ出力５ｏｕｔとして利用される
ようになっている。

ポストフィルタ２は、上記フィードスルーの低減だけを
目的とするため、その帯域特性は粗いものでよく、した
がって、第４図に示すものでは、抵抗素子Ｒｔとコンデ
ンサ素子Ｃｔによる積分回路によって簡単に構成されて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した技術には、次のような問題点の
あることが本発明者によってあきらかとされた。

すなわち、上述したスイッチト・キャパシタフィルタ１
の帯域特性をクロック＋φ、−φの周波数によって変化
させようとした場合、とくに、その変化幅を大きくしよ
うとした場合に、次のような問題が生じる。

ここで、第５図（ａ）（ｂ）はそれぞれ、第４図に示し
たスイッチト・キャパシタ・フィルタ１の伝達特性Ａ、
その後段側に挿入されたポストフィルタ２の伝達特性Ｂ
、およびクロック＋φ１−φによってスイッチト・キャ
パシタ・フィルタ１の出力に現れるフィードスルー雑音
Ｎのスペクトル状態を同一の周波数軸上で表わしたもの
である。

先ず、第５図の（ａ）は、クロック＋φ、−φの周波数
を高めることによってスイッチト・キャバシタ・フィル
タ１の高域遮断周波数ｆｃを高く設定した状態を示す。

この状態では、クロック周波数が高くなったのに伴って
、スイ・ソチト・キャパシタ・フィルタ１の出力に含ま
れるフィードスルー雑音Ｎの周波数成分も十分に高くな
っている。したがって、そのフィードスルー雑音Ｎは、
ポストフィルタ２の粗いフィルタ特性でも十分に抑圧さ
せることができる。

次に、同図の（ｂ）は、上記とは反対に、クロック＋φ
、−φの周波数を下げることによってスイッチト・キャ
パシタ・フィルタ１の高域遮断周波数ｆｃを低く設定し
た状態を示す。ところが、このｆｃを低く設定した状態
では、クロック周波数が低くなったのに伴って、スイッ
チト・キャパシタ・フィルタ１の出力に含まれるフィー
ドスルー雑音Ｎの周波数成分も低くなって、その周波数
領域がスイッチト・キャパシタ・フィルタ１の高域遮断
周波数ｆｃに近づいてくる。そうすると、そのフィード
スルー雑音Ｎは、ポストフィルタ２の粗いフィルタ特性
では十分に抑圧されなくなって、比較的高レベルなまま
で出力されてしまうようになる。

スイッチドキャパシタ・フィルタ１の高域遮断周波数ｆ
ｃが低く設定されたときのフィートスルー雑音Ｎを十分
に抑圧するためには、上記ポストフィルタ２の高域遮断
周波数ｆｃ’低くすればよいが、そうすると、今度は、
スイッチト　キャパシタ・フィルタ１の高域遮断周波数
ｆｃを高くしたときの高域伝達特性が損なわれてしまう
、といった背反が生じる。

また、ポストフィルタ２の周波数特性をスイッチト・キ
ャパシタ・フィルタ１のそれに連動させることも検討し
たが、これを行おうとすると、構成が複雑になり、かつ
部品点数が多くなってしまう、といったような別の問題
を生じることがあきらかにされた。

本発明の目的は、スイッチト・キャパシタ・フィルタの
周波数特性をクロックの周波数によって変化させるに際
し、そのスイッチト・キャパシタ・フィルタの出力に含
まれるフィードスルー雑音が一定周波数領域内では常に
一定レベル以下に抑圧されるようにし、これによって、
ポストフィルタの周波数特性を固定したままでも、その
フィードスルー雑音を十分に抑圧できるようにする、と
いう技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

［問題点を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、スイッチト・キャパシタ・フィルタの周波数
特性をクロック周波数によって変化させるに際し、その
クロックの振幅レベルをクロックの周波数に応じて変化
させる、というものである。

［作用コ 上記した手段によれば、たとえばクロックの周波数を低
くしてスイッチト・キャパシタ・フィルタの高域遮断周
波数を下げた場合、これに応じてクロックの振幅レベル
が低減させられることによって、そのクロックの高調波
成分によるフィードスルー雑音が低減させられるように
なる。

一方、クロックの周波数を高くしスイッチＩ・・キャパ
シタ・フィルタの高域遮断周波数を高めた場合には、こ
れに応じてクロックの高調波成分によるフィードスルー
雑音の周波数スペクトルも周波数の高い領域に移行する
ので、たとえば抵抗素子Ｒｔとコンデンサ素子Ｃｔによ
る積分回路からなる周波数特性固定型の簡単なポストフ
ィルタでも、そのフィードスルー雑音を確実に低減させ
ることができる。

このようにして、タロツクによって周波数特性が変化さ
せられるスイッチト・キャパシタ・フィルタのフィード
スルー雑音を、ポストフィルタの周波数特性を固定した
ままでも、十分に抑圧できるようにする、という目的が
達成される。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

なお、各図中、同一符号は同一あるいは相当部分を示す
。

第１図はこの発明による技術が適用されたスイッチト・
キャパシタ・フィルタの一実施例を示す。

先ず、同図に示すスイッチト・キャパシタ・フィルタ１
はロー・パス・フィルタをなすものであって、クロック
＋φ、−φによってそれぞれにスイッチング動作するス
イッチング回路Ｓｌ、Ｓ２と、これらのスイッチング回
路ＳＬ、Ｓ２によってそれぞれに充放電制御されるキャ
パシタＣ１、Ｃ２とによって構成される。各スイッチン
グ回路ＳＬ、Ｓ２はそれぞれ、互いに相補動作する一対
のＭＯＳトランジスタＭｐｌとＭｎｌ、Ｍｒ）２とＭ　
ｎ　２を並列に接続したものである。これらのスイッチ
ング回路Ｓ１．Ｓ２がキャパシタＣ１、Ｃ２の充放電路
に直列あるいは並列に接続された状態でスイッチング動
作することにより、そのスイッチング動作周波数すなわ
ちクロック＋φ、−φの周波数に応じた時定数か等価的
に形成される。この等価的な時定数によって所定の帯域
特性すなわちここではロー・パス・フィルタが構成され
ている。Ｓｉｎはそのフィルタ入力を示す。

また、上記スイッチト・キャパシタ・フィルタ１の後段
側には、抵抗素子Ｒｔとコンデンサ素子Ｃｔによる積分
回路からなる簡単な周波数特性固定型のポストフィルタ
２が挿入されている。上記スイッチト・キャパシタ・フ
ィルタ１の出力は、このポストフィルタ２を通して出力
５ｏｕｔに導出されるようになっている。

ここで、上記スイッチト・キャパシタ・フィルタ１には
、上述した構成に加えて、周波数が任意に可変されるク
ロックφ０の周波数を電圧に変換する周波数−電圧変換
器３と、この周波数−電圧変換器３の出力に応じて上記
クロックφ０のレベル振幅を可変制御する利得可変型増
幅回路４とを備えている。この利得可変型増幅器４によ
ってレベル振幅が制御されたクロックφ０は、Ｒ１＝Ｒ
２によって電圧利得が１に設定された位相反転回路５に
よって正相クロック＋φと逆相クロック−φに位相分割
され、この位相分割された２つのクロック＋φ、−φが
上記スイッチト　キャパシタ・フィルタ１に与えられる
ようになっている。

第２図は上記スイッチト・キャパシタ・フィルタ１に与
えられるクロック＋φ、−φの一部を示す。同図に示す
ように、クロック＋φ、−φの振幅レベルは、上記ＭＯ
ＳトランジスタＭｐｌ、Ｍｎｌ、Ｍｒ２．Ｍｎ２の入力
しきい値Ｖｔを越えるという条件の下で、その振幅レベ
ルが周波数に応じて変化させられている。

以上のようにして、スイッチト・キャパシタ・フィルタ
１の周波数特性をクロック周波数によって変化させるに
際し、そのクロック＋φ、−φの振幅レベルをクロック
周波数に応じて変化させるようになっている。

第３図（ａ＞（ｂ）はそれぞれ、第１図に示したスイッ
チト・キャパシタ・フィルタ１の伝達特性Ａ、その後段
側に挿入されたポストフィルタ２の伝達特性Ｂ、および
クロック＋φ、−φによってスイッチト・キャパシタ・
フィルタ１の出力に現れるフィードスルー雑音Ｎのスペ
クトル状態を同一の周波数軸上で表わしなものである。

先ず、第３図の（ａ）は、クロック＋φ、−φの周波数
を高めることによってスイッチト・キャパシタ・フィル
タ１の高域遮断周波数ｆｃを高く設定した状態を示す。

この状態では、クロック周波数が高くなったのに伴って
、スイッチト・キャパシタ・フィルタ１の出力に含まれ
るフィードスルー雑音Ｎの周波数成分も十分に高くなっ
ている。したがって、そのフィードスルー雑音Ｎは、ポ
ストフィルタ２の粗いフィルタ特性でも十分に抑圧させ
ることができる。

次に、同図の（ｂ）は、上記とは反対に、クロック＋φ
、−φの周波数を下げることによってスイッチト・キャ
パシタ・フィルタ１の高域遮断周波数ｆｃを低く設定し
た状態を示す。この！！断周波数ｆｃを低く設定した状
態では、クロック周波数が低くなったのに伴って、スイ
ッヂト・キャパシタ・フィルタ１の出力に含まれるフィ
ードスルー雑音Ｎの周波数成分も低くなって、その周波
数領域がスイッチト・キャパシタ・フィルタ１の高域遮
断周波数ｆｃに近づいてくる。しかし、クロック周波数
を下げたのに伴ってクロック＋φ。

−φの振幅レベルが低減させられているので、そのクロ
ック＋φ、−φの高調波成分によるフィードスルー雑音
Ｎも低減させられるようになる。これにより、ポストフ
ィルタ２の周波数特性が固定されたままであっても、出
力５ｏｕｔに含まれるフィードスルー雑音Ｎは実用上問
題のない程度まで低減されている。

以上のようにして、クロックによって周波数特性が変化
させられるスイッチト・キャパシタ・フィルタのフィー
ドスルー雑音を、ポストフィルタの周波数特性を固定し
たままでも、十分に抑圧できるようにする、という目・
的が達成されるようになっている。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例にもとづ
き具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。たとえば、上記周波
数−電圧変換器３は、その入力周波数に対する出力電圧
が連続的あるいは段階的に変化するもののいずれであっ
てもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるロー・パス・フィル
タに適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、たとえば、バンド・パス・フィルタな
どにも適用できる。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれは、下記のとおりであ
る。

すなわち、スイッチト・キャパシタ・フィルタの周波数
特性をタロツクの周波数によって変化させるに際し、そ
のスイッチト・キャパシタ・フィルタの出力に含まれる
フィードスルー雑音が一定周波数領域内では常に一定レ
ベル以下に抑圧されるようにし、これによって、ポスト
フィルタの周波数特性を固定したままでも、そのフィー
ドスルー雑音が十分に抑圧できるようになる、という効
果か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による技術が適用されたスイッチト　
キャパシタ・フィルタの一実施例を示す回路図。 第２図は第１図に示したスイッチト　キャパシタ・フィ
ルタにて使用されるクロックの波形状態を例示する図、 第３図（ａ）（ｂ）は第１図に示したスイッチト・キャ
パシタ・フィルタのフィルタ特性とフィードスルー雑音
のスペクトル状態を例示するグラフ、 第４図はこの発明に先立って検討されたスイッチト・キ
ャパシタ・フィルタの構成例を示す回路図、 第５図（ａ）（ｂ）は第４図に示したスイッチト・キャ
パシタ・フィルタのフィルタ特性とフィードスルー雑音
のスペクトル状態を例示するグラフである。 １・・・スイッチト・キャパシタ・フィルタ、２・・・
ポストフィルタ、３・・・周波数−電圧変換器、４・・
・利得可変型増幅回路、５・・・位相反転回路、＋φ、
−φ・・・クロック、Ｍｐｌ、Ｍｎｌ、Ｍｐ２．Ｍｎ２
・　−・スイッチト・キャパシタのスイッチング回路を
構成するＭＯＳトランジスタ、ｖｔｈ・・・ＭＯＳ）−
ランジスタの入力しきい値。 代理人　　　弁理士　　小川　勝男　□”ソ第　　３　
　図 （α） Ｏｆｃ　　　　　　　　　　　　　　・こ　　　伺＝Ｑ
ｇ　−第　　４　　図 第　　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クロックの周波数によって帯域が変化させられるよ
   うに構成されたスイッチト・キャパシタ・フィルタであ
   って、上記クロックのレベル振幅をその周波数に応じて
   可変させるようにしたことを特徴とするスイッチト・キ
   ャパシタ・フィルタ。 ２、上記スイッチト・キャパシタは、互いに相補動作す
   る一対のＭＯＳトランジスタを並列に接続してなるスイ
   ッチング回路と、このスイッチング回路によって充放電
   制御されるキャパシタとによつて構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスイッチト・キ
   ャパシタ・フィルタ。 ３、周波数が任意に可変されるクロックの周波数を電圧
   に変換する周波数−電圧変換器と、この周波数−電圧変
   換器の出力に応じて上記クロックのレベル振幅を可変制
   御する利得可変型増幅回路とを備え、この利得可変型増
   幅器によってレベル振幅が制御されたクロックによって
   上記スイッチト・キャパシタをスイッチング動作させる
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のスイッチト・キャパシタ・フィルタ。 ４、上記スイッチト・キャパシタ・フィルタの後段に、
   抵抗素子とコンデンサ素子からなる帯域固定型のポスト
   フィルタが挿入されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第３項までのいずれかに記載のスイッチ
   ト・キャパシタ・フィルタ。