JPS63187808A - フイルタ回路 - 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〕 本発明は、フィルタ回路、特にＩＣ化に適したフィルタ
回路に関するものでるる。換言すると、インダクタを使
用する従来のりアクタンスフィルタ（受動フィルタ）で
はなく、抵抗、コンデンサ、増＠素子を用いて構成され
る能動フィルタに関するものである。

〔従来の技術〕

フィルタを含む回路をＩＣ化する場合、一般的にはアク
ティブフィルタ（能動フィルタ）が用いられ、リアクタ
ンスフィルタの場合のように与えられた高改■伝達関数
を一度に構成するのではなく、２次関数のフィルタ回路
を単位回路として、これを縦続に接続して必要とする全
体の伝達関数を実現するなどの手法が用いられる。

〔発明が解決しようとすれ問題点〕

上記従来技術においては、増幅器とその負荷として接続
したコンデンサとによシ構成された積分器を２ケ用いる
ことによシ２次関数のフィルタ回路が構成でき、該フィ
ルタ回路の共振角周波数ω０は上記二つのコンデンサの
各容量値の積に比例し、共振特性の鋭さを表すＱは各容
量値の比に比例する。

ここでω０を′一定とし、Ｑｔ２）高いフィルタ回路を
得ようとすると、一方のコンデンサの容量値を小さくす
ると同時に他方のコンデンサの容量値を大きくする必要
がある。しかしＩＣ内では回路図上に現われない寄生容
量が存在するため、上記フィルタ回路で使用するコンデ
ンサの容量値は上記寄生容量を無視できる程度の大きさ
が必要となシあまシ小さくできない。さらにコンデンサ
の容量値を大きくすることはＩＣチップ面積を増加させ
るなど、Ｑの高いフィルタ回路を得ようとする場合不都
合が生じる。

本発明の目的はコンデンサの容量値を大きく変えること
なく高いＱが得られるフィルタ回路を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、フィルタ回路において、その入力側（以下
、フィルタ入力側と云う）と出力側（以下、フィルタ出
力側と云う）との間に、正負一対の差動入力端子と一つ
の出力端子を持ち該差動入力端子間に印加された差電圧
を電流に変換して出力端子から出力する増＠回路として
、第１および第２の増幅回路を含み、第１の増幅回路の
出力端子にその一端を接続され、そこからの出力電流を
積分して信号電圧として取り出す第」のコンデンサを備
え、第２の増幅回路の正負一対の差動入力端子の一方に
、前記第１のコンデンサにより取り出された信号電圧を
供給し、該第２の増幅回路の出力端子からの出力電流を
積分して信号電圧として取り出す第２のコンデンサを備
え、該第２のコンデンサにより取り出された信号電圧を
、前記第１の増幅回路の正負一対Ｏ差動入力端子の何れ
か一方および第２の増幅回路の残る他方の入力端子に帰
還すると共に、これをフィルタ出力側に供給し、フィル
タ入力側を前記第１の増幅回路の残る他方の入力端子に
接続して成るフィルタ回路において、 前記第１の増幅回路の正負一対の差動入力端子に入力さ
れる入力信号としての差電圧を、該第１の増幅回路にお
けるのとは、逆極性にて電圧増幅し、これを前記第１の
コンデンサの他端に供給する第３の増幅回路を具備した
ことによシ達成され〔作用〕 上記したフィルタ回路は、前記第１のコンデンサにより
取り出された信号電圧に、前記第１の増幅回路に入力さ
れる差電圧を前記第１の増幅回路と逆極性にて前記第３
の増幅回路によシミ圧増幅された信号を前記第１のコン
デンサを介して加算される。これによシ上記フィルタ回
路のＱは、前記第３の増幅回路の利得をＭ、前記第３の
増幅回路がない場合のＱをＱｏとするとＱ−Ｑｏ／（１
−Ｍ）となシ、第３の増幅回路の利得Ｍによってフィル
タ回路（ＤＱは１／（１−Ｍ）倍となる。すなわち第３
の増幅回路がない場合のフィルタ回路のＱ（＝Ｑｏ）は
前述したように第１および第２のコンデンサの容量比に
比例することから、上記したフィルタ回路はコンデンサ
の容量値を大きく変えることなく高いＱを得ることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によυ貌明する。

第１図は本発明の一実施例としてのフィルタ回路を示す
ブロック図であシ、同図において１は入力端子、２およ
び３は係数回路、４は入力信号としての差電圧を増幅し
出力する増幅回路、５および６は入力信号としての差電
圧を電流に変換し出力する増幅回路、７は出力端子、Ｃ
１およびＣ２はコンデンサである。

入力端子１よシ入力された信号は係数回路２および３に
供給され、係数回路２の出力は増幅回路４および増幅回
路５の一方の入力として供給される。増幅回路４の出力
はコンデンサＣ１を介して増幅回路５の出力に接続され
るとともに、増幅回路６の一方の入力に接続される。さ
らに係数回路３０出力はコンデンサＣ２を介して増幅回
路６の出力および出力端子７に接続されるとともに、増
幅回路４．５および６のもう一方の入力へ接続される。

次に本フイルメ回路の動作について説明する。

第１図に図示するように、入力端子１よシ入力される入
力電圧をＭｉｎ、入力電圧Ｖｌｎの大きさを定める係数
回路２，３の径数をす、ａ、増幅回路４の利得をＭ、増
幅回路５．乙において入力された信号の差電圧を電流に
変換する変換利得、すなわち相互コンダクタンスをｇ１
１＃　ｇｍ２　　とする。

増幅回路５とコンデンサＣ１との接貌点よシ導出され、
増幅回路６の一方の入力として供給される信号電圧をｖ
′、出力端子７よシ取り出される出力電圧をＶ。ｕｔと
する。

入力端子１よシ入力された入力電圧Ｖｉｎは係数回路２
よシ係数すを掛算されて”Ｖｆｎ■大きさとなって出力
される。増幅回路５は係数回路２の出力と出力電圧■。

旧との差電圧を電流に変換して出力し、これをコンデン
サｃ１にょシ積分して電圧として取り出されると同時に
、増幅回路４よシ出力電圧Ｖ。ｕｔと係数回路２の出力
信号との差電圧を増幅した信号がコンデンサＣ１を介し
て加算され、信号電圧Ｖ′を得る。入力信号の角周波数
をωとすると信号電圧Ｖ′は下式で表わされる。

ここで、Ｃ１：コンデンサＣ１の容ｉｔＳニラプラス演
算子 次に出力電圧Ｖ。ｕｔは同様にして下式で表わされる。

上記（１）　（２）式よシ本発明によるフィルタ回路の
伝達関数Ｈ１（ｓ）を求めると下式で表わされる。

とすると、上記（３）式は ・・・・・・（６） となシ、係数ａ、ｂの重み付けによってバイパスフィル
タや移相回路などの２次関数のフィルタ回路が得られる
。

さらに上記（５）式に示されるようにフィルタ回路のＱ
は、コンデンサＣ１ｖ　Ｃ２の容量値および増幅回路５
．乙の相互コンダクタンスｇｍｉ　ｌ　ｇｍ２によシ決
まる数値に対し、増幅回路４の利得Ｍによって１／（１
−Ｍ）倍と高くすることができ、このときフィルタ回路
の共振角周波数ω。には増幅回路４の利得Ｍによる影響
を受けない利点がある。

したがってフィルタ回路を設計する場合、ＩＣ化に適し
た数置の範凹内で必要とする共振角周波数ω。を満足す
るコンタク？　Ｃ１ｙ　Ｃ２および相互コンダクタンス
ｇｍｔｔ　ｇｍ２　の値を選び、フィルタ回路のＱは増
幅回路４の利得Ｍによって必要とする値に設計できる利
点がある。

また、増幅回路５とコンデンサＣ１および増幅回路６と
コンデンサＣ２はそれぞれ積分回路を構成しておシ、Ｉ
Ｃ化する場合第２図に示す回路にて実現できる。

第２図はコンデンサと増幅回路から成る積分回路の具体
例を示す回路図でおる。

第２図において、トランジスタＱ１のエミッタに抵抗Ｒ
１，トランジスタＱ２のエミッタに抵抗Ｒ２が接続され
、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２の他端が定電流源Ａ１にそれぞれ
接続されて、トランジスタＱ１ｒＱ２は差動対を構成し
ている。またトランジスタＱ１のベースは入力端子Ｔ１
に接続され入力信号電圧Ｖｉｎが加えられ、トランジス
タＱ２　Ｏベースはバイアス電圧ＶＢＩが加えられる。

さらにトランジスタＱ２のコレクタ電流は％Ｑ２のコレ
クタにそれぞれエミッタが接続された差動対トランジス
タＱ！　、　Ｑ４により分流される。トランジスタＱｓ
のベースにはバイアス電圧ＶＥ２が加えられ、トランジ
スタＱ４のベースには制御端子Ｔ２に接続され、前記分
流の程度を加減する制御電圧Ｖｃが端子Ｔ２に加えられ
る。

またトランジスタＱ４のコレクタはトランジスタＱ５の
コレクタに接続されるとともに他端が接地された負荷用
コンデンサＣにも接続される。さらに前記コレクタは出
力端子Ｔ５にも接続され、出力電圧Ｖ。ｕｔを生じる。

トランジスタＱ５のベースはトランジスタＱ６のベース
、コレクタに接続され、カレントミラー動作をし、トラ
ンジスタＱ６のコレクタ電流とほぼ等しい電流がトラン
ジスタＱ５のコレクタにほぼ定電流として流れる。

一方トランジスタＱ７　ｐ　Ｑａのそれぞれのエミッタ
は接続されるとともに、定電流源ＡＪに接続されている
。定電流源Ａ２の電流値は前記定電流源Ａ１の電流１．
の１／２の工０／２の値としている。

またトランジスタＱｙ　、　Ｑａのベースはそれぞれ前
記トランジスタＱ３　、　Ｑ４のベースに接続され、同
様の電流の分流作用をしている。したがってトランジス
タＱ４のコレクタ電流とＱｓのコレクタ電ｉ、Ｑ６のコ
レクタ電流、Ｑｓのコレクタ電流ハそれぞれほぼ等しく
しである。

このような構成において、端子Ｔ１の入力電圧をＶｉｎ
、端子Ｔ３の出力電圧をＶＯｕｔ、入力電圧によってト
ランジスタＱ２のコレクタに流れる交流電流をｌ３．ト
ランジスタＱ３　、　Ｑ４による電流ｌ。

■分流比（Ｑ４のコレクタに流れる割＆）をＫ。

トランジスタＱ＋　、　Ｑ２の各エミッタ抵抗をｒｅト
すると が成立し、ｉ、がコンデンサＣに流れることによシ、出
力電圧Ｖ。ｕｔを得る。信号の角周波数をωとすると、 Ｓニラプラス演算子 となシ、（７）　、　（８）式からこの回路の伝達関数
Ｈ２（Ｓ）を求めると、 ・・・・・・（９） とな如、利得かに／　Ｃ・（Ｒ１＋　Ｒ２＋　２　ｒｅ
）で表わされる積分回路であることを示している。また
エミッタ抵抗ｒｅは工きツタ電流ＩＥにより定ｉｈｋ：
ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 ｑ：電子の電荷 で表わされ、常温でエミッタ電流１００／ＩＡにおいて
ｒｅ−２６０Ωである。さらに抵抗Ｒ１ｅ　Ｒ２を等し
くＲｚとし、エミッタ抵抗ｒｅに比べて光分大きくする
と、（９）式はほぼ で表わされる。

またＩＣ化したコンデンサ容量Ｃおよび抵抗ＲΣの昧が
ばらついて、積分利得が変化した場合、制御端子Ｔ２の
制御電圧Ｖｃを制御することによシトランジスタＱ４　
Ｃ）コレクタを流れる信号電流の分流比Ｋを制御し、所
望の積分利得とすることができる。

ここで上記（１１）式に示さｎるに／２ＲＥは第１図で
説明した増幅回路５および６の相互フンダクタンスｇｍ
１およびｇ、、１２に対応するものでおる。

次に第２図において示した積分回路を第１図に示したフ
ィルタ回路に用いて、本発明による各種のフィルタ回路
を構成した例について以下説明する。

第３図に第１図における係数ａ、ｂをそれぞれａ＝１．
ｂ−０とすることにより構成したノ・イパスフィルタを
本発明の一実施例として示す。

第３図において、第１図での増幅回路４に相当する回路
構成素子には４００番代の符号を付し、増幅回路５に相
当する回路構成素子には５００番代の符号を付し、増幅
回路６に相当する回路構成素子には６００番代の符号を
付した。

また、第１図での増幅回路５および乙に相当する回路構
成素子で第２図で示した回路と同じものは２桁代までを
同じ符号とし、その他に第１図および第２図で説明した
のと同一もしくは同一機能のものには同じ符号を付して
その詳細な説明を省略する。

さらに第２図で説明した分流比を制御する制御電圧Ｖｃ
およびバイアス電圧ＶＢ１は第１図で示した増幅回路５
および６に相当する回路とも共通とし、等しい分流比に
としである。

第３図において、第１図における係数回路２の係数ｂ−
０であるのでトランジスタＱｓｏ１０ベースは入力信号
ｖｉｎから切り離れ、代って回路動へ 作に必要なバイア玉電源ＶＢ３が接読され、また係数回
路３０係数ａ＝１であることから入力端子１よ）入力さ
れた入力電圧ＶｉｎはそのままコンデンサＣ２に供給さ
れる。

第１図での増幅回路４は、回路構成の都合上、増幅回路
５と回路の一部を共通化しておシ、トランジスタＱ　５
０１のコレクタは抵抗Ｒ４０１を介して交流的に接地さ
れ、トランジスタＱ５０１　（２）コレクタと抵抗Ｒ４
０１との接続点よ）導出された信号はトランジスタＱ４
（＋１と定電流源Ａ４０１とから成るエミッタフォロワ
を介してコンデンサＣ１に供給される。

トランジスタＱｓ１ａＡ−Ｑｓ１ｓｐ定電流源Ａ　５Ｑ
５およびトランジスタＱ６１０−　Ｑ６１５　、定電流
源Ａ　６ｏｓは直流レベルシフト形のエミッタ７オロワ
を構成してお９、トランジスタＱ９はカレントミテー動
作をより正確にするためのベース電流補償トランジスタ
である。

第３図に示す回路の伝達関数Ｈ３（Ｓ）は第１図。

第２図で説明したと同様にして求めると下式で表わされ
る。

Ｓ！ ・・・・・・（１２） とこで、Ｒ５０１＝　Ｒ５０２””　ＲＥｌ　ｐＲ６０
１−Ｒ６ｏ２＝　ＲＥ２　　　とした０また Ｍ　＝　Ｒ４ｏ＋　／　２ＲＫ１　　　　　　　＝−（
１３）とすると、上記（１２ン式は第１図で示しｆｃ　
Ｃ６）式においてａ＝１．ｂ−０とした時の伝達関数と
同一で１．２次関数のバイパスフィルタとなっている。

なお第３図■実施例においても本発ｑｏ効果は第１図お
よび第２図において示した各実施例と同じであることは
明白である。さらに第６図に示す実施例においては、第
１図での増幅回路４に相当する回路は増幅回路５に相当
する回路と一部共通化したことにより、回路構成素子数
の低減を図る効果がある。

ところで、上記（１６）、（１４）、（１５）式を見る
と、Ｍは抵抗ＲＥ１の関数であり、ω。およびＱもそれ
ぞれ抵抗ＲＥ１の関数であって、Ｍに関してＱとω。

はいずれも完全には独立ではないことが認められる。と
すると、先に第１図に示した実施例の説明において、（
４）式から共振角周波数ω。は利得Ｍによる影響を受け
ない旨、また（５）式からＱは、ω。の値を定めた後、
それとは独立に利得Ｍによって所要の値に設計できる旨
、述べたことと矛盾を生じることＫなるが、これは、既
に述べたように、増幅回路４に相当する回路と増幅回路
５に相当する回路とを一部共通化して回路構成素子数の
低減を図ったからであシ、こうした特別な事情がなけれ
ば、先に第１図に関連して述べた上述の事柄は正しく成
立する。

第３図の実施例においては、上記（１３）、（１４）、
（１５）式から明らかなように１抵抗ＲＥ１　＊　ＲＥ
２　および容ｆｆｉ値ＣＩ＋Ｃ２によってω。を設定し
た後、抵抗Ｒ４０１によって、ω。とけ独立にＱを自由
に設定できることになる。

次に第４図は第１図における係数ａ、ｂをそれぞれａ＝
１．ｂ＝１とすることによ）構成した移相回路を本発明
の他の一実施例として示す。また第４図において、第６
図で説明したものと同一のものには同じ符号を付けてそ
の詳細な説明は省略する。

第４図に示す回路の伝達関数Ｈ４（Ｓ）は前記各実施例
において説明したと同様にして求めると下式％式％ ことで、第３図で示したのと同様に Ｒ５０１”’　Ｒ５０２””　ＲＫＩ Ｒ６０１””　Ｒ２Ｏ３”’　、ＲＥｌとした。また、
Ｍ、ω。、Ｑは第３図で示した前記（１３）　（１４）
　（１５）式と同じとすると、上記（１６）式は第１図
で示した（６）式においてａｘｌ、ｂ−１とした時の伝
達関数と同一でちシ、２次関数の移相回路となっている
。さらに第４図の実施例においても本発明の効果は前記
各実施例と同じであることは明白である。

次に第５図は第１図における係数ａｓｂをそれぞれａ−
０＋ｂ＝１とした場合の本発明によるさらにその他の一
実施例を示す。第５図において第３図で説明したものと
同一のものには同じ符号を付けてその詳細な説明は省略
する。

第５図に示す回路の伝達関数Ｈｓ（Ｓ）は前記各実施例
において説明したと同様にして求めると下式％式％ ここで、第３図で示したのと同様Ｋ Ｒｓｏ１−　Ｒ５０２−Ｒｇ１ Ｒ６ｏ１−Ｒ６ｏ２＝Ｒｘ２ とした。またＭ、ω。、Ｑは第３図で示した前記（１３
）　（１４）　（１５）式と同じとすると、上記（１６
）式は第１図で示した（６）式においてａ−０，ｂ−１
とした時の伝達関数と同一でｓｂ、２次関数のローパス
フィルタとバンドパスフィルタの複合したフィルタ回路
となっている。さらに第５図の実施例においても本発明
の効果は前記各実施例と同じであることは明白である。

また第３図、第４図、第５図に示した各実施例では第２
図で示した積分回路を用いたが、たとえば特開昭５５−
４５２２４号および特開昭５５−４５２６６号の各公報
などに示される回路を用いても同様にし℃、本発明によ
る効果が得られることは明白である。

〔発明の効果〕

本発明によればフィルタ回路のＱは、付加した増幅回路
の利得によって増加させることができるので、コンテン
ツなどの肱を大きく変えることなく高いＱを得ることが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第６図乃
至第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回路図で
ある。 符号の説明 １・・・・・・入力端子、２．３・・・・・・係数回路
、４．５゜６・・・・・・増幅回路、　Ｃ１＊　Ｃ２・
・・・・・コンデンサ、７・・・・・・出力端子。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フィルタ回路において、その入力側（以下、フィル
   タ入力側と云う）と出力側（以下、フィルタ出力側と云
   う）との間に、正負一対の差動入力端子と一つの出力端
   子を持ち該差動入力端子間に印加された差電圧を電流に
   変換して出力端子から出力する増幅回路として、第１お
   よび第２の増幅回路を含み、第１の増幅回路の出力端子
   にその一端を接続され、そこからの出力電流を積分して
   信号電圧として取り出す第１のコンデンサを備え、第２
   の増幅回路の正負一対の差動入力端子の一方に、前記第
   １のコンデンサにより取り出された信号電圧を供給し、
   該第２の増幅回路の出力端子からの出力電流を積分して
   信号電圧として取り出す第２のコンデンサを備え、該第
   ２のコンデンサにより取り出された信号電圧を、前記第
   １の増幅回路の正負一対の差動入力端子の何れか一方お
   よび第２の増幅回路の残る他方の入力端子に帰還すると
   共に、これをフィルタ出力側に供給し、フィルタ入力側
   を前記第１の増幅回路の残る他方の入力端子に接続して
   成るフィルタ回路において、 前記第１の増幅回路の正負一対の差動入力端子に入力さ
   れる入力信号としての差電圧を、該第１の増幅回路にお
   けるのとは、逆極性にて電圧増幅し、これを前記第１の
   コンデンサの他端に供給する第３の増幅回路を具備した
   ことを特徴とするフィルタ回路。