JPS63299406A - スイッチト・キャパシタ・フィルタ - Google Patents

スイッチト・キャパシタ・フィルタ

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JPS63299406A
JPS63299406A JP13171587A JP13171587A JPS63299406A JP S63299406 A JPS63299406 A JP S63299406A JP 13171587 A JP13171587 A JP 13171587A JP 13171587 A JP13171587 A JP 13171587A JP S63299406 A JPS63299406 A JP S63299406A
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JP
Japan
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switched capacitor
capacitor
frequency
input terminal
pass filter
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Application number
JP13171587A
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English (en)
Inventor
Toshio Adachi
敏男 安達
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Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H19/00Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
    • H03H19/004Switched capacitor networks

Landscapes

  • 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】 [産業上の利用分野コ 本発明は、スイッチト・キャパシタ・フィルタに関する
ものであり、更に詳細には、LSI に実装する際に回
路規模を縮小することのてぎるスイッチト・キャパシタ
・フィルタに関するものである。
[従来の技術] スイッチト・キャパシタ・フィルタは、信号周波数より
十分高い周波数でアナログスイッチを開閉してキャパシ
タの充放電を行うことで等価的抵抗を形成するスイッチ
ト・キャパシタ回路を演算増幅器の一方の入力端子に供
給し、同他方の入力端子を共通電位に接続し、その演算
増幅器の一方の入力端子と出力端子との間にキャパシタ
を接続して構成したスイッチト・キャパシタ積分器を基
本単位として、所望の周波数特性を実現するものである
かかるスイッヂト・キャパシタ・フィルタに用いられる
キャパシタの比は、フィルタの遮断周波数Fcとフィル
タの標本化周波数Fsとの比に依存することが知られて
いる。すなわち、Fsが高くなればなる程またはFcか
低くなれはなる程、容量比は大きくなり、その結果、デ
バイス面積が増大したり、演算増幅器の能力を向上させ
る必要がある。
そこで、スイッヂト・キャパシタ・フィルタの設計にお
いては、かかる容量比を低く抑えることが必要である。
しかしながら、高い遮断周波数F、と低い遮断周波数F
、を有するフィルタ系、例えば帯域通過フィルタ、ある
いは特定の周波数の電源雑音の折り返しを避けるために
標本化周波数を高く設定せざるを得ない場合などのよう
に、容量比を低く抑えることかできない場合もある。
従来、このような容量比の増大という問題を解決するた
めの一つの方法として、IEEE Journalof
 5olid 5tate Clrcuits誌198
2年Vol。
SC−17pSC−17pa 〜Y、Kuraishi
氏らの論文に記載の方法かある。
この方法を第5図を用いて説明する。第5図において、
肩は演算増幅器、CI、C2はキャパシタ、51〜S4
は交互に生起するクロック位相φ1またはφ2て動作す
るアナログスイッチである。旧およびR2は抵抗てあり
、これら抵抗旧とR2により分圧型の減衰器を構成する
。V、は入力端子てあり、v2は出力端子である。スイ
ッチ5l−54とキャパシタC1とによりスイッチト・
キャパシタ回路を構成し、そのスイッチト・キャパシタ
回路とキャパシタC2と演算増幅器へ1とによりスイッ
チト・キャパシタ積分器を構成する。
Rsはレイアウト上半しる不所望の寄生抵抗である。こ
こて、容JiG1とC2の容量比は、抵抗R1とR2か
存在しないとしたときのキャパシタc1およびC2の各
容量値CI’ およびC2’ の容量比と次の関係か成
り立つ。
すなわち、抵抗旧とR2の存在によっ゛て入力端子かR
2/(旧+112)倍になったので、入力端子の実質的
な低下を補償するため、キャパシタc1の値CI’ を
(旧+R2)/R2倍たけ大きくしたのである。その結
果として、容量比が1に近つくのである。
[発明か解決しようとする問題点] しかしながら、第5図の回路においては、入力端子端子
v1から共通接地端子に至るまでの経路上にレイアウト
上避けることのできない寄生抵抗Rsか存在し、これに
よって誤差か生ずる。さらにまた、標本化周波数が高く
なると、この寄生抵抗Rsの存在によってキャパシタに
対する充放電の時間が長くなるという問題がある。
そこで、本発明の目的は、スイッチト・キャパシタ・フ
ィルタにおけるキャパシタの容量比を小さくし、かつレ
イアウト上半する寄生抵抗や充放電時定数によるフィル
タの誤差を低減したスイッチト・キャパシタ・フィルり
をt是イ共することにある。
[問題点を解決するための手段] 上述した目的を達成するために、本発明のスイッチト・
キャパシタ・フィルタは、演算増幅器の出力端子と一方
の入力端子とをキャパシタを介して接続し、信号入力端
子に供給される信号を、当該信号の周波数より高い周波
数で開閉されるアナログスイッチにより充放電のなされ
るキャパシタを有するスイッチト・キャパシタ回路を介
して一方の入力端子に供給し、他方の入力端子には予め
定めた電位な供給して構成したスイッチト・キャパシタ
積分器を有するスイッヂト・キャパシタ・フィルタにお
いて、周波数て開閉されるアナログスイッチにより充放
電のなされるキャパシタを有するスイッチト・キャパシ
タ回路および演算増幅器により構成した減衰器を、信号
入力端子とスイッチト・キャパシタ積分器との間に配置
したことを特徴とする。
[作 用コ 上記構成によれば、ある容量比の高いフィルタ部は、ス
イッチト・キャパシタ回路と演算増幅器とで構成した減
衰器により、入力端子は1/a倍(a>11になる。こ
のため、かかる減衰器なしのときと同しフィルタ特性を
実現するためには、フィルタ部の入力容量値をa倍にす
ることになる。オなわち、人力容量と帰還容量との比は
小さくなり、その結果として、容量比は小さくなる。従
って、本発明によれば、高い標本化周波数を用いた場合
であっても、低い遮断周波数のフィルタを容易に構成で
きる。
[実施例] 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
本発明のスイッチ1〜・キャパシタ・フィルタを説明す
るために、そのスイッチト・キャパシタ・フィルタの構
成単位であるスイッチト・キャパシタ積分器の一実施例
を第1図に示す。なお、比較のために従来のスイッヂト
・キャパシタ積分器の例を第2図に示す。
第1図および第2図において、Al1−A13は演算増
幅器、C11−C17はキャパシタ、Sll〜S20゜
S61〜564は交互に切り換わって生起するクロック
位相φ1またはφ2で動作するアナログスイッチである
。Vl+は入力端子、VI3は出力端子である。ここで
、クロック位相φ1.φ2は入力端子Vl+ に供給さ
れる信号の周波数より十分に高い周波数で切り換わるも
のとする。
ここて、アナログスイッチ511〜514 とキャパシ
タに11 、アナログスイッチ517〜520とキャパ
シタC14、およびアナログスイッチ561−564と
キャパシタC15は、それぞれ、スイッヂト・キャパシ
タ回路を構成する。
第1図において、スイッチ511−514 とキャパシ
タCI+ によるスイッチト・キャパシタ回路と、スイ
ッチS15,516およびキャパシタCI2.C13に
よるスイッチト・キャパシタ回路と、演算増幅器All
 とにより一次低域通過フィルタLPFを構成する。
第1図において、スイッチ517〜520とキャパシタ
C14によるスイッチト・キャパシタ回路と演算増幅器
へ12とキャパシタC15とは、第2図に示したスイッ
チ561〜5li4 とキャパシタC16によるスイッ
チト・キャパシタ回路と演算増幅器AI3とキャパシタ
C16とによる従来のスイッチト・キャパシタ積分器と
同様の構成である。
すなわち、本発明による第1図のスイッチト・キャパシ
タ積分器は、演算増幅器All 、キャパシタC11〜
C]3およびアナログスイッチSll〜516からなる
一次低域通過フィルタLPFと第2図に示す従来の積分
器と同様の部分とから構成されている。
第1図において用いられている一次低域通過フィルタL
PFの遮断周波数か必要としている信号周波数帯に比較
して十分高く、かつその通過域利得が1/a (a> 
1)とすると、この−次低域通過フィルタLPFは減衰
器として動作する。従って、−次低域通過フィルタLP
Fの出力電圧V12は次式で与えられる。
V12 =  Vz          (2)なお、
この出力電圧VI2はクロック位相φ1゜φ2のいずれ
においても有効である。
第1図の積分器の特性と第2図の積分器の特性を同しに
するには、キャパシタCI4〜C17は次の関係式を満
足すればよい。
その理由は、(2)式て示ずように、第1図におりるス
イッチ517への入力端子、すなわち−次低域通過フィ
ルタLPFの出力電圧V12は第2図の積分器の入力端
子Vllのa分の1になっているからである。すなわち
、−次低域通過フィルタ1、PFにより構成した減衰器
の存在によって、帰還容量C15と人力容ff(CI 
4 との比はa倍たけ1に近つくことになる。一般に、
標本化周波数F5と遮断周波数Fcとの比Fc/Fsは
帰還容量CI5と人力容量CI4との比cu/cp5の
比に比例するので、Fc< Fsとすると、C14(C
15となる。
木発明のスイッチト・キャパシタ・フィルタを構成する
スイッチト・キャパシタ積分器の他の実施例を第3図に
示す。第3図において、A21.八22は演算増幅器、
C21〜C24はキャパシタ、521〜528はクロッ
ク位相φ1.またはφ2で動作するアナログスイッチで
ある。V21は入力端子、V23は出力端子である。
ここて、第3図の積分器は、演・算増幅器A21と、キ
ャパシタC21、C22およびアナログスイッチ521
−525で構成したスイッチ1〜・キャパシタ回路とか
らなる掛算器の形態の減衰器ATTと、演算増幅器A2
2.キャパシタC23,C24、アナログスイッチ52
6〜529から構成され、第2図に示した積分器と同様
の部分とから構成されている。
この減衰器ATTは、掛算定数かC21/C22てあり
、第1図で説明した減衰器LPFと同し働きをするもの
であり、同様にして容量比C23/C24を低減できる
。ここで、第3図におりる減衰器ATTは、クロック周
期開ては、演算増幅器A21の入出力端子かスイッチ5
2′]により短絡されるので、その出力は共通電位、す
なわち、無出力としているため、次段の人力容量C23
のクロック周期に合わせる必要があるとともに、スルー
レート(Slewrate)の大きな演算増幅器を使用
する必要かある。
第4図に第1図示のスイッチト・キャパシタ積分器を用
いて構成した高域通過フィルタの一実施例を示す。
ここて、八31〜A34は演算増幅器、031〜C42
はキャパシタ、531〜550はクロック位相φ1また
はφ2て動作するアナログスイッチである。
V41 は入力端子、V42は出力端子である。
第4図において、演算増幅器A33.キャパシタC37
〜C39,スイッチ539〜544からなるブロックA
TTIおよび演算増幅器へ34.キャパシタC40〜C
42,スイ・ンヂS45〜S50からなるプロ・ツクへ
TT2はそれぞれ一次低域通過フィルタの構成をなす減
衰器であり、それぞれの利得は容量比C37/C38お
よびC40/C41て決まる。
ここで、第4図の高域通過フィルタにおいて、標本化周
波数100KIIz、遮断周波数100Hzを実現させ
るのに、減衰器ATTIおよびATT2の容量比をそれ
ぞれC37/C38=C40/C41=115とした時
、すなわち減衰器の利得を02とした時、必要とする単
位キャパシタの総数は136 となる。
一方、同じ特性のフィルタを実現するのに減衰器ATT
IおよびATT2を用いない従来の高域通過フィルタを
用いた場合には、必要とする単位キャパシタの総数は5
65となり、第4図の回路の場合の4倍以上となる。こ
れは、キャパシタのサイズのみならす、演算増幅器の負
荷か大きくなることも意味し、従って、演算増幅器のサ
イズと消費電流をも大きくせざるを得す、結果として、
チップサイズの増大と共に消費電流の増加も招くことに
なる。
[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明のスイッチト・キャパ
シタ・フィルタによれは、スイッチト・キャパシタ回路
網を用いた減衰器を組み合わせることにより、チップサ
イズの減少と共に消費・電流の低下を図ることかできる
。さらに、本発明では、用いている減衰器の利得か容量
比のみで決まるため、寄生抵抗や寄生容量など、レイア
ウトの制約で生ずる誤差か生しることはない。
【図面の簡単な説明】
第1図および第3図は木発明に係るスイッチト・キャパ
シタ・フィルタの基本単位を構成するスイッチト・キャ
パシタ積分器の実施例を示す回路図、 第2図および第5図は従来のスイッチト・キャパシタ積
分器の例を示す回路図、 第4図は本発明による高域通過フィルタの一実施例を示
す回路図である。 八1.A11〜AI3.A21 、A22 、八31〜
A34・・・演算増幅器、 CI、C2,C11〜C17,C21〜C24,031
〜G42・・・容量、 51〜54,511 +−529,531〜550,5
61 +−564・・・アナログスイッチ、 LPF・・・−次低域通過フィルタ、 ATT・・・減衰器、 ATTI、ATT2・・・−次低域通過フィルタ。 回 C 5隻

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)演算増幅器の出力端子と一方の入力端子とをキャパ
    シタを介して接続し、信号入力端子に供給される信号を
    、当該信号の周波数より高い周波数で開閉されるアナロ
    グスイッチにより充放電のなされるキャパシタを有する
    スイッチト・キャパシタ回路を介して前記一方の入力端
    子に供給し、前記他方の入力端子には予め定めた電位を
    供給して構成したスイッチト・キャパシタ積分器を有す
    るスイッチト・キャパシタ・フィルタにおいて、 前記周波数で開閉されるアナログスイッチにより充放電
    のなされるキャパシタを有するスイッチト・キャパシタ
    回路および演算増幅器により構成した減衰器を、前記信
    号入力端子と前記スイッチト・キャパシタ積分器との間
    に配置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)前記減衰器は、必要としている周波数帯域に較べて
    十分に高い遮断周波数を有する一次低域通過フィルタで
    あ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。
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