KR100200771B1 - Low pass filter - Google Patents

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Abstract

연산 증폭기의 주파수 대역 특성을 이용한 저역 필터가 개시되어 있다. 저역 필터는 제1 전원 단자, 제2 전원 단자, 차동 증폭부, 버퍼 회로, 제1 전류원, 및 커패시터를 구비한다. 차동 증폭부는 출력 단자를 구비하고 제1 전원 단자와 제2 전원 단자 사이에 위치한다. 버퍼 회로는 제1 전원 단자와 제2 전원 단자 사이에 위치하고, 차동 증폭부의 제1 출력 단자에 입력 단자가 접속되어 있고, 입력 단자에 입력되는 신호를 증폭하여 출력 단자로 출력한다. 커패시터는 수 피코 패럿 단위 이하의 커패시턴스를 가지며, 버퍼 회로의 입력단자와 출력 단자 사이에 접속되어 있다. 제1 전류원은 차동 증폭부에 일정한 바이어스 전류를 공급하기 위한 것이다. 본 발명에 의하면, 온 칩 제조가 가능한 수 피코 패럿 단위 이하의 커패시턴스를 가지는 커패시터를 사용하면서, 원하는 차단 주파수를 가지는, 특히 위상 고정 루프 회로에 적합한 차단 주파수를 가지는 저역 필터를 제공하는 효과를 가진다.A low pass filter using frequency band characteristics of an operational amplifier is disclosed. The low pass filter includes a first power supply terminal, a second power supply terminal, a differential amplifier, a buffer circuit, a first current source, and a capacitor. The differential amplifier has an output terminal and is located between the first power supply terminal and the second power supply terminal. The buffer circuit is located between the first power supply terminal and the second power supply terminal, and an input terminal is connected to the first output terminal of the differential amplifier, and amplifies a signal input to the input terminal and outputs it to the output terminal. The capacitor has a capacitance of several picofarads or less and is connected between the input terminal and the output terminal of the buffer circuit. The first current source is for supplying a constant bias current to the differential amplifier. According to the present invention, it is effective to provide a low pass filter having a desired cutoff frequency, particularly a cutoff frequency suitable for a phase locked loop circuit, while using a capacitor having a capacitance of several picofarads or less capable of on-chip manufacturing.

Description

저역 필터Low pass filter

본 발명은 저역(Low Pass) 필터(Filter)에 관한 것으로서, 특히 연산 증폭기(Operational Amplifier)의 구조 및 주파수 대역 특성을 이용한 저역 필터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low pass filter, and more particularly, to a low pass filter using the structure and frequency band characteristics of an operational amplifier.

저역 필터는 일반적으로 저항 소자와 커패시턴스(Capacitance) 소자를 사용하여 구성한다. 또한 연산 증폭기를 이용하여 큐(Q) 포인트가 높은 구조의 필터들이 구성된다.Low-pass filters are typically constructed using resistive and capacitance elements. In addition, filters having a high Q point structure are formed by using an operational amplifier.

도 1은 종래의 저역 필터에 있어서, 연산 증폭기를 이용한 저역 필터의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a low pass filter using an operational amplifier in a conventional low pass filter.

도 1을 참조하면, 종래의 연산 증폭기를 이용한 저역 필터는 저항 소자들(10,20), 커패시터들(40,50), 및 넌인버팅(Noninverting) 증폭기(80)를 구비한다.Referring to FIG. 1, a low pass filter using a conventional operational amplifier includes resistance elements 10 and 20, capacitors 40 and 50, and a non-inverting amplifier 80.

도 1의 저역 필터에 있어서, 넌인버팅(Noninverting) 증폭기(80)는 단순히 증폭기로서 사용되고 있으며, 저역 필터의 특성을 나타내는 컷오프(Cutoff) 주파수는 아래의 식에 나타나 있는 바와 같이 저항 소자들(10,20), 및 커패시터들(40,60)에 의해서 결정이 된다,In the low pass filter of Fig. 1, a non-inverting amplifier 80 is simply used as an amplifier, and the cutoff frequency, which is characteristic of the low pass filter, is represented by the following equations. 20), and capacitors 40, 60,

[수학식 1][Equation 1]

여기서, R1, R2, C1, 및 C2는 각각 저항 소자(10), 저항 소자(20), 커패시터(40), 및 커패시터(60)의 값을 나타낸다. 만약에 저항 소자(10)와 저항 소자(2)가 동일한 저항 값, R을 가지고 커패시터(40)와 커패시터(60)가 동일한 커패시턴스, C를 가지는 경우에는 컷오프(Cutoff) 주파수는 아래의 식과 같이 나타내어진다.Here, R1, R2, C1, and C2 represent the values of the resistor element 10, the resistor element 20, the capacitor 40, and the capacitor 60, respectively. If the resistance element 10 and the resistance element 2 have the same resistance value, R, and the capacitor 40 and the capacitor 60 have the same capacitance, C, the cutoff frequency is expressed by the following equation. Lose.

[수학식 2][Equation 2]

이와 같이, 종래의 저역 필터의 컷오프 주파수는 저역 필터를 구성하고 있는 저항 소자들과 커패시턴스 소자들의 값에 의해서 결정이 된다. 예를 들어 컷오프 주파수가 수 백 헤르츠(Hz)의 낮은 값을 가지도록 하기 위해서는 저항 소자들과 커패시턴스 소자들의 값이 상당히 커야한다.As such, the cutoff frequency of the conventional low pass filter is determined by the values of the resistance elements and the capacitance elements constituting the low pass filter. For example, in order for the cutoff frequency to have a low value of several hundred hertz (Hz), the values of the resistive elements and the capacitance elements must be quite large.

반도체 장치에 종래의 저역 필터를 사용하면, 높은 저항 값을 가지도록 저항 소자들을 구성하기 위해 온 칩(On Chip) 공정 상에서 저항소자가 차지하는 레이 아웃의 면적이 증가하게 된다. 또한 높은 커패시턴스를 가지는 커패시턴스 소자들을 구성하기 위해서는, 온 칩 공정 상에서 제조될 수 있는 커패시턴스 소자 값에 한계가 있기 때문에 필연적으로 외부 단자를 이용하여 칩 외부에서 커패시턴스 소자를 장착할 수밖에 없게 된다.When a conventional low pass filter is used in a semiconductor device, an area of a layout occupied by a resistor in an on chip process is increased in order to configure resistors to have a high resistance value. In addition, in order to configure a capacitance device having a high capacitance, since a capacitance device value that can be manufactured in an on-chip process is limited, it is inevitably required to mount the capacitance device outside the chip by using an external terminal.

특히, 위상 고정 루프 회로(PLL: Phase Lock Loop)에 있어서, 위상 비교기(Phase Comparator)에서 얻어지는 펄스(Pulse) 전류를 전압 제어 오실레이터(VCO: Voltage Controlled Oscillator)의 입력 단자에 입력하기 위해서는 온 칩 상에서 제조되는 저역 필터가 필수적이다.In particular, in a phase locked loop (PLL), in order to input a pulse current obtained from a phase comparator to an input terminal of a voltage controlled oscillator (VCO), an on-chip is used. The low pass filter produced is essential.

따라서, 본 발명의 목적은 낮은 컷오프 주파수를 가지는 저역 필터를 구성하는 데 있어서, 연산 증폭기의 구조 및 주파수 대역 특성을 이용하므로써, 온 칩 상에서 제조가 가능한 값을 가지는 즉 피코 패럿 이하의 값을 가지는 커패시턴스 소자를 가지고도, 낮은 컷오프 주파수 특성을 가지는 저역 필터를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to construct a low pass filter having a low cutoff frequency, by using the structure and frequency band characteristics of the operational amplifier, the capacitance having a value that can be manufactured on the on-chip, that is below the picofarad There is provided a low pass filter having a low cutoff frequency characteristic even with an element.

도 1은 종래의 저역 필터의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional low pass filter.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저역 필터의 블록도이다.2 is a block diagram of a low pass filter according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저역 필터의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a low pass filter according to a first embodiment of the present invention.

도 4a는 도 3의 등가 회로도이다.4A is an equivalent circuit diagram of FIG. 3.

도 4b는 도 4a를 더욱 간략히 도시한 회로도이다.FIG. 4B is a circuit diagram more briefly illustrating FIG. 4A.

도면의 주요 부호에 대한 설명Description of the main symbols in the drawings

VDD, VSS: 전원 단자들, Vin1, Vin2: 입력 단자들,VDD, VSS: power terminals, Vin1, Vin2: input terminals,

Vo1, Vout: 출력 단자들, Rs: 차동 증폭부의 출력 임피던스,Vo1, Vout: output terminals, Rs: output impedance of the differential amplifier,

Cgd: 게이트-드레인 커패시턴스, Cgs: 게이트- 소오스 커패시턴스,Cgd: gate-drain capacitance, Cgs: gate-source capacitance,

gm: 트랜스 컨덕턴스, Cdb: 드레인-기판 커패시턴스,gm: transconductance, Cdb: drain-to-board capacitance,

gd: 드레인 컨덕턴스, ro: 등가 임피던스.gd: drain conductance, ro: equivalent impedance.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 저역 필터는 제1 전원 단자, 제2 전원 단자, 차동 증폭부, 버퍼 회로, 및 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the low pass filter according to the present invention is characterized by including a first power supply terminal, a second power supply terminal, a differential amplifier, a buffer circuit, and a capacitor.

차동 증폭부는 출력 단자를 구비하고 제1 전원 단자와 제2 전원 단자 사이에 위치한다.The differential amplifier has an output terminal and is located between the first power supply terminal and the second power supply terminal.

버퍼 회로는 제1 전원 단자와 제2 전원 단자 사이에 위치하고, 차동 증폭부의 제1 출력 단자에 입력 단자가 접속되어 있고, 입력 단자에 입력되는 신호를 증폭하여 출력 단자로 출력한다.The buffer circuit is located between the first power supply terminal and the second power supply terminal, and an input terminal is connected to the first output terminal of the differential amplifier, and amplifies a signal input to the input terminal and outputs it to the output terminal.

커패시터는 버퍼 회로의 입력단자와 출력 단자 사이에 접속되어 있다.The capacitor is connected between the input terminal and the output terminal of the buffer circuit.

이어서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세히 설명하기로 한다.Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저역 필터의 블록도이고 도 3은 그 상세한 회로도이다.2 is a block diagram of a low pass filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a detailed circuit diagram thereof.

도 2와 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저역 필터는 전류 공급 회로들(100,200), 차동증폭부(300), 버퍼 회로(400), 및 커패시터(500)를 구비한다.2 and 3, a low pass filter according to an embodiment of the present invention includes current supply circuits 100 and 200, a differential amplifier 300, a buffer circuit 400, and a capacitor 500.

전류 공급 회로(100)는 차동 증폭부(300)에 일정한 전류를 공급하기 위한 회로이다.The current supply circuit 100 is a circuit for supplying a constant current to the differential amplifier 300.

전류 공급 회로(100)는 PMOS 트랜지스터들(110,120,130)과 NMOS 트랜지스터(140)로서 구성되어 있다.Current supply circuit 100 is configured as PMOS transistors 110, 120, 130 and NMOS transistor 140.

PMOS 트랜지스터(110)는 소오스가 전원 단자(VDD)에 접속되어 있고, 드레인과 게이트가 PMOS 트랜지스터(120)의 소오스에 접속되어 있다.The PMOS transistor 110 has a source connected to the power supply terminal VDD, and a drain and a gate connected to the source of the PMOS transistor 120.

PMOS 트랜지스터(120)는 소오스가 PMOS 트랜지스터(110)의 드레인과 게이트 에 접속되어 있고, 드레인과 게이트가 NMOS 트랜지스터(130)의 드레인에 접속되어 있다.The PMOS transistor 120 has its source connected to the drain and gate of the PMOS transistor 110, and the drain and gate are connected to the drain of the NMOS transistor 130.

PMOS 트랜지스터(130)는 소오스가 전원 단자(VDD)에 접속되어 있고, 게이트가 PMOS 트랜지스터(110)의 게이트에 접속되어 있으며, 드레인이 차동 증폭부(300)에 일정한 바이어스 전류를 공급하기 위하여 출력 단자(101)에 접속되어 있다.The PMOS transistor 130 has a source connected to a power supply terminal VDD, a gate connected to a gate of the PMOS transistor 110, and a drain thereof to supply a constant bias current to the differential amplifier 300. It is connected to (101).

NMOS 트랜지스터(130)는 드레인이 PMOS 트랜지스터(120)의 드레인과 게이트 에 접속되어 있고, 소오스가 전원 단자(VSS)에 접속되어 있으며, 게이트가 전원 단자(VDD)에 접속되어 있다.The NMOS transistor 130 has a drain connected to the drain and the gate of the PMOS transistor 120, a source connected to the power supply terminal VSS, and a gate connected to the power supply terminal VDD.

PMOS 트랜지스터들(110,120)과 NMOS 트랜지스터(140)는 모두 포화 영역에서 동작하고 동일한 드레인 전류를 가진다. 따라서, PMOS 트랜지스터들(110,120)과 NMOS 트랜지스터(140) 각 드레인의 전압 레벨은 각 소자들의 특성, 즉 소자들의 폭(Width) 과 길이(Length)에 따라서 정해진다. 그러므로, PMOS 트랜지스터들(110)의 드레인을 통하여 게이팅 되는 PMOS 트랜지스터(130)의 드레인 전류가 PMOS 트랜지스터들(110,120)과 NMOS 트랜지스터(140) 각각의 폭(Width) 과 길이(Length)에 따라서 정해진다. 여기서, PMOS 트랜지스터(130)의 드레인 전류는 차동 증폭부(300)에 일정한 바이어스 전류를 공급한다.PMOS transistors 110 and 120 and NMOS transistor 140 both operate in the saturation region and have the same drain current. Therefore, the voltage level of each drain of the PMOS transistors 110 and 120 and the NMOS transistor 140 is determined according to the characteristics of each device, that is, the width and length of the devices. Therefore, the drain current of the PMOS transistor 130 gated through the drains of the PMOS transistors 110 is determined according to the width and length of each of the PMOS transistors 110 and 120 and the NMOS transistor 140. . Here, the drain current of the PMOS transistor 130 supplies a constant bias current to the differential amplifier 300.

차동 증폭부(300)는 제1 입력 단자(Vin1), 제2 입력 단자(Vin2), 제1 출력 단자(Vo1), 및 제2 출력 단자(Vo2)를 구비하고, 두 개의 동일한 구조를 가지는 차동 증폭부들(320,340)로서 구성되어 있다.The differential amplifier 300 includes a first input terminal Vin1, a second input terminal Vin2, a first output terminal Vo1, and a second output terminal Vo2 and have two identical structures. It is configured as amplifiers 320 and 340.

차동 증폭부(320)는 PMOS 트랜지스터들(322,324), 및 전류 미러(Current Mirror)(326)로서 구성되어 있다.The differential amplifier 320 is configured as PMOS transistors 322 and 324 and a current mirror 326.

PMOS 트랜지스터들(322,324)은 소오스가 서로 결합되어 있고, 전류 공급 회로(100)의 제3 PMOS 트랜지스터(130)의 드레인에 접속되어 있어 일정한 바이어스 전류를 공급받는다. 그리고, PMOS 트랜지스터들(322,324)의 게이트들이 제1 입력 단자(Vin1)와 제2 입력 단자(Vin2) 각각에 접속되어 있다.The PMOS transistors 322 and 324 are coupled to each other and connected to the drain of the third PMOS transistor 130 of the current supply circuit 100 to receive a constant bias current. The gates of the PMOS transistors 322 and 324 are connected to each of the first input terminal Vin1 and the second input terminal Vin2.

전류 미러(Current Mirror)(326)는 다단(Cascade) 구조를 이루고 있으며 PMOS 트랜지스터들(322,324)의 하단(드레인)에 접속되어 있다.The current mirror 326 has a cascade structure and is connected to the lower ends (drains) of the PMOS transistors 322 and 324.

차동 증폭부(340)는 제1 입력 단자(Vin1), 제2 입력 단자(Vin2), 제1 출력 단자(Vo1), 제2 출력 단자(Vo2), PMOS 트랜지스터들(342,344), 및 전류 미러(346)로서 구성되어 있다.The differential amplifier 340 may include a first input terminal Vin1, a second input terminal Vin2, a first output terminal Vo1, a second output terminal Vo2, PMOS transistors 342 and 344, and a current mirror ( 346).

PMOS 트랜지스터들(342,344)은 소오스가 서로 결합되어 있고, 전류 공급 회로(100)의 제3 PMOS 트랜지스터(130)의 드레인에 접속되어 있어 일정한 바이어스 전류를 공급받는다. 그리고, PMOS 트랜지스터들(342,344)의 게이트들이 제1 입력 단자(Vin1)와 제2 입력 단자(Vin2) 각각에 접속되어 있다.The PMOS transistors 342 and 344 are coupled to each other and connected to the drain of the third PMOS transistor 130 of the current supply circuit 100 to receive a constant bias current. The gates of the PMOS transistors 342 and 344 are connected to each of the first input terminal Vin1 and the second input terminal Vin2.

전류 미러(Current Mirror)(346)는 다단(Cascade) 구조를 이루고 있으며 PMOS 트랜지스터들(342,344)의 하단(드레인)에 접속되어 있다.The current mirror 346 has a cascade structure and is connected to lower ends (drains) of the PMOS transistors 342 and 344.

차동 증폭부(300)는 제1 출력 단자(Vo1)가 차동 증폭부(320)의 PMOS 트랜지스터(322)의 드레인에 접속되어 있고 제2 출력 단자(Vo2)가 차동 증폭부(340)의 PMOS 트랜지스터(344)의 드레인에 접속되어 있다.In the differential amplifier 300, the first output terminal Vo1 is connected to the drain of the PMOS transistor 322 of the differential amplifier 320, and the second output terminal Vo2 is connected to the PMOS transistor of the differential amplifier 340. 344 is connected to the drain.

전류 공급 회로(200)는 버퍼 회로(400)에 일정한 바이어스 전류를 공급하기 위한 회로이다.The current supply circuit 200 is a circuit for supplying a constant bias current to the buffer circuit 400.

전류 공급 회로(200)는 PMOS 트랜지스터(210), NMOS 트랜지스터(220), 및 커패시터(230)로서 구성되어 있다.The current supply circuit 200 is configured as a PMOS transistor 210, an NMOS transistor 220, and a capacitor 230.

PMOS 트랜지스터(210)는 소오스가 전원 단자(VDD)에 접속되어 있고, 게이트와 드레인이 서로 접속되어 출력 단자(202)에 접속되어 있다.The PMOS transistor 210 has a source connected to a power supply terminal VDD, a gate and a drain connected to each other, and an output terminal 202.

NMOS 트랜지스터(220)는 드레인이 PMOS 트랜지스터(210)의 게이트에 접속되어 있고, 드레인이 전원 단자(VSS)에 접속되어 있으며, 게이트가 입력 단자(201)에 접속되어 차동 증폭부(300)의 제1 출력 단자(Vo1)로부터 출력되는 신호를 입력한다.The NMOS transistor 220 has a drain connected to the gate of the PMOS transistor 210, a drain connected to the power supply terminal VSS, and a gate connected to the input terminal 201 so that the NMOS transistor 220 may be formed of the differential amplifier 300. 1 Input the signal output from the output terminal Vo1.

커패시터(230)는 PMOS 트랜지스터(210)의 드레인과 NMOS 트랜지스터(220)의 게이트 사이에 접속되어 있다.The capacitor 230 is connected between the drain of the PMOS transistor 210 and the gate of the NMOS transistor 220.

전류 공급 회로(200)는 입력 단자(201)가 차동 증폭부(300)의 신호를 입력하여, 전류 공급 회로(200)의 출력 임피던스(Impedance)값과 커패시터(230)의 값에 의하여 결정이 되는 컷오프 주파수 범위 내에서, PMOS 트랜지스터(210)와 NMOS 트랜지스터(220)의 소자 특성에 따라 정해지는 드레인 전류를 출력 단자(202)로 출력한다.In the current supply circuit 200, the input terminal 201 receives a signal from the differential amplifier 300 to determine the output impedance of the current supply circuit 200 and the value of the capacitor 230. Within the cutoff frequency range, a drain current determined according to device characteristics of the PMOS transistor 210 and the NMOS transistor 220 is output to the output terminal 202.

버퍼 회로(400)는 PMOS 트랜지스터(402)와 NMOS 트랜지스터(404), 및 커패시터(406)로서 구성되어 있다.The buffer circuit 400 is configured as a PMOS transistor 402, an NMOS transistor 404, and a capacitor 406.

PMOS 트랜지스터(402)는 소오스가 전원 단자(VDDA)에 접속되어 있고 드레인이 출력 단자(Vout)에 접속되어 있으며, 게이트는 전류 공급 회로(200)의 출력 단자(202)로부터 출력되는 신호를 입력한다.The PMOS transistor 402 has a source connected to a power supply terminal VDDA, a drain connected to an output terminal Vout, and a gate inputs a signal output from the output terminal 202 of the current supply circuit 200. .

NMOS 트랜지스터(404)는 드레인이 출력 단자(Vout)에 접속되어 있고, 게이트는 차동 증폭부(300)의 제2 출력 단자(Vo2)에 접속되어 있다.The NMOS transistor 404 has a drain connected to the output terminal Vout and a gate connected to the second output terminal Vo2 of the differential amplifier 300.

커패시터(500)는 PMOS 트랜지스터(402)의 드레인과 NMOS 트랜지스터(404)의 게이트 사이에 접속되어 있다.The capacitor 500 is connected between the drain of the PMOS transistor 402 and the gate of the NMOS transistor 404.

전류 공급 회로들(100,200)로부터 각각 차동 증폭부(300)와 버퍼 회로(400)에 공급되는 일정한 바이어스 전류들은 전류 공급 회로들(100,200)을 구성하는 소자들의 특성들에 의해서 정해진다. 따라서, 도 3의 본 발명의 실시예에 따른 저역 필터의 주파수 특성은 차동 증폭부(300), 버퍼 회로(400), 및 커패시터(500)에 의해서 결정이 된다.The constant bias currents supplied from the current supply circuits 100 and 200 to the differential amplifier 300 and the buffer circuit 400, respectively, are determined by the characteristics of the elements configuring the current supply circuits 100 and 200. Therefore, the frequency characteristic of the low pass filter according to the exemplary embodiment of FIG. 3 is determined by the differential amplifier 300, the buffer circuit 400, and the capacitor 500.

도 4a는 도 3의 주파수 특성을 설명하기 위하여 간략하게 도시된 도 3의 등가 회로(Small Signal Equivalent Circuit)이다. 여기서, Rs는 차동 증폭부(300)의 출력 임피던스(Impedance)를 나타낸다. Cgs, Cgd, Cdb, gd, 및 gm는 버퍼 회로(400)의 NMOS 트랜지스터(404)의 게이트-소오스 커패시턴스, 게이트-드레인 커패시턴스, 드레인-기판(Substrate) 커패시턴스, 드레인 증분 컨덕턴스(Incremental Conductance), 및 트랜스 컨덕턴스(Transconductance)를 각각 나타낸다. 그리고 ro는 일종의 전류원으로서 동작하는 버퍼 회로(400)의 PMOS 트랜지스터(402)의 등가 임피던스이고 CL은 커패시터(500)의 커패시턴스이다. 도 4b는 도 4a의 회로를 더욱 간략히 도시한 회로이다. 여기서 Ci은 밀러 효과(Miller Effect)에 의해서 주어진 입력 등가 커패시턴스이며, GL는 NMOS 트랜지스터(404)의 드레인 증분 컨덕턴스와 PMOS 트랜지스터(402)의 등가 임피던스(ro)에 해당되는 등가 컨덕턴스이다. 입력 등가 커패시턴스(Ci)와 등가 컨덕턴스(GL)는 아래의 식과 같이 주어진다.FIG. 4A is a small signal equivalent circuit of FIG. 3 briefly illustrated to explain the frequency characteristic of FIG. 3. Here, Rs represents the output impedance of the differential amplifier 300. Cgs, Cgd, Cdb, gd, and gm are the gate-source capacitance, gate-drain capacitance, drain-substrate capacitance, drain incremental conductance, and Transconductance is shown respectively. And ro is the equivalent impedance of the PMOS transistor 402 of the buffer circuit 400 operating as a kind of current source and CL is the capacitance of the capacitor 500. 4B is a circuit more briefly illustrating the circuit of FIG. 4A. Where Ci is the input equivalent capacitance given by the Miller Effect, and GL is the equivalent conductance corresponding to the drain incremental conductance of the NMOS transistor 404 and the equivalent impedance ro of the PMOS transistor 402. The input equivalent capacitance Ci and the equivalent conductance GL are given by the following equation.

[수학식 3][Equation 3]

[수학식 4][Equation 4]

도 4를 참조하면, 도 3의 주파수 응답 특성은 아래의 전달 함수로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4, the frequency response characteristic of FIG. 3 may be represented by a transfer function below.

[수학식 5][Equation 5]

위의 식으로 알 수 있는 바와 같이, 도 3의 전달 함수에 있어서, 음의 값을 가지는 두 개의 폴들(Poles), s1, s2가 존재하며, 각각 아래에 주어진 식으로 나타내어진다.As can be seen from the above equation, in the transfer function of FIG. 3, there are two poles, s1 and s2, each having a negative value, each represented by the equation given below.

[수학식 6][Equation 6]

[수학식 7][Equation 7]

일반적으로, s2는 s1보다 훨씬 큰 값을 가지고, 따라서 주파수 특성은 도미너트(Dominant) 폴인 s1에 의해서 주어진다. 그러므로 s1의 값을 조정하므로써 원하는 주파수 특성을 얻을 수가 있게 된다. 다시 말하면, s1의 값을 조정하므로써 원하는 차단 주파수를 가지는 저역 필터의 구성이 이루어 질 수 있게 된다. s1의 값은 위의 주어진 식에서 알 수 있는 바와 같이, 차동 증폭부(300)의 출력 임피던스(Rs)와 입력 커패시턴스(Ci)의 값에 의해서 정해지므로 결과적으로 차동 증폭부(300)의 출력 임피던스(Rs)와 입력 커패시턴스(Ci)의 값을 조절하므로써 원하는 차단 주파수를 가지는 저역 필터를 구성할 수 있다. 입력 커패시턴스(Ci)는 위의 주어진 식에서 알 수 있는 바와 같이 커패시터(500)의 커패시턴스(CL)에 비례한다. 그리고 차동 증폭부(300)의 출력 임피던스(Rs)는 차동 증폭부(300) 일정한 바이어스 전류를 공급하는 전류 공급 회로(100)에 의해서 차동 증폭부(300)에 작용하는 등가 임피던스에 비례한다. 따라서, 커패시터(500)의 커패시턴스(CL)를 온 칩 제조가 가능한 수 피코 패럿 단위 이하로 유지하면서, 차동 증폭부(300)의 출력 임피던스(Rs)를 증가시켜 원하는 차단 주파수를 가지는 저역 필터를 구성할 수 있다.In general, s2 has a much larger value than s1, so the frequency characteristic is given by dominant pole s1. Therefore, the desired frequency characteristic can be obtained by adjusting the value of s1. In other words, by adjusting the value of s1, a low pass filter having a desired cutoff frequency can be configured. The value of s1 is determined by the values of the output impedance (Rs) and the input capacitance (Ci) of the differential amplifier 300, as can be seen in the equation given above, as a result, the output impedance of the differential amplifier 300 ( By adjusting the values of Rs) and input capacitance Ci, a lowpass filter with the desired cutoff frequency can be constructed. The input capacitance Ci is proportional to the capacitance CL of the capacitor 500 as can be seen in the equation given above. The output impedance Rs of the differential amplifier 300 is proportional to the equivalent impedance acting on the differential amplifier 300 by the current supply circuit 100 supplying a constant bias current of the differential amplifier 300. Therefore, while maintaining the capacitance CL of the capacitor 500 at several pico-farads or less, which enables on-chip manufacturing, the low impedance filter having a desired cutoff frequency is formed by increasing the output impedance Rs of the differential amplifier 300. can do.

이와 같이, 연산 증폭기의 구조와 그 주파수 대역 특성을 이용하여, 온 칩 제조가 가능한 수 피코 패럿 단위 이하의 커패시턴스를 가지는 커패시터를 사용하면서, 원하는 차단 주파수를 가지는, 특히 위상 고정 루프 회로에 적합한 차단 주파수를 가지는 저역 필터를 구성할 수 있다.Thus, using the structure of the operational amplifier and its frequency band characteristics, a cutoff frequency having a desired cutoff frequency, particularly suitable for a phase locked loop circuit, while using a capacitor having a capacitance of several picofarads or less capable of on-chip manufacturing, It is possible to configure a low pass filter having a.

본 발명은 온 칩 제조가 가능한 수 피코 패럿 단위 이하의 커패시턴스를 가지는 커패시터를 사용하면서, 원하는 차단 주파수를 가지는, 특히 위상 고정 루프 회로에 적합한 차단 주파수를 가지는 저역 필터를 제공하는 효과를 가진다.The present invention has the effect of providing a low pass filter having a desired cutoff frequency, in particular a cutoff frequency suitable for a phase locked loop circuit, while using a capacitor having a capacitance of several picofarads or less capable of on-chip fabrication.

Claims (8)

제1 전원 단자;A first power supply terminal; 제2 전원 단자;A second power supply terminal; 출력 단자를 구비하고 상기 제1 전원 단자와 상기 제2 전원 단자 사이에 위치하는 차동 증폭부;A differential amplifier having an output terminal and positioned between the first power terminal and the second power terminal; 상기 제1 전원 단자와 상기 제2 전원 단자 사이에 위치하고, 상기 차동 증폭부의 출력 단자에 입력 단자가 접속되어 있어 입력되는 신호를 증폭하여 출력 단자로 출력하는 버퍼 회로;A buffer circuit disposed between the first power supply terminal and the second power supply terminal, and having an input terminal connected to an output terminal of the differential amplifier, amplifying an input signal and outputting the amplified signal to an output terminal; 상기 버퍼 회로의 입력단자와 출력 단자 사이에 접속되어 있는 피코 패럿 이하의 커패시턴스를 가지는 커패시터; 및A capacitor having a capacitance equal to or less than picofarad connected between an input terminal and an output terminal of the buffer circuit; And 요구되는 출력 임피던스에 적합한 정도의 일정한 전류를 발생하여 이를 상기 차동 증폭부로 공급하는 제1 전류원을 구비하는 것으로,Having a first current source for generating a constant current of a degree suitable for the required output impedance and supplying it to the differential amplifier, 요구되는 차단 주파수는 상기 차동증폭부의 출력 임피던스와 상기 커패시터의 커패시턴스에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 저역 필터.The required cutoff frequency is determined by the output impedance of the differential amplifier and the capacitance of the capacitor. 제1항에 있어서, 상기 제1 전류원은,The method of claim 1, wherein the first current source, 소오스가 상기 제1 전원 단자에 결합되어 있고 드레인과 게이트가 서로 접속되어 있는 제1 PMOS 트랜지스터;A first PMOS transistor having a source coupled to the first power supply terminal and having a drain and a gate connected to each other; 소오스가 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되어 있고, 게이트와 드레인이 서로 접속되어 있는 제2 PMOS 트랜지스터;A second PMOS transistor having a source connected to the drain of the first PMOS transistor, and a gate and a drain connected to each other; 드레인이 상기 제2 PMOS 트랜지스터에 접속되어 있고, 소오스가 상기 제2 전원 단자에 접속되어 있으며, 게이트가 제1 전원 단자에 접속되어 있는 NMOS 트랜지스터; 및An NMOS transistor having a drain connected to the second PMOS transistor, a source connected to the second power supply terminal, and a gate connected to the first power supply terminal; And 소오스가 상기 제1 전원 단자에 접속되어 있고, 게이트가 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 접속되어 있으며, 드레인이 상기 차동 증폭부에 일정한 바이어스 전류를 공급하기 위하여 접속되어 있는 제3 PMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 저역 필터.A third PMOS transistor having a source connected to the first power supply terminal, a gate connected to a gate of the first PMOS transistor, and a drain connected to supply a constant bias current to the differential amplifier. Low pass filter, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼 회로와 상기 커패시터에 일정한 바이어스 전류를 공급하는 제2 전류원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저역 필터.And a second current source for supplying a constant bias current to the buffer circuit and the capacitor. 제3항에 있어서, 상기 제2 전류원은,The method of claim 3, wherein the second current source, 소오스가 상기 제1 전원 단자에 결합되어 있고 드레인과 게이트가 서로 접속되어 있으며 상기 버퍼 회로에 일정한 전류를 공급하기 위하여 접속되어 있는 제4 PMOS 트랜지스터;A fourth PMOS transistor having a source coupled to the first power supply terminal, a drain and a gate connected to each other, and connected to supply a constant current to the buffer circuit; 드레인이 상기 제4 PMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되어 있고, 소오스가 상기 제2 전원 단자에 접속되어 있으며, 게이트가 상기 차동 증폭부의 제1 출력 단자에 접속되어 있는 제1 NMOS 트랜지스터; 및A first NMOS transistor having a drain connected to the drain of the fourth PMOS transistor, a source connected to the second power supply terminal, and a gate connected to the first output terminal of the differential amplifier part; And 상기 제4 PMOS 트랜지스터의 드레인과 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트 사이에 접속되어 있는 제1 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 저역 필터.And a first capacitor connected between the drain of said fourth PMOS transistor and the gate of said first NMOS transistor. 제3항에 있어서, 상기 제2 전류원은, 고주파수에 응답하는 동작 특성을 낮게 하기 위하여 상기 버퍼 회로와 상기 커패시터에 아주 작은 량의 전류를 공급하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 저역 필터.4. The low pass filter of claim 3, wherein the second current source is configured to supply a very small amount of current to the buffer circuit and the capacitor in order to lower operating characteristics in response to high frequencies. 제1항에 있어서, 요구되는 차단 주파수에 부응하는 바이어스 전류를 발생시키기 위하여, 상기 제1 전류원을 구성하는 제1 내지 제3 PMOS 트랜지스터들과 NMOS 트랜지스터의 구조적인 크기의 비율이 서로 다른 것을 특징으로 하는 저역 필터.The method of claim 1, wherein in order to generate a bias current corresponding to the required cutoff frequency, ratios of structural sizes of the first to third PMOS transistors and the NMOS transistors constituting the first current source are different from each other. Low pass filter. 제1항에 있어서, 상기 차동 증폭부는, 각각The method of claim 1, wherein the differential amplifier, 소오스가 서로 결합되어 있고 제1 입력 신호와 제2 입력 신호를 각각의 게이트로 입력하는 PMOS 트랜지스터들로 구성되어 있는 소오스 결합 스테이지; 및A source coupling stage, wherein the source is coupled to each other and composed of PMOS transistors for inputting a first input signal and a second input signal to respective gates; And 상기 소오스 결합 스테이지의 하단에 접속되어 있는 다단 전류 미러를 구비하는 두 개의 차동 증폭부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 저역 필터.And two differential amplifiers having a multi-stage current mirror connected to a lower end of the source coupling stage. 제1항에 있어서, 상기 커패시터의 커패시턴스는 수 피코 패럿 단위 이하이므로 온 칩 상에서 제조되는 것을 특징으로 하는 저역 필터.2. The low pass filter of claim 1, wherein the capacitance of the capacitor is less than a few picofarad units and is fabricated on chip.
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