JP4204103B2

JP4204103B2 - 積分回路

Info

Publication number: JP4204103B2
Application number: JP21477198A
Authority: JP
Inventors: 護荒屋敷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: JP2000031787A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ回路などに用いるのに好適な積分回路に関し、特に半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ高い直流利得を得られるように構成したものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フィルタ回路の一つとして、電圧電流変換回路と容量による積分回路を組み合わせ、所望のフィルタ特性を得るようにしたものがある。この種のフィルタ回路において、特にＱ値の高いフィルタ特性を実現する場合、積分回路の振幅・位相特性の理想特性からのズレがフィルタ特性を劣化させてしまうという問題がある。
【０００３】
積分回路の振幅・位相特性のズレを改善し理想特性に近づける方法として、積分回路の入出力ともに差動である全差動形式とする構成がある。この場合、積分回路出力の動作電位を決めるための同相帰還回路が必要となる。このような同相帰還回路を有した積分回路の例として、特開平5-14119号に記載されたものが知られている。
【０００４】
図５に示す従来の積分回路において、トランジスタＱ１、Ｑ２からなる相互コンダクタンス回路は、ベースを入力端とし共通接続したエミッタが電流源Ｉ１と接続されている。電流出力端であるトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタに、可変電流源を構成するトランジスタＱ３、Ｑ４のコレクタと、トランジスタＱ６、Ｑ７のベースを接続し、電流出力端と電源Ｖccとの間にそれぞれ積分容量Ｃ１ａ、Ｃ１ｂを接続している。トランジスタＱ６、Ｑ７は各エミッタに電流源Ｉ２、Ｉ３を接続した、いわゆるエミッタフォロワ回路であり、そのエミッタ間に等しい抵抗Ｒ１、Ｒ２を直列接続することで、２つの抵抗間の接続点から中点電圧を得ている。
【０００５】
中点電圧は共通エミッタに電流源Ｉ４を接続したトランジスタ対Ｑ８、Ｑ９からなる比較回路で基準電圧Ｖrefと比較する。比較した出力は、トランジスタＱ９のコレククから電流としてダイオード接続されたトランジスタＱ５に出力される。ダイオード接続されたトランジスタＱ５はトランジスタＱ３、Ｑ４のベースと電源Ｖcc間に接続され、カレントミラー回路を構成し、中点電圧と基準電圧Ｖrefが等しくなるようにトランジスタＱ３、Ｑ４の電流が制御され、積分回路の動作電位が決められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の積分回路においては、相互コンダクタンス回路の電流出力端に接続されたエミッタフォロワ回路のエミッタ間に、中点電圧を得るために抵抗が直列接続されているので、積分回路の直流利得を高くするためには抵抗値が大きくなり、半導体集積回路上で構成した場合に占有面積が増すという問題を有していた。
【０００７】
また、図６に示すように、より低い電源電圧で積分回路を動作させるために、電流出力端に接続されたエミッタフォロワ回路がない構成とした場合、中点電圧を得るための抵抗が電流出力端に直接接続されるので、より抵抗値を大きくする必要が生じ、さらに半導体集積回路上での占有面積が増すという問題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ高い直流利得の積分回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、電圧電流変換回路の差動出力端の一方の電位と基準電位の電位差を電流として出力する第１の比較手段と、他方の電位と前記基準電位の電位差を電流として出力する第２の比較手段とを設けて、２つ比較手段の出力電流を加算し、差動出力端の同相電位と基準電位が等しくなるよう制御している。
【００１０】
これにより、差動出力端の中点電位を検出するための抵抗が不用となるので、半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ高い直流利得の積分回路が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、差動出力端にそれぞれ可変電流源を接続した電圧電流変換回路と、前記差動出力端の一方の電位と基準電位の電位差を電流として出力する第１の比較手段と、前記差動出力端の他方の電位と前記基準電位の電位差を電流として出力する第２の比較手段と、前記第１の比較手段と前記第２の比較手段の出力電流を加算し、前記差動出力端の同相電位と前記基準電位が等しくなるように前記可変電流源の電流量を制御する電流制御手段と、少なくとも前記差動出力端と接地間に接続した容量とを備えた積分回路としたものであり、半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ高い直流利得が得られるという作用を有する。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記第１の比較手段および前記第２の比較手段は、エミッタが共通に接続された第１の差動対と第２の差動対からなり、前記可変電流源と前記電流制御手段がカレントミラー回路を構成するトランジスタからなり、前記差動出力端の両方の電位と前記基準電位は、それぞれエミッタフォロワを介して第１と第２の差動対に入力されること特徴とする請求項１記載の積分回路としたものであり、半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ高い直流利得が得られるという作用を有する。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記差動出力端の両方の電位と前記基準電位は、前記第１と第２の差動対のベースに入力されること特徴とする請求項２記載の積分回路としたものであり、より低い電源電圧での動作においても、半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ高い直流利得が得られるという作用を有する。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記電圧電流変換回路の入力にエミッタフォロワを接続し、前記電圧電流変換回路の出力と前記可変電流源の間にトランジスタを挿入してカスケード接続としたことを特徴とする請求項２記載の積分回路としたものであり、半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ高い直流利得が得られる。また、積分回路の入出力インピーダンスをより高くできるという作用を有する。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の積分回路を用いてフィルタ回路を構成したものであり、半導体集積回路上の占有面積を低減できるという作用を有する。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のフィルタ回路を無線通信装置の送信部、あるいは受信部に設けたものであり、装置を小型化することができるという作用を有する。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１に示す本発明の第１の実施の形態の積分回路において、電圧電流変換回路１は、正側入力端子２と負側入力端子３に入力電圧信号が入力され、電流出力端である正側出力端子４と負側出力端子５から電流が出力される。正側出力端子４と負側出力端子５に、それぞれ可変電流源を構成するトランジスタ６、７のコレクタ、トランジスタ８、９のベース、電源Ｖccとの間に積分容量10、11が接続されている。トランジスタ８、９は各エミッタに電流源12、13を接続した、いわゆるエミッタフォロワ回路である。
【００２０】
正側出力端子４の電位は、トランジスタ８のエミッタから出力され、共通エミッタに電流源14を接続したトランジスタ対15、16からなる比較回路のトランジスタ15のベースに入力される。
【００２１】
負側出力端子５の電位は、トランジスタ９のエミッタから出力され、共通エミッタに電流源19を接続したトランジスタ対17、18からなる比較回路のトランジスタ18のベースに入力される。
【００２２】
基準電圧Ｖrefはエミッタに電流源20を接続しエミッタフォロワを構成するトランジスタ21のベースに入力され、さらにトランジスタ21のエミッタはトランジスタ16、17のベースに接続される。
【００２３】
正側出力端子４と基準電圧Ｖrefの電位差に応じて、トランジスタ対15、16のそれぞれのコレクタから電流が出力され、負側出力端子５と基準電圧Ｖrefの電位差に応じて、トランジスタ対17、18のそれぞれのコレクタから電流が出力される。
【００２４】
トランジスタ15、18のコレクタは電源Ｖccに接続される。トランジスタ16、17のコレクタは、ダイオード接続されたトランジスタ22に接続される。ダイオード接続されたトランジスタ22はトランジスタ６、７のベースと電源Ｖccとの間に接続され、カレントミラー回路を構成する。
【００２５】
電圧電流変換回路１には、一例として、共通エミッタに電流源を接続したトランジスタ対を用いてもよいが、その他の電圧電流変換回路を用いてもよい。
【００２６】
ここで、トランジスタ対15、16とトランジスタ対17、18は同一の回路であり、電流源14と電流源19は同一の電流値であるとき、正側出力端子４と負側出力端子５との差動電位に対しては、トランジスタ16、17のコレクタ電流の増減は相殺し、トランジスタ22に流れる電流は変化しない。
【００２７】
一方、正側出力端子４と負側出力端子５の同相電位に対しては、基準電圧Ｖrefとの電位差に応じてトランジスタ22に流れる電流が変化して負帰還がかかり、正側出力端子４と負側出力端子５の同相電位と基準電圧Ｖrefが等しくなるようにトランジスタ６、７の電流が制御され、積分回路の動作電位が決められる。
【００２８】
図５に示す従来例との違いは、電圧電流変換回路１の差動出力端に接続されたエミッタフォロワ回路のエミッタ間に、中点電圧を得るための直列接続された抵抗がない点である。各エミッタフォロワ回路の出力には、トランジスタ対で構成された比較回路のベースが接続されており、入力インピーダンスが高いため、積分回路の直流利得を高くすることができるという効果が得られる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態の積分回路の構成を示したものである。図１の積分回路と異なる点は、トランジスタ８、９、21と電流源12、13、20から構成されるエミッタフォロワ回路がない点であり、正側出力端子４の電位は、共通エミッタに電流源14を接続したトランジスタ対15、16からなる比較回路のトランジスタ15のベースに入力される。負側出力端子５の電位は、共通エミッタに電流源19を接続したトランジスタ対17、18からなる比較回路のトランジスタ18のベースに入力される。基準電圧Ｖrefはトランジスタ16、17のベースに接続される。
【００３０】
図６に示す従来例との違いは、電圧電流変換回路の差動出力端の間に、中点電圧を得るための直列接続された抵抗がない点である。電圧電流変換回路１の出力には、トランジスタ対で構成された比較回路のベースが接続されており、入力インピーダンスが高いため、積分回路の直流利得を高くすることができるという効果が得られる。また、エミッタフォロワがない分、より低い電源電圧においても積分回路が動作可能であるという効果が得られる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態の積分回路の構成を示したものである。図１の積分回路と異なる点は、電圧電流変換回路１の入力にトランジスタ31、32の各エミッタに電流源33、34を接続したエミッタフォロワ回路を接続し、さらに電圧電流変換回路１の各出力と可変電流源を構成するトランジスタ６、７のコレクタとの間にトランジスタ35、36を挿入してカスケード接続とし、トランジスタ35、36のベースに接続された電圧源37を設けた点である。これにより、積分回路の入出力インピーダンスをより高くできるという効果が得られる。
【００３２】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態の積分回路を用いて構成したフィルタ回路の一例としてのバンドパスフィルタ回路である。バンドパスフィルタ回路は、電圧電流変換回路101、102、103、104、容量105、106、107、108から構成される。
【００３３】
電圧電流変換回路101〜104の相互コンダクタンスをそれぞれgm1〜gm4とし、電圧電流変換回路102、104の出力に接続された容量105、106の平衡線路間相当の容量値をＣa、電圧電流変換回路103の出力に接続された容量107、108の平衡線路間相当の容量値をＣbとすると、このフィルタの伝達関数Ｈ（ｓ）は、次の式（１）により表わすことができる。
Ｈ(ｓ)＝(ｓ・gm1／Ｃa)÷
(ｓ＾2＋ｓ・gm4／Ｃa＋gm2・gm3／(Ｃa・Ｃb)) … （１）
【００３４】
このようなフィルタ回路を、直流利得が高い積分回路を用いて構成すれば、半導体集積回路上の占有面積を増すことなく、高いＱ値のフィルタ特性が得られる。このフィルタ回路は、送受信部を有する無線通信装置において、送信部、あるいは受信部のフィルタ回路に適用することにより、無線通信装置を小型化することが可能となる。従って、無線通信装置を性能良くかつ安価に提供することができる。
【００３５】
なお、以上の説明では、積分容量を電圧電流変換回路の差動出力端と電源Ｖccとの間に積分容量を接続した例で説明したが、電圧電流変換回路の差動出力端の間に積分容量を接続してもよい。
【００３６】
また、以上の説明では、トランジスタをバイポーラトランジスタで構成した例で説明したが、ＭＯＳトランジスタ等のその他の半導体プロセスによるトランジスタついても同様に実施可能である。
【００３７】
また、以上の説明では、フィルタ回路の一例としての図４に示すバンドパスフィルタ回路で説明したが、これに限定されるものではなく、電圧電流変換回路と容量による積分回路を組み合わせ、所望のフィルタ特性を得るようにしたものであればよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、積分回路の差動出力端の差動電位は相殺し、同相電位のみを電流として出力する比較手段を設け、差動出力端の中点電位を検出するための抵抗が不用な構成とすることで、半導体集積回路上の占有面積を低減し、かつ積分回路の直流利得の高利得化が図られる。
【００３９】
また、このような積分回路を用いてフィルタ回路を構成すれば、半導体集積回路上の占有面積を増すことなく、高いＱ値のフィルタ特性が得られる。
【００４０】
さらに、このフィルタ回路を無線通信装置の送信部、あるいは受信部に組み込むことにより、無線通信装置を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における積分回路の構成を示すブロック図、
【図２】本発明の第２の実施の形態における積分回路の構成を示すブロック図、
【図３】本発明の第３の実施の形態における積分回路の構成を示すブロック図、
【図４】本発明の第４の実施の形態における積分回路を用いたバンドパスフィルタ回路の構成を示すブロック図、
【図５】従来の積分回路の構成を示すブロック図、
【図６】従来の他の積分回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１電圧電流変換回路
６、７、22、35、36 ＰＮＰトランジスタ
８、９、15〜18、21 ＮＰＮトランジスタ
31、32 ＮＰＮトランジスタ
10、11 容量
12〜14、19、20、33、34 電流源
101〜104 電圧電流変換回路
Ｒ１、Ｒ２抵抗
Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ容量
Ｖｒｅｆ基準電圧
Ｖｃｃ電源
Ｉ１〜Ｉ４電流源

Claims

差動出力端にそれぞれ可変電流源を接続した電圧電流変換回路と、前記差動出力端の一方の電位と基準電位の電位差を電流として出力する第１の比較手段と、前記差動出力端の他方の電位と前記基準電位の電位差を電流として出力する第２の比較手段と、前記第１の比較手段と前記第２の比較手段の出力電流を加算し、前記差動出力端の同相電位と前記基準電位が等しくなるように前記可変電流源の電流量を制御する電流制御手段と、少なくとも前記差動出力端と接地間に接続した容量とからなること特徴とする積分回路。
前記第１の比較手段および前記第２の比較手段は、エミッタが共通に接続された第１の差動対と第２の差動対からなり、前記可変電流源と前記電流制御手段がカレントミラー回路を構成するトランジスタからなり、前記差動出力端の両方の電位と前記基準電位は、それぞれエミッタフォロワを介して第１と第２の差動対に入力されること特徴とする請求項１記載の積分回路。
前記差動出力端の両方の電位と前記基準電位は、前記第１と第２の差動対のベースに入力されること特徴とする請求項２記載の積分回路。
前記電圧電流変換回路の入力にエミッタフォロワを接続し、前記電圧電流変換回路の出力と前記可変電流源の間にトランジスタを挿入してカスケード接続としたことを特徴とする請求項２記載の積分回路。
請求項１乃至請求項４記載のいずれかに記載の積分回路を備えることを特徴とするフィルタ回路。
請求項５に記載のフィルタ回路を送信部、あるいは受信部に備えることを特徴とする無線通信装置。