JPS6132611A - Active filter - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To compensate attenuation characteristics in a frequency range exceeding the upper limit frequency of an amplifying circuit constituting an active filter in use by providing a primary RC low-pass filter which performs signal attenuation in the frequency band exceeding the upper-limit frequency of the amplifying circuit. CONSTITUTION:A capacitor C1 is provided between the uninverted input terminal + and an AC earth potential point. The inverted input terminal - is connected to its output terminal. A capacitor C2 is provided between the output terminal and the connection point of resistances R1 and R2 to constitute the low- pass filter of secondary Butter worth type. The cutoff frequency fc of this active filter is set almost to the upper limit frequency of frequency characteristics of an operational amplifier circuit OP, and desired attenuation characteristics are not obtained owing to the feedthrough, etc., of parasitic capacity in a frequency range set higher than the upper-limit frequency. For the purpose, the primary RC low-pass filter consisting of a resistance R3 and a capacitor C3 is provided at the output side of the active filter.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、アクティブフィルタに関するもので、例え
ば、１チツプの半導体集積回路に内蔵されるアクティブ
フィルタに利用して有効な技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to an active filter, and, for example, to a technique effective for use in an active filter built into a one-chip semiconductor integrated circuit.

（背景技術） ＣＲ回路では、半サイクルの間にキャパシタＣに蓄積さ
れた静電エネルギは、次の半サイクルには１／２が抵抗
Ｒにより消費されてしまうため、Ｑは０．′５以上には
ならず、フィルタとしての選択度は極めて低いものにな
る。そこで、抵抗Ｒによるエネルギ損失を能動（アクテ
ィブ）素子である増幅回路の出力によって補充すれば、
キャパシタＣのエネルギを消費しなくてもよくなるので
、実効的なＱを上昇させることができる。このような原
理によりアクティブフィルタは構成される（アクティブ
フィルタに関しては、例えば■ラジオ技術社から昭和５
４年１２月２０日（第６版２刷）発行のｒリニアＩＣ実
用回路マニュアル」横井与次部著、頁１９５〜頁２３０
参照）。(Background Art) In a CR circuit, 1/2 of the electrostatic energy accumulated in the capacitor C during a half cycle is consumed by the resistor R during the next half cycle, so Q is 0. '5 or more, and the selectivity as a filter is extremely low. Therefore, if the energy loss due to the resistor R is supplemented by the output of the amplifier circuit, which is an active element,
Since there is no need to consume the energy of the capacitor C, the effective Q can be increased. An active filter is constructed based on such a principle (for example, regarding active filters, see
"R Linear IC Practical Circuit Manual" published on December 20, 2014 (6th edition, 2nd printing), written by Yotsugu Yokoi, pp. 195-230
reference).

上記公知のアクティブフィルタにおいては、その遮断周
波数は使用する増幅回路が十分に理想的な動作を行う周
波数、、帯において専ら設定され↑ものである。In the above-mentioned known active filter, its cutoff frequency is set exclusively in a frequency band in which the amplifier circuit used performs sufficiently ideal operation.

ところで、音声信号をディジタル信号に変換し−で伝送
を行うＡ／Ｄ変換回路においては、比較的高いサンプリ
ング周波数による折り返し雑音を除−去するため、比較
的高い遮断周波数（約２ＭＨｚ）を持つロウパスフィル
タが必要になった。このようなロウパスフィタをアクテ
ィブフィルタによ・　り構成しようとすると、増幅回路
の持つ有限の周波数特性、言い換えるならば、寄生容量
によるフィールドスルー等の影響によって、十分な減衰
特性が得られなくなるという問題の生じるものとなって
しまう。By the way, in an A/D conversion circuit that converts an audio signal into a digital signal and transmits it, a low frequency signal with a relatively high cutoff frequency (approximately 2 MHz) is used to remove aliasing noise caused by a relatively high sampling frequency. A pass filter is now required. If such a low-pass filter is constructed using an active filter, the problem arises that sufficient attenuation characteristics cannot be obtained due to the finite frequency characteristics of the amplifier circuit, or in other words, due to the influence of field-through due to parasitic capacitance. It becomes something that happens.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明の目的は、使用する増幅回路の上限周波数を越
える周波数帯での減衰特性を補償したアクティブフィル
タを提供することにある。An object of the present invention is to provide an active filter that compensates for attenuation characteristics in a frequency band exceeding the upper limit frequency of the amplifier circuit used.

この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。The above and other objects and novel features of this invention include:
It will become clear from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本願に暑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、下記の通りである。A brief summary of representative inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、アクティブフィルタを構成する演算増幅回路
の上限周波数特性を越える周波数帯での減衰特性を上記
アクティブフィルタに直列形態に設けられた１次のＲＣ
ロウパスフィルタによって補償するものである。That is, the attenuation characteristic in the frequency band exceeding the upper limit frequency characteristic of the operational amplifier circuit constituting the active filter is determined by the primary RC provided in series with the active filter.
This is compensated by a low-pass filter.

〔実施例１〕 第１図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。同図の各回路素子は、特に制限されないが、公知の
半導体集積回路の製造技術によって、例えば単結晶シリ
コンのような１つめ半導体基板上に形成される。[Embodiment 1] FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the present invention. Although not particularly limited, each circuit element in the figure is formed on a first semiconductor substrate, such as single crystal silicon, by a known semiconductor integrated circuit manufacturing technique.

入力端子ＩＮからの供給された信号は、直列形態の抵抗
Ｒ１，Ｒ２を介して演算増幅回路ｏｐの非反転入力（十
）に供給される。この非反転入力（＋）と交流的接地電
位点との間には、キャパシタＣ１が設けられる０反転入
力（−）は、その出力端子に接続される。この出力端子
と上記抵抗Ｒ１とＲ２の接続点の間にはキャパシタＣ２
が設けられる。以上により２次バターワースのロウパス
フィルタ（サレンキー型四−パスフィルタ）が構成され
る。この゛実施例のアクティブフィルタの遮断周波数ｆ
Ｃは、上記演算増幅回路ｏｐの周波数特性の上限周波数
付近に設定される。したがって、この上限周波数付近よ
り高くされた周波数帯ではその寄生容量によるフィール
ドスルー等によって所望の減衰特性が得られなくなる。The signal supplied from the input terminal IN is supplied to the non-inverting input (10) of the operational amplifier circuit op via series resistors R1 and R2. A capacitor C1 is provided between the non-inverting input (+) and the alternating current ground potential point.The zero-inverting input (-) is connected to its output terminal. A capacitor C2 is connected between this output terminal and the connection point of the resistors R1 and R2.
is provided. As described above, a second-order Butterworth low-pass filter (Salen-Key type four-pass filter) is constructed. Cutoff frequency f of the active filter of this embodiment
C is set near the upper limit frequency of the frequency characteristics of the operational amplifier circuit OP. Therefore, in a frequency band higher than around this upper limit frequency, desired attenuation characteristics cannot be obtained due to field-through due to the parasitic capacitance.

この実施例では、上記の周波数帯での減衰特性の補償を
行うため、アクティブフィルタの出力側に、抵抗Ｒ３と
キャパシタＣ３とからなる１次のＲＣロウパスフィルタ
が設けられる。このＲＣロウパスフィルタの遮断周波数
特性は、上記演算増幅回路ＯＰの上限周波数付近に設定
される。In this embodiment, in order to compensate for the attenuation characteristics in the above frequency band, a first-order RC low-pass filter consisting of a resistor R3 and a capacitor C3 is provided on the output side of the active filter. The cutoff frequency characteristic of this RC low-pass filter is set near the upper limit frequency of the operational amplifier circuit OP.

〔実施例２〕 第２図には、この発明の他の一実施例の回路図が示され
ている。同図の実施例においては、上記第１ＦＩ！Ｊに
示した実施例におけるアクティブフィルタにおける演算
増幅回路ＯＰの上限周波数より高い周波数帯での減衰特
性を補償するＲＣフィルタ（Ｒ３，Ｃ３）は、上記実施
例と同様なアクティブフィルタの入力側に設けられるも
のである。これにより、入力端子ＩＮから供給された信
号は、まず１次のＲＣフィルタ（Ｒ３，Ｃ３）によって
Ｚ演算増幅回路ＯＰの上限周波数より高い周波数帯の信
号成分が予め減衰させられるものである。この実施例で
は、演算増幅回路ＯＰの出力端子から出力信号を得るも
のであるので、出力インピーダンスを低くできるもので
ある。[Embodiment 2] FIG. 2 shows a circuit diagram of another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in the figure, the first FI! The RC filter (R3, C3) that compensates for the attenuation characteristic in the frequency band higher than the upper limit frequency of the operational amplifier circuit OP in the active filter in the embodiment shown in J is provided on the input side of the active filter similar to the above embodiment. It is something that can be done. As a result, in the signal supplied from the input terminal IN, signal components in a frequency band higher than the upper limit frequency of the Z operational amplifier circuit OP are attenuated in advance by the first-order RC filter (R3, C3). In this embodiment, since the output signal is obtained from the output terminal of the operational amplifier circuit OP, the output impedance can be lowered.

次に、第３図の周波数特性図を参照して、上記実施例回
路の動作を詳細に説明する。Next, the operation of the above embodiment circuit will be explained in detail with reference to the frequency characteristic diagram of FIG.

上記２次のバターワースロウパスフィルタの伝達特性は
、その素子定数に従って利得Ｇが一定の周波数から減衰
させられる。しかしながら、演算増幅回路ＯＰの上限周
波数ｆｔを越えると、同図に２点鎖線で示すように、そ
の寄生容量によるフィールドスルー等によって上記利得
♂が再び大きくなってしまう、このような周波数帯での
減衰量を補償するため、１次のロウパスフィルタ（Ｒ３
゜Ｃ３）が設けられている。このロウパスフィルタによ
って、同図に実線で示したように上記フィードスルー等
によって生じる利得Ｇを低減させることとができる。例
えば、上記バターワースロウパスフィルタの遮断周波数
を約ＩＭＨｚに設定した場合、使用する演算増幅回路Ｏ
Ｐの上限周波数ｆＣが約２ＭＨｚなら、上記ＩＭＨｚ付
近に設定された遮断周波数を持つ１次のＲＣロウパスフ
ィタを形成するものであり、抵抗Ｒ３の抵抗値は、例え
ば１０〜２０にΩ程度、キャパシタＣ３の容量値は例え
ば１０〜５　ｐＦ程度に設定されるものである。In the transfer characteristic of the second-order Butterworth low-pass filter, the gain G is attenuated from a constant frequency according to the element constant. However, when the upper limit frequency ft of the operational amplifier circuit OP is exceeded, the gain ♂ increases again due to field through due to the parasitic capacitance, as shown by the two-dot chain line in the same figure. To compensate for the attenuation, a first-order low-pass filter (R3
°C3) is provided. This low-pass filter makes it possible to reduce the gain G caused by the feed-through, etc., as shown by the solid line in the figure. For example, if the cutoff frequency of the Butterworth low-pass filter is set to approximately IMHz, the operational amplifier circuit O
If the upper limit frequency fC of P is about 2 MHz, it forms a first-order RC low-pass filter with a cutoff frequency set near the above-mentioned IMHz, and the resistance value of the resistor R3 is, for example, about 10 to 20 Ω, and the resistance value of the capacitor C3 is about 10 to 20 Ω. The capacitance value is set to about 10 to 5 pF, for example.

以上のロウバスフィタは、特に制限されないが、ディジ
タル電話交換装置に使用され、加入者電話器からのアナ
ログ音声信号をディジタル信号に変換して送信するコー
グと、受信されたディジタル音声信号をアナログ音声信
号に変換して加入者電話器に伝えるデコーダが構成され
る１つの半導体集積回路装置（ＧＯＤＥＣ）に内蔵され
る。すなわち、上記ロウパスフィルタは、上記アナログ
信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路におい
て発生する高周波数帯に発生する折り返し雑音を除去す
るためのプレフィルタとして用いられる。上記半導体集
積回路装置は、特に制限されないが、０ＭＯ３（相補型
ＭＯ３）回路により構成される。このような半導体集積
回路装置に形成される演算増幅回路ＯＰにあっては、そ
の上限周波数が比較的低いものにされる。なぜなら、そ
の周波数帯域幅を広くするために、特別の素子構造とし
たり、そのバイアス電流を太き（設定したりすることは
、他の回路との関係で制約を受けるからである。したが
って、上記折り返し雑音を除去するにあたり、上記２Ｍ
Ｈｚを越えるような周波数帯まで動作するようなアクテ
ィブロウパスフィルタを実現することが極めて難しくな
るものである。The above-mentioned low-pass filters are used in digital telephone exchange equipment, but are not particularly limited to, and are used to convert analog voice signals from subscriber telephones into digital signals and transmit them, and to convert received digital voice signals into analog voice signals. A decoder that converts and transmits the data to the subscriber telephone is built into one semiconductor integrated circuit device (GODEC). That is, the low-pass filter is used as a pre-filter for removing aliasing noise generated in a high frequency band in an A/D conversion circuit that converts the analog signal into a digital signal. The semiconductor integrated circuit device described above is configured by an 0MO3 (complementary MO3) circuit, although it is not particularly limited. The operational amplifier circuit OP formed in such a semiconductor integrated circuit device has a relatively low upper limit frequency. This is because creating a special element structure or increasing the bias current in order to widen the frequency bandwidth is restricted by the relationship with other circuits. In order to remove aliasing noise, the above 2M
It becomes extremely difficult to realize an active low-pass filter that operates up to a frequency band exceeding Hz.

この実施例では、上記１次のロウパスフィルタを組み゛
合わせて、上記高域周波数帯での減衰量を補償させるも
のであるので、簡単な構成及び低消費電力にすることが
できる。なお、Ｃ０ＤＥＣについては、例えば１９８１
年６月３０日付朝倉書店発行「集積回路応用ハンドブッ
ク」第５９３頁〜６００頁に詳しくのべられているので
、その詳細な説明を省略する。In this embodiment, the above-mentioned first-order low-pass filter is combined to compensate for the amount of attenuation in the above-mentioned high frequency band, so that a simple configuration and low power consumption can be achieved. Regarding CODEC, for example, 1981
It is described in detail in pages 593 to 600 of "Integrated Circuit Application Handbook" published by Asakura Shoten dated June 30, 2015, so a detailed explanation thereof will be omitted.

〔効　果〕〔effect〕

＋１１アクテイブフイルタにおける増幅回路の上限周波
数を越える高周波数帯での減衰量を１次のロウパスフィ
ルタにより補償するものであるので、その実質的な動作
周波数帯を広くすることができるという効果が得られる
。Since the amount of attenuation in the high frequency band exceeding the upper limit frequency of the amplifier circuit in the +11 active filter is compensated for by the first-order low-pass filter, the effective operating frequency band can be widened. It will be done.

（２）上記（１）により、比較的動作周波数帯が狭い半
導体集積回路により構成された簡素な増幅回路によりア
クティブフィルタが使用できるから、回路の簡素化と低
消費電力化を実現できるという効果が得られる。(2) According to (1) above, the active filter can be used with a simple amplifier circuit constructed from a semiconductor integrated circuit with a relatively narrow operating frequency band, which has the effect of simplifying the circuit and reducing power consumption. can get.

（３）アクティブフィルタの動作上限周波数を越えるよ
うな比較的高い周波数に設定された遮断周波数のロウパ
スフィルタを用いるものであるので、その時定数が小さ
くてよいから、上記（２）と相俟って半導体集積回路に
適したものにすることができるという効果が得られる。(3) Since it uses a low-pass filter with a cut-off frequency set to a relatively high frequency that exceeds the upper limit frequency of operation of the active filter, its time constant may be small, so this works in conjunction with (2) above. This has the advantage that it can be made suitable for semiconductor integrated circuits.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を進展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。使用するアクティブフ
ィタは、ベッセルあるいはトムソンフィルタ、チェビシ
ェフィルタ等何であってもよい。また、上記１次のロウ
バスフィタは、ロウパスフィルタの化バンドパスフィル
タにおける増幅回路の上限周波数を越える周波数帯の減
衰量を補償するものであってもよい。Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on examples, it goes without saying that this invention is not limited to the above-mentioned examples, and can be modified in various ways without advancing the gist of the invention. Nor. The active filter used may be any type of filter, such as a Bessel filter, a Thomson filter, or a Chebishe filter. Further, the first-order low-pass filter may compensate for the amount of attenuation in a frequency band exceeding the upper limit frequency of an amplifier circuit in a band-pass filter that is a low-pass filter.

〔利用分野〕[Application field]

この発明は、アクティブフィルタに広く利用できるもの
である。This invention can be widely used in active filters.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は、この発明の一実施例を示す回路図、第２図は
、この発明の他の一実施例を示す回路図、 第３図は、上記第１、第２１！！ｌの実施例回路の動作
を説明するための特性図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of this invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of this invention, and FIG. 3 is a circuit diagram showing the above-mentioned first and twenty-first! ! 1 is a characteristic diagram for explaining the operation of the embodiment circuit of FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、アクティブフィルタを構成する増幅回路の上限周波
数を越える周波数帯での信号減衰を行う１次のＲＣロウ
パスフィルタが直列形態に設けられたことを特徴とする
アクティブフィルタ。 ２、上記アクティブフィルタは、その遮断周波数が上記
増幅回路の周波数帯域の上限付近に設定された２次バタ
ーワースロウパスフィルタであり、上記ＲＣロウパスフ
ィルタは、上記２次バターワースロウパスフィルタの入
力側に設けられるものであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のアクティブフィルタ。 ３、上記アクティブフィルタ及びＲＣロウパスフィルタ
は、１つの半導体集積回路に形成されるものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１又は第２項記載のアク
ティブフィルタ。[Scope of Claims] 1. An active filter characterized in that a first-order RC low-pass filter that attenuates a signal in a frequency band exceeding the upper limit frequency of an amplifier circuit constituting the active filter is provided in series. 2. The active filter is a second-order Butterworth low-pass filter whose cut-off frequency is set near the upper limit of the frequency band of the amplifier circuit, and the RC low-pass filter is on the input side of the second-order Butterworth low-pass filter. 2. The active filter according to claim 1, wherein the active filter is provided in an active filter. 3. The active filter according to claim 1 or 2, wherein the active filter and the RC low-pass filter are formed in one semiconductor integrated circuit.