(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路で形成されたフィルタ装置であって、
フィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力電圧と目標の周波数通過帯域に対応した参照電圧とが入力されて、前記出力電圧と前記参照電圧との差に基づき、前記フィルタ回路の周波数通過帯域が前記目標の周波数通過帯域になるように調整する調整回路と、
を備え、
前記フィルタ回路は、トランスコンダクタンス増幅器を有し、
前記調整回路は、差動増幅回路を有し、前記差動増幅回路の出力信号に基づいて、前記トランスコンダクタンス増幅器のトランスコンダクタンスを変化させ、
前記差動増幅回路は、前記フィルタ回路の出力電圧と前記参照電圧との差分をとることにより、前記トランスコンダクタンス増幅器のトランスコンダクタンスを調整するための制御信号を生成し、
前記フィルタ回路は、
前記トランスコンダクタンス増幅器の出力電圧を保持する第１の容量素子と、
前記参照電圧を保持する第２の容量素子と、
をさらに有し、
前記差動増幅回路は、
前記第１の容量素子を介して前記フィルタ回路の出力電圧を受ける第１の入力端子と、
前記第２の容量素子を介して前記参照電圧を受ける第２の入力端子と、
前記トランスコンダクタンス増幅器の制御端子へ前記制御信号を出力する出力端子と、
を有することを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
前記フィルタ回路は、前記トランスコンダクタンス増幅器の出力端子を前記第１の容量素子へ接続した第１の状態と前記トランスコンダクタンス増幅器の出力端子を前記第２の容量素子へ接続した第２の状態とを選択的に切り替えるスイッチをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記フィルタ回路は、前記スイッチが前記第２の状態に切り替えている際に、基準周波数信号を前記トランスコンダクタンス増幅器に入力して前記トランスコンダクタンス増幅器から出力される電圧を前記参照電圧として前記第２の容量素子に保持させ、前記スイッチが前記第１の状態に切り替えている際に、入力信号を前記トランスコンダクタンス増幅器に入力して前記トランスコンダクタンス増幅器から出力される電圧を前記フィルタ回路の出力電圧として前記第１の容量素子に保持させる
ことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧｍＣフィルタ回路において、通過帯域特性Ｆｃは、ＯＴＡ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）回路のＧｍ値とコンデンサの容量Ｃ値とによって決まる。しかし、ＧｍＣフィルタ回路を半導体集積回路で形成する場合、製造工程での製造ばらつきに起因してＧｍ値および容量Ｃ値が設計値通りとならず、所望の通過帯域特性を得ることができない傾向にある。
【０００３】
それに対して、特許文献１には、ＧｍＣフィルタ回路において、ＯＴＡ回路の出力でコンデンサに電荷を充電し、充電されたコンデンサの電圧と基準信号とを比較回路が比較して、比較回路の出力が制御回路を介してＯＴＡ回路にフィードバックされることが記載されている。この制御回路は、比較回路の出力信号が正論理の場合にハイレベル（負論理の場合にローレベル）のときにＯＴＡ回路のＧｍ値が設計値であると判断し、ＯＴＡ回路に設計値のＧｍ値に対応する制御信号ＶＢを供給することとされている。これにより、特許文献１によれば、製造ばらつきによりＧｍ値や容量Ｃ値にばらつきが生じていても、比較回路の出力信号に基づいてＯＴＡ回路のＧｍ値を制御してＧｍ／Ｃ値を一定に制御するので、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）特性を一定にすることが可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０３３３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、比較回路の出力信号がハイレベル又はローレベルであるため、比較回路としてコンパレータ回路を用いていると考えられる。コンパレータ回路の出力電圧は”Ｌ”レベルと”Ｈ”レベルとの２値（デジタル信号）であるため、コンパレータ回路の出力電圧を直接ＯＴＡ回路の制御信号（アナログ信号）に用いることができず、制御回路等を用いＯＴＡ回路に供給すべき制御信号に変換する必要がある。このため、制御回路としてＡＤ変換処理用の回路を含む複雑な回路を付加する必要がある。これにより、フィルタ回路の通過帯域特性を一定にするための回路が全体として大規模なものとなり、回路の小型化に支障をきたす傾向にある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フィルタ回路の通過帯域特性を一定にするための回路の規模を低減できるフィルタ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のフィルタ装置は、半導体集積回路で形成されたフィルタ装置であって、フィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力電圧と目標の周波数通過帯域に対応した参照電圧とが入力されて、前記出力電圧と前記参照電圧との差に基づき、前記フィルタ回路の周波数通過帯域が前記目標の周波数通過帯域になるように調整する調整回路とを備え、前記フィルタ回路は、トランスコンダクタンス増幅器を有し、前記調整回路は、差動増幅回路を有し、前記差動増幅回路の出力信号に基づいて、前記トランスコンダクタンス増幅器のトランスコンダクタンスを変化させ、前記差動増幅回路は、前記フィルタ回路の出力電圧と前記参照電圧との差分をとることにより、前記トランスコンダクタンス増幅器のトランスコンダクタンスを調整するための制御信号を生成し、前記フィルタ回路は、前記トランスコンダクタンス増幅器の出力電圧を保持する第１の容量素子と、前記参照電圧を保持する第２の容量素子と、をさらに有し、前記差動増幅回路は、前記第１の容量素子を介して前記フィルタ回路の出力電圧を受ける第１の入力端子と、前記第２の容量素子を介して前記参照電圧を受ける第２の入力端子と、前記トランスコンダクタンス増幅器の制御端子へ前記制御信号を出力する出力端子と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、調整回路は、差動増幅回路により実現可能である。これにより、調整回路が、複雑な制御回路を必要とせずに、フィルタ回路の周波数通過帯域が目標の周波数通過帯域になるように調整できるので、調整回路２０の規模を容易に低減できる。すなわち、フィルタ回路の通過帯域特性を一定にするための回路の規模を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態にかかるフィルタ装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態におけるフィルタ回路の周波数特性を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態の変形例にかかるフィルタ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかるフィルタ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
実施の形態にかかるフィルタ装置１００について図１を用いて説明する。図１は、フィルタ装置１００の構成を示す図である。
【００１２】
フィルタ装置１００は、半導体集積回路で形成されている。フィルタ装置１００は、入力端子Ｔｉｎ及び出力端子Ｔｏｕｔの間に、フィルタ回路１０及び調整回路２０を有する。
【００１３】
フィルタ回路１０は、例えば、通過帯域特性を調整可能なＧｍＣフィルタ回路である。具体的には、フィルタ回路１０は、ＯＴＡ回路（トランスコンダクタンス増幅器）１２及びコンデンサ（第１の容量素子）１１を有する。
【００１４】
ＯＴＡ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）回路１２は、入力端子１２ａ、出力端子１２ｂ、及び制御端子１２ｃを有する。入力端子１２ａは、フィルタ装置１００の入力端子Ｔｉｎに接続されている。出力端子１２ｂは、コンデンサ１１の一端、フィルタ装置１００の出力端子Ｔｏｕｔ、及び調整回路２０の入力側に接続されている。制御端子１２ｃは、調整回路２０の出力側に接続されている。ＯＴＡ回路１２は、制御端子１２ｃに供給されるコントロール電圧に応じて、ｇｍ値が制御可能になっている。
【００１５】
コンデンサ１１は、一端がＯＴＡ回路１２の出力端子１２ｂとフィルタ装置１００の出力端子Ｔｏｕｔとの間のノードＮ１に接続され、他端がグランド電圧に接続されている。コンデンサ１１は、ＯＴＡ回路１２の出力電圧Ｖｏｕｔを保持する。
【００１６】
調整回路２０は、フィルタ回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔと、目標の周波数通過帯域（図２に実線で示す特性参照）に対応したリファレンス電圧（参照電圧）Ｖｒｅｆとの差に基づき、フィルタ回路１０の周波数通過帯域が目標の周波数通過帯域になるように調整する。
【００１７】
具体的には、調整回路２０は、差動増幅器２１を有する。差動増幅器２１は、反転入力端子（第１の入力端子）２１ａ、非反転入力端子（第２の入力端子）２１ｂ、及び出力端子２１ｃを有する。反転入力端子２１ａは、ノードＮ１とフィルタ装置１００の出力端子Ｔｏｕｔとの間のノードＮ２に接続されている。非反転入力端子２１ｂは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆに接続されている。出力端子２１ｃは、ＯＴＡ回路１２の制御端子１２ｃに接続されている。差動増幅器２１は、フィルタ回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔとリファレンス電圧Ｖｒｅｆとの差分をとることにより、フィルタ回路の周波数通過帯域を調整するためのコントロール電圧（制御信号）ＶＢ１を生成してＯＴＡ回路１２の制御端子１２ｃへ供給する。言い換えると、調整回路２０は、差動増幅器２１の出力信号をそのままコントロール電圧（制御信号）ＶＢ１として、フィルタ回路１０の周波数通過帯域を調整する。
【００１８】
次に、フィルタ装置１００の動作について説明する。
【００１９】
まず、基準周波数Ｆｉｎ及び基準振幅Ｈｉｎを有する基準信号Ｖｆが入力端子Ｔｉｎを介してＯＴＡ回路１２に入力される。この時ＯＴＡ回路１２では、コントロール電圧ＶＢ１に応じたＧｍ１値を示しており、カットオフ周波数Ｆｃ１＝Ｇｍ１・Ｖｆ／Ｃにてフィルタリングされた信号Ｖｏｕｔ１がＯＴＡ回路１２から出力される。
【００２０】
得られた信号Ｖｏｕｔ１の振幅に相当する信号レベルをリファレンス電圧Ｖｒｅｆとして差動増幅器２１の非反転入力端子２１ｂに与える。例えば、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを発生する回路を差動増幅器２１の非反転入力端子２１ｂに接続する。このとき、差動増幅器２１の反転入力端子２１ａはノードＮ２に接続されており、差動増幅器２１の出力端子２１ｃはＯＴＡ回路１２の制御端子１２ｃに接続されている。
【００２１】
次に、実際の入力信号Ｖｉｎが入力端子Ｔｉｎを介してＯＴＡ回路１２に入力される。ＯＴＡ回路１２では、例えば、コントロール電圧ＶＢに応じたＧｍ値を示しており、カットオフ周波数Ｆｃ＝Ｇｍ・Ｖｉｎ／Ｃ（図２参照）にてフィルタリングされた信号ＶｏｕｔがＯＴＡ回路１２から出力される。
【００２２】
差動増幅器２１は、ＯＴＡ回路１２からの実際の出力電圧Ｖｏｕｔとリファレンス電圧Ｖｒｅｆとの差分をとることによりコントロール電圧ＶＢを生成し、直接ＯＴＡ回路１２の電流を変化させることでＧｍ値を変化させ、ＧｍＣ値として一定に保ち周波数特性を調整する。ＧｍＣフィルタの通過帯域特性ＦｃはＯＴＡ回路のＧｍ値とコンデンサの容量Ｃ値によって決まるため、Ｇｍ値を調整することによりＧｍＣ値として一定に保つことにより通過帯域特性が一定に保たれる。
【００２３】
さらに具体的なフィルタ装置１００の動作について図２を用いて説明する。図２は、フィルタ装置１００の通過帯域特性（周波数特性）を示す。
【００２４】
例えば、所望の通過帯域特性（目標の周波数通過帯域）を実線で示される特性とする。そして、フィルタ回路１０の現在の通過帯域特性が二点差線で示される特性である場合、フィルタ回路１０の現在のカットオフ周波数Ｆｃ３は、目標のカットオフ周波数Ｆｃ１より高い。これにより、フィルタ回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔ３がリファレンス電圧Ｖｒｅｆに比べ出力振幅が大きくなっているので、差動増幅器２１の出力するコントロール電圧ＶＢの値は低下しＯＴＡ回路１２の電流を減少させる。このため、ＯＴＡ回路１２のＧｍ値が低下し、フィルタ回路１０のカットオフ周波数は、現在のカットオフ周波数Ｆｃ３から低下するため所望の通過帯域特性に近づくよう調整される。
【００２５】
あるいは、例えば、フィルタ回路１０の現在の通過帯域特性が一点差線で示される特性である場合、フィルタ回路１０の現在のカットオフ周波数Ｆｃ２は、目標のカットオフ周波数Ｆｃ１より低い。これにより、フィルタ回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２がリファレンス電圧Ｖｒｅｆに比べ出力振幅が小さくなっているので、差動増幅器２１の出力するコントロール電圧ＶＢの値は上昇しＯＴＡ回路１２の電流を増加させる。このため、ＯＴＡ回路１２のＧｍ値が増加し、フィルタ回路１０のカットオフ周波数は、現在のカットオフ周波数Ｆｃ２から増加するため所望の通過帯域特性に近づくよう調整される。
【００２６】
このように、差動増幅器２１の出力するコントロール電圧ＶＢに基づいてＯＴＡ回路１２の電流を制御することでＧｍ／Ｃ値に比例したカットオフ周波数Ｆｃを目標のカットオフ周波数Ｆｃ１に近づけるように調整でき、フィルタ回路１０の通過帯域特性を所望の通過帯域特性（目標の周波数通過帯域）に近づけるように調整できる。
【００２７】
以上のように、実施の形態では、調整回路２０が、フィルタ回路１０の出力電圧と、目標の周波数通過帯域に対応したリファレンス電圧Ｖｒｅｆとの差に基づき、フィルタ回路１０の周波数通過帯域が目標の周波数通過帯域になるように調整する。すなわち、調整回路２０は、差動増幅器２１により実現可能である。これにより、調整回路２０が、複雑な制御回路を必要とせずに、フィルタ回路１０の周波数通過帯域が目標の周波数通過帯域になるように調整できるので、調整回路２０の規模を容易に低減できる。すなわち、フィルタ回路の通過帯域特性を一定にするための回路の規模を低減できる。
【００２８】
また、実施の形態では、フィルタ回路１０がＧｍ値の制御可能なＯＴＡ回路１２を有し、調整回路２０が差動増幅器２１を有する。調整回路２０は、差動増幅器２１の出力信号に基づいて、ＯＴＡ回路１２のＧｍ値を変化させる。これにより、複雑な制御回路を必要とせずに、ＯＴＡ回路１２のＧｍ値を調整でき、フィルタ回路１０のＧｍＣ値を一定に保つように調整できる。
【００２９】
また、実施の形態では、差動増幅器２１が、フィルタ回路１０の出力電圧とリファレンス電圧との差分をとることにより、ＯＴＡ回路１２のＧｍを調整するためのコントロール電圧ＶＢを生成する。これにより、差動増幅器２１の出力をそのままコントロール電圧ＶＢとしてＯＴＡ回路１２の制御端子１２ｃへ供給することができる。
【００３０】
なお、図３に示すように、フィルタ装置１００ｉのフィルタ回路１０ｉは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを決定するとき（図３（ａ））とその決定されたリファレンス電圧Ｖｒｅｆを用いてフィルタ回路の周波数通過帯域を調整するとき（図３（ｂ））とで異なる接続形態に切り替えられても良い。
【００３１】
具体的には、フィルタ装置１００ｉは、基準周波数Ｆｉｎ及び基準振幅Ｈｉｎを有する基準信号Ｖｆが供給されるための基準信号用端子Ｔｆをさらに有する。また、フィルタ回路１０ｉは、スイッチＳＷ１ｉ、ステッチＳＷ２ｉ、及びコンデンサ１３ｉをさらに有する。
【００３２】
ステッチＳＷ２ｉは、第１の状態と第２の状態とを切り替える。第１の状態は、ＯＴＡ回路１２の出力端子１２ｂをコンデンサ１１へ接続した状態である。第２の状態は、ＯＴＡ回路１２の出力端子１２ｂをコンデンサ１３ｉへ接続した状態である。
【００３３】
スイッチＳＷ１ｉは、第３の状態と第４の状態とを切り替える。第３の状態は、ＯＴＡ回路１２の入力端子１２ａをフィルタ装置１００ｉの入力端子Ｔｉｎへ接続した状態である。第４の状態は、ＯＴＡ回路１２の入力端子１２ａをフィルタ装置１００ｉの基準信号用端子Ｔｆへ接続した状態である。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを決定するとき、ステッチＳＷ２ｉが第２の状態に切り替えるとともに、スイッチＳＷ１ｉが第４の状態に切り替える。これにより、基準信号Ｖｆが基準信号用端子Ｔｆを介してＯＴＡ回路１２に入力される。この時ＯＴＡ回路１２では、コントロール電圧ＶＢ１に応じたＧｍ１値を示しており、カットオフ周波数Ｆｃ１＝Ｇｍ１・Ｖｆ／Ｃにてフィルタリングされた信号Ｖｏｕｔ１がＯＴＡ回路１２から出力され、ＯＴＡ回路１２からの出力信号Ｖｏｕｔ１によりコンデンサ１３ｉがリファレンス電圧Ｖｒｅｆまで充電されていく。すなわち、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが決定されるとともにコンデンサ１３ｉに蓄積される。
【００３５】
そして、図３（ｂ）に示すように、その決定されたリファレンス電圧Ｖｒｅｆを用いてフィルタ回路１０ｉの周波数通過帯域を調整するとき、ステッチＳＷ２ｉが第１の状態に切り替えるとともに、スイッチＳＷ１ｉが第３の状態に切り替える。これにより、コンデンサ１３ｉは、充電されたリファレンス電圧Ｖｒｅｆを保持するようになる。
【００３６】
次に、実際の入力信号Ｖｉｎが入力端子Ｔｉｎを介してＯＴＡ回路１２に入力される。ＯＴＡ回路１２では、例えば、コントロール電圧ＶＢに応じたＧｍ値を示しており、カットオフ周波数Ｆｃ＝Ｇｍ・Ｖｉｎ／Ｃ（図２参照）にてフィルタリングされた信号ＶｏｕｔがＯＴＡ回路１２から出力されコンデンサ１１により保持される。
【００３７】
すなわち、差動増幅器２１は、コンデンサ１１を介してＯＴＡ回路１２からの出力電圧Ｖｏｕｔを反転入力端子２１ａで受け、コンデンサ１３ｉを介してリファレンス電圧Ｖｒｅｆを非反転入力端子２１ｂで受け、ＯＴＡ回路１２のコントロール電圧ＶＢを出力端子２１ｃからＯＴＡ回路１２へ出力する。これにより、直接ＯＴＡ回路１２の電流を変化させることでＯＴＡ回路１２のＧｍ値を変化させ、フィルタ回路１０ｉのＧｍＣ値として一定に保ち周波数特性を調整する。ＧｍＣフィルタの通過帯域特性ＦｃはＯＴＡ回路のＧｍ値とコンデンサの容量Ｃ値とによって決まるため、Ｇｍ値を調整しＧｍＣ値として一定に保つことにより通過帯域特性を一定に保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかるフィルタ装置は、半導体集積回路で形成されたフィルタ装置に有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１０ｉ  フィルタ回路
１１  コンデンサ
１２  ＯＴＡ回路
１３ｉ  コンデンサ
２０  調整回路
２１  差動増幅器
１００，１００ｉ  フィルタ装置
【図１】
0005667503.tif 000002
【図２】
0005667503.tif 000003
【図３】
0005667503.tif 000004