(57)【要約】【課題】低域成分を効率良く通過させることができ、さらに、その周波数特性を自在に変更可能な、新規かつ改良されたチャージドメインフィルタ回路を提供すること。【解決手段】入力電圧を電流に変換して出力するトランスコンダクタ１０２、１０４、１０６、１０８と、周波数特性がＳＩＮＣ関数であるＳＩＮＣフィルタ回路１２０と、を含み、充電時間に対応するインパルス応答と、トランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答との畳み込みを行ってインパルス応答を生成することを特徴とする、チャージドメインフィルタ回路１００が提供される。【選択図】図１
2008017220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を電流に変換して出力する複数のトランスコンダクタと；
前記複数のトランスコンダクタからの出力が入力され、周波数特性がＳＩＮＣ関数であるＳＩＮＣフィルタ回路と；
を含んで構成され、
前記ＳＩＮＣフィルタ回路はキャパシタを含み、
前記キャパシタの充電時間に対応するインパルス応答と、前記複数のトランスコンダクタのトランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答との畳み込みを行ってインパルス応答を生成することを特徴とする、チャージドメインフィルタ回路。
【請求項２】
前記畳み込みは、前記複数のトランスコンダクタの出力電流を、位相の異なる複数の矩形窓で切り出して加算することによって行うことを特徴とする、請求項１に記載のチャージドメインフィルタ回路。
【請求項３】
前記畳み込みは、前記ＳＩＮＣフィルタ回路において異なる位相でサンプリングした前記キャパシタの電荷を加算することによって行うことを特徴とする、請求項１に記載のチャージドメインフィルタ回路。
【請求項４】
前記複数のトランスコンダクタと前記ＳＩＮＣフィルタ回路との間にスイッチ部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のチャージドメインフィルタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージドメインフィルタ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；高周波）回路とデジタル回路とを、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路の一つのチップに収めた、無線通信用ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）において、ＲＦ回路を小型化および低消費電力化するために、高速クロックによる電流モードサンプリングや、スイッチト・キャパシタ回路などのアナログ離散時間信号処理技術を用いて、フィルタリングやデシメーションを行う技術の開発が行われている（非特許文献１参照）。
【０００３】
また、オペアンプを用いずに、トランスコンダクタとスイッチだけで、周波数特性がＳＩＮＣ関数特性を有するＳＩＮＣフィルタ回路を構成する、チャージドメインフィルタ回路が考案されている（非特許文献２参照）。チャージドメインフィルタ回路は、トランスコンダクタとスイッチだけでフィルタを構成するために、ＧＨｚ帯のＲＦ信号を直接サンプリングしたり、フィルタリングしたりすることが可能である。以下、ＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路について説明する。
【０００４】
図１７は、従来のＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路の構成について説明する説明図である。図１７に示したように、従来のＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路１０は、トランスコンダクタ１２と、第１のスイッチ１４と、第２のスイッチ１６と、第３のスイッチ１８と、キャパシタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、を含んで構成される。
【０００５】
図１８は、図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０に印加するクロック信号のタイミングチャートについて説明する説明図である。図１８に示した４種類の位相の異なるクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４は、チャージドメインフィルタ回路１０の第１のスイッチ１４、第２のスイッチ１６および第３のスイッチ１８の動作を制御するためのものである。
【０００６】
トランスコンダクタ１２は、入力信号の電圧に比例した電流を出力するものである。
【０００７】
第１のスイッチ１４は、トランスコンダクタ１２からの出力電流を各キャパシタに印加してキャパシタの充電を行う際に、充電を行うキャパシタを選択するためのものである。図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０においては、第１のスイッチ１４は４種類のクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４によって端子が切り換えられ、端子が切り換えられることによって各キャパシタの充電を行う。
【０００８】
第２のスイッチ１６は、残留した電荷を取り除いて初期化を行うキャパシタを選択するためのものである。図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０においては、第２のスイッチ１６は４種類のクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４によって端子が切り換えられる。第２のスイッチ１６の端子を切り換えることで各キャパシタが接地され、キャパシタに過去の信号による電荷が残留しないように、残留した電荷を取り除いて初期化を行う。
【０００９】
第３のスイッチ１８は、各キャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力するために、キャパシタを選択するためのものである。図１７に示したチャージドメインフィルタ回路１０においては、第３のスイッチ１８は４種類のクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４によって端子が切り換えられ、端子が切り換えられることによって、各キャパシタに充電された電荷は後段の回路に出力される。
【００１０】
第１のスイッチ１４、第２のスイッチ１６、および第３のスイッチ１８に示した端子φ１、φ２、φ３、φ４は、クロック信号φ１、φ２、φ３、φ４がそれぞれオンになった際に接続される端子を意味している。
【００１１】
トランスコンダクタ１２が出力する入力信号の電圧に比例した電流は、第１のスイッチ１４によって選択された１つのキャパシタに時間ｔだけ印加される。時間ｔだけ印加された結果、チャージドメインフィルタ回路１０は、選択されたキャパシタに蓄えられた電荷が後段の回路に出力されることでサンプリングされる。例えば、第１のキャパシタ２０ａは、クロック信号φ１によって第１のスイッチ１４が制御されてトランスコンダクタ１２から出力される電流によって充電されると、クロック信号φ２によって第３のスイッチ１８が制御されて、蓄えられた電荷を後段の回路に出力する。そして第１のキャパシタ２０ａは、クロック信号φ４によって第２のスイッチが制御されて接地されることで、残留していた電荷を放出して初期化される。
【００１２】
キャパシタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、第１のスイッチ１４、第２のスイッチ１６、第３のスイッチ１８の動作によって、時間ｔでのサンプリング動作をそれぞれ繰り返す。入力信号が矩形の時間窓ｔによってサンプリングされるため、チャージドメインフィルタ回路１０の周波数特性は図１９に示したような特性を有する。図１９に示したように、チャージドメインフィルタ回路１０の周波数特性はＳＩＮＣ関数のような特性を有することから、この回路はＳＩＮＣフィルタ回路と呼ばれる。
【００１３】
【非特許文献１】L.Richard Carley and Tamal Mukherjee, "High-Speed Low-PowerIntegrating CMOS Sample-and-Hold Amplifier Architecture," Proceedings of IEEE1995 Custom Integrated Circuits Conference, pp 543-546, May 1995.
【非特許文献２】J. Yuan, "A Charge Sampling Mixer with Embedded Filter Functionfor Wireless Applications", Proceedings of IEEE 2000 InternationalConference on Microwave and Millimeter Wave Technology, pp. 315-318, Sept.,2000.
【非特許文献３】A. Mirzaie, R. Bagheri, S.Chehrazi and A. A. Abidi, "ASecond-Order Anti-Aliasing Prefilter for an SDR Receiver", Proceedings ofIEEE 2005 Custom Integrated Circuits Conference, pp. 629-632, Sept., 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、従来のチャージドメインＳＩＮＣフィルタ回路は低域通過フィルタとしての特性は悪い。図１７に示した従来のＳＩＮＣフィルタ回路においては、例えばサンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合には、周波数が１／ｔ〜１／２ｔ、つまり１ＧＨｚ〜２ＧＨｚの範囲のセカンドローブは、−１３ｄｂ程度と大きくなってしまう問題がある。
【００１５】
チャージドメインフィルタ回路では、サンプリングレートを変えずに高次のフィルタリングを行うのは容易ではない。非特許文献３に記載されている方法によれば、周波数特性をＳＩＮＣの２乗にして低域成分の特性を向上させているが、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ；有限インパルス応答）フィルタのように周波数特性を自在に変更することは出来ず、応用が困難であった。
【００１６】
中心周波数や帯域幅の異なる複数の無線通信サービスの利用を１つの端末で実現しようとする場合には、従来においては、利用するサービスに応じたフィルタ回路を用意する必要があり、ＲＦ回路の規模は利用しようとするサービスが増えると、それに伴って大きくなってしまう問題がある。そのため、回路規模を増大せずに様々な中心周波数や帯域幅を有する無線通信サービスを利用することは困難であった。
【００１７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、低域成分を効率良く通過させることができ、さらに、その周波数特性を自在に変更可能な、新規かつ改良されたチャージドメインフィルタ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、入力電圧を電流に変換して出力する複数のトランスコンダクタと、複数のトランスコンダクタからの出力が入力され、周波数特性がＳＩＮＣ関数であるＳＩＮＣフィルタ回路と、を含んで構成され、ＳＩＮＣフィルタ回路はキャパシタを含み、キャパシタの充電時間に対応するインパルス応答と、複数のトランスコンダクタのトランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答との畳み込みを行ってインパルス応答を生成することを特徴とする、チャージドメインフィルタ回路が提供される。
【００１９】
かかる構成によれば、複数のトランスコンダクタは入力電圧を電流に変換して出力し、ＳＩＮＣフィルタ回路はＳＩＮＣ関数特性を持つ周波数特性を有し、チャージドメインフィルタ回路のインパルス応答は、充電時間に対応するインパルス応答と、トランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答とを畳み込んで生成される。その結果、本発明のある観点によるチャージドメインフィルタ回路によれば、充電時間とトランスコンダクタンスの重み付けを変化させることで周波数特性を自在に変更することができる。
【００２０】
上記畳み込みは、複数のトランスコンダクタの出力電流を、位相の異なる複数の矩形窓で切り出して加算することによって行ってもよい。かかる構成によれば、トランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答は、複数のトランスコンダクタの出力電流を、位相の異なる複数の矩形窓で切り出して加算することによって得られる。その結果、トランスコンダクタの出力電流の加算によってトランスコンダクタンスの重み付けに対応するインパルス応答が変化し、チャージドメインフィルタ回路の周波数特性を変更することができる。
【００２１】
上記畳み込みは、ＳＩＮＣフィルタ回路において異なる位相でサンプリングしたキャパシタの電荷を加算することによって行ってもよい。かかる構成によれば、充電時間に対応するインパルス応答は、異なる位相でサンプリングした電荷を加算することによって得られる。その結果、異なる位相でサンプリングした電荷の加算によって充電時間に対応するインパルス応答が変化し、チャージドメインフィルタ回路の周波数特性を変更することができる。
【００２２】
複数のトランスコンダクタとＳＩＮＣフィルタ回路との間に、スイッチ部をさらに含んでいてもよい。かかる構成によれば、スイッチ部は所定のタイミングでスイッチの開閉を行い、複数のトランスコンダクタからの出力電流のＳＩＮＣフィルタ回路への印加を制御する。その結果、本発明のある観点によるチャージドメインフィルタ回路を用いて所定の帯域幅においてフィルタリングを行うバンドパスチャージサンプリングを行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、低域成分を効率良く通過させることができ、さらに周波数特性を自在に変更可能な、新規かつ改良されたチャージドメインフィルタ回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態にかかるチャージドメインフィルタ回路について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。図１に示したように、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００は、トランスコンダクタ１０２、１０４、１０６、１０８と、スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、加算器１１２ａ、１１２ｂと、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０と、を含んで構成される。
【００２７】
ＳＩＮＣフィルタ回路１２０は、さらに、第１のスイッチ１２２ａ、１２２ｂと、第２のスイッチ１２４と、第３のスイッチ１２６と、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄと、を含んで構成される。
【００２８】
トランスコンダクタ１０２、１０４、１０６、１０８は、入力信号の電圧に比例した電流を出力する。本実施形態においては、トランスコンダクタを４つ用いてチャージドメインフィルタ回路を構成しているが、本発明を実施する上ではトランスコンダクタの数は４つに限られない。また、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有していてもよく、異なる値を有していてもよい。以下では、４つのトランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有するものとして説明する。
【００２９】
スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、トランスコンダクタからの出力を加算器に入力する際に、入力の対象となる加算器を選択するものである。スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、それぞれ位相の異なるクロック信号によって端子が切り換えられる。本実施形態においては、８種類の位相の異なるクロック信号によって各スイッチの端子を切り換えるが、本発明を実施する上ではスイッチの数はこれに限られない。
【００３０】
加算器１１２ａ、１１２ｂは、トランスコンダクタからの出力を加算して出力するものである。出力を加算する対象となるトランスコンダクタは、スイッチ１１０ａ、１１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄによって選択される。
【００３１】
ＳＩＮＣフィルタ回路１２０は、入力された信号のフィルタリングを行って出力するものである。ＳＩＮＣフィルタ回路１２０は２つの入力信号を用いてフィルタリングを行う。
【００３２】
第１のスイッチ１２２ａおよび１２２ｂは、充電対象となるキャパシタを選択するものである。第１のスイッチ１２２ａはキャパシタ１２８ａ、１２８ｃのどちらかを選択し、第１のスイッチ１２２ｂはキャパシタ１２８ｂ、１２８ｄのどちらかを選択する。本実施形態においては、第１のスイッチ１２２ａおよび１２２ｂは、４種類の位相の異なるクロック信号によって端子が切り換えられる。
【００３３】
第２のスイッチ１２４は、初期化の対象となるキャパシタを選択するためのスイッチである。第２のスイッチ１２４によって、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０の各キャパシタの残留電荷を取り除くための初期化を行う際に、初期化を行うキャパシタを選択する。本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００においては、４種類のクロック信号によって第２のスイッチ１２４の端子が切り換えられる。第２のスイッチ１２４の端子を切り換えることによって、キャパシタに過去の信号による電荷が残留しないように、切り換えられた端子に接続されたキャパシタの初期化を行う。
【００３４】
第３のスイッチ１２６は、電荷を後段の回路に出力するキャパシタを選択するためのスイッチである。第３のスイッチ１２６によって、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０の各キャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力するために、電荷を出力するキャパシタを選択する。本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００においては、４種類のクロック信号によって端子が切り換えられて、切り換えられた端子に接続されたキャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力する。
【００３５】
キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄは、電荷を蓄積するものである。電荷は、トランスコンダクタからの出力電流によって蓄積される。キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄは、同じ容量を有していることが望ましい。
【００３６】
以上、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の構成について説明した。次に、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の動作について説明する。
【００３７】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。図２に示したように、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路には、１６種類のクロック信号が入力される。以下、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力されるクロック信号について説明する。
【００３８】
クロック信号φＷ０、φＷ４５、φＷ９０、φＷ１３５、φＷ１８０、φＷ２２５、φＷ２７０、φＷ３１５は、スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄに対して入力される。スイッチ１１０ａにはクロック信号φＷ０およびφＷ１８０が、スイッチ１１０ｂにはクロック信号φＷ４５およびφＷ２２５が、スイッチ１１０ｃにはクロック信号φＷ９０およびφＷ２７０が、スイッチ１１０ｄにはクロック信号φＷ１３５およびφＷ３１５が、それぞれ入力される。
【００３９】
クロック信号φＷ０とφＷ１８０、クロック信号φＷ４５とφＷ２２５、クロック信号φＷ９０とφＷ２７０、クロック信号φＷ１３５とφＷ３１５は、それぞれ対応関係にあり、クロック信号φＷ０がオンになっている間は、クロック信号φＷ１８０はオフになっている。同様に、クロック信号φＷ４５がオンになっている間は、クロック信号φＷ２２５はオフになっており、クロック信号φＷ９０がオンになっている間は、クロック信号φＷ２７０はオフになっており、クロック信号φＷ１３５がオンになっている間は、クロック信号φＷ３１５はオフになっている。
【００４０】
このように、１つのスイッチに対して２種類のクロック信号を入力することで、スイッチに設けられた端子の切り換えを行うことができる。
【００４１】
以上、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力されるクロック信号について説明した。次に、チャージドメインフィルタ回路にクロック信号が入力された際の、チャージドメインフィルタ回路の各部の動作について説明する。
【００４２】
スイッチ１１０ａは、クロック信号φＷ０がオンになったときに、クロック信号φＷ０に対応する端子に接続する。そして、クロック信号φＷ０がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φＷ０がオフになり、クロック信号φＷ１８０がオンになると、スイッチ１１０ａは、クロック信号φＷ１８０に対応する端子に接続する。
【００４３】
その他のスイッチも、２種類のクロック信号によって端子が切り換えられる。スイッチ１１０ｂは、クロック信号φＷ４５がオンになったときに、クロック信号φＷ４５に対応する端子に接続する。そして、クロック信号φＷ４５がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φＷ４５がオフになり、クロック信号φＷ２２５がオンになると、スイッチ１１０ｂは、クロック信号φＷ２２５に対応する端子に接続する。
【００４４】
同様に、スイッチ１１０ｃは、クロック信号φＷ９０がオンになったときに、クロック信号φＷ９０に対応する端子に接続し、スイッチ１１０ｄは、クロック信号φＷ１３５がオンになったときに、クロック信号φＷ１３５に対応する端子に接続する。そして、スイッチ１１０ｃは、クロック信号φＷ９０がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φＷ９０がオフになり、クロック信号φＷ２７０がオンになると、クロック信号φＷ２７０に対応する端子に接続し、スイッチ１１０ｄは、クロック信号φＷ１３５がオンになってから時間ｔが経過してクロック信号φＷ１３５がオフになり、クロック信号φＷ３１５がオンになると、クロック信号φＷ３１５に対応する端子に接続する。
【００４５】
スイッチ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄからの出力は、加算器１１２ａ、１１２ｂのどちらかに入力される。つまり、各スイッチに入力されたクロック信号のオン、オフの状態によって加算される信号が選択されることになる。
【００４６】
例えば、クロック信号φＷ０、φＷ４５、φＷ９０、φＷ１３５がオンになっている場合は、４つのトランスコンダクタからの出力は全て加算器１１２ａに入力される。また、クロック信号φＷ０、φＷ４５、φＷ２７０、φＷ３１５がオンになっている場合には、トランスコンダクタ１０２、１０４からの出力は加算器１１２ａに入力され、トランスコンダクタ１０６、１０８からの出力は加算器１１２ｂに入力される。
【００４７】
図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ１は加算器１１２ａから出力される信号の大きさと時間との関係を示したものであり、図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ２は加算器１１２ｂから出力される信号の大きさと時間との関係を示したものである。Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１およびＧｍ＿ｐｈａｓｅ２に示したように、加算器１１２ａ、１１２ｂからの出力は、時間と共に段階的に変化する。
【００４８】
例えば、φＷ０、φＷ４５、φＷ９０、φＷ１３５がオンになっている場合は、４つのトランスコンダクタからの出力は全て加算器１１２ａに入力されるため、Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１は一番大きな値を有している。また、φＷ０、φＷ４５、φＷ２７０、φＷ３１５がオンになっている場合は、トランスコンダクタ１０２、１０４からの出力が加算器１１２ａに、トランスコンダクタ１０６、１０８からの出力が加算器１１２ｂにそれぞれ入力されるため、Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１とＧｍ＿ｐｈａｓｅ２とは同じ値を有することになる。
【００４９】
時間と共に変化する加算器１１２ａ、１１２ｂからの出力を、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０に所定のタイミングで入力することで、ＳＩＮＣフィルタ回路の周波数特性の改善を図ることができる。そして、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０への入力は、第１のスイッチ１２２ａ、１２２ｂと、クロック信号φＣ０、φＣ９０、φＣ１８０、φＣ２７０によって制御される。クロック信号φＣ０とφＣ１８０とが対応関係にあり、クロック信号φＣ９０とφＣ２７０とが対応関係にある。
【００５０】
まず、クロック信号φＣ０がオフからオンになると、第１のスイッチ１２２ａは、クロック信号φＣ０に対応する端子に接続される。その結果、加算器１１２ａからの出力は、キャパシタ１２８ａに入力され、電荷がキャパシタ１２８ａに蓄積される。
【００５１】
ここで、加算器１１２ａからの出力は時間の経過とともに段階的に変化するので、キャパシタ１２８ａに入力される電流も時間の経過とともに段階的に変化する。
【００５２】
クロック信号φＣ０がオンになってから時間２ｔが経過すると、クロック信号φＣ０がオフとなり、クロック信号φＣ１８０がオンとなる。従って、加算器１１２ａからの出力は、キャパシタ１２８ｃに入力され、電荷がキャパシタ１２８ｃに蓄積される。キャパシタ１２８ｃに入力される電流もキャパシタ１２８ａに入力される電流同様に段階的に変化する。
【００５３】
クロック信号φＣ１８０がオンになってから時間２ｔが経過すると、クロック信号φＣ１８０がオフとなり、クロック信号φＣ０がオンとなる。このように、周期２ｔでクロック信号φＣ０とクロック信号φＣ１８０とがオン、オフを繰り返すことで、キャパシタ１２８ａ、１２８ｃへの充電が繰り返されることになる。
【００５４】
一方、第１のスイッチ１２２ｂは、クロック信号φＣ９０がオフからオンになると、クロック信号φＣ９０に対応する端子に接続される。その結果、加算器１１２ｂからの出力は、キャパシタ１２８ｂに入力され、電荷がキャパシタ１２８ｂに蓄積される。加算器１１２ｂからの出力も、加算器１１２ａからの出力同様に段階的に変化するので、キャパシタ１２８ｂに入力される電流も段階的に変化する。
【００５５】
クロック信号φＣ９０がオンになってから時間２ｔが経過すると、クロック信号φＣ９０がオフに変化して、クロック信号φＣ２７０がオンに変化する。従って、加算器１１２ｂからの出力は、キャパシタ１２８ｄに入力され、電荷がキャパシタ１２８ｄに蓄積される。キャパシタ１２８ｄに入力される電流もキャパシタ１２８ｂに入力される電流同様に段階的に変化する。
【００５６】
キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄに蓄えられた電荷は、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。そして、電荷の出力タイミングはクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４の４つのクロック信号によって制御される。
【００５７】
例えば、キャパシタ１２８ａは、クロック信号φＣ０がオンからオフに変化した後、クロック信号φ１がオフからオンに変化し、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ１に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ａに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。
【００５８】
クロック信号φ１がオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ１はオンからオフに変化する。クロック信号φ１がオフに変化すると、クロック信号φ２がオンに変化する。クロック信号φ２がオンに変化すると、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ２に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｂに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。
【００５９】
ここで、キャパシタ１２８ｂは、第１のスイッチ１２２ｂがクロック信号φＣ９０に対応する端子に接続されている時に、加算器１１２ｂから出力される電流によって電荷が蓄えられる。そのクロック信号φＣ９０は、クロック信号φ２がオフからオンに変化するタイミングで、オンからオフに変化する。従って、クロック信号φ２がオンに変化したとき、クロック信号φＣ９０のオンによってキャパシタ１２８ｂに蓄えられた電荷が、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。
【００６０】
クロック信号φ２がオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ２はオンからオフに変化する。クロック信号φ２がオフに変化すると、クロック信号φ３がオンに変化する。クロック信号φ３がオンに変化すると、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ３に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｃに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。
【００６１】
ここで、キャパシタ１２８ｃは、第１のスイッチ１２２ａがクロック信号φＣ１８０に対応する端子に接続されている時に、加算器１１２ａから出力される電流によって電荷が蓄えられる。そのクロック信号φＣ１８０は、クロック信号φ３がオフからオンに変化するタイミングで、オンからオフに変化する。従って、クロック信号φ３がオンに変化したとき、クロック信号φＣ１８０のオンによってキャパシタ１２８ｃに蓄えられた電荷が、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。
【００６２】
クロック信号φ３がオフからオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ３はオンからオフに変化する。クロック信号φ３がオフに変化すると、クロック信号φ４がオンに変化する。クロック信号φ４がオンに変化すると、第３のスイッチ１２６はクロック信号φ４に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｄに蓄えられていた電荷は、第３のスイッチ１２６を通って後段の回路に出力される。
【００６３】
ここで、キャパシタ１２８ｄは、第１のスイッチ１２２ｂがクロック信号φＣ２７０に対応する端子に接続されている時に、加算器１１２ｂから出力される電流によって電荷が蓄えられる。そのクロック信号φＣ２７０は、クロック信号φ４がオフからオンに変化するタイミングで、オンからオフに変化する。従って、クロック信号φ４がオンに変化したとき、クロック信号φＣ２７０のオンによってキャパシタ１２８ｄに蓄えられた電荷が、第３のスイッチ１２６によって後段の回路に出力される。
【００６４】
クロック信号φ４がオフからオンに変化してから時間ｔが経過すると、クロック信号φ１はオンからオフに変化する。このように、クロック信号φ１〜φ４のオン・オフ動作を繰り返すことで、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄに蓄えられていた電荷は順次後段の回路に出力される。
【００６５】
各キャパシタから後段の回路へ電荷が出力されると、キャパシタを接地することによって、キャパシタに残留している電荷を取り除いて初期化を行う。各キャパシタの初期化は、第２のスイッチ１２４を介して行う。
【００６６】
クロック信号φ１がオフになってクロック信号φ２がオンに変化した時、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ２に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ａは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ａに残留していた電荷が放出されて初期化される。
【００６７】
クロック信号φ２がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ２がオンからオフに変化すると、クロック信号φ３がオフからオンに変化する。クロック信号φ３がオンに変化すると、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ３に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｂは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。
【００６８】
クロック信号φ３がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ３がオンからオフに変化すると、クロック信号φ４がオフからオンに変化する。クロック信号φ４がオンに変化すると、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ４に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｃは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ｃに残留していた電荷が放出されて初期化される。
【００６９】
クロック信号φ４がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ４がオンからオフに変化すると、クロック信号φ１がオフからオンに変化する。クロック信号φ１がオンに変化すると、第２のスイッチ１２４はクロック信号φ１に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ１２８ｄは第２のスイッチ１２４を介して接地されるため、キャパシタ１２８ｃに残留していた電荷が放出されて初期化される。
【００７０】
このように、クロック信号φ１〜φ４のオン・オフ動作を繰り返すことで、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄに残留していた電荷が放出され、各キャパシタの初期化が行われる。
【００７１】
上記のように、キャパシタ１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄが時間ｔで充電、出力、初期化動作を繰り返すので、サンプリング動作は時間ｔごとに途切れなく遂行される。
【００７２】
図１に示したチャージドメインフィルタ回路１００において、入力から加算器１１２ａまでを一つのトランスコンダクタとみなすと、図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ１に示したように周期２ｔで階段状の三角波でトランスコンダクタンスが変化していることになる。同様に、入力から加算器１１２ｂまでを一つのトランスコンダクタとみなすと、図２のＧｍ＿ｐｈａｓｅ２に示したように、Ｇｍ＿ｐｈａｓｅ１とは異なる位相を有する、周期２ｔで階段状の三角波でトランスコンダクタンスが変化していることになる。従って、チャージドメインフィルタ回路１００は、三角波の窓で連続時間信号を切り出した後、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０で積分していることになる。
【００７３】
図３は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。上述したように、チャージドメインフィルタ回路１００は、三角波の窓で連続時間信号を切り出した後、ＳＩＮＣフィルタ回路１２０で積分している、これは図３の（ｂ）に示した三角波状のインパルス応答を畳み込んだことと等価になる。従って、チャージドメインフィルタ回路１００はＦＩＲフィルタとして動作する。
【００７４】
そして、図３の（ｂ）に示した三角波状のインパルス応答は、図３の（ａ）に示した２つの矩形インパルス応答を畳み込んだものである。ここで、２つの矩形インパルス応答は、パルス幅とトランスコンダクタの数に対応する。本実施形態においては、パルス幅が４クロック、トランスコンダクタの数が４つであるので、インパルスの数が共に４本の矩形インパルス応答となる。
【００７５】
２つの矩形インパルス応答を畳み込むので、チャージドメインフィルタ回路１００の周波数応答はＳＩＮＣの２乗の特性を有する。図４は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００の、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合の周波数応答について説明する説明図である。図４に示したように、チャージドメインフィルタ回路１００の周波数特性は、図１８に示した従来のＳＩＮＣフィルタ回路の周波数特性に比べて、周波数１／ｔ〜２／ｔ、すなわち周波数が１ＧＨｚ〜２ＧＨｚの間のセカンドローブにおける周波数特性が落ち込んでいるのが分かる。
【００７６】
ここで、本発明の一実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００は、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスの大きさを変化させることで、周波数特性を変化させることができる。
【００７７】
図５は、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。例えば、トランスコンダクタ１０４、１０６のトランスコンダクタンスが、トランスコンダクタ１０２、１０８のトランスコンダクタンスの２倍である場合は、図５の（ａ）のＧｍに示すように、台形のインパルス応答となる。従って、トランスコンダクタンスを変化させた場合のチャージドメインフィルタ回路１００のインパルス応答は図５の（ｂ）に示すような形となり、このときのチャージドメインフィルタ回路１００の周波数特性は図６に示したようなグラフになる。
【００７８】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路によれば、トランスコンダクタンスの重み付けによって周波数特性を自在に変更することができる。
【００７９】
（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、トランスコンダクタからの出力電流の加算タイミングを制御することで、周波数特性を自在に変更することができるチャージドメインフィルタ回路について説明した。本発明の第２の実施形態では、ＳＩＮＣフィルタ回路からの出力電荷の加算タイミングを制御することで、周波数特性を自在に変更することができるチャージドメインフィルタ回路について説明する。
【００８０】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。以下、図７を用いて本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する。
【００８１】
図７に示したように、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００は、トランスコンダクタ２０２、２０４、２０６、２０８と、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０、２４０、２６０、２８０と、を含んで構成される。
【００８２】
ＳＩＮＣフィルタ回路２２０は、第１のスイッチ２２２と、第２のスイッチ２２４と、第３のスイッチ２２６と、キャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄと、を含んで構成される。同様に、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０は、第１のスイッチ２４２と、第２のスイッチ２４４と、第３のスイッチ２４６と、キャパシタ２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ、２４８ｄと、を含み、ＳＩＮＣフィルタ回路２６０は、第１のスイッチ２６２と、第２のスイッチ２６４と、第３のスイッチ２６６と、キャパシタ２６８ａ、２６８ｂ、２６８ｃ、２６８ｄと、を含み、ＳＩＮＣフィルタ回路２８０は、第１のスイッチ２８２と、第２のスイッチ２８４と、第３のスイッチ２８６と、キャパシタ２８８ａ、２８８ｂ、２８８ｃ、２８８ｄと、を含んで構成される。
【００８３】
トランスコンダクタ２０２、２０４、２０６、２０８は、入力信号の電圧に比例した電流を出力する。本実施形態においては、トランスコンダクタを４つ用いてチャージドメインフィルタ回路を構成しているが、本発明を実施する上ではトランスコンダクタの数は４つに限られない。また、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有していてもよく、異なる値を有していてもよい。以下では、４つのトランスコンダクタのトランスコンダクタンスは全て同じ値を有するものとして説明する。
【００８４】
第１のスイッチ２２２、２４２、２６２および２８２は、充電対象となるキャパシタを選択するものである。第１のスイッチ２２２はキャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄのいずれかを選択する。同様に、第２のスイッチ２４２はキャパシタ２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ、２４８ｄのいずれかを選択し、第２のスイッチ２６２はキャパシタ２６８ａ、２６８ｂ、２６８ｃ、２６８ｄのいずれかを選択し、第２のスイッチ２８２はキャパシタ２８８ａ、２８８ｂ、２８８ｃ、２８８ｄのいずれかを選択する。本実施形態においては、第１のスイッチ２２２、２４２、２６２および２８２は、それぞれ４つの端子を有し、４種類の位相の異なるクロック信号によって端子が切り換えられるものとする。
【００８５】
第２のスイッチ２２４、２４４、２６４、２８４は、初期化対象のキャパシタを選択するためのスイッチである。第２のスイッチ２２４、２４４、２６４、２８４によって、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０、２４０、２６０、２８０の各キャパシタの残留電荷を取り除くための初期化を行う際に、初期化を行うキャパシタを選択する。本実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００においては、４種類のクロック信号によって端子が切り換えられて、キャパシタに過去の信号による電荷が残留しないように、切り換えられた端子に接続されたキャパシタの初期化を行う。なお、本発明を実施する上で端子の数はこれに限られない。
【００８６】
第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６は、電荷を出力するキャパシタを選択するためのスイッチである。第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６によって、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０、２４０、２６０、２８０の各キャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力するために、電荷を出力するキャパシタを選択する。本実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００においては、４種類のクロック信号によって端子が切り換えられて、切り換えられた端子に接続されたキャパシタに充電された電荷を後段の回路に出力する。
【００８７】
なお、本発明を実施する上では、各スイッチの数や、各スイッチにおける端子の数は上記で示した数に限られない。
【００８８】
キャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄ、２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ、２４８ｄ、２６８ａ、２６８ｂ、２６８ｃ、２６８ｄ、２８８ａ、２８８ｂ、２８８ｃ、２８８ｄは、電荷を蓄積するものである。各キャパシタは同じ容量を有していることが望ましい。なお、本実施形態においては１つのＳＩＮＣフィルタ回路あたり４つのキャパシタを含んで構成されているが、ＳＩＮＣフィルタ回路あたりのキャパシタの数はこれに限られない。
【００８９】
以上、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の構成について説明した。次に、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の動作について説明する。
【００９０】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。チャージドメインフィルタ回路２００は、クロック信号φ１〜φ１６の１６種類のクロック信号が入力される。
【００９１】
第１のスイッチ２２２は、４種類のクロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３によって制御される。クロック信号φ１がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ１に対応する端子に接続される。
【００９２】
第１のスイッチ２２２がクロック信号φ１に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ａに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ａに入力されることにより、キャパシタ２２８ａにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。
【００９３】
時間ｔが経過して、クロック信号φ１がオンからオフに変化すると、クロック信号φ５がオンからオフに変化する。クロック信号φ５がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ５に対応する端子に接続される。
【００９４】
第１のスイッチ２２２がクロック信号φ５に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｂに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｂに入力されることにより、キャパシタ２２８ｂにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。
【００９５】
さらに時間ｔが経過して、クロック信号φ５がオンからオフに変化すると、クロック信号φ９がオンからオフに変化する。クロック信号φ９がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ９に対応する端子に接続される。
【００９６】
第１のスイッチ２２２がクロック信号φ９に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｃに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｃに入力されることにより、キャパシタ２２８ｃにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。
【００９７】
さらに時間ｔが経過して、クロック信号φ９がオンからオフに変化すると、クロック信号φ１３がオンからオフに変化する。クロック信号φ１３がオフからオンに変化すると、第１のスイッチ２２２は、クロック信号φ１３に対応する端子に接続される。
【００９８】
第１のスイッチ２２２がクロック信号φ１３に対応する端子に接続されると、トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｄに入力される。トランスコンダクタ２０２からの出力電流がキャパシタ２２８ｄに入力されることにより、キャパシタ２２８ｄにはトランスコンダクタ２０２からの出力電流によって電荷が蓄積される。
【００９９】
さらに時間ｔが経過して、クロック信号φ１３がオンからオフになると、クロック信号φ１がオンからオフに変化する。このように、クロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３のオン・オフを繰り返すことで、第１のスイッチ２２２は接続する端子が切り換えられ、トランスコンダクタ２０２からの出力電流によって、キャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄに順次電荷が蓄積される。
【０１００】
このように、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０の各キャパシタには、４種類のクロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３のオン・オフの繰り返しによって電荷が蓄積される。同様に、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０、２６０、２８０の各キャパシタにもクロック信号のオン・オフの繰り返しによって電荷が蓄積される。しかし、これらのキャパシタへの電荷の蓄積は、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０の第１のスイッチ２２２に入力されるクロック信号とは異なる位相を有するクロック信号のオン・オフによって制御される。
【０１０１】
例えば、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０の第１のスイッチ２４２には、４種類のクロック信号φ２、φ６、φ１０、φ１４が入力される。これらのクロック信号は、図８に示したように、クロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３と比べてｔ／４ずれている位相を有する。
【０１０２】
また、ＳＩＮＣフィルタ回路２６０の第１のスイッチ２６２には、クロック信号φ３、φ７、φ１１、φ１５が入力され、これらのクロック信号は、図８に示したように、クロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３と比べてｔ／２ずれている位相を有する。そして、ＳＩＮＣフィルタ回路２８０の第１のスイッチ２８２には、クロック信号φ４、φ８、φ１２、φ１６が入力され、これらのクロック信号は、図８に示したように、クロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３と比べて３ｔ／４ずれている位相を有する。
【０１０３】
このように、位相が異なるクロック信号をＳＩＮＣフィルタ回路に入力することによって、各ＳＩＮＣフィルタ回路のキャパシタの充電タイミングをずらすことができる。
【０１０４】
キャパシタに蓄積された電荷は、第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６によって後段の回路に出力される。第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６は、４種類の位相の異なるクロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３のオン・オフによって端子が切り換えられ、各キャパシタに蓄えられている電荷を後段の回路に出力させる。ここで、クロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３は、第１のスイッチ２２２に入力されるクロック信号と同じものである。
【０１０５】
クロック信号φ１がオンになっている間、トランスコンダクタ２０２からの出力電流によって蓄えられたキャパシタ２２８ａの電荷は、クロック信号φ９がオンになっている時に後段の回路に出力される。同様に、キャパシタ２２８ｂの電荷はクロック信号φ１３がオンになっている時に、キャパシタ２２８ｃの電荷はクロック信号φ１がオンになっている時に、キャパシタ２２８ｄの電荷はクロック信号φ５がオンになっている時に、それぞれ後段の回路に出力される。
【０１０６】
ここで、後段の回路には、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０のキャパシタに蓄えられた電荷だけでなく、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０、２６０、２８０のキャパシタに蓄えられた電荷も出力される。ＳＩＮＣフィルタ回路２４０の第３のスイッチ２４６、ＳＩＮＣフィルタ回路２６０の第３のスイッチ２６４、ＳＩＮＣフィルタ回路２８０の第３のスイッチ２８４も、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０の第３のスイッチ２２４と同様に、クロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３のオン・オフによって端子が切り換えられる。
【０１０７】
キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ１、φ２、φ３、φ４の入力によって充電されるが、出力はクロック信号φ９がオンになったタイミングで同時に行われる。従って、キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａに蓄えられた電荷が加算されて後段の回路に出力されることになる。
【０１０８】
その他のキャパシタも同様に、位相の異なるクロック信号の入力によって電荷が蓄積され、蓄積された電荷は同じクロック信号の入力によって後段の回路に出力される。キャパシタ２２８ｂ、２４８ｂ、２６８ｂ、２８８ｂは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ５、φ６、φ７、φ８の入力によって充電され、出力はクロック信号φ１３がオンになったタイミングで同時に行われる。キャパシタ２２８ｃ、２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ９、φ１０、φ１１、φ１２の入力によって充電され、出力はクロック信号φ１がオンになったタイミングで同時に行われる。そして、キャパシタ２２８ｄ、２４８ｄ、２６８ｄ、２８８ｄは、それぞれ位相の異なるクロック信号φ１３、φ１４、φ１５、φ１６の入力によって充電され、出力はクロック信号φ５がオンになったタイミングで同時に行われる。
【０１０９】
第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６を介して各キャパシタから後段の回路へ電荷が出力されると、各キャパシタに残留している電荷をキャパシタの接地によって取り除いて初期化を行う。各キャパシタの初期化は、第２のスイッチ２２４、２４４、２６４、２８４を介して行う。第２のスイッチは４種類の位相の異なるクロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３のオン・オフによって端子が切り換えられる。
【０１１０】
クロック信号φ９がオフになってクロック信号φ１３がオンになった時、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ１３に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ａは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ａに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ９がオフになってクロック信号φ１３がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ１３に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ａ、２６８ａ、２８８ａに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。
【０１１１】
クロック信号φ１３がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ１３がオンからオフに変化すると、クロック信号φ１がオフからオンに変化する。クロック信号φ１がオンになると、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ１に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ｂは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ１３がオフになってクロック信号φ１がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ１に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ｂ、２６８ｂ、２８８ｂに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。
【０１１２】
クロック信号φ１がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ１がオンからオフに変化すると、クロック信号φ５がオフからオンに変化する。クロック信号φ５がオンに変化すると、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ５に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ｃは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ１がオフになってクロック信号φ５がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ５に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。
【０１１３】
クロック信号φ５がオンになってから時間ｔが経過して、クロック信号φ５がオンからオフに変化すると、クロック信号φ９がオフからオンに変化する。クロック信号φ９がオンに変化すると、第２のスイッチ２２４はクロック信号φ９に対応する端子に接続される。すると、キャパシタ２２８ｄは第２のスイッチ２２４を介して接地されるため、キャパシタ２２８ｂに残留していた電荷が放出されて初期化される。クロック信号φ５がオフになってクロック信号φ９がオンになると、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４も同様にクロック信号φ９に対応する端子に接続されるため、キャパシタ２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃに残留していた電荷も同様に放出されて初期化される。
【０１１４】
このように、クロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３のオン・オフ動作を繰り返すことで、ＳＩＮＣフィルタ回路２２０のキャパシタ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄに残留していた電荷が放出され、各キャパシタの初期化が行われる。同様に、ＳＩＮＣフィルタ回路２４０、２６０、２８０の各キャパシタの初期化処理も、第２のスイッチ２４４、２６４、２８４にクロック信号φ１、φ５、φ９、φ１３を入力することによって行われる。
【０１１５】
上記のように、各キャパシタが充電、出力、初期化を途切れなく繰り返す。図８のＤｕｍｐφ９は、第３のスイッチ２２６、２４６、２６６、２８６にクロック信号φ９が入力された場合における、後段の回路へ出力する電荷量全体の変化を示している。例えば、キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａに注目した場合、各キャパシタへの充電タイミングはクロック信号φ１〜φ４によって制御される。クロック信号φ１〜φ４はそれぞれ異なる位相を有するため、クロック信号φ９が入力された場合における後段の回路へ出力する電荷量は、時間とともに段階的に変化する。従って、キャパシタ２２８ａ、２４８ａ、２６８ａ、２８８ａの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ９のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになる。
【０１１６】
同様に、キャパシタ２２８ｂ、２４８ｂ、２６８ｂ、２８８ｂの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ１３のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになり、キャパシタ２２８ｃ、２４８ｃ、２６８ｃ、２８８ｃの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ１のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになり、キャパシタ２２８ｄ、２４８ｄ、２６８ｄ、２８８ｄの電荷の合計は、図８のＤｕｍｐφ５のような三角波の窓で連続時間信号を切り出した後に積分したことになる。そのため、サンプリングとＦＩＲフィルタのフィルタリング動作も、時間ｔごとに途切れなく遂行される。
【０１１７】
図７に示したチャージドメインフィルタ回路２００も、本発明の第１の実施形態で示したチャージドメインフィルタ回路１００と同様に、インパルス応答は２つの矩形インパルスを畳み込んだものとなる。そして、チャージドメインフィルタ回路２００のインパルス応答は、図３の（ｂ）に示したものと同様に三角波状のインパルス応答となる。従って、チャージドメインフィルタ回路２００はＦＩＲフィルタとして動作し、チャージドメインフィルタ回路２００の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図４に示したチャージドメインフィルタ回路１００の周波数応答と同様の特性を有することになる。
【０１１８】
ここで、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路２００の周波数特性も、トランスコンダクタのトランスコンダクタンスの値を変化させることで変化させることができる。
【０１１９】
例えば、トランスコンダクタ２０４、２０６のトランスコンダクタンスが、トランスコンダクタ２０２、２０８のトランスコンダクタンスの２倍である場合は、図５の（ａ）のＧｍに示すように、台形のインパルス応答となる。従って、トランスコンダクタンスを変化させた場合のチャージドメインフィルタ回路２００のインパルス応答も、本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路１００のインパルス応答と同様に、図５の（ｂ）に示すような形となる。従って、チャージドメインフィルタ回路２００の周波数特性も、図６に示したようなグラフになる。
【０１２０】
すなわち、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路も、トランスコンダクタンスの重み付けを変更することで周波数特性を変更することが可能なＦＩＲフィルタとなる。
【０１２１】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路によっても、トランスコンダクタンスの重み付けによって周波数特性を自在に変更することができる。
【０１２２】
上記のように、重み付けされたトランスコンダクタンスと、電流を積分する矩形の窓とを畳み込むことで、ＦＩＲフィルタのインパルス応答を生成することができる。そこで、トランスコンダクタの重み付けや、キャパシタの充電を行うクロックがオンとなる時間を変化させることで、様々な形にＦＩＲフィルタのインパルス応答を生成することができる。
【０１２３】
（応用例１）
図９はインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を３クロックとして、トランスコンダクタを５つ設け、そのうちの３つを、他の２つの２倍のトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図９の（ｂ）のような形になる。図９の（ｂ）のインパルス応答は、図５の（ｂ）に示したインパルス応答と同じ形である。従って、この場合の周波数特性も、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図６に示したようなグラフとなる。
【０１２４】
（応用例２）
図１０は別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を５クロックとして、トランスコンダクタを３つ設け、全て同じトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図１０の（ｂ）のような形になる。この場合の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図１１に示したグラフとなる。
【０１２５】
（応用例３）
図１２はさらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を４クロックとして、トランスコンダクタを４つ設け、そのうちの２つを、他の２つの２倍のトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図１２の（ｂ）のような形になる。この場合の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図１３に示したグラフとなる。
【０１２６】
（応用例４）
図１４はさらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅を４クロックとして、トランスコンダクタを４つ設け、そのうちの１つを、他の３つとは逆の極性のトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタにした場合、インパルス応答は図１４の（ｂ）のような形になる。この場合の周波数特性は、サンプリング周期ｔをｔ＝１ｎｓとした場合に、図１５に示したグラフとなる。
【０１２７】
このように、キャパシタの充電を行うクロックのパルス幅やトランスコンダクタのトランスコンダクタンスを変化させることで、様々な周波数特性を得ることができる。従って、通過させようとする信号の帯域や用途に合わせてトランスコンダクタンスやキャパシタの充電時間を調整することによって、１つの回路で様々な帯域の信号を通過させることが可能となり、回路規模を増大させずに複数の無線通信サービスを利用することができる。
【０１２８】
（第３の実施形態）
本発明の別の応用例として、本発明の第３の実施形態にかかるチャージドメインフィルタ回路を用いたバンドパスチャージサンプリング（ＢＰＣＳ、非特許文献２参照）について述べる。
【０１２９】
図１６は、本発明の第３の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。図１６に示したように、本発明の第３の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路３００は、トランスコンダクタ３０２、３０４、３０６、３０８と、スイッチ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄと、加算器３１２ａ、３１２ｂと、ＳＩＮＣフィルタ回路３２０と、第１スイッチ部３３０と、第２スイッチ部３４０と、を含んで構成される。
【０１３０】
ＳＩＮＣフィルタ回路３２０は、さらに、第１のスイッチ３２２ａ、３２２ｂと、第２のスイッチ３２４と、第３のスイッチ３２６と、キャパシタ３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃ、３２８ｄと、を含んで構成される。第１スイッチ部３３０は、スイッチ３３２ａ、３３２ｂを含み、第２スイッチ部３４０は、スイッチ３４２ａ、３４２ｂを含む。
【０１３１】
第１スイッチ部３３０および第２スイッチ部３４０は、トランスコンダクタからのＳＩＮＣフィルタ回路３２０への出力を制御するものである。第１スイッチ部３３０は、トランスコンダクタからの出力を制御し、第２スイッチ部３４０は、トランスコンダクタからの出力の逆相の出力を制御する。
【０１３２】
第１スイッチ部３３０と第２スイッチ部３４０には、それぞれ正反対の位相のクロック信号が入力される。つまり、第１スイッチ部３３０にオンのクロック信号が入力されている時には第２スイッチ部３４０にはクロック信号が入力されず、第２スイッチ部３４０にオンのクロック信号が入力されている時には、第１スイッチ部３３０にはオンのクロック信号は入力されない。
【０１３３】
第１スイッチ部３３０と第２スイッチ部３４０に入力するクロック信号のオン・オフを繰り返すことで、トランスコンダクタからの出力と、トランスコンダクタからの出力の逆相の出力とが、交互にＳＩＮＣフィルタ回路３２０へ入力される。すなわち、第１スイッチ部３３０と第２スイッチ部３４０に入力するクロック信号が乗算されるので、周波数変換が行われる。従って、チャージドメインフィルタ回路３００は、所定の周波数を中心としたフィルタリング特性を有するフィルタ回路となる。
【０１３４】
以上説明したように、本発明の第３の実施形態にかかるチャージドメインフィルタ回路によれば、所定の周波数を中心としたバンドパスチャージサンプリングを行うことができる。周波数特性は、第１の実施形態および第２の実施形態同様に、トランスコンダクタンスの値や、キャパシタへの充電時間を変化させることによって自在に変化させることができる。従って、通過させようとする信号の帯域や用途に合わせてトランスコンダクタンスやキャパシタの充電時間を調整することによって、１つの回路で様々な帯域の信号を通過させることが可能となり、回路規模を増大させずに複数の無線通信サービスを利用することができる。
【０１３５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路のインパルス応答の様子について説明する説明図である。
【図６】図５のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路に入力するクロック信号について説明する説明図である。
【図９】インパルス応答の一例について説明する説明図である。
【図１０】別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。
【図１１】図１０のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。
【図１２】さらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。
【図１３】図１２のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。
【図１４】さらに別のインパルス応答の一例について説明する説明図である。
【図１５】図１４のインパルス応答の場合におけるチャージドメインフィルタ回路の周波数応答について説明する説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係るチャージドメインフィルタ回路について説明する説明図である。
【図１７】従来のＳＩＮＣフィルタ回路を構成するチャージドメインフィルタ回路の構成について説明する説明図である。
【図１８】従来のチャージドメインフィルタ回路に印加するクロック信号のタイミングチャートについて説明する説明図である。
【図１９】従来のチャージドメインフィルタ回路の周波数特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１００、２００、３００    チャージドメインフィルタ回路
１０２、１０４、１０６、１０８、２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８    トランスコンダクタ
１２０、２２０、２４０、２６０、２８０、３２０    ＳＩＮＣフィルタ回路
３３０    第１スイッチ部
３４０    第２スイッチ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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