(57)【要約】【課題】ｇｍＣフィルタを用いた減衰量の大きいフィルタをＭＯＳ集積回路基板上に形成できるようにする。【解決手段】フィルタ１１は、複数の相互コンダクタンスアンプｇｍ１、ｇｍ２・・・とコンデンサＣ１，Ｃ２・・・からなり、特定帯域の信号を通過させる特性を有するｇｍＣフィルタ１３と、阻止帯域の高域側の信号を減衰させる特性を有するＬＰＦ１２と、阻止帯域の低域側の信号を減衰させる特性を有するＨＰＦ１４とからなる。フィルタ１１を上記のように構成することで阻止帯域の減衰量が大きいバンドパスフィルタをＭＯＳ集積回路基板上に形成できる。【選択図】      図１
2005286778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定帯域の周波数の信号を通過させ、特定帯域外の周波数の信号を減衰させる特性を有するｇｍＣファイルと、
前記ｇｍＣフィルタの阻止帯域の低域側の周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるハイパスフィルタと、
前記ｇｍＣフィルタの阻止帯域の高域側の周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるローパスフィルタとをＭＯＳ集積回路基板上に形成したフィルタ。
【請求項２】
前記ｇｍＣフィルタは、
差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の同相電圧を検出する同相電圧検出回路と、
前記同相電圧検出回路により検出される同相電圧と所定の基準値とに基づいて、前記差動増幅回路の同相電圧が基準値に近づくように前記差動増幅回路のバイアスを制御するバイアス制御回路とからなる相互コンダクタンスアンプを有する請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記ｇｍＣフィルタは、
１８０°の位相差を有する信号が入力される第１及び第２のＭＯＳトランジスタと、
前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタの出力電圧がゲートに入力し、互いのソース間に少なくとも２個の抵抗が直列に接続された第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、
前記２個の抵抗の中点の電圧に対応した電圧と所定の基準値とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタの同相出力電圧が基準値に近づくように制御するバイアス制御回路とからなる相互コンダクタンスアンプを有する請求項１記載のフィルタ。
【請求項４】
前記２個の抵抗の中点の電圧がゲートに入力される第１のｐチャネルＭＯＳトランジスタと、基準電圧がゲートに入力される第２のｐチャネルＭＯＳトランジスタとを有し、
前記比較回路は、前記第１のｐチャネルＭＯＳトランジスタと第２のｐチャネルＭＯＳトランジスタのソース電圧を比較して、比較結果に応じた電圧を前記バイアス制御回路に出力する請求項３記載のフィルタ。
【請求項５】
前記バイアス制御回路は、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのドレインと電源との間に接続された第５及び第６のＭＯＳトランジスタからなり、前記比較回路の出力電圧により前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間電圧が制御され、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタの同相出力電圧が基準値に近づくように制御する請求項４記載のフィルタ。
【請求項６】
特定周波数以上の信号を通過させ、特定周波数より低い周波数の信号を減衰させる特性を有するｇｍＣファイルと、
前記特定周波数より低い周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるなるハイパスフィルタとをＭＯＳ集積回路基板上に形成したフィルタ。
【請求項７】
特定周波数以下の信号を通過させ、特定周波数より高い周波数の信号を減衰させる特性を有するｇｍＣファイルと、
前記特定周波数より高い周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるローパスフィルタとをＭＯＳ集積回路基板上に形成したフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳ集積回路上に形成されるフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線受信機の回路を集積化するために、従来、ＩＣ（集積回路）の外部に取り付けていたフィルタを能動フィルタで構成しＩＣ上に形成することが考えられている。能動フィルタとしてはｇｍＣフィルタ等が知られている。ｇｍＣフィルタの従来技術として以下のようなものがある。
【０００３】
特許文献１には、テレビの映像信号の帯域減衰フィルタを、可変電流源を有する２つの相互コンダクタンス回路で構成することで、制御電流源の電流の可変範囲を小さくし、かつ遮断周波数範囲を広げることが記載されている。
特許文献２には、能動帯域通過フィルタを第１及び第２の相互コンダクタンス増幅器で構成し、能動帯域減衰フィルタを第１及び第２の相互コンダクタンス増幅器と同一の第３及び第４の相互コンダクタンス増幅器で構成し、素子の利得特性に影響されない能動帯域減衰フィルタを実現することが記載されている。
【０００４】
また、特許文献３には、バイカッド回路により構成したローパスフィルタとハイパスフィルタとを半導体集積回路上に形成して平坦な周波数特性を有するバンドパスフィルタを実現することが記載されている。
【特許文献１】特開平８−３３０９０１号公報
【特許文献２】特開平１１−１６３６７７号公報
【特許文献３】特開平８−１７２３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ｇｍＣフィルタは、相互コンダクタンスｇｍを変化させることで、所望の周波数特性を有するフィルタを実現できる。しかしながら、ｇｍＣフィルタは、図３に示すように、トランジスタで発生するノイズで制限され、減衰量がある一定値以上大きくならないという欠点がある。
【０００６】
通信機の分野、例えば、ラジオ受信機においては、ミキサ回路の後段に配置されるＩＦ信号（中間周波信号）を取り出すＩＦフィルタは、ノイズマージンを大きくするために阻止帯域の減衰量を大きくすることが望まれる。
本発明の課題は、ｇｍＣフィルタを用いた減衰量の大きいフィルタをＭＯＳ集積回路基板上に形成できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフィルタは、特定帯域の周波数の信号を通過させ、特定帯域外の周波数の信号を減衰させる特性を有するｇｍＣフィルタと、前記ｇｍＣフィルタの阻止帯域の低域側の周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるハイパスフィルタと、前記ｇｍＣフィルタの阻止帯域の高域側の周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるローパスフィルタとをＭＯＳ集積回路基板上に形成した。
【０００８】
この発明によれば、ｇｍＣフィルタにより通過帯域の周波数を決め、阻止帯域の信号を受動素子からなるハイパスフィルタとローパスフィルタで減衰させているので周波数精度が高く、かつ減衰量の大きいバンドパスフィルタをＭＯＳ集積回路基板上に形成できる。
本発明の他の態様は、上記の発明において、前記ｇｍＣフィルタは、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の同相電圧を検出する同相電圧検出回路と、前記同相電圧検出回路により検出される同相電圧と所定の基準値とに基づいて、前記差動増幅回路の同相電圧が基準値に近づくように前記差動増幅回路のバイアスを制御するバイアス制御回路とを有する相互コンダクタンスアンプを備える。
【０００９】
このように構成することで、相互コンダクタンスアンプの出力の直流電位の変動を抑え、ｇｍＣフィルタの特性を向上させることができる。
なお、上記の同相電圧検出回路は、例えば、図２のバッファ回路２３と抵抗Ｒ１，Ｒ２とソースフォロア２４とに対応し、バイアス制御回路は、図２の比較回路２５とＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４とに対応する。
【００１０】
本発明の他の態様は、前記ｇｍＣフィルタは、１８０°の位相差を有する信号が入力される第１及び第２のＭＯＳトランジスタと、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタの出力電圧がゲートに入力し、互いのソース間に少なくとも２個の抵抗が直列に接続された第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、前記２個の抵抗の中点の電圧に対応した電圧と所定の基準値とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に基づいて前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタの同相出力電圧が基準値に近づくように制御するバイアス制御回路とからなる相互コンダクタンスアンプを有する。
【００１１】
このように構成することで、相互コンダクタンスアンプの出力の直流電位の変動を抑え、ｇｍＣフィルタの特性を向上させることができる。
なお、上記の比較回路は、例えば、図２の比較回路２５に対応し、バイアス制御回路は、図２のＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４に対応する。
【００１２】
本発明の他のフィルタは、特定周波数以上の信号を通過させ、特定周波数より低い周波数の信号を減衰させる特性を有するｇｍＣファイルと、前記特定周波数より低い周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるなるハイパスフィルタとをＭＯＳ集積回路基板上に形成した。
【００１３】
この発明によれば、阻止帯域の減衰量が大きく、かつ周波数精度の高いハイパスフィルタをＭＯＳ集積回路基板上に形成できる。
本発明の他のフィルタは、特定周波数以下の信号を通過させ、特定周波数より高い周波数の信号を減衰させる特性を有するｇｍＣファイルと、前記特定周波数より高い周波数の信号を減衰させる特性を有する受動素子からなるローパスフィルタとをＭＯＳ集積回路基板上に形成した。
【００１４】
この発明によれば、阻止帯域の減衰量が大きく、かつ周波数精度の高いローパスフィルタをＭＯＳ集積回路基板上に形成できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ｇｍＣフィルタと受動フィルタを組み合わせることで周波数精度が高く、かつ阻止帯域の信号の減衰量が大きいフィルタをＭＯＳ集積回路基板上に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、実施の形態のフィルタの構成を示す図である。
以下に述べるｇｍＣフィルタ１３、ローパスフィルタ１２及びハイパスフィルタ１４は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタを形成できるＣＭＯＳプロセスにより製造される半導体集積回路、例えば、ＦＭ、ＡＭラジオ受信機用半導体集積回路基板上に搭載される。
【００１７】
図１において、実施の形態のＩＦフィルタ１１は、ラジオ受信機等のミキサ回路の後段に配置されるフィルタであり、ＩＦ信号を通過させ、他の周波数の信号を阻止する特性を有する。
ＩＦフィルタ１１は、ｇｍＣフィルタ１３と、その後段に接続されるローパスフィルタ（以下、ＬＰＦとする）１２とハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦとする）１４とで構成される。
【００１８】
ＬＰＦ１２は、抵抗とコンデンサの受動素子からなるフィルタであり、特定周波数（例えば、抵抗値と容量の誤差を考慮して決める、ｇｍＣフィルタ１３の通過帯域の上限の周波数より所定周波数高い周波数）以下の信号を通過させ、その特定周波数より高い周波数（阻止帯域の高域側）の信号を減衰させる特性を有する。
【００１９】
ｇｍＣフィルタ１３は、複数の相互コンダクタンスアンプｇｍ１、ｇｍ２・・・とコンデンサＣ１，Ｃ２・・・からなり、特定帯域の信号を通過させ、帯域外の信号を減衰させる特性を有する。ｇｍＣフィルタ１３は、コンダクタンスアンプｇｍ１，ｇｍ２・・・の相互コンダクタンスｇｍを変化させることにより、フィルタの周波数特性を変化させることができるので、設計周波数（目的とするＩＦ信号の周波数）を中心とする通過帯域特性を有する周波数精度の高いバンドパスフィルタを実現できる。
【００２０】
ＨＰＦ１４は、抵抗とコンデンサの受動素子からなるフィルタであり、特定周波数（例えば、抵抗値と容量の誤差を考慮して決める、ｇｍＣフィルタ１３の通過帯域の下限の周波数より所定周波数低い周波数）以上の周波数の信号を通過させ、その特定周波数より低い周波数（阻止帯域の低域側）の信号を減衰させる特性を有する。
【００２１】
ＩＦフィルタ１１を上記のように構成することで、周波数精度の高いｇｍＣフィルタ１３により目的とするＩＦ信号が選択され、阻止帯域の信号は、ｇｍＣフィルタとＨＰＦ１４とＬＰＦ１２により減衰されるのでＩＦ信号以外の信号を十分に減衰させることができる。
図２は、本実施の形態に係る相互コンダクタンスアンプの構成例を示す図である。
【００２２】
同図に示すコンダクタンスアンプは、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４と電流源Ｉ１とで構成される差動増幅回路２１と、差動増幅回路２１へのバイアスを制御するためのＣＭＦＢ（Ｃｏｍｍｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｆｅｅｄ  Ｂａｃｋ）回路２２とで構成される。
ＣＭＦＢ回路２２は、ＭＯＳトランジスタＱ５及びＱ６で構成されるバッファ回路２３を介して差動増幅回路２１の出力端に接続された抵抗Ｒ１及びＲ２と、抵抗Ｒ１とＲ２の中点からの出力とリファレンス電圧Ｖｒｅｆに応じたＭＯＳトランジスタＱ７の出力とを入力とするＭＯＳトランジスタＱ８及びＱ９で構成されたソースフォロア２４と、ソースフォロア２４からの出力を入力とするＭＯＳトランジスタＱ１０〜Ｑ１２で構成される比較回路２５と、比較回路２５からの出力端とＭＯＳトランジスタＱ９のゲートとに接続して位相補償を行うための位相補償回路（コンデンサＣ１）とを少なくとも有する。
【００２３】
差動増幅回路２１では、入力電圧Ｖｉｎ、ＶｉｐがＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２のそれぞれのゲートに印加されると、印加電圧に応じた電圧が出力端子に出力電圧Ｖｏｐ、Ｖｏｎとして出力される。
出力電圧Ｖｏｐ、Ｖｏｎは、ＭＯＳトランジスタＱ５及びＱ６で構成されるバッファ回路２３を介してそれぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２に入力され、中点電圧Ｖｍが取り出される。抵抗Ｒ１の抵抗値と抵抗Ｒ２の抵抗値とは同じ値に設定されているので、抵抗Ｒ１とＲ２との中点から出力信号をとることによってＭＯＳトランジスタＱ５のソース電圧とＱ６のソース電圧との中点電圧Ｖｍを得ている。
【００２４】
バッファ回路２３を介して入力される中点電圧Ｖｍとリファレンス電圧Ｖｒｅｆとは、ソースフォロア２４を介してバッファ回路２３による電圧降下分の補償を行った後にそれぞれ比較回路２５を構成するＭＯＳトランジスタＱ１０及びＱ１１のゲートに入力される。
【００２５】
ここで、ＭＯＳトランジスタＱ３とＱ４とＱ１２とはカレントミラー回路で構成される電流源であるので、比較回路２５による比較結果に応じた電圧の変化はＭＯＳトランジスタＱ１２を介してＭＯＳトランジスタＱ３及びＱ４に伝達される。したがって、ＭＯＳトランジスタＱ３及びＱ４のゲート電圧が変化するのでＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２に流れる電流が変化してコンダクタンスアンプの直流バイアス電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆと同じになるように調整される。
【００２６】
例えば、出力電圧Ｖｏｐ、Ｖｏｎの電位が上昇すると、差動増幅回路２１の出力端にバッファ回路２３を介して接続されている抵抗Ｒ１及びＲ２の中点電圧Ｖｍも上昇する。中点電圧Ｖｍが上昇することによってＭＯＳトランジスタＱ９のゲート電圧が上昇するので、比較回路２５を構成するＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電圧が上昇し、Ｑ１１のドレイン−ソース間の電流が増加する。
【００２７】
比較回路２５を構成するＭＯＳトランジスタＱ１０及びＱ１１は、ソース側に電流源が接続されているので、ＭＯＳトランジスタＱ１１のドレイン−ソース間の電流が増加すると、それに応じてＭＯＳトランジスタのドレイン−ソース間の電流が減少し、ＭＯＳトランジスタＱ１２のドレイン電圧が上昇する。ＭＯＳトランジスタＱ１２のドレイン電圧の電圧上昇に応じて、差動増幅回路２１を構成するＭＯＳトランジスタＱ３及びＱ４のゲート電圧が上昇するので、ソース−ドレイン間の抵抗（電圧降下）が大きくなる。その結果、差動増幅回路２１の出力電圧が下降し、中点電圧Ｖｍとリファレンス電圧Ｖｒｅｆとが同じになるように調整されることとなる。
【００２８】
以上に述べたように、差動増幅回路２１からの出力電圧の直流バイアス電圧は、ＭＯＳトランジスタＱ７のゲートに入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆと比較回路２５で比較され、直流バイアスの変動に応じてその変動分を打ち消すように差動増幅回路２１にフィードバックされるので直流バイアス電圧が一定となる。
【００２９】
ここで、ＭＯＳトランジスタＱ３及びＱ４で構成された差動増幅回路２１の定電流源は、一般にハイインピーダンスであるためバッファ回路２３を介さずに上記差動増幅回路２１の出力端と抵抗Ｒ１及びＲ２とを接続すると、コンダクタンスアンプの出力ゲインが低下してしまう。
【００３０】
一般に差動増幅回路２１を含むオペアンプは、出力側インピーダンスは無限大が理想であるが、差動増幅回路２１の出力端に抵抗Ｒ１及びＲ２を直接接続すると、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との中点は所定の基準電圧となるようにフィードバック制御されて交流的に変化しない回路ノードとなり、交流的に変化しない回路ノードは電源やＧＮＤに接続されていることと等価と考えられるので抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との中点電圧Ｖｍは等価的に電源電圧Ｖｄｄと同電位とみなすことができ、ＭＯＳトランジスタＱ３と抵抗Ｒ１、ＭＯＳトランジスタＱ４と抵抗Ｒ２がそれぞれ並列に接続されることと等価となってしまう。したがって、出力側インピーダンスが低下するとともに出力ゲインが低下してしまうこととなる。また、上記の様にバッファ回路２３を介さずに差動増幅回路２１の出力側と抵抗Ｒ１及びＲ２とを接続した構成のコンダクタンスアンプによってＢＰＦを構成した場合には、コンダクタンスアンプの出力インピーダンスが低下するとともに出力ゲインが低下するために、ＢＰＦの周波数通過帯域でのゲインが低下してしまうという問題が生じる。
【００３１】
そこで、本実施の形態に係るコンダクタンスアンプでは、同図に示すように差動増幅回路２１の出力側にバッファ回路２３を介して抵抗Ｒ１及びＲ２を接続している。このような構成にすることによって、出力側インピーダンスが低下することを防止するとともに出力ゲインの低下を防止することが可能となる。したがって、本実施の形態に係るコンダクタンスアンプを用いてＢＰＦを構成した場合には、ＢＰＦの周波数通過帯域のゲインが低下することを防止することが可能となる。
【００３２】
さらに、本実施の形態に係るコンダクタンスアンプは、ソースフォロア４の入力端であるＭＯＳトランジスタＱ９のゲートと比較回路２５の出力端であるＭＯＳトランジスタＱ１０のドレインとがコンデンサＣ１を介して接続されている。比較回路２５の出力端であるＭＯＳトランジスタＱ１０のドレイン電圧をソースフォロア２４の入力端であるＭＯＳトランジスタＱ９のゲート電圧にフィードバックすることによって、差動増幅回路２１の出力端とＣＭＦＢによって入力される差動増幅回路２１の電流源を構成するＭＯＳトランジスタとの間の位相を効率的に補償することが可能となる。したがって、本実施例に係るコンダクタンスアンプを発振することなく安定に動作させることが可能となる。  なお、コンダクタンスアンプのｇｍは、電流源Ｉ１〜Ｉ５の電流を変化させることで調整することができる。
【００３３】
上述した実施の形態のＣＭＦＢ付きコンダクタンスアンプによれば、差動増幅回路２１の出力電圧の直流電位の変動を抑えることができる。これにより、コンダクタンスアンプｇｍ１，ｇｍ２等の動作を安定化して設計値通りのフィルタ特性を有するｇｍＣフィルタを実現できる。
【００３４】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、以下のように構成しても良い。
（１）本発明は、ｇｍＣフィルタを用いたＢＰＦに限らず、ハイパス特性を有するｇｍＣフィルタと、抵抗とコンデンサの受動素子からなるＨＰＦとを組み合わせてハイパスフィルタを構成しても良いし、ローパス特性を有するｇｍＣフィルタと、受動素子からなるＬＰＦとを組み合わせローパスフィルタを構成しても良い。
（２）コンダクタンスアンプは、実施の形態に示した回路に限らず、他のＣＭＦＢ回路を用いたものでも良い。
（３）本発明は、ラジオ受信機用の半導体集積回路に限らず、無線通信機及びその他の装置のＭＯＳ集積回路にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態のフィルタの構成を示す図である。
【図２】実施の形態のコンダクタンスアンプの回路図である。
【図３】ｇｍＣフィルタの特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１          フィルタ
１２          ＬＰＦ
１３          ｇｍＣフィルタ
１４          ＨＰＦ
２１          差動増幅回路
２２          ＣＭＦＢ回路
２３          バッファ回路
２４          ソースフォロワ
２５          比較回路
Ｉ１〜Ｉ５    電流源
【図１】
2005286778.tif 000003
【図２】
2005286778.tif 000004
【図３】
2005286778.tif 000005