(57)【要約】【目的】  広い入力範囲を有し、小面積で大容量の実現を可能にする集積回路化に適したミラー容量回路を実現することを課題とする。【構成】  ミラー容量１を構成する反転増幅器の出力電圧をこの出力電圧が取りうる電圧範囲の最小値および最大値と比較するコンパレータ３と、コンパレータ３出力から最小値および最大値に達したことを検出した時点でミラー容量１の入出力間に設けられた容量の電荷を放電し反転増幅器の出力電圧を最小値と最大値の間の所定の電圧値に設定すると共に、この時点での反転増幅器の入力電圧を保持して保持電圧を反転増幅器の入力に供給して回路のミラー容量１としての機能を停止させる電圧リカバリ回路２とを有し、出力電圧の設定が終了した後に、保持電圧の反転増幅器の入力への供給を止めてミラー容量としての機能を再開させ、これら一連の動作を繰り返すことを特徴とする。【選択図】  図１
2007059982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の負の電圧利得を有する反転増幅器と、この反転増幅器の入出力間に設けられた容量とを有し等価的に大容量を実現するミラー容量を含むミラー容量回路において、
前記反転増幅器の出力電圧が、電源電圧から決まる、取りうる出力電圧範囲の最小値、または、最大値に達した時点で、前記容量の電荷を放電し、前記反転増幅器の出力電圧を前記最小値と前記最大値の間の所定の電圧値に設定する出力電圧設定手段と、
前記出力電圧が最小値または最大値に達した時点での前記反転増幅器の入力電圧を保持する入力電圧保持手段と、
前記入力電圧保持手段の保持電圧を前記反転増幅器の入力に供給し、前記ミラー容量としての動作を停止させる保持入力電圧供給手段とを有し、
前記保持入力電圧供給手段は、前記出力電圧設定手段による出力電圧の設定が終了した後に、前記保持電圧の前記反転増幅器の入力への供給を止めて前記ミラー容量としての動作を再開させ、これら一連の動作が繰り返されることを特徴とするミラー容量回路。
【請求項２】
前記反転増幅器の出力電圧を前記反転増幅器の出力電圧が取りうる電圧範囲の前記最小値および前記最大値と比較する電圧比較手段を有し、この電圧比較手段は前記出力電圧が前記最小値または前記最大値に達したことを検出したとき動作信号を出力し、前記入力電圧保持手段は、前記動作信号に応じて前記出力電圧が最小値または最大値に達した時点での入力電圧を保持し、前記保持入力電圧供給手段は前記入力電圧保持手段の保持電圧の入力への供給を開始し、前記出力電圧設定手段は出力電圧の設定を開始することを特徴とする請求項1に記載のミラー容量回路。
【請求項３】
前記所定の電圧値は前記反転増幅器の出力電圧が取りうる電圧範囲の前記最小値と前記最大値との相加平均値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のミラー容量回路。
【請求項４】
所定の周波数のクロックを発生するクロック発振手段を有し、このクロックに応じて、前記入力電圧保持手段はクロック時点での入力電圧を保持し、前記保持入力電圧供給手段は前記入力電圧保持手段の保持電圧の入力への供給を開始し、前記出力電圧設定手段は出力電圧の設定を開始することを特徴とする請求項1に記載のミラー容量回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラー容量回路に関し、特に、広い入力電圧範囲を有する広入力範囲のミラー容量回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量を有する容量素子は、低周波フィルタ、ＰＬＬ、バイアス回路などの低周波信号処理回路に必須のものである。この容量素子の容量は素子の面積に比例する。従って、集積回路（ＩＣ）に搭載される容量は、その面積が限られることで、非常に小さい値に制限されることになる。これを解決してＩＣに用いることのできる大容量の容量素子を実現する方法として、小さな値の容量素子と増幅器だけで実現されるミラー容量回路が注目されている。
【０００３】
図１１に、−Ａの利得を有する反転増幅器ＯＰを用いたミラー容量の回路を示す。この回路で、入力電流ｉinと入力電圧ｖinとの関係は、出力電圧をｖoutとすると、次の式（１）で与えられる。
【０００４】
【数１】
2007059982.tif 000003
また、反転増幅器の利得から出力電圧ｖoutは下記式（２）で表される。
【０００５】
【数２】
2007059982.tif 000004
式（２）を式（１）に代入すると、
【０００６】
【数３】
2007059982.tif 000005
これにより、図１２に示すような接地された（１＋Ａ）Ｃの容量（ミラー容量）を得ることができたことになる。したがって、ミラー容量回路は、増幅器の利得に応じて大容量の容量素子を実現することができる。
【０００７】
ところで、いま、増幅器の出力電圧の許容範囲がｖomaxから−ｖominの範囲に限られているとする。もし、出力電圧がこの範囲を超えると、増幅器は正常に動作しなくなり、利得は０になってしまう。この結果、入力端子から見た容量はＣに減少してしまう。したがって、ミラー容量の入力信号範囲を、出力電圧が限られた範囲内に収まるように制限しなくてはならない。ミラー容量の出力電圧範囲は、
【０００８】
【数４】
2007059982.tif 000006
であり、入力電圧は次式（５）で与えられる。
【０００９】
【数５】
2007059982.tif 000007
これらから、入力信号電圧の許される範囲は
【００１０】
【数６】
2007059982.tif 000008
大きな容量のミラー容量を実現するためには、大きな電圧利得を有し、結果的に信号入力範囲が極端に制限されたミラー容量となってしまう。一方、受動容量は信号振幅に対してなんらの制限を有してはいない。これがミラー容量と受動容量との間の絶対的な相違である。
【００１１】
ミラー容量をＩＣ化回路に用いる技術は、特許文献１，２、非特許文献１，２等に提案されている。しかし、これらの文献には、前記の信号入力範囲の問題を完全に解決する技術は記載されていない。
【特許文献１】特開平１１−２５１８７３号公報
【特許文献２】特開平８−２８８７９３号公報
【非特許文献１】J. F．Paker，D. Ray：IEEEJ.Solid-State Circuits.vol33,pp.337-343,Mar,1998
【非特許文献２】Z.Shu, K.L.Lee and B.H.Leung: IEEEJ.Solid-State Circuits.vol39,pp.452-462,Mar,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、ミラー容量回路は、大容量の容量素子を実現することができる。しかし、ミラー容量回路は、受動容量素子の動作と比較して信号入力範囲が制限されるという動作特性上の問題を有している。すなわち、ミラー容量回路の機能は容量を増加させるために用いる増幅器に依存する。ところで、増幅器は、一般にその電源電圧によって決まる有限の信号動作範囲を有している。言い換えると、許される信号入力範囲は、増幅器の最大出力範囲を増幅器の利得で割った値で決まってしまう。そのため、最大の信号入力範囲は、大きなミラー容量を実現できるように増幅器の利得を大きく取った場合、きわめて小さな電圧範囲になり、ミラー容量回路は、小さな入力信号範囲でしか用いることができないことになる。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決して、比較的簡単な構成で、広い入力範囲を有し、小面積で大容量を実現できるため集積回路化に適したミラー容量回路を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の発明は、所定の負の電圧利得を有する反転増幅器と、この反転増幅器の入出力間に設けられた容量とを有し等価的に大容量を実現するミラー容量を含むミラー容量回路において、前記反転増幅器の出力電圧が、電源電圧から決まる、取りうる出力電圧範囲の最小値、または、最大値に達した時点で、前記容量の電荷を放電し、前記反転増幅器の出力電圧を前記最小値と前記最大値の間の所定の電圧値に設定する出力電圧設定手段と、前記出力電圧が最小値または最大値に達した時点での前記反転増幅器の入力電圧を保持する入力電圧保持手段と、前記入力電圧保持手段の保持電圧を前記反転増幅器の入力に供給し、前記ミラー容量としての動作を停止させる保持入力電圧供給手段とを有し、前記保持入力電圧供給手段は、前記出力電圧設定手段による出力電圧の設定が終了した後に、前記保持電圧の前記反転増幅器の入力への供給を止めて前記ミラー容量としての動作を再開させ、これら一連の動作が繰り返されることを特徴とする。
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項1に記載のミラー容量回路において、前記反転増幅器の出力電圧を前記反転増幅器の出力電圧が取りうる電圧範囲の前記最小値および前記最大値と比較する電圧比較手段を有し、この電圧比較手段は前記出力電圧が前記最小値または前記最大値に達したことを検出したとき動作信号を出力し、前記入力電圧保持手段は、前記動作信号に応じて前記出力電圧が最小値または最大値に達した時点での入力電圧を保持し、前記保持入力電圧供給手段は前記入力電圧保持手段の保持電圧の入力への供給を開始し、前記出力電圧設定手段は出力電圧の設定を開始することを特徴とする。
【００１６】
前記課題を解決するため、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項1または請求項２に記載のミラー容量回路において、前記所定の電圧値は前記反転増幅器の出力電圧が取りうる電圧範囲の前記最小値と前記最大値との相加平均値であることを特徴とする。
【００１７】
前記課題を解決するため、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項1に記載のミラー容量回路において、所定の周波数のクロックを発生するクロック発振手段を有し、このクロックに応じて、前記入力電圧保持手段はクロック発生時点での入力電圧を保持し、前記保持入力電圧供給手段は前記入力電圧保持手段の保持電圧の入力への供給を開始し、前記出力電圧設定手段は出力電圧の設定を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のミラー容量回路は、ミラー容量を構成する増幅器がその出力電圧の許容範囲を超えて飽和することがないようにでき、広い信号入力範囲に対応するミラー容量回路が得られる。このミラー容量回路を用いることで、狭い面積に広い信号入力範囲に対応する大きな容量を作ることができるので、外部容量を用いることなく、集積回路上に低周波のフィルタ回路などを実現することが可能になるなど重要な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の広い信号入力範囲を有するミラー容量回路の第１の実施形態のブロック図である。図１に示すミラー容量回路は、図１１に示したようなミラー容量１と、電圧リカバリ回路２と、コンパレータ３とを備え、ｉinは入力信号電流、ｖinは入力電圧、ｖoutはミラー容量の増幅器の出力電圧、Ｖｃは制御信号である。
【００２０】
図１に示すミラー容量回路において、コンパレータ３は、出力電圧ｖoutを監視して、もし出力電圧ｖoutが式（４）で表される出力範囲を超えそうな場合には、電圧リカバリ回路２に制御信号Ｖｃを送る。電圧リカバリ回路２は、この制御信号Ｖｃに反応して、ミラー容量１の電荷を放電して増幅器Ｏｐの出力電圧ｖoutを式（４）で表される範囲内の特定の値、通常はｖomaxと−ｖominとの相加平均値にリセットする。増幅器Ｏｐの出力電圧ｖoutをリセットする間、電圧リカバリ回路２は、ミラー容量１の入力電圧を一定に保持し、回路のミラー容量としての動作を停止させる。
【００２１】
図２は、図１に示すミラー容量回路の入力に一定の直流電流を加えた場合の入力電圧ｖin（図２（ａ））および出力電圧ｖout（図２（ｂ））の変化を示す波形図である。
図２に示すように、入力電流ｉinが順次充電され、出力電圧ｖoutが時刻ｔ＝ｔ１で最小の制限値−ｖominに達したとすると、容量Ｃの電荷は短い時間Ｔｓの間に放電され、出力電圧ｖoutは（ｖomax−ｖomin）／２に、ｖomax＝ｖominの場合は０に、リセットされる。そして、時刻ｔ＝ｔ２で、ミラー容量１は入力電流ｉinを再び充電し始める。これにより、入力電圧ｖinはミラー容量１の入力段の構造で決まるその最大入力電圧に向けて増加してゆくことができる。図２（ａ）からわかるように、充電時の入力電圧ｖinはｉin／｛（１＋Ａ）Ｃ｝の傾きで直線的に増加し、出力電圧ｖoutは−Ａｉin／｛（１＋Ａ）Ｃ｝の傾きで直線的に減少している。
【００２２】
図２に示したように、本実施形態のミラー容量回路の動作は、Ｔの周期で繰り返される。リセット時間、Ｔｒ＝ｔ２−ｔ１の間は、入力電圧は一定値に保持され、回路はミラー容量として働かず、入力電流の充電は行なわれない。これにより、ミラー容量１はＴ−Ｔｒの時間だけ利用できることになる。したがって、リセット時間Ｔｒはミラー容量１の電圧にエラーを引き起こす原因になる。リセット時間Ｔｒの最短値は回路に用いられる増幅器Ｏｐのスルーレートによって決まる。
【００２３】
図３に、コンパレータ回路３を除いた本実施形態の具体的な回路図を示す。図３において、ＯＰ１、ＯＰ２及びＯＰ３はオペアンプ、Ｃ、Ｃ１及びＣ２は容量、Ｒ1及びＲ２はそれぞれ抵抗値が等しい抵抗、Ｓｗ１、Ｓｗ２及びＳｗ３はスイッチである。
【００２４】
この回路は、オペアンプＯＰ１からなるボルテージフォロワとオペアンプＯＰ２などからなる反転増幅器と、この反転増幅器の入出力間を結ぶ容量Ｃと、スイッチＳｗ１、Ｓｗ３、容量Ｃ１及びオペアンプＯＰ３からなる入力電圧保持手段及び保持入力電圧供給手段と、オペアンプＯＰ３の出力と抵抗Ｒ1、Ｒ２、スイッチＳｗ２及び容量Ｃ２からなる出力電圧設定手段と、図３には図示しないコンパレータ回路３（電圧比較手段）で構成されている。
【００２５】
オペアンプＯＰ２の出力電圧ｖoutが式（４）で表される許容範囲内にある状態では、スイッチＳＷ１は閉じ、ＳＷ２とＳＷ３は開いていて、回路はミラー容量として働き、この間、入力電流ｉinは充電され、入力電圧ｖinは図２(ａ)に示すように直線的に増加する。
【００２６】
オペアンプＯＰ１とＯＰ２は、ボルテージフォロワと増幅回路を構成し、両者で入力電圧ｖinに対して利得が−Ｒ２／Ｒ１の反転増幅器を構成している。したがって、この回路の入力容量Ｃｉｎは、次の式（７）で表される。
【００２７】
【数７】
2007059982.tif 000009
オペアンプＯＰ２の出力に接続されているコンパレータ３が、オペアンプＯＰ２の出力電圧ｖoutが式（４）で表される範囲を越えたことを検出したとき、コンパレータ３の出力はスイッチＳＷ1を開き、スイッチＳＷ２およびＳＷ３を閉じる制御信号Ｖｃを送る。この状態で容量Ｃ１はその時点での入力電圧ｖinに等しい電圧ｖbufを保持する。また、容量Ｃ２の電圧ｖresetは次式（８）で与えられる。
【００２８】
【数８】
2007059982.tif 000010
したがって、オペアンプＯＰ２の出力電圧ｖoutは、次式（９）の通りになる。
【００２９】
【数９】
2007059982.tif 000011
ここで、式（８）を式（９）に代入すると、下記式（１０）が得られる。
【００３０】
【数１０】
2007059982.tif 000012
式（１０）は、出力電圧が、常に入力電圧に無関係に２つの供給電圧ｖDDと−ｖEEの中央値（相加平均値）にリセットされることを示している。
【００３１】
リセット期間の間、入力電圧ｖinはオペアンプＯＰ３のバッファ容量Ｃ１によって電圧ｖbufとして保持され、この電圧はオペアンプＯＰ３を介して入力に戻される。容量Ｃは、オペアンプＯＰ２、ＯＰ３を介して出力電圧が式（１０）の値となるように放電される。この間、回路はミラー容量として動作せず、入力電流の充電は停止され、入力電圧は図２(ａ)に示すように電圧ｖbufに保持される。
【００３２】
そして、リセット終了後、スイッチＳＷ1、ＳＷ２、ＳＷ３は、それぞれ、閉、開、開の状態に戻り、回路は再びミラー容量として動作する。
ミラー容量としての動作の間、容量Ｃ２の電圧は式（８）で示される値を保持し、容量Ｃ１の電圧は入力電圧ｖinに追従する。
この一連の動作が繰り返されることで、反転増幅器の出力が飽和することなく、入力フルレンジ使用可能（ｒａｉｌ−ｔｏ−ｒａｉｌ入力範囲）のミラー容量回路を実現することができる。
【００３３】
図４は、本発明の広い信号入力範囲を有するミラー容量回路の第２の実施形態のブロック図である。図４において、図３と同じ部分には同一の符号を付した。４はクロック発振回路を示す。
この第２の実施形態では、図１に示した第１の実施形態とは異なって、増幅器の出力電圧ｖoutを最大値または最小値と比較するコンパレータを用いず、出力電圧とは無関係に、クロック発振回路４が発振する一定周波数のクロックＣＫを用いてミラー容量１の放電と出力電圧のリセットを行なっている。
【００３４】
図５は、この回路の入力に一定の直流電流を加えた場合のクロックＣＫ（図５（ｂ））と入力電圧ｖin（図５（ａ））および出力電圧ｖout（図５（ｃ））の変化を示す波形図である。
【００３５】
図５に示す回路において、クロック発振回路４は、一定周波数のクロックＣＫを電圧リカバリ回路２に送る。電圧リカバリ回路２は、このクロックＣＫの立下りに反応して、ミラー容量１の入力電圧を一定に保持し、ミラー容量１の電荷を放電して増幅器Ｏｐの出力電圧ｖoutを特定の値（ここでは０Ｖ）にリセットする。
【００３６】
この第２の実施形態では、クロックＣＫが０Ｖ（ｌｏｗ）である間は、増幅器Ｏｐの出力電圧ｖoutのリセット期間とし、このリセット期間中、電圧リカバリ回路２は、ミラー容量１の入力電圧をクロックＣＫの立下り時の入力電圧に保持したままで、出力電圧ｖoutを出力電圧が取りうる電圧範囲の最大値ｖomaxと最小値−ｖominとの相加平均値ｖmid（ここでは０Ｖ）にリセットする。また、クロックＣＫがｖDD（ｈｉｇｈ）である期間は充電期間で、ミラー容量１に入力電流が充電される。
【００３７】
ところで、この第２の実施形態のように、一定の直流電流が入力に印加される場合は、充電期間での出力電圧ｖoutの変化が図５（ｃ）のように規則的であるため、充電期間開始後に出力電圧ｖoutがその限界値であるｖomaxや−ｖominに達するまでの時間を推定することができ、図５に示すようにクロックＣＫの立下りと出力電圧ｖoutが限界値に達する時刻とを容易に一致させることができる。
【００３８】
一般の入力電流に対しては、このように、クロックＣＫと出力電圧ｖoutの変化とを一致させることはできない。しかし、クロックＣＫが出力電圧ｖoutが限界値に達する時刻よりも早く立ち下がる限り、反転増幅器の出力電圧ｖoutの飽和はない。したがってクロックＣＫの周波数を高めに設定すれば、回路が入力から切り離されている時間が増え、誤差が増えて収束時間が長くなるなどの問題はあるものの、ミラー容量としての機能は保持される。
【００３９】
図６に第２の実施形態の具体的な回路を示す。
図６において、図１１と同じ機能を示す部分には同一の符号を付した。符号ＩＶはインバータである。
図６に示す回路で、オペアンプＯＰ１とＯＰ２などが反転増幅器を、スイッチＳｗ１、Ｓｗ３、容量Ｃ１及びオペアンプＯＰ３が入力電圧保持手段及び保持入力電圧供給手段を、オペアンプＯＰ３の出力と抵抗Ｒ1、Ｒ２及びスイッチＳｗ２が出力電圧設定手段を構成することは図３に示す場合と同じである。
【００４０】
図６に示す回路においては、クロック発振回路４が図５（ｂ）に示すようなデューティ比５０のクロックＣＫを出力する。本実施形態では、所定の直流電流が入力電流ｉinとして与えられており、このクロックＣＫの立下り時刻が出力電圧ｖoutが出力電圧の下限の−ｖominに達する時刻と一致するように設定されている。
【００４１】
スイッチＳＷ1、ＳＷ２、ＳＷ３は、与えられるクロックがｖDD（ｈｉｇｈ）である間は閉じ、０Ｖ（ｌｏｗ）の間は開くものとする。したがって、クロックＣＫがｖDD（ｈｉｇｈ）のとき、スイッチＳＷ1は閉じ、クロックＣＫの反転信号が与えられるＳＷ２とＳＷ３は開いている。これにより、回路はミラー容量として動作し、入力電流ｉinは充電され、入力電圧ｖinは図５(ａ)に示されるように直線的に増加する。
【００４２】
クロックＣＫの半周期の時間が経過して、クロックＣＫが０Ｖ（ｌｏｗ）となると、スイッチＳＷ1は開き、クロックＣＫの反転信号が与えられるＳＷ２とＳＷ３は閉じる。すると、回路はミラー容量としての動作を停止する。容量Ｃ１にはクロックは反転した時点での入力電圧ｖinに等しいｖbufが保持され、この電圧が入力電圧ｖinに与えられると共に、出力電圧ｖoutは０Ｖにリセットされる。
【００４３】
さらに、クロックＣＫがｖDD（ｈｉｇｈ）となると、スイッチＳＷ1は閉じ、スイッチＳＷ２とＳＷ３は開いて最初の状態に戻り、回路はミラー容量として動作を再開する。
この一連の動作が繰り返されることで、反転増幅器の出力が飽和することなく、入力フルレンジ使用可能（ｒａｉｌ−ｔｏ−ｒａｉｌ入力範囲）のミラー容量回路を実現することができる。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明のミラー容量回路の応用の一例として、位相同期ループ（ＰＬＬ）回路に使用されるループフィルタについて説明する。
【００４５】
ＰＬＬ回路のループフィルタは、入力がチャージポンプの電流源であるため、入力電流は一定値である。したがって、上述の第１の実施形態だけではなく第２の実施形態のミラー容量回路も大きな支障なく用いることができる。
【００４６】
ＰＬＬ回路のブロック図を図７に示す。図７に示す回路における９３０ｐｆの容量Ｃ４を本発明のミラー容量回路で置換えることとする。この９３０ｐｆのミラー容量は、３０ｐｆの受動容量と利得Ａ＝３０の増幅器を使って、図１及び図３に示す第1の実施形態によって実現する。なお、図７において、５は位相検出器（ＰＦＤ）、６は１／２分周器、７は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、８及び９が電流源、Ｃ３は容量、Ｒ３は抵抗である。
【００４７】
図８に、ミラー容量回路に用いられるオペアンプの回路の一例を示す。ミラー容量の入力フルレンジ使用（ｒａｉｌ−ｔｏ−ｒａｉｌ入力範囲）を可能にするために、オペアンプの入力範囲も入力フルレンジ使用可能である必要があり、入力段が工夫されている。
【００４８】
また、図９にミラー容量回路に用いられるコンパレータの回路を示した。
図９のコンパレータ回路中のｖmaxとｖminは、増幅器の出力範囲で決定され、式（４）に示されるｖomaxと−ｖominにそれぞれ対応する。
【００４９】
図９のコンパレータ回路において、増幅器の出力電圧ｖoutが端子ｖoutに与えられる。最大値比較部１０はこの増幅器の出力電圧ｖoutがｖmaxよりも大きいとき、ｈｉｇｈを出力する。同様に、最小値比較部１１は増幅器の出力電圧ｖoutがｖminよりも小さいとき、ｈｉｇｈを出力する。したがって、ＮＯＲゲート部１２の出力Ｖｎｏｒは、ｖmin＜ｖout＜ｖmaxの時、ｈｉｇｈになり、ｖout＜ｖminまたはｖmax＜ｖoutの時、ｌｏｗになる。
【００５０】
単安定マルチバイブレータ部１３は、入力Ｖｎｏｒがｈｉｇｈのとき、ｌｏｗを出力する。また、ｈｉｇｈからｌｏｗに立ち下がる瞬間にｈｉｇｈを出力し、ある一定時間だけｈｉｇｈを出力し続けて、その後、ｌｏｗを出力する。この一定時間は、ミラー容量の反転増幅器の出力電圧ｖoutの設定に要する時間により決定され、ＣｐとＭｒの時定数によって決定される。
これによって、増幅器の出力電圧は、電圧リカバリ回路によって式（１０）で示すｖDDと−ｖEEの中央値ｖmidにリセットされ、増幅器の出力電圧は常にｖmaxとｖminの間の値に保持される。
【００５１】
高精度回路シミュレータ（ＨＳＰＩＣＥ、日本シノプシス株式会社）により、表1で与えられる０．１８μｍＣＭＯＳプロセスのパラメータを用いて、図７にブロック図を示したＰＬＬ回路のシミュレーションを行なった。ＶＣＯは、コンバージョン利得Ｋｖｃｏ＝２．６５ＭＨｚ／Ｖの無誘導型のリング発振器を用いて構成される。なお、電源は＋２．５Ｖの単一電源である。
【００５２】
【表１】
2007059982.tif 000013
【００５３】
このシミュレーション結果を、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示す。
図１０（ａ）は本発明のミラー容量回路を用いたＰＬＬ回路用のＶＣＯの入力制御電圧のシミュレーション結果を、図１０（ｂ）は９３０ｐＦの受動容量を用いたＰＬＬ回路用のＶＣＯの入力制御電圧のシミュレーション結果を示す。また、図１０（ｃ）はミラー容量回路の出力電圧である。
図１０（ｃ）から、出力電圧ｖoutはその最小値ｖm（＝０．５Ｖ）、またはその最大値ｖmax（＝２．０Ｖ）に到達するたびに、式（１０）で与えられる中央値ｖmid、すなわち１．２５Ｖに戻ることが分かる。
【００５４】
以上のシミュレーション結果から、２つのＰＬＬ回路の間の応答の相違を見ることができる。
９３０ｐＦの受動容量を用いたＰＬＬは、図１０（ｂ）でみるように、ミラー容量回路を用いた図１０（ａ）に示したＰＬＬ回路の場合よりも、早く定常状態に達する。これは、出力電圧をリセットするに要する時間が影響している、と考えられる。
【００５５】
第1の実施形態のミラー容量回路を用いた場合、同じ入力電圧に到達するのに、受動容量を用いた場合のＴ／（Ｔ−Ｔｒ）倍の時間がかかる。いま、シミュレーションを行なうにあたり、Ｔｒ＝Ｔ／２と設定した。したがって、本発明のミラー容量回路は受動容量の倍の時間を要している。これは、応答に関しては、ミラー容量回路の等価容量Ｃeqが次式（１１）で与えられる値に増えていることと同じになる。ただし、容量Ｃinは当初の容量である。したがって、図１０（ａ）の応答は、１８６０ｐＦの受動容量を用いたＰＬＬ回路の図１０（ｄ）に示す応答と一致する。
【００５６】
【数１１】
2007059982.tif 000014
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、上述のように、小容量の容量素子を用いて等価的に大容量を示すミラー容量回路において、その入力許容範囲を改善することができた。これにより、入力範囲が広い大容量を小さな面積で実現することができ、集積回路上に実現することが可能になる。したがって、このミラー容量回路は、大きな容量と広いダイナミックレンジが要求されるバイパス容量や低周波フィルタなどが用いられる産業上の広い分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るミラー容量回路のブロック図である。
【図２】図１の第１の実施形態に係るミラー容量回路の入力に一定の直流電流を加えた場合の入力電圧および出力電圧の変化を示す波形図である。
【図３】図１の第１の実施形態に係るミラー容量回路の具体的な回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るミラー容量回路のブロック図である。
【図５】図４の第２の実施形態に係るミラー容量回路の入力に一定の直流電流を加えた場合のクロックと入力電圧および出力電圧の変化を示す波形図である。
【図６】図４の第２の実施形態に係るミラー容量回路の具体的な回路図である。
【図７】本発明のミラー容量回路を用いたＰＬＬ回路のブロック図である。
【図８】本発明のミラー容量回路に用いられるオペアンプの回路図である。
【図９】本発明のミラー容量回路に用いられるコンパレータオペアンプの回路図である。
【図１０】図７にブロック図を示すＰＬＬ回路のシミュレーション結果である。
【図１１】ミラー容量の回路図である。
【図１２】図1に示すミラー容量の等価容量である。
【符号の説明】
【００５９】
１    ミラー容量
２    電圧リカバリ回路
３    コンパレータ
４    クロック発振回路
５    位相検出器（ＰＦＤ）
６    １／２分周器
７    電圧制御発振器（ＶＣＯ）
８，９    電流源
Ｃ、Ｃ１〜Ｃ４    容量
ＩＶ    インバータ
Ｏｐ    増幅器、オペアンプ
Ｒ１〜Ｒ３    抵抗
Ｓｗ１〜Ｓｗ５    スイッチ
【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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