(57)【要約】【課題】キャパシタを含む回路において、回路の占有面積を小さくする。【解決手段】キャパシタ２０と、キャパシタ２０へ流出入するキャパシタ電流を検出する電流検出部２２と、キャパシタ電流に比例した増幅電流を生成する電流増幅部２４と、を備え、キャパシタ回路へ流入する電流から増幅電流を引き抜いてキャパシタ電流とし又はキャパシタ電流に増幅電流を引き込んでキャパシタ回路から流出する電流とするキャパシタ回路２００とする。【選択図】図１
2013247540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタ回路であって、
キャパシタと、
前記キャパシタへ流出入するキャパシタ電流を検出する電流検出部と、
前記キャパシタ電流に比例した増幅電流を生成する電流増幅部と、
を備え、
前記キャパシタ回路へ流入する電流から前記増幅電流を引き抜いて前記キャパシタ電流とし又は前記キャパシタ電流に前記増幅電流を引き込んで前記キャパシタ回路から流出する電流とすることを特徴とするキャパシタ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のキャパシタ回路と、
前記キャパシタに接続された抵抗素子と、
を備えることを特徴とするフィルタ回路。
【請求項３】
請求項１に記載のキャパシタ回路と、
前記キャパシタに接続されたインダクタと、
を備えることを特徴とするアンテナ同調回路。
【請求項４】
請求項１に記載のキャパシタ回路であって、
前記電流増幅部は、前記増幅電流の増幅率を変更可能なカレントミラー回路を含むことを特徴とするキャパシタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタ回路並びにそれを利用したフィルタ回路及びアンテナ同調回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、ＡＭ放送やＦＭ放送等の受信を行うアンテナ同調回路１００の従来の構成を示す。アンテナ同調回路１００は、同調コイル１０と同調キャパシタ１２とを含んで構成され、同調コイル１０と同調キャパシタ１２との共振特性によって決定される同調周波数の信号を受信する。例えば、ＡＭ放送（周波数帯：５２０ｋＨｚ〜１７１０ｋＨｚ）であれば、同調コイルは数百μＨ、同調キャパシタは数百ｐＦに設定される。
【０００３】
このとき、同調周波数を可変にするために、図９に示すように、同調キャパシタ１２としてキャパシタバンクが適用されることがある。キャパシタバンクは、複数の異なる値を有するキャパシタ１２ｃとスイッチ１２ｓとの直列接続体を並列に接続した構成を有する。キャパシタバンクでは、閉状態とするスイッチ１２ｓを適宜選択することによって、並列に接続されるキャパシタ１２ｃの組み合わせを変更して、全体として異なる値を有する同調キャパシタ１２として機能させる。
【０００４】
また、図１０は、ＡＭ放送やＦＭ放送等において使用されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０２の従来の構成を示す。ＬＰＦ１０２では、抵抗１４とキャパシタ１６との組み合わせによって回路を透過できる信号の周波数（透過周波数）が決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、キャパシタバンクを８ビット又は１２ビットの制御信号で制御する場合、制御できるスイッチ１２ｓは８〜１２個となる。一方で、放送の周波数帯域をカバーするためには、同調キャパシタ１２全体として５００ｐＦ程度の容量が必要であり、同調キャパシタ１２として占有面積が大きくなる。
【０００６】
また、ＬＰＦ１０２のカットオフ周波数が２．１ｋＨｚの場合、抵抗１４は約１７０ｋΩ及びキャパシタ１６は３００ｐＦとなり、カットオフ周波数が６００Ｈｚの場合、抵抗１４は１ＭΩ及びキャパシタ１６は３００ｐＦとなる。このように、カットオフ周波数に依って、キャパシタ１６は数百ｐＦ程度の値とする必要があり、キャパシタ１６の占有面積が大きくなる。
【０００７】
したがって、同調キャパシタ１２又はキャパシタ１６を半導体集積回路（ＩＣ）に組み込むと回路規模が大きくなり、製造コストが増大する等の問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、キャパシタ回路であって、キャパシタと、前記キャパシタへ流出入するキャパシタ電流を検出する電流検出部と、前記キャパシタ電流に比例した増幅電流を生成する電流増幅部と、を備え、前記キャパシタ回路へ流入する電流から前記増幅電流を引き抜いて前記キャパシタ電流とし又は前記キャパシタ電流に前記増幅電流を引き込んで前記キャパシタ回路から流出する電流とすることを特徴とするキャパシタ回路である。
【０００９】
ここで、上記キャパシタ回路と、前記キャパシタに接続された抵抗素子と、を備えることを特徴とするフィルタ回路とすることができる。
【００１０】
また、上記キャパシタ回路と、前記キャパシタに接続されたインダクタと、を備えることを特徴とするアンテナ同調回路とすることができる。
【００１１】
また、前記電流増幅部は、前記増幅電流の増幅率を変更可能なカレントミラー回路を含むことが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、キャパシタを含む回路において、回路の占有面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態におけるキャパシタ回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるキャパシタ回路の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるアンテナ同調回路の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるアンテナ同調回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるローパスフィルタ回路の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるローパスフィルタ回路の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるハイパスフィルタ回路の構成を示す図である。
【図８】従来のアンテナ同調回路の構成を示す図である。
【図９】キャパシタバンクの構成を示す図である。
【図１０】従来のローパスフィルタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜キャパシタ回路＞
本実施の形態におけるキャパシタ回路２００は、図１に示すように、キャパシタ２０、電流検出部２２及び電流増幅部２４を含んで構成される。
【００１５】
電流検出部２２は、外部端子Ｔから接点Ｘを介してキャパシタ２０に流れる電流Ｉｃを検出する。すなわち、外部端子Ｔの電圧Ｖｘに応じてキャパシタ２０に流れる電流Ｉｃを検出し、電流増幅部２４のトランジスタＴｒ１又はＴｒ２に電流Ｉｃと同等の電流を流す。なお、各図において、電流Ｉｃが実線の方向のときには各電流も実線の方向に流れ、電流Ｉｃが破線の方向のときには各電流も破線の方向に流れる。
【００１６】
電流増幅部２４は、トランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１に対して電流比Ｎ１：Ｎ２の電流を流すトランジスタＴｒ３と、を含むカレントミラー回路を含む。また、電流増幅部２４は、トランジスタＴｒ２と、トランジスタＴｒ２に対して電流比Ｎ１：Ｎ２の電流を流すトランジスタＴｒ４と、を含むカレントミラー回路を含む。このような電流比とするには、例えば、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３とのサイズ比をＮ１：Ｎ２とし、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ４とのサイズ比をＮ１：Ｎ２とすればよい。
【００１７】
すなわち、電流増幅部２４は、トランジスタＴｒ１に電流Ｉｃが流れると、トランジスタＴｒ３を介して電流Ｉｃｘ（＝Ｉｃ×Ｎ２／Ｎ１）を接点Ｘに流入させる。また、電流増幅部２４は、トランジスタＴｒ２に電流Ｉｃが流れると、トランジスタＴｒ４を介して電流Ｉｃｘ（＝Ｉｃ×Ｎ２／Ｎ１）を接点Ｘから流出させる。
【００１８】
これにより、外部端子Ｔを流れる電流Ｉｉｎは、電流Ｉｃ及び電流Ｉｃｘを用いて数式（１）として表される。
【数１】
2013247540.tif 000003
【００１９】
電流Ｉｃは、キャパシタ２０の容量Ｃ及び電圧Ｖｘに応じて数式（２）として表され、電流Ｉｃｘは、電流ＩｃのＮ２／Ｎ１倍であるので、数式（１）は数式（３）に書き替えることができる。
【数２】
2013247540.tif 000004
【数３】
2013247540.tif 000005
【００２０】
数式（３）から、キャパシタ回路２００では、回路全体に流れる電流Ｉｉｎを見かけ上キャパシタ２０に流れる電流Ｉｃの（１＋Ｎ２／Ｎ１）倍にすることができる。すなわち、キャパシタ回路２００は、回路全体でみるとキャパシタ２０の（１＋Ｎ２／Ｎ１）倍の容量を有する回路として機能する。ここで、キャパシタ回路２００においてキャパシタ２０の見かけ上の容量を大きくするためには、Ｎ２＞Ｎ１とすることが好適である。ただし、トランジスタの比Ｎ２／Ｎ１は１以上であってもよいし、１未満であってもよい。
【００２１】
なお、図１に示すように、トランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ４を複数のトランジスタを並列に接続した構成としてもよい。これにより、スイッチによりトランジスタ間の接続を切断すれば、電流比Ｎ１：Ｎ２を変更することができる。これによって、キャパシタ回路２００全体としてのキャパシタの容量を変更することができる。
【００２２】
図２は、本実施の形態の変形例におけるキャパシタ回路２０２の構成を示す。図２に示すように、キャパシタ回路２０２は、キャパシタ回路２００と同様に、キャパシタ２０、電流検出部２２及び電流増幅部２４を含んで構成される。
【００２３】
このような回路構成においても、キャパシタ回路２００と同様に、回路全体に流れる電流Ｉｉｎを見かけ上キャパシタ２０に流れる電流Ｉｃの（１＋Ｎ２／Ｎ１）倍にすることができる。すなわち、キャパシタ回路２００は、回路全体でみるとキャパシタ２０の（１＋Ｎ２／Ｎ１）倍の容量を有する回路として機能する。
【００２４】
なお、キャパシタ２０は、半導体集積回路（ＩＣ）に組み込んでもよいし、一部又は全部を半導体集積回路（ＩＣ）に外部接続する構成としてもよい。また、キャパシタ２０は、キャパシタバンクとして構成してもよい。この場合であっても、キャパシタ２０全体の容量値としては従来よりも小さくすることができる。
【００２５】
＜アンテナ同調回路＞
本実施の形態におけるキャパシタ回路２００及び２０２はアンテナ同調回路に適用することができる。
【００２６】
図３は、キャパシタ回路２００を適用したアンテナ同調回路３００の構成を示す図である。図３に示すように、アンテナ同調回路３００では、キャパシタ回路２００に加えて、同調インダクタ３０及びアンプ３２を備える。
【００２７】
同調インダクタ３０は、外部端子Ｔに接続され、キャパシタ２０と共に共振回路を構成し、ＡＭ放送やＦＭ放送等の電波を受信又は送信することを可能とする。アンプ３２は、キャパシタ２０に接続され、同調インダクタ３０及びキャパシタ２０の共振回路によって受信された信号を増幅する。アンプ３２は、微弱で周波数の高い信号を増幅する低雑音増幅回路（ＬＮＡ）とすることが好ましい。
【００２８】
ここで、電流Ｉｉｎは、同調インダクタ３０のインダクタンスＬ及び電圧Ｖｘを用いて数式（４）で表される。
【数４】
2013247540.tif 000006
【００２９】
数式（４）と数式（３）とは等しいので数式（５）として表される。
【数５】
2013247540.tif 000007
【００３０】
このときのアンテナ同調回路３００における共振周波数（同調周波数）Ｆ０は数式（６）で表される。
【数６】
2013247540.tif 000008
【００３１】
このように、アンテナ同調回路３００では、キャパシタ回路２００を適用することによって、実質的にキャパシタ２０の（１＋Ｎ１／Ｎ２）倍の容量のキャパシタを備える回路と同等の特性を発揮することができる。
【００３２】
また、図４は、キャパシタ回路２０２を適用したアンテナ同調回路３０２の構成を示す図である。図４に示すように、アンテナ同調回路３０２では、キャパシタ回路２０２に加えて、同調インダクタ３０及びアンプ３２を備える。同調インダクタ３０及びアンプ３２は、アンテナ同調回路３００と同様に、外部端子Ｔ及びキャパシタ２０にそれぞれ接続される。
【００３３】
このようなアンテナ同調回路３０２では数式（４）〜（６）が同様に成立する。したがって、アンテナ同調回路３０２においても、キャパシタ回路２０２を適用することによって、実質的にキャパシタ２０の（１＋Ｎ１／Ｎ２）倍の容量のキャパシタを備える回路と同等の特性を発揮することができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態におけるアンテナ同調回路３００及び３０２では、キャパシタ２０の見かけ上の容量を大きくすることができるので、半導体集積回路（ＩＣ）に組み込んだとしても、回路規模を小さく維持することができ、製造コストを抑制することができる。
【００３５】
また、トランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ４をトランジスタを並列に接続した構成とすれば、キャパシタ２０の見かけの容量を変更することができる。これにより、アンテナ同調回路３００及び３０２における共振周波数（同調周波数）Ｆ０を変化及び調整することができる。
【００３６】
＜フィルタ回路＞
本実施の形態におけるキャパシタ回路２００及び２０２はフィルタ回路に適用することができる。
【００３７】
図５は、キャパシタ回路２００を適用したローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路４００の構成を示す図である。図５に示すように、ＬＰＦ回路４００では、キャパシタ回路２００に加えて、抵抗回路４０及びバッファ４２を備える。
【００３８】
抵抗回路４０は、外部端子Ｔに接続され、キャパシタ２０と共にローパスフィルタを構成する。本実施の形態では、抵抗回路４０は、キャパシタ２０に接続される抵抗素子の切替スイッチを含む。これにより、ローパスフィルタの特性を変更・調整することができる。バッファ４２は、キャパシタ２０に接続され、ローパスフィルタを透過した信号をバッファリングして出力信号ＶＯＵＴとして出力する。
【００３９】
ここで、電流Ｉｉｎは、抵抗回路４０における抵抗値Ｒ並びに入力電圧ＶＩＮ及び出力電圧ＶＯＵＴを用いて数式（７）で表される。
【数７】
2013247540.tif 000009
【００４０】
電圧Ｖｘは入力電圧ＶＯＵＴと等しいので、数式（７）と数式（３）を用いて数式（８）として表される。
【数８】
2013247540.tif 000010
【００４１】
数式（８）を変形することにより、ＬＰＦ回路４００の伝達関数は数式（９）及び（１０）として表される。
【数９】
2013247540.tif 000011
【数１０】
2013247540.tif 000012
【００４２】
このように、ＬＰＦ回路４００では、キャパシタ回路２００を適用することによって、実質的にキャパシタ２０の（１＋Ｎ１／Ｎ２）倍の容量のキャパシタを備える回路と同等の特性を発揮することができる。
【００４３】
また、図６は、キャパシタ回路２０２を適用したＬＰＦ回路４０２の構成を示す図である。図６に示すように、ＬＰＦ回路４０２では、キャパシタ回路２０２に加えて、抵抗回路４０及びバッファ４２を備える。抵抗回路４０及びバッファ４２は、ＬＰＦ回路４００と同様に、外部端子Ｔ及びキャパシタ２０にそれぞれ接続される。
【００４４】
このようなＬＰＦ回路４０２では数式（７）〜（１０）が同様に成立する。したがって、ＬＰＦ回路４０２においても、キャパシタ回路２０２を適用することによって、実質的にキャパシタ２０の（１＋Ｎ１／Ｎ２）倍の容量のキャパシタを備える回路と同等の特性を発揮することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態におけるＬＰＦ回路４００及び４０２では、キャパシタ２０の見かけ上の容量を大きくすることができるので、半導体集積回路（ＩＣ）に組み込んだとしても、回路規模を小さく維持することができ、製造コストを抑制することができる。
【００４６】
なお、トランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ４をトランジスタを並列に接続した構成とすれば、キャパシタ２０の見かけの容量を変更することができる。これにより、ＬＰＦ回路４００及び４０２における伝達関数を変化及び調整することができる。
【００４７】
また、図７に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆと入力電圧ＶＩＮとを入れ替えることによって、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）回路４０４として機能させることもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  同調コイル、１２  同調キャパシタ、１２ｃ  キャパシタ、１２ｓ  スイッチ、１４  抵抗、１６  キャパシタ、２０  キャパシタ、２２  電流検出部、２４  電流増幅部、３０  同調インダクタ、３２  アンプ、４０  抵抗回路、４２  バッファ、１００  アンテナ同調回路、２００，２０２  キャパシタ回路、３００，３０２  アンテナ同調回路、４００，４０２  ローパスフィルタ回路、４０４  ハイパスフィルタ回路。
【図１】
2013247540.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013247540.tif 000017
【図６】
2013247540.tif 000018
【図７】
2013247540.tif 000019
【図８】
2013247540.tif 000020
【図９】
2013247540.tif 000021
【図１０】
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