JPH01243718A - 濾波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 濾波装置であって、本来Ｎ次のスイッチドキャパシタフ
ィルタが有する伝達関数に着目し、それぞれが一部分を
担うように等価的にｎ１次＋ｎ２次の低域通過形波波器
であるＲＣアクティブフィルタを設け、両ＲＣアクティ
ブフィルタ間に等価的な（Ｎ　　（ｎ＋＋ｎｚ）　）次
のスイッチドキャパシタフィルタを形成し、このスイッ
ヂドキャパシタフィルタと両ＲＣアクティブフィルタに
よって全体として等価的にＮ次の濾波装置を構成するこ
とによって、スイッチドキャパシタフィルタに固有のク
ロック雑音を除去するためのフィルタ及び折り返し現象
を防止するためのフィルタが不必要となる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、濾波装置に関し、特に、スイッチドキャパシ
タフィルタによって形成される濾波装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来から、スイッチドキャパシタフィルタによって形成
される濾波装置は各種の電子回路に汎用されている。

このようなスイッチドキャパシタフィルタは等価的には
第４図に示すように構成されている。つまり、スイッチ
ドキャパシタフィルタ３１０には演算増幅器３１１が含
まれ、その反転入力端と出力端との間にコンデンサ３１
３が間装された形となっており、演算増幅器３１１の非
反転入力端は接地されている。クロック信号３１５によ
って切換えを行なう切換スイッチ３１７の端子ａ側が演
算増幅器３１１の反転入力端に接続されていると共に、
端子す側に濾波すべき入力信号３１９が印加されるよう
な接続関係となっている。また、切換スイッチ３１７の
切換接点端子はコンデンサ３２１を介して接地されてい
る。

このようなスイッチドキャパシタフィルタ３１Ｏの動作
をみる。入力信号３１９（例えば３０〇七）がスイッチ
ドキャパシタフィルタ３１０に印加されているものとす
る。サンプリング信号となるクロック信号３１５の周期
（例えば入力信号３１９に対して１００倍）及びパルス
保持期間に応じて切換スイッチ３１７は端子ａ、ｂを交
互に切り換えられる。端子す側にあるときにコンデンサ
３２１は入力信号３１９で充電されて、その瞬時電圧を
保持する。端子ａ側にあるときに、演算増幅器３１１で
積分されるので、当該増幅器３１１の出力側からＤ／Ａ
変換されたと同等の第１濾波出力信号３２３が出力され
る。

ところが、この第１濾波出力信号３２３には第５図に示
す如（、それの各瞬時値は量子化された状態であるため
にクロックに起因する雑音が載っている。

このクロック雑音がスイッチドキャパシタフィルタ３１
０の次段に影響を及ぼす場合には除去する必要がある。

その−手段として、第５図に示すように第１濾波出力信
号３２３を一旦低域通過形濾波器３４０を通し、第２濾
波出力信号３４１を得ている。この低域通過形波波器３
４０はアナログフィルタであって、クロック雑音（量子
化雑音）を除去した滑らかな出力を与える。

また、スイッチドキャパシタフィルタ３１０ではサンプ
リングを行なわせるために、ディジタルフィルタと同じ
ように折り返し現象が生じてしまう。そのため、スイッ
チドキャパシタフィルタ３１Ｏの前段に折り返し防止用
のアナログフィルタを挿入するのが常である。

以上のような構成として、入力信号３１９からスイッチ
ドキャパシタフィルタ３１０による第２濾波出力信号３
４１を得るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このようなスイッチドキャパシタフィル
タを利用した濾波装置においては、必要な濾波特性を得
るためにＮ次のスイッチドキャパシタフィルタとする場
合、低域通過形波波器３４０を例えば２次の濾波特性と
している。そのため、スイッチドキャパシタフィルタに
よれば濾波装置が大型化せざるを得ず、ＩＣ等も大きな
ものとなっていた。また、折り返し防止用フィルタをも
必要としていたため、スイッチドキャパシタフィルタに
よる濾波装置を採用する場合にその適用装置が大型化且
つ高価なものとならざるを得ないといった問題点があっ
た。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであっ
て、スイッチドキャパシタフィルタそのものをより簡単
な構成とすると共に、クロック雑音除去用に特別なフィ
ルタ及び折り返し防止用フィルタを不必要とするスイノ
チドキャパシタフィルタの濾波装置を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の濾波装置の原理構成図である。

図において、等価的に入力側と出力側との間に第１容量
性素子１１１が介装された第１負増幅手段１１３、その
入力側と入力信号１１５とを切り換える第１゛切換スイ
ッチ１１７、該スイッチ１１７の切換端子から接地され
た第２容量性素子１１９を有して等価的にＮ次に形成さ
れた濾波装置において、 等価的に（Ｎ　　（ｎ＋　＋ｎｚ））次のスイッチドキ
ャパシタフィルタ１２０となるように、第２負増幅手段
１２１の入力側と出力側との間に第３容量性素子１２３
を介装し、その入力側とスイッチドキャパシタフィルタ
１２０の入力側とを所望のタイミングで切り換える第２
切換スイッチ１２５と、その切換端子と接地との間に設
けた第４容量性素子１２７とを有し、 それぞれが等価的にｎ１次のＲＣアクティブフィルタ１
３０、ｎ２次のＲＣアクティブフィルタ１４０となるよ
うに、第３負増幅手段１３１と、その入力側と出力側と
の間に介装した第５容量性素子１３３と、その入力側に
接続した抵抗性素子１３５とを有し、 入力信号１１５をＲＣアクティブフィルタ１４０の抵抗
性素子１３５に供給して、その出力をスイッチドキャパ
シタフィルタ１２０の入力側に供給すると共に、該フィ
ルタ１２０の濾波信号１２９をＲＣアクティブフィルタ
１３０の抵抗性素子１３５に供給するようにしている。

従って、全体として、ＲＣアクティブフィルタ１４０、
スイッチドキャパシタフィルタ１２０及びＲＣアクティ
ブフィルタ１３０により、入力信号１１５に対して等価
的にＮ次の濾波を行なうように構成している。

〔作　用〕

先ず、入力信号１１５はＲＣアクティブフィルタ１４０
によってアナログ的に濾波される。ここでは、０２次で
の濾波出力信号が得られる。

更に、所望のタイミングで切り換えられる第２切換スイ
ッチ１２５に応じて、濾波出力信号はスイッチドキャパ
シタフィルタ１２０によって積分される。これにより、
（Ｎ　−（ｎ＋＋ｎｚ）　）次で濾波された濾波信号１
２９が出力される。

ＲＣアクティブフィルタ１３０は、濾波信号Ｉ２９をｎ
、次でアナログ的に濾波する。その濾波出力は、量子化
雑音が除去されている。

本発明にあっては、Ｎ次の濾波装置を（Ｎ−（ｎ１＋ｎ
２））次のスイッチドキャパシタフィルタ１２０とｎ　
ｌ　＋　ｎ　２次の２つのＲＣアクティブフィルタ１３
０，１４０とで構成することによって、量子化雑音が除
去された濾波出力を得ることができると共に、折り返し
現象もなく濾波装置の前段に与える影響もなくなる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例による濾波装置の構成を示す
。ここで、本実施例にあっても基本的にはスイッチドキ
ャパシタフィルタを利用している。

図において、等価的に表されるスイッチドキャパシタフ
ィルタ２１０は演算増幅器２１１を有し、それの反転入
力端と出力端との間にコンデンサ２１３を接続すると共
に、その非反転入力端を接地している。

クロック信号２１５に応じて切換動作を行なう切換スイ
ッチ２１７の端子ａ側が演算増幅器２１１の反転入力端
に、端子す側は入力信号２１９が印加されるように接続
されている。また、切換スインチ２１７の切換接点端子
はコンデンサ２２１を介して接地されている。

スイッチドキャパシタフィルタ２１０の出力信号２３１
は次段のＲＣアクティブフィルタ２４０に供給される。

このＲＣアクティブフィルタ２４０は等価的な２次の低
域通過形波波器を形成するものであり、演算増幅器２４
１を有し、その反転入力端と出力端との間にコンデンサ
２４３を接続すると共に、その非反転入力端を接地して
いる。

また、演算増幅器２４１の反転入力端には、抵抗器２４
５を介してスイッチドキャパシタフィルタ出力信号２３
１が供給されるように構成されており、この演算増幅器
２４１の出力端からはＲＣアクティブフィルタ２４０の
出力信号としての濾波出力信号２５１が発生されるよう
になっている。

次に、上述した構成について説明する。

ところで、スイッチドキャパシタフィルタにおける一般
的な動作を表すものとして伝達関数Ｓ（９゜がある、こ
れは、次式で表される。

・　・　・（１） ここで、ｐは演算子で、Ｈ＋　　ａ　＋　”−”　ａ　
ｒ　　ｂ＋〜ｂ４＋　　ｃｌ〜Ｃ１はスイッチドキャパ
シタフィルタを表現するために観念される係数である。

上記（１）式は更に、 として表される。ここで、Ｈ６−Ｈ４は［１に基づく係
数である。

上記（２）式で表される右辺の各要素をそれぞれの伝達
関数とするフィルタで具体化すると、それらの濾波特性
は第３図（ａ）〜（ｄ）のようになる。ここで、横軸に
周波数、縦軸に減衰度をそれぞれとっており、「、は２
１５の繰り返し周波数である。

いま、第３図（ロ）及び（Ｃ）に示す濾波特性を合成し
て受は持つようにスイッチドキャパシタフィルタ２１０
を形成する。つまり、ここでは４　（＝８−４）次のス
イッチドキャパシタフィルタとなるように、コンデンサ
２１３，２２１等の回路定数を定めて、 として表される伝達関数３１２　（ｐｌ　をスイッチド
キャパシタフィルタ２１０で、実現する。

また、第３図（ｄ）に示されるような濾波特性を受は持
つようにＲＣアクティブフィルタ２４０を形成する。こ
こでは、２次のＲＣアクティブフィルタとなるようにコ
ンデンサ２４３．抵抗器２４５の回路定数等を定めて、 として表される伝達関数Ｓ　ａ　（９１をＲＣアクティ
ブフィルタ２４０で実現する。

更に、ここでは図示していないがＲＣアクティブフィル
タ２４０と同様な構成による別なＲＣアクティブフィル
タをスイッチドキャパシタフィルタ２１０の前段に形成
し、その濾波出力信号を入力信号２１９としてスイッチ
ドキャパシタフィルタ２１０に供給するようにしている
。かような前段のＲＣアクティブフィルタの回路定数等
を定めて、第３図（ａ）に示すような特性を得るように
する。

この場合には、そのＲＣアクティブフィルタでの伝達関
数Ｓ　＋　（ｐｌ、 を実現している。

従って、本実施例での濾波装置にあっては、８次のスイ
ッチドキャパシタフィルタを考えているものである。但
し、スイッチドキャパシタフィルタ２１０としては８次
の濾波特性とせずに４次の濾波特性を有するフィルタと
なっている。その前後にあるＲＣアクティブフィルタに
よって２次ずつの濾波特性を有するようにして、濾波装
置全体としては８次（＝Ｎ）の濾波特性を実現している
。

ところで、ＲＣアクティブフィルタ２４０は積分器とし
て作用するものであり、その濾波出力信号２５１の信号
波形は滑らかとなり、結果としてクロック雑音が除去さ
れることになる。従って、ＲＣアクティブフィルタ２４
０の後にクロック雑音除去用のフィルタを別設設ける必
要はない。

また、同様にスイッチドキャパシタフィルタ２１０の前
段に設けるＲＣアクティブフィルタも積分器として作動
するものであるから、スイッチドキャパシタフィルタ固
有の折り返し現象を防ぐことができる。従って、そのＲ
Ｃアクティブフィルタの前に折り返し防止用フィルタを
特別に設ける必要はない。

なお、以上の説明にあっては、等価的に８次のスイッチ
ドキャパシタフィルタを形成するものであったが、それ
に限ることはなく任意次数Ｎのスイッチドキャパシタフ
ィルタについて通用可能である。要は、少なくともＲＣ
アクティブフィルタを後段に設けてｎ３次の濾波特性を
担当させ、スイッチドキャパシタフィルり自体としては
（Ｎ−ｎｌ　）次の濾波特性を担うように形成すればよ
い。

また、必要ならば前段にもｎｚ次のＲＣアクティブフィ
ルタを設け、スイッチドキャパシタフィルタ自体として
は（Ｎ　　（ｎｌ　＋　ｎｚ）　）次の特性を受は持つ
ようにすればよい。

このようにして、従来はＮ次のスイッチドキャパシタフ
ィルタ以外にクロック雑音除去用フィルタ、折り返し防
止用フィルタを別に設けていたが、スイッチドキャパシ
タフィルタの一部をＲＣアクティブフィルタで形成する
ことにより、これら防止用のフィルタが不必要となると
共にスイッチドキャパシタフィルタ自体も構成筒車とな
る。

〔発明の効果〕

上述した如く本発明によれば、スイッチドキャパシタフ
ィルタの一部をＲＣアクティブフィルタで形成すること
により該スイッチドキャパシタフィルタ自体が構成筒車
となると共に、クロック雑音防止用フィルタ等が不必要
となるので、実用的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の濾波装置の原理構成図、第２図は本発
明の一実施例による濾波装置の構成を示す回路図、 第３図は本発明実施例における濾波特性図、第４図は従
来例の構成の説明図、 第５図は従来例の動作における系統及び信号波形を示す
説明図である。 図において、 １１１．１１９，１２３，１２７，１３３は容量性素子
、 １１３．１２１，１３１は負増幅手段、１１５は入力信
号、 １１７．１２５は切換スイッチ、 ２１０．３１０はスイッチドキャパシタフィルタ、２１
１．２４１，３１１は演算増幅器、２１５．３１５はク
ロック信号、 ２１９．３１９は入力信号、 ２１７．３１７は切換スイッチ、 ２４０はＲＣアクティブフィルタ、 ２５１は濾波出力信号、 ３４０は低域通過形濾波器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）等価的に入力側と出力側との間に第１容量性素子
   （１１１）が介装された第１負増幅手段（１１３）、そ
   の入力側と入力信号（１１５）とを切り換える第１切換
   スイッチ（１１７）、該スイッチ（１１７）の切換端子
   から接地された第２容量性素子（１１９）を有して等価
   的にＮ次に形成された濾波装置において、 等価的に（Ｎ−（ｎ＿１＋ｎ＿２））次のスイッチドキ
   ャパシタフィルタ（１２０）となるように、第２負増幅
   手段（１２１）の入力側と出力側との間に第３容量性素
   子（１２３）を介装し、その入力側とスイッチドキャパ
   シタフィルタ（１２０）の入力側とを所望のタイミング
   で切り換える第２切換スイッチ（１２５）と、その切換
   端子と接地との間に設けた第４容量性素子（１２７）と
   を有し、それぞれが等価的にｎ＿１次のＲＣアクティブ
   フィルタ（１３０）、ｎ＿２次のＲＣアクティブフィル
   タ（１４０）となるように、第３負増幅手段（１３１）
   と、その入力側と出力側との間に介装した第５容量性素
   子（１３３）と、その入力側に接続した抵抗性素子（１
   ３５）とを有し、 入力信号（１１５）をＲＣアクティブフィルタ（１４０
   ）の抵抗性素子（１３５）に供給して、その出力をスイ
   ッチドキャパシタフィルタ（１２０）の入力側に供給す
   ると共に、該フィルタ（１２０）の濾波信号（１２９）
   をＲＣアクティブフィルタ（１３０）の抵抗性素子（１
   ３５）に供給するようにし、 ＲＣアクティブフィルタ（１４０）、スイッチドキャパ
   シタフィルタ（１２０）及びＲＣアクティブフィルタ（
   １３０）により、入力信号（１１５）に対して等価的に
   Ｎ次の濾波を行なうように構成したことを特徴とする濾
   波装置。