JPH02179111A - フィルタ回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、２次特性を有し、集積回路内で実現する場合
において利用されるフィルタ回路に関するものである。

従来の技術 従来、インダクタンス、コンデンサ、抵抗からなるフィ
ルタ（以下ＬＣＲフィルタ）を集積回路上で実現するた
めにインダクタンスをジャイレータ回路で置換する方式
が用いられてきた。

第５図はジャイレータ回路の原理図であり、電圧制御電
流源１と電圧制御電流源２とコンデンサ３とからなる。

電圧制御電流源１は（＋）入力端子４と、（−）入力端
子５と、（＋）出力端子６と（−）出力端子７を有し、
電圧−電流変換係数（伝達コンダクタンス）をｇｍで表
す。まずＡの端子８とＡｏの端子９との間に交流電圧Ｖ
が印加されると、電圧制御電流源１の出力電流ｉ＋＝−
ｇｍ−Ｖにより、コンデンサ３が充電され、 ンサ端子電圧が発生する。このＶｃにより、電圧制御電
流源２の出力電流１２は から見たジャイレータ回路への入力電流ｉはら見たジャ
イレータ回路のインピーダンス２は、インダクタンス特
性が実現される。

また接地点から浮遊した状態のインダクタンスは２組の
ジャイレータ回路とコンデンサによっても置換できる。

第６図は浮遊インダクタンスを置換するジャイレータ回
路であり電圧制御電流源１．２．１０．１１とコンデン
サ８とからなる。

ここで、Ｚ゛の端子１２を接地端子１３に接続すると、
電圧制御電流源１１の２つの入力端子は同電位となり、
その出力電流は零になる。従ってコンデンサ８の端子間
電圧は電圧制御電流源１の出力電流による充電によって
定まり、Ｚの端子１４から見たインピーダンス特性を考
える場合、電圧制御電流源１０及び同１１は無視できる
。従って、Ｚの端子１４から見たインピーダンスは電圧
制御電流源１及び同２とコンデンサ８とからなるジャイ
レータ回路によって実現されるインダクタンス特性を示
すため、Ｚの端子１４−接地端子１３間にインダクタン
スが接続されているのと等価になる。

逆に、Ｚの端子１４を接地端子１３に接続すると、Ｚ′
の端子１２を接地端子１３に接続した場合と同様に、Ｚ
゛の端子１２からインピーダンス特性を見るとＺ゛の端
子１２−接地端子１３間に同じインダクタンスが接続さ
れているのと等価になる。

従ってＺの端子１４及びＺ′の端子１２から各各インピ
ーダンス特性を見た場合、共に同じインダクタンスが接
続されているように見えるから、端子１４一端子１２間
には接地点から浮遊したインダクタンスが接続されてい
るのと等価になる。

更に、各々の電圧制御電流源の（＋）入力端子とく＝）
出力端子、（−）入力端子とく＋）出力端子を各各接続
すると、（＋）入力端子と（−）入力端子との間には抵
抗値Ｒ＝１／ｇｍの抵抗が存在しているのと等価になる
。従って抵抗は１個の電圧制御電流源によって置換する
ことができる。

第７図に以上で述べたジャイレータ回路によるＬＣＲフ
ィルタの置換例を示す。１５はジャイレータ回路による
インダクタンスの置換回路であり、入力端子１６と出力
端子１７との間にインク態になっている。１８は電圧制
御電流源１９による抵抗の置換回路である。従って、こ
のフィルタはコンデンサ２０とジャイレータ回路１５に
よるインダクタンスＬ＝Ｃ／ｇＪと電圧制御電流源１９
から構成される抵抗Ｒ＝１／ｇｍからなる並列共振型ノ
ツチフィルタの特性を示す。

ここで電圧制御電流源２及び同１０の（−）入力端子は
共に接地点に接続され、（＋）入力端子は同電位である
から二つの電圧制御電流源出力電流の大きさは常に等し
い。また、電圧制御電流源２の（−）出力端子と電圧制
御電流源１０の（＋）出力端子は共に接地されているた
め、削除してもフィルタ特性には影響を及ぼさない。従
って電圧制御電流源２及び同１０をひとつの電圧制御電
流源で置換し、その（＋）出力端子を電圧制御電流源２
の（＋）出力端子、（−）出力端子を電圧制御電流源１
０の（−）出力端子として割り当てることができる。

同様な置換は電圧制御電流源１１及び同１９にも適用で
き、（＋）出力端子を電圧制御電流源１９の＜＋）出力
端子、（−）出力端子を電圧制御電流源１１のく−）出
力端子に割り当てた一つの電圧制御電流源で置換するこ
とができる。

第８図に以上で述べた置換を行ったフィルタ回路を示す
。ここで電圧制御電流源２，１０は上記の置換により新
たに生成されたものである。

このフィルタの入出力伝達特性Ｔ（Ｓ）はとなり、ノツ
チ角周波数Ｗ。＝ｇｍ・（ＣＩＣ２）　２をもつ並列共
振型ノツチフィルタが得られる。

以上に述べたフィルタ回路の構成は、アイ、イー、イー
、イー、ジャーナル　オブ　ソリッドステート　サーキ
ット誌、５Ｃ−１７巻、第４号８月、　１９８２　、　
（ＩＥＥＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　５ＱＬＩＯ−ＳＴ
ＡＴＥＣＩＲＣｔｌｌＴＳ、ＶＯＬ、５Ｃ−１７Ｎｏ、
４八〇Ｇ、１９８２）　（７）ヴーアマンら（Ｊ、０．
Ｖｏｏｒｍａｎ　ｅｔ　ａｌ　）の論文’　Ｉｎｔｅｇ
ｒａｔ　１ｏｎｏｆ　Ａｎａｌｏｇ　Ｆｉｌｔｅｒ　　
ｉｎ　ａ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓ」において
記載されている。

発明が解決しようとする課題 上記フィルタ回路はＬＣＲフィルタの各素子を電圧制御
電流源とコンデンサを用いて置換するもので、ＬＣＲフ
ィルタの特性を理想的には忠実に集積回路上で実現でき
るものである。しかし、その特性はあくまでＬＣＲフィ
ルタで実現できるものに限られる。

ここで最もよ（用いられる２次特性をもつフィルタ回路
について考えてみると、例えばノツチ周波数以下の通過
帯域でゲインが１より大きくなるローパスノツチフィル
タ回路や、ゲインが１より小さくなるバイパスノツチフ
ィルタ回路は、上記従来の構成をもつ２次形式のフィル
タ回路では、（１）式に示すように共振角周波数が Ｗｏ＝ｇｍ・（Ｃ＋Ｃｚ）　２で決まるある１点しか存
在しないため実現することができない。また２次形式の
ローパスフィルタ回路において通過帯域のゲインは１で
あり、自由に設定することができない。更に入力端子か
ら電圧制御電流源（＋）出力端子への電流の流入出があ
り、入力端子に接続する信号源の電流供給能力、信号源
インピーダンスについても考慮する必要があるといった
問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、より多様
なフィルタ特性が実現でき、更に入力端子から見た入力
インピーダンスを非常に高（できるフィルタ回路を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために１本発明のフィルタ回路は、
電圧−電流変換係数が各々個別に設定された第１．第２
及び第３の電圧制御電流源と第１及び第２のコンデンサ
を有し、第１電圧制御電流源の出力を第２電圧制御電流
源の入力に接続し、その出力を第３電圧制御電流源の入
力に接続し、その出力を他の電圧制御電流源の出力１こ
各々接続し、第１及び第２のコンデンサの一方の端子を
第１及び第２の電圧制御電流源の出力に各々接続し、他
方の各々の端子と第１電圧制御電流源の入力端子とのう
ち少なくとも一つを入力端子とし、第３電圧制御電流源
の出力を出力端子とする構成を有している。

作用 この構成によって、フィルタ回路の周波数特性を決定す
るパラメーターを増やすことができ、より多様なフィル
タ特性の実現が可能になる。またフィルタ回路の入力イ
ンピーダンスを高く設定し、信号源インピーダンスの影
響を小さ（することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例におけるフィルタ回路でノツ
チフィルタの特性を有する。２１，２２゜２３は各々電
圧−電流変換係数（伝達コンダクタンス）ｇｍ＋、ｇｍ
２．ｇｍ３をもつ電圧制御電流源である。なお、８はコ
ンデンサＣＩ、１６は入力端子、１７は出力端子、２０
はコンデンサＣ２であり、これらは従来例の構成と同じ
である。

ここで第１図のフィルタ回路の伝達特性を計算する。入
力信号電圧をＶ　ｉｎ、出力信号電圧をＶ。、電圧制御
電流源２１の出力端子電圧をＶｌ　とすると、 ・・・・・・（２） ・・・・・・（３） が成りたつ。（１）を（２）に代入すると・・・・・・
（４） となり、入出力特性■。／Ｖ、。を求めるとＶｉｎ　　
Ｓ　２＋　−Ｌ”　ｊ−８＋ヱＩＩ工■ｌｃ２　　　　
　　ｃ、ｃ２ ・・・・・・（５） が成りたつ。ここでｇｍｌ＝ｇｍ２”ｇｍ３＝ｇｍとす
れば、式（５）は第８図のフィルタ回路の伝達特性を示
す式（１）と類似の性能をもつものとなり、本発明によ
るフィルタ回路が従来例で示したフィルタ回路の特性を
含有していることがわかる。

式（５）は分母２分子に各々異なった共振角周波数を持
っているため、゛従来例のフィルタ回路では実現できな
い多様なフィルタ特性が実現できる。まずｇｍ０とする
と、式（５）はＶ。／　Ｖ　ｉｎ　＝　ｇ　ｍｌ／　ｇ
　ｍ３トナリ、Ｓ−＋ωとすると式（５）ハＶ０／ｖ１
１１→１となる。従ってｇｍ＋／ｇｍ３の値により従来
では得られなかった２種のフィルタ特性が実現できる。

チフィルタが実現できる。逆にｇ　ｍ＋／　ｇ　ｍｚ＜
　１の場合、ノツチ周波数以下の通過帯域で伝達特性の
ゲインが１より小さくなるため、バイパスノツチフィル
タが実現できる。

更に第１図に示す本発明によるフィルタ回路では、入力
端子には電圧制御電流源のく＋）入力端子とコンデンサ
Ｃ２が接続されているだけであり、通常、電圧制御電流
源の（＋）入力端子はトランジスタのベース端子により
構成されることから、入力端子から見たフィルタ回路の
入力インピーダンスは非常に高い。従って、入力信号源
の信号源インピーダンスの影響を受けにくい構成になっ
ている。

第２図は、第１図のコンデンサＣ２の入力端子に接続さ
れている端子を接地した構成をもつ、本発明によるフィ
ルタ回路の第２の実施例である。

このフィルタ回路の伝達特性Ｖｏ／Ｖ＋を求めると性の
ゲインが１より太き（なるため、ローバスノッとなり、
ローパスフィルタ特性を示す。従来例によるフィルタ回
路の伝達特性は、式（６）でｇｍｌ”ｇｍ２＝ｇｍ３”
ｇｍの場合に相当するから、 ・・・・・・（７） と表される。ここでＳ−〇とすると式（７）はＶｏ／Ｖ
ｉ１ｍ＝　１となり、通過帯域でのゲインは１に固定さ
れている。次に本発明によるフィルタ回路の伝達特性で
は、Ｓ＝Ｏとすると式（６）はＶ、／　ＶＨ，＝　ｇｍ
Ｈ／　ｇｍ３と表され、通過帯域のゲインをｇｍｌとｇ
ｍ３の比によって自由に設定できるという利点をもつ。

第３図は、第１図のフィルタ回路を集積回路上で実現し
た場合の本発明によるフィルタ回路の第３の実施例であ
る。ここで、２４，２５．２６は各各型圧制御電流源、
２７は直流電流源■１．２８゜２９．３０は各々抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３，３１は電圧源Ｖｃ、、３２は電圧源Ｖ
　ｒ　ｅ　ｆ、３３〜３８はトランジスタである。

ここで電圧制御電流源２４，２５．２６の電圧−電流変
換係数（伝達コンダクタンス）　ｇｍｌ。

ｇｍ２．ｇｍ３は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がトランジス
タ３３〜３８の交流抵抗に対して十分大きいとすれば、
ｇｒｎ；＝１／Ｒ１（ｉ＝１．２．３）と表すことがで
きる。従って第３図のフィルタ回路の伝達特性は、 ・・・・・・（８） となり、Ｃ１、Ｃ２、Ｒ１、Ｒ２ｒ　Ｒ３の値を選ぶこ
とにより、各種ノツチフィルタ特性を実現することがで
きる。

電圧制御電流源はこの他にも各種の回路方式をとること
ができる。第４図は出力電流制御回路を用いた電圧制御
電流源によって構成された本発明によるフィルタ回路の
第４の実施例である。このフィルタ回路は第３図に対し
、ダイオード３９〜４４．トランジスタ４５〜５０．抵
抗５１〜５３゜直流電流源（１２）５４．［２の２倍の
電流値をもつ直流電流源（２１２）５５を追加したもの
である。

ここでダイオード３９に流れる電流を１１＋ダイオード
４０に流れる電流を１２とすると、ｉＩ＋　１２＝２１
＋　　　　　　　　　・・・・・・（９）が成立する。

次にこの１１と１２がダイオード３９と同４０とを流れ
る時のダイオード３９のアノード−カソード電圧ＶＢ［
ｌ＋とダイオード４０のアノード−カソード電圧Ｖ　Ｂ
Ｈ３を用いて定数Ｉｓと温度Ｖ３”ＶＸ　　　ＶＢＥＩ Ｖ４”ＶＸ　　ＶＢＥ２ で与えられる。式（１０）。

％式％（１２） となり、式（１２）、　（Ｈ）、　（１４）、　（１５
）より・・・・・・（１６） が得られる。

次にトランジスタ４５と同４６に流れる電流を各々＋３
＋　　１４とすると、 と表わすことができる。また、ダイオード３９と同４０
とのカソード電位は等しく、これをＶｘとおくとトラン
ジスタ４５のベース電位Ｖ３とトランジスタ４６のベー
ス電位Ｖ４は、 ・・・・・・（１７） ・・・・・・（１８） が与えられる。式（１７）に式（１６）を代入するとが
得られる。同様にＩ３についても ・・・・・・（１９） が成立する、つまり、トランジスタ４６のコレクタ電流
はダイオード３９に流れる電流１１の１２／１１倍とな
り、トランジスタ４５のコレクタ電流ｉ３はダイオード
４０に流れる電流１２の１２／ＩＩ倍となる。

従ってこの電圧制御電流源２４の電圧−電流変換係数（
伝達コンダクタンス）ｇｍｌはで表される。よって第４
図のフィルタ回路のノツチ共振周波数ｆ。は （以　下　余　白） で与えられ、Ｉ２を可変にすることによりｆ。の値を自
由に設定することができるという大きな利点を持ってい
る。

発明の効果 本発明によれば、電圧−電流制御電流源の電圧−電流変
換係数を各々個別に設定することにより、インダクタン
ス、コンデンサ、抵抗からなるフィルタ回路を置換した
だけの従来のジャイレータフィルタ回路では実現できな
いローパスノツチフィルタ、バイパスノツチフィルタや
ローパスフィルタにおいて通過帯域のゲインを自由に設
定できるフィルタを構成することができ、集積回路化し
たとき素子数を増加させることなく、より多様なフィル
タ回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す第１の実施例回路図、第２図は同
じく、第２の実施例回路図、第３図は同じく、第３の実
施例回路図、第４図は同じく、第４の実施例回路図、第
５図は従来例ジャイレータ回路の原理図、第６図は同じ
（浮遊インダクタンスを置換するジャイレータ回路の回
路図、第７図は従来のジャイレータ回路によるＬＣＲフ
ィルタの第１の置換例回路図、第８図は従来のジャイレ
ータ回路によるＬＣＲフィルタの第２の置換例回路図で
ある。 １・・・・・・電圧制御電流源、２・・・・・・電圧制
御電流源、３・・・・・・コンデンサ、４・・・・・・
（＋）入力端子、５・・・・・・（−）入力端子、６・
・・・・・（＋）出力端子、７・・・・・・（−）出力
端子、８・・・・・・端子Ａ、９・・・・・・端子Ａ′
１０・・・・・・電圧制御電流源３．１１・・・・・・
電圧制御電流源、１２・・・・・・２゛の端子、１３・
・・・・・接地端子、１４・・・・・・Ｚの端子、１５
・・・・・・ジャイレータ回路によるインダクタンスの
置換回路、１６・・・・・・入力端子、１７・・・・・
・出力端子、１８・・・・・・電圧制御電流源による抵
抗の置換回路、１９・・・・・・電圧制御電流源、２０
・・・・・・コンデンサ、２１〜２６・・・・・・電圧
制御電流源、２７・・・・・・直流電流源（■１）、２
８・・・・・・抵抗（Ｒ１）、２９・・・・・・抵抗（
Ｒ２）、３０・・・・・・抵抗（Ｒ３）、３１・・・・
・・電圧源■。、３２・・・・・・電圧源Ｖ　ｒｅｆｚ
３３〜３８・・・・・・トランジスタ、３９〜４４・・
・・・・ダイオード、４５〜５０・・・・・・トランジ
スタ、５１〜５５・・・・・・抵抗、５４・・・・・・
直流電流源（１２）、５５・・・・・直流電流源（２１
２＞。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名１７・−ｔ
カ喝子 第　２　図 第 図 第　６　図 第 図 ？ ２θ ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電圧−電流変換係数が各々個別に設定された第１、第２
   、及び第３の電圧制御電流源と、第１及び第２のコンデ
   ンサを有し、前記第１電圧制御電流源の出力を前記第２
   電圧制御電流源の入力に接続し、前記第２電圧制御電流
   源の出力を前記第３電圧制御電流源の入力に接続し、前
   記第３電圧制御電流源の出力を前記第１及び第２の電圧
   制御電流源の出力に各々接続し、前記第１及び第２のコ
   ンデンサの一方の端子を前記第１及び第２の電圧制御電
   流源の出力に各々接続し、前記第１及び第２のコンデン
   サの各々の他方の端子と、前記第１電圧制御電流源の入
   力端子とのうち、少なくとも一つを入力端子とし、前記
   第３電圧制御電流源の出力を出力端子とすることを特徴
   とするフィルタ回路。