JPH10135781A - アクティブフィルタ - Google Patents

アクティブフィルタ

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JPH10135781A
JPH10135781A JP8288666A JP28866696A JPH10135781A JP H10135781 A JPH10135781 A JP H10135781A JP 8288666 A JP8288666 A JP 8288666A JP 28866696 A JP28866696 A JP 28866696A JP H10135781 A JPH10135781 A JP H10135781A
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equation
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Hisashi Tokuda
尚志 徳田
Tomoki Oda
知己 織田
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンダクタンスアンプを用いたアクティブフ
ィルタに関し、コンダクタンスアンプの出力オフセット
電圧の影響を抑制しつつも、高周波領域での特性を向上
させることができるアクティブフィルタを提供すること
を目的とする。 【解決手段】 入力電圧と出力電圧の差に応じた出力差
電圧を出力するコンダクタンスアンプ2と、コンダクタ
ンスアンプ2の出力電圧を増幅する出力アンプ3と、出
力アンプ3の入力と出力とを結合し、出力アンプ3とと
もにミラー回路を構成する結合容量C0 とを有する構成
としてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアクティブフィルタ
に係り、特に、コンダクタンスアンプを用いたアクティ
ブフィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来のコンダクタンスアンプを用
いたアクティブフィルタの一例の回路構成図を示す。図
4のアクティブフィルタ20は1次のローパスフィルタ
(LPF)を構成しており、コンダクタンスアンプ2
1、コンデンサC10、バッファアンプ22から構成さ
れ、等価的にはコンダクタンスアンプ21の出力とバッ
ファアンプ22の入力との接続点AにはDCインピーダ
ンスR0 が付与され、バッファアンプ22の出力には出
力インピーダンスZ01が付与される。
【0003】ここで、図4に示すアクティブフィルタ2
0のオープンループでの伝達特性T1 (s)を求める
と、
【0004】
【数1】
【0005】となる。また、閉ループでの伝達特性T2
(s)は、
【0006】
【数2】
【0007】となる。ここで、アクティブフィルタ20
のDCゲインは、ω=0のときの伝達関数に相当してお
り、式(1)でs=jωであるので、s=0を式(1)
に代入することのより求められ、 T1 (0)=gm ×R0 ・・・(3) となり、コンダクタンスアンプ21のコンダクタンスg
m に左右されることがわかる。
【0008】また、オープンループでの出力インピーダ
ンスZ02は、
【0009】
【数3】
【0010】よって、ω→∽で、s→∽となるので、式
(4)で(1/sC)は、「0」となり、出力インピー
ダンスZ02は、 Z02=Z01 ・・・(5) となり、高域での出力インピーダンスZ01は、オープン
ループDCでの出力インピーダンスZ01で決定されてい
た。
【0011】図4に示すアクティブフィルタ20では、
オープンループゲインが大きくとれない。オープンルー
プゲインを大きく取る方法としては、バッファアンプ2
2のゲインを大きくればよい。図5に従来のコンダクタ
ンスアンプを用いたアクティブフィルタの回路構成図を
示す。
【0012】図5に示すようにバッファアンプ22のゲ
インをA倍にすることによりオープンループゲインを大
きくすることができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のコン
ダクタンスアンプを用いたアクティブフィルタでは、オ
ープンループでの伝達関数が式(1)で決まり、このと
きのDCゲインは式(3)で決定されることになる。こ
のとき、出力オフセット電圧を小さくするために、コン
ダクタンスgm を大きく取ろうとすると、コンダクタン
スgm は(I/V)で決定され、コンダクタンスgm を
大きく取るには電流Iを大きくする必要がある。
【0014】しかしながら、近年の電子装置の低消費電
力化のため、消費電流等の制限があり、電流Iを大きく
できない。このため、式(3)のDCゲインが小さくな
るなってしまう。DCゲインが小さくなると、高域にお
ける周波数特性が劣化し、また、出力インピーダンスが
大となり、次段につながる回路の入力インピーダンスが
小の場合は影響を受け、フィルタの後段バッファとして
好ましくない。
【0015】また、オープンループゲインを大きくする
ために図5に示すように出力アンプのゲインをA倍にす
ると、S/N比の劣化を生じてしまう等の問題点を有す
る。本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、コンダ
クタンスアンプの出力オフセット電圧の影響を抑制しつ
つも、高周波領域での出力インピーダンス及び出力オフ
セット等の特性を向上させることができるアクティブフ
ィルタを提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1は、入
力電圧と出力電圧との差に応じた出力差電圧を出力する
コンダクタンスアンプを有するアクティブフィルタにお
いて、前記コンダクタンスアンプの出力電圧を増幅する
増幅回路と、前記増幅回路の入力と出力との間に接続さ
れ、前記増幅回路とともにミラー回路を構成する結合容
量とを有することを特徴とする。
【0017】請求項2は、前記コンダクタンスアンプ、
前記増幅回路、前記結合容量からなるフィルタ回路をn
段接続することによりn次の特性を得ることを特徴とす
る。本発明によれば、コンダクタンスアンプの出力に入
出力間が結合容量により結合された増幅回路を接続する
ことにより、コンダクタンスアンプのコンダクタンスを
gm 、結合容量をC0 、DCインピーダンスをR0 とす
ると、オープンループでの伝達関数To (s)は、
【0018】
【数4】
【0019】となり、このときのDCゲインTo (0)
は、 To (0)=AR0 gm となるため、ゲインをA倍にでき、また、高域での出力
インピーダンスZohは、オープンループでの出力インピ
ーダンスをZooとすると、
【0020】
【数5】
【0021】となり、高域、すなわち、ω→∽となる
と、s=jωであるので、s→∽となるので、式(7)
で(1/sC0 )=0となるため、式(7)は、
【0022】
【数6】
【0023】となり、高域での出力インピーダンスを約
1/Aにでき、高域での特性を向上できる。
【0024】
【発明の実施の形態】図1に本発明の一実施例の回路構
成図を示す。本実施例のアクティブフィルタ1は、1次
のローパスフィルタを構成している。アクティブフィル
タ1は、主に、コンダクタンスアンプ2、増幅回路3、
コンデンサC0 から構成される。
【0025】コンダクタンスアンプ2は、PNPトラン
ジスタQ1 〜Q4 及びNPNトランジスタQ5 、Q6 、
ダイオードD1 、D2 、抵抗R1 、R2 、定電流源4〜
6から構成される。コンダクタンスアンプ2は、PNP
トランジスタQ1 のベースが非反転入力端子とされ、P
NPトランジスタQ2 のベースが反転入力端子とされて
いる。
【0026】コンダクタンスアンプ2の非反転入力端子
は、入力端子Tinに接続され、信号源9からフィルタリ
ングすべき信号が供給される。また、反転入力端子は出
力端子Tout に接続され、出力信号が供給される。コン
ダクタンスアンプ2は、非反転入力端子に供給される入
力信号と反転入力端子に供給される出力信号との電位差
に応じた電流をNPNトランジスタQ6 のコレクタから
出力し、出力アンプ3に供給する。
【0027】出力アンプ3は、PNPトランジスタQ7
、NPNトランジスタQ8 、定電流源7、8から構成
されており、A倍の利得を有する増幅回路を構成してい
る。出力アンプ3は、PNPトランジスタQ7 のベース
が入力とされ、NPNトランジスタQ8 のエミッタが出
力とされている。入力となるPNPトランジスタQ7 の
ベースにはコンダクタンスアンプ2の出力信号が供給さ
れ、A倍して出力となるNPNトランジスタQ8 のエミ
ッタから出力する。
【0028】出力となるNPNトランジスタQ8 のエミ
ッタは、出力端子Tout 及びコンダクタンスアンプ2の
反転入力端子となるPNPトランジスタQ2 のベースに
接続されると共に、結合容量であるコンデンサC0 を介
して入力となるPNPトランジスタQ7 のベースに接続
される。なお、出力アンプ3及びコンデンサC0 により
ミラー回路が構成される。
【0029】図2に本発明の一実施例の等価回路図を示
す。図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明
は省略する。図1のアクティブフィルタ1を等価回路を
示すと、図2に示すように点PにDCインピーダンスR
0 が付与され、出力端子Tout にはオープンループでの
出力インピーダンスZ01が付与される。
【0030】ここで、アクティブフィルタ1のオープン
ループでの伝達関数T3 (s)を求めると、オープンル
ープでの伝達特性をT3 (s)は、
【0031】
【数7】
【0032】で表せる。また、アクティブフィルタ1の
閉ループでの伝達関数T4 (s)を求めると、閉ループ
での伝達特性をT4 (s)は、
【0033】
【数8】
【0034】で表せる。ここで、オープンループでのD
Cゲインを求めると、DCゲインは式(9)でs=0で
求められるから、DCゲインT3 (0)は、 T3 (0)=AR0 gm ・・・(11) となる。式(11)は式(3)に示す従来のオープンル
ープでのDCゲインT1(0)に比べて、A倍になる。
【0035】このため、コンダクタンスアンプ2のコン
ダクタンスgm を大きくしなくても出力アンプ3のゲイ
ンAを大きくすることによりDCゲインT3 (0)を大
きくできることになる。出力アンプ3のゲインAを大き
くすれば、DCゲインT3 (0)に対するコンダクタン
スgm の影響が小さくなるため、コンダクタンスアンプ
2の出力オフセット電圧の影響を軽減できることにな
る。図5に示す従来回路に比して、S/N比を向上でき
る。
【0036】また、高域での出力インピーダンスZ03
は、
【0037】
【数9】
【0038】で表せる。ここで、ω→∽とすると、式
(9)でsはs=jωであるので、s→∽となる。よっ
て、式(12)で(1/sC0 )の項が「0」になるの
で、式(12)は、
【0039】
【数10】
【0040】となる。ここで、通常オープンループDC
での出力インピーダンスZ01は100Ω程度であり、ま
た、点PでのDCインピーダンスR0 は300KΩ程度
となるので、式(13)で、オープンループでの出力イ
ンピーダンスZ01に比べてDCインピーダンスR0 が十
分に大きいと見なせるので、式(13)で分母の(Z01
/R0 )が0となり、したがって、式(13)は、
【0041】
【数11】
【0042】で表せる。また、出力アンプ3のゲインA
が十分に大きいとすると、 (1+A)≒A と見なせるため、式(14)は、
【0043】
【数12】
【0044】と表せる。したがって、高域での出力イン
ピーダンスZ03は、DC時の出力インピーダンスZ01の
約1/A倍となり、出力アンプ3のゲインAを大きくす
るれば、高域時の出力インピーダンスZ03を低減でき
る。
【0045】したがって、高域での特性を向上できる。
なお、本実施例では、1次のローパスフィルタについて
考えたが、これに限ることなく、n次のローパスフィル
タを構成することもできる。図3に本発明の他の実施例
のブロック構成図を示す。
【0046】本実施例のアクティブフィルタは、図1の
1次のローパスフィルタをn段縦続に接続することによ
りn次のローパスフィルタを構成したものである。本実
施例のアクティブフィルタ10は、図1に示す1次のロ
ーパスフィルタと同一の構成のn個のフィルタ回路11
−1〜11−nを入出力が直列に接続した構成としてな
る。
【0047】本実施例によれば、各フィルタ回路11−
1〜11−nでコンダクタンスアンプ2の出力オフセッ
ト電圧の影響を軽減できるので、出力オフセット電圧の
影響を最小限にできる。また、各フィルタ回路11−1
〜11−nで高域の出力インピーダンスを小さくできる
ため、高域の特性を向上できる。
【0048】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、コンダク
タンスアンプの出力に入出力間が結合容量により結合さ
れた増幅回路を接続することにより、コンダクタンスア
ンプのgm を大きくすることなく、オープンループDC
ゲインを大きくでき、したがって、コンダクタンスアン
プのオフセット電圧を増幅することがなくなり、コンダ
クタンスアンプのオフセット電圧の影響を低減でき、S
/N比を向上でき、また、高域での出力インピーダンス
を小さくできるため、高域での周波数特性を向上できる
等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路構成図である。
【図2】本発明の一実施例の等価回路図である。
【図3】本発明の他の実施例のブロック構成図である。
【図4】従来のコンダクタンスアンプを用いたアクティ
ブフィルタの一例の等価回路図である。
【図5】従来のコンダクタンスアンプを用いたアクティ
ブフィルタの他の一例の等価回路図である。
【符号の説明】
1 アクティブフィルタ 2 コンダクタンスアンプ 3 出力アンプ 4〜8 定電流源 Q1 〜Q4 、Q7 PNPトランジスタ Q5 、Q6 、Q8 NPNトランジスタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電圧と出力電圧の差に応じた出力を
    出力するコンダクタンスアンプを有するアクティブフィ
    ルタにおいて、 前記コンダクタンスアンプの出力電圧を増幅する増幅回
    路と、 前記増幅回路の入力と出力とを結合し、前記増幅回路と
    ともにミラー回路を構成する結合容量とを有することを
    特徴とするアクティブフィルタ。
  2. 【請求項2】 前記コンダクタンスアンプ、前記増幅回
    路、前記結合容量からなるフィルタ回路をn段接続する
    ことによりn次の特性を得ることを特徴とする請求項1
    記載のアクティブフィルタ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100333340B1 (ko) * 1999-09-30 2002-04-18 윤상원 피이드백 회로가 있는 능동 인버터를 이용한 고주파용 여파기 회로

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100333340B1 (ko) * 1999-09-30 2002-04-18 윤상원 피이드백 회로가 있는 능동 인버터를 이용한 고주파용 여파기 회로

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