JPH10511533A - 差動切替キャパシタのフィルタ処理 - Google Patents

差動切替キャパシタのフィルタ処理

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JPH10511533A
JPH10511533A JP9515661A JP51566196A JPH10511533A JP H10511533 A JPH10511533 A JP H10511533A JP 9515661 A JP9515661 A JP 9515661A JP 51566196 A JP51566196 A JP 51566196A JP H10511533 A JPH10511533 A JP H10511533A
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Abstract

(57)【要約】 差動切替キャパシタのフィルタ区分は、差動増幅器(OTA)と、差動増幅器(OTA)の非反転出力部(+)と反転入力部(−)との間に結合された第1組の切替キャパシタ(C11,C12)と、差動増幅器(OTA)の反転出力部(−)と非反転入力部(+)との間に結合された第2組の切替キャパシタ(C21,C22)とを具える。組の切替キャパシタ(C11,C12;C21,C22)で、キャパシタの第1端子を、第1スイッチ(S1.11,S1.12;S1.21,S1.22)を介して差動増幅器(OTA)の出力部(+;−)の対応するものに結合するとともに、第2スイッチ(S2.11,S2.12;S2.21,S2.22)を介して前記フィルタ区分の差動入力部記出力部(Vin+,Vin-)のうちの一つに結合する。キャパシタの第2端子を、第3スイッチ(S3.11,S3.12;S3.21,S3.22)を介して前記差動増幅器(OTA)の前記入力部(−;+)の対応するものに結合するとともに、第4スイッチ(S4.11,S4.12;S4.21,S4.22)を介して基準端子に結合する。各組内で、対応するスイッチは、互いに相違する切替位相(φ1;φ2)で作動する。

Description

【発明の詳細な説明】 差動切替キャパシタのフィルタ処理 本発明は、差動切替キャパシタのフィルタ区分と、このようなフィルタ区分を 含むSECAMを具えるテレビジョン信号受信機に関するものである。 1984年8月2日に刊行されたElectronics Letters のvol.20,No.16の663 〜664 頁のK.Nagaraj による論文“Switched-capacitor delay circuit that is insensitive to capacitor mismatch and stray capacitance”は、単一の増幅 器を用いるとともにキャパシタの不整合及び漂遊容量に感知しない切替キャパシ タの遅延回路を開示している。第1クロック位相にて、第1キャパシタは(以前 の段からの出力である)入力をサンプルするのに対して、第2キャパシタは、増 幅器の両端間に接続される。したがって、増幅器の出力は、第2キャパシタ全体 に亘る電圧に等しい。第2クロック位相にて、キャパシタは、回りのスイッチの 適切な動作によって交換される。したがって、出力電圧は、以前のクロックサイ クル中に入力部分に存在する電圧に等しい新たな値を仮定する。同時に、入力は 第2キャパシタによってサンプルされる。次のクロックサイクル中、キャパシタ は再び交換される。このプロセスは継続し、回路は、1クロック間隔に等しい遅 延を有する遅延線として作用する。キャパシタ間に電荷の移動がないので、回路 の動作がキャパシタ間の比に依存しないことは明らかである。また、キャパシタ ノードがグランドと仮想的なグランドとの間、又は電源間で切り替えられるので 、回路は寄生キャパシタンスに感知しない。 しかしながら、スイッチオフの瞬時のスイッチのチャネル電荷注入が原因でD Cオフセット及び信号歪みが発生する。非線形キャパシタ及びスイッチの抵抗上 の信号依存により歪みが更に生じる。大きな混成信号回路の歪みの他の主な原因 は、関連のないクロック源、電源ノイズ、クロックノイズ、クロックフィードス ルー及びオフセットによるものである。 本発明の目的は、これら不都合を回避しながら従来の回路の利点を維持するこ とである。このために、本発明の第1態様は、請求の範囲1に規定した差動切替 キャパシタのフィルタ区分を提供する。本発明の第2態様は、請求の範囲5に規 定したテレビジョン信号受像機を提供する。好適例を従属の請求の範囲に規定す る。 本発明の主な態様は、差動増幅器と、差動増幅器の非反転出力部と反転入力部 との間に結合された第1組の切替キャパシタと、差動増幅器の反転出力部と非反 転入力部との間に結合された第2組の切替キャパシタとを具える差動切替キャパ シタのフィルタ区分を提供する。組の切替キャパシタで、キャパシタの第1端子 を、第1スイッチを介して差動増幅器の出力部の対応するものに結合するととも に、第2スイッチを介して前記フィルタ区分の差動入力部記出力部のうちの一つ に結合する。キャパシタの第2端子を、第3スイッチを介して前記差動増幅器の 入力部の対応するものに結合するとともに、第4スイッチを介して基準端子に結 合する。各組内で、対応するスイッチは、互いに相違する切替位相で作動する。 本発明のこれら及び他の態様を、後に説明する実施の形態を参照して明らかに する。 図面中、 図1は、本発明の第1の実施の形態による差動非反転1サンプリング周期遅延 回路を示す。 図2は、本発明の第2の実施の形態による差動反転1サンプリング周期遅延回 路を示す。 図3は、本発明の第3の実施の形態による差動1サンプリング周期遅延及び加 算回路を示す。 図4は、本発明の第4の実施の形態による差動1サンプリング周期遅延及び減 算回路を示す。 図5は、本発明の第5の実施の形態による再帰差動切替キャパシタのフィルタ 回路である。 図1の差動非反転遅延回路は差動増幅器OTAを具え、この差動増幅器OTA は、反転入力部及び非反転入力部と、遅延回路の差動出力部Vout+及びVout-に 結合した反転出力部及び非反転出力部とを有する。また、遅延回路は、差動増幅 器OTAの非反転出力部と反転入力部との間に結合した第1組のキャパシタC1 1,C12と、差動増幅器OTAの反転出力部と非反転入力部との間に結合した 第2組のキャパシタC21,C22とを具える。キャパシタC11,C12及び C21,C22の組において、キャパシタの第1端子を、第1スイッチS1.1 1,S1.12及びS1.21,S1.22を介して差動増幅器OTAのうちの 対応するものに結合し、この場合、各組内で、対応するスイッチ(例えば、キャ パシタC11,C12を用いて形成された組の両方の第1スイッチS1.11, S1.12)は、互いに相違する切替位相Φ1,Φ2及びΦ1,Φ2でそれぞれ 作動する。キャパシタC11,C12及びC21,C22の第1端子を、第2ス イッチS2.11,S2.12及びS2.21,S.2.22を介して図1の遅 延回路の差動入力部Vin+ 及びVin- のうちの一つにも結合し、この場合、各組 内で、第2スイッチは、互いに相違する切替位相Φ2,Φ1及びΦ2,Φ1でそ れぞれ作動する。キャパシタC11,C12及びC21,C22の第2端子を、 第2スイッチS3.11,S3.12及びS3.21,S.3.22を介して差 動増幅器OTAの入力部のうちの対応するものに結合し、この場合、各組内で、 第3スイッチは、互いに相違する切替位相Φ1,Φ2及びΦ1,Φ2でそれぞれ 作動する。キャパシタC11,C12及びC21,C22の第2端子を、第4ス イッチS4.11,S4.12及びS4.21,S.4.22を介して接地し、 この場合、各組内で、第4スイッチは、互いに相違する切替位相Φ2,Φ1及び Φ2,Φ1でそれぞれ作動する。四つのキャパシタCC11,C12,C21, C22は同一の公称値を有する間、キャパシタ整合は重要でない。 図2の差動反転遅延回路は図1の差動非反転遅延回路に対応する。単なる相違 は、入力部入力部Vin+ 及びVin- を交換していることである。 図3は、二つの相違する差動信号(Vin1+,Vin1-)及び(Vin2+,Vin2-) をサンプリング周期に亘って加算し及び遅延させている加算遅延区分を示す。こ のために、この回路は、二つの差動入力信号対(Vin1+,Vin1-)及び(Vin2+ ,Vin2-)を受信する2対の差動入力部を具える。この回路は、図1の回路に似 ているが、第1組のキャパシタ−スイッチ配置(C11;S1.11,S2.1 1,S3.11,S4.11)、(C12;S1.12,S2.12,S3.1 2,S4.12)、(C21;S1.21,S2.21,S3.21,S4.2 1)及び(C22;S1.22,S2.22,S3.22,S4.22)を更に 具える。図3において、全てに追加のラベルaを付加してC11a,C12a, C21Aa及びC22a等を形成する。この第1組のキャパシタ−スイッチ配置 を、第1の差動入力対(Vin1+,Vin1-)を受信し及び処理するように結合し、 全く同様な第2組の(C11b;S1.11b,S2.11b,S3.11b, S4.11b)、(C12b;S1.12b,S2.12b,S3.12b,S 4.12b)、(C21b;S1.21b,S2.21b,S3.21b,S4 .21b)及び(C22b;S1.22b,S2.22b,S3.22b,S4 .22b)を、第2の差動入力対(Vin2+,Vin2-)を受信し及び処理するよう に結合する。 図3の回路に対して以下の式が適用される。 Vout(nT)=[C1.Vin1((n-1)T)+C2.Vin2((n-1)T)]/(C1+C2) この場合、C11a=C12a=C21a=C22a=C1、及びC11b=C 12b=C21b=C22b=C2。 図4は、サンプリング周期に亘って二つの差動信号(Vin1+,Vin1-)及び( Vin2+,Vin2-)を減算し及び遅延させる減算遅延区分を示す。図4の回路は、 図3の回路と同様であり、単なる相違は入力部入力部Vin+2及びVin-2を交換し ていることである。 図4の回路に対して以下の式が適用される。 Vout(nT)=[C1.Vin1((n-1)T)−C2.Vin2((n-1)T)]/(C1+C2) この場合、C11a=C12a=C21a=C22a=C1、及びC11b=C 12b=C21b=C22b=C2。 図5は、本発明による再帰フィルタ区分、より詳しくは差動電荷再分布切替キ ャパシタSECAMのチョークフィルタの実施の形態を示す。切替キャパシタの 各組が二つのキャパシタを具えるとともに、そのスイッチを各組内で二つの互い に相違する切替位相で差動させている以前の図1〜4に対して、図5において、 切替キャパシタの各組は四つのキャパシタを具えるとともに、そのスイッチを各 組内で四つの相違する切替位相で差動させる。したがって、差動増幅器OTAの 非反転出力部(+)に、第1スイッチS1.11,S1.12,S1.13及び S1.14をそれぞれ介してキャパシタC11,C12,C13及びC14を設 ける。差動入力信号Vin+ を、第2スイッチS2.11,S2.12,S2.1 3及びS2.14をそれぞれ介してキャパシタC11,C12,C13及びC1 4に供給する。第3スイッチS3.11,S3.12,S3.13及びS3.1 4は、キャパシタC11,C12,C13及びC14を差動増幅器OTAの反転 入力部(−)にそれぞれ接続する。第4スイッチS4.11,S4.12,S4 .13及びS4.14は、キャパシタC11,C12,C13及びC14を接地 する。同様に、差動増幅器OTAの反転出力部(−)に、第1スイッチS1.2 1,S1.22,S1.23及びS1.24をそれぞれ介してキャパシタC21 ,C22,C23及びC24を設ける。差動入力信号Vin- を、第2スイッチS 2.21,S2.22,S2.23及びS2.24をそれぞれ介してキャパシタ C21,C22,C23及びC24に供給する。第3スイッチS3.21,S3 .22,S3.23及びS3.24は、キャパシタC21,C22,C23及び C24を差動増幅器OTAの非反転入力部(+)にそれぞれ接続する。第4スイ ッチS4.21,S4.22,S4.23及びS4.24は、キャパシタC21 ,C22,C23及びC24を接地する。 それに加えて、図5の再帰フィルタ区分は、同様な数の帰還経路を具える。よ り詳しくは、フィルタの非反転入力Vin- と差動増幅器OTAの反転入力部(− )との間の直列切替キャパシタ配置(キャパシタ及び対応するスイッチ)に加え て、帰還切替キャパシタ配置が差動増幅器OTAの反転出力部(−)と反転入力 部(−)との間に存在する。また、フィルタの反転入力Vinと差動増幅器OTA の非反転入力部(+)との間の直列切替キャパシタ配置の各々に加えて、帰還切 替キャパシタ配置は、差動増幅器OTAの非反転出力部(+)と非反転入力部( +)との間に存在する。これら帰還切替キャパシタ配置のスイッチは、直列切替 キャパシタ配置の対応するスイッチとして同一切替位相で作動する。したがって 、図5において、直列切替キャパシタ配置及び帰還切替キャパシタ配置に対して 同一符号を用い、これにより帰還素子に追加の“f”を付す。 図5の実施の形態において、帰還キャパシタの各々のキャパシタンスは直列キ ャパシタンスの各々の9倍のキャパシタンスである。 本発明による差動切替キャパシタのフィルタ区分を、非差動入力信号を処理し て(例えば、遅延させて)、差動遅延出力信号を発生させるのに用いることもで きる。このような実施の形態において、図1のものと同様に、第1組の切替キャ パシタC11,C12において、非反転入力信号を、(第2スイッチS2.11 ,S2.12が接続された)フィルタ回路の対応する入力部Vin+ に供給し、( 第4スイッチS.4.11,S4.12が接続された)基準端子を接地する。第 2組の切替キャパシタC21,C22において、非差動入力信号を、(第4スイ ッチS4.21,S4.22が接続された)基準端子に供給し、(第2スイッチ S2.21,S2.22が接続された)フィルタ回路の対応する入力部Vin- を 接地する。この回路は完全に対称であり、サンプル及びホールド並びに単一−差 動変換を実行する。本発明によるフィルタ区分を、任意の追加の段及び追加のク ロックサイクルを要求することなく、差動入力信号及び非差動入力信号を加算又 は減算するのに用いることもでき、これは、例えばビットごとのクロックサイク ルが重要であるアルゴリズム的なA/Dコンバータに特に有利である。このよう な差動信号及び非差動信号の結合は、図3,4の実施の形態において差動入力信 号が図3,4に図示したような端子Vin+,Vin- に供給される場合に行われ、 その間、非差動入力信号は、端子Vin2+及びスイッチS4.21b及びS4.2 2bが接続された基準端子に供給され、端子Vin2-を接地する。 要約すれば、本発明は、単一差動増幅器(OTA)の高速電荷再分布技術に基 づく多機能広帯域差動切替キャパシタ回路に関するものである。N本の経路のフ ィルタ及びサンプルデータ乗算器に要求されるような複数の信号の遅延、乗算、 加算及び減算が可能である。例えば、図3,4の加算回路及び減算回路をN本の 経路で実現して、対称及び非対称FIRフィルタ及びIRRフィルタを形成する ことができる。高速であり、正確であり、かつ、雑音から逃れることに関して、 提案された解決は非常に好適であることがわかった。この回路により、ビデオ周 波数に対して寄生ワイヤリング容量を用いることができる。このビデオ周波数は 、他の状況では理想的な電力レベルにおいて不可能である。本発明は、キャパシ タ間の仮想的なアース点を介した電荷の移動がなく、かつ、グランドと仮想的な グランドとの間又は電源間でキャパシタノードが切り替えられるので、従来技術 の利点を維持し、その結果、この回路は寄生キャパシタンスに応答しない。しか しながら、本発明によって規定された第2組の切替キャパシタを設けるために、 従来技術の不都合が軽減される。 上記実施の形態は本発明を限定するものではなく、当業者は、添付した請求の 範囲を逸脱することなく多数の他の実施の形態を設計することができる。二つ及 び四つの互いに相違する位相でそれぞれ切り替えた2及び4個のキャパシタの組 を示したが、他の数も可能である。請求の範囲において、括弧内の任意の参照符 号は請求の範囲を制限するものとして解釈すべきでない。
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 内で、対応するスイッチは、互いに相違する切替位相 (φ1;φ2)で作動する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも一対の差動入力部(Vin+,Vin-)及び少なくとも一対の差動出 力部(Vout+,Vout)を有する差動切替キャパシタのフィルタ区分であって、 このフィルタ区分は、 差動増幅器(OTA)と、 この差動増幅器(OTA)の非反転出力部(+)と反転入力部(−)との間 に結合された第1組の切替キャパシタ(C11,C12)と、 前記差動増幅器(OTA)の反転出力部(−)と非反転入力部(+)との間 に結合された第2組の切替キャパシタ(C21,C22)とを具え、前記差動増 幅器(OTA)の反転出力部(−)及び非反転出力部(+)を、前記フィルタ区 分の少なくとも一つの対の差動出力部(Vout+,Vout)に結合し、 前記組の切替キャパシタ(C11,C12;C21,C22)で、キャパシ タの第1端子を、各組内で互いに相違する切替位相(Φ1,Φ2;Φ1,Φ2) で作動する第1スイッチ(S1.11,S1.12;S1.21,S1.22) を介して前記差動増幅器(OTA)の前記出力部(+;−)の対応するものに結 合するとともに、各組内で互いに相違する切替位相(Φ2,Φ1;Φ2,Φ1) で作動する第2スイッチ(S2.11,S2.12;S2.21,S2.22) を介して前記フィルタ区分の差動入力部記出力部(Vin+,Vin-)のうちの一つ に結合し、キャパシタの第2端子を、各組内で互いに相違する切替位相(Φ1, Φ2;Φ1,Φ2)で作動する第3スイッチ(S3.11,S3.12;S3. 21,S3.22)を介して前記差動増幅器(OTA)の前記入力部(−;+) の対応するものに結合するとともに、各組内で互いに相違する切替位相(Φ2, Φ1;Φ2,Φ1)で作動する第4スイッチ(S4.11,S4.12;S4. 21,S4.22)を介して基準端子に結合することを特徴とする差動切替キャ パシタのフィルタ区分。 2.少なくとも二つの差動入力信号対(Vin1+,Vin1-,Vin2+,Vin2-)を加 算又は減算するために配置され、前記フィルタ区分は、前記少なくとも二つの差 動入力信号対(Vin1+,Vin1-,Vin2+,Vin2-)をそれぞれ受信するため に結合した少なくとも二つの差動入力対を具え、前記差動入力部の各々(Vin1+ ,Vin1-,Vin2+,Vin2-)を、各組の切替キャパシタ(C11a,C12a, C11b,C12b;C21a,C22a,C21b,C22b)に結合し、前 記組の切替キャパシタの各々のキャパシタの第1端子を、前記フィルタ区分の前 記差動入力部(Vin1+,Vin1-,Vin2+,Vin2-)のうちの一つ及び前記差動増 幅器(OTA)の前記出力部(+,−)の一つに結合し、前記組の切替キャパシ タ(C11a,C12a,C11b,C12b;C21a,C22a,C21b ,C22b)の各々のキャパシタの第2端子を、前記差動増幅器(OTA)の前 記入力部(−,+)に結合することを特徴とする請求の範囲1記載の差動切替キ ャパシタのフィルタ区分。 3.前記フィルタ区分の差動入力部の前記少なくとも一対に供給される再帰的な フィルタ信号用に配置され、前記フィルタ区分は、 前記差動増幅器の反転出力部(−)及び非反転入力部(+)との間に結合し た第1の帰還組の切替キャパシタ(C11f,C12f,C13f,C14f) と、 前記差動増幅器(OTA)の非反転出力部(+)と反転入力部(−)との間 に結合した第2の帰還組の切替キャパシタ(C21f,C22f,C23f,C 24f)とを更に具え、 前記帰還組の切替キャパシタで、前記キャパシタの第1端子を、各組内で互 いに相違する切替位相(Φ4,Φ1,Φ2,Φ3;Φ4,Φ1,Φ2,Φ3)で 作動する第1スイッチ(S1.11f,S1.12f,S1.13f,S1.1 4f;S1.21f,S1.22f,S1.23f,S1.24f)を介して前 記差動増幅器の前記出力部のうちの一方に結合するとともに、各組内で互いに相 違する切替位相(Φ1,Φ2,Φ3,Φ4;Φ1,Φ2,Φ3,Φ4)で作動す る第2スイッチ(S2.11f,S2.12f,S2.13f,S2.14f; S2.21f,S2.22f,S2.23f,S2.24f)を介して前記差動 増幅器の前記出力部のうちの他方に結合し、前記キャパシタの第2端子を、各組 内で互いに相違する切替位相(Φ4,Φ1,Φ2,Φ3;Φ4,Φ1,Φ2,Φ 3)で作動する第3スイッチ(S3.11f,S3.12 f,S3.13f,S3.14f;S3.21f,S3.22f,S3.23f ,S3.24f)を介して前記差動増幅器の前記入力部のうちの対応するものに 結合するとともに、各組内で互いに相違する切替位相(Φ1,Φ2,Φ3,Φ4 ;Φ1,Φ2,Φ3,Φ4)で作動する第4スイッチ(S4.11f,S4.1 2f,S4.13f,S4.14f;S4.21f,S4.22f,S4.23 f,S4.24f)を介して基準端子に結合することを特徴とする請求の範囲1 記載の差動切替キャパシタのフィルタ区分。 4.非反転入力信号を処理するために配置され、前記第1組の切替キャパシタ( C11,C12)で、非反転入力信号を前記フィルタ回路の対応する入力部(V in+)に供給し、前記基準端子を接地し、前記第2組の切替キャパシタ(C21 ,C22)で、非反転入力信号を前記基準端子に供給し、前記フィルタ回路の対 応する入力部(Vin-)を接地したことを特徴とする請求の範囲1記載の差動切 替キャパシタのフィルタ区分。 5.SECOMテレビジョン信号を復号化する手段を具えるテレビジョン信号受 信機において、前記SECOM復号化手段は、請求の範囲1に規定した差動切替 キャパシタのフィルタ区分を含むことを特徴とするテレビジョン信号受信機。
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