JPS59181708A - スイツチ付コンデンサ−フイルタとして構成された変調回路 - 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】 技術水準 本発明は、１つの変調クロックで作動され、スイッチと
コンデンサと、非反転入力側が基準電位に接続されてい
る少なくとも１つの演算増幅器とから成る、スイッチ付
コンデンサ（ＳＣ）−フィルタとして構成された変調回
路に関する。

スイッチ付コンデンサーフィルタ（５ＷｉｃｈｅｄＣａ
ｐａｃｉｔｏｒ　Ｆｉｌｔｅｒ　）は、殊に雑誌ＩＥＥ
Ｅ　Ｔｒａｎｓ。

Ｃａｓ　Ｖｏｌ　２８１頁８１１〜８２２（１９８１年
８月）の論文”　Ｂ１１１ｉｎｅａｒ　ＳＣ−Ｌａｄｄ
ｅｒ　Ｆｉｌｔｅｒｓ”　（Ｍ、Ｓ、Ｌｅｅ　、　Ｇ、
Ｃ，Ｔｅｍｅｓ　、　Ｃ，Ｃｈａｎｇ　、　Ｍ、Ｂ。

Ｇｈａｄｅｒ共著）に記載されている。さらに特殊なス
イッチ付コンデンサーフィルタがドイツ連邦共和国特許
第３００１９６９号明細書から公知である。この特許明
細書に記載の実施例には、例えばコイルと並列共振回路
とをスイッチ付コンデンサー回路によって実現すること
が提示されている。つマリこのＳＣ−回路では、本来の
意味での時間的に連続するアナログ信号の処理ではなく
、時間的に不連続な標本化・ξルスの形で現われる信号
の処理が行なわれる。その際標本化・ξルスはクロック
周波数ｆのタイミングで発生される。その際Ｔ＝ｌ／、
　　の関係が我・立ち、Ｔはクロ、ツタ周期と呼ばれる
。このような標本化パルス発生回路は自明であるので詳
しい説明は省略する。ただし、以下の説明において、図
示の回路に前記標本化回路を各々前置接続ないし後置接
続することかで′きることが前提となっている。つ捷り
アナログ信号から取出された標本化・ξルスがフィルタ
回路の入力側に供給され、フィルタ回路の出力側に現わ
れる信号は再び時間的に継続するアナログ信号に変換さ
れる０この形式のフィルタの重要な技術的利点は、コイ
ルの代わりに能動スイッチ素子とコンデンサとが設けら
れるので、比較的かさばるフィルタ回路が、モノリンツ
ク集積回路技術にも適したものになるという点にある。

その際増幅器として主に公知の演算増幅器が用いられ、
その際一方では出来るだけ少ない数の回路素子を用いれ
ばよいようにし、他方では回路の安定性を保証する努力
が払われてきた。コンデンサの形成には通常所謂ＭＯ３
（メタル・オキザイト゛・セミコンダクタ）技術が用い
られ、予め設定可能なりロックフェーズにおいて切換電
圧が供給される集積回路を用いてスイッチを構成する技
術と共に自明のものである。

回路を集積回路に構成できることにより、変調回路をフ
ィルタに接続して、これらの回路全体を１つの集積され
た構造にすることができるようになる。その際変調回路
はやはり所定のスイッチクロック（搬送周波数）で切換
え庁ければ、即ちクロック制御　Ｌなければならず、こ
れにより、処理すべき交流信号に不利に作用する妨害電
圧が発生する。

発明の目的・効果 従って本発明の目的は、変調装置が、集積化可能なフィ
ルタ回路に直接接続されており、且つ演算増幅器の妨害
的オフセット電圧が変調回路の出力側に単に直流電圧と
して生じる、っまりは搬送波帰れとして交流信号を妨害
しなくなる、フィルタ回路を提供することにある。

この目的は、冒頭に述べた形式のＳＣフィルタ回路にお
いて次のようにして達成される。即ち、演算増幅器を用
いて２つの異なるクロックフェーズで動作する１つのＳ
Ｃ−積分器を構成し、演算増幅器の反転入力側にＳＣ−
回路を前置接続し、このＳＣ−回路を、積分器ないし回
路のクロックフェーズの間に充電されるコンデンサから
構成し、該コンデンサが、その充電量を、回路クロック
フェーズのうちのいずれが一方の間に、変調クロックフ
ェーズで制御されて、演算増幅器に所属する積分コンデ
ンサに反転して、または反転せずに供給するようにする
。

さらに本発明によれば、演算増幅器に減衰回路を対応し
て設ける。

また本発明によれば、積分器ないし回路のり、ロックフ
ェーズの間に充電されるコンデンサが、直列分岐スイッ
チないしＭａ列分岐スイッチから成る中間回路を介して
入力端子に後置接続されており、前記コンデンサにスイ
ッチ回路が後置接続されており、該回路は変調クロック
のタイミングで回路クロックないし回路クロックのいず
れか一方を並列分岐スイッチないし直列分岐スイッチに
交番的に供給し、さらに直列分岐スイッチは演算増幅器
の反転入力側に接続されており、フィルタ出力ｆｒｉ１
１にはスイッチが設けられており、該スイッチに出力端
子が後置接続されており、さらに積分コンデンサと減衰
コンデンサとが演算増幅器の出力仰ｊと反転入力側との
間に接続されているようにする。

実施例の説明 次に本発明の実施例を図面に基き詳細に説明する。

第２図において、基準電位は１′で示されており、通常
基準電位には図示のようにアース電位が用いられる。入
力端子は１で示されており、端子１とアース電位との間
には入力電圧Ｕ１が加わる。出力′電圧Ｕ２は出力端子
２とアース電位１′との間で取出される。回路にはさら
に演算増幅器３が設けられており、この演算増幅器の非
反転入力側（”　十’“）は記号４で示され、反転入力
１１１１１　（”　−’“４、）は５で示されている。

非反転入力側４とアース電位との間には、演算増幅器に
生ずる周知のオフセット電圧パＵ　′”を意味す。ｆｆ る電圧源が接続されている。端子ユにつながる直列分岐
にスイノチェ３が接続され、このスイッチの次に並列分
岐において第２のスイッチｌ牛か接続されている。直列
分岐には次に容量Ｃを有するコンデンサ６が接続されて
おり、このコンデンサ６は別のスイッチ１０を介して演
算増幅器３の反転入力側５に接続され且つ更に別のスイ
ッチを介して基準電位１′に接続されている。演算増幅
器３の出力１１１．１１２３には、出力端子Ｕ２　　に
通じるスイッチ■１が接続されている。

出力側］２３と反転入力側５との間には、容量αＣを有
する積分コンデンサ７が接続されており、従って積分コ
ンデンサ７はコンデンサ６の容量Ｃに対して所定の比の
容量を有する。この分岐即ち出力（１＋１１２３と反転
入力側５との間にスイッチ１９．％−よび２０を介して
所謂減衰ごンデンザ８が接続されておシ、その容量ばβ
Ｃで示されている。更に減衰コンデンサの両端子はスイ
ッチ２工および２２を介して基準電位に接続されている
。その際、スイッチ１９および２ｏは、同じクロック７
エーゾｆｉ　（ｉ１図）ニおいてスイッチインされる。

他方スイッチ２１およヒ２２はクロックフェーズφの間
オンＫｆｘる。

コンデンサ６とスイッチ１０との間には基準電位に接続
されたスイッチ９が接続されており、スイッチ９の切換
のタイミングはスイッチ１５および１６を介ｌ−で変調
クロックφヤないしｊＭ　　で制御される。変調クロッ
クフェーズｊうないしφＭはスイッチｌ　７　、Ａ−Ｊ
二び１８を介してスイッチ１０にも加わる。スイッチ１
５およびエフはクロックフェーズφを導通させ、スイッ
チ１６および１８はクロックフェーズｆｉ　ヲ４　通さ
せる。回路クロックフェーズφの間、実施例においては
スイッチ１３，２１．２２がオンになる。他方回路クロ
ックフェーズ列の間はスイッチ］、　４　、　ｌ　］、
　、　１９　、２０がオンになる。スイッチ９ないし１
０は回路クロックフェーズφまたは逼のいずれかて等連
ずることができる。

さらに回路クロックフェーズφはスイソチェ５および１
７に供給され、クロックツニーズ７はスイッチ１６およ
び１８に供給される。これらのスイッチは変調クロック
フェーズφやないしφやで制御される。この切換方式に
より変調が行なわれ、出力電圧Ｕ２　　は公知のように
、変調の際に生じたすべての側帯波を含む。これらの１
１１１帯波を含む。これらの側帯波のうち次の処理に心
安な帯域をフィルタ回路により纏波しなければならない
。

クロックフェーズの選定に関して、クロックフェーズφ
および７は言う寸でもなく互いにオーバーラツプしない
ように選定しなければならない。Ｐ１様のことが変調ク
ロックフェーズφＭないし７Ｍ　にも当ては丑る。

図示の回路ではほぼ次のことが達成される。

スイッチ付コンデンサーフィルタと変調器とは、所属の
演算増幅器と共に積分器回路がｌ’ｆ＋’７成されるよ
うに接続されている。さらに演算増幅器にはＳＣ−回路
が前置接続されて」・・す、ＳＣ−回路中には、実施例
では６で示されている充電コンデンサが設けられており
、このコンデンサは積分器ないしクロックンニーズφの
間充電される。

変調クロックフェーズφＭないしφ＋、ＡによりＳＣ−
積分器は非反転動作と反転動作との間で切換ｔられる。

その際クロックフェーズｊの間はコンデンサ６の充電量
が積分コンデンサ７に転送され、他方クロックフェーズ
φの間はコンデンサ６の充電′暖流が直接コンデンサ７
にも流れる。

積分器ないし回路クロック周波数ｆ　が変調クロック周
波数ｆＭ　の偶数倍とすると有利である。

容量βＣを有するコンデンサ８および所属のスイッチは
、コンデンサ８が一種の減衰回路として作用し、積分コ
ンデンサ７が一部分放電されるような特性を有している
。

この実施例においては、既述のように変調器およびＳＣ
−フィルタが相互に整合されており、積分器にも関連づ
けられているので、その他に単に１つの演算増幅器しか
必要ない。

演算増幅器の非常に高い無負荷増幅に対して°　　　出
力電圧は次式で表わされる。

ただし２は変数、αおよびβはコンデンサ６．７の容量
係数である。

標本化された入力信号の結果生ずる出カ信月は、所望の
ように極性が変わる。演算増幅器３のオフセント電圧Ｕ
０４．は変調クロックフェーズに依存せず直流信刊とし
て出力側に現われる。

前記の式は更に、理想的ベースパン１ｓ抑圧が行なえ且
つ出力電圧Ｕ２　Ｋ搬送波漏れが全く生じないことを示
している。

次に、選定さ４またクロックフェーズに関し２て更に説
明する。

アナログ変調器では、その出力１ｔ］ｌｌに無数の変換
された周波帯域が、振幅＋／ｎに低減されて現われる。

これに対し周波数ｆ　でクロックＨｉｌｌ　ｌ’ｆｉｌ
される゛′時間離散”変調器は、時間餅Ｉ散系とし７て
ｆ。

周期のスペクトルを有する。このスにりトルは、アナロ
グ変調信号のスにり］・ルの各々　ｓ／２の幅の部分帯
域の重ね合わせ（アリアス）から得られる。ｆｓ　　を
変調周波数ｆＭ　の偶数倍とすると、即ちｆ＝２ＫｆＭ
（Ｋ−偶数）とすると、部分帯域が重ね合わせられる。

この選定方法による別の利点は、相互変調周波数ｎ　１
ｆ　ｓ±ｎ２ｆＭがｆＭ　の数倍になり、従って変換さ
れた有効帯域にはいらないたとにある。

さらに変調器と任意のフィルタ次数のＳＣ−フィルタと
は、上述の回路（第２図）が高次のＳＣ−フィルタの入
力側積分器となるように構成されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は回路クロックフェーズおよび変調り■コックフ
ェーズ用のクロック（ｇ号波形ならびにこれらの時間的
対応関係を示す図、第２図は本発明の実施例の回路図で
ある。　　　′３・・演算増幅器、７・・積分コンデン
サ、８・・減衰コンデンサ、Ｕｌ・・・入力電圧、Ｕ２
・・・出力電圧、φ、陀・・・回路クロックフェーズ、
φヶ、φＭ・変調クロソクフエーズ ＦＩＧ　１ ＋３ｆｌ−−＋＋＋＋−ゴーＲｎＪ ＝２Ｋ・■ ＦＩＧ２ φφ　　φ示 ４８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　スイッチとコンデンサと少なくとも１つの、非反転
   入力側（４）が基準電位（１′）に接続されている演算
   増幅器（３）とから成る、変調クロック（φや、ｖＭ）
   で動作する、スイッチ付コンテンサーフィルタとして構
   成された変調回路において、演算増幅器（３）を用いて
   ２つの異なるクロックフェーズ（φ、７）で動作するス
   イッチ付コンデンサ積分器が構成されており、前記演算
   増幅器（３）の反転入力側（５）にスイッチ付コンデン
   サ回路が前置接続されておシ、該スイッチ付コンデンサ
   回路は積分器ないし回路のクロックフェーズ（φ）の間
   に充電されるコンデンサ（６）から成り、゛該コンデン
   ザは、その充電量を、回路クロックフェーズ（φまたは
   ｊ）のうちのいずれか一方の間に、変調クロックフェー
   ズ（φやないし７Ｍ）で１１川ｔｌ＋されて、演算増幅
   器（３）に所属する積分コンデンサ（７）に反転して、
   または反転せずに供給することを特徴とする、スイッチ
   例コ／デノサーフィルタとして構成された変調回路。 ２、　積分器ないし回路のクロック周波数（ｆ　　）が
   変調クロック周波数（ｆＭ）の偶数倍である特許請求の
   範囲第１項記載のスイッチ付コンデンサーフィルタとし
   て構成された変調回路。 ３　スイッチ付コンデンサ積分器が、次のスイッチ付コ
   ンテンサーフィルタの入力段を形成している特許請求の
   範囲第１項記載のスイッチ付コンデンサーフィルタとし
   て構成された変調回路。 牛　スイッチとコンデンサと少なくとも１つの、非反転
   入力側（４）が基準電位（１′）に接続されている演算
   増幅器（３）とから成る、変調クロック（φヶ、７Ｍ）
   で動作する、スイッチ付コンデンサーフィルタとして構
   成された変調回路において、演算増幅器（３）を用いて
   ２つの異なるクロックフェーズ（φ、７；）で動作する
   スイッチ付コンデンサ積分器が構成されており、前記演
   算増幅器（３）の反転入力側（５）にスイッチ付コンデ
   ンサ回路が前置接続されており、該スイッチ付コンデン
   サ回路は積分器々いし回路のクロックフェース（φ）の
   間に充電されるコンデンサ（６）から成り、該コンデン
   サは、その充電量を、回路クロックフェーズ（φ捷たは
   ７；）のうちのいずれか一方の間に、変調クロックフェ
   ーズ（φＭないしｊＭ）で制御されて、演算増幅器（３
   ）に所属する積分コンデンサ（７）に反転して、または
   反転せずに供給し、演算増幅器（３）に減衰回路（８，
   ２１，２２）が対応して設けられていることを特徴とす
   るスイッチ付コンデンサ・フィルタとして構成された変
   調回路。 ５　スイッチとコンデンサと少なくとも１つの、非反転
   入力側（４）が基準電位（１′）に接続されている演算
   増幅器（３）とから成る、変調クロック（φＭ、７；Ｍ
   ）で動作する、スイッチ付コンデンサーフィルタとして
   構成された変調回路において、演算増幅器（３）を用い
   て２つの異なるクロックフェーズ（φ、７）で動作する
   スイッチ刊コンデンザ積分器が構成されており、前記演
   算増幅器（３）の反転入力側（５）にスイッチ付コンデ
   ンサ回路が前置接続されており、該スイッチ付コンデン
   サ回路は積分器ないし回路のクロックフェーズ（φ）の
   間に充電されるコンデンサ（６）から成り、該コンデン
   サは、その充電量を、回路クロックフェーズ（φまたは
   ７）のうちのいずれか一方の間に、変調クロックフェー
   ズ（φヶないし−）で制御されて、演算増幅器（３）に
   所属する積分コンデンサ（７）に反転して、または反転
   せずに供給し、演算増幅器（３）に減衰回路（８’、２
   １．２２）が対応して設けられており、さらに積分器な
   いし回路のクロックフェーズ（φ）の間に充電されるコ
   ンデンサ（６）が、直列分岐スイ　　ζソチ（１３）な
   いし並列分岐スイッチ（１４−）から成る中間回路を介
   して入力端子（１゜１′）に後置接続されており、前記
   コンデンサ（６）にスイッチ回路（１５，１６，１７゜
   ］−８）が後置接続されており、該回路は変調クロック
   （φＭないし７Ｍ）のタイミングで回路クロック（φ）
   ないし回路クロック（７）のいずれか一方を並列分岐ス
   イッチ（９）ないし直列分岐スイッチ（１０）に交番的
   に供給し、さらに直列分岐スイッチ（１０）は演算増幅
   器の反転入力側に接続されており、フィルタ出カイ則に
   はスイッチ（１１）が設けられており、該スイッチに出
   力端子（２，１’）が後置接続されておシ、さらに積分
   コンデンサ（７）と減衰コンデンサ（８）とが演算増幅
   器（３）の出力側と反転入力側（５）との間に接続され
   ていることを特徴とするスイッチ付コンデンサーフィル
   タとして構成された変調回路。