JPS60197010A - スイツチトキヤパシタ形電圧分割回路 - Google Patents

スイツチトキヤパシタ形電圧分割回路

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JPS60197010A
JPS60197010A JP5215284A JP5215284A JPS60197010A JP S60197010 A JPS60197010 A JP S60197010A JP 5215284 A JP5215284 A JP 5215284A JP 5215284 A JP5215284 A JP 5215284A JP S60197010 A JPS60197010 A JP S60197010A
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JP
Japan
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capacitor
turned
voltage
circuit
switched capacitor
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JP5215284A
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English (en)
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Mitsuyasu Kido
三安 城戸
Tomio Chiba
千葉 富雄
Hiroyuki Kudo
博之 工藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H19/00Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
    • H03H19/004Switched capacitor networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/24Frequency-independent attenuators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

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】 〔発明の背景〕 本発明は、スイッチ、キャパシタ及び演算増幅器Jニジ
成るスイツチトキャパシタ形演算回路に関する。
〔発明の背景〕
近年、半導体の微細加工技術及びMOSアナログ技術の
進歩に伴い、半導体集積回路化に適したスイッチトキャ
パシタ回路が注目され、種々の研究開発が進められてい
る。このスイッチトキャパシタ回路によればキャパシタ
は抵抗に比ベチップの面積によって容量値が決定できる
ため、その値を正確に作ることができるという特徴があ
り、したがって、精度、温度特性などに対して特性の良
い回路を作る方法として有効である。しかし、実際に回
路を集積化する場合、キャパシタの容量値には限界があ
り、スイツチトキャパシタ技術は増巾器又はフィルタと
して使用することが考えられるが、容量比を大きくとる
ことができない。たとえば増巾器を大きくとるために一
方のキャパシタの容量饋を小さくしようとしてもICの
寄生容量のためにあまシ小さくできず、また、他方のキ
ャパシタを太きくしようとしてもチップの面積が大きく
なり1つのICの搭載回数が減少するので、容量比の大
きさく増巾器〕にはおのずから限界がある。係る制約は
あるにしても、スイツチトキャパシタは増巾器やフィル
タ以外の種々の目的の回路に適用可能のものである。
〔発明の目的〕
本発明では、スイツチトキャパシタを用いて入力電圧を
低減させることのできる回路を提供することを目的とす
る。
〔発明の概要〕
本発明では、回路に並列にキャパシタを2組以上設け、
第1のキャパシタの電荷を順次次のキャパシタに移すこ
とで入力電圧の低減を行なう。
〔発明の実施例〕
まず、第1図を用いてスイツチトキャパシタによる基本
等価抵抗について述べる。第1図において、入力及び出
力端子の電圧を夫々Vl 、V2 とする。(a)のよ
うにスイッチS2をオンS1をオフした状態ではキャパ
シタCには、C2=CV2で表わされる電荷Q2が充電
されている。次に、(b)のようにスイッチSLをオン
S2をオフすると、Cの!荷は、Qt =CV+ とな
、りQ+ とQa O差の電荷ΔQが入力端子よシ流れ
込むことになる。
すなわち、 ΔQ=Q’+ C2=C(V+ V2 ) ・・・・・
・(1)となる。ここで、(C)のように82を再びオ
ンし8KをオフするとCの電荷は、Q 2 = CV 
2となシ、(1)式と同量の電荷ΔQがキャパシタCか
ら出力端子へ流出する。この操作をくり返すことによシ
、第1図の回路では、入力端子より出力端子へ、周期T
ごとにΔQの電荷が移動する。従って、で表わされる平
均電流iが入力端子から出力端子へ流れることになる。
一方、(d)に示す抵抗Rを流れる電流iはであるから
、(2)式、(3)式から第3図のスイツチトキャパシ
タの等価抵抗は (fニスイツチング周波数) で表わされる。すなわち、スイツチトキャパシタの等価
抵抗は、キャパシタの直Cとスイッチングの周期Tの比
で決定され、周期Tを変えることによシキャパシタの直
を変えることなく、等価抵抗を自由に変化させることが
できる。
以上述べた第1図のスイッチトキャパシタ回路はあくま
でも原理説明用の基本的な回路であシ、実際には、IC
の寄生容量の影響を受けにくいスイツチトキャパシタ回
路が用いられている。
第2図は本発明の電圧低減回路であシ、SL とS2と
CI 、8Bと86と02・S4と86とC3が夫々第
1図で述べた単位のスイッチトキャパシタ回路を示して
いる。従って第2図回路は3組のスイツチトキャパシタ
回路で構成されている。第3図は、この電圧分割器のタ
イミング制御パルス列を示す。以下、第2図及び第3図
を用いて回路の動作を述べる。まず、第3図のN期間に
ついて述べる。クロックパルスφ1のルベルによシ、第
2図SLをオンし、キャパシタC,(IPF)に入力電
圧VINを印加する。第3図のfにはCI端子の電圧直
を示している。次に、第3図a、bに示しだように、φ
lによってSLをオフし、φ3によって83をオンする
。このようにキャパシタC2をCIと同容量値(I P
 F )とすると、S3をオフし、φ4によって84を
オンすると、キャパシタC3はCI、Czの4倍の4P
Fであるので第3図に示したように、φ3によるS3が
を得ることができる。これによp、所望の電圧を得るこ
とができたので、φ5により、スイッチSs 、S6を
オンして、C2及びC3にチャージした電荷を次時刻の
制御のだめに放電させておく。
次に、φ2によシS2をオンさせる。このようにすると
、出力端子Youτには所望のV !s/10を転送す
ることができる。第3図gには、φ2の制御によりV!
N/10が得られるタイミングを示す。
以下同様にN+1時刻に対しても全く同様の処理をくシ
返し実行する。
次に、他の電圧分割回路の実施例を第4図に示す。以下
この回路の動作を第1θ図のタイミングパルス列を用い
説明する。
まず、第5図のN期間において述べる。N+時刻に81
をオンし、キャパシタct (IPF)に入力電圧VI
Nを印加する。第5図のeにはCt端子の電圧値を示し
ている。次に、第5図のbに示したように、N2時刻に
φ3によって83をオンする。このようにすると、キャ
パシタC^をCIに対して9倍のもの(9PF)とする
と、第5図のeに示したようにCI端子の電圧をVtN
/10 (−−チーV r N )とすることができる
CI 十C^ 次にN3時にφ4により、スイッチS4をオンしてCム
にチャージした電荷を次時刻の制御のために放電させる
。また、N4時刻にφ3によシ再びN3をオンする。こ
のようにするとCI端子の電圧をさらに1/10にする
ことができる。すなわち、総合的にVxw/ 100 
(C” CXVsw)(C直十C^)(C++CaJ を得ることができる。N3時刻ではφ4に↓つて再びN
4をオンし、次時刻の制御のためにC4にチャージした
電圧を放電させる。N6時刻では、φ2によって82を
オンし、所期の電圧をVovrに転送する。以下、全く
同様の処理をくシ返し実行するものである。
次に、本発明回路の具体的適用例について説明する。
第6図は1チステツプの係数設定回路であシ、半導体集
積回路化に好適なスイツチトキャパシタによ多構成して
いる。図において、OPは演算増幅器、点線で囲んだ■
は、フィードバック抵抗に相癌するスイッチトキャパシ
タ回路(等価抵抗)である。■ではキャパシタC2□、
C21を中心とする2組のスイツチトキャパシタ回路を
並列に接続することによって演算増幅器がオープンルー
ズになることを防いでいる。また、■は、10%ステッ
プの係数設定部、■は1%ステップの係数設定部を示す
。図中に示した各スイッチS+=S+eは図中に示した
スイッチング制御信号φ及びその反転信号のφでそれぞ
れオン及びオフするものである。さらに、■中のスイッ
チング!〜5AIIは10%ステップの係数設定用スイ
ッチ、■中のスイッチS s+ −S shoは1チス
テツプの係数設定用スイッチである。所望の係数設定を
行う場合には、これらのスイッチを選択しオンさせるこ
とによシ行う。
ここで、半導体集積回路化を考慮し、キャパシタの最大
の相対比を10にした例について述べる。
C21= C22r CI A1〜C!^9=C1ll
〜Clll0とし1その相対比を10、すなわち、 −(C2+=C2zL:(C+a+”C++no)=1
0:1とする。このようにすることによって10%ステ
ップの係数設定が可能となる。すなわち、出力電圧VO
は、係数設定用スイッチSAI〜S A9 + S I
 I〜S R10を適当にオンすることによって次式で
表わすことができる。
・・・・・・・・・(5) しかしながら、これだけの回路のみでは、1%ステップ
の係数設定はできない。図中のAは、1チステツプの係
数設定ができるように、■からの出力電圧を1/10に
する第2図又は第4図の電圧分割器である。
次に、スイツチトキャパシタ回路の容量値が全て同一の
場合の1チステップ係数設定回路の実施例を示す。第7
図は本実施例の回路構成を示す。
図において、I、 II、 IIIは第6図のI、 I
l、 IIIと全く同一回路である。ただし、各キャパ
シタC21+0221 CIILI ”CIAe及びC
IB I〜CI!+1111の容量値は全て同−直であ
る。
また、4は第2図、第4図と同一回路であると共にキャ
パシタ筐も同一値である。すなわち、Hの出力電圧を1
/10に分割する電圧分割器である。
最後に5は、4と同−回路及び回路定数であるが、クロ
ック制御により、入力電圧を1/100に分割する電圧
分割器である。第2図及び第8図を用いて、この1/1
00の電圧分割器の動作を述べる。第8図のfに示した
ように、N時刻のN+ 、N2 、Ns時刻までは第2
図に示したl/lQの電圧分割器と全く同様である。N
4時刻で再びφ3をルベルにし、スイッチS3をオンす
る。このようにすると、第8図のN2時刻と同様、さら
にCI端子電圧を1/2にすることができる。
ClllCl・CI すなわち、■””” (”” (Ct +Cz) (0
1+ C3)nYH]■”’を得ることができる。次に
、N6時刻ではφ4を再びルベルにして、第2図の84
をオンさせる。
このようにすると、N3時刻と同様、さらに、Cs端子
電圧を115にすることができる。すなわち、VlNA
oO(=01°0I°0 eoI(CI +02 ) 
(Ct +Cs) (CI+C21(C+十〇s)を得
ることができる。N6時刻のφ5の制御は第3図の場合
と全く同様、C2及びC8にチャージした電荷を放電さ
せて次のN+1時刻にそなえるためのものである。N7
時刻では第3図と全く同様、φ2によってスイッチS2
をオンさせて、VIN/ 100を出力端子V o o
 Tに転送させるものである。第8図のgにはV OU
Tの発生タイミングを示す。
すなわち、第7図に示した回路においては、次式で示す
出力電圧を得ることができる。
・・・・・・・・・(7) ここで、C21=02*=ClAl〜Ctiv=C++
+〜CIIIIOとすると1%ステップで係数設定でき
ることは容易に理解することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、 (1)同一回路で1/10及び1/ioo の電圧分割
回路が実現できる。
(2) 1 / 100の電圧分割回路は1/10の電
圧分割回路に対して1〜2クロック多くするのみで実現
できる。
(3) キャパシタの相対比は最大でも9以下でありI
C化に適していると共に、IC化した場合に寄生容量の
影響が受けにくい、 (4)電圧分割比が非常に大きい場合でもクロック制御
のみにて実現できるため、IC化する場合小形化(チッ
プ面積の縮小)が実現できる。
などのメリットがあシ、実用的な回路である。
【図面の簡単な説明】
第1図はスイツチトキャパシタ回路の等価回路を示した
図、第2図と第4図は本発明の一実施例回路図、第3図
と第5図はその動作波形図、第6図と第7図は本発明回
路の具体的適用事例を示す図であり、第8図は第7図の
動作波形図である。 C・・・キャパシタ、S・・・スイッチ、φ、φ・−・
クロック、op・・・演算増巾器。 代理人 弁理士 高橋明夫 力 1 図 (久) (b) (C)(え2 躬 2 図 第 3 図 9) p、、 W + V 第 4 図 d)ψ2 、座5. 町−キ 「−一〜−−−−5−−−−−−−−−・錦 7図 第 8 図 鵬・ 暫′ 誉

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 スイッチ及びキャパシタよシ構成されるスイツチ
    トキャパシタ回路において、入力電圧をサンプリングし
    ホールドするキャパシタC1を備え、該キャパシタC1
    に複数のスイッチを介して複数のキャパシタを接続し、
    該スイッチを時分割に制御することにより、該キャパシ
    タC1に蓄えられた電荷を次々に分割し、該キャパシタ
    C,端子の電圧を小さくすることを特徴とするスイッチ
    トキャパシタ形電圧分割回路。
JP5215284A 1984-03-21 1984-03-21 スイツチトキヤパシタ形電圧分割回路 Pending JPS60197010A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5883423A (ja) * 1981-02-21 1983-05-19 Shinsaku Mori スイツチド・キヤパシタ回路

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5883423A (ja) * 1981-02-21 1983-05-19 Shinsaku Mori スイツチド・キヤパシタ回路

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