JP2009094734A - Cut-off frequency automatic adjusting circuit and personal digital assistant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルタカットオフ周波数自動調整回路に関係し、使用する容量値の比の大きなフィルタのカットオフ周波数の自動調整回路に関する。 The present invention relates to a filter cutoff frequency automatic adjustment circuit, and relates to a filter cutoff frequency automatic adjustment circuit having a large ratio of capacitance values to be used.
従来、無線信号処理回路は、各機能ブロック(信号を増幅する増幅器、信号の周波数を変換するミキサ、信号の所望の帯域のみ通過させるフィルタなど)ごとに個別部品を用いて構成していた。近年の半導体技術の向上は、これらの無線信号処理回路を構成する機能ブロックを複数、1つの半導体チップへ内蔵することを可能としている。1つ或いは数個の半導体チップへ内蔵された無線信号処理回路はアンテナから受信した高周波信号を、高い品質(低雑音、所望帯域以外の信号を抑圧などによる)でより低い周波数帯の信号に変換する。 Conventionally, a radio signal processing circuit has been configured using individual components for each functional block (an amplifier that amplifies a signal, a mixer that converts a signal frequency, a filter that passes only a desired band of a signal, and the like). Recent improvements in semiconductor technology have made it possible to incorporate a plurality of functional blocks constituting these wireless signal processing circuits into one semiconductor chip. A radio signal processing circuit built into one or several semiconductor chips converts a high-frequency signal received from an antenna into a signal of a lower frequency band with high quality (low noise, by suppressing signals other than the desired band, etc.) To do.
無線信号処理回路を低コストで実現するためには、より多くの無線信号処理回路を構成する機能ブロックを1つの半導体チップへ内蔵することが望まれる。この目的に対する障害の一つが、所望以外の帯域の信号を抑圧するフィルタ回路の半導体チップへの内蔵化である。このフィルタ回路は、SAW(Surface Acoustic Wave)フィルタ、誘電体フィルタなどが用いられ、これらにより所望以外の帯域に存在する信号を抑圧する。しかし、SAWフィルタや誘電体フィルタはその構成から、半導体チップへ内蔵することはできない。 In order to realize a wireless signal processing circuit at a low cost, it is desired to incorporate functional blocks constituting a larger number of wireless signal processing circuits in one semiconductor chip. One of the obstacles to this purpose is the incorporation of a filter circuit that suppresses signals in a band other than the desired band into a semiconductor chip. This filter circuit uses a SAW (Surface Acoustic Wave) filter, a dielectric filter, and the like, and suppresses signals present in bands other than the desired band. However, the SAW filter and the dielectric filter cannot be built in the semiconductor chip because of their configurations.
一般に個別部品での無線信号処理回路はスーパーヘテロダイン方式と呼ばれる構成で、SAWフィルタ等を必要とする。従って、半導体で製造する無線信号処理回路をスーパーヘテロダイン方式で構成すると半導体チップ外部にSAWフィルタや誘電体フィルタを外付けすることになる。そのため、部品点数、実装面積の増大を招く。 In general, a radio signal processing circuit with individual components has a configuration called a superheterodyne system and requires a SAW filter or the like. Therefore, when a radio signal processing circuit manufactured by a semiconductor is configured by a superheterodyne system, a SAW filter or a dielectric filter is externally attached outside the semiconductor chip. As a result, the number of parts and the mounting area are increased.
これに対し、SAWフィルタや誘電体フィルタが不要なゼロIF方式、低IF方式と言った無線信号処理回路方式が提案されている。いずれも、半導体チップ間の部品定数の絶対値はばらつくが、1つの半導体チップ内での部品定数の相対値は高精度で一致するという半導体回路の長所を利用し、SAWフィルタや誘電体フィルタを必要とせず、所望の帯域以外の帯域に存在する信号の抑圧は半導体へ内蔵可能なフィルタで行なうことを特徴とする。 On the other hand, wireless signal processing circuit methods such as a zero IF method and a low IF method that do not require a SAW filter or a dielectric filter have been proposed. In either case, the absolute values of the component constants between the semiconductor chips vary, but the relative value of the component constants in one semiconductor chip matches with high accuracy, and the SAW filter or dielectric filter is used. It is not necessary, and a signal existing in a band other than a desired band is suppressed by a filter that can be incorporated in a semiconductor.
ゼロIF方式、低IF方式では、所望のチャネル以外の信号を除去するフィルタをミキサ回路で周波数変換した後の低周波数帯の信号を扱うステージに配置する。以下、これをチャネルフィルタと呼ぶ。 In the zero IF method and the low IF method, a filter that removes signals other than a desired channel is arranged on a stage that handles a signal in a low frequency band after frequency conversion by a mixer circuit. Hereinafter, this is called a channel filter.
チャネルフィルタは、所望チャネルの隣接チャネル、隣々接チャネルに存在する信号を抑圧するものである。しかし、チャネルフィルタのマイナス3dBの直接利得を有する周波数であるカットオフ周波数が、半導体の製造ばらつき、素子の温度、電圧特性等でずれることにより受信する信号品質が劣化する。 The channel filter suppresses signals existing in the adjacent channel and the adjacent channel of the desired channel. However, the received signal quality deteriorates when the cutoff frequency, which is a frequency having a direct gain of minus 3 dB of the channel filter, is shifted due to semiconductor manufacturing variations, element temperature, voltage characteristics, and the like.
例えば、カットオフ周波数が高いほうにずれると、隣接チャネル、隣々接チャネルに存在する信号の抑圧度が劣化する。また、カットオフ周波数が低いほうにずれると、所望チャネルの信号電力が下がるので信号対雑音比が劣化し、受信感度が落ちる。また、デジタル変調された信号を受信する場合、シンボル間干渉特性が劣化するので、受信するデータ誤り率に影響が及ぶ。 For example, when the cut-off frequency is shifted to the higher side, the degree of suppression of signals existing in the adjacent channel and the adjacent channel is deteriorated. Also, if the cut-off frequency is shifted to the lower side, the signal power of the desired channel is lowered, so that the signal-to-noise ratio is deteriorated and the reception sensitivity is lowered. Also, when receiving a digitally modulated signal, the inter-symbol interference characteristic is degraded, which affects the received data error rate.
特開2007−184856号公報(以下特許文献1)記載の発明では、かかるフィルタの補正手段として、基準信号を生成し、該基準信号を受信部に供給・計測し、その結果に基づいてフィルタの調整を行う技術が記載されている。 In the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-184856 (hereinafter referred to as Patent Document 1), as a correction means for such a filter, a reference signal is generated, the reference signal is supplied to and measured by the receiving unit, and the filter is based on the result. Techniques for making adjustments are described.
また、フィルタの調整用にデジタルPLL(フェイズロックループ)回路を使用し、フィルタの調整用信号の信頼性を保つ方法も考えられる。
しかし、上記文献では自身が基準信号を出力し、それを受信してフィルタの調整を行う以上、自身の動作が正常であることが条件となる。しかし、製造当初の誤差調整を行う場面で該調整対象の機器内の回路の正しい動作を補償することは、そもそも無理がある。 However, in the above document, the condition is that the operation itself is normal as long as it outputs the reference signal, receives it, and adjusts the filter. However, in the first place, it is impossible to compensate for the correct operation of the circuit in the device to be adjusted when the error adjustment is performed at the time of manufacture.
また、デジタルPLLを用いれば、確かにフィルタの調整用周波数が適切なものに維持されるが、PLLでは安定までに時間がかかる。 In addition, if a digital PLL is used, the filter adjustment frequency is certainly maintained at an appropriate value, but the PLL takes time to stabilize.
本発明の目的は、使用する容量比の大きなフィルタカットオフ周波数を自動調整すること、並びにその自動調整にかかる時間を短縮することにある。 An object of the present invention is to automatically adjust a filter cutoff frequency having a large capacity ratio to be used, and to shorten the time required for the automatic adjustment.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明の代表的な実施の形態に関わるカットオフ周波数自動調整回路は基準電圧源、電圧電流変換回路、充電回路、放電回路、複数のコンデンサを有するデジタル容量及びこのデジタル容量を制御する容量制御回路を含み、電圧電流変換回路、充電回路、放電回路、デジタル容量が第1の自動調整回路を構成し、デジタル容量はスイッチによって充電回路及び放電回路に接続され、スイッチ及び容量制御回路はクロック信号が入力され、クロック信号の電位によりスイッチが切り替えられることでデジタル容量が充電回路又は放電回路に接続され、デジタル容量は複数のコンデンサの全部又は一部をスイッチングにより並列的に接続し、デジタル容量の端子間電位の差と基準電圧源の電圧との差分の対比の結果に基づき容量制御回路回路がデジタル容量を制御することを特徴とする。 A cut-off frequency automatic adjustment circuit according to a representative embodiment of the present invention includes a reference voltage source, a voltage-current conversion circuit, a charging circuit, a discharging circuit, a digital capacitor having a plurality of capacitors, and a capacitance control circuit for controlling the digital capacitance. A voltage-current conversion circuit, a charging circuit, a discharging circuit, and a digital capacitor constitute a first automatic adjustment circuit, the digital capacitor is connected to the charging circuit and the discharging circuit by a switch, and the switch and the capacity control circuit have a clock signal The digital capacitor is connected to the charging circuit or discharging circuit by switching the switch according to the input and the potential of the clock signal, and the digital capacitor is connected to all or a part of the plurality of capacitors in parallel by switching. Based on the result of comparison between the difference in potential between the reference voltage source and the voltage of the reference voltage source, the capacitance control circuit circuit is And controlling the barrel capacity.
このカットオフ周波数自動調整回路は、デジタル容量に入力される電圧及び基準電圧源の電圧の対比を行う比較器及び前記クロック信号が入力されるラッチを更に有し、クロック信号の所定のタイミングでラッチが前記比較器の出力をラッチし、容量制御回路に出力することを特徴としても良い。 The automatic cut-off frequency adjusting circuit further includes a comparator for comparing the voltage input to the digital capacitor and the voltage of the reference voltage source, and a latch to which the clock signal is input, and latches at a predetermined timing of the clock signal. The output of the comparator may be latched and output to the capacitance control circuit.
このカットオフ周波数自動調整回路の容量制御回路はバイナリーサーチ回路であることを特徴としても良い。 The capacitance control circuit of the cut-off frequency automatic adjustment circuit may be a binary search circuit.
また、このカットオフ周波数自動調整回路の容量制御回路は、デジタル容量の電位と基準電圧源の電位との差分が所定の電位差以内になることを目的として、前記デジタル容量を制御することを特徴としても良い。 The capacitance control circuit of the cut-off frequency automatic adjustment circuit controls the digital capacitance in order to make the difference between the potential of the digital capacitance and the potential of the reference voltage source within a predetermined potential difference. Also good.
また、このカットオフ周波数自動調整回路は、更に電圧電流変換回路、充電回路、放電回路、デジタル容量を含む第2の自動調整回路を有することを特徴としても良い。 The cut-off frequency automatic adjustment circuit may further include a second automatic adjustment circuit including a voltage-current conversion circuit, a charging circuit, a discharging circuit, and a digital capacitor.
このカットオフ周波数自動調整回路は、更にチャネルフィルタ回路を含み、このチャネルフィルタ回路は帰還するデジタル容量である帰還容量及び接地するデジタル容量である接地容量を有し、容量制御回路は、第1の自動調整回路のデジタル容量の制御条件で帰還容量を設定し、第2の自動調整回路のデジタル容量の制御条件で接地容量を設定することを特徴としても良い。 The automatic cut-off frequency adjusting circuit further includes a channel filter circuit. The channel filter circuit includes a feedback capacitor that is a digital capacitor that feeds back and a ground capacitor that is a digital capacitor that is grounded. The feedback capacitor may be set under the control condition of the digital capacity of the automatic adjustment circuit, and the ground capacity may be set under the control condition of the digital capacity of the second automatic adjustment circuit.
また、このカットオフ周波数自動調整回路において、チャネルフィルタ回路はバタワース低域通過フィルタであることを特徴としても良い。 In the automatic cutoff frequency adjusting circuit, the channel filter circuit may be a Butterworth low-pass filter.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。 The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本発明の代表的な実施の形態に関わるフィルタカットオフ周波数自動調整回路は、使用する容量の比の大きなフィルタのカットオフ周波数を自動かつ短時間に調整することが可能になる。 That is, the filter cutoff frequency automatic adjustment circuit according to the representative embodiment of the present invention can automatically and quickly adjust the cutoff frequency of a filter having a large capacity ratio to be used.
以下図を用いて本発明に関わるカットオフ周波数自動調整回路について説明する。 The cut-off frequency automatic adjustment circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態のフィルタカットオフ周波数自動調整回路のブロック図である。このフィルタカットオフ周波数自動調整回路は、基準電圧10、抵抗20、電圧電流変換回路30、放電回路40、充電回路50、スイッチ61、デジタル容量70、比較器80、ラッチ90、クロック信号100、リセット信号110、バイナリーサーチ回路120、チャネルフィルタ回路150、帰還デジタル容量151、不帰還デジタル容量152、キャリブレーション完了信号160から構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of a filter cutoff frequency automatic adjustment circuit according to the first embodiment. This filter cut-off frequency automatic adjustment circuit includes a
基準電圧10は、温度や電源電圧に依存しない基準電圧源より出力される直流電圧VBGである。VBGは電圧電流変換回路30と抵抗値R1の抵抗20により、
I=VBG/R1
の直流電流に変換する。
The
I = VBG / R1
Convert to DC current.
電圧電流変換回路30より出力された直流電流Iは充電回路50に入力される。
The direct current I output from the voltage /
クロック信号100はラッチ90及びバイナリーサーチ回路120の基準動作クロックである。また、リセット信号110はラッチ90及びバイナリーサーチ回路120に記憶された内容をリセットする信号である。本明細書中では、クロック信号100は一定の周波数Fclkのデューティ比50%の矩形波である。
The
本明細書の説明では、Highになるとリセット状態になり、Lowでラッチ90等の内部記憶が可能な状態となる。リセット信号110がLowになった後、クロック信号100がHighになると、ラッチ90及びバイナリーサーチ回路120が動き始め、フィルタカットオフ周波数自動調整回路が動作を開始する。
In the description of the present specification, when the state becomes High, the reset state is entered, and when the state becomes Low, the internal storage of the
スイッチ61は、スイッチ極性図60に従い切り替えられるスイッチである。すなわち、クロック信号100のHigh又はLowに従って、デジタル容量70を放電回路40又は充電回路50のいずれに接続するかを決定する。
The
デジタル容量70は半導体チップ上に実装された複数の容量の異なるコンデンサの集合であり、これらのコンデンサが並列に接続されスイッチングで制御されるものである。図3はこのデジタル容量70の模式図である。
The
本発明の説明においては5ビットのデジタル容量を使用することを前提に説明するが、必ずしもこれにはこだわらない。本発明が想定するデジタル容量は−32%から+30%の範囲で容量を可変することができる。 The description of the present invention is based on the assumption that a 5-bit digital capacity is used, but this is not necessarily the case. The digital capacity assumed by the present invention can be varied in the range of -32% to + 30%.
このデジタル容量70はCDcom331、#0コンデンサ340、#1コンデンサ341、#2コンデンサ342、#3コンデンサ343、#4コンデンサ344、#0スイッチ350、#1スイッチ351、#2スイッチ352、#3スイッチ353、#4スイッチ354を主要構成要素とする。また、入力端子300、出力端子310、デジタル値入力端子320を含む。
The
デジタル値入力端子320から入力される5ビットのデジタル値に応じて、#0スイッチ350、#1スイッチ351、#2スイッチ352、#3スイッチ353、#4スイッチ354がオン・オフされる。すなわち、デジタル容量70内の全てのスイッチがオフされるとCDcom331の容量が該デジタル容量70の容量となる。従って、CDCom331の容量はデジタル容量70の想定する容量の68%、となる。なお、図3中の「c」はデジタル容量で実現する容量の大きさである。
The # 0
5ビットで−32%から+30%の範囲を可変させるためには、2%刻みになる。従って、#0コンデンサ340の容量はデジタル容量70の想定容量の32%、#1コンデンサ341の容量はデジタル容量70の想定容量の16%、#2コンデンサ342の容量はデジタル容量70の想定容量の8%、#3コンデンサ343の容量はデジタル容量70の想定容量の4%、#4コンデンサ344の容量はデジタル容量70の想定容量の2%となる。そしてデジタル値入力端子320から入力される5ビットのデジタル値は、それぞれ#0スイッチ350、#1スイッチ351、#2スイッチ352、#3スイッチ353、#4スイッチ354のオン・オフに対応している。バイナリーサーチ回路120はこのデジタル値入力端子320にデータを出力することで、デジタル容量70の調整を行う。
In order to vary the range from −32% to + 30% with 5 bits, the increment is 2%. Accordingly, the capacity of the # 0
放電回路40は、デジタル容量70の各コンデンサに蓄積された電荷を除去するための回路である。
The
充電回路50は、デジタル容量70の各コンデンサに充電を行うための回路である。スイッチ61によりデジタル容量70と充電回路50が接続されると、充電回路50から電圧電流変換回路30の出力である直流電流I=VBS/R1が供給される。デジタル容量70にはスイッチ61が切り替わって入力が開始されてからの時間Δtに比例した電圧、
V=VBG/R1/C1×Δt
が入力端子300と出力端子310の間に現れる。ここでC1は、現時点におけるデジタル容量70の端子間容量である。
The charging
V = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears between the
比較器80は基準電圧10とデジタル容量70への入力電圧との電圧の比較を行う。デジタル容量70に流れる電流(VBG/R1/C1×Δt)と、基準電圧10の電流(VBG/R1)を対比する。
The
この形態では、デジタル容量70に流れる電流が基準電圧10の電流より大きければ、比較器80の出力はHighとなる。またデジタル容量70に流れる電流が基準電圧10の電流より小さければ、比較器80の出力はLowとなる。これを、本実施の形態の条件である5ビットのデジタル容量では、5回行うと、デジタル容量70の#0スイッチ350、#1スイッチ351、#2スイッチ352、#3スイッチ353、#4スイッチ354に与えるべきデジタル値が定まる。
In this form, if the current flowing through the
バイナリーサーチ回路(容量制御回路)120は上述したデジタル容量70内の各スイッチの制御を行う。なお、ここでは容量制御回路としてバイナリーサーチ回路120を説明するが、デジタル容量70内の各スイッチの制御ができれば必ずしもこれに限られるものでない。
A binary search circuit (capacitance control circuit) 120 controls each switch in the
以下、バイナリーサーチ回路120の動作を図4に基づき詳述する。この図において、P1からP6はクロック信号100の周期名である。またクロックはHigh→Lowで1周期を構成する。
Hereinafter, the operation of the
まず、クロック信号100の周期P1の立ち上りで、デジタル容量70の各スイッチに、
#4スイッチ=High
#3スイッチ=Low
#2スイッチ=Low
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
のデジタル値をバイナリーサーチ回路120が与える。
First, at the rising edge of the cycle P1 of the
# 4 switch = High
# 3 switch = Low
# 2 switch = Low
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
The
周期P1のクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により、放電回路40に接続される。従って、デジタル容量70の端子間電圧は0Vになる。
During the High level of the
周期P1のクロック信号100のLowレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により、充電回路50に接続されるため、デジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流VBG/R1が供給される。クロック信号100の周期P2の立ち上がり時にはデジタル容量70の端子間は、クロック信号100が周期P1の立下りから周期P2の立ち上りまでの時間Δtに比例した電圧、
V=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。C1はデジタル容量70の容量値であり、ここではCDCom331、#4コンデンサ344の容量である(0.68+0.02)C、すなわち、デジタル容量70の想定する70%の容量である。
Since the
V = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. C1 is a capacitance value of the
この電圧がVBGより大きければ比較器80の出力はクロック信号100の周期P2の立ち上がり時点でLowレベルとなる。この比較器80の出力レベルはクロック信号100の周期P2の立ち上がり時点でラッチ90によってラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120が#4スイッチ354へ与えるデジタル信号値として記憶される。
If this voltage is larger than VBG, the output of the
次に、周期P2のクロック信号100の立ち上りで、デジタル容量70の各スイッチに、
#4スイッチ=周期P2のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=High
#2スイッチ=Low
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
のデジタル値をバイナリーサーチ回路120が与える。
Next, at the rising edge of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = High
# 2 switch = Low
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
The
周期P2のクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により放電回路40に接続される。これにより、デジタル容量70の端子間は0Vになる。
During the High level of the
周期P2のクロック信号100のLowレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により、充電回路50に接続されるため、デジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流VBG/R1が供給される。周期P3のクロック信号100の立ち下り時には、デジタル容量70の端子間は、クロック信号100が周期P2の立ち下りから周期P3の立ち上がりまでの時間Δtに比例した電圧、
V=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。ここでC1はCDCom331、#3コンデンサ343の容量である(0.68+0.04)C、すなわち、デジタル容量70の想定する72%の容量(#4スイッチ354がオフのとき)もしくはCDCom331、#3コンデンサ343及び#4コンデンサ344の容量の合計である74%の容量(#4スイッチ354がオンのとき)である。
Since the
V = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. Here, C1 is the capacity of the
周期P1同様、この電圧がVBGより大きければ、比較器80の出力はクロック信号100の周期P3の立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ同時点でLowレベルになる。この比較器80の出力レベルはクロック信号100の周期P3の立ち上がり時点でラッチ90にラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120の#3スイッチ353へ与えるデジタル信号値として記憶される。
As in the period P1, if this voltage is greater than VBG, the output of the
次に、周期P3のクロック信号100の立ち上りで、デジタル容量70の各スイッチに、
#4スイッチ=周期P2のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=High
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
のデジタル値をバイナリーサーチ回路120が与える。
Next, at the rising edge of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = High
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
The
周期P1及びP2同様、周期P3のクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により放電回路40に接続される。これにより、デジタル容量70の端子間は0Vになる。
Similarly to the periods P1 and P2, the
周期P3のクロック信号100のLowレベルの間でも、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により、充電回路50に接続されるため、デジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流VBG/R1が供給される。周期P3のクロック信号100の立ち下り時には、デジタル容量70の端子間は、クロック信号100が周期P3の立ち下りから周期P4の立ち上がりまでの時間Δtに比例した電圧、
V=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。周期P1及びP2同様にC1は、オンになっている各スイッチに対応した各コンデンサの容量の合算値である。
Even during the low level of the
V = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. Similarly to the periods P1 and P2, C1 is a total value of the capacities of the capacitors corresponding to the switches that are turned on.
この電圧がVBGより大きければ、比較器80の出力はクロック信号100の周期P3の立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ同時点でLowレベルになる。この比較器80の出力レベルはクロック信号100の周期P4の立ち上がり時点でラッチ90にラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120の#2スイッチ352へ与えるデジタル信号値として記憶される。
If this voltage is higher than VBG, the output of the
次に、周期P4のクロック信号100の立ち上りで、デジタル容量70の各スイッチに、
#4スイッチ=周期P2のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=周期P4のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#1スイッチ=High
#0スイッチ=Low
のデジタル値をバイナリーサーチ回路120が与える。
Next, at the rising edge of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = High
# 0 switch = Low
The
これまで同様、周期P4のクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により放電回路40に接続される。これにより、デジタル容量70の端子間は0Vになる。
As before, the
周期P4のクロック信号100のLowレベルの間でも、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により、充電回路50に接続されるため、デジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流VBG/R1が供給される。周期P4のクロック信号100の立ち下り時には、デジタル容量70の端子間は、クロック信号100が周期P4の立ち下りから周期P5の立ち上がりまでの時間Δtに比例した電圧、
V=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。これまで同様にC1は、オンになっている各スイッチに対応した各コンデンサの容量の合算値である。
Even during the low level of the
V = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. As before, C1 is the sum of the capacities of the capacitors corresponding to the switches that are turned on.
この電圧がVBGより大きければ、比較器80の出力はクロック信号100の周期P5の立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ同時点でLowレベルになる。この比較器80の出力レベルはクロック信号100の周期P5の立ち上がり時点でラッチ90にラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120の#1スイッチ351へ与えるデジタル信号値として記憶される。
If this voltage is higher than VBG, the output of the
次に、周期P5のクロック信号100の立ち上りで、デジタル容量70の各スイッチに、
#4スイッチ=周期P2のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=周期P4のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#1スイッチ=周期P5のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#0スイッチ=High
のデジタル値をバイナリーサーチ回路120が与える。
Next, at the rising edge of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = output level of the
# 0 switch = High
The
周期P5のクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により放電回路40に接続される。これにより、デジタル容量70の端子間は0Vになる。
During the high level of the
周期P5のクロック信号100のLowレベルの間、スイッチ61はスイッチ極性図60の極性により、充電回路50に接続される。このため、デジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流VBG/R1が供給される。周期P5のクロック信号100の立ち下り時には、デジタル容量70の端子間は、クロック信号100が周期P5の立ち下りから周期P6の立ち上がりまでの時間Δtに比例した電圧、
V=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。これまで同様にC1は、オンになっている各スイッチに対応した各コンデンサの容量の合算値である。
During the low level of the
V = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. As before, C1 is the sum of the capacities of the capacitors corresponding to the switches that are turned on.
この電圧がVBGより大きければ、比較器80の出力はクロック信号100の周期P6の立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ同時点でLowレベルになる。この比較器80の出力レベルはクロック信号100の周期P6の立ち上がり時点でラッチ90にラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120の#0スイッチ350へ与えるデジタル信号値として記憶される。
If this voltage is higher than VBG, the output of the
これで、各スイッチに与えるデジタル値は、
#4スイッチ=周期P2のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=周期P4のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#1スイッチ=周期P5のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
#0スイッチ=周期P6のクロック信号100の立ち上り時点での比較器80の出力レベル
という値に決定する。これは、抵抗20の抵抗値R1とデジタル容量70の端子間の容量値C1の製造バラツキを補正したもので、R1×C1の積は各スイッチへ上記のデジタル値を与えれば一定となる。
Now, the digital value given to each switch is
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = output level of the
# 0 switch = determined to the value of the output level of the
クロック信号100の周期P6の立ち上り以降、キャリブレーション完了信号160の立ち上りでチャネルフィルタ回路150へ上記のデジタル値が与えられる。
After the rising edge of the cycle P6 of the
チャネルフィルタ回路150は必要な周波数帯域の電波のみを抽出するフィルタ回路である。図5はこのチャネルフィルタ回路150の一例である。本図においても図1と同様の動作を行う部分には図1と同じ番号を付し説明を略す。
The
本チャネルフィルタ回路は帰還容量C11、C21、C31、C41、不帰還容量(接地容量)C12、C22、C32、C42、抵抗R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42、及びアンプAMP1、AMP2、AMP3、AMP4を主要構成とする。また入力端子200及び出力端子210を有する。
This channel filter circuit includes feedback capacitors C11, C21, C31, C41, non-feedback capacitors (grounded capacitors) C12, C22, C32, C42, resistors R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42, and an amplifier AMP1. , AMP2, AMP3, and AMP4 are the main components. Further, it has an
このチャネルフィルタ回路は正帰還型低域通過回路で8次のバタワース低域通過フィルタを構成したものである。入力端子200から入力された信号は上記各低域通過回路により所望のカットオフ周波数より大きな周波数帯の信号が抑圧された後、出力端子210から出力される。
This channel filter circuit is a positive feedback type low-pass circuit and constitutes an eighth-order Butterworth low-pass filter. The signal input from the
図5の帰還容量C11、C21、C31、C41、不帰還容量C12、C22、C32、C42は、それぞれデジタル容量151、152となっており、与えられたデジタル値によって容量の大きさを変化させることができる。
The feedback capacitors C11, C21, C31, and C41 and the non-feedback capacitors C12, C22, C32, and C42 in FIG. 5 are
バイナリーサーチ回路120でR1×C1の積が一定に補正されるためのデジタル値が定まるので、同じデジタル値を与えると、カットオフ周波数は一定に補正されることになる。
Since the
キャリブレーション完了信号160は周期P6におけるクロック信号100の立ち上りから図3の入力端子200へ入力信号が入力される前の任意の時刻に立ち上げる信号である。キャリブレーション完了信号160の立ち上りでチャネルフィルタ回路150の帰還容量[C11、C21、C31、C41]へデジタル容量70の#0スイッチないし#4スイッチへ与えたデジタル値を、チャネルフィルタ回路150の不帰還容量[C12、C22、C32、C42]へデジタル容量70の#0スイッチないし#4スイッチへ与えたデジタル値を与える。
The
なお、チャネルフィルタ回路150のバタワース低域通過フィルタに対し、カットオフ周波数2MHzの動作をするための回路定数を図6に表す。
FIG. 6 shows circuit constants for operating the cutoff frequency of 2 MHz for the Butterworth low-pass filter of the
このチャネルフィルタ回路の構成により、クロック信号がコンデンサの数+1クロックでその設定を確定することが可能となりPLL回路などを使用する場合に比べ迅速にチャネルフィルタ回路の安定動作を図ることが可能になる。 With this configuration of the channel filter circuit, the setting of the clock signal can be determined by the number of capacitors plus one clock, and the stable operation of the channel filter circuit can be achieved more quickly than when a PLL circuit or the like is used. .
このフィルタカットオフ周波数自動生成回路にはいくつかの問題点がある。 This filter cutoff frequency automatic generation circuit has several problems.
1つ目は、チャネルフィルタ回路150の各アンプの利得が誤差を有した場合によるカットオフ周波数の誤差が、このフィルタカットオフ周波数自動生成回路では補正できない点である。
The first is that an error in the cut-off frequency due to an error in the gain of each amplifier in the
2つ目は、チャネルフィルタ回路150のバタワース低域通過フィルタで用いるコンデンサ容量の容量差が大きいことである。
Second, there is a large capacitance difference between the capacitor capacities used in the Butterworth low-pass filter of the
容量値が最小であるC42の1.552pFから最大であるC41の40.790pFでは約26倍の広がりを持つ。従って、デジタル容量70の容量の多き差異の中心値CをC42に近い値にするとC41側での誤差が大きくなり、カットオフ周波数の誤差が大きくなる。また逆にC41に近い値にすると、C42側での誤差が大きくなり、やはりカットオフ周波数の誤差が大きくなるのである。
There is a spread of about 26 times from 1.552 pF of C42 having the smallest capacitance value to 40.790 pF of C41 having the largest capacitance value. Therefore, when the center value C of the large difference in the capacitance of the
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態におけるフィルタカットオフ周波数自動調整回路のブロック図である。このフィルタカットオフ周波数自動調整回路は、基準電圧10、抵抗20、21、電圧電流変換回路30、31、放電回路40、41、充電回路50、51、スイッチ61、62、デジタル容量70、71、比較器80、81、ラッチ90、91、クロック信号100、リセット信号110、バイナリーサーチ回路120、オフセットレジスタ値130、131、加算回路140、141、チャネルフィルタ回路150、キャリブレーション完了信号160より構成される。すなわち、図1記載の第1の実施の形態のフィルタカットオフ周波数自動調整回路と対比して、本実施の形態では、電圧電流変換回路30、31からラッチ90、91にいたる周波数自動調整回路の主要部が2系統になっている点に特徴がある。これらの周波数自動調整回路の構成は第1の実施の形態とほぼ同一である(各部品のパラメータ等は除く)。よって、各部品の説明は省略し、以下、追加部分の回路の動作を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram of a filter cutoff frequency automatic adjustment circuit according to the second embodiment of the present invention. This filter cut-off frequency automatic adjustment circuit includes a
第1の実施の形態同様、基準電圧10は温度や電源電圧に依存しない直流電圧VBGである。電圧電流変換回路30、31によって以下のように直流電流に変換される。
As in the first embodiment, the
I1=VBG/R1
I2=VBG/R2
まず、リセット信号110がHighとなり、ラッチ90、91とバイナリーサーチ回路120をリセットし、ラッチ等の電位をLowとすることで内部記憶を消去する。
I1 = VBG / R1
I2 = VBG / R2
First, the
次にリセット信号110がLowとなり、その後、クロック信号100がHighとなると、自動調整回路が動作し始める。第1の実施の形態同様、クロック信号100は一定の周波数fclkのデューティ比50%の矩形波であるとする。
Next, when the
クロック信号100がHighなので、スイッチ61、62はスイッチ極性図60の極性により、デジタル容量70は放電回路40で、デジタル容量71は放電回路41でそれぞれ全ての電荷が放電され、デジタル容量70、デジタル容量71の端子間電圧は0Vになる。これに伴い、比較器80、81の出力もLowとなる。
Since the
クロック信号100がLowになると、スイッチ61、62によって、デジタル容量70、デジタル容量71は充電回路50、51に接続される。これにより、電圧電流変換回路30の出力である直流電流I1=VBG/R1がデジタル容量70に、電圧電流変換回路31の出力である直流電流I2=VBG/R2がデジタル容量71にそれぞれ流れる。
When the
デジタル容量70及びデジタル容量71にはクロック信号100がLowになってからの時間Δtに比例した電圧、
V1=VBG/R1/C1×Δt
V2=VBG/R2/C2×Δt
が現れる。ここでV1はデジタル容量70の端子間電圧、V2はデジタル容量71の端子間電圧である。またC1はデジタル容量70の端子間の容量値であり、C2はデジタル容量71の端子間の容量値である。
The
V1 = VBG / R1 / C1 × Δt
V2 = VBG / R2 / C2 × Δt
Appears. Here, V1 is a voltage between terminals of the
なおデジタル容量70及びデジタル容量71の構成は第1の実施の形態のものと同じ、図3の構成を採るため、ここでは省略する。
The configuration of the
第1の実施の形態同様に、V1=VBG/R1/C1×ΔtがVBGより大きければ、比較器80の出力はHighとなり、小さければ比較器80の出力はLowとなる。同様に、V2=VBG/R2/C2×ΔtがVBGよりも大きければ、比較器81の出力はHighとなり、小さければLowとなる。
As in the first embodiment, if V1 = VBG / R1 / C1 × Δt is larger than VBG, the output of the
第1の実施の形態同様、これを5ビットのデジタル容量であれば5回(クロック5周期分)行うと、デジタル容量70、71の各スイッチに与えるべきデジタル値が定まる。これらを制御するのがバイナリーサーチ回路120である。
As in the first embodiment, if this is performed 5 times (for 5 clock cycles) if it is a 5-bit digital capacitor, the digital value to be given to each switch of the
バイナリーサーチ回路120は第1の実施の形態のバイナリーサーチ回路120と同様であるが、制御対象が倍になったところが相違する。以下、図4に基づきバイナリーサーチ回路120の動作について説明する。
The
「第1の実施の形態」同様、周期(P1ないしP6)ごとに説明する。 As in the “first embodiment”, the description will be made for each period (P1 to P6).
周期P1のクロック信号100の立ち上がりで、デジタル容量70、71のスイッチに
#4スイッチ=High
#3スイッチ=Low
#2スイッチ=Low
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
のデジタル値をバイナリーサーチ回路120が与える。
At the rising edge of the
# 4 switch = High
# 3 switch = Low
# 2 switch = Low
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
The
周期P1のクロック信号100がHighレベルの間、スイッチ61、62はスイッチ極性図60の極性により、デジタル容量70は放電回路40で、デジタル容量71は放電回路41で全ての電荷が放電され、デジタル容量70、71の端子間は0Vになる。したがって、比較器80、81の出力はLowとなる。
While the
周期P1のクロック信号100のLowレベルに立ち下がると、スイッチ61、62は、デジタル容量70には充電回路50により、電圧電流変換回路30の出力である直流電流I1=VBG/R1が、デジタル容量71には充電回路51により、電圧電流変換回路31の出力である直流電流I2=VBG/R2が供給される。
When the
周期P2のクロック信号100の立ち上がり時にデジタル容量70の端子間には、周期P1におけるクロック信号100の立ち下がりから周期P2における同信号の立ち上がりまでの時間Δtに比例した電圧、
V1=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。またデジタル容量71の端子間には
V2=VBG/R2/C2×Δt
が現れる。ここでC1がデジタル容量70の端子間の容量値、C2はデジタル容量71の端子間の容量値である。
A voltage proportional to a time Δt from the falling edge of the
V1 = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. Between the terminals of the digital capacitor 71
V2 = VBG / R2 / C2 × Δt
Appears. Here, C1 is a capacitance value between terminals of the
電圧V1がVBGより大きければ、比較器80の出力は周期P2におけるクロック信号100の立上り時点でHighレベルに、電圧V1がVBGより小さければ、比較器80の出力はクロック信号100の周期P2の立ち上り時点でLowレベルになる。同様に、電圧V2がVBGより大きければ、比較器81の出力は周期P2におけるクロック信号100の立ち上り時点でHighレベルに、電圧V2がVBGより小さければ、比較器81の出力は周期P2におけるクロック信号100の立上り時点でLowレベルになる。
If the voltage V1 is larger than VBG, the output of the
比較器80、81の出力レベルは周期P2におけるクロック信号100の立上り時点でそれぞれラッチ90、91によってラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120がデジタル容量70、71の#4スイッチそれぞれに与えるデジタル信号値として記憶される。
The output levels of the
周期P2のクロック信号100の立ち上がりで、デジタル容量70の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=High
#2スイッチ=Low
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
をバイナリーサーチ回路120が与える。またデジタル容量71の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#3スイッチ=High
#2スイッチ=Low
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
をバイナリーサーチ回路120が与える。
At the rise of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = High
# 2 switch = Low
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
Is provided by the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = High
# 2 switch = Low
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
Is provided by the
周期P2におけるクロック信号100がHighレベルの間、スイッチ61及び62はスイッチ極性図60の極性により、デジタル容量70は放電回路40で、デジタル容量71は放電回路41で全ての電荷が放電され、デジタル容量70、71の端子間は0Vになる。したがって、比較器80、81の出力はLowとなる。
While the
周期P2におけるクロック信号100がLowレベルとなると、スイッチ61及び62により、デジタル容量70とデジタル容量71には、それぞれ充電回路50、51に接続される。これにより、電圧電流変換回路30の出力である直流電流I1=VBG/R1がデジタル容量70に、電圧電流変換回路31の出力である直流電流I2=VBG/R2がデジタル容量71に供給される。
When the
これにより、周期P3のクロック信号100の立ち上がり時にデジタル容量70の端子間には、周期P2のクロック信号100の立下りから周期P3の立ち上がり時の時間Δtに比例した電圧、
V1=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。またデジタル容量71の端子間には
V2=VBG/R2/C2×Δt
が現れる。
As a result, a voltage proportional to the time Δt between the falling edge of the
V1 = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. Between the terminals of the digital capacitor 71
V2 = VBG / R2 / C2 × Δt
Appears.
電圧V1がVBGより大きければ、比較器80の出力は周期P3におけるクロック信号100の立上り時点でHighレベルに、小さければ、比較器80の出力はLowレベルになる。同様に、電圧V2がVBGより大きければ、比較器81の出力はクロック信号100の周期P3における立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ比較器81の出力はLowレベルになる。
If the voltage V1 is higher than VBG, the output of the
比較器80、81の出力レベルは周期P3のクロック信号100の立ち上がり時点で、それぞれラッチ90、91にラッチされると共に、バイナリーサーチ回路120がデジタル容量70、71の#3スイッチへ与えるデジタル信号値として記憶される。
The output levels of the
周期P3のクロック信号100の立ち上がりで、デジタル容量70の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=High
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
をバイナリーサーチ回路120が与える。また、デジタル容量71の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#2スイッチ=High
#1スイッチ=Low
#0スイッチ=Low
をバイナリーサーチ回路120が与える。
At the rise of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = High
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
Is provided by the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = High
# 1 switch = Low
# 0 switch = Low
Is provided by the
周期P3におけるクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61、62により、デジタル容量70は放電回路40で、デジタル容量71は放電回路41で全ての電荷が放電され、デジタル容量70、71の端子間は0Vになる。したがって、比較器80、81の出力はLowとなる。
During the high level of the
周期P3におけるクロック信号100がLowレベルになると、スイッチ61、62により、デジタル容量70は充電回路50、51に接続される。これによりデジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流I1=VBG/R1が、デジタル容量71には電圧電流変換回路31の出力である直流電流I2=VBG/R2が、供給される。
When the
これにより、周期P4のクロック信号100の立ち上がり時にデジタル容量70の端子間には、周期P3のクロック信号100の立下りから周期P4の立ち上がり時の時間Δtに比例した電圧、
V1=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。またデジタル容量71の端子間には
V2=VBG/R2/C2×Δt
が現れる。
As a result, a voltage proportional to the time Δt between the falling edge of the
V1 = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. Between the terminals of the digital capacitor 71
V2 = VBG / R2 / C2 × Δt
Appears.
電圧V1がVBGより大きければ、比較器80の出力は周期P4におけるクロック信号100の立上り時点でHighレベルに、小さければ、比較器80の出力はLowレベルになる。同様に、電圧V2がVBGより大きければ、比較器81の出力はクロック信号100の周期P4における立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ比較器81の出力はLowレベルになる。
If the voltage V1 is higher than VBG, the output of the
比較器80、81の出力レベルは周期P4におけるクロック信号100の立ち上がり時点でそれぞれラッチ90、91にラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120がデジタル容量70、71の#2スイッチへ与えるデジタル信号値として記憶される。
The output levels of the
更に、周期P4のクロック信号100の立ち上がりで、デジタル容量70の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=周期P4におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#1スイッチ=High
#0スイッチ=Low
をバイナリーサーチ回路120が与える。また、デジタル容量71の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#2スイッチ=周期P4におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#1スイッチ=High
#0スイッチ=Low
をバイナリーサーチ回路120が与える。
Furthermore, at the rising edge of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = High
# 0 switch = Low
Is provided by the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = High
# 0 switch = Low
Is provided by the
周期P4におけるクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61、62により、デジタル容量70は放電回路40で、デジタル容量71は放電回路41で全ての電荷が放電され、デジタル容量70、71の端子間は0Vになる。したがって、比較器80、81の出力はLowとなる。
During the high level of the
周期P4におけるクロック信号100がLowレベルになると、スイッチ61、62により、デジタル容量70は充電回路50、51に接続される。これによりデジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流I1=VBG/R1が、デジタル容量71には電圧電流変換回路31の出力である直流電流I2=VBG/R2が、供給される。
When the
これにより、周期P5のクロック信号100の立ち上がり時にデジタル容量70の端子間には、周期P4のクロック信号100の立下りから周期P5の立ち上がり時の時間Δtに比例した電圧、
V1=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。またデジタル容量71の端子間には
V2=VBG/R2/C2×Δt
が現れる。
As a result, a voltage proportional to the time Δt between the falling edge of the
V1 = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. Between the terminals of the digital capacitor 71
V2 = VBG / R2 / C2 × Δt
Appears.
電圧V1がVBGより大きければ、比較器80の出力は周期P5におけるクロック信号100の立上り時点でHighレベルに、小さければ、比較器80の出力はLowレベルになる。同様に、電圧V2がVBGより大きければ、比較器81の出力はクロック信号100の周期P5における立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ比較器81の出力はLowレベルになる。
If the voltage V1 is higher than VBG, the output of the
比較器80、81の出力レベルは周期P5におけるクロック信号100の立ち上がり時点でそれぞれラッチ90、91にラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120がデジタル容量70、71の#2スイッチへ与えるデジタル信号値として記憶される。
The output levels of the
周期P5のクロック信号100の立ち上がりで、デジタル容量70の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=周期P4におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#1スイッチ=周期P5におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#0スイッチ=High
をバイナリーサーチ回路120が与える。また、デジタル容量71の#0スイッチないし#4スイッチに、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#2スイッチ=周期P4におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#1スイッチ=周期P5におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#0スイッチ=High
をバイナリーサーチ回路120が与える。
At the rising edge of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = output level of the
# 0 switch = High
Is provided by the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = output level of the
# 0 switch = High
Is provided by the
周期P5におけるクロック信号100のHighレベルの間、スイッチ61、62により、デジタル容量70は放電回路40で、デジタル容量71は放電回路41で全ての電荷が放電され、デジタル容量70、71の端子間は0Vになる。したがって、比較器80、81の出力はLowとなる。
During the high level of the
周期P5におけるクロック信号100がLowレベルになると、スイッチ61、62により、デジタル容量70は充電回路50、51に接続される。これによりデジタル容量70には電圧電流変換回路30の出力である直流電流I1=VBG/R1が、デジタル容量71には電圧電流変換回路31の出力である直流電流I2=VBG/R2が、供給される。
When the
これにより、周期P6のクロック信号100の立ち上がり時にデジタル容量70の端子間には、周期P5のクロック信号100の立下りから周期P6の立ち上がり時の時間Δtに比例した電圧、
V1=VBG/R1/C1×Δt
が現れる。またデジタル容量71の端子間には
V2=VBG/R2/C2×Δt
が現れる。
As a result, a voltage proportional to the time Δt between the falling edge of the
V1 = VBG / R1 / C1 × Δt
Appears. Between the terminals of the digital capacitor 71
V2 = VBG / R2 / C2 × Δt
Appears.
電圧V1がVBGより大きければ、比較器80の出力は周期P6におけるクロック信号100の立上り時点でHighレベルに、小さければ、比較器80の出力はLowレベルになる。同様に、電圧V2がVBGより大きければ、比較器81の出力はクロック信号100の周期P6における立ち上がり時点でHighレベルに、小さければ比較器81の出力はLowレベルになる。
If the voltage V1 is higher than VBG, the output of the
比較器80、81の出力レベルは周期P5におけるクロック信号100の立ち上がり時点でそれぞれラッチ90、91にラッチされると同時に、バイナリーサーチ回路120がデジタル容量70、71の#2スイッチへ与えるデジタル信号値として記憶される。
The output levels of the
これで、デジタル容量70の各スイッチに与えるデジタル値は、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#2スイッチ=周期P4におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#1スイッチ=周期P5におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
#0スイッチ=周期P6におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器80の出力レベル
という値に決定する。また、デジタル容量71の各スイッチに与えるデジタル値は、
#4スイッチ=周期P2におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#3スイッチ=周期P3におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#2スイッチ=周期P4におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#1スイッチ=周期P5におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
#0スイッチ=周期P6におけるクロック信号100の立ち上がり時点での比較器81の出力レベル
という値に決定する。
The digital value given to each switch of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = output level of the
# 0 switch = determined to the value of the output level of the
# 4 switch = output level of the
# 3 switch = output level of the
# 2 switch = output level of the
# 1 switch = output level of the
# 0 switch = determined to the value of the output level of the
これは、抵抗20の抵抗値R1とデジタル容量70の端子間の容量値C1の製造バラツキと、抵抗21の抵抗値R2とデジタル容量71の端子間の容量値C2の製造バラツキとを補正したもので、R1×C1の積とR2×C2の積は#0スイッチないし#4スイッチへ上記のデジタル値を与えれば一定となる。
This is a correction of the manufacturing variation of the resistance value R1 of the
周期P6のクロック信号100の立ち上がり以降、キャリブレーション完了信号160の立ち上がりでチャネルフィルタ回路150へ上記デジタル値が与えられる。
After the rising edge of the
この実施の形態では、チャネルフィルタ回路150の帰還容量に対するデジタル容量151へデジタル容量70の各スイッチへ与えたデジタル値にオフセットレジスタ130の第1オフセット値を加算回路140で加える。また、チャネルフィルタ回路150の不帰還容量に関するデジタル容量152へデジタル容量71の各スイッチへ与えたデジタル値にオフセットレジスタ131の第2オフセット値を加算回路141で加えている。
In this embodiment, the
このようにすることで、チャネルフィルタ回路150の8次バタワース低域通過フィルタの帰還容量C11、C21、C31、C41と不帰還容量C12、C22、C32、C42をそれぞれ別の構造の容量を使って製造してもカットオフ周波数の誤差を補正することが可能になる。
In this way, the feedback capacitors C11, C21, C31, and C41 and the non-feedback capacitors C12, C22, C32, and C42 of the eighth-order Butterworth low-pass filter of the
すなわち、デジタル容量70を含む自動調整回路とデジタル容量71を含む自動調整回路をそれぞれ、帰還容量C11、C21、C31、C41と不帰還容量C12、C22、C32、C42に別個独立に対応させたものとすることで、図1の様な、帰還容量または不帰還容量いずれか一方にあわせることによる他方への誤差の発生を防ぐことができる。
That is, the automatic adjustment circuit including the
ここでオフセットレジスタ130、131は完成した半導体チップを評価し、適切な値を後から設定するためのレジスタである。オフセットレジスタ130、131によりアンプAMP1ないしAMP4の利得が1から誤差を有した場合によるカットオフ周波数を補正することができる。
Here, the offset
なお、図2のフィルタカットオフ周波数自動調整回路と、図3の8次バタワース低域通過フィルタを半導体チップ上に図6の条件でレイアウトする場合、抵抗R41、R42、帰還容量C41、不帰還容量C42の近くに抵抗20、21とデジタル容量70、71を配置する。これは帰還容量と不帰還容量の比が大きいブロックがもっともQが高いので精度を要求されるためである。
When the filter cut-off frequency automatic adjustment circuit of FIG. 2 and the eighth-order Butterworth low-pass filter of FIG. 3 are laid out on the semiconductor chip under the conditions of FIG. 6, resistors R41 and R42, feedback capacitance C41,
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、カットオフ周波数自動調整回路に関係し、使用する容量値の比の大きなフィルタのカットオフ周波数の自動調整回路に関するものである。本発明のカットオフ周波数自動調整回路の決定するデジタル値は、抵抗と容量の積を一定に保つ働きをするので、フィルタカットオフ周波数自動調整回路のみならず、演算増幅器の位相補償、CR発振器の中心周波数補正など抵抗と容量の積が挙動に関係する任意の回路の補正値に用いることも可能である。また、それらを用いた携帯電話機等の携帯情報端末への適用も考えられる。 The present invention relates to an automatic cut-off frequency adjusting circuit, and relates to an automatic cut-off frequency adjusting circuit for a filter having a large ratio of capacitance values to be used. The digital value determined by the automatic cut-off frequency adjusting circuit of the present invention functions to keep the product of the resistance and the capacitance constant, so that not only the filter cut-off frequency automatic adjusting circuit but also the phase compensation of the operational amplifier, the CR oscillator It can also be used as a correction value for an arbitrary circuit in which the product of resistance and capacitance is related to behavior, such as center frequency correction. Moreover, application to portable information terminals, such as a mobile phone using them, is also considered.
10…基準電圧、20、21…抵抗、30、31…電圧電流変換回路、
40、41…放電回路、50、51…充電回路、61、62…スイッチ、
70、71…デジタル容量、80、81…比較器、90、91…ラッチ、
100…クロック信号、110…リセット信号、120…バイナリーサーチ回路、
130、131…オフセット値、150…チャネルフィルタ回路、
151…帰還デジタル容量、152…不帰還デジタル容量、
160…キャリブレーション完了信号
C11、C21、C31、C41…帰還容量、
C12、C22、C32、C42…不帰還容量、
R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42…抵抗、
AMP1、AMP2、AMP3、AMP4…アンプ
10 ... reference voltage, 20, 21 ... resistor, 30, 31 ... voltage-current conversion circuit,
40, 41 ... discharge circuit, 50, 51 ... charging circuit, 61, 62 ... switch,
70, 71 ... Digital capacity, 80, 81 ... Comparator, 90, 91 ... Latch,
100 ... clock signal 110 ... reset
130, 131 ... offset value, 150 ... channel filter circuit,
151: Feedback digital capacity, 152: Non-feedback digital capacity,
160: Calibration completion signal C11, C21, C31, C41 ... Feedback capacitance,
C12, C22, C32, C42 ... non-feedback capacity,
R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42 ... resistors,
AMP1, AMP2, AMP3, AMP4 ... Amplifier
Claims (8)
前記電圧電流変換回路、前記充電回路、前記放電回路、前記デジタル容量が第1の自動調整回路を構成し、
前記デジタル容量はスイッチによって前記充電回路及び前記放電回路に接続され、
前記スイッチ及び前記容量制御回路にはクロック信号が入力され、
前記クロック信号の電位により前記スイッチが切り替えられることで前記デジタル容量が前記充電回路又は前記放電回路に接続され、
前記デジタル容量は前記複数のコンデンサの全部又は一部をスイッチングにより並列的に接続し、
前記デジタル容量の端子間電位の差と前記基準電圧源の電圧との差分の対比の結果に基づき前記容量制御回路が前記デジタル容量を制御することを特徴とするカットオフ周波数自動調整回路。 A cut-off frequency automatic adjustment circuit including a reference voltage source, a voltage-current conversion circuit, a charging circuit, a discharging circuit, a digital capacitor having a plurality of capacitors, and a capacitance control circuit for controlling the digital capacitance,
The voltage-current conversion circuit, the charging circuit, the discharging circuit, and the digital capacitor constitute a first automatic adjustment circuit,
The digital capacitor is connected to the charging circuit and the discharging circuit by a switch,
A clock signal is input to the switch and the capacity control circuit,
The digital capacitor is connected to the charging circuit or the discharging circuit by switching the switch according to the potential of the clock signal,
The digital capacitor is connected in parallel by switching all or part of the plurality of capacitors,
An automatic cut-off frequency adjusting circuit, wherein the capacitance control circuit controls the digital capacitance based on a comparison result of a difference between a terminal potential of the digital capacitance and a voltage of the reference voltage source.
前記クロック信号の所定のタイミングで前記ラッチが前記比較器の出力をラッチし、前記容量制御回路に出力することを特徴とするカットオフ周波数自動調整回路。 The automatic cut-off frequency adjusting circuit according to claim 1, further comprising a comparator for comparing a voltage input to the digital capacitor and a voltage of the reference voltage source, and a latch to which the clock signal is input.
An automatic cutoff frequency adjusting circuit, wherein the latch latches an output of the comparator at a predetermined timing of the clock signal and outputs the latched output to the capacitance control circuit.
前記チャネルフィルタ回路は帰還するデジタル容量である帰還容量及び接地するデジタル容量である接地容量を有し、
前記容量制御回路は、前記第1の自動調整回路の前記デジタル容量の制御条件で前記帰還容量を設定し、前記第2の自動調整回路の前記デジタル容量の制御条件で前記接地容量を設定することを特徴とするカットオフ周波数自動調整回路。 The automatic cut-off frequency adjusting circuit according to claim 5, further comprising a channel filter circuit,
The channel filter circuit has a feedback capacitor which is a digital capacitor for feedback and a ground capacitor which is a digital capacitor for grounding.
The capacitance control circuit sets the feedback capacitance under a control condition for the digital capacitance of the first automatic adjustment circuit, and sets the ground capacitance under a control condition for the digital capacitance of the second automatic adjustment circuit. Cutoff frequency automatic adjustment circuit characterized by
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007262637A JP2009094734A (en) | 2007-10-05 | 2007-10-05 | Cut-off frequency automatic adjusting circuit and personal digital assistant |
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