JP3166682B2 - Phase shift circuit - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、入力信号の位相
をその周波数に応じた位相シフト量だけシフトする移相
回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase shift circuit for shifting the phase of an input signal by a phase shift amount corresponding to the frequency.
【0002】[0002]
【従来の技術】オーディオ装置等では、オーディオ信号
の位相をシフトする処理が行われることが多い。そし
て、特にサラウンド装置等では、オーディオ信号の周波
数により0〜−2πまでの位相シフトが可能な移相回路
が必要とされる。2. Description of the Related Art In an audio device or the like, a process of shifting the phase of an audio signal is often performed. In particular, in a surround device or the like, a phase shift circuit capable of shifting the phase from 0 to -2π depending on the frequency of the audio signal is required.
【0003】このような位相シフトを行うための手段と
してオールパスフィルタがある。図4はその一例である
オールパスフィルタ100の構成を示すものである。こ
のオールパスフィルタ100は、オペアンプ101、抵
抗102〜104およびキャパシタ105により構成さ
れている。ここで、抵抗103および104は同じ抵抗
値を有している。従って、オールパスフィルタ100の
入力電圧をVi、出力電圧をVoとすると、オペアンプ
101の反転入力端子(−)の入力電圧Vnは次式によ
り与えられる。 Vn=(Vi+Vo)/2 ……(1)There is an all-pass filter as a means for performing such a phase shift. FIG. 4 shows a configuration of an all-pass filter 100 as an example. The all-pass filter 100 includes an operational amplifier 101, resistors 102 to 104, and a capacitor 105. Here, the resistors 103 and 104 have the same resistance value. Therefore, if the input voltage of the all-pass filter 100 is Vi and the output voltage is Vo, the input voltage Vn of the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 101 is given by the following equation. Vn = (Vi + Vo) / 2 (1)
【0004】一方、抵抗102の抵抗値をR1、キャパ
シタ305の容量値をC1、入力電圧Viの角周波数を
ωとすると、オペアンプ101の非反転入力端子(+)
の入力電圧Vpは次式により与えられる。 Vp=Vi/(1+jωC1R1) ……(2)On the other hand, assuming that the resistance value of the resistor 102 is R1, the capacitance value of the capacitor 305 is C1, and the angular frequency of the input voltage Vi is ω, the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 101
Is given by the following equation. Vp = Vi / (1 + jωC1R1) (2)
【0005】ここで、図示の構成では負帰還動作により
オペアンプ101の反転入力端子(−)および非反転入
力端子(+)の仮想短絡が行われ、Vp=Vnとなるた
め、次式が成立することとなる。 (Vi+Vo)/2=Vi/(1+jωC1R1) ……(3)Here, in the configuration shown in the drawing, a virtual short circuit is performed between the inverting input terminal (-) and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 101 by negative feedback operation, and Vp = Vn. It will be. (Vi + Vo) / 2 = Vi / (1 + jωC1R1) (3)
【0006】この式(3)を変形することにより、オー
ルパスフィルタ100の伝達関数Hが以下のように得ら
れる。 H=Vo/Vi =(1−jωC1R1)/(1+jωC1R1) ……(4)By transforming equation (3), the transfer function H of the all-pass filter 100 is obtained as follows. H = Vo / Vi = (1−jωC1R1) / (1 + jωC1R1) (4)
【0007】そして、この式(4)よりオールパスフィ
ルタ100の増幅率Aは、 A =|H| =|(1−jωC1R1)/(1+jωC1R1)| =|(1−jωC1R1)|/|(1+jωC1R1)| =1 ……(5) となる。従って、あらゆる周波数の入力信号Viがオー
ルパスフィルタ100をそのままの振幅で通過すること
となる。From the equation (4), the amplification factor A of the all-pass filter 100 is as follows: A = │H│ = │ (1-jωC1R1) / (1 + jωC1R1) │ = │ (1-jωC1R1) │ / │ (1 + jωC1R1) | = 1 (5) Therefore, the input signal Vi of any frequency passes through the all-pass filter 100 with the same amplitude.
【0008】また、入力信号Viは、オールパスフィル
タ100を通過する際にその位相がシフトされるが、こ
の場合の位相シフト量θは次式に示すものとなる。 θ=arg(H) =−2tan-1(ωC1R1) ……(6)The phase of the input signal Vi is shifted when passing through the all-pass filter 100. In this case, the phase shift amount θ is given by the following equation. θ = arg (H) = − 2 tan −1 (ωC1R1) (6)
【0009】上記式(6)から明らかなようにオールパ
スフィルタ100により入力信号Viに付与される位相
シフト量は、入力信号の周波数f=ω/2πの変化によ
り0〜−πまで変化する。図5はこの周波数fとオール
パスフィルタ100の位相シフト量との関係を示したも
のである。As is apparent from the above equation (6), the amount of phase shift given to the input signal Vi by the all-pass filter 100 changes from 0 to -π due to the change of the frequency f = ω / 2π of the input signal. FIG. 5 shows the relationship between the frequency f and the amount of phase shift of the all-pass filter 100.
【0010】図6は、以上説明した構成を有する2個の
オールパスフィルタ100Aおよび100Bを縦続接続
した移相回路を示している。この移相回路において、オ
ールパスフィルタ100Aおよび100Bは、各々入力
信号に対し、その周波数により0〜−πまでの位相シフ
トを行うことが可能である。従って、図6に示す移相回
路は、図7に示すように、0〜−2πまでの位相シフト
を行うことができ、上述したサラウンド装置等に使用す
ることができる。FIG. 6 shows a phase shift circuit in which two all-pass filters 100A and 100B having the configuration described above are cascaded. In this phase shift circuit, the all-pass filters 100A and 100B can shift the phase of the input signal from 0 to -π depending on the frequency. Therefore, the phase shift circuit shown in FIG. 6 can perform a phase shift from 0 to −2π as shown in FIG. 7, and can be used in the above-described surround device and the like.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前掲図6の
移相回路は、同図から明らかなようにオペアンプを2個
必要とする。従って、この移相回路を含んだオーディオ
装置用集積回路を構成する場合に、上記2個のオペアン
プの構成要素である多くの素子をICチップ上に形成す
る必要がある。このため、ICチップの面積が大きくな
り、ICチップの単価が高くなってしまうという問題が
あった。The phase shift circuit shown in FIG. 6 requires two operational amplifiers, as is apparent from FIG. Therefore, when configuring an integrated circuit for an audio device including this phase shift circuit, it is necessary to form many elements as components of the two operational amplifiers on an IC chip. For this reason, there has been a problem that the area of the IC chip increases and the unit price of the IC chip increases.
【0012】この発明は以上説明した事情に鑑みてなさ
れたものであり、素子数が少なくて安価であり、0〜−
2πまでの位相シフトが可能な移相回路を提供すること
を目的としている。The present invention has been made in view of the circumstances described above, and has a small number of elements and is inexpensive.
It is an object of the present invention to provide a phase shift circuit capable of shifting the phase up to 2π.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明は、入力信号の
周波数に応じた量だけ当該入力信号の位相をシフトして
出力端子から出力する移相回路において、前記入力信号
に比例した第1の出力電流および該第1の出力電流の2
/3倍の大きさであり、かつ、該第1の出力電流と逆相
の第2の出力電流を出力する電流出力型演算増幅器と、
第1の抵抗および第1のキャパシタを直列接続してな
り、前記第1の出力電流の一部を通過させる第1の時定
数回路と、前記第1の出力電流のうち前記第1の時定数
回路に流れない電流を前記出力端子に導く抵抗であっ
て、前記第1の抵抗の2倍の抵抗値を有する第2の抵抗
と、前記第2の出力電流の一部を通過させる第2のキャ
パシタと、前記第2の出力電流のうち前記第2のキャパ
シタに流れない電流を前記出力端子に導く第3の抵抗と
を具備し、前記第2のキャパシタおよび前記第3の抵抗
により構成される時定数を前記第1の時定数回路の時定
数に比べて小さくしたことを特徴とする移相回路を要旨
とする。According to the present invention, there is provided a phase shift circuit for shifting the phase of an input signal by an amount corresponding to the frequency of the input signal and outputting the shifted signal from an output terminal. An output current and 2 of the first output current
A current output type operational amplifier having a magnitude of 3 times and outputting a second output current having a phase opposite to that of the first output current;
A first time constant circuit formed by connecting a first resistor and a first capacitor in series, and passing a part of the first output current; and the first time constant of the first output current A second resistor that guides a current that does not flow to a circuit to the output terminal, the second resistor having a resistance twice as large as the first resistor, and a second resistor that passes a part of the second output current. A capacitor, and a third resistor for guiding a current of the second output current that does not flow through the second capacitor to the output terminal, and is configured by the second capacitor and the third resistor. The gist of the present invention is a phase shift circuit characterized in that the time constant is smaller than the time constant of the first time constant circuit.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に理解しやすく
するため、実施の形態について説明する。かかる実施の
形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を
限定するものではなく、本発明の範囲で任意に変更可能
である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments will be described to make the present invention easier to understand. Such an embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.
【0015】図1はこの発明の一実施形態である移相回
路の構成を示す回路図である。図1において、10は入
力信号が与えられる入力端子、11は入力抵抗である。
そして、12は入力抵抗11を介して与えられる電流を
増幅する電流オペアンプである。この電流オペアンプ1
2の入力端子が仮想接地されている。従って、入力端子
10から電流オペアンプ12の入力端子に対し、入力抵
抗11を介し、入力信号に比例した入力電流Iが流れる
こととなる。電流オペアンプ12は、この入力電流Iの
増幅を行い、2個の出力端子のうちの一方からI1=3
Iなる電流を出力し、他方の出力端子からはI2=−2
Iなる電流を出力する。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a phase shift circuit according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an input terminal to which an input signal is applied, and 11 denotes an input resistor.
Reference numeral 12 denotes a current operational amplifier that amplifies a current supplied through the input resistor 11. This current operational amplifier 1
2 input terminals are virtually grounded. Therefore, an input current I proportional to the input signal flows from the input terminal 10 to the input terminal of the current operational amplifier 12 via the input resistor 11. The current operational amplifier 12 amplifies the input current I, and I1 = 3 from one of the two output terminals.
A current I is output, and I2 = -2 from the other output terminal.
The current I is output.
【0016】このような機能を有する電流オペアンプと
して、各種の構成のものが考えられるが、図2はその一
例を示すものである。ここで、図2を参照し、電流オペ
アンプ12の一構成例について説明する。Various types of current operational amplifiers having such a function are conceivable. FIG. 2 shows an example. Here, a configuration example of the current operational amplifier 12 will be described with reference to FIG.
【0017】図2において、PチャネルMOS(金属酸
化膜半導体構造)トランジスタP1およびP2は、ソー
スが共通接続されている。この共通接続点と正電源VDD
との間には定電流2I10を供給可能な定電流源CC1が
介挿されている。ここで、PチャネルMOSトランジス
タP1のゲートは、入力抵抗11を介して入力端子10
に接続されており、PチャネルMOSトランジスタP2
のゲートは接地されている。そして、PチャネルMOS
トランジスタP1のドレインは、NチャネルMOSトラ
ンジスタN1のドレインおよびゲート並びにNチャネル
MOSトランジスタN2のゲートに接続されており、N
チャネルMOSトランジスタN1のソースは負電源VSS
に接続されている。一方、PチャネルMOSトランジス
タP2のドレインは、NチャネルMOSトランジスタN
2のドレインに接続されており、このNチャネルMOS
トランジスタN2のソースは負電源VSSに接続されてい
る。In FIG. 2, sources of P-channel MOS (metal oxide semiconductor structure) transistors P1 and P2 are commonly connected. This common connection point and the positive power supply VDD
A constant current source CC1 capable of supplying a constant current 2I10 is interposed between the two. Here, the gate of the P-channel MOS transistor P1 is connected to the input terminal 10 via the input resistor 11.
And a P-channel MOS transistor P2
Gate is grounded. And a P-channel MOS
The drain of transistor P1 is connected to the drain and gate of N-channel MOS transistor N1 and the gate of N-channel MOS transistor N2.
The source of the channel MOS transistor N1 is a negative power supply VSS.
It is connected to the. On the other hand, the drain of the P-channel MOS transistor P2 is
2 is connected to the drain of the N-channel MOS
The source of the transistor N2 is connected to the negative power supply VSS.
【0018】以上説明した各要素からなる回路は、差動
増幅器を構成している。ここで、この差動増幅器の動作
について、理想的な場合を想定して説明する。まず、P
チャネルMOSトランジスタP1のゲートレベルが接地
レベルと一致している場合には、PチャネルMOSトラ
ンジスタP1およびP2には同じ大きさのゲートバイア
スが与えられる。また、このときNチャネルMOSトラ
ンジスタN1およびN2はカレントミラーとして動作す
る。このため、定電流源CC1の電流2I10は二分さ
れ、PチャネルMOSトランジスタP1側およびPチャ
ネルMOSトランジスタP2側に各々同じ大きさの電流
I10が流れることとなる。The circuit composed of the components described above constitutes a differential amplifier. Here, the operation of the differential amplifier will be described assuming an ideal case. First, P
When the gate level of channel MOS transistor P1 matches the ground level, gate bias of the same magnitude is applied to P channel MOS transistors P1 and P2. At this time, N-channel MOS transistors N1 and N2 operate as a current mirror. Therefore, the current 2I10 of the constant current source CC1 is divided into two, and currents I10 of the same magnitude flow through the P-channel MOS transistor P1 and the P-channel MOS transistor P2, respectively.
【0019】しかし、PチャネルMOSトランジスタP
1のゲートレベルが接地レベルより高くなると、Pチャ
ネルMOSトランジスタP1のゲートバイアスが減少す
るため、PチャネルMOSトランジスタP1側に流れる
電流は例えばI10−ΔIとなり、PチャネルMOSトラ
ンジスタP2側に流れる電流はI10+ΔIとなる。この
結果、NチャネルMOSトランジスタN2のドレインの
レベルは正方向に変化し、逆にNチャネルMOSトラン
ジスタN1のドレインのレベルは負方向に変化すること
となる。However, the P-channel MOS transistor P
When the gate level of 1 becomes higher than the ground level, the gate bias of the P-channel MOS transistor P1 decreases, so that the current flowing to the P-channel MOS transistor P1 becomes, for example, I10-.DELTA.I, and the current flowing to the P-channel MOS transistor P2 becomes I10 + ΔI. As a result, the level of the drain of the N-channel MOS transistor N2 changes in the positive direction, and conversely, the level of the drain of the N-channel MOS transistor N1 changes in the negative direction.
【0020】また、PチャネルMOSトランジスタP1
のゲートレベルが接地レベルより低くなった場合には以
上と全く逆の動作となり、NチャネルMOSトランジス
タN2のドレインのレベルは負方向に、NチャネルMO
SトランジスタN1のドレインのレベルは正方向に変化
することとなるのである。Further, a P-channel MOS transistor P1
When the gate level of the N-channel MOS transistor N2 becomes lower than the ground level, the operation is completely opposite to that described above.
The level of the drain of the S transistor N1 changes in the positive direction.
【0021】NチャネルMOSトランジスタN2のドレ
インは、以上説明した差動増幅器の出力端子をなしてお
り、NチャネルMOSトランジスタN3のゲートに接続
されている。このNチャネルMOSトランジスタN3の
ソースは負電源VSSに接続されており、ドレインは定電
流I20を供給可能な定電流源CC2を介して正電源VD
Dに接続されている。そして、NチャネルMOSトラン
ジスタN3のドレインは、上記差動増幅器におけるPチ
ャネルMOSトランジスタP1のゲートに接続されてい
る。すなわち、差動増幅器の出力信号がNチャネルMO
SトランジスタN3を介して当該差動増幅器に負帰還さ
れる構成となっているのである。The drain of the N-channel MOS transistor N2 forms the output terminal of the differential amplifier described above, and is connected to the gate of the N-channel MOS transistor N3. The source of the N-channel MOS transistor N3 is connected to the negative power source VSS, and the drain is connected to the positive power source VD via a constant current source CC2 capable of supplying a constant current I20.
D. The drain of the N-channel MOS transistor N3 is connected to the gate of the P-channel MOS transistor P1 in the differential amplifier. That is, the output signal of the differential amplifier is N-channel MO
This is a configuration in which negative feedback is provided to the differential amplifier via the S transistor N3.
【0022】このような構成としたため、PチャネルM
OSトランジスタP1のゲートは常に仮想接地状態とさ
れる。すなわち、仮にPチャネルMOSトランジスタP
1のゲートレベルが接地レベルより高くなろうとする
と、NチャネルMOSトランジスタN2のドレインのレ
ベルが正方向に変化し、これによりNチャネルMOSト
ランジスタN3のゲートバイアスが増加するため、Nチ
ャネルMOSトランジスタN3のコンダクタンスが増大
し、PチャネルMOSトランジスタP1のゲートのレベ
ルの上昇が妨げられる。逆にPチャネルMOSトランジ
スタP1のゲートレベルが接地レベルより低くなろうと
すると、NチャネルMOSトランジスタN2のドレイン
のレベルが負方向に変化し、これによりNチャネルMO
SトランジスタN3のゲートバイアスが減少するため、
NチャネルMOSトランジスタN3のコンダクタンスが
減少し、PチャネルMOSトランジスタP1のゲートの
レベルの低下が妨げられる。このようにPチャネルMO
SトランジスタP1のゲートのレベルを接地レベルに一
致させる動作が常に行われるのである。With such a configuration, the P channel M
The gate of the OS transistor P1 is always in a virtual ground state. That is, if the P-channel MOS transistor P
When the gate level of 1 is going to be higher than the ground level, the level of the drain of N-channel MOS transistor N2 changes in the positive direction, thereby increasing the gate bias of N-channel MOS transistor N3. The conductance increases, preventing an increase in the level of the gate of P-channel MOS transistor P1. Conversely, when the gate level of P-channel MOS transistor P1 is going to be lower than the ground level, the level of the drain of N-channel MOS transistor N2 changes in the negative direction.
Since the gate bias of the S transistor N3 decreases,
The conductance of N-channel MOS transistor N3 is reduced, and a decrease in the level of the gate of P-channel MOS transistor P1 is prevented. Thus, the P-channel MO
The operation of matching the level of the gate of the S transistor P1 to the ground level is always performed.
【0023】そして、PチャネルMOSトランジスタP
1のゲートがこのように仮想接地されていることから、
入力端子10の入力電圧に比例した電流Iが入力抵抗1
1に流れ、この電流Iと定電流源CC2からの定電流I
20とを加えた電流I20+IがNチャネルMOSトランジ
スタN3に流れる。このときNチャネルMOSトランジ
スタN3の動作点は飽和領域にあり、このNチャネルM
OSトランジスタN3にドレイン電流I20+Iを流すの
に必要なゲート電圧がNチャネルMOSトランジスタN
2のドレインから出力される。すなわち、ドレイン電流
I20+Iを流すのに必要なゲート電圧がNチャネルMO
SトランジスタN3に与えられていないときには、Nチ
ャネルMOSトランジスタN3のドレインのレベルの上
昇→PチャネルMOSトランジスタP1のゲートバイア
スの減少→NチャネルMOSトランジスタN3のゲート
電圧の増加→NチャネルMOSトランジスタN3のドレ
インのレベルの上昇防止、という動作が行われ、結局、
ドレイン電流I20+Iを流すのに必要なゲート電圧がN
チャネルMOSトランジスタN3に与えられることとな
るのである。Then, a P-channel MOS transistor P
Since gate 1 is thus virtually grounded,
The current I proportional to the input voltage of the input terminal 10 is the input resistance 1
1 and the current I and the constant current I from the constant current source CC2.
20 plus I20 + I flows through N-channel MOS transistor N3. At this time, the operating point of N-channel MOS transistor N3 is in the saturation region.
The gate voltage required to flow the drain current I20 + I to the OS transistor N3 is equal to the N-channel MOS transistor N
2 is output from the drain. That is, the gate voltage required to flow the drain current I20 + I is equal to the N-channel MO.
When not applied to S transistor N3, the drain level of N-channel MOS transistor N3 rises → the gate bias of P-channel MOS transistor P1 decreases → the gate voltage of N-channel MOS transistor N3 increases → the N-channel MOS transistor N3 The operation of preventing the drain level from rising is performed.
The gate voltage required to flow the drain current I20 + I is N
This is applied to the channel MOS transistor N3.
【0024】NチャネルMOSトランジスタN4は、ソ
ースが負電源VSSに接続されており、ドレインは定電流
2I20を供給可能な定電流源CC3を介して正電源VDD
に接続されている。このNチャネルMOSトランジスタ
N4のゲートには、NチャネルMOSトランジスタN3
と同じく、NチャネルMOSトランジスタN2のドレイ
ンからの出力電圧が与えられる。ここで、NチャネルM
OSトランジスタN4は、NチャネルMOSトランジス
タN3の2倍のサイズを有している。このため、Nチャ
ネルMOSトランジスタN3にドレイン電流I20+Iが
流れる場合、このNチャネルMOSトランジスタN4に
はドレイン電流2I20+2Iを流すことが可能である。
そして、NチャネルMOSトランジスタN4には定電流
源CC3からの定電流2I20が流れ込むから、結局、外
部からNチャネルMOSトランジスタN4に電流−2I
を引き込むことが可能である。これが電流オペアンプの
出力電流I2=−2Iである。The N-channel MOS transistor N4 has a source connected to the negative power supply VSS and a drain connected to the positive power supply VDD via a constant current source CC3 capable of supplying a constant current 2I20.
It is connected to the. The gate of the N-channel MOS transistor N4 has an N-channel MOS transistor N3.
Similarly, an output voltage from the drain of N-channel MOS transistor N2 is applied. Where N channel M
OS transistor N4 has twice the size of N-channel MOS transistor N3. Therefore, when the drain current I20 + I flows through the N-channel MOS transistor N3, the drain current 2I20 + 2I can flow through the N-channel MOS transistor N4.
Then, the constant current 2I20 from the constant current source CC3 flows into the N-channel MOS transistor N4.
It is possible to pull in. This is the output current I2 = -2I of the current operational amplifier.
【0025】次に、NチャネルMOSトランジスタN5
は、ソースが負電源VSSに接続されているが、そのゲー
トには、NチャネルMOSトランジスタN3およびN4
と同じく、NチャネルMOSトランジスタN2のドレイ
ンからの出力電圧が与えられる。ここで、NチャネルM
OSトランジスタN5は、NチャネルMOSトランジス
タN3の3倍のサイズを有している。このため、Nチャ
ネルMOSトランジスタN3にドレイン電流I20+Iが
流れる場合、このNチャネルMOSトランジスタN5に
はドレイン電流3I20+3Iを流すことが可能である。Next, an N-channel MOS transistor N5
Has a source connected to the negative power supply VSS and a gate connected to N-channel MOS transistors N3 and N4.
Similarly, an output voltage from the drain of N-channel MOS transistor N2 is applied. Where N channel M
The OS transistor N5 has a size three times as large as the N-channel MOS transistor N3. Therefore, when drain current I20 + I flows through N channel MOS transistor N3, drain current 3I20 + 3I can flow through N channel MOS transistor N5.
【0026】PチャネルMOSトランジスタP6および
P7は、各々のソースが正電源VDDに接続されている。
そして、上記NチャネルMOSトランジスタN5のドレ
インは、PチャネルMOSトランジスタP6のドレイン
およびゲート並びにPチャネルMOSトランジスタP7
のゲートに接続されている。ここで、PチャネルMOS
トランジスタP6およびP7はカレントミラーを構成し
ている。The sources of the P-channel MOS transistors P6 and P7 are connected to the positive power supply VDD.
The drain of the N-channel MOS transistor N5 is connected to the drain and gate of the P-channel MOS transistor P6 and the P-channel MOS transistor P7.
Connected to the gate. Here, P-channel MOS
Transistors P6 and P7 form a current mirror.
【0027】従って、NチャネルMOSトランジスタN
5にドレイン電流3I20+3Iが流れた場合、これと同
じドレイン電流3I20+3IがPチャネルMOSトラン
ジスタP7にも流れることとなる。Therefore, N-channel MOS transistor N
5, a drain current 3I20 + 3I flows through the P-channel MOS transistor P7.
【0028】定電流源CC4は、定電流3I20を供給可
能な定電流源である。この定電流源CC4は、一端が正
電源VDDに接続され、他端がNチャネルMOSトラン
ジスタN6のドレインおよびゲート並びにNチャネルM
OSトランジスタN7のゲートに接続されている。これ
らのNチャネルMOSトランジスタN6およびN7は、
各々のソースが負電源VSSに接続されている。ここ
で、NチャネルMOSトランジスタN6およびN7はカ
レントミラーを構成しており、NチャネルMOSトラン
ジスタN6には定電流源CC4からの定電流3I20が流
れる。従って、NチャネルMOSトランジスタN7にも
これと同じドレイン電流3I20が流れることとなる。The constant current source CC4 is a constant current source capable of supplying a constant current 3I20. One end of the constant current source CC4 is connected to the positive power supply VDD, and the other end is connected to the drain and gate of the N-channel MOS transistor N6 and the N-channel MOS transistor N6.
It is connected to the gate of OS transistor N7. These N channel MOS transistors N6 and N7
Each source is connected to the negative power supply VSS. Here, N channel MOS transistors N6 and N7 form a current mirror, and a constant current 3I20 from constant current source CC4 flows through N channel MOS transistor N6. Therefore, the same drain current 3I20 flows through the N-channel MOS transistor N7.
【0029】このNチャネルMOSトランジスタN7の
ドレインは、上述したPチャネルMOSトランジスタP
7のドレインと接続されている。ここで、PチャネルM
OSトランジスタP7には上述した通りドレイン電流3
I20+3Iが流れる。一方、NチャネルMOSトランジ
スタN7には定電流源CC4からの定電流3I20が流れ
る。従って、NチャネルMOSトランジスタN7および
PチャネルMOSトランジスタP7の各ドレインの接続
点から外部に対し、電流3Iが流れ出すこととなる。こ
れが電流オペアンプの出力電流I1=3Iである。以上
が図2に例示した電流オペアンプ12の詳細である。The drain of the N-channel MOS transistor N7 is connected to the P-channel MOS transistor P
7 is connected to the drain. Where P channel M
As described above, the drain current 3 is applied to the OS transistor P7.
I20 + 3I flows. On the other hand, the constant current 3I20 from the constant current source CC4 flows through the N-channel MOS transistor N7. Therefore, the current 3I flows from the connection point between the drains of the N-channel MOS transistor N7 and the P-channel MOS transistor P7 to the outside. This is the output current I1 = 3I of the current operational amplifier. The above is the details of the current operational amplifier 12 illustrated in FIG.
【0030】図1において、電流オペアンプ12におけ
る電流I1の出力端子は、抵抗21およびキャパシタ2
2を介して接地されている。また、この電流I1の出力
端子と、この移相回路の出力端子40との間には抵抗2
3が介挿されている。一方、電流オペアンプ11におけ
る電流I2の出力端子は、キャパシタ31を介して接地
されている。また、この電流I2の出力端子と、この移
相回路の出力端子40との間には抵抗32が介挿されて
いる。ここで、抵抗21は抵抗値R1を有しており、抵
抗23はその2倍の抵抗値R2=2R1を有している。ま
た、キャパシタ22の容量値C1は、キャパシタ31の
容量値C2よりも大きい。そして、抵抗32は抵抗値R3
を有しており、この抵抗32とキャパシタ31とからな
る時定数回路の時定数C2R3は、抵抗21とキャパシタ
22とからなる時定数回路の時定数C1R1に比べて十分
に小さな値となっている。以上が本実施形態に係る移相
回路の構成の詳細である。In FIG. 1, the output terminal of the current I1 in the current operational amplifier 12 is a resistor 21 and a capacitor 2
2 is grounded. A resistor 2 is connected between the output terminal of the current I1 and the output terminal 40 of the phase shift circuit.
3 is inserted. On the other hand, the output terminal of the current I2 in the current operational amplifier 11 is grounded via the capacitor 31. Further, a resistor 32 is interposed between the output terminal of the current I2 and the output terminal 40 of the phase shift circuit. Here, the resistor 21 has a resistance value R1, and the resistor 23 has a resistance value R2 = 2R1 which is twice as large. The capacitance C1 of the capacitor 22 is larger than the capacitance C2 of the capacitor 31. The resistor 32 has a resistance value R3
The time constant C2R3 of the time constant circuit including the resistor 32 and the capacitor 31 is sufficiently smaller than the time constant C1R1 of the time constant circuit including the resistor 21 and the capacitor 22. . The above is the details of the configuration of the phase shift circuit according to the present embodiment.
【0031】次にこの移相回路の動作について説明す
る。まず、電流オペアンプ12の出力電流I1は、抵抗
21およびキャパシタ22からなる時定数回路と抵抗2
3とに分流する。ここで、抵抗23に流れる電流IAを
求めると、次のようになる。 IA =(I1/((1/(R1+(1/jωC1)))+(1/R2)))(1/R2) =I1(1+jωC1R1)/(1+jωC1(R1+R2)) =3I(1+jωC1R1)/(1+jωC1(R1+R2)) =3I(1+jωC1R1)/(1+3jωC1R1) ……(7) ただし、上記式(7)において、ωは入力電流Iの角周
波数を表している。Next, the operation of the phase shift circuit will be described. First, the output current I1 of the current operational amplifier 12 is expressed by a time constant circuit comprising a resistor 21 and a capacitor 22 and a resistor 2
Divide into three. Here, the current IA flowing through the resistor 23 is obtained as follows. IA = (I1 / ((1 / (R1 + (1 / jωC1))) + (1 / R2))) (1 / R2) = I1 (1 + jωC1R1) / (1 + jωC1 (R1 + R2)) = 3I (1 + jωC1R1) / ( 1 + jωC1 (R1 + R2)) = 3I (1 + jωC1R1) / (1 + 3jωC1R1) (7) In the above equation (7), ω represents the angular frequency of the input current I.
【0032】一方、電流オペアンプ12の出力電流I2
は、キャパシタ31と抵抗32とに分流する。ここで、
抵抗33に流れる電流IBを求めると、次のようにな
る。 IB =(I2/(jωC2+(1/R3)))(1/R3) =I2/(1+jωC2R3) =−2I/(1+jωC2R3) ……(8)On the other hand, the output current I 2 of the current operational amplifier 12
Is shunted to the capacitor 31 and the resistor 32. here,
The current IB flowing through the resistor 33 is obtained as follows. IB = (I2 / (jωC2 + (1 / R3))) (1 / R3) = I2 / (1 + jωC2R3) = − 2I / (1 + jωC2R3) (8)
【0033】従って、出力端子40から出力される移相
回路の出力電流IOUTは、次のようになる。 IOUT =IA+IB =3I(1+jωC1R1)/(1+3jωC1R1) −2I/(1+jωC2R3) =I(1−3ω2C1C2R1R3 −jω(3C1R1−3C2R3))/(1−3ω2C1C2R1R3 +jω(3C1R1+C2R3)) =I(A−jP)/(A+jQ) ……(9)Therefore, the output current IOUT of the phase shift circuit output from the output terminal 40 is as follows. IOUT = IA + IB = 3I (1 + j.omega.C1R1) / (1 + 3j.omega.C1R1) -2I / (1 + j.omega.C2R3) = I (1-3.omega.2C1C2R1R3 -j.omega. (3C1R1-3C2R3) / (1-3.omega.2C1R2C3R1) (A + jQ) (9)
【0034】ただし、上記式(9)において、 A=1−3ω2C1C2R1R3 ……(10) P=ω(3C1R1−3C2R3) ……(11) Q=ω(3C1R1+C2R3) ……(12) である。However, in the above equation (9), A = 1-3ω2C1C2R1R3 (10) P = ω (3C1R1-3C2R3) (11) Q = ω (3C1R1 + C2R3) (12)
【0035】そして、式(9)から移相回路における入
力電流Iと出力電流IOUTとの間の伝達関数Hを求める
と次のようになる。 H=IOUT/I =(A−jP)/(A+jQ) ……(13)Then, a transfer function H between the input current I and the output current IOUT in the phase shift circuit is obtained from the equation (9) as follows. H = IOUT / I = (A-jP) / (A + jQ) (13)
【0036】次に移相回路の位相シフト量θについて説
明する。まず、上記式(13)に示す伝達関数Hから次
式に示すように位相シフト量θを求めることができる。 θ=arg(H) =−tan-1P/A−tan-1Q/A =θ1+θ2 ……(14) ただし、上記式(14)において、 θ1=−tan-1P/A ……(15) θ2=−tan-1Q/A ……(16) である。Next, the phase shift amount θ of the phase shift circuit will be described. First, the phase shift amount θ can be obtained from the transfer function H shown in the above equation (13) as shown in the following equation. θ = arg (H) = − tan−1 P / A−tan−1 Q / A = θ1 + θ2 (14) where, in the above equation (14), θ1 = −tan−1P / A (15) θ2 = -Tan-1Q / A (16)
【0037】上記式(10)〜(16)より、角周波数
ωを0から∞まで変化させたときの位相シフト量θの変
化の態様は次のようなものとなる。From the above equations (10) to (16), the manner of change of the phase shift amount θ when the angular frequency ω is changed from 0 to ∞ is as follows.
【0038】まず、角周波数ωが0であるとき、A=
1、P=0、Q=0となる。従って、上記式(14)に
おけるθ1およびθ2はいずれも0となり、移相回路の位
相シフト量θは0となる。First, when the angular frequency ω is 0, A =
1, P = 0 and Q = 0. Accordingly, both θ1 and θ2 in the above equation (14) become 0, and the phase shift amount θ of the phase shift circuit becomes 0.
【0039】次に角周波数ωが0からω0=1/√(3
C1C2R1R3)までの区間内にある場合について説明す
る。この区間では、Aはωの増加により1から0まで変
化し、PおよびQは0から直線的に増加してゆくため、
P/AおよびQ/Aは角周波数ωの増加に応じて0から
∞まで変化することとなる。従って、θ1およびθ2は、
いずれも角周波数ωの増加に応じて0から−π/2まで
変化し、移相回路の位相シフト量θは0から−πまで変
化することとなる。Next, when the angular frequency ω is 0, ω0 = 1 / √ (3
A case in which the distance is within the section up to C1C2R1R3) will be described. In this section, A changes from 1 to 0 as ω increases, and P and Q increase linearly from 0,
P / A and Q / A will change from 0 to ∞ as the angular frequency ω increases. Therefore, θ1 and θ2 are
In any case, the phase shift circuit changes from 0 to -π / 2 according to the increase of the angular frequency ω, and the phase shift amount θ of the phase shift circuit changes from 0 to -π.
【0040】次に角周波数ωが上記ω0から∞までの区
間内にある場合について説明する。この区間では、Aは
ωの増加により0から−∞まで変化し、PおよびQは直
線的に増加してゆくため、P/AおよびQ/Aは角周波
数ωの増加に応じて−∞から0まで変化することとな
る。。従って、この区間においてθ1およびθ2は、いず
れも角周波数ωの増加に応じて−π/2から−πまで変
化し、移相回路の位相シフト量θは−πから−2πまで
変化することとなる。Next, the case where the angular frequency ω is within the section from ω0 to ∞ will be described. In this section, A changes from 0 to −∞ with an increase in ω, and P and Q increase linearly, so that P / A and Q / A change from −∞ with an increase in the angular frequency ω. It will change to zero. . Therefore, in this section, both θ1 and θ2 change from −π / 2 to −π in accordance with the increase of the angular frequency ω, and the phase shift amount θ of the phase shift circuit changes from −π to −2π. Become.
【0041】このように、本実施形態によれば、図3に
示すように周波数の変化に応じて0〜−2πまで位相シ
フト量θが変化する周波数特性が得られるのである。As described above, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, a frequency characteristic in which the phase shift amount θ changes from 0 to −2π according to the change in frequency is obtained.
【0042】次に移相回路のゲインGについて説明す
る。まず、上記式(13)に示す伝達関数Hから次式に
示すようにゲインGを求めることができる。 G =|H| =|(A−jP)/(A+jQ)| =|A−jP|/|A+jQ| =√(A2+P2)/√(A2+Q2) ……(17)Next, the gain G of the phase shift circuit will be described. First, the gain G can be obtained from the transfer function H shown in the above equation (13) as shown in the following equation. G = | H | = | (A-jP) / (A + jQ) | = | A-jP | / | A + jQ | = √ (A2 + P2) / √ (A2 + Q2) (17)
【0043】上記式(17)におけるPおよびQは上記
式(11)および(12)により与えられるが、本実施
形態において時定数C2R3は時定数C1R1に比べて十分
に小さな値となっている。従って、PとQはほぼ等しい
と考えて差し支えなく、上記式(17)においてゲイン
Gは全周波数帯域を通じて1となる。P and Q in the above equation (17) are given by the above equations (11) and (12). In this embodiment, the time constant C2R3 is a value sufficiently smaller than the time constant C1R1. Therefore, P and Q may be considered to be substantially equal, and the gain G in the above equation (17) is 1 throughout the entire frequency band.
【0044】以上説明したように、本実施形態に係る移
相回路では、入力信号の周波数により当該入力信号から
0〜−2πの範囲で位相がシフトされた出力電流IOUT
が得られ、かつ、入力信号と出力電流との間のゲインは
全周波数帯域を通じてほぼ一定値が維持される。As described above, in the phase shift circuit according to the present embodiment, the output current IOUT whose phase is shifted in the range of 0 to -2π from the input signal by the frequency of the input signal.
Is obtained, and the gain between the input signal and the output current is maintained substantially constant throughout the entire frequency band.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来のものよりも素子数が少なくて安価であり、0
〜−2πまでの位相シフトが可能な移相回路が得られる
という効果がある。As described above, according to the present invention, the number of elements is smaller and the cost is lower than that of the conventional one, and
There is an effect that a phase shift circuit capable of phase shifting up to -2π is obtained.
【図1】 この発明の一実施形態である移相回路の構成
を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a phase shift circuit according to an embodiment of the present invention.
【図2】 同実施形態における電流オペアンプの構成例
を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a current operational amplifier according to the first embodiment.
【図3】 同実施形態における位相シフト量の周波数特
性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a frequency characteristic of a phase shift amount in the embodiment.
【図4】 オールパスフィルタの構成例を示す回路図で
ある。FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an all-pass filter.
【図5】 同オールパスフィルタの位相シフト量の周波
数特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a frequency characteristic of a phase shift amount of the all-pass filter.
【図6】 オールパスフィルタを2段縦続接続した従来
の移相回路の構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional phase shift circuit in which all-pass filters are cascaded in two stages.
【図7】 同移相回路の位相シフト量の周波数特性を示
す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a frequency characteristic of a phase shift amount of the phase shift circuit.
10……入力端子、11……入力抵抗、12……電流オ
ペアンプ(電流出力型演算増幅器)、21……第1の抵
抗、22……第1のキャパシタ、23……第2の抵抗、
31……第2のキャパシタ、32……第3の抵抗、40
……出力端子。10 input terminal, 11 input resistance, 12 current operational amplifier (current output type operational amplifier), 21 first resistor, 22 first capacitor, 23 second resistor,
31 ... second capacitor, 32 ... third resistor, 40
…… Output terminal.
Claims (1)
力信号の位相をシフトして出力端子から出力する移相回
路において、 前記入力信号に比例した第1の出力電流および該第1の
出力電流の2/3倍の大きさであり、かつ、該第1の出
力電流と逆相の第2の出力電流を出力する電流出力型演
算増幅器と、 第1の抵抗および第1のキャパシタを直列接続してな
り、前記第1の出力電流の一部を通過させる第1の時定
数回路と、 前記第1の出力電流のうち前記第1の時定数回路に流れ
ない電流を前記出力端子に導く抵抗であって、前記第1
の抵抗の2倍の抵抗値を有する第2の抵抗と、 前記第2の出力電流の一部を通過させる第2のキャパシ
タと、 前記第2の出力電流のうち前記第2のキャパシタに流れ
ない電流を前記出力端子に導く第3の抵抗とを具備し、 前記第2のキャパシタおよび前記第3の抵抗により構成
される時定数を前記第1の時定数回路の時定数に比べて
小さくしたことを特徴とする移相回路。1. A phase shift circuit for shifting the phase of an input signal by an amount corresponding to the frequency of the input signal and outputting the shifted output signal from an output terminal, the first output current being proportional to the input signal and the first output being A current output type operational amplifier having a magnitude two thirds of the current and outputting a second output current having a phase opposite to that of the first output current, and a first resistor and a first capacitor connected in series A first time constant circuit that is connected to allow a part of the first output current to pass therethrough, and guides a current of the first output current that does not flow through the first time constant circuit to the output terminal. A resistor, wherein the first
A second resistor having a resistance value that is twice the resistance of the second output current, a second capacitor that allows a part of the second output current to pass through, and a second output current that does not flow through the second capacitor. A third resistor for guiding a current to the output terminal, wherein a time constant formed by the second capacitor and the third resistor is smaller than a time constant of the first time constant circuit. A phase shift circuit characterized by the following.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30133097A JP3166682B2 (en) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | Phase shift circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
| JPH11136091A JPH11136091A (en) | 1999-05-21 |
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