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JP5087103B2 - Fully differential switched capacitor filter circuit and A / D converter - Google Patents
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JP5087103B2 - Fully differential switched capacitor filter circuit and A / D converter - Google Patents

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Description

本発明は、全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路およびA/Dコンバーターに関し、特にアナログ入力信号のフィルタリング処理を行う全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路およびA/Dコンバーターに関する。   The present invention relates to a fully differential switched capacitor filter circuit and an A / D converter, and more particularly to a fully differential switched capacitor filter circuit and an A / D converter that perform filtering of an analog input signal.

従来より、IC(Integrated Circuit)やLSI(Large Scale Integrated)といった集積回路内に、アナログ信号に含まれるノイズ成分を除去、またはアナログ信号の周波数特性を変換するフィルタリング処理を行うためのフィルタ回路を実現する場合、例えば図4に示すようなスイッチトキャパシタフィルタ(SCF;Switched Capacitor Filter)回路が広く用いられてきた。   Conventionally, a filter circuit for removing a noise component contained in an analog signal or performing a filtering process for converting the frequency characteristic of the analog signal in an integrated circuit such as an IC (Integrated Circuit) or LSI (Large Scale Integrated) is realized. In this case, for example, a switched capacitor filter (SCF) circuit as shown in FIG. 4 has been widely used.

SCF回路においては、フィルタを構成するために必要な抵抗とキャパシタのうちの抵抗を、スイッチとキャパシタとの組み合わせにより実現することから、フィルタ回路のカットオフ周波数やゲインといった主特性をキャパシタの相対値により決定することができる。従って、このようなSCF回路を用いることによって、抵抗とキャパシタの絶対値でフィルタの特性が決定される通常のR・Cフィルタに比べて、高精度のフィルタ回路を集積回路内に実現することができる。   In the SCF circuit, the resistance required for configuring the filter and the resistance of the capacitor are realized by a combination of the switch and the capacitor, so that the main characteristics such as the cut-off frequency and gain of the filter circuit are represented by the relative values of the capacitors. Can be determined. Therefore, by using such an SCF circuit, it is possible to realize a highly accurate filter circuit in an integrated circuit as compared with a normal R / C filter whose filter characteristics are determined by the absolute values of a resistor and a capacitor. it can.

特に、アナログ信号であっても、音楽等の高品位なアナログ信号を扱うために用いられるSCF回路には、出力信号の歪みが極めて少なく、高S/Nであることが求められる。
このため、図4に示したSCF回路のように、回路構成を全差動回路とすると共に、サンプリングキャパシタC1a,C1bの容量Cを大きくしたり、SCF回路100の動作周波数fを高くしたりするといったことが行われてきた。
In particular, even for an analog signal, an SCF circuit used for handling high-quality analog signals such as music is required to have a very low distortion of an output signal and a high S / N.
Therefore, as in the SCF circuit shown in FIG. 4, the circuit configuration is a fully differential circuit, the capacitance C of the sampling capacitors C1a and C1b is increased, and the operating frequency f of the SCF circuit 100 is increased. It has been done.

図4に示したSCF回路100を動作周波数fで動作させた場合、サンプリングキャパシタC1a,C1bの容量をCとすると、回路の入力インピーダンスは1/(C・f)の抵抗と等価と考えることができる。従って、高S/N比を得る目的で、サンプリングキャパシタC1a,C1bの容量Cを大きくしたり、SCF回路100の動作周波数fを高くしたりするといったことは、SCF回路100の入力インピーダンスを小さくすることになる。このため、SCF回路100の入力側に入力回路として、例えばシングルエンド差動変換回路を接続する場合には、出力インピーダンスが小さいシングルエンド差動変換回路を接続する必要があった。このため、高性能なSCF回路であっても、SCF回路の性能を十分に引き出すことが困難であった。   When the SCF circuit 100 shown in FIG. 4 is operated at the operating frequency f, if the capacitances of the sampling capacitors C1a and C1b are C, the input impedance of the circuit can be considered equivalent to a resistance of 1 / (C · f). it can. Therefore, for the purpose of obtaining a high S / N ratio, increasing the capacitance C of the sampling capacitors C1a and C1b or increasing the operating frequency f of the SCF circuit 100 reduces the input impedance of the SCF circuit 100. It will be. For this reason, when, for example, a single-end differential conversion circuit is connected as an input circuit to the input side of the SCF circuit 100, it is necessary to connect a single-end differential conversion circuit having a small output impedance. For this reason, it has been difficult to bring out the performance of the SCF circuit sufficiently even with a high-performance SCF circuit.

そこで、下記の特許文献1に記載の全差動型スイッチトキャパシタ回路においては、SCF回路のS/N比をさらに改善するために、大きな容量をもつサンプリングキャパシタを用いたり、クロック周波数の高速化を図ったりすることによりSCF回路のノイズレベルを下げるだけではなく、等価的にSCF回路への入力信号レベルが大きくなるように入力信号のサンプリング方法を改善している。   Therefore, in the fully differential switched capacitor circuit described in Patent Document 1 below, in order to further improve the S / N ratio of the SCF circuit, a sampling capacitor having a large capacity is used, or the clock frequency is increased. In addition to lowering the noise level of the SCF circuit, the input signal sampling method is improved so that the input signal level to the SCF circuit is equivalently increased.

図5を参照して、従来のSCF回路の構成を説明する。図5は、従来のSCF回路による全差動積分器の構成を示す回路構成図である。
図5に示すSCF回路200は、入力回路の一例としてシングルエンド差動変換回路300の後段に接続される。シングルエンド差動変換回路300は、オペアンプAMP2,AMP3および抵抗R1a,R1b,R2a,R2bを備えて構成される。シングルエンド差動変換回路300は、アナログ入力信号VinをSCF回路200に入力するために、アナログ入力信号Vinをシングルエンド差動変換して、アナログ入力信号Vinと同相の非反転信号Vinpと、アナログ入力信号Vinと180度位相がずれた反転信号Vinnを出力する回路である。
The configuration of a conventional SCF circuit will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing the configuration of a fully differential integrator using a conventional SCF circuit.
The SCF circuit 200 illustrated in FIG. 5 is connected to the subsequent stage of the single-ended differential conversion circuit 300 as an example of an input circuit. The single-ended differential conversion circuit 300 includes operational amplifiers AMP2 and AMP3 and resistors R1a, R1b, R2a, and R2b. In order to input the analog input signal Vin to the SCF circuit 200, the single-end differential conversion circuit 300 performs single-end differential conversion on the analog input signal Vin, and a non-inverted signal Vinp having the same phase as the analog input signal Vin. This circuit outputs an inverted signal Vinn that is 180 degrees out of phase with the input signal Vin.

SCF回路200は、非反転信号入力端子VINp、反転信号入力端子VINn、MOSトランジスタSW1a〜SW4a,SW1b〜SW4b、サンプリングキャパシタC1a,C1b、オペアンプAMP、積分キャパシタC2a,C2b、非反転信号出力端子VOUTp、および反転信号出力端子VOUTnを備えて構成される。
非反転信号入力端子VINpは、シングルエンド差動変換回路300から出力された非反転入力信号Vinpを入力する。
The SCF circuit 200 includes a non-inverted signal input terminal VINp, an inverted signal input terminal VINn, MOS transistors SW1a to SW4a, SW1b to SW4b, sampling capacitors C1a and C1b, an operational amplifier AMP, integration capacitors C2a and C2b, a non-inverted signal output terminal VOUTp, And an inverted signal output terminal VOUTn.
The non-inverted signal input terminal VINp receives the non-inverted input signal Vinp output from the single-ended differential conversion circuit 300.

反転信号入力端子VINnは、シングルエンド差動変換回路300から出力された反転入力信号Vinnを入力する。
MOSトランジスタSW1a〜SW4a,SW1b〜SW4bは、例えばクロック生成回路から出力されるクロック信号φ1〜φ2のH(HIGH)またはL(LOW)の信号レベルによって回路を開閉する。例えば、クロック信号φ1がLレベルからHレベルになったとき、これに対応するMOSトランジスタSW1a,SW1b,SW3a,SW3bが開(切断)状態から閉(接続)状態になる。
The inverted signal input terminal VINn receives the inverted input signal Vinn output from the single end differential conversion circuit 300.
The MOS transistors SW1a to SW4a and SW1b to SW4b open and close the circuits according to the signal level of H (HIGH) or L (LOW) of the clock signals φ1 to φ2 output from the clock generation circuit, for example. For example, when the clock signal φ1 changes from the L level to the H level, the corresponding MOS transistors SW1a, SW1b, SW3a, and SW3b change from the open (disconnected) state to the closed (connected) state.

サンプリングキャパシタC1a,C1bは、反転入力信号Vinnおよび非反転アナログ入力信号Vinpの電圧に対応する電荷をサンプリングする。
オペアンプAMPは、非反転入力端子VINpと反転入力端子VINnとの間の電位差によって、その電位差に対応する電圧を出力する全差動型のオペアンプである。
積分キャパシタC2a,C2bは、オペアンプAMPの入力端子と出力端子との間にそれぞれ接続され、サンプリングキャパシタC1a,C1bによってサンプリングされた電荷を受け取り、受け取った電荷に対応する電圧(積分値)を出力する。
The sampling capacitors C1a and C1b sample charges corresponding to the voltages of the inverting input signal Vinn and the non-inverting analog input signal Vinp.
The operational amplifier AMP is a fully differential operational amplifier that outputs a voltage corresponding to a potential difference between the non-inverting input terminal VINp and the inverting input terminal VINn.
The integration capacitors C2a and C2b are respectively connected between the input terminal and the output terminal of the operational amplifier AMP, receive the charges sampled by the sampling capacitors C1a and C1b, and output a voltage (integral value) corresponding to the received charges. .

非反転信号出力端子VOUTpは、オペアンプAMPから出力された非反転アナログ出力信号Voutpを出力する。
反転信号出力端子VOUTnは、オペアンプAMPから出力された反転アナログ出力信号Voutnを出力する。
なお、オペアンプAMP2,AMP3の非反転入力端子、およびMOSトランジスタSW3a,SW3bの一端は、基準(コモン)電圧VCOMに接続される。そして、SCF回路200において、基準電圧VCOM、非反転アナログ入力信号Vinpの電圧VINPおよび反転アナログ入力信号Vinnの電圧VINNに関しては、
VIN=VINP=−VINN ……(1)
(VINP+VINN)/2=VCOM ……(2)
の関係があるものとする。
The non-inverted signal output terminal VOUTp outputs the non-inverted analog output signal Voutp output from the operational amplifier AMP.
The inverted signal output terminal VOUTn outputs the inverted analog output signal Voutn output from the operational amplifier AMP.
Note that the non-inverting input terminals of the operational amplifiers AMP2 and AMP3 and one ends of the MOS transistors SW3a and SW3b are connected to a reference (common) voltage VCOM. In the SCF circuit 200, regarding the reference voltage VCOM, the voltage VINP of the non-inverted analog input signal Vinp, and the voltage VINN of the inverted analog input signal Vinn,
VIN = VINP = −VINN (1)
(VINP + VINN) / 2 = VCOM (2)
It shall be related.

続いて、図6を参照して、従来のSCF回路における回路動作を説明する。図6は、従来のSCF回路におけるクロック信号φ,φ1,φ2の出力信号波形を示すタイムチャートである。
図6に示すタイムチャートの縦軸は、例えばクロック生成回路から出力されるクロック信号φ,φ1,φ2をそれぞれ示し、横軸は時間を示す。
まず、サンプリングキャパシタC1aに対する回路動作のみについて説明する。なお、サンプリングキャパシタC1bに対する回路動作については後述する。
フェーズT0のとき、クロック信号φ1がLレベルになり、MOSトランジスタSW1a,SW3aが開状態になる。同時に、クロック信号φ2がHレベルになり、MOSトランジスタSW2a,SW4aが閉状態になる。
Next, the circuit operation in the conventional SCF circuit will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a time chart showing output signal waveforms of clock signals φ, φ1, and φ2 in a conventional SCF circuit.
For example, the vertical axis of the time chart shown in FIG. 6 indicates clock signals φ, φ1, and φ2 output from the clock generation circuit, and the horizontal axis indicates time.
First, only the circuit operation for the sampling capacitor C1a will be described. The circuit operation for the sampling capacitor C1b will be described later.
In the phase T0, the clock signal φ1 becomes L level, and the MOS transistors SW1a and SW3a are opened. At the same time, the clock signal φ2 becomes H level, and the MOS transistors SW2a and SW4a are closed.

このとき、サンプリングキャパシタC1aの入力側端子は非反転信号入力端子VINpに接続され、サンプリングキャパシタC1aの出力側端子はオペアンプAMPの反転入力端子にそれぞれ接続される。オペアンプAMPの非反転入力端子と反転入力端子との間の電位差は、理想的には0であり、基準電圧VCOMと一致している。従って、サンプリングキャパシタC1aの出力側端子の電圧は、MOSトランジスタSW3a,SW4aの開閉状態に関わらず常に基準電圧VCOMとなる。   At this time, the input side terminal of the sampling capacitor C1a is connected to the non-inverted signal input terminal VINp, and the output side terminal of the sampling capacitor C1a is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier AMP. The potential difference between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier AMP is ideally 0 and coincides with the reference voltage VCOM. Therefore, the voltage at the output terminal of the sampling capacitor C1a is always the reference voltage VCOM regardless of the open / closed state of the MOS transistors SW3a and SW4a.

フェーズT0からフェーズT1になったとき、クロック信号φ1がLレベルからにHレベルなり、MOSトランジスタSW1a,SW3aが閉状態になる。同時に、クロック信号φ2がHレベルからLレベルになり、MOSトランジスタSW2a,SW4aが開状態になる。
このとき、サンプリングキャパシタC1aの入力側端子の電圧は、入力電圧VINPから入力電圧VINNに変化するが、サンプリングキャパシタC1aの出力側端子の電位は基準電圧VCOMのままである。すなわち、サンプリングキャパシタC1aの容量をCとしたとき、オペアンプAMP2はサンプリングキャパシタC1aに対して、
C・(VINN−VINP) ……(3)
の電荷を充電したことになる。
When the phase T0 changes to the phase T1, the clock signal φ1 changes from L level to H level, and the MOS transistors SW1a and SW3a are closed. At the same time, the clock signal φ2 changes from the H level to the L level, and the MOS transistors SW2a and SW4a are opened.
At this time, the voltage at the input side terminal of the sampling capacitor C1a changes from the input voltage VINP to the input voltage VINN, but the potential at the output side terminal of the sampling capacitor C1a remains at the reference voltage VCOM. That is, when the capacitance of the sampling capacitor C1a is C, the operational amplifier AMP2 is compared with the sampling capacitor C1a.
C ・ (VINN−VINP) …… (3)
Is charged.

そして、フェーズT1からフェーズT2(=フェーズT0)になったとき、再度クロック信号φ1がHレベルからLレベルなり、MOSトランジスタSW1a,SW3aが開状態になる。同時に、クロック信号φ2がLレベルからHレベルになり、MOSトランジスタSW2a,SW4aが閉状態になる。サンプリングキャパシタC1aから積分キャパシタC2aに(3)式で示したC・(VINN−VINP)の電荷が転送される。 Then, when it becomes the phase T1 to the phase T2 (= phase T0), the clock signal φ1 again becomes H level to a L level, MOS transistors SW1a, is SW3a in the open state. At the same time, the clock signal φ2 changes from L level to H level, and the MOS transistors SW2a and SW4a are closed. The charge of C · (VINN−VINP) shown in the equation (3) is transferred from the sampling capacitor C1a to the integration capacitor C2a.

同様にして、サンプリングキャパシタC1bに対する回路動作について説明する。
フェーズT1からフェーズT2(=フェーズT0)になったとき、MOSトランジスタSW1b,SW3bが開き、MOSトランジスタSW2b,SW4bが閉じる。このとき、サンプリングキャパシタC1bの入力側端子の電位は入力電圧VINPから入力電圧VINNに変化する。すなわち、積分キャパシタC1bの容量をCとしたとき、オペアンプAMP2は、サンプリングキャパシタC1bに対して、
C・(VINN−VINP) ……(4)
の電荷を充電したことになる。
Similarly, the circuit operation for the sampling capacitor C1b will be described.
When the phase T1 is changed to the phase T2 (= phase T0), the MOS transistors SW1b and SW3b are opened, and the MOS transistors SW2b and SW4b are closed. At this time, the potential of the input side terminal of the sampling capacitor C1b changes from the input voltage VINP to the input voltage VINN. That is, when the capacitance of the integrating capacitor C1b is C, the operational amplifier AMP2 is compared with the sampling capacitor C1b.
C ・ (VINN−VINP) …… (4)
Is charged.

また、このとき、サンプリングキャパシタC1bから積分キャパシタC2bに、電荷量=C・(VINP−VINN)の電荷が転送される。
上述したとおり、キャパシタC1a,C1bからキャパシタC2a,C2bに電荷が転送される回数は1周期(クロック)に対してそれぞれ1回であるため、クロック信号φの周波数をfとすると、1秒間に積分キャパシタC2aに転送される電荷量は、
C・(VINN−VINP)・f=−(2・VIN)・C・f ……(5)
である。同様に、積分キャパシタC2bに転送される電荷量は、
C・(VINP−VINN)・f=(2・VIN)・C・f ……(6)
である。
At this time, the charge of the charge amount = C · (VINP−VINN) is transferred from the sampling capacitor C1b to the integration capacitor C2b.
As described above, the number of times charges are transferred from the capacitors C1a and C1b to the capacitors C2a and C2b is one for each period (clock). Therefore, if the frequency of the clock signal φ is f, integration is performed for one second. The amount of charge transferred to the capacitor C2a is
C · (VINN−VINP) · f = − (2 · VIN) · C · f (5)
It is. Similarly, the amount of charge transferred to the integrating capacitor C2b is
C · (VINP−VINN) · f = (2 · VIN) · C · f (6)
It is.

また、図4に示した通常のサンプリング動作方法で制御されるSCF回路100では、1秒間に積分キャパシタC2aに転送される電荷量は、
−(Vin)・C・f ……(7)
である。同様に、積分キャパシタC2bに転送される電荷量は、
(Vin)・C・f ……(8)
である。
つまり、SCF回路200は、図4に示した通常のサンプリング方法のSCF回路100と比較して、上述したサンプリング動作方法によって、入力されたアナログ入力信号レベルを等価的に2倍にすることで、S/N比を改善していた。SCF回路200は、図4に示した通常のサンプリング方法のSCF回路100と比較して、入力されたアナログ入力信号レベルを等価的に2倍にしたわけであるから、積分キャパシタに転送できる電荷量も2倍となっている。
In the SCF circuit 100 controlled by the normal sampling operation method shown in FIG. 4, the amount of charge transferred to the integration capacitor C2a per second is
-(Vin) · C · f (7)
It is. Similarly, the amount of charge transferred to the integrating capacitor C2b is
(Vin) ・ C ・ f ...... (8)
It is.
That is, the SCF circuit 200 equivalently doubles the input analog input signal level by the above-described sampling operation method as compared to the SCF circuit 100 of the normal sampling method shown in FIG. The S / N ratio was improved. Since the SCF circuit 200 equivalently doubles the input analog input signal level as compared with the SCF circuit 100 of the normal sampling method shown in FIG. 4, the amount of charge that can be transferred to the integration capacitor is also increased. It has doubled.

特開2008−79129号公報JP 2008-79129 A

一方で、オペアンプAMP2がキャパシタC1a,C1bに電荷を充電する回数は、1周期(クロック)に対してそれぞれ1回であるため、オペアンプAMP2が1周期に充電する電荷は
C・(VINN−VINP)・2・f=−(2・VIN)・C・(2・f)
……(9)
であり、オペアンプAMP2側からみたSCF回路200の入力インピーダンスは、
1/(4・C・f) ……(10)
となる。これに対して、図4に示した通常のサンプリング方法のSCF回路100の入力インピーダンスは、
1/(C・f) ……(11)
となる。従って、式(10)に示したSCF回路200の入力インピーダンスは、式(11)に示したSCF回路100の入力インピーダンスの1/4となる。
On the other hand, since the operational amplifier AMP2 charges the capacitors C1a and C1b once for each cycle (clock), the charge charged by the operational amplifier AMP2 in one cycle is C · (VINN−VINP).・ 2 ・ f = − (2 ・ VIN) ・ C ・ (2 ・ f)
...... (9)
The input impedance of the SCF circuit 200 seen from the operational amplifier AMP2 side is
1 / (4 · C · f) (10)
It becomes. On the other hand, the input impedance of the SCF circuit 100 of the normal sampling method shown in FIG.
1 / (C · f) (11)
It becomes. Therefore, the input impedance of the SCF circuit 200 shown in Expression (10) is ¼ of the input impedance of the SCF circuit 100 shown in Expression (11).

つまり、上述したSCF回路200においては、図4に示したSCF回路100と比較して、入力信号電圧を等価的に2倍とすることにより、サンプリングキャパシタC1a,C1bから積分キャパシタC2a,C2bに転送される電荷量を2倍にすることでS/N比が改善されているが、入力インピーダンスが1/4に減少している。このため、出力インピーダンスの小さい入力回路を用いることが要求されるため、SCF回路の本来の性能を十分に引き出すことが困難であった。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、入力インピーダンスが高く、ノイズや歪みの少ない出力信号を得ることのできる全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路およびA/Dコンバーターを提供することを目的とする。
In other words, in the SCF circuit 200 described above, the input signal voltage is equivalently doubled compared to the SCF circuit 100 shown in FIG. 4 to transfer from the sampling capacitors C1a and C1b to the integrating capacitors C2a and C2b. Although the S / N ratio is improved by doubling the amount of charge generated, the input impedance is reduced to ¼. For this reason, since it is required to use an input circuit having a small output impedance, it has been difficult to sufficiently bring out the original performance of the SCF circuit.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fully differential switched capacitor filter circuit and an A / D converter that can obtain an output signal with high input impedance and low noise and distortion. .

本発明に係る全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路およびA/Dコンバーターは、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
本発明に係る第1の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路は、アナログ信号のフィルタリング処理を行う全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路であって、第1のアナログ信号を入力する第1の信号入力端子と、第2のアナログ信号を入力する第2の信号入力端子と、前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第1のサンプリングキャパシタと、前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第2のサンプリングキャパシタと、反転入力端子および非反転入力端子を有する全差動オペアンプと、前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子と反転出力端子との間に接続される第1の帰還回路と、前記全差動オペアンプの前記反転入力端子と非反転出力端子との間に接続される第2の帰還回路と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続される第1の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続される第2の接続状態と、を切り替える第1の切替手段と、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの出力端子が基準電圧に接続される第3の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続される第4の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続される第5の接続状態と、を切り替える第2の切替手段と、前記第1および第2の切替手段の切り替えをそれぞれ制御する切替制御手段と、を備え、前記切替制御手段第1のフェーズにおいて、前記第1および第3の接続状態とし、前記第1のフェーズの直後の第2のフェーズにおいて、前記第2および第4の接続状態とし、前記第2のフェーズの直後の第3のフェーズにおいて、前記第2および第3の接続状態とし、前記第3のフェーズの直後の第4のフェーズにおいて、前記第1および第5の接続状態とするように、前記第1および第2の切替手段の切り替えをそれぞれ制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fully differential switched capacitor filter circuit and an A / D converter according to the present invention are configured as follows.
A first fully differential switched capacitor filter circuit according to the present invention is a fully differential switched capacitor filter circuit that performs filtering processing of an analog signal, and is a first signal input terminal that inputs the first analog signal. When samples a second signal input terminal, the first or second signal input from the input terminal a first or charges corresponding to the voltage of the second analog signal to be input to the second analog signal a first sampling capacitor, a second sampling capacitor for sampling the charge corresponding to the voltage of the first or second said input from the signal input terminal of the first or second analog signal, an inverting input terminal and and fully differential operational amplifier having a non-inverting input terminal, between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of the fully differential operational amplifier A first feedback circuit connected, said second feedback circuit connected between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal of the fully differential operational amplifier, the input terminal of the first sampling capacitor the A first connection state in which the input terminal of the second sampling capacitor is connected to the second signal input terminal and the input terminal of the first sampling capacitor is connected to the first signal input terminal; First switching means for switching between a second connection state connected to the second signal input terminal and an input terminal of the second sampling capacitor connected to the first signal input terminal; and A third connection state in which an output terminal of the second sampling capacitor is connected to a reference voltage; and an output terminal of the first sampling capacitor is connected to the counter of the fully differential operational amplifier. A fourth connection state in which the output terminal of the second sampling capacitor is connected to the non-inverting input terminal of the fully differential operational amplifier; and the output terminal of the first sampling capacitor is connected to the input terminal. A second switch for switching between a fifth connection state connected to the non-inverting input terminal of the differential operational amplifier and an output terminal of the second sampling capacitor connected to the inverting input terminal of the fully differential operational amplifier; and means, and a switching control means for controlling each switching of said first and second switching means, said switching control means, in a first phase, and the first and third connection state, the In the second phase immediately after the first phase, the second and fourth connection states are established, and in the third phase immediately after the second phase. The first and second switching means are set to the second and third connection states, and in the fourth phase immediately after the third phase, the first and fifth connection states are set. and controls switching respectively.

上記の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路によれば、第1および第2の切替手段によって、第1〜4のフェーズで下記の各動作を行うための接続状態にすることが可能となる。まず、第1のフェーズにおいて、第1のサンプリングキャパシタに第1の入力信号の電圧に対応する電荷、第2のサンプリングキャパシタに第2の入力信号の電圧に対応する電荷をそれぞれサンプリングする。第2のフェーズにおいて、各サンプリングキャパシタにサンプリングされた電荷のうち、第1の入力信号と第2の入力信号との差分電圧に対応する電荷を一方の帰還回路に転送する。また、第2の入力信号と第1の入力信号との差分電圧に対応する電荷を他方の帰還回路に転送する。第3のフェーズにおいて、オペアンプの非反転入力端子と反転入力端子の電圧は、基準電圧と一致している状態にある。従って、接続を切り替えることによって、各キャパシタに電荷が移動せず、このフェーズではキャパシタに電荷を充電および転送しない。第4のフェーズにおいて、各サンプリングキャパシタにサンプリングされた電荷のうち、第2の入力信号と第1の入力信号との差分電圧に対応する電荷を他方の帰還回路に転送する。また、第1の入力信号と第2の入力信号との差分電圧に対応する電荷を一方の帰還回路に転送する。   According to the above-described fully differential switched capacitor filter circuit, the first and second switching means can be connected to perform the following operations in the first to fourth phases. First, in the first phase, the charge corresponding to the voltage of the first input signal is sampled in the first sampling capacitor, and the charge corresponding to the voltage of the second input signal is sampled in the second sampling capacitor. In the second phase, the charge corresponding to the differential voltage between the first input signal and the second input signal among the charges sampled in each sampling capacitor is transferred to one feedback circuit. Further, the charge corresponding to the differential voltage between the second input signal and the first input signal is transferred to the other feedback circuit. In the third phase, the voltages at the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier are in agreement with the reference voltage. Therefore, by switching the connection, the charge does not move to each capacitor, and the charge is not charged and transferred to the capacitor in this phase. In the fourth phase, the charge corresponding to the differential voltage between the second input signal and the first input signal among the charges sampled in each sampling capacitor is transferred to the other feedback circuit. In addition, the charge corresponding to the differential voltage between the first input signal and the second input signal is transferred to one feedback circuit.

つまり、第1のフェーズから第4のフェーズまでの一連の動作を行うクロック周波数の2周期間あたりで、第2のフェーズおよび第4のフェーズにおいて全差動オペアンプがサンプリングキャパシタに充電する電荷量、すなわちサンプリングキャパシタから帰還回路に対して転送する電荷量は同じであるが、充電回数を1周期毎で1回にすることで、全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路の入力インピーダンスを2倍にすることが可能となる。   That is, the amount of charge that the fully differential operational amplifier charges the sampling capacitor in the second phase and the fourth phase around two cycles of the clock frequency for performing a series of operations from the first phase to the fourth phase, That is, the amount of charge transferred from the sampling capacitor to the feedback circuit is the same, but the input impedance of the fully differential switched capacitor filter circuit is doubled by setting the number of times of charging once per cycle. Is possible.

本発明に係る第の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路は、アナログ信号のフィルタリング処理を行う全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路であって、第1のアナログ信号を入力する第1の信号入力端子と、第2のアナログ信号を入力する第2の信号入力端子と、前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第1のサンプリングキャパシタと、前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第2のサンプリングキャパシタと、反転入力端子および非反転入力端子を有する全差動オペアンプと、前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子と反転出力端子との間に接続される第1の帰還回路と、前記全差動オペアンプの前記反転入力端子と非反転出力端子との間に接続される第2の帰還回路と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続される第1の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続される第2の接続状態と、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1および第2の信号入力端子のいずれにも接続されない非接続状態と、を切り替える第1の切替手段と、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの出力端子が基準電圧に接続される第3の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続される第4の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続される第5の接続状態と、を切り替える第2の切替手段と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と、前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とが同電位になるよう接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と、前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とを接続しない状態とを切り替える第3の切替手段と、前記第1、第2および第3の切替手段の切り替えをそれぞれ制御する切替制御手段と、を備え、前記切替制御手段は、第1のフェーズにおいて、前記第1および第3の接続状態とし、前記第1のフェーズの直後の第2のフェーズは前半のフェーズと後半のフェーズとを含み、前記第2のフェーズの前半のフェーズにおいて、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1および第2の信号入力端子のいずれにも接続されない前記非接続状態および前記第4の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とが同電位となるように互いに接続し、前記第2のフェーズの後半のフェーズにおいて、前記第2および第4の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とを互いに接続せず、前記第2のフェーズの直後の第3のフェーズにおいて、前記第2および第3の接続状態とし、前記第3のフェーズの直後の第4のフェーズは前半のフェーズと後半のフェーズとを含み、前記第4のフェーズの前半のフェーズにおいて、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1および第2の信号入力端子のいずれにも接続されない前記非接続状態および前記第5の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とが同電位となるように互いに接続し、前記第4のフェーズの後半のフェーズにおいて、前記第1および第5の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とを互いに接続しないように、前記第1、第2および第3の切替手段の切り替えをそれぞれ制御することを特徴とする。
上記の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路によれば、第3の切替手段を用いて、サンプリングキャパシタを相互に接続することが可能となる。
A second fully differential switched capacitor filter circuit according to the present invention is a fully differential switched capacitor filter circuit that performs filtering processing of an analog signal, and is a first signal input terminal that inputs a first analog signal. A second signal input terminal for inputting a second analog signal, and a charge corresponding to the voltage of the first or second analog signal input from the first or second signal input terminal. A first sampling capacitor; a second sampling capacitor that samples a charge corresponding to a voltage of the first or second analog signal input from the first or second signal input terminal; an inverting input terminal; A fully differential operational amplifier having a non-inverting input terminal and between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of the fully differential operational amplifier A first feedback circuit connected; a second feedback circuit connected between the inverting input terminal and a non-inverting output terminal of the fully differential operational amplifier; and an input terminal of the first sampling capacitor comprising: A first connection state in which the input terminal of the second sampling capacitor is connected to the second signal input terminal and the input terminal of the first sampling capacitor is connected to the first signal input terminal; And a second connection state in which the input terminal of the second sampling capacitor is connected to the first signal input terminal, and the input terminals of the first and second sampling capacitors are First switching means for switching between a non-connected state not connected to any of the first and second signal input terminals, and the first and second sampling capacitors. A third connection state in which the output terminal of the first sampling capacitor is connected to the inverting input terminal of the fully-differential operational amplifier and the output terminal of the second sampling capacitor. Is connected to the non-inverting input terminal of the fully-differential operational amplifier, and the output terminal of the first sampling capacitor is connected to the non-inverting input terminal of the fully-differential operational amplifier and the first Second switching means for switching between a fifth connection state in which an output terminal of the second sampling capacitor is connected to the inverting input terminal of the fully differential operational amplifier, an input terminal of the first sampling capacitor, A connection state in which the input terminal of the second sampling capacitor has the same potential; and an input terminal of the first sampling capacitor; , A third switching means for switching a state in which the input terminal of the second sampling capacitor is not connected, and a switching control means for controlling switching of the first, second and third switching means, respectively. The switching control means sets the first and third connection states in the first phase, and the second phase immediately after the first phase includes a first half phase and a second half phase . in first half phase of the two phases, the non-connected state and the fourth connection state not connected to any of said first and second said input terminal of the sampling capacitor of the first and second signal input terminals with the, by said third switching means, an input terminal of the input terminal of the first sampling capacitor and the second sampling capacitor is the same Position and so as to connect with each other, in the second half of the phase of the second phase, the second and with the fourth connection state, by the third switching means, the input terminal of the first sampling capacitor And the input terminal of the second sampling capacitor are not connected to each other, and in the third phase immediately after the second phase, the second and third connection states are set, and immediately after the third phase. the fourth phase comprises a first half of the phase and the late phase, the first in the fourth first half phase of phase, the first and second input terminals the first and second signal inputs of the sampling capacitor both When the disconnected state and the fifth connection state not connected to any terminal, by said third switching means, the first sample Connect manner to each other and an input terminal of the input terminal of the ring capacitor second sampling capacitor have the same potential, in the second half of the phase of the fourth phase, with the connection state of the first and fifth , Switching of the first, second and third switching means so that the input terminal of the first sampling capacitor and the input terminal of the second sampling capacitor are not connected to each other by the third switching means. Each of these is controlled.
According to the above fully differential switched capacitor filter circuit, the sampling capacitors can be connected to each other using the third switching means.

本発明に係る第の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路は、第1および第2の帰還回路は、キャパシタのみ、またはスイッチとキャパシタとから構成されることを特徴とする。
すなわち、上記の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路によれば、例えばローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、オールパスフィルタまたは積分回路を構成する際にも、全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路の入力インピーダンスを2倍としたままで構成することが可能となる。
The third fully differential switched capacitor filter circuit according to the present invention is characterized in that the first and second feedback circuits are composed of only a capacitor or a switch and a capacitor.
That is, according to the fully differential switched capacitor filter circuit described above, the input impedance of the fully differential switched capacitor filter circuit is doubled even when, for example, a low-pass filter, a high-pass filter, an all-pass filter or an integrating circuit is configured. It is possible to configure as it is.

本発明に係るA/Dコンバーターは、上記第1〜第のいずれか1つの全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路と、シングルエンドアナログ信号を差動アナログ信号に変換して、当該差動アナログ信号を全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路に出力するシングルエンド差動変換回路と、全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路によってフィルタリング処理されたアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、を備えることを特徴とする。
本発明に係るA/Dコンバーターによれば、上述した全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路を備えて構成されるものであるため、入力回路の出力インピーダンスを小さくしなくても、ノイズや歪みの少ない出力信号を得ることが可能となる。
An A / D converter according to the present invention converts any one of the first to third fully differential switched capacitor filter circuits and a single-ended analog signal into a differential analog signal, and the differential analog signal And a single-ended differential conversion circuit that outputs the signal to the fully differential switched capacitor filter circuit, and an A / D conversion circuit that converts the analog signal filtered by the fully differential switched capacitor filter circuit into a digital signal. It is characterized by that.
According to the A / D converter of the present invention, since it is configured to include the above-described fully differential switched capacitor filter circuit, there is little noise and distortion without reducing the output impedance of the input circuit. An output signal can be obtained.

本発明における全差動型スイッチトキャパシタフィルタ(SCF)回路によれば、入力回路の出力インピーダンスを小さくしなくても、SCF回路の本来の性能を十分に発揮して、ノイズや歪みの少ない出力信号を得ることができる。
また、SCF回路の構成を大きく変更しなくても、サンプリングキャパシタから積分キャパシタに転送される電荷量を変えずに、SCF回路の入力インピーダンスを大きくすることができる。
また、本発明に係るA/Dコンバーターによれば、上記のSCF回路を用いてフィルタリング処理されたアナログ信号をA/D変換回路に入力するため、A/D変換回路で高精度に信号処理を行うことができる。
According to the fully-differential switched capacitor filter (SCF) circuit of the present invention, an output signal with less noise and distortion can be obtained by fully exhibiting the original performance of the SCF circuit without reducing the output impedance of the input circuit. Can be obtained.
Further, the input impedance of the SCF circuit can be increased without changing the amount of charge transferred from the sampling capacitor to the integration capacitor without greatly changing the configuration of the SCF circuit.
In addition, according to the A / D converter of the present invention, the analog signal filtered using the above SCF circuit is input to the A / D conversion circuit, so that the A / D conversion circuit performs signal processing with high accuracy. It can be carried out.

本発明に係る全差動型スイッチトキャパシタ回路を適用して構成されるA/Dコンバーターの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the A / D converter comprised by applying the fully differential switched capacitor circuit based on this invention. 本発明の第1実施形態に係るSCF回路の回路構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of an SCF circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るSCF回路のクロック生成回路で生成されるクロック信号φ,φ1〜φ5の出力信号波形を示すタイムチャートである。4 is a time chart showing output signal waveforms of clock signals φ, φ1 to φ5 generated by the clock generation circuit of the SCF circuit according to the first embodiment of the present invention. 通常のサンプリング方法のSCF回路の構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the SCF circuit of a normal sampling method. 従来のSCF回路による全差動積分器の構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the fully differential integrator by the conventional SCF circuit. 従来のSCF回路におけるクロック信号φ,φ1〜φ4の出力信号波形を示すタイムチャートである。10 is a time chart showing output signal waveforms of clock signals φ, φ1 to φ4 in a conventional SCF circuit. 本発明の第2実施形態に係るSCF回路の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the SCF circuit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るSCF回路のクロック生成回路で生成されるクロック信号φ,φ1〜φ6の出力信号波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the output signal waveform of clock signal (phi) and (phi) 1-phi6 produced | generated with the clock generation circuit of the SCF circuit which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。
まず、図1を参照して、本発明に係る全差動型スイッチトキャパシタフィルタ(SCF)回路を適用して構成される装置の一例として、A/Dコンバーターの構成を説明する。図1は、本発明に係る全差動型スイッチトキャパシタ回路を適用して構成されるA/Dコンバーターの構成を示すブロック図である。
図1に示すA/Dコンバーター10は、従来技術で説明したSCF回路200と同様に、シングルエンド差動変換回路300の後段に接続される。上述したように、シングルエンド差動変換回路300は、A/Dコンバーター10にアナログ入力信号Vinを入力する前に、アナログ入力信号Vinをシングルエンド差動変換して、アナログ入力信号Vinと同相の非反転入力信号Vinp、およびアナログ入力信号Vinと180度位相がずれた反転入力信号Vinnを出力する回路である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, with reference to FIG. 1, the configuration of an A / D converter will be described as an example of a device configured by applying a fully differential switched capacitor filter (SCF) circuit according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an A / D converter configured by applying a fully differential switched capacitor circuit according to the present invention.
The A / D converter 10 shown in FIG. 1 is connected to the subsequent stage of the single-ended differential conversion circuit 300, similarly to the SCF circuit 200 described in the related art. As described above, the single-ended differential conversion circuit 300 performs the single-end differential conversion on the analog input signal Vin before inputting the analog input signal Vin to the A / D converter 10, and has the same phase as the analog input signal Vin. This circuit outputs a non-inverted input signal Vinp and an inverted input signal Vinn that is 180 degrees out of phase with the analog input signal Vin.

A/Dコンバーター10は、全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路11a、クロック生成回路11bおよびA/D変換回路11cを備えて構成される。
SCF回路11aは、入力されたアナログ入力信号Vinに含まれるノイズ成分を除去、またはアナログ入力信号Vinの周波数特性を変換するフィルタリング処理を行う回路である。従来技術で説明したSCF回路200に対応する回路である。
クロック生成回路11bは、クロック信号φを生成すると共に、クロック信号φに基づいて、SCF回路11aの後述するMOSトランジスタをスイッチとして機能させるための制御信号であるクロック信号φ1〜φ5を生成する。
The A / D converter 10 includes a fully differential switched capacitor filter circuit 11a, a clock generation circuit 11b, and an A / D conversion circuit 11c.
The SCF circuit 11a is a circuit that performs a filtering process that removes a noise component included in the input analog input signal Vin or converts the frequency characteristics of the analog input signal Vin. This is a circuit corresponding to the SCF circuit 200 described in the prior art.
The clock generation circuit 11b generates a clock signal φ and, based on the clock signal φ, generates clock signals φ1 to φ5 that are control signals for causing a later-described MOS transistor of the SCF circuit 11a to function as a switch.

A/D変換回路11cは、SCF回路11aにおいてフィルタリング処理された非反転出力信号Vinpおよび反転出力信号Vinnを入力し、アナログ信号である非反転出力信号Vinpおよび反転出力信号Vinnをディジタル信号Voutに変換し、変換したディジタル信号Voutを出力する。
なお、本実施形態では、シングルエンド差動変換回路300は、シングルエンドのアナログ信号を差動変換するための処理部として説明するが、インピーダンス変換やレベルシフト、増幅等のA/Dコンバーター10の特性に最適な信号に処理するための回路をシングルエンド差動変換回路300に併せて構成しても良い。
The A / D conversion circuit 11c receives the non-inverted output signal Vinp and the inverted output signal Vinn filtered in the SCF circuit 11a, and converts the non-inverted output signal Vinp and the inverted output signal Vinn, which are analog signals, into a digital signal Vout. Then, the converted digital signal Vout is output.
In the present embodiment, the single-end differential conversion circuit 300 is described as a processing unit for differentially converting a single-end analog signal. However, the A / D converter 10 for impedance conversion, level shift, amplification, and the like is used. A circuit for processing a signal optimal for the characteristics may be configured together with the single-ended differential conversion circuit 300.

(第1実施形態)
続いて、図2を参照して、本発明の第1実施形態に係るSCF回路の回路構成を説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係るSCF回路の回路構成を示す回路図である。
図2に示すSCF回路11aは、図5に示したSCF回路200と実質同様の各部を備えて構成されるものであるが、SCF回路11aはさらにMOSトランジスタSW5a,SW5bを備えて構成されている点で異なる。なお、図5に示したSCF回路200と同一の要素には同じ符号を付して、それらの各部の説明を省略する。
MOSトランジスタSW5a,SW5bは、MOSトランジスタSW1a〜SW4a,SW1b〜SW4bと同様に、クロック生成回路11bから出力されるクロック信号φ5によって回路を開閉するスイッチとして機能する。
(First embodiment)
Next, the circuit configuration of the SCF circuit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the SCF circuit according to the first embodiment of the present invention.
The SCF circuit 11a shown in FIG. 2 includes substantially the same parts as the SCF circuit 200 shown in FIG. 5, but the SCF circuit 11a further includes MOS transistors SW5a and SW5b. It is different in point. The same elements as those of the SCF circuit 200 shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description of each part thereof is omitted.
The MOS transistors SW5a and SW5b function as switches that open and close the circuit by the clock signal φ5 output from the clock generation circuit 11b, similarly to the MOS transistors SW1a to SW4a and SW1b to SW4b.

次に、図3を参照して、第1実施形態のSCF回路における回路動作を説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係るSCF回路のクロック生成回路で生成されるクロック信号φ,φ1〜φ5の出力信号波形を示すタイムチャートである。
図3に示すタイムチャートの縦軸は、クロック生成回路11bから出力されるクロック信号φ,φ1〜φ5をそれぞれ示し、横軸は時間を示す。
なお、従来のSCF回路200ではクロック信号φの1周期間で一連の動作を行っていたが、本発明に係るSCF回路11aではクロック信号φの2周期間で一連の動作を行う。
Next, the circuit operation in the SCF circuit of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a time chart showing output signal waveforms of the clock signals φ, φ1 to φ5 generated by the clock generation circuit of the SCF circuit according to the first embodiment of the present invention.
The vertical axis of the time chart shown in FIG. 3 indicates clock signals φ and φ1 to φ5 output from the clock generation circuit 11b, and the horizontal axis indicates time.
Although the conventional SCF circuit 200 performs a series of operations during one cycle of the clock signal φ, the SCF circuit 11a according to the present invention performs a series of operations during two cycles of the clock signal φ.

まず、サンプリングキャパシタC1aに対応する動作について説明する。
フェーズT1(サンプリングフェーズ)において、クロック信号φ1,φ3がH(HIGH)レベルとなり、MOSトランジスタSW1a,SW3aが閉状態になる。また、他のクロック信号はL(LOW)レベルであるため、他のMOSトランジスタは開状態となる。そして、サンプリングキャパシタC1aに入力信号Vinnの電圧VINNに対応する電荷をサンプリングする。
次に、フェーズT1からフェーズT2(転送フェーズ)になったとき、クロック信号φ1,φ3がHレベルからLレベルになり、MOSトランジスタSW1a,SW3aが閉状態から開状態になる。また、クロック信号φ2,φ4がLレベルからHレベルになり、MOSトランジスタSW2a,SW4aが開状態から閉状態になる。このとき、
C・(VINN−VINP) ……(101)
の電荷が積分キャパシタC2aに転送される。
First, the operation corresponding to the sampling capacitor C1a will be described.
In the phase T1 (sampling phase), the clock signals φ1 and φ3 become H (HIGH) level, and the MOS transistors SW1a and SW3a are closed. Further, since the other clock signals are at the L (LOW) level, the other MOS transistors are opened. Then, the sampling capacitor C1a samples the charge corresponding to the voltage VINN of the input signal Vinn.
Next, when the phase T1 changes to the phase T2 (transfer phase), the clock signals φ1 and φ3 change from the H level to the L level, and the MOS transistors SW1a and SW3a change from the closed state to the open state. Further, the clock signals φ2 and φ4 change from the L level to the H level, and the MOS transistors SW2a and SW4a change from the open state to the closed state. At this time,
C ・ (VINN−VINP) …… (101)
Are transferred to the integrating capacitor C2a.

次に、フェーズT2からフェーズT3になったとき、クロック信号φ4がHレベルからLレベルになり、MOSトランジスタSW4aが閉状態から開状態になる。また、クロック信号φ3がLレベルからHレベルになり、MOSトランジスタSW3aが開状態から閉状態になる。なお、他のスイッチの状態はそのままである。
このとき、サンプリングキャパシタC1aは、非反転信号入力端子VINpと基準電圧VCOMとの間に接続された状態になる。しかし、オペアンプAMPの反転入力端子の電圧は、基準電圧VCOMと一致していることを前提としている。このため、サンプリングキャパシタに電荷が移動しない。つまり、オペアンプAMP2がサンプリングキャパシタC1aに電荷を充電したり、サンプリングキャパシタC1aの電荷が積分キャパシタC2a,C2bに転送されたりしない。
Next, when the phase T2 is changed to the phase T3, the clock signal φ4 is changed from the H level to the L level, and the MOS transistor SW4a is changed from the closed state to the open state. Further, the clock signal φ3 changes from the L level to the H level, and the MOS transistor SW3a changes from the open state to the closed state. The other switch states remain the same.
At this time, the sampling capacitor C1a is connected between the non-inverted signal input terminal VINp and the reference voltage VCOM. However, it is assumed that the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier AMP matches the reference voltage VCOM. For this reason, charge does not move to the sampling capacitor. That is, the operational amplifier AMP2 does not charge the sampling capacitor C1a, and the charge of the sampling capacitor C1a is not transferred to the integration capacitors C2a and C2b.

次に、フェーズT3からフェーズT4(フェーズT0(転送フェーズ))になったとき、クロック信号φ2,φ3がHレベルからLレベルになり、MOSトランジスタSW2a,SW3aが閉状態から開状態になる。また、クロック信号φ1,φ5がLレベルからHレベルになり、MOSトランジスタSW1a,SW5aが開状態から閉状態になる。このとき、
C・(VINP−VINN) ……(102)
の電荷が積分キャパシタC2bに転送される。
Next, when the phase T3 changes to the phase T4 (phase T0 (transfer phase)), the clock signals φ2 and φ3 change from the H level to the L level, and the MOS transistors SW2a and SW3a change from the closed state to the open state. Further, the clock signals φ1 and φ5 change from the L level to the H level, and the MOS transistors SW1a and SW5a change from the open state to the closed state. At this time,
C ・ (VINP-VINN) ...... (102)
Are transferred to the integrating capacitor C2b.

同様に、サンプリングキャパシタC1bに対応する動作について説明する。
フェーズT1(サンプリングフェーズ)において、クロック信号φ1,φ3がHレベルとなり、MOSトランジスタSW1b,SW3bが閉状態になる。また、他のクロック信号はLレベルであるため、他のMOSトランジスタは開状態となる。そして、サンプリングキャパシタC1bに入力信号Vinpの電圧VINPに対応する電荷をサンプリングする。
Similarly, the operation corresponding to the sampling capacitor C1b will be described.
In the phase T1 (sampling phase), the clock signals φ1 and φ3 become H level, and the MOS transistors SW1b and SW3b are closed. Since the other clock signals are at the L level, the other MOS transistors are in an open state. Then, the sampling capacitor C1b samples the charge corresponding to the voltage VINP of the input signal Vinp.

次に、フェーズT1からフェーズT2(転送フェーズ)になったとき、クロック信号φ1,φ3がHレベルからLレベルになり、MOSトランジスタSW1b,SW3bが閉状態から開状態になる。また、クロック信号φ2,φ4がLレベルからHレベルになり、MOSトランジスタSW2b,SW4bが開状態から閉状態になる。このとき、
C・(VINP−VINN) ……(103)
の電荷が積分キャパシタC2bに転送される。
Next, when the phase T1 changes to the phase T2 (transfer phase), the clock signals φ1 and φ3 change from the H level to the L level, and the MOS transistors SW1b and SW3b change from the closed state to the open state. Further, the clock signals φ2 and φ4 change from the L level to the H level, and the MOS transistors SW2b and SW4b change from the open state to the closed state. At this time,
C ・ (VINP-VINN) …… (103)
Are transferred to the integrating capacitor C2b.

次に、フェーズT2からフェーズT3になったとき、クロック信号φ4がHレベルからLレベルになり、MOSトランジスタSW4bが閉状態から開状態になる。また、クロック信号φ3がLレベルからHレベルになり、MOSトランジスタSW3bが開状態から閉状態になる。なお、他のスイッチの状態はそのままである。
このとき、サンプリングキャパシタC1bは、反転信号入力端子VINnと基準電圧VCOMとの間に接続された状態になる。しかし、オペアンプAMPの非反転入力端子の電圧は、基準電圧VCOMと一致していることを前提としている。このため、サンプリングキャパシタに電荷が移動しない。つまり、オペアンプAMP2がサンプリングキャパシタC1bに電荷を充電したり、サンプリングキャパシタC1bの電荷が積分キャパシタC2a,C2bに転送されたりしない。
Next, when the phase T2 changes to the phase T3, the clock signal φ4 changes from the H level to the L level, and the MOS transistor SW4b changes from the closed state to the open state. Further, the clock signal φ3 changes from the L level to the H level, and the MOS transistor SW3b changes from the open state to the closed state. The other switch states remain the same.
At this time, the sampling capacitor C1b is connected between the inverted signal input terminal VINn and the reference voltage VCOM. However, it is assumed that the voltage at the non-inverting input terminal of the operational amplifier AMP matches the reference voltage VCOM. For this reason, charge does not move to the sampling capacitor. That is, the operational amplifier AMP2 does not charge the sampling capacitor C1b, and the charge of the sampling capacitor C1b is not transferred to the integration capacitors C2a and C2b.

次に、フェーズT3からフェーズT4(フェーズT0(トランスファーフェーズ))になったとき、クロック信号φ2,φ3がHレベルからLレベルになり、MOSトランジスタSW2b,SW3bが閉状態から開状態になる。また、クロック信号φ1,φ5がLレベルからHレベルになり、MOSトランジスタSW1b,SW5bが開状態から閉状態になる。このとき、
C・(VINN−VINP) ……(104)
の電荷が積分キャパシタC2aに転送される。
Next, when the phase T3 changes to the phase T4 (phase T0 (transfer phase)), the clock signals φ2 and φ3 change from the H level to the L level, and the MOS transistors SW2b and SW3b change from the closed state to the open state. Further, the clock signals φ1 and φ5 change from the L level to the H level, and the MOS transistors SW1b and SW5b change from the open state to the closed state. At this time,
C ・ (VINN−VINP) …… (104)
Are transferred to the integrating capacitor C2a.

上記で説明したサンプリングキャパシタC1aに対する動作と、サンプリングキャパシタC1bに対する動作とをまとめる。まず、積分キャパシタC2aが受け取った電荷量は、式(101)と式(104)の総和であるため、
C・(VIIN−VIIP)+C・(VIIN−VIIP)=2・C・(VIIN−VIIP) ……(105)
となる。また、積分キャパシタC2bが受け取った電荷量は、式(102)と式(103)の総和であるため、
C・(VIIP−VIIN)+C・(VIIP−VIIN)=2・C・(VIIP−VIIN) ……(106)
となる。よって、クロック信号φの周波数をfとすると、1秒間に積分キャパシタC2a,C2bに転送される電荷量は、
−2・VIN・C・f ……(107)
2・VIN・C・f ……(108)
となる。上記の電荷量は、式(5)および式(6)に示した従来のSCF回路200において積分キャパシタC1b,C2bに転送される電荷量と同じである。
The operation for the sampling capacitor C1a described above and the operation for the sampling capacitor C1b will be summarized. First, the amount of charge received by the integrating capacitor C2a is the sum of the equations (101) and (104).
C. (VIIN-VIIP) + C. (VIIN-VIIP) = 2.C. (VIIN-VIIP) (105)
It becomes. In addition, the amount of charge received by the integrating capacitor C2b is the sum of the equations (102) and (103).
C. (VIIP-VIIN) + C. (VIIP-VIIN) = 2.C. (VIIP-VIIN) (106)
It becomes. Therefore, if the frequency of the clock signal φ is f, the amount of charge transferred to the integrating capacitors C2a and C2b per second is
-2 ・ VIN ・ C ・ f (107)
2 ・ VIN ・ C ・ f ...... (108)
It becomes. The amount of charge is the same as the amount of charge transferred to the integrating capacitors C1b and C2b in the conventional SCF circuit 200 shown in equations (5) and (6).

一方、オペアンプAMP2がサンプリングキャパシタC1a,C1bに電荷を充電するのは、フェーズT1からフェーズT2(転送フェーズ)に移行するときと、フェーズT3からフェーズT4(転送フェーズ)に移行するときの2回のみである。これに対して、従来のSCF回路200では、オペアンプAMP2がクロック周波数1周期間に充電する回数は2回であった。従って、本実施形態のSCF回路11aでは、オペアンプAMP2がキャパシタC1a,C2aに充電する回数が、従来のSCF回路200と比較して1周期あたり半分(1回)になる。   On the other hand, the operational amplifier AMP2 charges the sampling capacitors C1a and C1b only twice when the phase T1 shifts to the phase T2 (transfer phase) and when the phase T3 shifts to the phase T4 (transfer phase). It is. On the other hand, in the conventional SCF circuit 200, the operational amplifier AMP2 is charged twice in one cycle of the clock frequency. Therefore, in the SCF circuit 11a of the present embodiment, the number of times the operational amplifier AMP2 charges the capacitors C1a and C2a is half (one time) per cycle as compared with the conventional SCF circuit 200.

よって、SCF回路11aにおいては、従来のSCF回路200と比較した際、その前段に接続されるシングルエンド差動変換回路300のオペアンプAMP2が、一連の動作期間(クロック周波数の2周期間)あたり半分の充電回数、すなわち半分の充電電荷量で、同じ電荷量を積分キャパシタに転送していることになる。つまり、サンプリングキャパシタC1a,C1bから積分キャパシタC2a,C2bに転送される電荷量を同じにしたままで、SCF回路11aの入力インピーダンスを2倍にすることができる。
このため、SCF回路の入力側に接続される入力回路の出力インピーダンスを小さくしなくても済むので、SCF回路の本来の性能でノイズや歪みの少ない出力信号を得ることができる。さらに、SCF回路の出力側に接続されるA/D変換回路に、本実施形態に係るSCF回路で高精度にフィルタリング処理されたアナログ信号を入力するため、A/D変換回路においても高精度に信号処理を行うことができる。
Therefore, in the SCF circuit 11a, when compared with the conventional SCF circuit 200, the operational amplifier AMP2 of the single-ended differential conversion circuit 300 connected to the preceding stage is half of a series of operation periods (two cycles of the clock frequency). This means that the same amount of charge is transferred to the integrating capacitor at the number of times of charging, that is, half the amount of charged charge. That is, the input impedance of the SCF circuit 11a can be doubled while keeping the same amount of charge transferred from the sampling capacitors C1a and C1b to the integrating capacitors C2a and C2b.
For this reason, it is not necessary to reduce the output impedance of the input circuit connected to the input side of the SCF circuit, so that an output signal with less noise and distortion can be obtained with the original performance of the SCF circuit. Furthermore, since the analog signal filtered with high accuracy by the SCF circuit according to the present embodiment is input to the A / D conversion circuit connected to the output side of the SCF circuit, the A / D conversion circuit also has high accuracy. Signal processing can be performed.

(第2実施形態)
次に、図7を参照して、本発明の第2実施形態に係るSCF回路の回路構成を説明する。図7は、本発明の第2実施形態に係るSCF回路の回路構成を示す回路図である。
図7に示すSCF回路21aは、図2に示したSCF回路11aと同様の素子を有して構成されるものであるが、SCF回路21aは、さらに、MOSトランジスタSW1aとサンプリングキャパシタC1aとの間のノードと、MOSトランジスタSW1bとサンプリングキャパシタC1bとの間のノードとの間に、MOSトランジスタSW6が接続されている。
(Second Embodiment)
Next, a circuit configuration of the SCF circuit according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a circuit diagram showing a circuit configuration of an SCF circuit according to the second embodiment of the present invention.
The SCF circuit 21a shown in FIG. 7 has the same elements as the SCF circuit 11a shown in FIG. 2, but the SCF circuit 21a is further connected between the MOS transistor SW1a and the sampling capacitor C1a. The MOS transistor SW6 is connected between this node and a node between the MOS transistor SW1b and the sampling capacitor C1b.

MOSトランジスタSW6は、上述したMOSトランジスタSW1a〜SW5a,SW1b〜SW5bと同様に、クロック生成回路11bから出力されるクロック信号φ6によって回路を開閉するスイッチとして機能する。つまり、第2実施形態に係るSCF回路21aでは、サンプリングキャパシタC1a,C1bを相互に接続するために、MOSトランジスタSW6を用いている。   The MOS transistor SW6 functions as a switch for opening and closing the circuit by the clock signal φ6 output from the clock generation circuit 11b, similarly to the MOS transistors SW1a to SW5a and SW1b to SW5b described above. That is, in the SCF circuit 21a according to the second embodiment, the MOS transistor SW6 is used to connect the sampling capacitors C1a and C1b to each other.

次に、図8を参照して、第2実施形態のSCF回路における回路動作を説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係るSCF回路のクロック生成回路で生成されるクロック信号φ,φ1〜φ6の出力信号波形を示すタイムチャートである。
図8に示すタイムチャートの縦軸は、クロック生成回路11bから出力されるクロック信号φ,φ1〜φ6をそれぞれ示し、横軸は時間を示す。
SCF回路21aの動作に必要なクロック信号φ6が追加されたため、図8に示すように、転送フェーズであるフェーズT0が、フェーズT0aとフェーズT0bとに2分割され、同じく転送フェーズであるフェーズT2が、フェーズT2aとフェーズT2bとに2分割されている。なお、フェーズT1,T3については、分割されていない。なお、フェーズT0a,T2aを転送フェーズaとし、フェーズT0b,T2bを転送フェーズbとする。
Next, the circuit operation in the SCF circuit of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a time chart showing output signal waveforms of the clock signals φ, φ1 to φ6 generated by the clock generation circuit of the SCF circuit according to the second embodiment of the present invention.
The vertical axis of the time chart shown in FIG. 8 indicates clock signals φ and φ1 to φ6 output from the clock generation circuit 11b, and the horizontal axis indicates time.
Since the clock signal φ6 necessary for the operation of the SCF circuit 21a is added, as shown in FIG. 8, the phase T0 that is the transfer phase is divided into two phases T0a and T0b, and the phase T2 that is also the transfer phase is The phase T2a and the phase T2b are divided into two. The phases T1 and T3 are not divided. Note that the phases T0a and T2a are the transfer phase a, and the phases T0b and T2b are the transfer phase b.

そして、SCF回路21aは、クロック信号φ1,φ2が、フェーズT0a,T2aの最初でLレベルからHレベルに立ち上がるのではなく、SCF回路11aよりも遅れてフェーズT0b,T2bの最初でLレベルからHレベルに立ち上がる。また、SCF回路21aは、クロック信号φ6が、フェーズT0a,T2aの間だけHレベルになり、それ以外のフェーズでは全てLレベルになる。
フェーズT1(サンプリングフェーズ)になったときに、MOSトランジスタSW2a,SW2b,SW4a,SW4b,SW5a,SW5b,SW6が開状態となり、MOSトランジスタSW1a,SW1b.SW3a,SW3bが閉状態となる。なお、他のスイッチの状態はそのままである。すると、サンプリングキャパシタC1aに入力信号Vinnの電圧VINNに対応する電荷をサンプリングし、サンプリングキャパシタC1bに入力信号Vinpの電圧VINPに対応する電荷をサンプリングする。
The SCF circuit 21a does not cause the clock signals φ1 and φ2 to rise from the L level to the H level at the beginning of the phases T0a and T2a, but from the L level at the beginning of the phases T0b and T2b later than the SCF circuit 11a. Get up to level. In the SCF circuit 21a, the clock signal φ6 is at the H level only during the phases T0a and T2a, and is at the L level in all other phases.
When the phase T1 (sampling phase) is reached, the MOS transistors SW2a, SW2b, SW4a, SW4b, SW5a, SW5b, SW6 are opened, and the MOS transistors SW1a, SW1b. SW3a and SW3b are closed. The other switch states remain the same. Then, the charge corresponding to the voltage VINN of the input signal Vinn is sampled in the sampling capacitor C1a, and the charge corresponding to the voltage VINP of the input signal Vinp is sampled in the sampling capacitor C1b.

フェーズT1からフェーズT2a(転送フェーズa)になったときに、MOSトランジスタSW1a,SW1b、SW3a,SW3bが開状態となり、MOSトランジスタSW4a,SW4b,SW6が閉状態となる。なお、他のスイッチの状態はそのままである。すると、サンプリングキャパシタC1a,C1bは、MOSトランジスタSW6を介して相互に接続されて、相互に電荷を充放電し合う。これにより、サンプリングキャパシタC1a,C1bの入力端子側の電圧は、
(VINN+VINP)/2 ……(201)
となる。
When the phase T1 is changed to the phase T2a (transfer phase a), the MOS transistors SW1a, SW1b, SW3a, SW3b are opened, and the MOS transistors SW4a, SW4b, SW6 are closed. The other switch states remain the same. Then, the sampling capacitors C1a and C1b are connected to each other via the MOS transistor SW6 and charge and discharge each other. Thereby, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitors C1a and C1b is
(VINN + VINP) / 2 (201)
It becomes.

次に、フェーズT2aからフェーズT2b(転送フェーズb)になったときに、MOSトランジスタSW6が開状態となり、MOSトランジスタSW2a,SW2bが閉状態となる。なお、他のスイッチの状態はそのままである。
これにより、サンプリングキャパシタC1aの入力端子側の電圧は、
VINP ……(202)
である。また、サンプリングキャパシタC1bの入力端子側の電圧は、
VINN ……(203)
である。
Next, when the phase T2a changes to the phase T2b (transfer phase b), the MOS transistor SW6 is opened and the MOS transistors SW2a and SW2b are closed. The other switch states remain the same.
Thereby, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1a is
VINP (202)
It is. The voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1b is
VINN (203)
It is.

上述したように、第1実施形態に係るSCF回路11aのフェーズT2では、サンプリングキャパシタC1aの入力端子側の電圧は、
VINP ……(204)
である。また、サンプリングキャパシタC1bの入力端子側の電圧は、
VINN ……(205)
である。
これにより、サンプリングキャパシタC1a,C1bの入力端子側の電圧は、上述した式(202)および式(203)で示した電圧と同じになる。
As described above, in the phase T2 of the SCF circuit 11a according to the first embodiment, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1a is
VINP (204)
It is. The voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1b is
VINN (205)
It is.
As a result, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitors C1a and C1b becomes the same as the voltage expressed by the above-described equations (202) and (203).

次に、フェーズT2bからフェーズT3になったときに、MOSトランジスタSW4a,SW4bが開状態となり、MOSトランジスタSW3a,SW3bが閉状態となる。なお、他のスイッチの状態はそのままである。このとき、オペアンプAMPの非反転入力端子と反転入力端子の電圧は、基準電圧VCOMと一致していることを前提としている。このため、電荷の移動はない。
フェーズT3からフェーズT4a(フェーズT0a(転送フェーズa))になったときに、MOSトランジスタSW2a,SW2b,SW3a,SW3bが開状態となり、MOSトランジスタSW5a,SW5b,SW6が閉状態となる。すると、サンプリングキャパシタC1a,C1bは、MOSトランジスタSW6を介して相互に接続される。
これにより、サンプリングキャパシタC1a,C1bの入力端子側の電圧は、上述した式(201)で示した電圧と同じになる。
Next, when the phase T2b is changed to the phase T3, the MOS transistors SW4a and SW4b are opened, and the MOS transistors SW3a and SW3b are closed. The other switch states remain the same. At this time, it is assumed that the voltage at the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier AMP matches the reference voltage VCOM. For this reason, there is no charge transfer.
When the phase T3 is changed to the phase T4a (phase T0a (transfer phase a)), the MOS transistors SW2a, SW2b, SW3a, SW3b are opened, and the MOS transistors SW5a, SW5b, SW6 are closed. Then, the sampling capacitors C1a and C1b are connected to each other via the MOS transistor SW6.
Thereby, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitors C1a and C1b becomes the same as the voltage represented by the above-described equation (201).

フェーズT4aからフェーズT4b(転送フェーズb)になったときに、MOSトランジスタSW6が開状態となり、MOSトランジスタSW1a,SW1bが閉状態となる。なお、他のスイッチの状態はそのままである。
これにより、サンプリングキャパシタC1aの入力端子側の電圧は、
VINN ……(206)
である。また、サンプリングキャパシタC1bの入力端子側の電圧は、
VINP ……(207)
である。
上述したように、第1実施形態に係るSCF回路11aのフェーズT4では、サンプリングキャパシタC1aの入力端子側の電圧は、
VINN ……(208)
である。また、サンプリングキャパシタC1bの入力端子側の電圧は、
VINP ……(209)
である。
When the phase T4a changes to the phase T4b (transfer phase b), the MOS transistor SW6 is opened and the MOS transistors SW1a and SW1b are closed. The other switch states remain the same.
Thereby, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1a is
VINN (206)
It is. The voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1b is
VINP (207)
It is.
As described above, in the phase T4 of the SCF circuit 11a according to the first embodiment, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1a is
VINN (208)
It is. The voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1b is
VINP (209)
It is.

これにより、サンプリングキャパシタC1a,C1bの入力端子側の電圧は、上述した式(206)および式(207)で示した電圧と同じになる。
つまり、フェーズT0b,T2b(転送フェーズb)において、第2実施形態に係るSCF回路21aのサンプリングキャパシタC1a,C1bの入力端子側の電圧は、第1実施形態に係るSCF回路11aのフェーズT0,T2でのサンプリングキャパシタC1a,C1bの入力端子側の電圧と同じである。従って、サンプリングキャパシタC1a,C1bから、積分キャパシタC2a,C2bに転送された電荷は、第1実施形態に係るSCF回路11aと第2実施形態に係るSCF回路21aとで同じである。
As a result, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitors C1a and C1b becomes the same as the voltage expressed by the above-described equations (206) and (207).
That is, in phases T0b and T2b (transfer phase b), the voltages on the input terminal side of the sampling capacitors C1a and C1b of the SCF circuit 21a according to the second embodiment are the phases T0 and T2 of the SCF circuit 11a according to the first embodiment. Is the same as the voltage on the input terminal side of the sampling capacitors C1a and C1b. Accordingly, the charges transferred from the sampling capacitors C1a and C1b to the integrating capacitors C2a and C2b are the same in the SCF circuit 11a according to the first embodiment and the SCF circuit 21a according to the second embodiment.

一方、オペアンプAMP3が、サンプリングキャパシタC1aを充電するのに要した電荷について考えてみると、第1実施形態に係るSCF回路11aでは、フェーズT1からフェーズT2に移行すると、サンプリングキャパシタC1aの入力端子側の電圧が、オペアンプAMP3により充電されることでVINNからVINPに変化している。しかしながら、第2実施形態に係るSCF回路21aでは、フェーズT1からフェーズT2aへの移行で、サンプリングキャパシタC1aの入力端子側の電圧が、サンプリングキャパシタC1aとサンプリングキャパシタC1bとの相互の充放電によりVINNから(VINN+VINP)/2に変化し、フェーズT2aからフェーズT2bに移行で、サンプリングキャパシタC1aの入力端子側の電圧が、オペアンプAMP3により充電されることで(VINN+VINP)/2からVINPに変化している。   On the other hand, when considering the charge required for the operational amplifier AMP3 to charge the sampling capacitor C1a, when the SCF circuit 11a according to the first embodiment shifts from the phase T1 to the phase T2, the input terminal side of the sampling capacitor C1a Is changed from VINN to VINP by being charged by the operational amplifier AMP3. However, in the SCF circuit 21a according to the second embodiment, in the transition from the phase T1 to the phase T2a, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1a is changed from VINN due to mutual charge / discharge of the sampling capacitor C1a and the sampling capacitor C1b. The voltage is changed to (VINN + VINP) / 2, and when the phase T2a is shifted to the phase T2b, the voltage on the input terminal side of the sampling capacitor C1a is changed from (VINN + VINP) / 2 to VINP by being charged by the operational amplifier AMP3.

このため、第2実施形態に係るSCF回路21aにおいて、オペアンプAMP3がサンプリングキャパシタC1aを充電するのに要する電荷は、第1実施形態に係るSCF回路11aにおいて、オペアンプAMP3がサンプリングキャパシタC1aを充電するのに要した電荷の1/2となる。
つまり、上述したようにMOSトランジスタSW6を用いて、サンプリングキャパシタC1a,C1bを相互に接続することができるようにし、転送フェーズを2つに分割することにより、サンプリングキャパシタC1a,C1bから積分キャパシタC2a,C2bに転送される電荷量を同じにしたままで、SCF回路21aの入力インピーダンスを、さらに第1実施形態に係るSCF回路11aの入力インピーダンスの2倍にすることができる。
For this reason, in the SCF circuit 21a according to the second embodiment, the charge required for the operational amplifier AMP3 to charge the sampling capacitor C1a is equal to the charge required for the operational amplifier AMP3 to charge the sampling capacitor C1a in the SCF circuit 11a according to the first embodiment. It becomes 1/2 of the charge required for.
That is, by using the MOS transistor SW6 as described above, the sampling capacitors C1a and C1b can be connected to each other, and the transfer phase is divided into two, whereby the sampling capacitors C1a and C1b are integrated with the integration capacitors C2a, The input impedance of the SCF circuit 21a can be further doubled the input impedance of the SCF circuit 11a according to the first embodiment while keeping the same amount of charge transferred to C2b.

なお、第2実施形態に係るSCF回路21aでは、サンプリングキャパシタC1a,C1bを相互に接続するために、MOSトランジスタSW6を1個だけ用いたが、MOSトランジスタSW6の代わりに例えば2個直列に接続したMOSトランジスタを用いることもできる。そして、2個のMOSトランジスタの接続点に、(VINN+VINP)/2なる電圧を印加しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。   In the SCF circuit 21a according to the second embodiment, only one MOS transistor SW6 is used to connect the sampling capacitors C1a and C1b to each other. However, for example, two MOS transistors SW6 are connected in series instead of the MOS transistor SW6. A MOS transistor can also be used. Even when a voltage of (VINN + VINP) / 2 is applied to the connection point of the two MOS transistors, the same effect as described above can be obtained.

(変形例)
以上の実施形態で説明した差動積分回路によるSCF回路の構成、回路を構成する素子、フェーズ動作時間、基準電圧値等については、本発明が理解および実施することができる程度に概略的に例示したものに過ぎない。
例えば、用途に応じてSCF回路の入力側に接続される入力回路に、例えばD/Aコンバーターを接続してD/Aコンバーターから出力されたアナログ信号を処理することもできる。また、SCF回路に入力される差動信号についても、差動信号であれば反転信号に限定されない。この他、SCF回路の用途や特性に合わせてインピーダンス変換、レベルシフト、増幅等の様々な入力回路を併用することができる。
(Modification)
The configuration of the SCF circuit using the differential integration circuit described in the above embodiment, the elements constituting the circuit, the phase operation time, the reference voltage value, and the like are schematically illustrated to the extent that the present invention can be understood and implemented. It was just what I did.
For example, an analog signal output from the D / A converter can be processed by connecting, for example, a D / A converter to an input circuit connected to the input side of the SCF circuit according to the application. Also, the differential signal input to the SCF circuit is not limited to an inverted signal as long as it is a differential signal. In addition, various input circuits such as impedance conversion, level shift, and amplification can be used in combination according to the application and characteristics of the SCF circuit.

同様に、差動SCF回路が積分回路に限定されるわけではなく、ローパスフィルタ回路、ハイパスフィルタ回路、またはオールパスフィルタ回路であっても良い。
また、回路を開閉するスイッチとして機能するトランジスタにあっても、便宜的にN型MOSトランジスタのみを用いて説明したが、P型MOSトランジスタまたはCMOSトランジスタを用いても実現可能である。
従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り、様々な形態に変更することができる。
Similarly, the differential SCF circuit is not limited to the integration circuit, and may be a low-pass filter circuit, a high-pass filter circuit, or an all-pass filter circuit.
In addition, although the transistor functioning as a switch for opening and closing the circuit has been described using only the N-type MOS transistor for convenience, it can also be realized using a P-type MOS transistor or a CMOS transistor.
Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

特にオーディオ装置や携帯電話機用の音楽のアナログ信号を処理するA/DコンバーターやオーディオデコーダLSI等として利用されたり、また当該信号のノイズ成分を除去するフィルタリング処理を行うSCF回路としてA/DコンバーターやオーディオデコーダLSI等に搭載されたりする。   In particular, it is used as an A / D converter or audio decoder LSI for processing an analog signal of music for an audio device or a mobile phone, or as an SCF circuit for performing a filtering process for removing a noise component of the signal. It is mounted on an audio decoder LSI or the like.

10 A/Dコンバーター
11a SCF回路
11b クロック生成回路
11c A/D変換回路
VINp 非反転信号入力端子
VINn 反転信号入力端子
VOUTp 非反転信号出力端子
VOUTn 反転信号出力端子
C1a,C1b サンプリングキャパシタ
C2a,C2b 積分キャパシタ
SW1a〜SW5a,SW5b〜SW5b MOSトランジスタ
AMP オペアンプ
10 A / D converter 11a SCF circuit 11b Clock generation circuit 11c A / D conversion circuit VINp Non-inverted signal input terminal VINn Inverted signal input terminal VOUTp Non-inverted signal output terminal VOUTn Inverted signal output terminal C1a, C1b Sampling capacitor C2a, C2b Integration capacitor SW1a to SW5a, SW5b to SW5b MOS transistor AMP operational amplifier

Claims (4)

アナログ信号のフィルタリング処理を行う全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路であって、
第1のアナログ信号を入力する第1の信号入力端子と、
第2のアナログ信号を入力する第2の信号入力端子と、
前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第1のサンプリングキャパシタと、
前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第2のサンプリングキャパシタと、
反転入力端子および非反転入力端子を有する全差動オペアンプと、
前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子と反転出力端子との間に接続される第1の帰還回路と、
前記全差動オペアンプの前記反転入力端子と非反転出力端子との間に接続される第2の帰還回路と、
前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続される第1の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続される第2の接続状態と、を切り替える第1の切替手段と、
前記第1および第2のサンプリングキャパシタの出力端子が基準電圧に接続される第3の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続される第4の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続される第5の接続状態と、を切り替える第2の切替手段と、
前記第1および第2の切替手段の切り替えをそれぞれ制御する切替制御手段と、
を備え、
前記切替制御手段
第1のフェーズにおいて、前記第1および第3の接続状態とし、
前記第1のフェーズの直後の第2のフェーズにおいて、前記第2および第4の接続状態とし、
前記第2のフェーズの直後の第3のフェーズにおいて、前記第2および第3の接続状態とし、
前記第3のフェーズの直後の第4のフェーズにおいて、前記第1および第5の接続状態とするように、前記第1および第2の切替手段の切り替えをそれぞれ制御することを特徴とする全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路。
A fully differential switched capacitor filter circuit that performs filtering of an analog signal,
A first signal input terminal for inputting a first analog signal;
A second signal input terminal for inputting a second analog signal;
A first sampling capacitor for sampling a charge corresponding to a voltage of the first or second analog signal input from the first or second signal input terminal;
A second sampling capacitor for sampling a charge corresponding to the voltage of the first or second analog signal input from the first or second signal input terminal;
A fully differential operational amplifier having an inverting input terminal and a non-inverting input terminal ;
First a feedback circuit connected between the said non-inverting input terminal of the fully differential operational amplifier and the inverting output terminal,
A second feedback circuit connected between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal of the fully differential operational amplifier,
A first connection state in which an input terminal of the first sampling capacitor is connected to the first signal input terminal and an input terminal of the second sampling capacitor is connected to the second signal input terminal; Switching between a second connection state in which an input terminal of the first sampling capacitor is connected to the second signal input terminal and an input terminal of the second sampling capacitor is connected to the first signal input terminal First switching means;
A third connection state in which output terminals of the first and second sampling capacitors are connected to a reference voltage; an output terminal of the first sampling capacitor is connected to the inverting input terminal of the fully differential operational amplifier; and A fourth connection state in which an output terminal of the second sampling capacitor is connected to the non-inverting input terminal of the fully differential operational amplifier; and an output terminal of the first sampling capacitor that is not connected to the fully differential operational amplifier. Second switching means for switching between a fifth connection state connected to an inverting input terminal and an output terminal of the second sampling capacitor connected to the inverting input terminal of the fully differential operational amplifier ;
Switching control means for controlling switching of the first and second switching means;
With
The switching control means includes
In the first phase, the first and third connection states are set,
In the second phase immediately after the first phase, the second and fourth connection states are set,
In the third phase immediately after the second phase, the second and third connection states are set,
Total difference characterized by controlling switching of said first and second switching means so that said first and fifth connection states are brought into a fourth connection state immediately after said third phase. Dynamic switched capacitor filter circuit.
アナログ信号のフィルタリング処理を行う全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路であって、
第1のアナログ信号を入力する第1の信号入力端子と、
第2のアナログ信号を入力する第2の信号入力端子と、
前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第1のサンプリングキャパシタと、
前記第1または第2の信号入力端子から入力された前記第1または第2のアナログ信号の電圧に対応する電荷をサンプリングする第2のサンプリングキャパシタと、
反転入力端子および非反転入力端子を有する全差動オペアンプと、
前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子と反転出力端子との間に接続される第1の帰還回路と、
前記全差動オペアンプの前記反転入力端子と非反転出力端子との間に接続される第2の帰還回路と、
前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続される第1の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第2の信号入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1の信号入力端子に接続される第2の接続状態と、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1および第2の信号入力端子のいずれにも接続されない非接続状態と、を切り替える第1の切替手段と、
前記第1および第2のサンプリングキャパシタの出力端子が基準電圧に接続される第3の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続される第4の接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記非反転入力端子に接続されかつ前記第2のサンプリングキャパシタの出力端子が前記全差動オペアンプの前記反転入力端子に接続される第5の接続状態と、を切り替える第2の切替手段と、
前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と、前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とが同電位になるよう接続状態と、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と、前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とを接続しない状態とを切り替える第3の切替手段と、
前記第1、第2および第3の切替手段の切り替えをそれぞれ制御する切替制御手段と、を備え、
前記切替制御手段は、
第1のフェーズにおいて、前記第1および第3の接続状態とし、
前記第1のフェーズの直後の第2のフェーズは前半のフェーズと後半のフェーズとを含み、
前記第2のフェーズの前半のフェーズにおいて、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1および第2の信号入力端子のいずれにも接続されない前記非接続状態および前記第4の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とが同電位となるように互いに接続し、
前記第2のフェーズの後半のフェーズにおいて、前記第2および第4の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とを互いに接続せず、
前記第2のフェーズの直後の第3のフェーズにおいて、前記第2および第3の接続状態とし、
前記第3のフェーズの直後の第4のフェーズは前半のフェーズと後半のフェーズとを含み、
前記第4のフェーズの前半のフェーズにおいて、前記第1および第2のサンプリングキャパシタの入力端子が前記第1および第2の信号入力端子のいずれにも接続されない前記非接続状態および前記第5の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とが同電位となるように互いに接続し、
前記第4のフェーズの後半のフェーズにおいて、前記第1および第5の接続状態とすると共に、前記第3の切替手段によって、前記第1のサンプリングキャパシタの入力端子と前記第2のサンプリングキャパシタの入力端子とを互いに接続しないように、前記第1、第2および第3の切替手段の切り替えをそれぞれ制御することを特徴とする全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路。
A fully differential switched capacitor filter circuit that performs filtering of an analog signal,
A first signal input terminal for inputting a first analog signal;
A second signal input terminal for inputting a second analog signal;
A first sampling capacitor for sampling a charge corresponding to a voltage of the first or second analog signal input from the first or second signal input terminal;
A second sampling capacitor for sampling a charge corresponding to the voltage of the first or second analog signal input from the first or second signal input terminal;
A fully differential operational amplifier having an inverting input terminal and a non-inverting input terminal;
A first feedback circuit connected between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of the fully differential operational amplifier;
A second feedback circuit connected between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal of the fully differential operational amplifier;
A first connection state in which an input terminal of the first sampling capacitor is connected to the first signal input terminal and an input terminal of the second sampling capacitor is connected to the second signal input terminal; A second connection state in which an input terminal of a first sampling capacitor is connected to the second signal input terminal and an input terminal of the second sampling capacitor is connected to the first signal input terminal; First switching means for switching between an unconnected state in which the input terminals of the first and second sampling capacitors are not connected to any of the first and second signal input terminals;
A third connection state in which output terminals of the first and second sampling capacitors are connected to a reference voltage; an output terminal of the first sampling capacitor is connected to the inverting input terminal of the fully differential operational amplifier; and A fourth connection state in which an output terminal of the second sampling capacitor is connected to the non-inverting input terminal of the fully differential operational amplifier; and an output terminal of the first sampling capacitor that is not connected to the fully differential operational amplifier. Second switching means for switching between a fifth connection state connected to an inverting input terminal and an output terminal of the second sampling capacitor connected to the inverting input terminal of the fully differential operational amplifier;
A connection state in which the input terminal of the first sampling capacitor and the input terminal of the second sampling capacitor have the same potential; the input terminal of the first sampling capacitor; and the second sampling capacitor A third switching means for switching between a state in which the input terminal is not connected ;
Switching control means for controlling switching of the first, second and third switching means, respectively ,
The switching control means includes
In the first phase, the first and third connection states are set,
The second phase immediately after the first phase includes a first half phase and a second half phase,
In first half phase of the second phase, the input terminals of the first and second sampling capacitors are not connected to any of said first and second signal input terminals the disconnected state and the fourth The connection state is established, and the third switching means connects the input terminal of the first sampling capacitor and the input terminal of the second sampling capacitor so as to have the same potential ,
In the second half of the second phase, the second and fourth connection states are set, and the third switching means inputs the input terminal of the first sampling capacitor and the input of the second sampling capacitor. Do not connect the terminals to each other,
In the third phase immediately after the second phase, the second and third connection states are set,
The fourth phase immediately after the third phase includes a first half phase and a second half phase,
In first half phase of the fourth phase, the input terminals of the first and second sampling capacitors are not connected to any of said first and second signal input terminals the disconnected state and the fifth When connected state together, by the third switching means, an input terminal of the input terminal of the first sampling capacitor and the second sampling capacitor is connected to each other so that the same potential,
In the latter half of the fourth phase, the first and fifth connection states are set, and the third switching means inputs the input terminal of the first sampling capacitor and the input of the second sampling capacitor. so as not to connect the terminals to each other, the first, fully differential switched capacitor filter circuit you and controls each of the switching of the second and third switching means.
前記第1および第2の帰還回路は、
キャパシタのみ、またはスイッチとキャパシタとから構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路。
The first and second feedback circuits are:
3. The fully differential switched capacitor filter circuit according to claim 1 or 2, comprising only a capacitor or a switch and a capacitor.
請求項1〜のいずれか1項に記載の全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路と、
シングルエンドアナログ信号を差動アナログ信号に変換して、当該差動アナログ信号を前記全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路に出力するシングルエンド差動変換回路と、
前記全差動型スイッチトキャパシタフィルタ回路によってフィルタリング処理されたアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、
を備えることを特徴とするA/Dコンバーター。
The fully differential switched capacitor filter circuit according to any one of claims 1 to 3 ,
A single-ended differential conversion circuit that converts a single-ended analog signal into a differential analog signal and outputs the differential analog signal to the fully-differential switched capacitor filter circuit;
An A / D conversion circuit for converting an analog signal filtered by the fully differential switched capacitor filter circuit into a digital signal;
An A / D converter comprising:
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