專利名稱：有源濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠減小在半導(dǎo)體集成電路元件內(nèi)形成的運(yùn)算放大器的反饋部電容值的有源濾波器。
背景技術(shù)：
模擬頻率濾波器具有在通訊、聲頻、信號處理等方面通用的基礎(chǔ)元件。在半導(dǎo)體集成電路中，模擬有源濾波器通過具有有源元件的運(yùn)算放大器和具有無源元件的電阻器、電容器及電感器實(shí)現(xiàn)。
通常，由于半導(dǎo)體電感器的集成化占據(jù)大量的體積，因此不能實(shí)現(xiàn)集成。在多種有源濾波器中，以開關(guān)電容器代替電阻的時(shí)間采樣工作的開關(guān)電容器濾波器正在廣泛用于模擬信號處理。因?yàn)橛呻娙萜鞅嚷屎筒蓸宇l率決定濾波器的傳輸函數(shù)，因此開關(guān)電容器濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)正確的特性，這是有利的方面。
此外，在時(shí)間連續(xù)的信號處理中，使用RC有源濾波器、MOSFET-C濾波器及Gm-C濾波器，在實(shí)現(xiàn)這些濾波器時(shí)，電路或?yàn)V波器特性根據(jù)等效RC乘積、電阻率及電容率變化。
典型的模擬濾波器傳輸函數(shù)H(s)通過所謂的單極H1(s)和2次H2傳輸函數(shù)的乘積表示。這里，參考實(shí)施4次巴特沃茲響應(yīng)的低通濾波器的具體例子。為了實(shí)現(xiàn)圖4(b)所示的濾波器，可以使用串聯(lián)連接的2個(gè)二次部分(Biquadsection)。
此外，圖4(a)示出了作為二次部分實(shí)施的模擬有源RC濾波器的結(jié)構(gòu)的電路圖。分別通過1級及2級的二次部分的傳輸函數(shù)H21(s)和H22(s)，圖4(b)的傳輸函數(shù)H(s)變?yōu)橄率健?br> H(S)＝H21(s)×H22(s)H21=-(R21/R11)1+sC21R31(1+R21R11+R21R31)+s2C11C21R21R31]]>H22=-(R22/R12)1+sC22R32(1+R22R12+R22R32)+s2C12C22R22R32]]>假定上式中的各阻值分別為R，那么上式可以簡化為下式。H21=-11+s3C21R+s2C11C21R2]]>H22=-11+s3C22R+s2C12C22R2]]>定義各級的基準(zhǔn)電容為C2j，其次定義j級的比率為Kj。H21=-11+s3C21R+s2k1C212R2]]>k1=C11C21]]>H22=-11+s3C22R+s2k2C222R2]]>k2=C12C22]]>例如，對于4次低通濾波器響應(yīng)，求出比率K1＝15.36，K2＝2.636。
通常，濾波器的次數(shù)越增加，電容器比率越增加。作為其它的例子，對于8次巴特沃茲濾波器，最大電容器比率為Kmax＝59.1。另一方面，為了減小電容器占據(jù)的面積，因?yàn)榭刂萍s0.2pF以下的非常小的電容器的值存在困難，因此不希望大的比率。在8次濾波器的情況下，假定能夠承載的電容器的最大值為5pF(C1)，C2＝5pF/59.1(～0.084pF)，C2為了達(dá)到設(shè)計(jì)布局的寄生電容的數(shù)量級，電容器值的控制很困難。
美國專利4498063(專利文獻(xiàn)1)提出了一種減小開關(guān)電容器濾波器(參見圖5)所必須的靜電電容的技術(shù)。該美國專利公開了使用電阻分割減小電容器比率。
具體地說，美國專利4498063所述的電路(參見圖5)使用電阻分割(利用R1和R2將輸入電壓分壓)。該電阻分割減弱了輸入信號。例如，在不使用電阻分割的情況下，輸入信號為Vin，輸出信號為Vout，反饋電容器19的靜電電容為αC，電路電壓增益變?yōu)橄率?。這里，C’4為不使用電阻分割情況下的C4。VoutVin=-C4′αC]]>αC反饋電容器在使用電阻分割的情況下，因數(shù)K在某種程度上減弱了輸入信號，因此變?yōu)橄率?。VoutVin=-C4′αC×K]]>因此，使用新的電容器C4＝C’4/K，同時(shí)得到電壓增益。但是，在這種情況下，電容器C4具有比C’4大的靜電電容。
然而，該技術(shù)還存在不足。其原因是，由于S/N的比值降低了，因此存在輸入信號的減小。
根據(jù)美國專利4743872(專利文獻(xiàn)2)，改進(jìn)了開關(guān)電容器濾波器，使用由3個(gè)電容器3a、3b和3c構(gòu)成的T型結(jié)構(gòu)(參見圖6)，相比之下，能夠減小有效電容CQ。高阻值電阻8決定了上述3個(gè)電容器連接點(diǎn)的電位。
如圖6所示，與美國專利4498063相同，在美國專利4743872中公開的電路也涉及開關(guān)電容器濾波器，因此，利用開關(guān)2a、2b、2c、及2d動(dòng)作?；谶@種開關(guān)電容器濾波器，使這些開關(guān)根據(jù)不使電容器3a、3b及3c動(dòng)作的等效電阻而動(dòng)作。
該技術(shù)的主要缺點(diǎn)如下。亦即，高電阻同時(shí)向電容器引入了熱噪音，在電容器的切換中，需要比濾波器的切斷頻率大得多的采樣頻率，相比之下增大了切換噪聲及電力消耗。
模擬頻率濾波器是通訊、聲頻、信號處理等共用的基礎(chǔ)元件。例如，在實(shí)施高次有源RC濾波器的最新技術(shù)中，出現(xiàn)了高電容器比率問題。為了減小電容器比率，上述現(xiàn)有技術(shù)依賴于電阻分割器的使用(美國專利4498063)，其結(jié)果是，衰減了輸入信號，在使用無線收發(fā)器的情況下，引起S/N比惡化的問題。
此外，為了減小電容器比率，在上述其它現(xiàn)有技術(shù)中，在通過高電阻連接基準(zhǔn)電壓和連接點(diǎn)的狀態(tài)下，使用開關(guān)電容器電路(美國專利4743872)。其結(jié)果是，由于上述高電阻，向電容器導(dǎo)入了來自端子的噪聲，同時(shí)在電容器的切換中，需要采樣頻率比濾波器的切斷頻率大得多。隨之，引起開關(guān)噪聲及消耗電力增加的問題。
(專利文獻(xiàn)1)美國專利4498063(出版日1985年2月5日)(專利文獻(xiàn)2)美國專利4743872(出版日1988年5月10日)發(fā)明綜述鑒于上述問題得到了本發(fā)明，本發(fā)明的主要目的是減小在半導(dǎo)體集成電路中形成的運(yùn)算放大器反饋部的電容器電容。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的有源濾波器的特征在于，包括在半導(dǎo)體集成電路元件中形成的運(yùn)算放大器，在上述運(yùn)算放大器的輸出端子或反向輸入端子之間連接的電容元件由多個(gè)電容元件構(gòu)成。
根據(jù)上述發(fā)明，有源濾波器具有在半導(dǎo)體集成電路元件中形成的運(yùn)算放大器。在該運(yùn)算放大器中，在輸出端子和反向輸入端子之間、或者輸出端子和非反向輸入端子之間連接電容元件。
以前，在運(yùn)算放大器中，在輸出端子和反向輸入端子之間、或者輸出端子和非反向輸入端子之間設(shè)有唯一的一個(gè)電容元件，由于減小了電容器比率等原因，必須減小該電容元件的靜電電容。
在減小靜電電容方面存在限制。例如，以前，使用電阻分割器衰減輸入信號。但是，在這種情況下，引起了S/N比劣化的問題?；蛘?，提出了在通過高電阻連接基準(zhǔn)電壓和連接點(diǎn)的狀態(tài)下，使用開關(guān)電容器電路網(wǎng)。但是，在這種情況下，也引起了開關(guān)噪聲及電力消耗增大的問題。
為此，根據(jù)上述發(fā)明，在輸出端子和反向輸入端子之間、或者在輸出端子和非反向輸入端子之間連接多個(gè)電容元件。通過連接多個(gè)電容元件，能夠減小合成電容。據(jù)此，使用標(biāo)準(zhǔn)處理方法實(shí)施，不需要特別的技術(shù)或者修正集成電路工藝，而且，不會(huì)引起S/N比劣化，也不會(huì)引起開關(guān)噪聲及電力消耗的增加，能夠確實(shí)減小運(yùn)算放大器的反饋部的電容值。此外，能夠減小上述電容器比率。
本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面的描述將十分清楚。此外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)通過參考附圖的說明將更加清楚。
附圖的簡要描述

圖1是表示適用本發(fā)明的有源濾波器的集成電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示本發(fā)明的有源濾波器的結(jié)構(gòu)舉例的電路圖。
圖3是表示本發(fā)明的有源濾波器的其它結(jié)構(gòu)舉例的電路圖。
圖4是說明本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的圖，(a)是表示二次結(jié)構(gòu)的模擬有源RC濾波器的結(jié)構(gòu)的電路圖，(b)是實(shí)現(xiàn)通過2級串聯(lián)連接(a)結(jié)構(gòu)的4次低通濾波器的電路圖。
圖5是表示現(xiàn)有技術(shù)的圖，是與電阻分割相比減少了電容器的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖6是表示減少了電容器的現(xiàn)有其他結(jié)構(gòu)的電路圖。
實(shí)施例的描述在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基于圖1至圖3說明以下內(nèi)容。
圖1示出了適用于集成電路的本發(fā)明的有源濾波器的主要原理。如圖1所示，該集成電路由運(yùn)算放大器1、電阻2及多個(gè)電容器3～5構(gòu)成，包括輸入模擬輸入信號Vin的輸入端子和輸出輸出信號Vo的輸出端子。
在上述集成電路中，輸入模擬輸入信號Vin的輸入端子和運(yùn)算放大器1的反向輸入端子之間設(shè)有上述電阻器2(電阻值R)。運(yùn)算放大器的反向輸入端子和輸出端子之間設(shè)有以T字型連接的上述多個(gè)電容器3～5。
運(yùn)算放大器1的電阻2及電容器3～5能夠決定集成電路的頻率響應(yīng)(稱作傳輸函數(shù)，定義為Vo/Vin)，例如，按照下述連接。
具體地說，在運(yùn)算放大器1的反向輸入端子和輸出端子之間并聯(lián)電容器3(靜電電容C)和電容器4(靜電電容C)。在電容器3與電容器4的連接點(diǎn)和地之間設(shè)有電容器5(靜電電容αC)。
上述集成電路的反饋部(反向輸入端子和輸出端子之間)的有效靜電電容Ceff可以表示為Ceff＝C/(2+α)。即，反饋部的有效靜電電容(合成電容)使用大的α值，意味著能夠?qū)崿F(xiàn)小的等效靜電電容。
此時(shí)，上述有效靜電電容Ceff要求如下。
另外，在圖1中，晶體管6處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，從輸入端子流向電阻2的電流和流過電容器3的電流是相同的電流，該電流向電容器4及5分流。VinR=-sCVx=sαCVx+sC(Vx-Vo)]]>Vx=Vo2+α]]>∴VoVi=-1s(C2+α)R]]>包括運(yùn)算放大器的反饋部(輸入端子和反向輸入端子之間)的電容器Cf(＝Ceff)的積分器的傳輸函數(shù)變?yōu)橄率健?Vo/Vi)＝-1/sCfR，與上式相比，能夠?qū)С鯟eff＝C/(2+α)。
進(jìn)一步設(shè)有和上述電容器5并聯(lián)的MOS場效應(yīng)型晶體管6。當(dāng)集成電路按照常規(guī)動(dòng)作時(shí)，MOS晶體管6處于截止?fàn)顟B(tài)。在該MOS場效應(yīng)晶體管6處于導(dǎo)通時(shí)，以T字型連接的電容器3～5的連接點(diǎn)(浮置節(jié)點(diǎn))Vx通過MOS場效應(yīng)晶體管6接地。因此，在通過預(yù)定定時(shí)使MOS場效應(yīng)晶體管6導(dǎo)通時(shí)，能夠確實(shí)除去在浮置節(jié)點(diǎn)積聚的電荷。
作為上述預(yù)定定時(shí)，例如，在按照通常動(dòng)作模式設(shè)定集成電路之前，給MOS場效應(yīng)晶體管6的柵極施加短的復(fù)位脈沖，例如能夠?qū)⑦B接點(diǎn)Vx復(fù)位到地電平。
下面參照圖2說明構(gòu)成上述集成電路結(jié)構(gòu)的主要部分的有源濾波器(二次低通濾波器)。圖2示出了能夠減小在半導(dǎo)體集成電路中實(shí)現(xiàn)的電容器元件的比率(電容器比率=(作為輸入部分的靜電電容得到的值中的最大值)÷(作為反饋部分的靜電電容得到的值中的最小值))的結(jié)構(gòu)例子。
如圖2所示，在二次低通濾波器中，與圖1的集成電路的結(jié)構(gòu)相同，在運(yùn)算放大器11的反饋部分，3個(gè)電容器13-15(電容器13及14的靜電電容為C，電容器15的靜電電容為αC)進(jìn)行T字型連接。
當(dāng)電容器13～15(反饋電容器)以T字型連接時(shí)，連接點(diǎn)(電容器13～15的連接點(diǎn))Vx通過MOS場效應(yīng)晶體管16與地連接。MOS場效應(yīng)進(jìn)提高16按照預(yù)定計(jì)時(shí)導(dǎo)通，能夠除去在浮置點(diǎn)積聚的(最后的)電荷。在有源濾波器的常規(guī)動(dòng)作之間，MOS場效應(yīng)晶體管16處于截止?fàn)顟B(tài)。
圖2的有源濾波器包括一個(gè)運(yùn)算放大器11、電阻18(電阻值R1)、電阻19(電阻值R2)、電阻12(電阻值R3)以及多個(gè)電容器13～15，具有如下式所示的2次傳輸函數(shù)。H(s)=-K1+(sωoQ)+(sωo)2]]>在上述2次傳輸函數(shù)式中，s＝j(luò)ω是復(fù)合頻率，K是增益，ω0是切斷頻率，Q是電路的質(zhì)量因數(shù)。
上述運(yùn)算放大器11具有2個(gè)輸入端子(反向輸入端子和非反向輸入端子)和1個(gè)輸出端子。電阻18、19設(shè)定了有源濾波器的增益K。電阻18和電阻12串聯(lián)連接在輸入端子Vin和運(yùn)算放大器11的反向輸入端子之間。上述電阻19連接在上述輸出端子和電阻18與電阻12的連接點(diǎn)之間。
上述電容器17(靜電電容C1)連接在電阻18與電阻12的連接點(diǎn)和地之間。運(yùn)算放大器11的各個(gè)電阻及電容器13～15能夠決定有源濾波器的頻率響應(yīng)。例如，下面對T字型連接進(jìn)行說明。
具體地說，在運(yùn)算放大器11的反向輸入端子和輸出端子之間，串聯(lián)連接電容器13(靜電電容C)和電容器14(靜電電容C)。在電容器13與電容器14的連接點(diǎn)(Vx)和地之間設(shè)有電容器15(靜電電容αC)。
反饋部分(運(yùn)算放大器的11的反向輸入端子和輸出端子之間)的有效靜電電容Ceff可以表示為Ceff＝C/(2+α)，能夠通過使用大的α值、小的等效靜電電容實(shí)現(xiàn)反饋部的有效靜電電容(合成電容)。
MOS場效應(yīng)晶體管16和上述電容器網(wǎng)絡(luò)的電容器15并聯(lián)連接。該MOS場效應(yīng)晶體管16的漏極連接到上述連接點(diǎn)，源極連接到上述地，在柵極施加脈沖電壓。
上述低通有源濾波器的傳輸函數(shù)表示為下式。
H(s)=-(R2/R1)1+s(C2+α)R3(1+R2R1+R2R3)+s2C1(C2+α)R2R3]]>上述增益K由上述電阻19(R2)和電阻18(R1)的比決定(K＝R2/R1)。
在上述低通有源濾波器具有與上述T字型連接的電容器網(wǎng)絡(luò)的電容器15并聯(lián)連接的MOS場效應(yīng)晶體管16時(shí)，該漏極連接上述連接點(diǎn)Vx，源極接地，在柵極施加脈沖電壓。上述MOS場效應(yīng)晶體管16在低通濾波器不動(dòng)作時(shí)導(dǎo)通，上述低通有源濾波器在通常動(dòng)作模式時(shí)截止。
這里，如圖2所示的低通有源濾波器，使電阻12短路(R3＝0)，并且去掉電容器17(C1＝0)，得到下式的傳輸函數(shù)，一般，能夠構(gòu)成1次泄漏(leaky)集成電路。Hl(s)=-(R2/R1)1+s(C2+α)R2.]]>從前，通過串聯(lián)連接多個(gè)上述1次泄漏集成電路(1次傳輸函數(shù)部)、圖2所示的低通有源濾波器(2次傳輸函數(shù)部)，能夠?qū)崿F(xiàn)任意的n次低通有源濾波器。
此時(shí)，再次示出有源RC濾波器的基本元件即使用電容器分割技術(shù)的圖2的2次電路的傳輸函數(shù)。H(s)=-(R2/R1)1+s(C2+α)R3(1+R2R1+R2R3)+s2C1(C2+α)R2R3]]>與圖1所示的集成電路的情況相同，根據(jù)圖2所示的有源濾波器，在濾波器的常規(guī)動(dòng)作期間，MOS場效應(yīng)晶體管16截止，在以常規(guī)動(dòng)作模式設(shè)定有源濾波器之前，給MOS場效應(yīng)晶體管16的柵極施加短的復(fù)位脈沖(Φ)，以地電平將上述連接點(diǎn)復(fù)位。
如上所述，雖然說明了本發(fā)明的電路技術(shù)適用于有源低通濾波器和集成電路的情況，但是本發(fā)明并不限于此。對于精通電路技術(shù)的人員來說，即使不說也應(yīng)理解下述內(nèi)容。另外，上述技術(shù)也能夠用于MOSFET-C、Gm-C、開關(guān)濾波器等其它類型的濾波器，即使限定為頻率濾波器，也能夠適用于例如放大器、增益可變放大器、采樣和保持電路等。
為了說明電路技術(shù)，下面參照圖3說明適用于在無線電收發(fā)機(jī)的信道(channel)選擇濾波器中使用本發(fā)明有源濾波器的8次低通巴特活茲濾波器的情況。
該8次低通巴特沃茲濾波器使用圖4所示的基本二次部，-3dB的切斷頻率fc為7MHz。根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)，4個(gè)二次部串聯(lián)連接。
為了方便說明，4個(gè)二次部全部具有相同的電阻值。即，圖3中的電阻R11～R14、R21～R24、R31～R34的電阻值分別為R。此外，圖3中，由C1表示電容器C11～C14，由C2表示C21～C24，C21為1級的反饋部的有效靜電電容(合成電容)。
表1歸納了當(dāng)R＝10KΩ時(shí)決定各個(gè)二次部的靜電電容值。而且，1級～4級分別表示圖3的二次部的1級～4級。
表1
如表1的結(jié)果所示，1級的二次部具有59.1的電容器比率K(＝C1/C2＝59.1)，電容器C21的最小靜電電容為0.296pF。
為了能夠制造和減小寄生電容的影響，選擇的最小靜電電容Cu為0.5pF。一方面，關(guān)于濾波器設(shè)計(jì)，如果進(jìn)行2次考察，那么由運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)的最大靜電電容必須小于10pF。
為此，C1＝17.5pF的1級二次部必須根據(jù)電阻值(R)的變更而變更。此時(shí)，對于使用R＝20kΩ的情況，僅僅變更1級的二次部，得到表2中的各值。
表2
1級二次部的電容器C21為0.148pF，這和上述最小靜電電容Cu＝0.5pF相比也減小了。1級二次部使用圖2所示的結(jié)構(gòu)。圖3示出了8次低通巴特沃茲濾波器的最終電路結(jié)構(gòu)。
實(shí)際上，以C＝Cu＝0.5pF(C電容器13、14的靜電電容)及α＝1.38實(shí)現(xiàn)1級反饋部的電容器C2＝0.148pF。而且，通過在Ceff＝C/(2+α)中，代入Ceff＝0.148及C＝0.5pF，得到α＝1.38。
根據(jù)最初設(shè)計(jì)，對于1級二次部的總電容為17.796pF(＝C1+C2＝17.5pF+0.296pF)，根據(jù)關(guān)系到使用圖2結(jié)構(gòu)的反饋部(電容器分割電路，即T字形連接的電容器)的本發(fā)明的新設(shè)計(jì)，總電電容為8.898pF(＝C1+C2＝8.75pF+0.148pF)。
與面積成比例的靜電電容總和為10.44pF(＝8.75pF+2×0.5pF+1.38×0.5pF)，此時(shí)，由于表1的初始設(shè)計(jì)電容(＝17.796pF)的0.586倍(＝10.44pF/17.796pF)，因此，能夠?qū)㈧o電電容面積(電容器占的面積)減小約41％。
上述說明針對電容器面積削減不到50％的情況。下面說明電容器面積削減50％以上的情況。
上面雖然說明了在圖3的1級二次部中各電阻在R＝20kΩ情況下得到表2所示的結(jié)果，但是，例如，如果各電阻為R＝30kΩ，就得到了表3的結(jié)果，能夠?qū)㈦娙萜髅娣e削減50％以上。
表3
實(shí)際上，對于圖3所示的1級二次部，作為C＝Cu＝0.5pF(C電容器13、14的靜電電容值)及α＝3.05，實(shí)現(xiàn)反饋部的電容器C2＝0.099pF。而且，根據(jù)Ceff＝C/(2+α)，通過代入Ceff＝0.099及C＝0.5pF，得到α＝3.05。
這樣，使用C＝0.5pF及α＝3.05的T字型連接，實(shí)現(xiàn)了電容器C2＝0.099pF，二次的總電容表示為(5.83pF+0.099pF)＝5.929pF，與面積成比例的靜電電容的總和為(5.83pF+2×0.5pF+3.05×0.5pF)＝8.355pF，這時(shí)，成為表1的初始設(shè)計(jì)電容(＝17.796pF)的0.469倍，能夠削減約53％的電容器面積。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，在半導(dǎo)體集成電路(IC)芯片中，在形成使用運(yùn)算放大器的有源濾波器的情況下，對于決定濾波器特性的電容器(電容元件)來說，得到了通過常規(guī)技術(shù)水平不能實(shí)現(xiàn)的、微小的電容值，能夠大幅削減電容器面積。
例如，在形成模擬RC濾波器的情況下，在輸入部和反饋部(由輸出部到輸入部)需要兩個(gè)電容器，濾波器特性由這兩個(gè)電容器的電容值的比率決定。即，為了提高濾波器特性，必須提高該比率。為此，如果能夠減小一方(反饋部)的電容值較好。但是，考慮作為實(shí)際問題的加工時(shí)的變化等、減小電容元件的尺寸等，比率的誤差不可能不增大，特性本身使使用物變得不穩(wěn)定。
此時(shí)，將本發(fā)明用于這樣的IC的濾波器電路部，為了實(shí)現(xiàn)微小的電容值，合成了多個(gè)電容器。據(jù)此，與現(xiàn)有技術(shù)相比也減小了電容值，而且得到了穩(wěn)定的值。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在IC芯片中，與常規(guī)技術(shù)相比能夠形成小且穩(wěn)定的電容元件，結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異特性(換言之基于電容比大的2個(gè)電容器)的濾波器。
在本實(shí)施例中，由于以T字型連接3個(gè)電容器，因此達(dá)到了上述目的，例如，存在以串聯(lián)連接等其它連接方式也能夠達(dá)到同樣效果的情況。
如圖1所示，所述電容器的合成也能夠適用于在運(yùn)算放大器的反饋部使用單個(gè)電容器的電路。在圖1的情況下，能夠得到小且穩(wěn)定的電容值。勿需說，不僅一般的RC濾波器，也能夠適用于近年來常用的開關(guān)電容器濾波器等。
通過上述可以看出，如果按照本申請的發(fā)明，通過實(shí)施半導(dǎo)體集成電路中的模擬連續(xù)時(shí)間有源濾波器，達(dá)到了下述效果。此外，還能夠?qū)雽?dǎo)體集成電路的濾波器面積削減到50％以上。使用標(biāo)準(zhǔn)處理技術(shù)實(shí)施，不需要特別的技術(shù)或集成電路工藝的修正，就能夠避免S/N比的惡化，并且能夠避免引起開關(guān)噪聲以及電力消耗的增大。能夠減小運(yùn)算放大器中反饋部的電容值。能夠提高有源濾波器的動(dòng)作頻率。另外，由于削減了電容器，因此對于同一動(dòng)作(操作)頻率來說，能夠減小運(yùn)算放大器的直流偏置電流。
如上所述，本發(fā)明中采用的有源濾波器具有在運(yùn)算放大器的輸出端子和反向輸入端子或非反向輸入端子之間連接多個(gè)電容元件的結(jié)構(gòu)。
為此，達(dá)到了能夠減小運(yùn)算放大器的反饋部的電容值的效果。
根據(jù)下述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)二次低通濾波器，即上述第1及第2電容器串聯(lián)連接在所述輸出端子和所述反向輸入端子之間，包括在輸入端子和所述輸出端子之間串聯(lián)連接的第1及第2電阻、在所述第1及第2電阻的連接點(diǎn)和所述反向輸入端子之間設(shè)置的第3電阻、在所述第1及第3電阻的連接點(diǎn)和地之間設(shè)置的第4電容器。
在這種情況下，通過設(shè)定大的第三電容器的電容而確實(shí)減小了第1～第3電容器的合成電容。為此，同時(shí)達(dá)到了能夠確實(shí)抑制電容器比率(＝第4電容器的電容/第1～第3電容器的合成電容)增大的效果。
上述多個(gè)電容元件以T字型連接較好。相比之下，能夠確實(shí)減小合成電容。
上述多個(gè)電容元件是第1～第3電容器，第1及第2電容器串聯(lián)連接在所述輸出端子和所述反向輸入端子或者所述非反向輸入端子之間的同時(shí)，基于所述第3電容器連接在所述第1及第2電容器的連接點(diǎn)和地之間，實(shí)現(xiàn)所述T字型連接較好。
所述第3電容器和開關(guān)部并聯(lián)連接較好。在這種情況下，通過使開關(guān)部處于截止?fàn)顟B(tài)，以T字型連接的電容器的連接點(diǎn)(浮置點(diǎn))通過開關(guān)部與地連接，能夠除去(放電)在連接點(diǎn)處積聚的電荷。相比之下，通常能夠進(jìn)行迅速且正確的濾波器處理。
根據(jù)下述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的二次低通濾波器，即上述第1及第2電容器串聯(lián)連接在所述輸出端子和所述反向輸入端子之間，包括在輸入端子和所述輸出端子之間串聯(lián)連接的第1及第2電阻、在所述第1及第2電阻的連接點(diǎn)和所述反向輸入端子之間設(shè)置的第3電阻、在所述第1及第3電阻的連接點(diǎn)和地之間設(shè)置的第4電容器。
在這種情況下，由于通過設(shè)定大的第3電容器的電容而能夠確實(shí)減小第1～第3電容器的合成電容，因此能夠確實(shí)抑制電容器比率(＝第4電容器的電容/第1～第3電容器的合成電容)的增大。
通過下述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的集成電路，即所述第1及第2電容器串聯(lián)連接在所述運(yùn)算放大器的輸出端子和反向輸入端子之間，包括在輸入端子和所述反向輸入端子之間連接的第1電阻和在所述輸出端子和所述方向輸入端子之間連接的第2電阻。
在上述以T字型連接的第1～第3電容器中，優(yōu)選地，第1及第2電容器的電容值相等，所述第3電容器是所述第1電容器的電容值的預(yù)定倍數(shù)。相比之下，有源濾波器的設(shè)計(jì)可以容易地、正確地在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
通過串聯(lián)連接所述二次低通濾波器和至少一個(gè)所述集成電路，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的n次(n2以上的整數(shù))低通濾波器。
使用標(biāo)準(zhǔn)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，不需要特殊的技術(shù)或修正集成電路工藝，而且，不會(huì)引起S/N比劣化以及開關(guān)噪聲及電力消耗的增大，能夠減小運(yùn)算放大器的反饋部的電容值，能夠適用于使用運(yùn)算放大器的連續(xù)型或者開關(guān)電容器型的有源濾波器等的濾波器技術(shù)。
雖然在發(fā)明的詳細(xì)說明中描述的具體實(shí)施形式或者實(shí)施例說明了本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，但是不應(yīng)僅僅限于具體例子的狹義理解，在本發(fā)明的精神和附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)，能夠?qū)?shí)施例作出各種各樣的變更。
權(quán)利要求
1.一種有源濾波器，是包括在半導(dǎo)體集成電路元件中形成的運(yùn)算放大器(1)的有源濾波器，其特征在于，在所述運(yùn)算放大器(1)的輸出端子和反向輸入端子或者非反向輸入端子之間連接的電容元件，由多個(gè)電容元件(3～5)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源濾波器，其特征在于，所述多個(gè)電容元件(3～5)以T字型連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源濾波器，其特征在于，所述多個(gè)電容元件為第1～第3電容器(3～5)，第1及第2電容器(3，4)串聯(lián)連接在所述輸出端子和所述反向輸入端子或者所述非反向輸入端子之間，所述第3電容器(5)連接在所述第1及第2電容器(3，4)的連接點(diǎn)與地之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有源濾波器，其特征在于，所述第1及第2電容器(13，14)串聯(lián)連接在所述輸出端子和所述反向輸入端子之間，包括在輸入端子和所述輸出端子之間串聯(lián)連接的第1及第2電阻(18，19)；在所述第1及第2電阻(18，19)的連接點(diǎn)和所述反向輸入端子之間設(shè)置的第3電阻；以及在所述第1及第3電阻(18，12)的連接點(diǎn)和地之間設(shè)置的第4電容器(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有源濾波器，其特征在于，所述第1及第2電容器(13，14)串聯(lián)連接在所述輸出端子和所述反向輸入端子之間；包括在輸入端子和所述反向輸入端子之間連接的第1電阻(18)；以及在所述輸出端子和所述反向輸入端子之間連接的第2電阻(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的有源濾波器，其特征在于，所述第3電容器和開關(guān)部(16)并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的有源濾波器，其特征在于，所述第1及第2電容器(13，14)的電容值相等，所述第3電容器(15)的電容值是所述第1電容器(13)的電容值的預(yù)定倍數(shù)。
8.一種有源濾波器，其特征在于，與根據(jù)權(quán)利要求4所述的有源濾波器和根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源濾波器中的至少一個(gè)串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有源濾波器，其特征在于，所述開關(guān)部(16)由MOS場效應(yīng)晶體管構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有源濾波器，其特征在于，所述開關(guān)部(16)在按照有源濾波器的常規(guī)動(dòng)作模式設(shè)定之前處于導(dǎo)通狀態(tài)，在有源濾波器按常規(guī)動(dòng)作時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。
11.一種無線電收發(fā)機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求4所述的有源濾波器。
全文摘要
減小在半導(dǎo)體集成電路中形成的運(yùn)算放大器反饋部的電容器電容。本發(fā)明的有源濾波器包括在半導(dǎo)體集成電路中形成的運(yùn)算放大器，在運(yùn)算放大器的輸出端子和反向輸入端子或非反向輸入端子之間連接的電容元件由多個(gè)電容元件(3～5)構(gòu)成，不需要特別的技術(shù)或修改集成電路工藝，而且，不會(huì)引起S/N比劣化，也不會(huì)引起開關(guān)噪聲及電力消耗的增大，能夠減小運(yùn)算放大器的反饋部的電容值。
文檔編號H03H11/04GK1649261SQ20041008205
公開日2005年8月3日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月27日
發(fā)明者A·O·阿丹 申請人:夏普株式會(huì)社