伝送零点を有する連続時間系MOSFET-Cフィルタのモノリシック集積化

各種のフィルタの中で伝送零点を有するフィルタは同じ次数で最も急峻な遮断特性が得られるため最も重要なものの一つであるが,従来の実現手法はフィルタの構成要素として積分器だけでなく加算器も必要としていたため,回路規模の増大や素子値変動に対するフィルタ特性の劣化が顕著となるといった問題を有していた.そこで,我々は,線形性の低いMOSFETを用いても高い線形性の得られるTsaoらによって提案された負性インピーダンス変換器と同一サイズの4個のMOSFET(以下MOS Resistive Circuit,MRCと呼ぶ)から構成される積分器に注目し,その改良を行った.Tsaoらの積分器は,その相互接続のために,積分容量に流れ込む差分電流の流出を防ぐ,バッファ用の電圧フォロワが不可欠であるという問題点を有していた.この問題を解決するために,同一のバイアス状態の2組のMRCを用い,常に同一の電流を流出させることにより,容量に流れ込む差分電流を変化させず,電圧フォロワ無しで相互接続を可能とした.さらに,この技術をMRCだけでなく積分器を構成している容量にも応用することにより,加算機能も兼ね備えた積分器を実現し,初期の目標を達成した.提案の積分器は2倍の数のMRCが必要なため従来の積分器よりもモノリシック集積回路上でチップ面積を占有するように思えるが,提案の積分器をフィルタ構成に応用した場合,非常に多くのMOSFETを除去することができ,MOSFETの占める面積はTsaoらの積分器で同一のフィルタを実現した場合の半分となることを示した.また,伝送零点を有するフィルタの最大の問題点であった加算器は,提案の積分器を用いた場合には不要であるため,従来の典型的な数種類の手法と比較してフィルタ全体のチップ面積を約半減することができた.また,MOSFET-Cフィルタで問題となる歪みについても1VP-Pの入力に対して0.5%以下という非常に低い値が得られ,本研究の目的をほぼ達成した.

各種のフィルタの中で伝送零点を有するフィルタは同じ次数で最も急峻な遮断特性が得られるため最も重要なものの一つであるが,従来の実現手法はフィルタの構成要素として積分器だけでなく加算器も必要としていたため,回路規模の増大や素子値変動に対するフィルタ特性の劣化が顕著となるといった問題を有していた.そこで,我々は,線形性の低いMOSFETを用いても高い線形性の得られるTsaoらによって提案された負性インピーダンス変換器と同一サイズの4個のMOSFET(以下MOS Resistive Circuit,MRCと呼ぶ)から構成される積分器に注目し,その改良を行った.Tsaoらの積分器は,その相互接続のために,積分容量に流れ込む差分電流の流出を防ぐ,バッファ用の電圧フォロワが不可欠であるという問題点を有していた.この問題を解決するために,同一のバイアス状態の2組のMRCを用い,常に同一の電流を流出させることにより,容量に流れ込む差分電流を変化させず,電圧フォロワ無しで相互接続を可能とした.さらに,この技術をMRCだけでなく積分器を構成している容量にも応用することにより,加算機能も兼ね備えた積分器を実現し,初期の目標を達成した.提案の積分器は2倍の数のMRCが必要なため従来の積分器よりもモノリシック集積回路上でチップ面積を占有するように思えるが,提案の積分器をフィルタ構成に応用した場合,非常に多くのMOSFETを除去することができ,MOSFETの占める面積はTsaoらの積分器で同一のフィルタを実現した場合の半分となることを示した.また,伝送零点を有するフィルタの最大の問題点であった加算器は,提案の積分器を用いた場合には不要であるため,従来の典型的な数種類の手法と比較してフィルタ全体のチップ面積を約半減することができた.また,MOSFET-Cフィルタで問題となる歪みについても1VP-Pの入力に対して0.5%以下という非常に低い値が得られ,本研究の目的をほぼ達成した.