开关电容滤波器和反馈系统技术方案

环路滤波器（３０）包括：设置在电流信号的输入端和基准电压之间的第１电容元件（３１）；设置在上述输入端和第１电容元件（３１）之间的开关电容电路（３２）；以及与第１电容元件（３１）和上述开关电容电路（３２）并联设置的第２电容元件（３３）。在开关电容电路（３２）中，在将第３电容元件（３２１）连接在第１电容元件（３１）一侧时，第４电容元件（３２２）连接在第２电容元件（３３）一侧。在上述结构的环路滤波器（３０）中，将第２电容元件（３３）的电容值设置得比第３电容元件和第４电容元件（３２１、３２２）的电容值都大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关电容滤波器(switched capacitor filter)，尤其涉及适合作为相位同步电路、延迟锁定环路等的反馈系统中环路滤波器的开关电容滤波器技术。
技术介绍
目前，系统LSI搭载的功能越来越多，存在系统LSI的电路规模增大的趋势。因此，系统LSI的电路规模缩小成为普遍问题。在系统LSI中，可以说必须安装有相位同步电路(以下，称作“PLL”)。PLL中存在不能使响应时间的最大值大于输入时钟频率的大约十分之一以上这样的制约。因此，需要将构成PLL的环路滤波器的CR积设定得比较大。为了实现比较大的CR积，一般将构成环路滤波器的电容元件的电容值设定得很大。因此，在PLL的构成要素中，环路滤波器也将占PLL的电路面积的大部分。并且，在PLL中输入时钟的频率越低，响应时间就越长，因此，需要将构成环路滤波器的电容元件的电容值设定得更大。其结果，PLL的电路规模将越来越大。为了解决这种问题，也需要缩小环路滤波器的电路规模。作为缩小用于PLL的环路滤波器的电路规模的技术，可列举由本申请的第一专利技术人等在日本特愿2003-185573号说明书中所公开的技术。图16表示该说明书中所公开的专利技术(以下称作“在先专利技术申请”)的环路滤波器的电路结构。该环路滤波器包括连接在输入端IN1的电容元件310(电容值C)、连接在输入端IN2的电阻元件320(电阻值R)和电容元件330(电容值C3)、以及设置在电容元件310和电阻元件320之间的电压缓冲电路350。将充放电电流(充电电流)Ip1和Ip2从2个充电泵电路供给到输入端IN1和IN2。并且，该环路滤波器输出产生在电阻元件320和电容元件330的连接处的电压Vout。在该环路滤波器中，相对于供给到电阻元件320的电流，对供给到电容元件310的电流设定得很小，从而不使电阻元件320的电阻值增大而仅减小电容元件310的电容值，实现与现有的滤波器同等的CR积、即与现有的同等的滤波器特性。另外，分别将足够的电压施加在电容元件310和330上，因此，可用MOS电容来实现这些电容元件。由此，使电容元件310和330小型化，使作为整个环路滤波器的电路规模缩小。在该环路滤波器中，需要使电阻元件320产生足够大的电压。因此，需要将流到电阻元件320的电流值设定得比较大，或是将电阻元件320的电阻值设定得比较大。但是，无论哪种情况都因电阻元件320产生的功耗比较大而不理想。特别是，电阻元件320成为噪音产生的原因，因此，优选避免使该电阻值变大的情况。另一方面，为了减小环路滤波器中电阻元件产生的噪音，代替电阻元件设置开关电容电路的环路滤波器已为公众所知(例如，参照专利文献1)。图17表示具有开关电容电路的现有的环路滤波器的电路结构。该环路滤波器包括连接在输入端IN的电容元件310(电容值C)和330(电容值C3)、和连接在电容元件310的开关电容电路320A，输出产生在电容元件310和330的连接处的电压Vout。开关电容电路320A，包括电容元件340(电容值CR)、和切换电容元件340的连接对象的开关Q1以及Q2。开关电容电路320A，实质上呈现电阻值R。基于这样的结构，从环路滤波器省略电阻元件来减小由电阻元件产生的噪音。专利文献1美国专利第6420917号说明书(第6-7页，第4图)
技术实现思路
如上所述，关于在先专利技术申请的环路滤波器，电路规模缩小的反面，存在功耗比较大的问题。另外，为了以MOS电容实现电容元件310，需要电压缓冲电路350。但是，电压缓冲电路350也是噪音产生的原因。因此，优选省略电压缓冲电路350的情况。另一方面，具有开关电容电路的现有的环路滤波器，没有设置电阻元件和电压缓冲电路，因此，由此产生的噪音不是大问题。但是，电容元件310，与以往一样仍然比较大，缩小电路规模很困难。另外，开关Q1为闭合时，电容元件340与电容元件310串联连接，因此，对电容元件340施加足够的电压是很困难的。因此，以MOS电容来实现电容元件340是困难的。因为需要对构成MOS电容的MOS晶体管施加该MOS晶体管阈值以上的电压。鉴于上述问题，本专利技术的课题是缩小具有开关电容电路的开关电容滤波器的电路规模。特别是，提供不设置电压缓冲电路而以MOS电容来实现全部的电容元件的开关电容滤波器。为了解决上述课题，本专利技术采取的装置是一种输入电流信号输出电压信号的开关电容滤波器，包括第1电容元件，设置在上述电流信号的输入端和基准电压之间；开关电容电路，设置在上述输入端和上述第1电容元件之间；以及第2电容元件，与上述第1电容元件和上述开关电容电路并联设置。由此，开关电容电路作为电阻元件起作用，从而该开关电容滤波器作为无源2级低通滤波器(passive-type secondary low-pass filter)进行工作。通常，开关电容电路由一个或多个电容元件构成。因此，该开关电容滤波器全部由电容元件构成。在此，开关电容电路设置在输入端和第1电容元件之间，因此，在将该开关电容电路中的电容元件连接在输入端一侧时，将足够大的电压施加给该电容元件。因此，能够使该电容元件的静电电容(capacitance)变小。其结果，缩小作为整个该开关电容滤波器的电路规模。具体地，上述开关电容电路包括第1端子和第2端子；第3电容元件和第4电容元件，一端被供给基准电压，具有实质上相互相同大小的静电电容；以及开关部，对上述第3电容元件和第4电容元件各自的另一端、与上述第1端子和第2端子的每一个的连接状态进行切换。另外，上述开关部，在将上述第3电容元件的另一端连接在上述第1端子时，将上述第4电容元件的另一端连接在上述第2端子，另一方面，在将上述第3电容元件的另一端连接在上述第2端子时，将上述第4电容元件的另一端连接在上述第1端子。并且，上述第2电容元件的静电电容，比上述第3电容元件和第4电容元件的每一个的静电电容都大。这样，将第2电容元件的静电电容设置得比开关电容电路中的第3电容元件和第4电容元件的静电电容都大，从而使得该开关电容滤波器具有与一般的无源2级低通滤波器同等的滤波器特性。优选的是，上述第1电容元件至第4电容元件均是MOS电容。另外，具体地，上述开关电容电路包括第1端子，设置在上述第1电容元件一侧；第2端子，设置在上述输入端一侧；至少三个的多个电容元件，一端被供给基准电压，具有实质上相互相同大小的静电电容；以及开关部，对上述多个电容端子的每一个的另一端、与上述第1端子和第2端子的每一个的连接状态进行切换。另外，上述开关部，维持上述多个电容元件的任意一个的另一端和上述第2端子的连接，同时将上述多个电容元件的其他两个中的任一个的另一端连接在上述第1端子时，将另一个元件的另一端连接在上述第2端子。优选的是，上述第1电容元件和第2电容元件及上述多个电容元件均是MOS电容。另外，本专利技术采取的装置是一种使基于输入时钟生成的输出时钟反馈、并使该输出时钟具有预定的特性的反馈系统，该反馈系统包括充电泵电路，基于上述时钟和所反馈的时钟的相位差，生成充电电流；环路滤波器，将上述充电电流作为输入；以及输出时钟生成电路，基于来自上述环路滤波器的输出信号，生成上述输出时钟，其中，上述环路滤波器包括第1电容元件，设置在上述充电电流的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输入电流信号输出电压信号的开关电容滤波器，其特征在于，包括：第１电容元件，设置在上述电流信号的输入端和基准电压之间；开关电容电路，设置在上述输入端和上述第１电容元件之间；以及第２电容元件，与上述第１电容元件和上述开关电容电路并联设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：道正志郎，德永祐介，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]