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公開番号2021093682
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210617
出願番号2019224539
出願日20191212
発明の名称増幅装置
出願人新日本無線株式会社
代理人特許業務法人栄光特許事務所
主分類H03F 3/34 20060101AFI20210521BHJP(基本電子回路)
要約【課題】オフセット成分及び低周波雑音成分を高精度に低減するとともに、回路面積及び消費電力を低減させる。
【解決手段】増幅装置は、第1乃至第3のオートゼロ増幅器を備え、これらのオートゼロ増幅器のうち、一つのオートゼロ増幅器が、第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を、第3の相互コンダクタンス増幅器の出力により保持する校正モードとなり、他の一つのオートゼロ増幅器が、差動信号を第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路1モードとなり、さらに他の一つのオートゼロ増幅器が、差動信号を第1の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路2モードとなるように、これら複数の動作モードをスイッチにより切り替えるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
並列に接続された少なくとも3つの増幅器である第1乃至第3のオートゼロ増幅器を備え、
前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれは、
入力信号を増幅する第1の相互コンダクタンス増幅器及び第2の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器の入力信号を無信号状態としたときに前記第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器の出力を入力する第3の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第3の相互コンダクタンス増幅器の入力において前記第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を保持するサンプリング容量と、を有し、
前記入力信号を前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第1の増幅経路に接続される第1の入力経路及び第1の出力経路と、
前記入力信号を前記第1の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第2の増幅経路に接続される第2の入力経路及び第2の出力経路と、
前記第1の入力経路及び前記第1の出力経路と、前記第2の入力経路及び前記第2の出力経路との経路切り替えを行うスイッチと、を備え、
前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のうち、
一つのオートゼロ増幅器が前記サンプリング容量により前記校正電圧を保持する校正モードとなり、
他の一つのオートゼロ増幅器が前記入力信号を前記第1の増幅経路において前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路1モードとなり、
さらに他の一つのオートゼロ増幅器が前記入力信号を前記第2の増幅経路において前記第1の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路2モードとなるように、これら複数の動作モードを前記スイッチにより切り替えるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有する、増幅装置。
続きを表示(約 5,800 文字)【請求項2】
差動信号が入力される第1の入力端子及び第2の入力端子と、
前記入力される差動信号が無信号状態となる同相入力端子と、
オン時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力し、オフ時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力しない第1乃至第8のスイッチと、
前記第1のスイッチ乃至前記第3のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続された第1の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第4のスイッチ及び前記第5のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続された第2の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第6のスイッチのスイッチ出力端に接続されたサンプリング容量と、
前記第6のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続された第3の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第8のスイッチのスイッチ出力端に接続された第1の出力端子と、
前記第7のスイッチのスイッチ出力端に接続された第2の出力端子と、を備え、
前記第1の入力端子が前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチのスイッチ入力端に接続され、
前記第2の入力端子が前記第3のスイッチのスイッチ入力端に接続され、
前記同相入力端子が前記第2のスイッチ及び前記第5のスイッチのスイッチ入力端に接続され、
前記第6のスイッチ乃至前記第8のスイッチのスイッチ入力端が前記第1の相互コンダクタンス増幅器乃至前記第3の相互コンダクタンス増幅器の出力に接続され、
前記第2のスイッチ、前記第5のスイッチ、及び前記第6のスイッチがオンとなるとともに、前記第1のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第4のスイッチ、前記第7のスイッチ、及び前記第8のスイッチがオフとなり、前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を前記サンプリング容量に保持する校正モードと、
前記第1のスイッチ、前記第4のスイッチ、及び前記第8のスイッチがオンとなるとともに、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチ、前記第6のスイッチ、及び前記第7のスイッチがオフとなり、前記校正モードによって前記校正電圧が保持された前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器によって前記第1の入力端子に入力される差動信号を増幅し、前記第1の出力端子に出力する経路1モードと、
前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチ、及び前記第7のスイッチがオンとなるとともに、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第4のスイッチ、前記第6のスイッチ、及び前記第8のスイッチがオフとなり、前記校正モードによって前記校正電圧が保持された前記第1の相互コンダクタンス増幅器によって前記第2の入力端子に入力される差動信号を増幅し、前記第2の出力端子に出力する経路2モードと、を有し、
前記校正モード、前記経路1モード、及び前記経路2モードを、前記第1のスイッチ乃至前記第8のスイッチのオンオフによって切り替えるオートゼロ増幅器を備える、増幅装置。
【請求項3】
請求項2に記載の増幅装置であって、
前記オートゼロ増幅器の構成を含む第1乃至第3のオートゼロ増幅器を備え、
前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の内の一つが前記経路1モードの時、他の一つが前記経路2モードとなり、さらに他の一つが前記校正モードとなるように、前記第1のスイッチ乃至前記第8のスイッチによって動作モードを切り替える機能を有し、
前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第1の入力端子が接続された第1の入力経路と、
前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第2の入力端子が接続された第2の入力経路と、
前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第1の出力端子が接続された第1の出力経路と、
前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第2の出力端子が接続された第2の出力経路と、を有するアンプシェアリングオートゼロ増幅器を備える、増幅装置。
【請求項4】
請求項1又は3に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記動作モードの組み合わせとして、
前記第1のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであるフェイズ1と、
前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記校正モードであるフェイズ2と、
前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであるフェイズ3と、
前記第1のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであるフェイズ4と、
前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記校正モードであるフェイズ5と、
前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであるフェイズ6と、を有し、複数のフェイズを時系列に切り替える、増幅装置。
【請求項5】
請求項4に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ1乃至前記フェイズ6を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置。
【請求項6】
請求項4に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ1、前記フェイズ3、及び前記フェイズ5を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置。
【請求項7】
請求項4に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ4、前記フェイズ6、及び前記フェイズ2を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置。
【請求項8】
請求項1、3〜7のうちのいずれか一項に記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
入力される差動信号を高周波帯域に変調する第1のチョッパ変調器と、
前記第1のチョッパ変調器の出力を増幅する第1の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第2のチョッパ変調器と、
前記第2のチョッパ変調器の出力を増幅する第2の増幅器と、
前記第1の増幅器と前記第2のチョッパ変調器との間に入出力が接続され、前記第1の増幅器の出力を負帰還して前記第1の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するノイズリダクションループ回路と、を備え、
前記ノイズリダクションループ回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、
前記ノイズリダクションループ回路の差動入力信号を増幅する第3の増幅器と、
前記第3の増幅器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を増幅する第4の増幅器と、を有し、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第2の増幅器と前記第3の増幅器とを切り替えて機能させる、増幅装置。
【請求項9】
請求項1、3〜7のうちのいずれか一項に記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
入力される差動信号を高周波帯域に変調する第1のチョッパ変調器と、
前記第1のチョッパ変調器の出力を増幅する第1の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第2のチョッパ変調器と、
前記第2のチョッパ変調器の出力を増幅する第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力に出力が接続され、前記第2のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、前記第1の増幅器の出力を負帰還して前記第1の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するオートコレクションフィードバック回路と、を備え、
前記オートコレクションフィードバック回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、
前記オートコレクションフィードバック回路の差動入力信号を増幅する第3の増幅器と、
前記第3の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第3のチョッパ変調器と、
前記第3のチョッパ変調器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を増幅する第4の増幅器と、を有し、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第2の増幅器と前記第3の増幅器とを切り替えて機能させる、増幅装置。
【請求項10】
請求項1、3〜7のうちのいずれか一項に記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
入力される差動信号を高周波帯域に変調する第1のチョッパ変調器と、
前記第1のチョッパ変調器の出力を増幅する第1の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第2のチョッパ変調器と、
前記第2のチョッパ変調器の出力を増幅する第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力に出力が接続され、前記第2のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、前記第1の増幅器の出力を負帰還して前記第1の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するリップルリダクションループ回路と、を備え、
前記リップルリダクションループ回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、
前記リップルリダクションループ回路の入力の高周波雑音成分を取り出すカップリング容量と、
前記カップリング容量の出力の差動電流信号を差動電圧信号に変換する抵抗と、
前記抵抗によって変換された差動電圧信号を増幅する第3の増幅器と、
前記第3の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第3のチョッパ変調器と、
前記第3のチョッパ変調器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を増幅する第4の増幅器と、を有し、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第2の増幅器と前記第3の増幅器とを切り替えて機能させる、増幅装置。
【請求項11】
請求項8〜10のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記第1乃至第4の増幅器は、相互コンダクタンス増幅器を含む、増幅装置。
【請求項12】
請求項8〜10のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記第2の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第1の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第1の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路1モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、
前記第2の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、
前記第3の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第2の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第2の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路2モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置。
【請求項13】
請求項8〜10のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記第2の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第2の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第2の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路2モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、
前記第2の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、
前記第3の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第1の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第1の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路1モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置。
【請求項14】
請求項8〜10のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記フィルタ回路は、増幅器と容量とを有して構成される積分回路を含み、前記第3の増幅器の出力の低周波信号成分を増幅し、高周波信号成分を低減する、増幅装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、増幅装置に関する。
続きを表示(約 10,000 文字)【背景技術】
【0002】
増幅器は、センサ信号等の増幅に広く用いられているが、いくつかの応用例では、増幅器内部のオフセット成分及び低周波雑音成分が非常に小さいことを要求される。従来の増幅器では、オフセット成分及び低周波雑音成分がその要求を満たすことができないため、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法が多く存在している。
【0003】
オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法の一例として、チョッパ安定化増幅器が存在している。チョッパ安定化増幅器は、チョッパ変調器を用いて入力段の増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分のみが高周波帯域に変調するように構成することで、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法である。
【0004】
オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法の他の例として、オートゼロ増幅器が存在している。オートゼロ増幅器は、内蔵している校正回路によって増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法である。一般にオートゼロ増幅器は、スイッチによって入出力を切り替え、校正モードと増幅モードとを交互に動作させる。そのため、一つのオートゼロ増幅器だけでは、校正モードの時に信号を増幅することができない。そこで、例えば非特許文献1に開示されているように、二つのオートゼロ増幅器を用意し、一方のオートゼロ増幅器が校正モードの時、もう片方が増幅モードとなり信号を増幅するように構成されたPing−Pongオートゼロ増幅器が採用されている。
【0005】
以上のように、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法の例として、チョッパ安定化増幅器とオートゼロ増幅器とが存在する。しかし、チョッパ安定化増幅器は、オフセット成分及び低周波雑音成分が高周波帯域に変調され、それがリップルノイズとなり、リップルノイズによる高周波雑音成分が生じる課題がある。また、オートゼロ増幅器は、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減するような信号を校正回路がサンプリングする必要があるため、サンプリングの際に生じるエイリアシング雑音が発生し、エイリアシング雑音による低周波雑音成分が生じる課題がある。このため、これらの課題を改善するための手法がいくつか存在している。
【0006】
一例として、特許文献1に開示されているように、チョッパ安定化増幅器とPing−Pongオートゼロ増幅器の動作を組み合わせた手法が存在する。この手法では、チョッパ変調器によって高周波帯域に変調される入力段の増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分をフィードバック回路によって大きく低減し、高周波雑音成分を低減させることができる。更に、上記のフィードバック回路を用いてオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法において、複数のPing−Pongオートゼロ増幅器を用いてより高精度な増幅器を実現することも可能である。この場合、フィードバック回路の初段増幅器と、フィードバック回路を用いてオフセット成分及び低周波雑音成分を低減した増幅器の2段目の増幅器とを、Ping−Pongオートゼロ増幅器により構成する。
【0007】
しかしながら、上記のような複数のPing−Pongオートゼロ増幅器を用いた構成では、4つのオートゼロ増幅器が必要となり、回路面積及び消費電力を増加させてしまう課題がある。
【0008】
複数のオートゼロ増幅器を用いた他の例として、例えば非特許文献2に開示されているように、並列する2つの増幅経路を3つのオートゼロ増幅器を用いてオートゼロ動作させる手法が存在する。しかし、非特許文献2では、2つの増幅経路の相互コンダクタンス値が同じになってしまうため、設計の自由度が下がってしまう課題をもつ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
米国特許第6476671号明細書
【非特許文献】
【0010】
Ion E. Opris and Gregory T.A. Kovacs, “A Rail-to-Rail Ping-Pong Op-Amp”, IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 31, no 9, pp. 1320-1324, Sep. 1996.
Saket Sakunia, Frerik Witte, Michiel Pertijs and Kofi Makinwa, “A Ping-Pong-Pang Current-Feedback Instrumentation Amplifier with 0.04% Gain Error”, IEEE Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. 60-61, Jun. 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上述したように、増幅回路において、複数のオートゼロ増幅器を用いてより高精度な増幅器を実現しようとすると、回路面積及び消費電力が増加してしまう課題が生じる。また、特許文献1に開示された手法において、フィードバック回路の初段増幅器と、メインの増幅経路の2段目の増幅器とをオートゼロ増幅器により構成する場合、それぞれの増幅経路において適宜相互コンダクタンス値を設定する必要がある。このため、非特許文献2に開示された手法のような並列する2つの増幅経路においてオートゼロ増幅器を切り替える構成を適用することができない。したがって、フィードバック回路を有する複数の増幅経路において、オートゼロ増幅器を用いた高精度化と、回路面積及び消費電力の低減とが求められる。
【0012】
本発明は、オフセット成分及び低周波雑音成分を高精度に低減するとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能な増幅装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、並列に接続された少なくとも3つの増幅器である第1乃至第3のオートゼロ増幅器を備え、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれは、入力信号を増幅する第1の相互コンダクタンス増幅器及び第2の相互コンダクタンス増幅器と、前記第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器の入力信号を無信号状態としたときに前記第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器の出力を入力する第3の相互コンダクタンス増幅器と、前記第3の相互コンダクタンス増幅器の入力において前記第1及び第2の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を保持するサンプリング容量と、を有し、前記入力信号を前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第1の増幅経路に接続される第1の入力経路及び第1の出力経路と、前記入力信号を前記第1の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第2の増幅経路に接続される第2の入力経路及び第2の出力経路と、前記第1の入力経路及び前記第1の出力経路と、前記第2の入力経路及び前記第2の出力経路との経路切り替えを行うスイッチと、を備え、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のうち、一つのオートゼロ増幅器が前記サンプリング容量により前記校正電圧を保持する校正モードとなり、他の一つのオートゼロ増幅器が前記入力信号を前記第1の増幅経路において前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路1モードとなり、さらに他の一つのオートゼロ増幅器が前記入力信号を前記第2の増幅経路において前記第1の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路2モードとなるように、これら複数の動作モードを前記スイッチにより切り替えるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有する、増幅装置を提供する。
【0014】
また、本発明は、差動信号が入力される第1の入力端子及び第2の入力端子と、前記入力される差動信号が無信号状態となる同相入力端子と、オン時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力し、オフ時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力しない第1乃至第8のスイッチと、前記第1のスイッチ乃至前記第3のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続された第1の相互コンダクタンス増幅器と、前記第4のスイッチ及び前記第5のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続された第2の相互コンダクタンス増幅器と、前記第6のスイッチのスイッチ出力端に接続されたサンプリング容量と、前記第6のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続された第3の相互コンダクタンス増幅器と、前記第8のスイッチのスイッチ出力端に接続された第1の出力端子と、前記第7のスイッチのスイッチ出力端に接続された第2の出力端子と、を備え、前記第1の入力端子が前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチのスイッチ入力端に接続され、前記第2の入力端子が前記第3のスイッチのスイッチ入力端に接続され、前記同相入力端子が前記第2のスイッチ及び前記第5のスイッチのスイッチ入力端に接続され、前記第6のスイッチ乃至前記第8のスイッチのスイッチ入力端が前記第1の相互コンダクタンス増幅器乃至前記第3の相互コンダクタンス増幅器の出力に接続され、前記第2のスイッチ、前記第5のスイッチ、及び前記第6のスイッチがオンとなるとともに、前記第1のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第4のスイッチ、前記第7のスイッチ、及び前記第8のスイッチがオフとなり、前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を前記サンプリング容量に保持する校正モードと、前記第1のスイッチ、前記第4のスイッチ、及び前記第8のスイッチがオンとなるとともに、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチ、前記第6のスイッチ、及び前記第7のスイッチがオフとなり、前記校正モードによって前記校正電圧が保持された前記第1の相互コンダクタンス増幅器及び前記第2の相互コンダクタンス増幅器によって前記第1の入力端子に入力される差動信号を増幅し、前記第1の出力端子に出力する経路1モードと、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチ、及び前記第7のスイッチがオンとなるとともに、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第4のスイッチ、前記第6のスイッチ、及び前記第8のスイッチがオフとなり、前記校正モードによって前記校正電圧が保持された前記第1の相互コンダクタンス増幅器によって前記第2の入力端子に入力される差動信号を増幅し、前記第2の出力端子に出力する経路2モードと、を有し、前記校正モード、前記経路1モード、及び前記経路2モードを、前記第1のスイッチ乃至前記第8のスイッチのオンオフによって切り替えるオートゼロ増幅器を備える、増幅装置を提供する。
【0015】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記オートゼロ増幅器の構成を含む第1乃至第3のオートゼロ増幅器を備え、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の内の一つが前記経路1モードの時、他の一つが前記経路2モードとなり、さらに他の一つが前記校正モードとなるように、前記第1のスイッチ乃至前記第8のスイッチによって動作モードを切り替える機能を有し、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第1の入力端子が接続された第1の入力経路と、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第2の入力端子が接続された第2の入力経路と、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第1の出力端子が接続された第1の出力経路と、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第2の出力端子が接続された第2の出力経路と、を有するアンプシェアリングオートゼロ増幅器を備える、増幅装置を提供する。
【0016】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記動作モードの組み合わせとして、前記第1のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであるフェイズ1と、前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記校正モードであるフェイズ2と、前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであるフェイズ3と、前記第1のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであるフェイズ4と、前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記校正モードであるフェイズ5と、前記第1のオートゼロ増幅器が前記経路2モードであり、前記第2のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第3のオートゼロ増幅器が前記経路1モードであるフェイズ6と、を有し、複数のフェイズを時系列に切り替える、増幅装置を提供する。
【0017】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ1乃至前記フェイズ6を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置を提供する。
【0018】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ1、前記フェイズ3、及び前記フェイズ5を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置を提供する。
【0019】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ4、前記フェイズ6、及び前記フェイズ2を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置を提供する。
【0020】
また、本発明は、上記いずれかに記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、入力される差動信号を高周波帯域に変調する第1のチョッパ変調器と、前記第1のチョッパ変調器の出力を増幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第2のチョッパ変調器と、前記第2のチョッパ変調器の出力を増幅する第2の増幅器と、前記第1の増幅器と前記第2のチョッパ変調器との間に入出力が接続され、前記第1の増幅器の出力を負帰還して前記第1の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するノイズリダクションループ回路と、を備え、前記ノイズリダクションループ回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、前記ノイズリダクションループ回路の差動入力信号を増幅する第3の増幅器と、前記第3の増幅器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力を増幅する第4の増幅器と、を有し、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第2の増幅器と前記第3の増幅器とを切り替えて機能させる、増幅装置を提供する。
【0021】
また、本発明は、上記いずれかに記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、入力される差動信号を高周波帯域に変調する第1のチョッパ変調器と、前記第1のチョッパ変調器の出力を増幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第2のチョッパ変調器と、前記第2のチョッパ変調器の出力を増幅する第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力に出力が接続され、前記第2のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、前記第1の増幅器の出力を負帰還して前記第1の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するオートコレクションフィードバック回路と、を備え、前記オートコレクションフィードバック回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、前記オートコレクションフィードバック回路の差動入力信号を増幅する第3の増幅器と、前記第3の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第3のチョッパ変調器と、前記第3のチョッパ変調器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力を増幅する第4の増幅器と、を有し、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第2の増幅器と前記第3の増幅器とを切り替えて機能させる、増幅装置を提供する。
【0022】
また、本発明は、上記いずれかに記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、入力される差動信号を高周波帯域に変調する第1のチョッパ変調器と、前記第1のチョッパ変調器の出力を増幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第2のチョッパ変調器と、前記第2のチョッパ変調器の出力を増幅する第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力に出力が接続され、前記第2のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、前記第1の増幅器の出力を負帰還して前記第1の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するリップルリダクションループ回路と、を備え、前記リップルリダクションループ回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、前記リップルリダクションループ回路の入力の高周波雑音成分を取り出すカップリング容量と、前記カップリング容量の出力の差動電流信号を差動電圧信号に変換する抵抗と、前記抵抗によって変換された差動電圧信号を増幅する第3の増幅器と、前記第3の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第3のチョッパ変調器と、前記第3のチョッパ変調器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力を増幅する第4の増幅器と、を有し、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第1乃至第3のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第2の増幅器と前記第3の増幅器とを切り替えて機能させる、増幅装置を提供する。
【0023】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記第1乃至第4の増幅器は、相互コンダクタンス増幅器を含む、増幅装置を提供する。
【0024】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記第2の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第1の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第1の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路1モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、前記第2の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、前記第3の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第2の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第2の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路2モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置を提供する。
【0025】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記第2の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第2の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第2の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路2モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、前記第2の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、前記第3の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第1の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第1の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路1モードとなった前記第1乃至第3のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置を提供する。
【0026】
また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記フィルタ回路は、増幅器と容量とを有して構成される積分回路を含み、前記第3の増幅器の出力の低周波信号成分を増幅し、高周波信号成分を低減する、増幅装置を提供する。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、オフセット成分及び低周波雑音成分を高精度に低減するとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能な増幅装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
第1の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。
第1の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、校正モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。
第1の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、経路1モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。
第1の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、経路2モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。
第1の実施形態の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の第1例を示す図である。
第1の実施形態の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の第2例を示す図である。
第1の実施形態の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の第3例を示す図である。
第2の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。
第2の実施形態の増幅回路におけるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を模式的に示した機能説明図である。
第2の実施形態の増幅回路の構成をより具体的に示した図である。
第3の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。
第4の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。
第5の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。
第6の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。
第7の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。
チョッパ安定化増幅器を用いた増幅回路の構成例を示す図である。
図16の増幅回路による信号成分、雑音成分及びオフセット成分の時間波形と周波数特性の一例を示す特性図である。
ノイズリダクションループ回路を用いた増幅回路の構成例を示す図である。
図18の増幅回路による信号成分、雑音成分及びオフセット成分の時間波形と周波数特性の一例を示す特性図である。
図18の増幅回路において出力段の増幅器にPing−Pongオートゼロ増幅器を用いた増幅回路の構成例を示す図である。
図20の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明に係る増幅装置を具体的に開示した実施形態(以下、「本実施形態」という)について、図面を参照して詳細に説明する。
【0030】
(本実施形態の内容に至る経緯)
本実施形態に至る経緯を説明するために、チョッパ変調器及びオートゼロ増幅器(Autozeroing Amplifier)を用いたチョッパ安定化増幅器を含む増幅装置の構成例を用いる。
(【0031】以降は省略されています)

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