特許ウォッチ

公開番号2024076413
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-06
出願番号2022187886
出願日2022-11-25
発明の名称信号増幅装置
出願人コーデンシ株式会社
代理人個人
主分類H03F 3/08 20060101AFI20240530BHJP(基本電子回路)
要約【課題】電流信号が入力される信号増幅装置において、回路規模を小さくしつつ、ノイズを低減可能な構成を提供する。
【解決手段】信号増幅装置1は、信号変換部11と、多重帰還増幅部12と、を備える。信号変換部11は、電流信号を電圧信号に変換する。多重帰還増幅部12は、信号変換部11の下流に接続されており、電圧信号を第1容量素子13を介して増幅器14に入力するとともに、増幅器14の出力を抵抗素子15を介して増幅器14に帰還させるとともに、増幅器14の出力を第2容量素子16及び第1容量素子13を介して増幅器14に帰還させることにより、電圧信号の直流信号成分をカットしつつ電圧信号を増幅する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電流信号を電圧信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部の下流に接続されており、前記電圧信号を第１容量素子を介して増幅器に入力するとともに、当該増幅器の出力を抵抗素子を介して当該増幅器に帰還させるとともに、当該増幅器の出力を第２容量素子及び前記第１容量素子を介して当該増幅器に帰還させることにより、前記電圧信号の直流信号成分をカットしつつ当該電圧信号を増幅する多重帰還増幅部と、
を備えることを特徴とする信号増幅装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の信号増幅装置であって、
前記信号変換部は、フォトダイオードが出力する前記電流信号を前記電圧信号に変換することを特徴とする信号増幅装置。
【請求項３】
請求項２に記載の信号増幅装置であって、
前記抵抗素子に並列に配置される抵抗調整素子を備え、
前記抵抗調整素子は、前記フォトダイオードのカソード電圧が小さくなったと判定された場合に、前記抵抗素子と前記抵抗調整素子の合成抵抗を下降させることを特徴とする信号増幅装置。
【請求項４】
請求項３に記載の信号増幅装置であって、
前記抵抗調整素子は、前記抵抗素子に並列に配置されるアナログスイッチであり、
前記アナログスイッチは、前記フォトダイオードのカソード電圧が小さくなったと判定された場合に、アナログスイッチを閉じることで、前記抵抗素子と前記アナログスイッチの合成抵抗を下降させることを特徴とする信号増幅装置。
【請求項５】
請求項３に記載の信号増幅装置であって、
前記抵抗調整素子は、前記フォトダイオードのカソード電圧が小さくなるに連れて、前記抵抗素子と前記抵抗調整素子の合成抵抗が徐々に下降することを特徴とする信号増幅装置。
【請求項６】
請求項５に記載の信号増幅装置であって、
前記抵抗調整素子は、前記抵抗素子に並列に配置されるＭＯＳＦＥＴであり、
前記フォトダイオードのカソード電圧がゲート電圧として前記ＭＯＳＦＥＴに印加されており、前記フォトダイオードのカソード電圧の低下に応じて、前記抵抗素子と前記ＭＯＳＦＥＴの合成抵抗が徐々に下降することを特徴とする信号増幅装置。
【請求項７】
請求項２に記載の信号増幅装置であって、
前記増幅器には、前記電圧信号と、基準電圧と、が入力されており、
前記フォトダイオードのカソード電圧と、前記基準電圧と、が異なる値であることを特徴とする信号増幅装置。
【請求項８】
請求項７に記載の信号増幅装置であって、
前記フォトダイオードのカソード電圧は、前記フォトダイオードに逆バイアスが掛かる電圧であることを特徴とする信号増幅装置。
【請求項９】
請求項２に記載の信号増幅装置であって、
前記フォトダイオードへの光の照射に伴う、前記フォトダイオードのカソード電圧の低下の下限値を当該フォトダイオードの順方向電圧から、調整値まで上昇させる調整回路を備えることを特徴とする信号増幅装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の信号増幅装置であって、
前記調整回路は、ダイオードを備え、
前記ダイオードは、光入力がゼロのときの前記フォトダイオードのカソード電圧の下限値よりも高い電圧に接続されており、
前記ダイオードは、前記フォトダイオードのカソード側に接続されることを特徴とする信号増幅装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、信号を増幅する信号増幅装置に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、試料を通過したレーザ光をフォトダイオードで受光して分析するレーザ式ガス分析装置を開示する。フォトダイオードが出力した電流信号は、プリアンプで増幅された後に、フィルタにより不要な周波数帯（例えば直流信号成分）がカットされる等して、信号解析回路に入力される。信号解析回路は、電流信号を解析してガス濃度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－５３６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の回路構成において、信号解析回路に入力される電流値を大きくするためには、プリアンプの増幅率を高くする必要がある。しかし、プリアンプの増幅率を高くすると、直流信号成分も増幅される。そのため、電流信号の電流値が回路の許容値を超えると、回路が正常に動作しないことがある。これを回避するために、一般的には、電流信号をプリアンプで増幅した後にフィルタにより直流信号成分をカットし、その後に再び電流信号を増幅することが行われる。しかし、この種の回路構成は、回路規模が大きくなるため消費電力が増加したり、増幅回数が増えることによりノイズが増加し易い等の課題がある。また、この課題は、フォトダイオードが出力した電流信号の処理に限られず、それ以外の電流信号に対しても存在し得る課題である。
【０００５】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、電流信号が入力される信号増幅装置において、回路規模を小さくしつつ、ノイズを低減可能な構成を提供することにある。
【発明の概要】
課題を解決するための手段及び効果
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００７】
本発明の観点によれば、以下の構成の信号増幅装置が提供される。即ち、信号増幅装置は、信号変換部と、多重帰還増幅部と、を備える。前記信号変換部は、電流信号を電圧信号に変換する。前記多重帰還増幅部は、前記信号変換部の下流に接続されており、前記電圧信号を第１容量素子を介して増幅器に入力するとともに、当該増幅器の出力を抵抗素子を介して当該増幅器に帰還させるとともに、当該増幅器の出力を第２容量素子及び前記第１容量素子を介して当該増幅器に帰還させることにより、前記電圧信号の直流信号成分をカットしつつ当該電圧信号を増幅する。
【０００８】
電流信号を増幅して、直流成分の除去後に再び増幅する構成と比較して、回路規模を小さくできるので、装置の小型化及び消費電力の低減が実現できる。また、信号を増幅させる回数を減らすことができるので、ノイズの低減が実現できる。
【０００９】
前記の信号増幅装置においては、前記信号変換部は、フォトダイオードが出力する前記電流信号を前記電圧信号に変換することが好ましい。
【００１０】
フォトダイオードの下流に配置される増幅及び直流信号成分のカットに関する回路規模を小さくできる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許