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JP2013031089A - Amplification device, amplification system and current-voltage conversion device - Google Patents

Amplification device, amplification system and current-voltage conversion device Download PDF

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JP2013031089A
JP2013031089A JP2011166997A JP2011166997A JP2013031089A JP 2013031089 A JP2013031089 A JP 2013031089A JP 2011166997 A JP2011166997 A JP 2011166997A JP 2011166997 A JP2011166997 A JP 2011166997A JP 2013031089 A JP2013031089 A JP 2013031089A
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JP
Japan
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amplifier
sub
input
voltage
output signal
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JP2011166997A
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Takanori Imamura
村 崇 典 今
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】適切にオフセット電圧をキャンセルすることが可能な増幅装置、増幅システムおよびこれを用いた電流電圧変換装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、増幅装置は、メインアンプと、第1のサブアンプと、第2のサブアンプとを備える。前記メインアンプは、第1の入力電圧と第2の入力電圧との差を増幅した電圧を出力する。前記第1のサブアンプは、入力端子同士を短絡したときの出力電圧に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力電圧に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う。前記第2のサブアンプは、入力端子同士を短絡したときの出力電圧に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力電圧に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う。
【選択図】図2
An amplification device, an amplification system, and a current-voltage conversion device using the amplification device capable of appropriately canceling an offset voltage are provided.
According to an embodiment, an amplifying apparatus includes a main amplifier, a first sub-amplifier, and a second sub-amplifier. The main amplifier outputs a voltage obtained by amplifying the difference between the first input voltage and the second input voltage. The first sub-amplifier performs its own offset cancellation based on the output voltage when the input terminals are short-circuited, and based on the output voltage when the first input voltage and the second input voltage are input. To cancel the offset of the main amplifier. The second sub-amplifier performs its own offset cancellation based on the output voltage when the input terminals are short-circuited, and based on the output voltage when the first input voltage and the second input voltage are input. To cancel the offset of the main amplifier.
[Selection] Figure 2

Description

本発明の実施形態は、増幅装置、増幅システムおよび電流電圧変換装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an amplification device, an amplification system, and a current-voltage conversion device.

オペアンプは、例えば電流を電圧に変換する電流電圧変換装置に使用される。変換精度を高めるためには、オペアンプの反転入力端子に入力される電圧と、非反転入力端子に入力される電圧との差を正確に増幅しなければならない。   The operational amplifier is used, for example, in a current-voltage converter that converts current into voltage. In order to increase the conversion accuracy, the difference between the voltage input to the inverting input terminal of the operational amplifier and the voltage input to the non-inverting input terminal must be accurately amplified.

ところが、一般に、オペアンプは製造ばらつき等に起因するオフセット電圧を有する。そのため、オペアンプの反転入力端子および非反転入力端子に同一の電圧が入力された場合であっても、±5〜10mV程度のオフセット電圧が出力され、変換精度が低下してしまうという問題がある。   However, in general, an operational amplifier has an offset voltage due to manufacturing variations. Therefore, even when the same voltage is input to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier, there is a problem that an offset voltage of about ± 5 to 10 mV is output and conversion accuracy is lowered.

特開平3−34683号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-34683

適切にオフセット電圧をキャンセルすることが可能な増幅装置、増幅システムおよびこれを用いた電流電圧変換装置を提供する。   Provided are an amplifying device, an amplifying system, and a current-voltage converter using the amplifying device capable of appropriately canceling an offset voltage.

実施形態によれば、増幅装置は、メインアンプと、第1のサブアンプと、第2のサブアンプとを備える。前記メインアンプは、第1の入力電圧と第2の入力電圧との差を増幅した電圧を出力する。前記第1のサブアンプは、入力端子同士を短絡したときの出力電圧に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力電圧に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う。前記第2のサブアンプは、入力端子同士を短絡したときの出力電圧に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力電圧に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う。   According to the embodiment, the amplification device includes a main amplifier, a first sub-amplifier, and a second sub-amplifier. The main amplifier outputs a voltage obtained by amplifying the difference between the first input voltage and the second input voltage. The first sub-amplifier performs its own offset cancellation based on the output voltage when the input terminals are short-circuited, and based on the output voltage when the first input voltage and the second input voltage are input. To cancel the offset of the main amplifier. The second sub-amplifier performs its own offset cancellation based on the output voltage when the input terminals are short-circuited, and based on the output voltage when the first input voltage and the second input voltage are input. To cancel the offset of the main amplifier.

電流電圧変換装置1の概略ブロック図。1 is a schematic block diagram of a current / voltage converter 1. FIG. 一実施形態に係る増幅装置100の回路図。1 is a circuit diagram of an amplifying apparatus 100 according to an embodiment. 信号A,Bを生成して増幅装置100を制御する制御回路150の一例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a control circuit 150 that generates signals A and B and controls the amplifying apparatus 100. 図3の制御回路150の各部の電圧波形図。FIG. 4 is a voltage waveform diagram of each part of the control circuit 150 of FIG. 3. 図2の第1の変形例である増幅装置101の回路図。FIG. 3 is a circuit diagram of an amplifying apparatus 101 that is a first modification of FIG. 2. 図2の第2の変形例である増幅装置102の回路図。The circuit diagram of the amplifier 102 which is the 2nd modification of FIG. 図2の第3の変形例である増幅装置103の回路図。The circuit diagram of the amplifier 103 which is the 3rd modification of FIG. 図7の変形例である増幅装置104。The amplifying apparatus 104 which is a modification of FIG.

以下、実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、電流電圧変換装置1の概略ブロック図である。この電流電圧変換装置1は、入力電流Iinをデジタル電圧信号Vdに変換するものである。例えば、この電流電圧変換装置1は車載され、デジタル電圧信号Vdはマイコンに入力されて、リレーに流れる電流をモニタするために用いられる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram of the current-voltage converter 1. This current-voltage converter 1 converts an input current Iin into a digital voltage signal Vd. For example, the current-voltage converter 1 is mounted on the vehicle, and the digital voltage signal Vd is input to a microcomputer and used to monitor the current flowing through the relay.

電流電圧変換装置1は、抵抗Rと、増幅装置100と、制御回路150と、A/D(Analog to Digital)変換器200とを備える。   The current-voltage converter 1 includes a resistor R, an amplifier 100, a control circuit 150, and an A / D (Analog to Digital) converter 200.

抵抗Rには入力電流Iinが流れる。抵抗Rの一端は増幅装置100の正入力端子Vpに接続され、他端は接地されるとともに負入力端子Vnに接続される。増幅装置100は正入力端子Vpの電圧と負転入力端子Vnの電圧との差を増幅して、アナログ電圧Vaを出力する。制御回路150は増幅装置100を制御する。A/D変換器200は増幅装置100が出力するアナログ電圧Vaをアナログ−デジタル変換して、デジタル電圧信号Vdを生成する。   An input current Iin flows through the resistor R. One end of the resistor R is connected to the positive input terminal Vp of the amplification device 100, and the other end is grounded and connected to the negative input terminal Vn. The amplifying device 100 amplifies the difference between the voltage at the positive input terminal Vp and the voltage at the negative input terminal Vn, and outputs an analog voltage Va. The control circuit 150 controls the amplification device 100. The A / D converter 200 performs analog-digital conversion on the analog voltage Va output from the amplification device 100 to generate a digital voltage signal Vd.

具体的な数値例を挙げると、入力電流Iinは0〜3Aであり、抵抗Rは100mΩである。したがって、増幅装置100の両入力端子間の電圧差は0〜300mVである。一方、増幅装置100は電圧差を、例えば12.5倍に増幅する。したがって、増幅装置100が出力するアナログ電圧Vaは0V〜3.75Vとなる。A/D変換器200はこれを、例えば12ビット精度のデジタル電圧信号Vdに変換する。   As a specific numerical example, the input current Iin is 0 to 3 A, and the resistance R is 100 mΩ. Therefore, the voltage difference between both input terminals of the amplifying apparatus 100 is 0 to 300 mV. On the other hand, the amplifying apparatus 100 amplifies the voltage difference by 12.5 times, for example. Therefore, the analog voltage Va output from the amplifying apparatus 100 is 0V to 3.75V. The A / D converter 200 converts this into a digital voltage signal Vd with 12-bit accuracy, for example.

増幅装置100のオフセット電圧が10mVであるとすると、増幅装置100により12.5倍されて、出力されるアナログ電圧Vaは最大125mVの誤差を持つことになる。これは、増幅装置100が出力するアナログ電圧Vaの3.75Vに対して3.3%以上の誤差となってしまう。   Assuming that the offset voltage of the amplifying apparatus 100 is 10 mV, the analog voltage Va that is multiplied by 12.5 by the amplifying apparatus 100 and has an output has a maximum error of 125 mV. This is an error of 3.3% or more with respect to 3.75 V of the analog voltage Va output from the amplifying apparatus 100.

入力電流Iinを高精度にデジタル電圧信号Vdに変換するため、本実施形態では、以下のようにしてオフセット電圧をできるだけ小さくする。   In order to convert the input current Iin into the digital voltage signal Vd with high accuracy, in this embodiment, the offset voltage is made as small as possible as follows.

図2は、一実施形態に係る増幅装置100の回路図である。増幅装置100は、メインアンプ(MAIN)MAと、サブアンプ(SUB)SA1,SA2と、スイッチSW1〜SW8と、コンデンサC0〜C3とを備えている。これらは、例えば同一の半導体基板上に形成される。   FIG. 2 is a circuit diagram of the amplifying apparatus 100 according to an embodiment. The amplifying apparatus 100 includes a main amplifier (MAIN) MA, sub-amplifiers (SUB) SA1 and SA2, switches SW1 to SW8, and capacitors C0 to C3. These are formed, for example, on the same semiconductor substrate.

メインアンプMA、サブアンプSA1,SA2はいずれも、非反転入力端子(+)と、反転入力端子(−)と、オフセット調整端子(c)と、出力端子とを有する。   Each of the main amplifier MA and the sub-amplifiers SA1 and SA2 has a non-inverting input terminal (+), an inverting input terminal (−), an offset adjustment terminal (c), and an output terminal.

メインアンプMAの非反転入力端子および反転入力端子に入力される電圧差をVinm、オフセット調整端子に入力される電圧をVcmとすると、オフセット調整端子から非反転入力端子側または反転入力端子側に流れる電流をシンク(Sink)またはソース(Source)することにより、メインアンプMAは下記(1)式で表される電圧Voutmを出力する。
Voutm=Gm*(Vinm+Vofsm)+gm*Vcm ・・・(1)
ここで、Gm,gmはメインアンプMAのゲインを示す定数であり、Vofsmはそのオフセット電圧である。
When the voltage difference input to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the main amplifier MA is Vinm and the voltage input to the offset adjustment terminal is Vcm, the current flows from the offset adjustment terminal to the non-inverting input terminal side or the inverting input terminal side. By sinking or sinking the current, the main amplifier MA outputs a voltage Voutm represented by the following equation (1).
Voutm = Gm * (Vinm + Vofsm) + gm * Vcm (1)
Here, Gm and gm are constants indicating the gain of the main amplifier MA, and Vofsm is an offset voltage thereof.

また、サブアンプSA1の非反転入力端子および反転入力端子に入力される電圧差をVins、オフセット調整端子に入力される電圧をそれぞれVins,Vcsとすると、オフセット調整端子から反転入力端子側または非反転入力端子側に流れる電流をシンクまたはソースすることにより、サブアンプSA1は下記(2)式で表される電圧Voutsを出力する。
Vouts=Gs*(Vins+Vofss)−gs*Vcs ・・・(2)
ここで、Gs,gsはサブアンプSA1のゲインを示す定数であり、Vofssはそのオフセット電圧である。
Further, when the voltage difference input to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the sub-amplifier SA1 is Vins and the voltages input to the offset adjustment terminal are Vins and Vcs, respectively, the offset adjustment terminal to the inverting input terminal side or the non-inverting input By sinking or sourcing current flowing to the terminal side, the sub-amplifier SA1 outputs a voltage Vouts expressed by the following equation (2).
Vouts = Gs * (Vins + Vofss) −gs * Vcs (2)
Here, Gs and gs are constants indicating the gain of the sub-amplifier SA1, and Vofss is an offset voltage thereof.

サブアンプSA2をサブアンプSA1と同一の半導体基板上に形成することにより、サブアンプSA2の特性をサブアンプSA1とほぼ同様にすることができる。   By forming the sub-amplifier SA2 on the same semiconductor substrate as the sub-amplifier SA1, the characteristics of the sub-amplifier SA2 can be made substantially the same as those of the sub-amplifier SA1.

メインアンプMAおよびサブアンプSA1,SA2には、電源電圧Vcc(例えば5V)および基準電圧Vref(例えばVcc/2)が供給されている。実際は(1),(2)式より基準電圧Vrefだけ高い電圧が出力されているが、本明細書では、説明を簡略化するために基準電圧Vrefの項を省いて説明している。また、各アンプの出力電圧が基準電圧Vrefより高い(低い)場合、出力電圧は正(負)であるという。   A power supply voltage Vcc (for example, 5 V) and a reference voltage Vref (for example, Vcc / 2) are supplied to the main amplifier MA and the sub-amplifiers SA1 and SA2. Actually, a voltage higher than the reference voltage Vref by the equations (1) and (2) is output. However, in this specification, the description of the reference voltage Vref is omitted for the sake of simplicity. Further, when the output voltage of each amplifier is higher (lower) than the reference voltage Vref, the output voltage is said to be positive (negative).

図2の回路は以下のように構成されている。   The circuit of FIG. 2 is configured as follows.

増幅装置100の正入力端子Vp(以下では、正入力端子Vpへの入力電圧(第1の入力電圧)もVpと表記する)はメインアンプMAの非反転入力端子に接続される。一方、負入力端子Vn(以下では、負入力端子Vnへの入力電圧(第2の入力電圧)もVnと表記する)は、メインアンプMA、サブアンプSA1,SA2の反転入力端子に接続される。スイッチSW1,SW3は、正入力端子Vpと、サブアンプSA1,SA2の非反転入力端子との間にそれぞれ接続される。スイッチSW2,SW4は、サブアンプSA1,SA2の非反転入力端子と反転入力端子との間にそれぞれ接続される。   The positive input terminal Vp (hereinafter, the input voltage (first input voltage) to the positive input terminal Vp is also expressed as Vp) of the amplifying apparatus 100 is connected to the non-inverting input terminal of the main amplifier MA. On the other hand, the negative input terminal Vn (hereinafter, the input voltage (second input voltage) to the negative input terminal Vn is also expressed as Vn) is connected to the inverting input terminals of the main amplifier MA and the sub-amplifiers SA1 and SA2. The switches SW1 and SW3 are connected between the positive input terminal Vp and the non-inverting input terminals of the sub-amplifiers SA1 and SA2. The switches SW2 and SW4 are connected between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the sub-amplifiers SA1 and SA2, respectively.

サブアンプSA1の出力端子は、スイッチSW5を介して自身のオフセット調整端子に接続されるとともに、スイッチSW6を介してメインアンプMAのオフセット調整端子に接続される。また、サブアンプSA2の出力端子は、スイッチSW7を介して自身のオフセット調整端子に接続されるとともに、スイッチSW8を介して、メインアンプMAのオフセット調整端子に接続される。メインアンプMAの出力電圧は増幅装置100の出力であるアナログ電圧Vaとなる。   The output terminal of the sub-amplifier SA1 is connected to its own offset adjustment terminal via the switch SW5, and is connected to the offset adjustment terminal of the main amplifier MA via the switch SW6. The output terminal of the sub-amplifier SA2 is connected to its own offset adjustment terminal via the switch SW7, and is connected to the offset adjustment terminal of the main amplifier MA via the switch SW8. The output voltage of the main amplifier MA is an analog voltage Va that is an output of the amplifying apparatus 100.

メインアンプMA,サブアンプSA1,SA2の各オフセット調整端子と電源端子−Vccとの間には、それぞれコンデンサC0〜C2が接続される。電源端子−Vccに供給される電圧は一定電圧であればよく、例えば−5Vである。   Capacitors C0 to C2 are respectively connected between the offset adjustment terminals of the main amplifier MA and the sub amplifiers SA1 and SA2 and the power supply terminal -Vcc. The voltage supplied to the power supply terminal -Vcc may be a constant voltage, for example, -5V.

なお、各スイッチのうち、スイッチSW1,SW4,SW6,SW7は、信号Aがハイのときにオン(短絡)し、ロウの時にオフ(開放)する。一方、スイッチSW2,SW3,SW5,SW8は、信号Bがハイのときにオンし、ロウの時にオフする。   Of the switches, the switches SW1, SW4, SW6, and SW7 are turned on (short-circuited) when the signal A is high and turned off (opened) when the signal A is low. On the other hand, the switches SW2, SW3, SW5 and SW8 are turned on when the signal B is high and turned off when the signal B is low.

図3は、信号A,Bを生成して増幅装置100を制御する制御回路150の一例を示す回路図である。制御回路150は、インバータ回路I1,I2と、反転遅延回路D1と、AND回路L1と、NOR回路L2とを有する。反転遅延回路D1は、例えばヒステリシス特性を有するインバータを用いて構成される。また、図4は、図3の制御回路150の各部の電圧波形図である。   FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the control circuit 150 that generates the signals A and B and controls the amplification device 100. The control circuit 150 includes inverter circuits I1 and I2, an inverting delay circuit D1, an AND circuit L1, and a NOR circuit L2. The inverting delay circuit D1 is configured using, for example, an inverter having hysteresis characteristics. FIG. 4 is a voltage waveform diagram of each part of the control circuit 150 of FIG.

制御回路150には、所定周波数(例えば20kHz)のクロック信号CLKが入力される。インバータ回路I1は、クロック信号CLKを反転して生成される信号Pを、インバータ回路I2および遅延回路D1に供給する。インバータ回路I2は、入力される信号Pを反転して生成される信号Qを、AND回路L1およびNOR回路L2に供給する。反転遅延回路D1は、入力される信号Pを反転遅延させて生成される信号Rを、AND回路L1およびNOR回路L2に供給する。AND回路L1は入力される信号Q,Rの論理積を信号Aとして出力し、NOR回路L2はこれらの論理和の反転を信号Bとして出力する。   A clock signal CLK having a predetermined frequency (for example, 20 kHz) is input to the control circuit 150. The inverter circuit I1 supplies a signal P generated by inverting the clock signal CLK to the inverter circuit I2 and the delay circuit D1. The inverter circuit I2 supplies a signal Q generated by inverting the input signal P to the AND circuit L1 and the NOR circuit L2. The inverting delay circuit D1 supplies a signal R generated by inverting and delaying the input signal P to the AND circuit L1 and the NOR circuit L2. The AND circuit L1 outputs a logical product of the input signals Q and R as a signal A, and the NOR circuit L2 outputs an inversion of these logical sums as a signal B.

なお、図3に示すように反転遅延回路D1を設け、図4に示すように信号A,Bの一方が確実にロウに設定された後に、他方の信号がハイに設定されるようにする。例えば、時刻t1で信号Bが確実にロウに設定された後の時刻t2に、信号Aがハイに設定される。その理由は、仮に一方の信号がハイからロウに切り替わるのと同時に他方の信号がロウからハイに切り替わると、瞬間的に信号A,Bが両方ともハイに設定され、結果的に正入力端子Vpと負入力端子Vnとが短絡して誤動作してしまうおそれがあるためである。   Note that an inversion delay circuit D1 is provided as shown in FIG. 3, so that one of the signals A and B is reliably set to low and the other signal is set to high as shown in FIG. For example, the signal A is set high at time t2 after the signal B is reliably set low at time t1. The reason is that if one signal switches from high to low and the other signal switches from low to high at the same time, both signals A and B are instantaneously set to high, resulting in positive input terminal Vp. This is because the negative input terminal Vn may short-circuit and malfunction.

以下、図4を用いて、図2の増幅装置100の動作を詳しく説明する。まずは、サブアンプSA2の動作について中心に説明する。   Hereinafter, the operation of the amplifying apparatus 100 of FIG. 2 will be described in detail with reference to FIG. First, the operation of the sub-amplifier SA2 will be mainly described.

時刻t2で信号Aがハイに設定されると、スイッチSW4,SW7がオンする。これにより、サブアンプSA2の非反転入力端子および反転入力端子が短絡され電圧差は0になるとともに、その出力電圧がスイッチSW7を介してオフセット調整端子にフィードバック入力される。その結果、サブアンプSA2の出力電圧Vouts2は、上記(2)式に基づいて、下記(3)式のようになる。
Vouts2=Gs*(0+Vofss)−gs*Vouts2 ・・・(3)
When the signal A is set high at time t2, the switches SW4 and SW7 are turned on. As a result, the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the sub-amplifier SA2 are short-circuited, the voltage difference becomes 0, and the output voltage is fed back to the offset adjustment terminal via the switch SW7. As a result, the output voltage Vouts2 of the sub-amplifier SA2 is expressed by the following equation (3) based on the equation (2).
Vouts2 = Gs * (0 + Vofss) −gs * Vouts2 (3)

上記(3)式をまとめると下記(4)式のようになる。
Vouts2=Gs*Vofss/(1+gs) ・・・(4)
The above formula (3) can be summarized as the following formula (4).
Vouts2 = Gs * Vofss / (1 + gs) (4)

仮にサブアンプSA2のオフセット電圧Vofssが0であればVouts2=0であるが、そうでない場合であっても、上記(4)式からわかるように、フィードバック制御することにより、オフセット電圧Vofssに起因するGs*Vofssの項の影響を小さくすることができる。このように、オフセット電圧の影響を小さくすることを、オフセットキャンセルと呼ぶ。   If the offset voltage Vofss of the sub-amplifier SA2 is 0, Vouts2 = 0. However, even if this is not the case, Gs caused by the offset voltage Vofss can be obtained by feedback control as can be seen from the above equation (4). * The influence of the Vofss term can be reduced. Thus, reducing the influence of the offset voltage is called offset cancellation.

その後、時刻t3で、信号Aがロウに設定されて、スイッチSW4,SW7がオフすると、サブアンプSA2が自身のオフセットキャンセルを行う動作は終了する。このとき、上記(4)式の出力電圧Vout2に相当する電荷がコンデンサC2に蓄えられている。この電荷は、しばらくの間、少なくともクロック信号CLKの一周期程度はほとんど放電しない。   Thereafter, when the signal A is set low at time t3 and the switches SW4 and SW7 are turned off, the operation of the sub-amplifier SA2 canceling its own offset ends. At this time, a charge corresponding to the output voltage Vout2 of the above equation (4) is stored in the capacitor C2. This electric charge hardly discharges for at least about one cycle of the clock signal CLK for a while.

以上に説明したように、スイッチSW4,SW7がオンである期間、すなわち、信号Aがハイである期間、サブアンプSA2は自身のオフセットキャンセルを行うとともに、コンデンサC2を充電する。   As described above, during the period when the switches SW4 and SW7 are on, that is, the period when the signal A is high, the sub-amplifier SA2 cancels its own offset and charges the capacitor C2.

次に、時刻t4で、信号Bがハイに設定されると、スイッチSW3,SW8がオンする。これにより、サブアンプSA2の非反転入力端子には入力電圧Vpが、反転入力端子には入力電圧Vnがそれぞれ入力される。このとき、コンデンサC2により上記(4)式で表される電圧がサブアンプSA2のオフセット調整端子に入力されていることを考慮すると、サブアンプSA2の出力電圧Vouts2は、下記(5)式のようになる。
Vouts2=Gs*(Vp−Vn+Vofss)−gs*Gs*Vofss/(1+gs) ・・・(5)
Next, when the signal B is set high at time t4, the switches SW3 and SW8 are turned on. Thus, the input voltage Vp is input to the non-inverting input terminal of the sub-amplifier SA2, and the input voltage Vn is input to the inverting input terminal. At this time, considering that the voltage represented by the above equation (4) is input to the offset adjustment terminal of the sub-amplifier SA2 by the capacitor C2, the output voltage Vouts2 of the sub-amplifier SA2 is represented by the following equation (5). .
Vouts2 = Gs * (Vp−Vn + Vofss) −gs * Gs * Vofss / (1 + gs) (5)

この出力電圧Vouts2は、スイッチSW8を介して、メインアンプMAのオフセット調整端子に入力される。また、メインアンプMAの非反転入力端子および入力端子には、それぞれ入力電圧Vp,Vnが入力されている。よって、メインアンプMAの出力電圧Vaは、上記(1)式に基づいて、下記(6)式で表される。
Va=Gm*(Vp−Vn+Vofsm)+gm*Vouts2 ・・・(6)
The output voltage Vouts2 is input to the offset adjustment terminal of the main amplifier MA via the switch SW8. Input voltages Vp and Vn are input to the non-inverting input terminal and the input terminal of the main amplifier MA, respectively. Therefore, the output voltage Va of the main amplifier MA is expressed by the following equation (6) based on the above equation (1).
Va = Gm * (Vp−Vn + Vofsm) + gm * Vouts2 (6)

上記(6)式に(5)式を代入して整理し、Vp−Vn=Vinと表記すると、出力電圧Vaは下記(7)式で表される。
Va=(Gm+gm*Gs)*Vin
+Gm*Vosfm+Gs*gm*Vofss/(1+gs) ・・・(7)
Substituting the expression (5) into the expression (6) and arranging it as Vp−Vn = Vin, the output voltage Va is expressed by the following expression (7).
Va = (Gm + gm * Gs) * Vin
+ Gm * Vosfm + Gs * gm * Vofss / (1 + gs) (7)

ここで、ゲインgm,gsはゲインGm,Gsより十分大きくなるよう設計される。また、ゲインgm,gsが互いに等しくなるよう、メインアンプMAおよびサブアンプSA1,SA2が形成される。そのため、上記(7)式は下記の(8)式で近似できる。
Va=gm*Gs*Vin+Gm*Vosfm+Gs*Vofss ・・・(8)
Here, the gains gm and gs are designed to be sufficiently larger than the gains Gm and Gs. The main amplifier MA and the sub amplifiers SA1 and SA2 are formed so that the gains gm and gs are equal to each other. Therefore, the above equation (7) can be approximated by the following equation (8).
Va = gm * Gs * Vin + Gm * Vosfm + Gs * Vofss (8)

すなわち、メインアンプMAに入力される電圧差Vinはgm*Gs倍されるのに対し、オフセット電圧Vofsm,VofssはそれぞれGm,Gs倍しかされず、結果として、オフセット電圧Vofsm,Vofssの影響を低減できる。   That is, the voltage difference Vin input to the main amplifier MA is multiplied by gm * Gs, whereas the offset voltages Vofsm and Vofss are only multiplied by Gm and Gss, respectively. As a result, the influence of the offset voltages Vofsm and Vofss is reduced. it can.

このようにして、スイッチSW3,SW8がオンの間、すなわち、信号Bがハイである間、サブアンプSA2はメインアンプMAのオフセットキャンセルを行う。   In this way, the sub-amplifier SA2 cancels the offset of the main amplifier MA while the switches SW3 and SW8 are on, that is, while the signal B is high.

その後、時刻t5で信号Bがロウに設定されると、サブアンプSA2の出力電圧Vouts2が直接メインアンプMAのオフセット調整端子にはされなくなるが、上記(5)式の出力電圧Vouts2に相当する電荷がコンデンサC0に蓄えられているため、時刻t5以降も、コンデンサC0によりメインアンプMAのオフセットキャンセルを行うことができる。   Thereafter, when the signal B is set low at time t5, the output voltage Vouts2 of the sub-amplifier SA2 is not directly used as the offset adjustment terminal of the main amplifier MA, but the charge corresponding to the output voltage Vouts2 of the above equation (5) is not generated. Since it is stored in the capacitor C0, the offset of the main amplifier MA can be canceled by the capacitor C0 even after the time t5.

ところで、時刻t3で信号Aがロウに設定されてスイッチSW4,SW7がオフすると、コンデンサC2に蓄えられた電荷は徐々にリークする。そのため、周期的に信号Aをハイに設定し、サブアンプSA2の入力端子同士を出力して、出力電圧に基づいて自身のオフセットキャンセルを行うとともに、オフセットキャンセルを行うのに必要な電荷をコンデンサC2に蓄える。   When the signal A is set low at time t3 and the switches SW4 and SW7 are turned off, the charge stored in the capacitor C2 gradually leaks. Therefore, the signal A is periodically set to high, the input terminals of the sub-amplifier SA2 are output, the offset cancellation is performed based on the output voltage, and the charge necessary for the offset cancellation is supplied to the capacitor C2. store.

以上のように、サブアンプSA2は、信号Aがハイである期間に入力端子同士が短絡されて自身のオフセットキャンセルを行う。また、信号Bがハイである期間に入力電圧Vp,Vnが入力されてメインアンプMAのオフセットキャンセルを行う。   As described above, the sub-amplifier SA2 cancels its own offset while the input terminals are short-circuited during the period when the signal A is high. Further, the input voltages Vp and Vn are input during the period when the signal B is high, and the offset cancellation of the main amplifier MA is performed.

一方、時刻t4〜t5の信号Bがハイである期間では、スイッチSW2,SW5がオンし、時刻t2〜t3におけるサブアンプSA2と同様に、サブアンプSA1が自身のオフセットキャンセルを行う。そして、時刻t6で信号Aがハイに設定されると、スイッチSW1,SW6がオンし、時刻t4〜t5におけるサブアンプSA2と同様に、サブアンプSA1がメインアンプMAのオフセットキャンセルを行う。   On the other hand, during a period in which the signal B at time t4 to t5 is high, the switches SW2 and SW5 are turned on, and the subamplifier SA1 cancels its own offset similarly to the subamplifier SA2 at times t2 to t3. When the signal A is set high at time t6, the switches SW1 and SW6 are turned on, and the sub-amplifier SA1 cancels the offset of the main amplifier MA, similarly to the sub-amplifier SA2 at times t4 to t5.

すなわち、サブアンプSA1は、信号Bがハイである期間に入力端子同士が短絡されて自身のオフセットキャンセルを行う。また、信号Aがハイである期間に入力電圧Vp,Vnが入力されてメインアンプMAのオフセットキャンセルを行う。   That is, the sub-amplifier SA1 cancels its own offset by short-circuiting the input terminals during the period when the signal B is high. Further, the input voltages Vp and Vn are input during the period when the signal A is high, and the offset cancellation of the main amplifier MA is performed.

以上をまとめると、信号Aがハイである期間(時刻t2〜t3,t6〜t7等)ではサブアンプSA1がメインアンプMAのオフセットキャンセルを行い、信号Bがハイである期間(時刻t4〜t5,t8〜t9等)ではサブアンプSA2がメインアンプMAのオフセットキャンセルを行う。また、信号A,Bの両方がロウである期間(時刻t3〜t4,t5〜t6等)は、オフセットキャンセル用の電圧に相当する電荷が蓄えられたコンデンサC0がメインアンプMAのオフセットキャンセルを行う。信号A,Bの両方がロウである期間は極めて短いため、コンデンサC0に蓄えられた電荷のリークはほとんど無視できる。   In summary, during the period when the signal A is high (time t2 to t3, t6 to t7, etc.), the sub-amplifier SA1 cancels the offset of the main amplifier MA, and the period when the signal B is high (time t4 to t5, t8). -T9 etc.), the sub-amplifier SA2 cancels the offset of the main amplifier MA. Further, during a period when both signals A and B are low (time t3 to t4, t5 to t6, etc.), the capacitor C0 in which charges corresponding to the offset canceling voltage are stored cancels the offset of the main amplifier MA. . Since the period when both signals A and B are low is very short, the leakage of the charge stored in the capacitor C0 can be almost ignored.

このようにして、メインアンプMAはオフセットキャンセルされた出力電圧Vaを連続的に出力できる。   In this way, the main amplifier MA can continuously output the offset canceled output voltage Va.

仮に、サブアンプSA1のみを設けた場合、メインアンプMAは、信号Aがハイである期間(例えば時刻t2〜t3)はサブアンプSA1により、その後の時刻t3以降はコンデンサC0により、オフセットキャンセルされる。しかし、時間が経過するにつれてコンデンサC0に蓄えられた電荷はリークしてメインアンプMAのオフセット調整端子に入力される電圧が徐々に変化してしまう。そのため、例えば時刻t5付近では、メインアンプMAは適切にオフセットキャンセルされなくなる。したがって、サブアンプSA1のみを設けた場合は、メインアンプMAから適切な出力電圧Vaが得られる期間は時刻t2〜t4程度に限られてしまう。   If only the sub-amplifier SA1 is provided, the main amplifier MA is offset canceled by the sub-amplifier SA1 during the period when the signal A is high (for example, time t2 to t3) and by the capacitor C0 after the subsequent time t3. However, as time elapses, the charge stored in the capacitor C0 leaks and the voltage input to the offset adjustment terminal of the main amplifier MA gradually changes. Therefore, for example, near the time t5, the main amplifier MA is not appropriately offset canceled. Therefore, when only the sub-amplifier SA1 is provided, the period during which an appropriate output voltage Va is obtained from the main amplifier MA is limited to about times t2 to t4.

これに対し、本実施形態では、2つのサブアンプSA1,SA2を設け、交互にメインアンプMAのオフセットキャンセルを行うため、連続的に適切な出力電圧Vaが得られる。   On the other hand, in the present embodiment, two sub-amplifiers SA1 and SA2 are provided and the offset cancellation of the main amplifier MA is performed alternately, so that an appropriate output voltage Va can be obtained continuously.

このように、第1の実施形態では、2つのサブアンプSA1,SA2を設け、自身のオフセットキャンセルと、メインアンプMAのオフセットキャンセルとを交互に行う。そのため、メインアンプMAからはオフセットキャンセルされた電圧が連続的に出力されるようになり、適切にオフセット電圧をキャンセルできる。結果として、電流電圧変換装置1の変換精度を向上させることができる。   As described above, in the first embodiment, the two sub-amplifiers SA1 and SA2 are provided, and their own offset cancellation and the offset cancellation of the main amplifier MA are alternately performed. Therefore, the offset canceled voltage is continuously output from the main amplifier MA, and the offset voltage can be canceled appropriately. As a result, the conversion accuracy of the current-voltage converter 1 can be improved.

以下、変形例をいくつか示す。   Hereinafter, some modifications will be described.

図5は、図2の第1の変形例である増幅装置101の回路図である。同図の増幅装置101は、入力電圧を増幅して出力するバッファB0〜B2を有する。バッファB0は、スイッチSW6,SW8の接続ノードとメインアンプMAのオフセット調整端子との間に接続される。バッファB1はスイッチSW5とサブアンプSA1のオフセット調整端子との間に接続される。バッファB2はスイッチSW8とサブアンプSA2のオフセット調整端子との間にそれぞれ接続される。   FIG. 5 is a circuit diagram of an amplifying apparatus 101 which is a first modification of FIG. The amplifying device 101 in the figure includes buffers B0 to B2 that amplify and output an input voltage. Buffer B0 is connected between the connection node of switches SW6 and SW8 and the offset adjustment terminal of main amplifier MA. The buffer B1 is connected between the switch SW5 and the offset adjustment terminal of the sub amplifier SA1. The buffer B2 is connected between the switch SW8 and the offset adjustment terminal of the sub amplifier SA2.

ゲインgm,gsをゲインGm,Gsより十分大きくなるよう設計することで、上記(8)式に示すように、メインアンプMAのオフセットキャンセルができるが、ゲインgm,gsを十分に大きくできない場合は、図5に示すようにバッファを設ければよい。   By designing the gains gm and gs to be sufficiently larger than the gains Gm and Gs, the offset of the main amplifier MA can be canceled as shown in the above equation (8), but when the gains gm and gs cannot be sufficiently increased. A buffer may be provided as shown in FIG.

メインアンプMAおよびサブアンプSA1,SA2の各オフセット調整端子にはバッファB0〜B2によりそれぞれ増幅された電圧が入力される。したがって、仮にゲインgm,gsがゲインGm,Gsに比べて十分には大きくない場合であっても、ゲインgm,gsとバッファB0〜B2のゲインとの積がゲインGm,Gsより十分に大きければメインアンプMAのオフセットキャンセルを行うことができる。   The voltages amplified by the buffers B0 to B2 are input to the offset adjustment terminals of the main amplifier MA and the sub amplifiers SA1 and SA2, respectively. Therefore, even if the gains gm and gs are not sufficiently larger than the gains Gm and Gs, if the product of the gains gm and gs and the gains of the buffers B0 to B2 is sufficiently larger than the gains Gm and Gs. It is possible to cancel the offset of the main amplifier MA.

図6は、図2の第2の変形例である増幅装置102の回路図である。同図の増幅装置102は、メインアンプMAの出力端子に抵抗Rlおよび容量Clを含む平滑フィルタ10を有し、平滑フィルタ10の出力がアナログ電圧Vaとなる。例えば、抵抗Rlは5.1kΩであり、容量Clは0.1μFである。平滑フィルタ10を設けることで、メインアンプMAの出力電圧が平滑化され、アナログ電圧Vaの精度がさらに向上する。   FIG. 6 is a circuit diagram of an amplifying apparatus 102 which is a second modification of FIG. The amplifying device 102 in the figure has a smoothing filter 10 including a resistor Rl and a capacitance Cl at the output terminal of the main amplifier MA, and the output of the smoothing filter 10 becomes an analog voltage Va. For example, the resistance Rl is 5.1 kΩ and the capacitance Cl is 0.1 μF. By providing the smoothing filter 10, the output voltage of the main amplifier MA is smoothed, and the accuracy of the analog voltage Va is further improved.

図7は、図2の第3の変形例である増幅装置103の回路図である。同図の増幅装置103は、サブアンプSA1とスイッチSW5との間に接続される比較器(第1の比較器)11と、サブアンプSA2とスイッチSW7との間に接続される比較器(第2の比較器)12とを有する。   FIG. 7 is a circuit diagram of an amplifying apparatus 103 which is a third modification of FIG. The amplifying device 103 in FIG. 1 includes a comparator (first comparator) 11 connected between the sub-amplifier SA1 and the switch SW5, and a comparator (second comparator) connected between the sub-amplifier SA2 and the switch SW7. Comparator) 12.

比較器12は、サブアンプSA2の出力電圧と、閾値である基準電圧Vref(例えばVcc/2)とを比較し、サブアンプSA2の出力電圧が大きい場合はハイを、小さい場合はロウを出力する。比較器12の出力電圧はハイまたはロウの2値であり、サブアンプSA2に対するシンク電流あるいはソース電流にそれぞれ対応する。   The comparator 12 compares the output voltage of the sub-amplifier SA2 with a reference voltage Vref (for example, Vcc / 2) that is a threshold value, and outputs high when the output voltage of the sub-amplifier SA2 is large and low when the output voltage is small. The output voltage of the comparator 12 is binary, high or low, and corresponds to the sink current or source current for the sub-amplifier SA2, respectively.

スイッチSW4がオンのとき、サブアンプSA2のオフセット電圧が正である(基準電圧Vrefより高い)場合、比較器12の出力はハイとなり、サブアンプSA2の出力は低くなる。一方、サブアンプSA2のオフセット電圧が負である(基準電圧Vrefより低い)場合、比較器12の出力はロウとなり、サブアンプSA2の出力は高くなる。このようなフィードバック制御により、サブアンプSA2はオフセットキャンセルされる。このとき、やはり上記(4)式の電圧Vout2に対応する電荷がコンデンサC2に蓄えられる。   When the switch SW4 is on and the offset voltage of the sub-amplifier SA2 is positive (higher than the reference voltage Vref), the output of the comparator 12 is high and the output of the sub-amplifier SA2 is low. On the other hand, when the offset voltage of the sub-amplifier SA2 is negative (lower than the reference voltage Vref), the output of the comparator 12 is low and the output of the sub-amplifier SA2 is high. By such feedback control, the sub amplifier SA2 is offset canceled. At this time, the charge corresponding to the voltage Vout2 in the above equation (4) is also stored in the capacitor C2.

同様に、比較器11はサブアンプSA1のオフセットキャンセルを行う。以下、図2の増幅装置100と同様の原理によりオフセットキャンセルされた電圧VaがメインアンプMAから出力される。   Similarly, the comparator 11 cancels the offset of the sub-amplifier SA1. Thereafter, the offset voltage Va canceled by the same principle as that of the amplifying apparatus 100 of FIG. 2 is output from the main amplifier MA.

増幅装置103では比較器11,12の出力がハイまたはロウであるため、サブアンプSA1,SA2のオフセットキャンセルおよびコンデンサC1,C2の充放電を、より素早くできる。その結果、さらに電圧増幅の精度を向上できる。   In the amplifying apparatus 103, since the outputs of the comparators 11 and 12 are high or low, offset cancellation of the sub-amplifiers SA1 and SA2 and charging and discharging of the capacitors C1 and C2 can be performed more quickly. As a result, the accuracy of voltage amplification can be further improved.

図8は、図7の変形例を示す増幅装置104の回路図である。同図の増幅装置104は、図7の増幅装置103に加え、抵抗R10〜R13,R20〜R23を有する。   FIG. 8 is a circuit diagram of the amplifying apparatus 104 showing a modification of FIG. The amplifying device 104 in the figure includes resistors R10 to R13 and R20 to R23 in addition to the amplifying device 103 in FIG.

抵抗R20はスイッチSW3とサブアンプSA2の非反転入力端子との間に接続される。抵抗R21は正入力端子VnとサブアンプSA2の反転入力端子との間に接続される。抵抗R22はサブアンプSA2の非反転入力端子と基準電源端子Vrefとの間に接続される。抵抗R23はサブアンプSA2の反転入力端子と出力端子との間に接続される。   The resistor R20 is connected between the switch SW3 and the non-inverting input terminal of the sub amplifier SA2. The resistor R21 is connected between the positive input terminal Vn and the inverting input terminal of the sub amplifier SA2. The resistor R22 is connected between the non-inverting input terminal of the sub-amplifier SA2 and the reference power supply terminal Vref. The resistor R23 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the sub amplifier SA2.

例えば、抵抗R22,R23を抵抗R20,R21の10倍とすることで、サブアンプSA2の非反転入力端子および反転入力端子間の電圧差がさらに10倍され、比較器12に入力される。その結果、比較器12に入力される電圧値はその閾値である基準電圧Vref程度ではなく、これより確実に大きいまたは小さい電圧値となる。したがって、比較器12の入出力特性が急峻でない場合や、閾値が基準電圧Vrefから多少ずれてしまった場合でも、比較器12はサブアンプSA2のオフセットキャンセルを行うことができる。   For example, by setting the resistors R22 and R23 to be ten times that of the resistors R20 and R21, the voltage difference between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the sub-amplifier SA2 is further multiplied by ten and input to the comparator 12. As a result, the voltage value input to the comparator 12 is not about the reference voltage Vref, which is the threshold value, but is surely a voltage value larger or smaller than this. Therefore, even when the input / output characteristics of the comparator 12 are not steep, or when the threshold value is slightly deviated from the reference voltage Vref, the comparator 12 can cancel the offset of the sub-amplifier SA2.

抵抗R10〜R13についても同様である。   The same applies to the resistors R10 to R13.

以上、いくつかの変形例を説明したが、もちろんこれらを組み合わせてもよい。   Although some modifications have been described above, they may be combined as a matter of course.

各実施形態に係る増幅装置および電流電圧変換装置は、回路全体を同一の半導体基板上に形成してもよいし、回路の一部を別の半導体基板上に形成してもよい。また、プリント基板等にディスクリート部品を用いて実装してもよい。   In the amplification device and the current-voltage conversion device according to each embodiment, the entire circuit may be formed on the same semiconductor substrate, or a part of the circuit may be formed on another semiconductor substrate. Moreover, you may mount on a printed circuit board etc. using discrete components.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 電流電圧変換装置
10 平滑フィルタ
11,12 比較器
100〜104 増幅装置
150 遅延反転回路
200 A/D変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current voltage converter 10 Smoothing filter 11, 12 Comparator
100-104 Amplifier 150 Delay Inversion Circuit 200 A / D Converter

Claims (11)

入力電流を、対応するデジタル電圧信号に変換する電流電圧変換装置であって、
前記入力電流が流れる抵抗と、
前記抵抗の一端が正入力端子に接続され、他端が負入力端子に接続される増幅装置と、
前記増幅装置を制御する制御回路と、
前記増幅装置の出力電圧をアナログ−デジタル変換して、前記デジタル電圧信号を生成するA/D変換器と、を備え、
前記増幅装置は、
前記抵抗の一端の電圧と前記抵抗の他端の電圧との差を増幅した電圧を出力するメインアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記抵抗の一端の電圧および前記抵抗の他端の電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第1のサブアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記抵抗の一端の電圧および前記抵抗の他端の電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第2のサブアンプと、
前記メインアンプの出力信号を平滑化する平滑フィルタと、
前記抵抗の一端の電圧を前記第1のサブアンプに入力するか否かを切り替える第1のスイッチと、
前記第1のサブアンプの入力端子同士を短絡するか否かを切り替える第2のスイッチと、
前記抵抗の他端の電圧を前記第2のサブアンプに入力するか否かを切り替える第3のスイッチと、
前記第2のサブアンプの入力端子同士を短絡するか否かを切り替える第4のスイッチと、
前記第1のサブアンプの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第5のスイッチと、
前記第1のサブアンプの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第6のスイッチと、
前記第2のサブアンプの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第7のスイッチと、
前記第2のサブアンプの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第8のスイッチと、
前記第1のサブアンプの入力端子同士を短絡したときの前記第1のサブアンプの出力信号を増幅する第1のバッファと、
前記第2のサブアンプの入力端子同士を短絡したときの前記第2のサブアンプの出力信号を増幅する第2のバッファと、
前記抵抗の一端の電圧および抵抗の他端の電圧が入力されたときの前記第1のサブアンプの出力信号、または、前記抵抗の一端の電圧および抵抗の他端の電圧が入力されたときの前記第2のサブアンプの出力信号を増幅する第3のバッファと、
前記第1のサブアンプの出力信号と予め定めた閾値とを比較する第1の比較器と、
前記第2のサブアンプの出力信号と予め定めた閾値とを比較する第2の比較器と、を有し、
前記第1のサブアンプは、前記第1の比較器の出力に基づいてオフセットキャンセルされ、
前記第2のサブアンプは、前記第2の比較器の出力に基づいてオフセットキャンセルされ、
前記メインアンプは、前記第3のバッファに基づいてオフセットキャンセルされ、
前記制御回路は、
前記第1、第4、第6、第7のスイッチを同じタイミングでオンまたはオフさせ、
前記第2、第3、第5、第8のスイッチを同じタイミング、かつ、前記第1のスイッチがオフのときにオンさせることを特徴とする電流電圧変換装置。
A current-voltage converter for converting an input current into a corresponding digital voltage signal,
A resistance through which the input current flows;
An amplifier in which one end of the resistor is connected to a positive input terminal and the other end is connected to a negative input terminal;
A control circuit for controlling the amplification device;
An A / D converter for analog-to-digital conversion of the output voltage of the amplification device to generate the digital voltage signal;
The amplification device includes:
A main amplifier that outputs a voltage obtained by amplifying the difference between the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor;
The offset of the main amplifier is based on the output signal when the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor are input based on the output signal when the input terminals are short-circuited. A first sub-amplifier for canceling,
The offset of the main amplifier is based on the output signal when the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor are input based on the output signal when the input terminals are short-circuited. A second sub-amplifier for canceling,
A smoothing filter for smoothing the output signal of the main amplifier;
A first switch for switching whether to input a voltage at one end of the resistor to the first sub-amplifier;
A second switch for switching whether or not the input terminals of the first sub-amplifier are short-circuited;
A third switch for switching whether to input the voltage at the other end of the resistor to the second sub-amplifier;
A fourth switch for switching whether or not the input terminals of the second sub-amplifier are short-circuited;
A fifth switch for switching whether or not to cancel the offset based on the output signal of the first sub-amplifier;
A sixth switch for switching whether to cancel the offset of the main amplifier based on the output signal of the first sub-amplifier;
A seventh switch for switching whether or not to cancel the offset of itself based on the output signal of the second sub-amplifier;
An eighth switch for switching whether to cancel the offset of the main amplifier based on the output signal of the second sub-amplifier;
A first buffer for amplifying an output signal of the first sub-amplifier when the input terminals of the first sub-amplifier are short-circuited;
A second buffer for amplifying an output signal of the second sub-amplifier when the input terminals of the second sub-amplifier are short-circuited;
The output signal of the first sub-amplifier when the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor are input, or the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor are input. A third buffer for amplifying the output signal of the second sub-amplifier;
A first comparator for comparing the output signal of the first sub-amplifier with a predetermined threshold;
A second comparator for comparing the output signal of the second sub-amplifier with a predetermined threshold;
The first sub-amplifier is offset canceled based on the output of the first comparator,
The second sub-amplifier is offset canceled based on the output of the second comparator,
The main amplifier is offset canceled based on the third buffer,
The control circuit includes:
The first, fourth, sixth, and seventh switches are turned on or off at the same timing,
A current-voltage converter characterized in that the second, third, fifth, and eighth switches are turned on at the same timing and when the first switch is turned off.
第1の入力電圧と第2の入力電圧との差を増幅した電圧を出力するメインアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第1のサブアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第2のサブアンプと、を備えることを特徴とする増幅装置。
A main amplifier that outputs a voltage obtained by amplifying the difference between the first input voltage and the second input voltage;
The offset cancellation of the main amplifier is performed based on the output signal when the first input voltage and the second input voltage are input, based on the output signal when the input terminals are short-circuited. A first sub-amplifier that performs
The offset cancellation of the main amplifier is performed based on the output signal when the first input voltage and the second input voltage are input, based on the output signal when the input terminals are short-circuited. And a second sub-amplifier for performing the above.
前記第1および第2のサブアンプの一方が自身のオフセットキャンセルを行うときは、他方が前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うことを特徴とする請求項2に記載の増幅装置。   3. The amplifying apparatus according to claim 2, wherein when one of the first and second sub-amplifiers performs its own offset cancellation, the other performs offset cancellation of the main amplifier. 前記第1の入力電圧を前記第1のサブアンプに入力するか否かを切り替える第1のスイッチと、
前記第1のサブアンプの入力端子同士を短絡するか否かを切り替える第2のスイッチと、
前記第2の入力電圧を前記第2のサブアンプに入力するか否かを切り替える第3のスイッチと、
前記第2のサブアンプの入力端子同士を短絡するか否かを切り替える第4のスイッチと、
前記第1のサブアンプの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第5のスイッチと、
前記第1のサブアンプの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第6のスイッチと、
前記第2のサブアンプの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第7のスイッチと、
前記第2のサブアンプの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第8のスイッチと、を備え、
前記第1、第4、第6、第7のスイッチは同じタイミングでオンまたはオフし、
前記第2、第3、第5、第8のスイッチは同じタイミング、かつ、前記第1のスイッチがオフのときにオンすることを特徴とする請求項2または3に記載の増幅装置。
A first switch for switching whether to input the first input voltage to the first sub-amplifier;
A second switch for switching whether or not the input terminals of the first sub-amplifier are short-circuited;
A third switch for switching whether to input the second input voltage to the second sub-amplifier;
A fourth switch for switching whether or not the input terminals of the second sub-amplifier are short-circuited;
A fifth switch for switching whether or not to cancel the offset based on the output signal of the first sub-amplifier;
A sixth switch for switching whether to cancel the offset of the main amplifier based on the output signal of the first sub-amplifier;
A seventh switch for switching whether or not to cancel the offset of itself based on the output signal of the second sub-amplifier;
An eighth switch for switching whether to cancel the offset of the main amplifier based on the output signal of the second sub-amplifier,
The first, fourth, sixth, and seventh switches are turned on or off at the same timing,
The amplifying apparatus according to claim 2 or 3, wherein the second, third, fifth, and eighth switches are turned on at the same timing and when the first switch is turned off.
前記第1のサブアンプの入力端子同士を短絡したときの前記第1のサブアンプの出力信号を増幅する第1のバッファと、
前記第2のサブアンプの入力端子同士を短絡したときの前記第2のサブアンプの出力信号を増幅する第2のバッファと、
前記第1の入力電圧および第2の入力電圧が入力されたときの前記第1のサブアンプの出力信号、または、前記第1の入力電圧および第2の入力電圧が入力されたときの前記第2のサブアンプの出力信号を増幅する第3のバッファと、を備え、
前記第1のサブアンプは、前記第1のバッファの出力に基づいてオフセットキャンセルされ、
前記第2のサブアンプは、前記第2のバッファの出力に基づいてオフセットキャンセルされ、
前記メインアンプは、前記第3のバッファに基づいてオフセットキャンセルされることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の増幅装置。
A first buffer for amplifying an output signal of the first sub-amplifier when the input terminals of the first sub-amplifier are short-circuited;
A second buffer for amplifying an output signal of the second sub-amplifier when the input terminals of the second sub-amplifier are short-circuited;
The output signal of the first sub-amplifier when the first input voltage and the second input voltage are input, or the second when the first input voltage and the second input voltage are input. A third buffer for amplifying the output signal of the sub-amplifier,
The first sub-amplifier is offset canceled based on the output of the first buffer,
The second sub-amplifier is offset canceled based on the output of the second buffer,
The amplifying apparatus according to claim 2, wherein the main amplifier is offset canceled based on the third buffer.
前記メインアンプの出力信号を平滑化する平滑フィルタを備えることを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の増幅装置。   6. The amplifying apparatus according to claim 2, further comprising a smoothing filter that smoothes an output signal of the main amplifier. 前記第1のサブアンプの出力信号と予め定めた閾値とを比較する第1の比較器と、
前記第2のサブアンプの出力信号と予め定めた閾値とを比較する第2の比較器と、を備え、
前記第1のサブアンプは、前記第1の比較器の出力に基づいてオフセットキャンセルされ、
前記第2のサブアンプは、前記第2の比較器の出力に基づいてオフセットキャンセルされることを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の増幅装置。
A first comparator for comparing the output signal of the first sub-amplifier with a predetermined threshold;
A second comparator for comparing the output signal of the second sub-amplifier with a predetermined threshold;
The first sub-amplifier is offset canceled based on the output of the first comparator,
The amplification apparatus according to claim 2, wherein the second sub-amplifier is offset canceled based on an output of the second comparator.
前記第1の入力電圧は、第1の抵抗を介して前記第1のサブアンプの第1の入力端子に入力され、
前記第2の入力電圧は、第2の抵抗を介して前記第1のサブアンプの第2の入力端子に入力され、
前記第1の入力端子と基準電圧端子との間に第3の抵抗が接続され、
前記第1の入力端子と、前記第1のサブアンプの出力端子との間に第4の抵抗が接続され、
前記第3の抵抗および前記第4の抵抗は、前記第1の抵抗および前記第2の抵抗より大きく、
前記第1の入力電圧は、第5の抵抗を介して前記第2のサブアンプの第3の入力端子に入力され、
前記第2の入力電圧は、第6の抵抗を介して前記第2のサブアンプの第4の入力端子に入力され、
前記第3の入力端子と基準電圧端子との間に第7の抵抗が接続され、
前記第3の入力端子と、前記第2のサブアンプの出力端子との間に第8の抵抗が接続され、
前記第7の抵抗および前記第8の抵抗は、前記第5の抵抗および前記第6の抵抗より大きいことを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載の増幅装置。
The first input voltage is input to a first input terminal of the first sub-amplifier through a first resistor,
The second input voltage is input to a second input terminal of the first sub-amplifier through a second resistor,
A third resistor is connected between the first input terminal and a reference voltage terminal;
A fourth resistor is connected between the first input terminal and the output terminal of the first sub-amplifier;
The third resistor and the fourth resistor are larger than the first resistor and the second resistor,
The first input voltage is input to a third input terminal of the second sub-amplifier through a fifth resistor,
The second input voltage is input to a fourth input terminal of the second sub-amplifier through a sixth resistor,
A seventh resistor is connected between the third input terminal and a reference voltage terminal;
An eighth resistor is connected between the third input terminal and the output terminal of the second sub-amplifier;
The amplifying apparatus according to claim 2, wherein the seventh resistor and the eighth resistor are larger than the fifth resistor and the sixth resistor.
第1の入力電圧と第2の入力電圧との差を増幅した電圧を出力するメインアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第1のサブアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記第1の入力電圧および前記第2の入力電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第2のサブアンプと、
前記第1および第2のサブアンプの一方が自身のオフセットキャンセルを行うときは、他方が前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うよう制御する制御回路と、を備えることを特徴とする増幅システム。
A main amplifier that outputs a voltage obtained by amplifying the difference between the first input voltage and the second input voltage;
The offset cancellation of the main amplifier is performed based on the output signal when the first input voltage and the second input voltage are input, based on the output signal when the input terminals are short-circuited. A first sub-amplifier that performs
The offset cancellation of the main amplifier is performed based on the output signal when the first input voltage and the second input voltage are input, based on the output signal when the input terminals are short-circuited. A second sub-amplifier that performs
An amplification system comprising: a control circuit that controls so that when one of the first and second sub-amplifiers performs its own offset cancellation, the other performs offset cancellation of the main amplifier.
前記第1の入力電圧を前記第1のサブアンプに入力するか否かを切り替える第1のスイッチと、
前記第1のサブアンプの入力端子同士を短絡するか否かを切り替える第2のスイッチと、
前記第2の入力電圧を前記第2のサブアンプに入力するか否かを切り替える第3のスイッチと、
前記第2のサブアンプの入力端子同士を短絡するか否かを切り替える第4のスイッチと、
前記第1のサブアンプの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第5のスイッチと、
前記第1のサブアンプの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第6のスイッチと、
前記第2のサブアンプの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第7のスイッチと、
前記第2のサブアンプの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行うか否かを切り替える第8のスイッチと、を備え、
前記制御回路は、
前記第1、第4、第6、第7のスイッチを同じタイミングでオンまたはオフさせ、
前記第2、第3、第5、第8のスイッチを同じタイミング、かつ、前記第1のスイッチがオフのときにオンさせることを特徴とする請求項9に記載の増幅装置。
A first switch for switching whether to input the first input voltage to the first sub-amplifier;
A second switch for switching whether or not the input terminals of the first sub-amplifier are short-circuited;
A third switch for switching whether to input the second input voltage to the second sub-amplifier;
A fourth switch for switching whether or not the input terminals of the second sub-amplifier are short-circuited;
A fifth switch for switching whether or not to cancel the offset based on the output signal of the first sub-amplifier;
A sixth switch for switching whether to cancel the offset of the main amplifier based on the output signal of the first sub-amplifier;
A seventh switch for switching whether or not to cancel the offset of itself based on the output signal of the second sub-amplifier;
An eighth switch for switching whether to cancel the offset of the main amplifier based on the output signal of the second sub-amplifier,
The control circuit includes:
The first, fourth, sixth, and seventh switches are turned on or off at the same timing,
The amplifying apparatus according to claim 9, wherein the second, third, fifth, and eighth switches are turned on at the same timing and when the first switch is turned off.
入力電流を、対応するデジタル電圧信号に変換する電流電圧変換装置であって、
前記入力電流が流れる抵抗と、
前記抵抗の一端が正入力端子に接続され、他端が負入力端子に接続される増幅装置と、
前記増幅装置の出力電圧をアナログ−デジタル変換して、前記デジタル電圧信号を生成するA/D変換器と、を備え、
前記増幅装置は、
前記抵抗の一端の電圧と前記抵抗の他端の電圧との差を増幅した電圧を出力するメインアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記抵抗の一端の電圧および前記抵抗の他端の電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第1のサブアンプと、
入力端子同士を短絡したときの出力信号に基づいて自身のオフセットキャンセルを行い、前記抵抗の一端の電圧および前記抵抗の他端の電圧が入力されたときの出力信号に基づいて前記メインアンプのオフセットキャンセルを行う第2のサブアンプと、を有することを特徴とする電流電圧変換装置。
A current-voltage converter for converting an input current into a corresponding digital voltage signal,
A resistance through which the input current flows;
An amplifier in which one end of the resistor is connected to a positive input terminal and the other end is connected to a negative input terminal;
An A / D converter for analog-to-digital conversion of the output voltage of the amplification device to generate the digital voltage signal;
The amplification device includes:
A main amplifier that outputs a voltage obtained by amplifying the difference between the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor;
The offset of the main amplifier is based on the output signal when the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor are input based on the output signal when the input terminals are short-circuited. A first sub-amplifier for canceling,
The offset of the main amplifier is based on the output signal when the voltage at one end of the resistor and the voltage at the other end of the resistor are input based on the output signal when the input terminals are short-circuited. And a second sub-amplifier that performs cancellation.
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