TWI695582B - 訊號處理電路 - Google Patents

Abstract

本發明，在於抑制放大器之偏移電壓所致之影響及提高響應速度。本發明之訊號處理電路（100）所具備之電荷放大器（101），具有並聯之第1及第2系統（SYSa、SYSb），第1系統（SYSa）具有：第1放大器（AMP1a）、設置於輸出路徑之第1保持電容（Cos1a）、設置於短路路徑之第1開關（SW1a）、設置於反饋路徑之第2開關（SW2a）、及一端連接於將第1放大器（AMP1a）與基準電壓源（Vref1）連接之路徑且另一端連接於將第1保持電容（Cos1a）與增益放大器（102）連接之路徑的第3開關（SW3a）。能夠取得第1開關（SW1a）及第3開關（SW3a）關閉且第2開關（SW2a）打開之第1狀態、以及各開關之開關相反之第2狀態。第2系統（SYSb）亦相同。

Description

訊號處理電路

本發明係關於一種訊號處理電路。

自壓電感測器或熱電感測器等感測器輸出之感測器訊號係微弱且不穩定之類比訊號。因此，在將感測器訊號轉換為數位訊號之前，有時必須進行感測器訊號之放大或雜訊成分之去除等訊號處理。為了進行此種訊號處理，於感測器連接稱為類比前端之訊號處理電路。

例如，專利文獻1中揭示有一種攝像裝置，其具備：感測器陣列，其具有複數個光電轉換元件；運算放大器，其連接於各光電轉換元件；TFT開關元件，其設置於光電轉換元件與運算放大器之間；電荷儲存用積分電容，其設置於運算放大器之反饋路徑；及重設開關，其並聯連接於上述積分電容且重設積分電容。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2007-312361號公報

[發明所欲解決之課題]

於訊號處理電路利用放大器對感測器訊號進行處理之情形時，例如即便感測器訊號之輸入位準相同且各放大器之增益相同，有時亦會因各放大器之偏移電壓之不同，而導致各放大器之輸出位準不同。尤其是，於藉由多段放大器進行處理之情形時，因前段之放大器中之偏移電壓之不同而產生的訊號位準之差於後段放大，因此要求減小因前段之偏移電壓之不同而產生的訊號位準之差。

作為消除因放大器之偏移電壓產生之訊號位準之變動之方法，例如已知有斬波器穩定化技術。然而，若於連接於感測器之最前段設置斬波器開關，則於感測器產生回彈雜訊。作為另一方法，已知有將保持偏移電壓之保持電容設置於輸出路徑而消除偏移電壓之方法。然而，若為了切換使偏移電壓儲存於保持電容之偏移保持模式與輸出訊號之訊號輸出模式而於感測器至最前段之輸入路徑設置開關，則因該開關之電荷饋通產生之電荷流入至感測器。因此，有如下課題：需要流入至感測器之電荷之影響充分衰減為止之待機時間，響應速度變慢。

本發明係鑒於此種情況而完成者，其目的在於提供一種訊號處理電路，可抑制放大器之偏移電壓所致之影響，可提高響應速度。 [解決課題之技術手段]

本發明之一態樣之訊號處理電路，具備：電荷放大器，其將自感測器輸出之一對第1及第2電荷訊號之各者轉換為第1及第2電壓訊號；增益放大器，其將與第1及第2電壓訊號對應之第3及第4電壓訊號放大；及濾波器，其使與第3及第4電壓訊號對應之第5及第6電壓訊號中所包含之高頻成分衰減；且電荷放大器具有並聯之第1及第2系統，第1系統具有：第1放大器，其將所輸入之第1電荷訊號轉換為第1電壓訊號；第1保持電容，其設置於第1放大器之輸出路徑；第1開關，其設置於將第1放大器之輸出端子與輸入端子連接且將第1放大器短路之短路路徑；第2開關，其設置於第1放大器之反饋路徑且並聯連接於第1開關；及第3開關，其一端連接於將第1放大器與第1放大器之基準電壓源連接之路徑，另一端連接於將第1保持電容與增益放大器連接之路徑；第2系統具有：第2放大器，其將所輸入之第2電荷訊號轉換為第2電壓訊號；第2保持電容，其設置於第2放大器之輸出路徑；第4開關，其設置於將第2放大器之輸出端子與輸入端子連接且將第2放大器短路之短路路徑；第5開關，其設置於第2放大器之反饋路徑且並聯連接於第4開關；及第6開關，其一端連接於將第2放大器與第2放大器之基準電壓源連接之路徑，另一端連接於將第2保持電容與增益放大器連接之路徑；能夠取得第1、第3、第4及第6開關關閉且第2及第5開關打開之第1狀態、以及第1、第3、第4及第6開關打開且第2及第5開關關閉之第2狀態。 [發明之效果]

根據本發明，可提供一種訊號處理電路，其可抑制放大器之偏移電壓所致之影響，可提高響應速度。

以下，一邊參照圖式一邊對本發明之實施形態進行說明。以下之圖式之記載中，相同或類似之構成要素係以相同或類似之符號表示。圖式為例示，各部之尺寸或形狀係示意性者，不應限定於該實施形態而解釋本發明之技術範圍。

＜第1實施形態＞ 首先，一邊參照圖1及圖2，一邊對本發明之第1實施形態之訊號處理電路100之電路構成進行說明。圖1係概略性地表示第1實施形態之訊號處理電路之電路構成之圖。圖2係概略性地表示第1實施形態之電荷放大器之電路構成之圖。

（訊號處理電路100） 該訊號處理電路100係將自感測器SEN輸出之第1感測器訊號SIGa及第2感測器訊號SIGb放大之訊號處理電路。例如，感測器SEN係壓電感測器或熱電感測器，第1感測器訊號SIGa及第2感測器訊號SIGb係相互成對之差動訊號。如圖1所示，訊號處理電路100係具備串聯連接之電荷放大器101、增益放大器102、及濾波器103之多段放大電路。

（電荷放大器101） 電荷放大器101係將第1感測器訊號SIGa及第2感測器訊號SIGb之各者自電荷值轉換為電壓值。具體而言，電荷放大器101係將與第1感測器訊號SIGa對應之第1電荷放大器輸入訊號SIGIN1a轉換為第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a，消除第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a中所包含之偏移電壓Vos1a。又，電荷放大器101係將與第2感測器訊號SIGb對應之第2電荷放大器輸入訊號SIGIN1b轉換為第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b，消除第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b中所包含之偏移電壓Vos1b。本實施形態中，第1電荷放大器輸入訊號SIGIN1a與第1感測器訊號SIGa同等，第2電荷放大器輸入訊號SIGIN1b與第2感測器訊號SIGb同等。第1感測器訊號SIGa及第2感測器訊號SIGb相當於第1電荷訊號及第2電荷訊號。第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a及第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b分別相當於第1壓電訊號及第2電壓訊號。電荷放大器101具有並聯之第1系統SYSa及第2系統SYSb。第1系統SYSa對第1感測器訊號SIGa進行處理，第2系統SYSb對第2感測器訊號SIGb進行處理。

第1系統SYSa具有放大器AMP1a、反饋電路FB1a、保持電容Cos1a、及開關SW1a、SW2a、SW3a。第2系統SYSb具有放大器AMP1b、反饋電路FB1b、保持電容Cos1b、及開關SW1b、SW2b、SW3b。放大器AMP1a、AMP1b分別相當於第1放大器及第2放大器，反饋電路FB1a、FB1b分別相當於第1反饋電路及第2反饋電路，保持電容Cos1a、Cos1b分別相當於第1保持電容及第2保持電容。開關SW1a、SW2a、SW3a分別相當於第1開關、第2開關、及第3開關，開關SW1b、SW2b、SW3b分別相當於第4開關、第5開關、及第6開關。

於放大器AMP1a、AMP1b之各者之輸入端子連接有感測器SEN及基準電壓源Vref1。放大器AMP1a將第1電荷放大器輸入訊號SIGIN1a轉換為第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a。放大器AMP1b將第2電荷放大器輸入訊號SIGIN1b轉換為第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b。就減少偏移電壓之不同之觀點而言，放大器AMP1a、AMP1b之各者之輸入端子所具備之MOS（Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體）電晶體為共同質心（common centroid）配置。又，自減少雜訊之觀點考慮，放大器AMP1a、AMP1b之各者之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積大於後述之增益放大器102之放大器AMP2之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積。

反饋電路FB1a之一端連接於放大器AMP1a中之第1電荷放大器輸入訊號SIGIN1a輸入之輸入端子，反饋電路FB1a之另一端連接於放大器AMP1a之輸出端子。反饋電路FB1b之一端連接於放大器AMP1b中之第2電荷放大器輸入訊號SIGIN1b輸入之輸入端子，反饋電路FB1b之另一端連接於放大器AMP1b之輸出端子。

保持電容Cos1a之一端連接於放大器AMP1a之輸出端子，保持電容Cos1a之另一端連接於基準電壓源Vref1。保持電容Cos1b之一端連接於放大器AMP1b之輸出端子，保持電容Cos1b之另一端連接於基準電壓源Vref1。具體而言，保持電容Cos1a之另一端連接於將基準電壓源Vref1與放大器AMP1a連接之路徑。保持電容Cos1b之另一端連接於將基準電壓源Vref1與放大器AMP1b連接之路徑。又，保持電容Cos1a設置於放大器AMP1a之輸出路徑，保持電容Cos1b設置於放大器AMP1b之輸出路徑。

開關SW1a設置於將放大器AMP1a短路且將放大器AMP1a之輸入端子與輸出端子連接之短路路徑。開關SW1b設置於將放大器AMP1a短路且將放大器AMP1b之輸入端子與輸出端子連接之短路路徑。具體而言，開關SW1a之一端連接於將感測器SEN與放大器AMP1a連接之路徑，開關SW1a之另一端連接於將放大器AMP1a與保持電容Cos1a連接之路徑。放大器AMP1a之短路路徑不經由反饋電路FB1a而將放大器AMP1a之輸入端子與輸出端子連接。開關SW1b之一端連接於將感測器SEN與放大器AMP1b連接之路徑，開關SW1b之另一端連接於將放大器AMP1b與保持電容Cos1b連接之路徑。放大器AMP1b之短路路徑不經由反饋電路FB1b而將放大器AMP1b之輸入端子與輸出端子連接。

開關SW2a設置於自放大器AMP1a之輸出端子向輸入端子之反饋路徑。於將放大器AMP1a之輸出端子與輸入端子連接之反饋路徑，設置有串聯連接之反饋電路FB1a及開關SW2a。開關SW2b設置於自放大器AMP1b之輸出端子至輸入端子之反饋路徑。於將放大器AMP1b之輸出端子與輸入端子連接之反饋路徑，設置有串聯連接之反饋電路FB1b及開關SW2b。放大器AMP1a之短路路徑與反饋路徑並聯，放大器AMP1b之短路路徑與反饋路徑並聯。具體而言，開關SW2a之一端連接於反饋電路FB1a，開關SW2a之另一端連接於放大器AMP1a之輸出端子。開關SW2b之一端連接於反饋電路FB1b，開關SW2b之另一端連接於放大器AMP1b之輸出端子。開關SW2a並聯連接於開關SW1a，開關SW2b並聯連接於開關SW1b。

開關SW3a設置於將保持電容Cos1a與基準電壓源Vref1連接之路徑。開關SW3b設置於將保持電容Cos1b與基準電壓源Vref1連接之路徑。具體而言，開關SW3a之一端連接於將放大器AMP1a與基準電壓源Vref1連接之路徑，開關SW3a之另一端連接於將保持電容Cos1a與增益放大器102連接之路徑。開關SW3b之一端連接於將放大器AMP1b與基準電壓源Vref1連接之路徑，開關SW3b之另一端連接於將保持電容Cos1b與增益放大器102連接之路徑。

（放大器AMP1a、AMP1b） 如圖2所示，放大器AMP1a具有輸入段IS1a、輸出段OS1a、OS2a、相位補償電容Cpc1a、Cpc2a、及共同模式反饋電路CMFB1a。放大器AMP1b具有輸入段IS1b、輸出段OS1b、OS2b、相位補償電容Cpc1b、Cpc2b、及共同模式反饋電路CMFB1b。

輸入段IS1a對第1電荷放大器輸入訊號SIGIN1a進行處理，輸出段OS1a、OS2a對自輸入段IS1a輸出之訊號進行處理。輸入段IS1a具有2個輸出路徑，於一輸出路徑設置有輸出段OS1a，於另一輸出路徑設置有輸出段OS2a。輸出段OS1a、OS2a之各者之輸出端子連接於共同模式反饋電路CMFB1a。輸出段OS1a之輸出端子進而亦連接於保持電容Cos1a、及開關SW1a、SW2a。

於輸出段OS1a之反饋路徑設置有振盪防止用之相位補償電容Cpc1a，於輸出段OS1b之反饋路徑設置有振盪防止用之相位補償電容Cpc2a。具體而言，相位補償電容Cpc1a之一端連接於將輸出段OS1a與共同模式反饋電路CMFB1a連接之路徑，相位補償電容Cpc1a之另一端連接於輸入段IS1a。相位補償電容Cpc2a之一端連接於將輸出段OS2a與共同模式反饋電路CMFB1a連接之路徑，相位補償電容Cpc2a之另一端連接於輸入段IS1a。

共同模式反饋電路CMFB1a係檢測輸入段IS1a之輸出共同電壓，以該輸出共同電壓成為固定之方式進行輸入段IS1a之反饋控制。共同模式反饋電路CMFB1a之輸入端子連接於輸出段OS1a、OS2a之輸出端子，共同模式反饋電路CMFB1a之輸出端子連接於輸入段IS1a之內部節點。

放大器AMP1a、AMP1b為相互相同之構成。因此，輸入段IS1b、輸出段OS1b、OS2b、相位補償電容Cpc1b、Cpc2b、及共同模式反饋電路CMFB1b之詳細說明省略。

（反饋電路FB1a、FB1b） 反饋電路FB1a係具備並聯連接之反饋電阻Rfb1a及反饋電容Cfb1a之RC共振電路，改善放大器AMP1a之特性。反饋電路FB1b係具備並聯連接之反饋電阻Rfb1b及反饋電容Cfb1b之RC共振電路，改善放大器AMP1b之特性。

反饋電路FB1a之RC共振電路所產生之共振頻率係由並聯連接之電阻及電容之時間常數決定之頻率，設為f _fb。第1感測器訊號SIGa之截止頻率係由起因於感測器SEN內之串聯連接之電阻及電容之時間常數決定之頻率，設為f _in。f _in係感測器固有之值，因此藉由改變反饋電路FB1a之電阻及電容，決定2個頻率之大小關係，定義電荷放大器之訊號頻帶。例如，以成為f _fb＜f _in之方式，將並聯連接之反饋電阻Rfb1a及反饋電容Cfb1a之各者之元件值設定為較大值。該情形時，f _fb作為電荷放大器之頻帶下限發揮功能，f _in作為電荷放大器之頻帶上限發揮功能。即，f _fb作為高通濾波器之截止頻率發揮功能，f _in作為低通濾波器之截止頻率發揮功能。

反饋電路FB1b具有與反饋電路FB1a相同之構成及功能。因此，反饋電路FB1b之詳細說明省略。

（電荷放大器101之動作） 其次，一邊參照圖3及圖4，一邊對電荷放大器101之動作進行說明。圖3係表示第1實施形態之電荷放大器之偏移保持模式下之動作之圖。圖4係表示第1實施形態之電荷放大器之訊號輸出模式下之動作之圖。

電荷放大器101在輸出第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a及第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b之訊號輸出模式下之動作之前，以偏移保持模式進行動作。如圖3所示，於偏移保持模式下，開關SW1a、SW1b、SW3a、SW3b關閉，開關SW2a、SW2b打開。換言之，形成具有放大器AMP1a及保持電容Cos1a之閉路、及具有放大器AMP1b及保持電容Cos1b之閉路。因此，對保持電容Cos1a施加放大器AMP1a之偏移電壓Vos1a，對保持電容Cos1b施加放大器AMP1b之偏移電壓Vos1b。

電荷放大器101於偏移保持模式下電荷完全積存於保持電容Cos1a、Cos1b之各者而保持偏移電壓Vos1a、Vos1b後，切換為訊號輸出模式。如圖4所示，於訊號輸出模式下，開關SW1a、SW1b、SW3a、SW3b打開，開關SW2a、SW2b關閉。換言之，形成具有放大器AMP1a及反饋電路Fb1a之閉路、及具有放大器AMP1b及反饋電路FB1b之閉路。利用放大器AMP1a進行過處理之第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a經由反饋電路Fb1a反饋至放大器AMP1a，並且經由保持電容Cos1a輸出至增益放大器102。利用放大器AMP1b進行過處理之第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b經由反饋電路Fb1b反饋至放大器AMP1b，並且經由保持電容Cos1b輸出至增益放大器102。此時，第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a中所包含之偏移電壓Vos1a於保持電容Cos1a中被消除。第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b中所包含之偏移電壓Vos1b於保持電容Cos1b中被消除。

此外，於開關開放時產生由電荷饋通引起之電荷。於電荷放大器101連接於壓電感測器或熱電感測器等感測器訊號之強度微弱之感測器SEN之情形時，若該起因於電荷饋通之電荷不放電而流入至感測器SEN，則於訊號輸出模式下使感測器SEN產生回彈雜訊。又，若於感測器SEN之輸出端子與電荷放大器101之輸入端子之間有開關，則於該開關自短路切換為開放之時間點、即剛變化為偏移保持模式之後，需要感測器SEN之輸出端子恢復至正常之電荷量為止之待機時間，響應速度降低。但是，本實施形態中，無該開關，又，於自偏移保持模式切換為訊號輸出模式時，於開關SW1a、SW1b中所產生之由電荷饋通引起之電荷經由開關SW2a、SW2b而放電。因此，可減少回彈雜訊。於自訊號輸出模式切換為偏移保持模式時，於開關SW2a、SW2b中所產生之由電荷饋通引起之電荷經由開關SW1a、SW1b而放電。因此，不等待電荷饋通所致之影響消退便切換動作模式，不產生響應速度之降低。

第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a經由保持電容Cos1a而消除偏移電壓Vos1a後，進而經由串聯連接於保持電容Cos1a之段間電阻Rin2a而輸出至增益放大器102。同樣地，第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b經由保持電容Cos1b而消除偏移電壓Vos1b後，進而經由串聯連接於保持電容Cos1b之段間電阻Rin2b而輸出至增益放大器102。

（增益放大器102） 其次，一邊參照圖5，一邊對增益放大器102之構成及動作進行說明。圖5係表示第1實施形態之增益放大器之動作之圖。

增益放大器102將與第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a及第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b之各者對應之第1增益放大器輸入訊號SIGIN2a及第2增益放大器輸入訊號SIGIN2b放大。增益放大器102將第1增益放大器輸入訊號SIGIN2a放大而輸出第1增益放大器輸出訊號SIGOUT2a，將第2增益放大器輸入訊號SIGIN2b放大而輸出第2增益放大器輸出訊號SIGOUT2b。第1及第2增益放大器輸入訊號SIGIN2a、SIGIN2b相當於第3電壓訊號及第4電壓訊號。增益放大器102係使用斬波器穩定化技術之放大器，具備放大器AMP2、斬波器開關SWCP1、SWCP2、及反饋電阻Rfb2a、Rfb2b。增益放大器102具有2個輸入系統S1a、S1b、2個處理系統S2a、S2b、及2個輸出系統S3a、S3b。於輸入系統S1a輸入第1增益放大器輸入訊號SIGIN2a，於輸入系統S1b輸入第2增益放大器輸入訊號SIGIN2b。輸出系統S3a之輸出訊號定義為第1增益放大器輸出訊號SIGOUT2a，輸出系統S3b之輸出訊號定義為第2增益放大器輸出訊號SIGOUT2b。

於放大器AMP2連接有基準電壓源Vref2。基準電壓源Vref2亦可與基準電壓源Vref1相同。將放大器AMP2之輸入側定義為處理系統S2a、S2b。放大器AMP2具有偏移電壓Vos2，例如處理系統S2a之電壓較處理系統S2b高出偏移電壓Vos2之量。

斬波器開關SWCP1設置於將電荷放大器101與放大器AMP2連接之路徑。於斬波器開關SWCP1之一端連接有2個輸入系統S1a、S1b，於斬波器開關SWCP1之另一端連接有2個處理系統S2a、S2b。斬波器開關SWCP2設置於將放大器AMP2與濾波器103連接之路徑。於斬波器開關SWCP2之一端連接有與2個處理系統S2a、S2b對應之放大器AMP2之2個輸出端子，於斬波器開關SWCP2之另一端連接有2個輸出系統S3a、S3b。斬波器開關SWCP1相當於第1斬波器開關，斬波器開關SWCP2相當於第2斬波器開關。

反饋電阻Rfb2a之一端連接於輸入系統S1a，反饋電阻Rfb2a之另一端連接於輸出系統S3a。反饋電阻Rfb2b之一端連接於輸入系統S1b，反饋電阻Rfb2b之另一端連接於輸出系統S3b。

（增益G2） 其次，針對放大器AMP2之增益G2，使用設置於輸入系統S1a側之各元件之元件值進行說明。此外，關於與設置於輸入系統S1b側之各元件之元件值，與設置於輸入系統S1a側之各元件之元件值相同，因此省略說明。

將保持電容Cos1a、段間電阻Rin2a、及反饋電阻Rfb2a之各者之元件值由作為各者之符號之Cos1a、Rin2a、及Rfb2a表示，將第1感測器訊號SIGa之頻率設為f，當s＝2πf時，下式成立。 G2＝Rfb2a/{Rin2a＋1/（s×Cos1a）} 因此，Rin2a＜＜1/（s×Cos1a）時，可近似為G2≒s×Cos1a×Rfb2a。又，Rin2a＞＞1/（s×Cos1a）時，可近似為G2≒Rfb2a/Rin2a。本實施形態中，Rin2a充分小於1/（s×Cos1a），因此放G大器AMP2之增益2不依存於段間電阻Rin2a之大小，可由保持電容Cos1a與反饋電阻Rfb2a之積決定。

（增益放大器102之動作） 斬波器開關SWCP1可斷續地更換輸入至放大器AMP2之第1增益放大器輸入訊號SIGIN2a及第2增益放大器輸入訊號SIGIN2b。斬波器開關SWCP2再次更換自放大器AMP2輸出之訊號。斬波器開關SWCP1、SWCP2基於輸入至各者之時脈，選擇放大器AMP2之入輸出訊號之路徑。時脈之頻率高於第1增益放大器輸入訊號SIGIN2a及第2增益放大器輸入訊號SIGIN2b之頻帶上限。

於圖5所示之例中，Clock＝H時，斬波器開關SWCP1將輸入系統S1a與處理系統S2a連接，將輸入系統S1b與處理系統S2b連接。又，斬波器開關SWCP2將處理系統S2a與輸出系統S3a連接，將處理系統S2b與輸出系統S3b連接。Clock＝L時，斬波器開關SWCP1將輸入系統S1a與處理系統S2b連接，將輸入系統S1b與處理系統S2a連接。又，斬波器開關SWCP2將處理系統S2a與輸出系統S3b連接，將處理系統S2b與輸出系統S3a連接。換言之，Clock＝H時，對輸出系統S3a施加偏移電壓Vos2，Clock＝L時，對輸出系統S3b施加偏移電壓Vos2。因此，若取得輸出系統S3a與輸出系統S3b之差動電壓之時間平均，則偏移電壓Vos2消除。

圖1所示之增益放大器102中所放大之第1增益放大器輸出訊號SIGOUT2a係經由設置於將增益放大器102與濾波器103連接之路徑之段間電阻Rin3a而輸入至濾波器103。同樣地，增益放大器102中所放大之第2增益放大器輸出訊號SIGOUT2b係經由段間電阻Rin3b而輸入至濾波器103。

（濾波器103） 圖1所示之濾波器103使與第1增益放大器輸出訊號SIGOUT2a及第2增益放大器輸出訊號SIGOUT2b之各者對應之第1濾波器輸入訊號SIGIN3a及第2濾波器輸入訊號SIGIN3b中所包含之高頻成分衰減。濾波器103使第1濾波器輸入訊號SIGIN3a中所包含之高頻成分衰減而輸出第1濾波器輸出訊號SIGOUT3a，使第2濾波器輸入訊號SIGIN3b中所包含之高頻成分衰減而輸出第2濾波器輸出訊號SIGOUT3b。第1濾波器輸入訊號SIGIN3a及第2濾波器輸入訊號SIGIN3b係與第1增益放大器輸出訊號SIGOUT2a及第2增益放大器輸出訊號SIGOUT2b對應之訊號，第1增益放大器輸出訊號SIGOUT2a及第2增益放大器輸出訊號SIGOUT2b係與相當於第3輸入訊號及第4輸入訊號之第1增益放大器輸入訊號SIGIN2a及第2增益放大器輸入訊號SIGIN2b對應之訊號。因此，第1濾波器輸入訊號SIGIN3a及第2濾波器輸入訊號SIGIN3b相當於第5電壓訊號及第6電壓訊號。衰減之高頻成分例如為由增益放大器102之斬波器穩定化產生之時脈頻率之尖峰雜訊。濾波器103係具備放大器AMP3、反饋電阻Rfb3a、Rfb3b、及反饋電容Cfb3a、Cfb3b之主動低通濾波器。濾波器103具有2個處理系統。

於放大器AMP3連接有基準電壓源Vref3。基準電壓源Vref3亦可與基準電壓源Vref1及基準電壓源Vref2相同。放大器AMP3設置於2個處理系統，將流經該2個處理系統之各者之第1濾波器輸入訊號SIGIN3a及第2濾波器輸入訊號SIGIN3b放大。

反饋電阻Rfb3a設置於放大器AMP3中之第1濾波器輸入訊號SIGIN3a側之反饋路徑。反饋電阻Rfb3b設置於放大器AMP3中之第2濾波器輸入訊號SIGIN3b側之反饋路徑。

反饋電容Cfb3a於放大器AMP3中之第1濾波器輸入訊號SIGIN3a側之反饋路徑中並聯連接於反饋電阻Rfb3a。反饋電容Cfb3b於放大器AMP3中之第2濾波器輸入訊號SIGIN3b側之反饋路徑中並聯連接於反饋電阻Rfb3b。

（元件值） 其次，列舉訊號處理電路100中所具備之各元件之元件值之一例。 電荷放大器101之反饋電阻Rfb1a、Rfb1b分別為6.8×10 ⁶Ω，電荷放大器101之反饋電容Cfb1a、Cfb1b分別為390×10 ^-12F，電荷放大器101之保持電容Cos1a、Cos1b分別為100×10 ^-12F。此時，電荷放大器101之截止頻率成為1/（2π×6.8×10 ⁶×390×10 ^-12）＝60 Hz。電荷放大器101之增益G1於將反饋電容Cfb1a、Cfb1b設為Cfb1，將省略圖示之設置於向電荷放大器101之輸入路徑之輸入電阻設為Rin1時，可近似為G1≒1/（1＋s×Cfb1×Rin1）（s＝2πf）。

電荷放大器101及增益放大器102之段間電阻Rin2a、Rin2b分別為100 Ω。增益放大器102之反饋電阻Rfb2a、Rfb2b分別為1×10 ⁶Ω。增益放大器102之增益G2如已說明般，可近似為G2≒s×Cos1a×Rfb2a（s＝2πf）。

增益放大器102及濾波器103之段間電阻Rin3a、Rin3b分別為12×10 ³Ω。濾波器103之反饋電阻Rfb3a、Rfb3b分別為47×10 ³Ω，濾波器103之反饋電容Cfb3a、Cfb3b分別為100×10 ^-12F。此時，濾波器103之截止頻率成為1/（2π×47×10 ³×100×10 ^-12）＝34×10 ³Hz。濾波器103之透過頻帶之增益G3成為G3＝47×10 ³/12×10 ³＝3.9。

如上所述，本實施形態中，電荷放大器101之第1系統SYSa及第2系統SYSb分別具有轉換第1感測器訊號SIGa及第2感測器訊號SIGb之放大器AMP1a、AMP1b、及設置於放大器AMP1a、AMP1b之輸出路徑之保持電容Cos1a、Cos1b。又，第1系統SYSa及第2系統SYSb分別具有設置於短路路徑之開關SW1a、SW1b、設置於反饋路徑之開關SW2a、SW2b、及控制對保持電容Cos1a、Cos1b之電壓之施加之開關SW3a、SW3b。如此，藉由於保持電容Cos1a、Cos1b之各者保持放大器AMP1a、AMP1b之偏移電壓Vos1a、Vos1b，可自放大器AMP1a、AMP1b之各者之輸出消除偏移電壓Vos1a、Vos1b。於放大器AMP1a、AMP1b不經由開關而輸入第1感測器訊號SIGa及第2感測器訊號SIGb，因此於偏移保持模式與訊號輸出模式之切換中，不等待電荷饋通所致之影響消退而切換動作模式。因此，電荷放大器101中，可抑制因偏移保持模式長期化導致響應速度降低。

放大器AMP1a、AMP1b之各者之輸入端子所具備之MOS電晶體為共同質心配置。因此，可減小放大器AMP1a之偏移電壓Vos1a與放大器AMP1b之偏移電壓Vos1b之不同。

放大器AMP1a、AMP1b之各者之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積大於放大器AMP2之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積。多段放大電路中，藉由此種初段中之雜訊對策強化，可獲得雜訊減少之效果。

於增益放大器102之放大器AMP2之前後，分別設置有斬波器開關SWCP1、SWCP2。因此，藉由斬波器穩定化，可消除放大器AMP2之偏移電壓Vos2。

此外，斬波器開關SWCP1、SWCP2亦可省略。此種構成中，可消除導致多段放大器之輸出訊號之偏差較大的位於最前段之電荷放大器101之偏移電壓Vos1a、Vos1b。

以下，對本發明之另一實施形態之訊號處理電路之電路構成進行說明。此外，下述之實施形態中，對與上述之第1實施形態共通之情況省略記述，僅對不同點進行說明。對相同之構成要素標附符號，且省略詳細之說明。對於由相同構成產生之相同作用效果不依次提及。

＜第2實施形態＞ 其次，一邊參照圖6，一邊對第2實施形態之訊號處理電路中所具備之電荷放大器201之電路構成進行說明。圖6係概略性地表示第2實施形態之電荷放大器之電路構成之圖。

第2實施形態之電荷放大器201在輸入段ISIa、ISIb之輸出共同電壓之檢測與反饋控制藉由共通之共同模式反饋電路CMFB1進行之方面，與第1實施形態之電荷放大器101不同。具體而言，共同模式反饋電路CMFB1之輸入端子連接於第1放大器AMP1a之輸出段OS1a及第2放大器AMP1b之輸出段OS1b之各者之輸出端子。共同模式反饋電路CMFB1之輸出端子連接於第1放大器AMP1a之輸入段IS1a及第1放大器AMP1a之輸入段IS1b之各者之內部節點。此外，輸入段IS1a相當於第1輸入段，輸入段IS1b相當於第2輸入段，輸出段OS1a相當於第1輸出段，輸出段OS1b相當於第2輸出段。相位補償電容Cpc1a相當於第1相位補償電容，相位補償電容Cpc1a相當於第2相位補償電容。

根據此種實施形態，可削減零件之件數。因此，可減少耗電，又，可縮小晶片面積。

＜第3實施形態＞ 其次，一邊參照圖7，一邊對第3實施形態之訊號處理電路300之電路構成進行說明。圖7係概略性地表示第3實施形態之訊號處理電路之電路構成之圖。第3實施形態之訊號處理電路300與第1實施形態同樣地，具備電荷放大器301、增益放大器302、及濾波器303。其中，增益放大器302及濾波器303之構成與第1實施形態相同。

第3實施形態在省略電荷放大器301之保持電容及開關之方面，與第1實施形態不同。具體而言，第1系統SYSa具有放大器AMP1a及反饋電路FB1a，第2系統SYSb具有放大器AMP1b及反饋電路FB1b。放大器AMP1a、AMP1b中，分別地自感測器SEN輸出之第1感測器訊號SIGa及第2感測器訊號SIGb不經由開關而輸入，由電荷值轉換成電壓值之第1電荷放大器輸出訊號SIGOUT1a及第2電荷放大器輸出訊號SIGOUT1b不經由開關而輸出至增益放大器302。反饋電路FB1a之一端及另一端分別不經由開關而連接於放大器AMP1a之輸入端子及輸出端子，反饋電路FB1b之一端及另一端分別不經由開關而連接於放大器AMP1b之輸入端子及輸出端子。

根據此種實施形態，不產生電荷放大器301中之由電荷饋通引起之電荷。因此，可抑制回彈雜訊之產生。未消除電荷放大器301之偏移電壓，但可消除增益放大器302之偏移電壓。

＜總結＞ 以下，附記本發明之實施形態之一部分或全部。此外，本發明並不限定於以下之構成。

根據本發明之一態樣，提供一種訊號處理電路，其具備：電荷放大器，其將自感測器輸出之一對第1及第2電荷訊號之各者轉換為第1及第2電壓訊號；增益放大器，其將與第1及第2電壓訊號對應之第3及第4電壓訊號放大；及濾波器，其使與第3及第4電壓訊號對應之第5及第6電壓訊號中所包含之高頻成分衰減；且電荷放大器具有並聯之第1及第2系統，第1系統具有：第1放大器，其將所輸入之第1電荷訊號轉換為第1電壓訊號；第1保持電容，其設置於第1放大器之輸出路徑；第1開關，其設置於將第1放大器之輸出端子與輸入端子連接且將第1放大器短路之短路路徑；第2開關，其設置於第1放大器之反饋路徑且並聯連接於第1開關；及第3開關，其一端連接於將第1放大器與第1放大器之基準電壓源連接之路徑，另一端連接於將第1保持電容與增益放大器連接之路徑；第2系統具有：第2放大器，其將所輸入之第2電荷訊號轉換為第2電壓訊號；第2保持電容，其連接於第2放大器之輸出路徑；第4開關，其設置於將第2放大器之輸出端子與輸入端子連接且將第2放大器短路之短路路徑；第5開關，其設置於第2放大器之反饋路徑且並聯連接於第4開關；及第6開關，其一端連接於將第2放大器與第2放大器之基準電壓源連接之路徑，另一端連接於將第2保持電容與增益放大器連接之路徑；能夠取得第1、第3、第4及第6開關關閉且第2及第5開關打開之第1狀態、以及第1、第3、第4及第6開關打開且第2及第5開關關閉之第2狀態。 據此，藉由第1及第2保持電容之各者保持第1及第2放大器之偏移電壓，可自第1及第2放大器之各者之輸出消除偏移電壓。第1及第2感測器訊號不經由開關而輸入至第1及第2放大器，又，第1、第2、第4、第5開關之由電荷饋通引起之電荷因有放電而不流入至感測器。因此，於偏移保持模式與訊號輸出模式之切換中，不受由電荷饋通引起之影響而切換動作模式。因此，電荷放大器中，可抑制因偏移保持模式長期化導致響應速度降低。

作為一態樣，第1及第2放大器之各者之輸入端子所具備之MOS電晶體為共同質心配置。 據此，可減小第1放大器之偏移電壓與第2放大器之偏移電壓之不同。

作為一態樣，第1及第2放大器之各者之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積大於增益放大器之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積。 多段放大電路中，藉由此種初段中之雜訊對策強化，可獲得雜訊減少之效果。

作為一態樣，第1放大器具有第1輸入段、第1輸出段、及設置於第1輸出段之反饋路徑之第1相位補償電容，第2放大器具有第2輸入段、第2輸出段、及設置於第2輸出段之反饋路徑之第2相位補償電容，電荷放大器進而具有共同模式反饋電路，其於第1及第2輸出段之各者之輸出端子連接有輸入端子，於第1及第2輸入段之內部節點連接有輸出端子。 據此，可削減零件之件數。因此，可減少耗電，又，可縮小晶片面積。

作為一態樣，第1狀態係於使第1及第2保持電容之各者保持第1及第2放大器之偏移電壓之偏移保持模式下取得，第2狀態係於偏移保持模式後且於電荷放大器輸出第1及第2電壓訊號之訊號輸出模式下取得。

作為一態樣，第1系統進而具有設置於第1放大器之反饋路徑之第1反饋電路，第2系統進而具有設置於第2放大器之反饋路徑之第2反饋電路，第1及第2反饋電路分別具有並聯連接之反饋電阻及反饋電容。

作為一態樣，藉由第1反饋電路設定之截止頻率小於第1電壓訊號之頻帶下限，藉由第2反饋電路設定之截止頻率小於第2電壓訊號之頻帶下限。

作為一態樣，增益放大器進而具備：第3放大器，其將第3及第4電壓訊號放大；第1斬波器開關，其斷續地更換輸入至第3放大器之第3及第4電壓訊號；及第2斬波器開關，其再次更換自第3放大器輸出之第3及第4電壓訊號。 據此，可藉由斬波器穩定化而消除增益放大器之放大器之偏移電壓。

作為一態樣，第1及第2電荷訊號係自壓電感測器或熱電感測器輸出之相互成對之差動訊號。

如以上所說明，根據本發明之一態樣，可提供一種訊號處理電路，其可抑制偏移電壓所致之影響而響應較快。

此外，以上說明之實施形態係為了易於理解本發明，並非為了限定本發明而進行解釋者。本發明可在不脫離其主旨之情況下進行變更/改良，並且本發明亦包含其等價物。即，只要具備本發明之特徵，則本技術領域中具有通常知識者對各實施形態適宜施加設計變更而成者亦包含於本發明之範圍。例如，各實施形態所具備之各要素及其配置、材料、條件、形狀、尺寸等不應限定於例示者，可適宜變更。又，各實施形態所具備之各要素可於技術上可能之範圍內組合，組合該等而成者亦只要包含本發明之特徵，則包含於本發明之範圍。

100：訊號處理電路 SEN：感測器 SIGa：第1感測器訊號 SIGb：第2感測器訊號 SIGIN1a：第1電荷放大器輸入訊號 SIGIN1b：第2電荷放大器輸入訊號 SIGOUT1a：第1電荷放大器輸出訊號 SIGOUT1b：第2電荷放大器輸出訊號 SIGIN2a：第1增益放大器輸入訊號 SIGIN2b：第2增益放大器輸入訊號 SIGOUT2a：第1增益放大器輸出訊號 SIGOUT2b：第2增益放大器輸出訊號 SIGIN3a：第1濾波器輸入訊號 SIGIN3b：第2濾波器輸入訊號 SIGOUT3a：第1濾波器輸出訊號 SIGOUT3b：第2濾波器輸出訊號 101：電荷放大器 102：增益放大器 103：濾波器 SYSa：第1系統 SYSb：第2系統 AMP1a：放大器（第1放大器） AMP1b：放大器（第2放大器） AMP2、AMP3：放大器 FB1a：反饋電路（第1反饋電路） FB1b：反饋電路（第2反饋電路） Cos1a：保持電容（第1保持電容） Cos1b：保持電容（第2保持電容） Cfb3a、Cfb3b：反饋電容 Rfb2a、Rfb2b、Rfb3a、Rfb3b：反饋電阻 Rin2a、Rin2b、Rin3a、Rin3b：段間電阻 SW1a：開關（第1開關） SW2a：開關（第2開關） SW3a：開關（第3開關） SW1b：開關（第4開關） SW2b：開關（第5開關） SW3b：開關（第6開關） Vref1：基準電壓源 Vref2：基準電壓源 Vref3：基準電壓源

圖1係概略性地表示第1實施形態之訊號處理電路之電路構成之圖。 圖2係概略性地表示第1實施形態之電荷放大器之電路構成之圖。 圖3係表示第1實施形態之電荷放大器之偏移保持模式下之動作之圖。 圖4係表示第1實施形態之電荷放大器之訊號輸出模式下之動作之圖。 圖5係表示第1實施形態之增益放大器之動作之圖。 圖6係概略性地表示第2實施形態之電荷放大器之電路構成之圖。 圖7係概略性地表示第3實施形態之訊號處理電路之電路構成之圖。

100：訊號處理電路 101：電荷放大器 102：增益放大器 103：濾波器 AMP1a：放大器（第1放大器） AMP1b：放大器（第2放大器） AMP2、AMP3：放大器 Cos1a：保持電容（第1保持電容） Cos1b：保持電容（第2保持電容） Cfb3a、Cfb3b：反饋電容 FB1a：反饋電路（第1反饋電路） FB1b：反饋電路（第2反饋電路） Rfb2a、Rfb2b、Rfb3a、Rfb3b：反饋電阻 Rin2a、Rin2b、Rin3a、Rin3b：段間電阻 SEN：感測器 SIGa：第1感測器訊號 SIGb：第2感測器訊號 SIGIN1a：第1電荷放大器輸入訊號 SIGIN1b：第2電荷放大器輸入訊號 SIGOUT1a：第1電荷放大器輸出訊號 SIGOUT1b：第2電荷放大器輸出訊號 SIGIN2a：第1增益放大器輸入訊號 SIGIN2b：第2增益放大器輸入訊號 SIGOUT2a：第1增益放大器輸出訊號 SIGOUT2b：第2增益放大器輸出訊號 SIGIN3a：第1濾波器輸入訊號 SIGIN3b：第2濾波器輸入訊號 SIGOUT3a：第1濾波器輸出訊號 SIGOUT3b：第2濾波器輸出訊號 SW1a：開關（第1開關） SW2a：開關（第2開關） SW3a：開關（第3開關） SW1b：開關（第4開關） SW2b：開關（第5開關） SW3b：開關（第6開關） SWCP1、SWCP2：斬波器開關 SYSa：第1系統 SYSb：第2系統 Vref1：基準電壓源 Vref2：基準電壓源 Vref3：基準電壓源

Claims (9)

1. 一種訊號處理電路，具備：電荷放大器，其將自感測器輸出之一對第1及第2電荷訊號之各者轉換為第1及第2電壓訊號；增益放大器，其將與上述第1及第2電壓訊號對應之第3及第4電壓訊號放大，其輸出端子並聯連接反饋電阻及段間電阻；及濾波器，其使與上述第3及第4電壓訊號對應之第5及第6電壓訊號中所包含之高頻成分衰減；上述電荷放大器具有並聯之第1及第2系統，上述第1系統具有：第1放大器，其將所輸入之上述第1電荷訊號轉換為上述第1電壓訊號；第1保持電容，其設置於上述第1放大器之輸出路徑；第1開關，其設置於將上述第1放大器之輸出端子與輸入端子連接且將上述第1放大器短路之短路路徑；第2開關，其設置於上述第1放大器之反饋路徑且並聯連接於上述第1開關，上述反饋路徑為RC共振電路；及第3開關，其一端連接於將上述第1放大器與上述第1放大器之基準電壓源連接之路徑，另一端連接於將第1保持電容與上述增益放大器連接之路徑；上述第2系統具有：第2放大器，其將所輸入之上述第2電荷訊號轉換為上述第2電壓訊號；第2保持電容，其連接於上述第2放大器之輸出路徑；第4開關，其設置於將上述第2放大器之輸出端子與輸入端子連接且將上述第2放大器短路之短路路徑；第5開關，其設置於上述第2放大器之反饋路徑且並聯連接於上述第4開關， 上述反饋路徑為RC共振電路；及第6開關，其一端連接於將上述第2放大器與上述第2放大器之基準電壓源連接之路徑，另一端連接於將上述第2保持電容與上述增益放大器連接之路徑；能夠取得上述第1、第3、第4及第6開關關閉且上述第2及第5開關打開之第1狀態、以及上述第1、第3、第4及第6開關打開且上述第2及第5開關關閉之第2狀態。
2. 如請求項1所述之訊號處理電路，其中，上述第1及第2放大器之各者之輸入端子所具備之MOS電晶體為共同質心配置。
3. 如請求項1或2所述之訊號處理電路，其中，上述第1及第2放大器之各者之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積大於上述增益放大器之輸入端子所具備之MOS電晶體的閘極電極之面積。
4. 如請求項1或2所述之訊號處理電路，其中，上述第1放大器具有第1輸入段、第1輸出段、及設置於上述第1輸出段之反饋路徑之第1相位補償電容，上述第2放大器具有第2輸入段、第2輸出段、及設置於上述第2輸出段之反饋路徑之第2相位補償電容，上述電荷放大器進而具有共同模式反饋電路，其於上述第1及第2輸出段之各者之輸出端子連接有輸入端子，於上述第1及第2輸入段之內部節點連接有輸出端子。
5. 如請求項1或2所述之訊號處理電路，其中，上述第1狀態係於使上述第1及第2保持電容之各者保持上述第1及第2放大器之偏移電壓之偏移保持模式下取得，上述第2狀態係於上述偏移保持模式後於上述電荷放大器輸出上述第1及第 2電壓訊號之訊號輸出模式下取得。
6. 如請求項1或2所述之訊號處理電路，其中，上述第1系統進而具有設置於上述第1放大器之反饋路徑之第1反饋電路，上述第2系統進而具有設置於上述第2放大器之反饋路徑之第2反饋電路，上述第1及第2反饋電路分別具有並聯連接之反饋電阻及反饋電容。
7. 如請求項6所述之訊號處理電路，其中，藉由上述第1反饋電路設定之截止頻率小於上述第1電壓訊號之頻帶下限，藉由上述第2反饋電路設定之截止頻率小於上述第2電壓訊號之頻帶下限。
8. 如請求項1或2所述之訊號處理電路，其中，上述增益放大器進而具備：第3放大器，其將上述第3及第4電壓訊號放大；第1斬波器開關，其斷續地更換輸入至上述第3放大器之上述第3及第4電壓訊號；及第2斬波器開關，其再次更換自上述第3放大器輸出之上述第3及第4電壓訊號。
9. 如請求項1或2所述之訊號處理電路，其中，上述第1及第2電荷訊號係自壓電感測器或熱電感測器擷取之相互成對之差動訊號。

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