JP2000201038A - ゲイン可変演算増幅器 - Google Patents

ゲイン可変演算増幅器

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JP2000201038A
JP2000201038A JP11002569A JP256999A JP2000201038A JP 2000201038 A JP2000201038 A JP 2000201038A JP 11002569 A JP11002569 A JP 11002569A JP 256999 A JP256999 A JP 256999A JP 2000201038 A JP2000201038 A JP 2000201038A
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JP
Japan
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capacitance
operational amplifier
input
gain
variable gain
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JP11002569A
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English (en)
Inventor
Masao Sakamoto
昌夫 坂本
Takashi Tomatsu
隆 戸松
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Yozan Inc
Original Assignee
Yozan Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】高ゲイン時において応答性が良好なゲイン可変
演算増幅器を提供する。 【解決手段】入力に入力電圧が接続された入力キャパシ
タンスと;この入力キャパシタンスの出力に接続された
演算増幅器と;この演算増幅器の出力をその入力に接続
する複数の帰還キャパシタンスと;これら帰還キャパシ
タンスに対応して設けられた複数のゲイン調整スイッチ
であって、各ゲイン調整スイッチはいずれか1個の帰還
キャパシタンスに接続され、適宜帰還キャパシタンスと
演算増幅器との接続を断つようになっているゲイン調整
スイッチと;前記演算増幅器を位相補償するための位相
補償キャパシタンスと;を備えたゲイン可変演算増幅器
において、前記位相補償キャパシタンスは容量が可変で
あり、前記ゲインの増加にともなって位相補償キャパシ
タンスの容量が減少するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲイン可変演算増幅器
に係り、特に入力キャパシタンスと帰還キャパシタンス
の容量比の調節によりゲインを変化させるゲイン可変演
算増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】図5に示すように、従来のゲイン可変演
算増幅は入力電圧Vinに入力スイッチを介して入力キ
ャパシタンスCIを接続し、この入力キャパシタンスC
Iに演算増幅器AMPを接続するとともに、演算増幅器
AMPの入出力を複数の帰還キャパシタンスCF1〜C
Fqによって接続してなる。これら帰還キャパシタンス
CF1〜CFqの入力側にはゲイン調整スイッチ」SW
21〜SW2qが接続され、これらゲイン調整スイッチ
によって、帰還キャパシタンスは演算増幅器入力または
基準電圧に接続される。ここに式(1)に示すように、
ゲイン可変演算増幅器のゲインは、入力キャパシタンス
と、帰還キャパシタンス合成容量の比で与えられ、基準
電圧に接続される帰還容量を増加させるほどゲインは増
大する。
【数1】
【0003】しかし、従来のゲイン可変演算増は、ゲイ
ンの増加にともなってセトリングタイムが増加するとい
う問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高ゲイン時
において応答性が良好なゲイン可変演算増幅器を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るゲイン可変
演算増幅器は、位相補償キャパシタンスを容量可変と
し、ゲインの増加にともなってその容量を減少させるも
のである。
【0006】
【実施例】図1は本発明に係るゲイン可変演算増幅器を
示す回路図であり、演算増幅器AMPの非反転入力に入
力キャパシタンスCI1〜CIpが並列接続され、また
演算増幅器の入出力間に複数の帰還キャパシタンスCF
1〜CFqが並列接続されている。入力キャパシタンス
CI1〜CIpの入力側には2入力1出力の入力スイッ
チSW11〜SW1pが接続され、各入力スイッチの両
端子には入力電圧Vinおよび基準電圧Vrefが接続
されている。これら入力スイッチSW11〜SW1pは
コントロール信号CTI1〜CTIpによってそれぞれ
開閉制御される。
【0007】帰還キャパシタンスCF1〜CFqの入力
側と演算増幅器AMP非反転入力との間には2入力1出
力のゲイン調整スイッチSW21〜SW2qが接続さ
れ、各スイッチの両端子には演算増幅器AMP反転入力
および基準電圧が接続されている。これらゲイン調整ス
イッチSW21〜SW2qはコントロール信号CTF1
〜CTFqによってそれぞれ開閉制御される。
【0008】演算増幅器AMPには位相補償キャパシタ
ンスCPVが接続され、この位相補償キャパシタンスC
PVは複数の位相補償キャパシタンスCP1〜CP3を
並列してなる。位相補償キャパシタンスCP2、CP3
の入力側には位相補償スイッチSWP1、SWP2が接
続され、これら位相補償スイッチSWP1、SWP2に
よって位相補償キャパシタンスは短絡される。位相補償
スイッチSWP1、SWP2はコントロール信号CTP
1、CTP2によってそれぞれ開閉制御される。
【0009】図2は演算増幅器AMPの詳細を示し、差
動増幅器A21の反転入力、非反転入力に入力電圧Vi
の非反転および反転が接続され、差動増幅器A21の出
力には、第2段の増幅器A22が接続されている。増幅
器A22はその入力に差動増幅器A21出力が接続され
ている。これら差動増幅器A21、A22の後段には、
pMOSトランジスタTr21およびnMOSトランジ
スタTr22よりなるCMOSインバータが設けられ、
A21、A22の出力がTr21、Tr22のゲートに
それぞれ入力されている。差動増幅器A21は完全差動
型の構成とされて、AMPの耐ノイズ性を高め、さら
に、CMOSインバータはA21、A22出力に対する
増幅を行う。
【0010】位相補償キャパシタンスCPVには位相補
償レジスタンスRPが直列に接続され、この直列回路は
差動増幅器A21の出力とCMOSインバータ出力との
間に接続されている。これよって演算増幅器AMPの位
相補償が行われ、演算増幅器AMPの発振が防止されて
いる。
【0011】以上のゲイン可変演算増幅器において、入
力キャパシタンスCI1〜CIpの合成容量と、帰還キ
ャパシタンスCF1〜CFqの合成容量とによってゲイ
ンが設定され、式(1)と等価な以下の式(2)が与え
られる。
【数2】
【0012】前記位相補償スイッチSWP1、SWP2
は前記ゲインの増加にともなって順次開放され、位相補
償キャパシタンスCPVの合成容量はゲインに反比例す
るように設定される。この位相補償キャパシタンスの減
少によって、高ゲイン時においても、セトリングタイム
は増加しない。この原因は種々考えられるが、基準電圧
に接続された帰還キャパシタンスが演算増幅器AMPの
出力負荷となり、位相補償キャパシタンスの容量を補う
ためと考えられる。なお、位相補償キャパシタンスCP
1には位相補償スイッチを接続せず、常に演算増幅器A
MPに接続しているので、コントロール信号へのノイズ
の混入等の不測の事態に対しても回路の安定性を保証し
得る。
【0013】前記入力キャパシタンスおよび帰還キャパ
シタンスは電荷残留あるいは電荷リークが生じる可能性
があり、前記出力電圧Voutの精度確保のために、こ
れらキャパシタタンスをリフレッシュする必要がある。
このリフレッシュに際しては、全てに入力スイッチSW
11〜SW1pおよびゲイン調整スイッチSW21〜S
W2qを基準電圧に接続する。
【0014】図3は本発明の第2実施例を示す。本実施
例は、演算増幅器AMPとしてCMOSインバータを採
用した点および入力スイッチのコントロールにおいての
み第1実施例と異なる。
【0015】図3において、入力スイッチSW11〜S
W1pは共通のリフレッシュ信号により制御されてお
り、リフレッシュ以外のときは常に入力電圧Vin側に
接続されている。このように複数のキャパシタンスの合
成容量として入力キャパシタンスを定義することにより
各キャパシタンスの容量のばらつきを吸収できる。この
場合にはゲイン調整スイッチの調整のみによってゲイン
が設定されることになる。なお回路ライブラリはより汎
用性の高いものが求められ、その点においても本実施例
の入力キャパシタンスの構成は有利である。
【0016】図4に示すように、図3の演算増幅器AM
Pは奇数段のCMOSインバータI11、I12、I1
3を直列接続してなり、位相補償キャパシタンスCPV
および位相補償レジスタンスRPは第2段のCMOSイ
ンバータI12の入出力間に接続されている。このよう
な構成によっても第1実施例と同様の効果が得られる。
【発明の効果】前述のとおり、本発明に係るゲイン可変
演算増幅器は、位相補償キャパシタンスを容量可変と
し、ゲインの増加にともなってその容量を減少させるの
で、高ゲイン時において応答性が良好であるという優れ
た効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るゲイン可変演算増幅器の第1実施
例を示す回路図である。
【図2】第1実施例に使用された演算増幅器を示す回路
図である。
【図3】本発明に係るゲイン可変演算増幅器の第2実施
例を示す回路図である。
【図4】第2実施例に使用された演算増幅器を示す回路
図である。
【図5】従来のゲイン可変演算増幅器を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
CI1〜CIp 入力キャパシタンス CF1〜CFq 帰還キャパシタンス CPV、CP1〜CP3 位相補償キャパシタンス AMP 演算増幅器 SW11〜SW1p 入力スイッチ SW21〜SW2q ゲイン調整スイッチ SWP1、SWP2 位相補償スイッチ CTI1〜CTIp、CTF1〜CTFq、CTP1、
CTP2 コントロール信号 Vin 入力電圧 Vout 出力電圧 Vref、Vr 基準電圧

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力に入力電圧が接続された入力キャパ
    シタンスと;この入力キャパシタンスの出力に接続され
    た演算増幅器と;この演算増幅器の出力をその入力に接
    続する複数の帰還キャパシタンスと;これら帰還キャパ
    シタンスに対応して設けられた複数のゲイン調整スイッ
    チであって、各ゲイン調整スイッチはいずれか1個の帰
    還キャパシタンスに接続され、適宜帰還キャパシタンス
    と演算増幅器との接続を断つようになっているゲイン調
    整スイッチと;前記演算増幅器を位相補償するための位
    相補償キャパシタンスと;を備えたゲイン可変演算増幅
    器において、 前記位相補償キャパシタンスは容量が可変であり、前記
    ゲインの増加にともなって位相補償キャパシタンスの容
    量が減少するようになっていることを特徴とするゲイン
    可変演算増幅器。
  2. 【請求項2】 前記位相補償キャパシタンスは複数の並
    列な位相補償キャパシタンスよりなり;これら位相補償
    キャパシタンスのうちの1個または複数に対応して設け
    られ、各対応する1個の位相補償キャパシタンスに接続
    された位相補償スイッチが設けられ;これら位相補償ス
    イッチによって各位相補償キャパシタンスと演算増幅器
    との接続を断ち、前記ゲインの増加にともなって位相補
    償キャパシタンスの合成容量を減少させるようになって
    いる;ことを特徴とする請求項1記載のゲイン可変演算
    増幅器。
  3. 【請求項3】 位相補償キャパシタンスはゲインに反比
    例する容量に調整されることを特徴とする請求項1記載
    のゲイン可変演算増幅器。
  4. 【請求項4】 演算増幅器は差動増幅器であることを特
    徴とする請求項1記載のゲイン可変演算増幅器。
  5. 【請求項5】 演算増幅器は複数段直列の増幅器と、こ
    れら増幅器の出力がそれぞれのゲートに入力されたCM
    OSトランジスタとを備え、このCMOSトランジスタ
    のドレイン接続点が出力端子とされたことを特徴とする
    ゲイン可変演算増幅器。
  6. 【請求項6】 演算増幅器は奇数段直列のCMOSイン
    バータよりなることを特徴とする請求項1記載のゲイン
    可変演算増幅器。
  7. 【請求項7】 位相補償キャパシタンスには位相補償レ
    ジスタンスが直列に接続されていることを特徴とする請
    求項1記載のゲイン可変演算増幅器。
  8. 【請求項8】 帰還キャパシタンスはその出力が演算増
    幅器の出力に接続され、その入力がゲイン調整スイッチ
    に接続され、ゲイン調整スイッチは帰還キャパシタンス
    の入力を、演算増幅器の入力または基準電圧に接続する
    ようになっていることを特徴とする請求項1記載のゲイ
    ン可変演算増幅器。
  9. 【請求項9】 位相補償スイッチは、位相補償キャパシ
    タンスを短絡するようになっていることを特徴とする請
    求項1記載のゲイン可変演算増幅器。
  10. 【請求項10】 位相補償キャパシタンスはいずれか1
    個のCMOSインバータの入出力間に接続されているこ
    とを特徴とする請求項4記載のゲイン可変演算増幅器。
  11. 【請求項11】 前記入力キャパシタンスは複数の並列
    な入力キャパシタンスよりなり;これら入力キャパシタ
    ンスに対応して設けられ、各々1個の入力キャパシタン
    スに接続された入力スイッチが設けられ;これら入力ス
    イッチによって各入力キャパシタンスと入力電圧との接
    続を断つようになっている;ゲイン可変演算増幅器。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001306017A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Nec Kansai Ltd 容量性負荷の駆動装置
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JP2019161382A (ja) * 2018-03-12 2019-09-19 ローム株式会社 増幅回路並びに増幅回路に関わる半導体装置及びドライバ装置

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