JPH01202909A - 増幅器 - Google Patents

増幅器

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JPH01202909A
JPH01202909A JP63026572A JP2657288A JPH01202909A JP H01202909 A JPH01202909 A JP H01202909A JP 63026572 A JP63026572 A JP 63026572A JP 2657288 A JP2657288 A JP 2657288A JP H01202909 A JPH01202909 A JP H01202909A
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JP
Japan
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voltage
output
operational amplifier
circuit
level
Prior art date
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Pending
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JP63026572A
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Toru Yamada
亨 山田
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野1 本発明は、増幅器に関する。
[従来技術とその問題点] 現在、オペアンプを0MO5で構成したアナログ回路が
広く用いられている。ところで0MO5で構成されたオ
ペアンプの入力オフセット電圧は非常に大きく、±10
mV程度である。このためこの種のオペアンプであって
外付けのオフセット調整回路がないものにより構成した
直流増幅器の出力電圧には増幅度×入力オフセット電圧
という大きな誤差すなわちオフセットが生じる。
従来、このオフセットを除く方法として、入力オフセッ
ト電圧に等しい電圧に充電されているコンデンサを用い
て入力電圧から入力オフセット電圧分を予め相殺して入
力する方法等が用いられているが、いずれの方法を用い
るにも回路構成が複雑になるという問題があった。
[発明の目的] 本発明は、上述の如き事情に鑑みてなされたものであり
、CMOSオペアンプにより構成されながら回路構成を
複雑にすることなくオフセットを除去できる増幅器の提
供を目的とする。
[発明の要点] 本発明は、上記目的を達成するために、差動入力差動出
力増幅回路の2つの入力端子に与える入力を一定周期で
交換すると共に、該差動入力差動出力回路の差動出力を
上記入力交換に同期して反転しながら平均した出力或い
はこれに相当する出力を送出するようにしたことを要点
とする。
[実施例] 以下1図面に示す一実施例に基づいて本発明を説明する
。なお、本考案は、増幅回路と、この増幅回路の出力を
デジタル化する二重平衡型A/D変換回路とからなる増
幅−A/D変換回路に本考案を適用したものである。
匙−虞 第1図は本実施例の回路構成を示す、スイッチング回路
部lは、後述の制御部13からの開閉制御信号Sによっ
てオン状態となるスイッチング素子T1.T4と、上記
開閉制御信号Sが開閉信号変換部14のインバータ15
によって反転された信号によってオン状態となるスイッ
チング素子T2 、T3 とから構成されており、入力
端子la、lbからの2つの入力を、差動入力差動出力
増幅回路2の二つの入力端子へ、一定周期で交換して与
える回路である。差動入力差動出力増幅回路2はオペア
ンプ3.4と抵mR+ 、R2、R3とから構成されて
おり、オペアンプ3.4はCMO5で構成されており、
オフセット調整回路が外付けされてなく、前者の入力オ
フセットはV 053で後者のそれはV 054である
。なお抵抗R2、R3は抵抗値が等しく設定されている
。スイッチング回路部5は、開閉信号変換部14からの
信号によってオン状態となるスイッチング素子T6と、
上記信号を反転するインバータ6と、このインバータ6
によって反転された信号によってオン状態となるスイッ
チング素子T5とからなり、差動入力差動出力増幅回路
2からの二つの出力のいずれか一方を、次のV−F変換
回路部7に与える回路である。V−F変換回路部7は、
スイッチング回路fs5から与えられる電圧に応じてパ
ルス幅を変えたパルス列を次の制御部13のD端子に与
えるいわゆるV−F変換回路の一種である。すなわち一
端にスイッチング回路部5からの電圧が与えられる抵抗
R^と、抵抗R8と、コンデンサCと、プラスビンに電
圧vrerが享えられているオペアンプ9とは、加算形
積分回路を構成し、Dフリップフロップ12の出力がH
レベルのときオン状態となるスイッチング素子T7は抵
抗R8の一端に電圧VDOを与え、他方、J:、記Dフ
リップフロップ12の出力がLレベルのとき、これをイ
ンバータ8で反転した信号でオン状態となるスイッチン
グ素子T8は、スイッチング素子TIに代り、上記抵抗
Reの一端に電圧VSSを与える。また、オペアンプ9
の出力すなわち上記加算形請分回路の積分値に相当する
電圧がマイナスピンに与えられているコンパレータlO
のプラスビンには上記電圧Vrefが与えられて、コン
パレータ10は両者を比較し、その結果を出力する。な
お、電圧VDDは、抵抗RAがスイッチング回路部5か
ら与えられる電圧よりも高くなるように、また電圧VS
Sは抵抗RAがスイッチング回路部5から与えられる電
圧よりも低くなるように、それぞれ設定されており、電
圧vre、は電圧VODと電圧VSSの中間電圧となる
ように設定されている。インバータllはコンパレータ
10出力を反転してDフリップフロップ12に与え、D
フリップフロップ12は制御部13からの32KHzの
クロック信号を受けてその都度、入力を取込んで出力を
Hレベル又はLレベルとして前記制御部13、スイッチ
ング素子TI、インバータ8にγえる。制御部13はD
フリップフロップ12に32KHzのクロック信号を与
えると共に、Dフリップフロップ12の出力を端子りか
ら取込んで、この出力がHレベルである時間を計数して
、それに基づいて、スイッチング回路部5から与えられ
る二つの電圧すなわちスイッチング素子T5を介してq
−えられる電圧とスイッチング素子T6を介して与えら
れる電圧の差動電圧をデジタルデータとして送出し、更
に第2図に示す如きデユーティ−比1/2の開閉制御信
号Pとこの開閉制御信号Pの周期のを送出する回路であ
る。開閉信号変換部14は上記開閉制御信号Sを反転し
てスイッチング回路部lに送出するインバータ15およ
び開閉制御信号Sと開閉制御信号Pとを取込みこれらの
排他的論理和をスイッチング回路部5に送出するエクス
クルージイブオフ回路16を有している。
肱−首 次に、以上の如くに構成された本実施例の動作について
説明する。
いま、スイッチング回路部1の入力端子1aに電圧Va
を、入力端子1bに電圧Vbを与えているとする。また
、第2図(a)に示す如く、制御部13からの開閉制御
信号Pおよび開閉制御信号Sは共にHレベルであるとす
る。このような状態では、スイッチング回路部lのスイ
ッチング素子TI、T4がオン状態となりオペアンプ3
のプラスピンおよびオペアンプ4のプラスピンにはそれ
ぞれ電圧va、vbが印加される。前述の如く抵抗R2
と抵抗R3の抵抗値は等しく設定されているので、この
ときオペアンプ3の出力V3 、オペアンプ4の出力v
4はそれぞれ (Va −Wb +Vos3−Vosa )(Va −
Vb +VO53−Vosa )となる。
一方、この時開閉信号変換部14のエクスクルージイブ
オフ回路16からはLレベルの信号が送出され、スイッ
チング回路部5ではスイッチング素子T5がオン状態と
なる。このため、V−F変換回路部7には上記電圧v3
が与えられることになる。結局、第2図(a)で示され
る期間はオペアンプ3のプラスピンに電圧Va、オペア
ンプ4のプラスピンに電圧vbが与えられ、V−F変換
回路部7には電圧v3が与えられることになる。
また第2図(b)に示す如く開閉制御信号PがHレベル
で開閉制御信号SがLレベルの期間は、スイッチング素
子T2 、T3がオン状態となりオペアンプ3のプラス
ピンには電圧Vb 、オペアンプ4のプラスピンには電
圧Vaがそれぞれ印加される。このときオペアンプ3.
4の出力v3、v4はそれぞれ (Wb  −Va  +VO53−Vas4)  −(
Vb  −Va  +VO53−Voss  )となる
そして、スイッチング回路部5ではスイッチング素子T
6がオン状態となり、V−F変換回路部7には上記電圧
v4が与えられる。
また、第2図(C)に示す如く開閉制御信号PがLレベ
ルで開閉制御信号SがHレベルとなる期間は、スイッチ
ング素子T+ 、T4がオン状態となり、オペアンプ3
側に電圧Va、オペアンプ4側に電圧vbがそれぞれ印
加される。このときオペアンプ3.4の出力V3 、V
4はそれぞれ(V 、−Vb+V(ls3−Vosa 
)(Va −Vb +VO53−Vas4)となる。
そして、開閉信号変換部14のエクスクルージイブオフ
回路16からはHレベルの信号が送出され、スイッチン
グ回路部5ではスイッチング素子T6がオン状態となる
。これにより、V−F変換回路部7には上記電圧v4が
与えられることになる。
また、第2図(d)に示す如く開閉制御信号P、S共に
Lレベルとなる期間は、スイッチング素子T2 、T3
がオン状態となり、オペアンプ3偏に電圧Vb、オペア
ンプ4側に電圧Vaがそれぞれ印加される。このときオ
ペアンプ3.4の出力V3 、V4はそれぞれ (Vb−Va +VO53−VO54)(Vb  −V
a  +Vos:+  −Vas4 )となる。
そして開閉信号変換部14のエクスクルージイブオフ回
路16からはLレベルの信号が送出され、スイッチング
回路部5ではスイッチング素子T5がオン状態となる。
これにより、V−F変換回路部7には上記電圧V3が与
えられることになる。
第3図は1以上の動作により、第2図(a)〜(d)の
各期間にV−F変換回路部7へ与えられる電圧を整理し
たものである。
E述の如く、スイッチング回路部5からV−F変換回路
部7には、順次、上記の4通りの電圧が生えられるが、
いま、これらを電圧Vi  と置く。
そして、いま、Dフリップフロップ12の出力はHレベ
ルで、スイッチング素子T7がオン状態で抵抗Reの一
端には電圧VDDが印加されているものとする(第4図
参照)。
このとき、コンデンサCには、抵抗RAを経て(Vi 
 Vref ) / R^の電流と、抵抗RBを経て(
voo−Vret ) /Reの電流とが流込み、コン
デンサCは、これらを積分してオペアンプ9の出力電圧
を下げていく(第4図(イ)参照)、そして、オペアン
プ9の出力が電圧Vref より低くなった時点(すな
わち第4図の(ロ)の時点)でコンパレータlOの出力
はLレベルからHレベルに反転し、インバータ11の出
力は逆にHレベルからLレベルに反転する。而して、D
フリップフロップ12は、制御部13からのクロック信
号を待ってインバータ11からのLレベルの信号を取込
んで出力をHレベルからLレベルに反転する。
このため、スイッチング素子T7はオフ状態となり1代
ってスイッチング素子T8が、上記Lレベルの出力をイ
ンバータ8で反転した信号を受けてオン状態になり、コ
ンデンサCは充放電をすることになる。すなわち、(V
i −Vref )/RAの電流が流れ込むと同蒔に(
Vrer −Vss) / Raの電流が流出する。電
圧のVi とVSSの大小関係によりコンデンサCにお
いては放電の方が勝り、オペアンプ9の出力は回復して
高くなっていく(第4図(ハ) 参照) 、そしてこの
オペアンプ9の出力が電圧vre、以上に至ると(第4
図(ニ)参照)、コンパレータlOの出力はHレベルか
らLレベルに反転し、インバータ11の出力は逆にLレ
ベルからHレベルに反転する。Dフリップフロップ12
はクロック信号を待って上記インバータ11の出力を取
込んで出力をHレベルとする。
このため、再度、スイッチング素子T8に代ってスイッ
チング素子TIがオン状態となりコンデンサCには(V
i   Vre()/RAのW流と(Wo。
V ret ) / R8の電流が流れ込むこととなる
そして、以後は上述の動作が繰返されることになる。な
お、この際の繰返し周期は第4図に示すように開閉制御
信号Sに比較して十分小さいものとなるようにW成され
ている。
上記の動作において、Dフリップフロップ12の出力は
制御部13のD端子にも与えられ、制御部13はDフリ
ップフロップ12の出力がHレベルである時間(第4図
におけるTxl、T X 2、・・・・・・)、および
Lレベルである時間(第4図におけ6Tv1. TV2
.・・・・・・)をそれぞれカウンターで計数する。
ところで、第4図に示すオペアンプ9の出力を示す直線
の傾きは、スイッチング回路fiB5から与えられる電
圧Vl に依存する。すなわち電圧V1が高いときは、
コンデンサCの充電は迅速に行なわれてオペアンプ9の
出力の低下も迅速に行なわれ(すなわち第4図において
(イ)から(ハ)の直線の傾きが大きくなる)、またコ
ンデンサCの放電はゆるやかに行なわれてオペアンプ9
の出力の上昇もゆるやかなものとなる(すなわち第4図
において(ハ)から(ホ)の直線の傾きが小さくなる)
、そしてこのようなオペアンプ9の出力変化の緩急はD
フリップフロップ12の出力がHレベルである時間(T
 x 1. T X 2、・・・・・・、以下T x 
kという)、およびLレベルである時間(T V I 
T v 2、・・・・・・、以下T v kという)の
長短になる。
而して、上記時間TXk、T、kをカウンターで計測し
ている制御部13は電圧v1の大小をデジタル値(上記
カウンターのカウント値)で把握でき、それを基に一定
の演算を行ない電圧v1をデジタル値に変換する。
以上の如き動作は、開閉制御信号Pの一周期の間すなわ
ち開閉制御信号Sの2周期の間に電圧v1として与えら
れる4種の電圧(第3図にに示されている4種の電圧)
のそれぞれに対して行なわれ、それぞれの電圧を対応す
るデジタル値に変換して保持する。いま、第2図におけ
る期間(a)(b)(c)(d)における電圧V1すな
わち第3図の4種の電圧に対応するデジタル値をそれぞ
れN(J) 、 N(b+ 、 N(C) 、 N(a
)とし、A、Bを定数とすると。
(V a−Vb +VO53−VO34) ) +B(
Vb −Va +Vosx −VO54) ) +B(
Va −vb +VO53−VO54) ) +B(W
b  −Va  +VO53−Voss  ))  +
Bとなる。
開閉制御信号Pの一周期毎に上記4種のデジタル値N(
a) 、 N(b) 、 N(c) 、  N(d)を
得る制御部13は、上記−周期毎に以下の式で得られる
デジタル値Nabを演算する。
(Va −Vb ) ) (V遥−Wb ) ) 而して制御部13はスイッチング回路部lの入力端子I
J、lb間に与えられた差動電圧(V a−Vb)をオ
ペアンプ3.4のオフセットを除いた状態で増幅した電
圧のデジタル値を得て、これを送出する。
なお、この発明は上記実施例に限定されず、この発明を
逸脱しない範囲内において種々変形応用可能である例え
ば、本実施例では、差動入力差動出力増幅回路の二つの
入力端子に与える入力を交換しながら、二つの出力端子
から得られる4通りの出力を時分割で取出し、それぞれ
をデジタル化し、そのデジタル値に基づいてオフセット
を除いた差動出力のデジタル値を得たが、第5図に示す
如く、制御回路部24に制御されるスイッチング回路2
0によって一定周期で入力を交換される差動入力差動出
力増幅回路21の二つの出力端子からの出力をスイッチ
ング回路22および制御回路部24により入力側と同期
をとって交換しなから差動出力を得、このようにして得
た差動出力を。
制御回路部24によって制御される平均化回路23によ
り、平均化してオフセットを除去してもよいことは無論
である。
[発明の効果1 本発明は以上詳述したように、差動入力差動出力増幅回
路の2つの入力端子に与える入力を一定周期で交換する
と共に、該差動入力差動出力回路の差動出力を上記入力
交換に同期して反転しながら平均した出力或いはこれに
相当する出力を送出するようにした増幅器に係るもので
あるからCMOSオペアンプによりa成されながら回路
構成を複雑にすることなくオフセットを除去できる増幅
器の提供を可能とする。
【図面の簡単な説明】
第1図本発明の一実施例の回路構成を示す図、第2図は
上記実施例における開閉制御信号のタイムチャート、第
3図は上記実施例におけるV−F変換回路部に入力する
電圧Vi を整理した図、第4図は上記第1図の各回路
部の出力波形を示す図、第5図は本発明の変形例を示す
図である。 l・・・・・・スイッチング回路部、2・・・・・・差
動入力差動出力増幅回路、3.4,9・・・・・・オペ
アンプ。 5・・・・・・スイッチング回路部、7・・・・・・V
−F変換回m#  lo・・団・コンパレータ、12・
・・・・・Dフリップフロップ、13・・・・・・制御
部、14・・・・・・開閉信号変換部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 CMOSによるオペアンプによって構成された差動入力
    差動出力増幅回路と、 この差動入力差動出力増幅回路の2つの入力端子に与え
    る入力を一定周期で交換するスイッチング回路と、 上記差動入力差動出力増幅回路の2つの出力端子からの
    出力に基づいて、オフセットの影響を除いた差動出力を
    出力するオフセット除去回路とを備えることを特徴とす
    る増幅器。
JP63026572A 1988-02-09 1988-02-09 増幅器 Pending JPH01202909A (ja)

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