JPH02131004A - オフセット電圧補償回路 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オフセット電圧補償回路に関し、特に温度変
動および経時変化に対してもオフセット電圧を補償し、
低オフセツト増幅回路を実現するするのに好適なオフセ
ット電圧補償回路に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、演算増幅器のオフセラ１へ電圧は、温度変動や経
時変化に対応して変化するため、その演算増幅器に可変
抵抗などを接続してオフセット電圧を調整する回路や、
２本の入力支脈と基準支脈を有する演算増幅器を構成し
、オフセット電圧を自動的に調整する回路が知られてい
る。

この従来のオフセット電圧補償回路の例を第３図に示す
。この回路の詳細については特開昭５８−３３０４号公
報に記載されている。第１の段階では、第１の入力支脈
の入力１〜ランジスタ３６と基準支脈の入力１〜ランジ
スタ３５のそれぞれの入力は互いに接続されている。ま
た、スイッチ５１はＯＮとなっているので、トランジス
タの不整合やその他の原因により基準支脈と第１の入力
支脈間に何らかの不平衡ができると、不平衡を感知し、
第１の入力支脈の負荷トランジスタ３９の入力を調整し
、不平衡を補正する。同様に、第２の段階では、第２の
入力支脈の入力トランジスタ３７と基準支脈の入力１−
ランジスタ３５の入力が互いに接続され、第２の入力支
脈と基準支脈の間の任意の不平衡が感知され、第２の入
力支脈の負荷トランジスタ４０に対する入力はスイッチ
５１がＯＦＦ、スイッチ５０がＯＮとなっているため、
第２の入力支脈と基準支脈が平衡するように調整される
。第１の入力支脈が基準支脈と平衡し、第２の入力支脈
も基準支脈と平衡すると、第１の入力支脈は、第２の入
力支脈と平衡することとなり、増幅器のオフセットは有
効に減少されるか除去される。

この第３図に示したチョッパ安定化増幅器の動作につい
ては周知であるので、その詳細な説明は省略する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、オフセット補償回路が信号増幅回路
と一体となっているため、複数の低オフセツト増幅器が
必要な回路ではその増幅器の数だけ補償回路が必要とな
り、回路規模が大きくなるという問題がある。また、信
号増幅器やオフセット補償回路の負荷トランジスタには
フィードバックをかけるための端子を設ける必要があり
、通常の増幅器よりも回路や素子構造が複雑となるとい
う問題がある。それにオフセットの補償動作を行ってい
る時には、負荷トランジスタにオフセット補償のための
フィードバックがかかるため、主回路（増幅器）の動作
に本来無いはずの余分なフィードバックがかかることに
なり、主回路の動作が不安定となりやすい。上記従来技
術では、この不安定動作をなくすために、コンデンサ４
４を設けて対応している。このように不安定動作を補償
するための回路が必要となる。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、回路
構成を簡単化させ、オフセットフィードバック用の端子
を持たない通常の信号増幅器複数個を１つのオフセット
補償回路で、信号増幅器が安定動作をするように余分な
フィードバックをかけずに、温度変動や経時変化に依ら
ずにオフセラ１−補償を行えるオフセラ１へ電圧補償回
路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のオフセット電圧補償
回路は、少なくとも演算増幅器とゲイン設定抵抗器とを
有する信号増幅器のオフセット電圧を補償する回路にお
いて、前記信号増幅器の差動入力端子の電圧を検出する
ための高入力インピーダンス増幅器と、該高入力インピ
ーダンス増幅器の出力オフセット電圧を充電するための
第１のコンデンサ、前記信号増幅器の差動入力端子の各
々の電圧を前記高入力インピーダンス増幅器を経て充電
する第２．第３のコンデンサー、および前記信号増幅器
の差動入力端子の片側に接続した第４のコンデンサから
成る構造を有し、さらに前記信号増幅器の差動入力端子
間電圧（入力オフセット電圧）を検出し、該入力オフセ
ット電圧をフィードバックするために、前記第１．第２
．第４および極性を切換えた前記第３のコンデンサを並
列接続し、かつ、前記第１．第２．第３のコンデンサに
充電を行う際は前記第４のコンデンサが前記第１、第２
．第３のコンデンサとは切離されオフセット電圧を保持
するという補償動作を繰り返すことに特徴がある。

また、１つの前記オフセット電圧補償回路を複数の前記
信号増幅器に切換えられる構造にし、かつ、オフセット
電圧を保持する前記第４のコンデンサを各信号増幅器毎
に設けたことに特徴がある。

〔作用〕

本発明のオフセット電圧補償回路は、１つの補償用増幅
器とコンデンサ３つにより構成され、その補償用増幅器
の入力やコンデンサはスイッチにより接続を切換えられ
、以下の４つのモードをとる。なお、オフセット補償動
作を行う上では、この電圧補償回路以外に信号増幅器の
個数分だけコンデンサが必要となる。

まず、第１のモードでは、補償用増幅器の入力が短絡さ
れ、出力オフセット電圧が第１のコンデンサに充電され
る。

次に、第２のモードでは、補償用増幅器の入力が信号増
幅器の差動入力端子の片方に接続され、その電圧が第２
のコンデンサに充電される。

さらに、第３のモードでは、補償用増幅器の入力が信号
増幅器の差動入力端子の前述節２のモードの時のもう一
方に接続され、その電圧が第３のコンデンサに充電され
る。

そして、第４のモードでは、第１のコンデンサと第２の
コンデンサと極性を逆にした第３のコンデンサと信号増
幅器の入力端子の一方に接続された第４のコンデンサが
並列に接続される。これにより、この並列接続されたコ
ンデンサの電圧は補償用増幅器のオフセット電圧を含ま
ない信号増幅器の入力端子間の電圧となるので、信号増
幅器のオフセット電圧は補償される。

このオフセット補償電圧は、補償回路が切離されても第
４のコンデンサに保持されるので、オフセット電圧は補
償され続ける。従って、この補償回路をスイッチにより
複数の信号増幅回路に順次接続し、第１から第４のモー
ド動作を行えば、複数の信号増幅器を１つの補償回路と
各信号増幅器に１つオフセット補償電圧保持用のコンデ
ンサをつけるだけで、オフセット電圧補償ができる。

また、このオフセット補償動作において、第１から第３
のモードではオフセット補償電圧を保持している第４の
コンデンサは補償回路出力と切離されており、第４のモ
ードでは補償用増幅器と切離されるため、オフセット電
圧補償回路は閉ループを構成せず、信号増幅器に余分な
フィードバックをかけることがない。

以上の第１から第４のモード、すなわちオフセット電圧
補償動作を各信号増幅器に対して定期的に行うことで、
温度変動や経時変化によるオフセット電圧の変動に対し
ても補償を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図面により詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示すオフセット電圧補償
回路の構成図である。

第１図において、１はオフセット電圧補償の対象となる
演算増幅器、２，３は演算増幅器１のゲインを設定する
ための抵抗（抵抗３は帰還抵抗を示す）、４はオフセッ
ト電圧をキャンセルする電圧を保持するためのコンデン
サ、５−１〜５−ｎ、６−１〜６−ｎは補償回路を各々
の被オフセット補償演算増幅器に切換えるスイッチ、７
は補償用増幅器１０の入力をショートする（オフセット
電圧をキャンセルする）ためのスイッチ、８は演算増幅
器１の非反転入力端子の入力電圧を検知するためのスイ
ッチ、９は演算増幅器１の反転入力端子の入力電圧を検
知するためのスイッチ、１０は演算増幅器１のオフセッ
ト電圧補償用増幅器（高入力インピーダンス増幅器）、
１１．１２はその補償用増幅器１０のゲイン設定用の抵
抗、１３．１４はコンデンサ１９を補償用増幅器１０の
出力およびオフセット電圧補償回路の出力（信号増幅器
の非反転入力端子）に接続切換えするためのスイッチ、
１５゜１６はコンデンサ２０を補償用増幅器１０の出力
およびオフセット電圧補償回路の出力（信号増幅器の非
反転入力端子）に接続切換えするためのスイッチ、１７
，１８，２２．２３はコンデンサ２１の極性切換えおよ
び入出力を補償用増幅器１０の出力とオフセット電圧補
償回路の出力（信号増幅器の非反転入力端子）に接続切
換えするためのスイッチ、１９は補償用増幅器１０の出
力オフセッ１・電圧を蓄えるためのコンデンサ、２０は
演算増幅器１の非反転入力端子の検出電圧を蓄えるため
のコンデンサ、２１は演算増幅器１の反転入力端子の検
出電圧を蓄えるためのコンデンサ、２４は演算増幅器１
への入力、２５は演算増幅器１からの出力、２６はＧＮ
Ｄ、２７は本発明のオフセット電圧補償回路、２８は各
スイッチを制御するスイッチ制御回路である。

本オフセット電圧補償回路２７は、演算増幅器１、抵抗
２．および帰還抵抗３から構成される信号増幅器のオフ
セット電圧を補償するものである。

第２図は、第１図の各スイッチの０Ｎ１０　Ｆ　Ｆ状態
を示す図である。ここで、４つの動作モードの繰り返し
によりオフセット電圧の補償を行っていることを示して
いる。以下、第２図を用いて、本実施例の動作を説明す
る。

第１のモードでは、第２図に示すように、第１図ノスイ
ッチ７，１３，２２がＯＮＬ、後はＯＦＦとなる。この
時コンデンサ１９には、補償用増幅器１０の出力オフセ
ット電圧が充電される。コンデンサ１９の電荷はコンデ
ンサ１９の容量をＣ／４とすると次式で示される。

Ｑｃｍ！＝（Ｃ／４）・■。８　　　　　・・・・・（
１）ただし、ＶＯＳは補償用増幅器１０の出力オフセッ
ト電圧である。

第２のモードでは、第２図に示すように、スイッチ７．
１３．２２がＯＦＦとなり、スイッチ８゜１５．２２が
ＯＮとなる。ここで、スイッチ２２はＯＮ状態を保ち続
けてもよい。この時、コンデンサ２０には信号増幅器の
非反転入力端子電圧が充電される。コンデンサ２０の電
荷はコンデンサ２０の容量をＣ／４とすると次式のよう
になる。

ただし、Ｒ□１１　Ｒ□２はそれぞれ抵抗１１．１２の
値であり、■、は信号増幅器の非反転入力端子電圧であ
る。ここで、Ｒ□２＝３Ｒ□１とすると、（２）式は次
のようになる。

Ｑｃ２．＝ＣＶ１＋（Ｃ／４）　・Ｖｏｓ　　　”・”
（３）次に第３のモードでは、第２図に示すように、月
− スイッチ８，１５．２２がＯＦＦとなり、スイッチ９，
１７．２２がＯＮとなる。ここで、スイッチ２２はＯＮ
状態を保ち続けてもよい。この時、コンデンサ２１には
信号増幅器の反転入力端子電圧が充電される。コンデン
サ２１の電荷はコンデンサ２１の容量をＣ／２とすると
次式のようになる。

ただし、ｖ２は信号増幅器の反転入力端子電圧である。

そして、第４のモードでは、第２に示すように、スイッ
チ９，１７．２２がＯＦＦとなり、スイッチ１４，１６
，１８．２３がＯＮとなる。これによりコンデンサ２１
の極性が反転されてコンデンサ４，１９．２０と並列接
続される。いま、この並列接続される前のコンデンサ４
の電荷をコンデンサ４の容量Ｃとして求めると次式とな
る。

ＱＣ４＝Ｃｖ□　　　　　　　　　　　・・・・・（５
）従ってコンデンサ４．．１９，２０．２１を並列接続
した時の全電荷Ｑは（ＬＬ　（３）　、　（４）　、　
（５）式より次のようになる。

Ｑ　＝　ＱＣ４＋　Ｑｃｚｓ　＋　Ｑｃ２ｏＱＣ２□＝
　２　Ｃ（Ｖ、　−Ｖ２）　　　　　　　　・・・・・
（６）また、この時の並列容量の電圧、すなわちｖ２の
新しい電圧Ｖ２’は次式のようになる。

ｖ２′＝ Ｃ４＋Ｃ１９＋Ｃ２ｏ＋Ｃ２１ ＝ｖ１−■２　　　　　　　　　　　・・・・・（７）
ただし、Ｃ４，Ｃ□９．Ｑｏ２ｏ、Ｑｃ２□はそれぞれ
コンデンサ４，１９，２０．２１の容量である。上記（
７）式より、スイッチ５−１　、６−１が０ＦＦＬ、て
次の信号増幅回路に切換わっても（スイッチ５−２．６
−２がＯＮ）、コンデンサ４には信号増幅器の入力オフ
セット電圧に相当する電圧（Ｖ□−Ｖ２）が保持される
ので、ｖ２の電位はＯ２すなわちオフセット電圧が補償
されることがわかる。

以上の第１から第４のモードの動作をｎ個の信号増幅器
に、スイッチ５−１．６−１−５−ｎ、　６−ｎと順次
切換え、繰返すことにより温度変動や経時変化によらず
、複数の信号増幅器のオフセット電圧を１つの補償回路
により補償することができる。

ここで述べてきた補償回路の精度は、抵抗１１゜１２の
比精度とコンデンサ４，１９，２０，２１の比精度で決
まるが、集積回路においては比精度は正確に作ることが
できるので精度的に問題はない。また、オフセラ１へ電
圧補償動作において、第１から第３のモー１〜ではコン
デンサ４は補償回路出力と切離されており、第４のモー
ドでは補償用増幅器１０と切離されるため、補償動作モ
ード全般に渡りオフセット電圧補償回路２７は閉ループ
を構成せず、信号増幅器に余分なフィードバックをかけ
ることはない。さらに、このオフセット電圧補償動作は
信号増幅器の入力端子に接続されてコンデンサにオフセ
ット電圧をフィードバックすることで行うので、信号増
幅器にオフセット電圧フィードバック用の端子はいらな
い。

このように、本実施例では、回路構成を簡単化できるの
で、高集積化（ＬＳＩ化）に適している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、回路構成を簡単
化でき、温度変動および経時変化に関係なく、１つの補
償回路で、特殊なフィードバック用の端子等を持たない
一般的な信号増幅器複数個を、余分なフィードバックを
かけずにオフセット電圧を補償することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すオフセット電圧補償回
路の回路構成図、第２図は第１図における各スイッチの
動作状態を示す図、第３図は従来のオフセット電圧補償
回路の回路構成図である。 １：演算増幅器、１０：補償用増幅器、２，３゜１１．
１２ニゲイン設定抵抗、４．．１９，２０゜２１＝コン
デンサ、５−１〜５−ｎ、　６−１〜６−ｎ、　７．８
゜９．１３，１４，１５，１６，１７，１８，２２゜２
３：スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも演算増幅器とゲイン設定抵抗器とを有す
   る信号増幅器のオフセット電圧を補償する回路において
   、前記信号増幅器の差動入力端子の電圧を検出するため
   の高入力インピーダンス増幅器と、該高入力インピーダ
   ンス増幅器の出力オフセット電圧を充電するための第１
   のコンデンサ、前記信号増幅器の差動入力端子の各々の
   電圧を前記高入力インピーダンス増幅器を経て充電する
   第２、第３のコンデンサ、および前記信号増幅器の差動
   入力端子の片側に接続した第４のコンデンサから成る構
   造を有し、さらに前記信号増幅器の差動入力端子間電圧
   （入力オフセット電圧）を検出し、該入力オフセット電
   圧をフィードバックするために、前記第１、第２、第４
   および極性を切換えた前記第３のコンデンサを並列接続
   し、かつ、前記第１、第２、第３のコンデンサに充電を
   行う際は前記第４のコンデンサが前記第１、第２、第３
   のコンデンサとは切離されオフセット電圧を保持すると
   いう補償動作を繰り返すことを特徴とするオフセット電
   圧補償回路。 ２、１つの前記オフセット電圧補償回路を複数の前記信
   号増幅器に切換えられる構造にし、かつ、オフセット電
   圧を保持する前記第４のコンデンサを各信号増幅器毎に
   設けたことを特徴とする請求項１記載のオフセット電圧
   補償回路。