JPS63308414A - 電気回路 - 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］ この発明は電気回路技術、さらには電荷積分を行う電気
回路に適用して有効な技術に関するもので、たとえば、
Ｄ／Ａ変換器に利用して有効な技術に関するものである
。Ｄ／Ａ変換器については例えば、日経エレクトロニク
ス　１９８２．１゜１８　　ｐ、１ｇ６〜ｐ、２０３に
示されている。

［従来の技術］ 本発明者は、Ｄ／Ａ変換器などを構成するために、一種
の電荷積分を行う電気回路について検討した。以下は、
公知とされた技術ではないが、本発明者によって検討さ
れた技術であり、その概要は次のとおりである。

第３図は、本発明者らによって検討された電気回路の構
成例を示す。

同図に示す電気回路は、反転入力（−）と非反転入力（
十）を有する演算増幅器ＯＰとＭＯＳ（金属−酸素膜一
半導体）からなる第１の容量Ｃ１と、この第１の容量Ｃ
１を第１の基準電位（接地電位）と上記反転入力（−）
とに切換接続するスイッチ回路Ｓ１と上記演算増幅器Ｏ
Ｐの反転入力（−）を非反転入力（＋）仮想短絡させる
ような負帰還路に直列に挿入された第２の容量Ｃ２と、
上記非反転入力（−）に第２の基準電位Ｖ　ｒｅｆを与
える電圧源１とを有している。

ここで、図示の例では、第１の基準電位は接地電位から
とっている。また、第２の容量Ｃ２には、その充電状態
を初期化するためのスイッチ回路Ｓ２が並列に接続され
ている。

次に、上述した電気回路の動作について説明する。

第３図において、先ず、回路の初期化を行う。

この初期化は、スイッチ回路Ｓ２をリセットパルスφＲ
で一時的にオンさせて、第２の容ｆ＋’＝　Ｃ２をゼロ
電位に放電させることにより行われる。このとき、第１
の容量Ｃ１は接地電位側に接続されてゼロ電位にある。

次に、スイッチ回路Ｓ１を切り換えて、第１の容量Ｃ１
を反転入力（−）側に接続する。すると、演算増幅器Ｏ
Ｐの負帰還動作によって、その反転入力（−）の電位が
非反転入力（＋）の電位Ｖｒｅｆにほぼ等しくなるまで
、その出力から第２の容量Ｃ２を通して第１の容量Ｃ］
が充電される。つまり、反転入力（−）が非反転入力（
＋）と心電位に仮想短絡されて、第１の容量Ｃ１が非反
転入力（−）の電位Ｖｒｅｆまで充電される。このとき
の充電電流は、演算増幅器○Ｐの出力から第２の容量Ｃ
２を充電しながら第１の容量Ｃ］に供給される。この結
果、第２の容１（ｉ　Ｃ２には第１の容量Ｃ１に充電さ
れたのと同量の電荷が充電される。

第２の容量Ｃ２に充電された電荷は、スイッチ回路Ｓ１
を接地電位側に戻して第１の容量Ｃ１を切り離した後も
、そのまま保持される。演算増幅器〇Ｐの出力側には、
第２の容ＲＣ２の充電電荷に応じた電圧Ｖｏｕｔが現れ
る。

以上の動作をＮ回繰り返すと、第２の容量Ｃ２には、そ
の繰り返し回ごとに充電された電荷が蓄積される。そし
て、この蓄積電荷量に応じた電圧Ｖｏｕｔが出力される
。

ここで、スイッチ回路Ｓ１の切換回数をＮ、第２の基準
電位をＶｒｅｆ、第１．第２の容量の容量値をそれぞれ
Ｃ１，Ｃ２をすると、出力電圧ｖｏｕｔは次式（１）の
ように表わすことができる。

したがって、スイッチ回路Ｓ１の切換をデジタル信号Ｄ
ｉｎによって行わせるとともに、その切換回路Ｎをデジ
タル信号Ｄｉｎのデータ値に対応させるようにすれば、
これによってＤ／Ａ変換を行わせることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した技術には、次のような問題点の
あることが本発明者によってあきらかと一４＝ された。

すなわち、上述した電気回路では、その動作精゛度が第
１．第２の容量ＣＩ、Ｃ２の精度に依存する。また、上
述した電気回路によってＤ／Ａ変換を行わせるためには
、第１の０１に対する第２の容量の容量値比（Ｃ２／Ｃ
１）をデジタル信号Ｄｉｎの最大データ値にしなければ
ならない。

たとえば、演算増幅器の最大出力レベルＶｏｍａｘ＝５
Ｖ、Ｖｒｅｆ＝ＩＶ　　デジタル信号Ｄｉｎのデータ値
がＯ〜１０２３の範囲をとる場合には、微小で高精度の
容量を半導体集積回路装置内に構成することは困難であ
り、例えば第１の容量をＩＰＦ程度のＭｉｓ容量によっ
て形成すると、第２の容量値は約２５６ＰＦと大きな値
になり、半導体集積回路装置内に構成することができな
い。さらに第２の容量は容量値のバイアス依存性があっ
てはならない事もあり、半導体集積回路装置外に外付容
量として構成すべきである。この時、第１の容量はＭＯ
８容量の製造上の絶対値バラツキ、±３０％程度を覚悟
せざるを得す、この±３０％の誤差はそのまま出力電圧
Ｖｏｕｔの誤差となって現れる。

上記した手段によれば、非反転入力に与えられる第２の
基準電位は、上記電圧源によって任意にかつ自己整合的
に設定することができる。

上記第１の容量における容量値誤差によって演算増幅器
の出力側から取り出される出力電圧Ｖｏｕｔは、上述し
た（１）式から示されるように、第１の容量の容量値に
比例するとともに、第２の基準電圧にも比例するように
なっている。

したがって、上記電圧源によって、第１の容量による誤
差分を補償できるような第２の基準電位を設定すること
ができる。

以上のようにして、必ずしも高精度な容量を使わなくて
も、動作の精度を高めることができるようにし、これに
よってたとえばＤ／Ａ変換器などを高精度に構成できる
ようにする、という目的が達成される。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

なお、各図中、同一符号は同一あるいは相当部分を示す
。

第１図はこの発明による技術が適用された電気回路の一
実施例を示す。

同図に示す電気回路は、先ず、演算増幅器ＯＰ、スイッ
チ回路Ｓ１、第１．第２の容量Ｃ１，Ｃ２、および電圧
源などを有する。

演算増幅器ｏｐは反転入力（−）と非反転入力（＋）を
有する。

第１の容量Ｃ１はＭＯ８容量によって半導体集積回路装
置内に形成される。

スイッチ回路Ｓ１は、第１の容量Ｃ１を第１の基準電位
（接地電位）と上記反転入力（−）とに切換接続する。

この場合、第１の基準電位は接地電位からとっている。

第２の容量Ｃ２は、上記演算増幅器ｏｐの反転入力（−
）を非反転入力（＋）と同電位に仮想短絡させるような
負帰還路に直列に挿入されている。

電圧源１は、上記非反転入力に第２の基準電位Ｖ　ｒｅ
ｆを与える。

ここで、図示の実施例では、スイッチ回路Ｓ１が切換が
デジタル信号Ｄｉｎによって行われ、そのデジタル信号
Ｄｉｎのデータ値に相当する回数Ｎだけ切換動作させら
れるようになっている。また、第２の容量Ｃ２には、そ
の充電状態を初期化するために、リセットパルスφＲに
よって一時的にオンされるスイッチ回路Ｓ２が並列に接
続されている。リセットパルスφＲは、１ワ一ド分のデ
ジタル信号Ｄｉｎが入力されるごとに入力あるいは発生
される。

以上までの構成によってＤ／Ａ変換動作を行う電気回路
が構成されている。

さらに、図示の実施例では、上述した構成に加えて、次
のような構成を有する。

すなわち、上記電圧源１は、その出力電位Ｖｒｅｆが任
意に可変設定可能な可変電圧源によって構成されている
。この可変電圧源１は、実施例では、８一 定電流回路２、スイッチ回路Ｓ３，８４および第３の容
量Ｃ３によって構成される。

定電流回路２は電源ｖｃｃから定電流■を流す。

この定電流■の大きさは、回路定数とくに抵抗素子の定
数を選ぶことによって任意に可変設定される。

スイッチ回路Ｓ３は定電流回路２と第３の容量Ｃ３との
間に直列に挿入され、通電制御パルスφ１によって定時
間ｔだけオン駆動される。スイッチ回路Ｓ４は第３の容
量Ｃ３に並列に接続され、リセット同期パルスφ２によ
って一時的にオン駆動される。

この場合、通電制御パルスφ１およびリセット同期パル
スφ２は、タイミング発生口Ｍ４から発せられる。タイ
ミング発生回路４は、プログラマブル・カウンタおよび
デコーダなどによって構成され、基準クロック発生回路
３から与えられる基準クロックφＯと、デジタル信号Ｄ
ｉｎの１ワ一ド分が入力されるごとに入力あるいは発生
されるリセットパルスφＲに基づいて、上記パルスφ１
゜φ２を発生する。基準クロック発生回路３は、水晶発
振子Ｘｔａｌを周波数基準とすることにより時間精度が
非常に高いクロックφＯを発生する。この基準クロック
φＯに基づいて制御されるスイッチ回路Ｓ３によって、
第３の容量Ｃ３の通電時間ｔは、非常に構成塵に可変設
定されるようになっている。

以上のようにして、第２の容量Ｃ３は、定時間ｔだけ通
電される定電流■によって充電されるようになっている
。そして、このように充電される第３の容量Ｃ３の電位
が上記第２の基準電位Ｖｒｅｆとして上記非反転入力（
−）に与えられるようになっている。このとき得られる
第２の基１電圧Ｖｒｅｆは、定電流回路２の電流値をＩ
、第３の容量の容量値を０３とすると、次式（２）のよ
うに表される。

第２図は、上記電圧源１の動作例を波形チャートによっ
て示す。同図に示すように、電圧源１の出力電位Ｖｒｅ
ｆは一定周期ごとに更新され、この更新が行われる合間
の時間Ｔ内にてＤ／Ａ変換のための電荷積分の動作が行
われるようになっている。

次に、以上のように構成された電気回路について、その
動作例を説明する。　　　゛ 先ず、第１図に示した電気回路は、第３図に示した回路
と同様に、デジタル信号Ｄｉｎのデータ値に応じた電圧
Ｖｏｕｔが演算増幅器ｏｐの出力側に現れるようになっ
ている。この出力電圧Ｖｏｕｔは、デジタル信号Ｄｉｎ
のデータ値すなわちスイッチ回路Ｓ１の切換回数をＮ、
第２の基準電位をＶｒｅｆ、第１．第２の容量の容量値
をそれぞれＣ１，Ｃ２とすると、前述した式（１）と同
様、 となる。

ここで、式（３）中のＶｒｅｆを上記式（２）で置き換
えると、出力電圧Ｖｏｕｔは次の式（４）で表わされる
ようになる。

一１１＝ 以上のように、上記第３の容量Ｃ３を充電する定電流■
の大きさとその通電時間ｔを選ぶことによって、上記第
２の基準電位Ｖｒｅｆを任意に可変設定することができ
る。この場合、上述したように、定電流Ｉの大きさは、
定電流回路２の回路定数によって任意に設定することが
できる。また、通電時間ｔは、水晶発振子Ｘｔａｌを周
波数基準とする基準クロックφ０に基づいて高精度に制
御することができる。これにより、定電流１と通電時間
ｔのすくなくともいずれか一方だけでも高精度に可変設
定することができれば、第１の容量Ｃ１による誤差分を
補償できるような第２の基準電位Ｖｒｅｆを高精度に可
変設定することができる。

さらに、上述のようにして設定される第２の基準電位Ｖ
　ｒｅｆは、式（４）、に示されるように、上記第３の
容量Ｃ３の容量値に逆数に比例する。これにより、第１
の容量Ｃ１と第３の容量Ｃ１を、たとえば共に同一半導
体集積回路装置内にてＭＯ＝１２− ８容量によって形成することなどにより、その容量値な
ども含めて同条件で形成すれば、温度などの環境条件に
よって生じる容量の変化が相殺されて、精度とともに安
定性も向上させられるようになる。

以上のようにして、必ずしも高精度な容量を使わなくて
も、動作の精度を高めることができる。

これによって、たとえばＤ／Ａ変換器などを高精度に構
成することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例にもとづ
き具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。たとえば、上記電圧
源１は、抵抗による分圧回路だけによって構成すること
もできる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるＤ／Ａ変換器に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、たとえば、電荷測定回路あるいはダイナミック
動作型の増幅回路などにも適用できる。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、必すしも高精度な容量を使わなくても、動作
の精度を高めることができ、これによって、たとえばＤ
／Ａ変換器などを高精度に構成することができる、とい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による電気回路の一実施例を示す回路
図、 第２図は同要部における動作例を示す波形チャート、 第３図はこの発明に先立って検出された電気回路の構成
例を示す回路図である。 ＯＰ・・・・演算増幅器、１・・・・可変電圧源、２・
・・・定電流回路、Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４・・・・ス
イッチ回路、Ｃ１・・・・第１の容量、Ｃ２・・・・第
２の容量、Ｖｅｒｆ・・・・第２の基準電位、Ｖ　ｏｕ
ｔ・・・・出力電圧。 第　　３　　凶 んｔｔｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反転入力と非反転入力を有する演算増幅器と第１の
   容量と、この第１の容量を第１の基準電位と上記反転入
   力とに切換接続するスイッチ回路と、上記演算増幅器の
   反転入力を非反転入力に仮想短絡させるような負帰還路
   に直列に挿入された第２の容量と、上記非反転入力に第
   ２の基準電位を与える電圧源とを備えた電気回路であっ
   て、上記電圧源は、その出力電位が任意に可変設定可能
   な可変電圧源であることを特徴とする電気回路。 ２、上記電圧源は、定時間だけ通電される定電流によっ
   て充電される第３の容量を備え、この第３の容量の充電
   電位が第２の基準電位として上記非反転入力に与えられ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気回
   路。 ３、上記第２の容量および第３の容量の充電状態をそれ
   ぞれに初期化するスイッチ回路を備えたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載または第２項の電気回路。 ４、上記第３の容量は、上記第１の容量と同条件で形成
   された容量であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第３項までのいずれかに記載の電気回路。