CN108880496B - 开关电容器放大电路、电压放大方法以及红外线传感器装置 - Google Patents

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Abstract

提供高速地切换充电以及输出动作，并消除偏移得到所希望的电压增益的开关电容器放大电路。包含：运算放大器；第一电容器以及第二电容器，它们各自的一端与运算放大器的负输入端连接；第一开关电路，其在第一动作时将第一电容器的另一端与信号源连接，在第二动作时将第一电容器的另一端与规定电位连接；第二开关电路，其在第一动作时将第二电容器的另一端与规定电位连接并且将运算放大器的输出端与负输入端短路，在第二动作时将第二电容器的另一端与运算放大器的输出端连接从而经由第二电容器将运算放大器的输出端与负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在第一开关电路与第一电容器的另一端之间，将信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗。

Description

开关电容器放大电路、电压放大方法以及红外线传感器装置
技术领域
本发明涉及开关电容器放大电路、电压放大方法以及红外线传感器装置。
背景技术
对输入电压进行放大来生成输出电压的运算放大器(Op amp)一般而言包括作为放大级的晶体管对。构成晶体管对的各晶体管有与制造偏差等对应的特性之差(例如，阈值的偏差等)，由此在运算放大器产生偏移电压。
作为对运算放大器的偏移电压进行补偿的电路，使用开关电容器电路(例如，专利文献1)。在开关电容器电路中，例如第一电容器(以下，称为电容器C1)的一端与运算放大器的负输入端子(反转输入端子)连接。电容器C1的另一端经由开关与信号源或者接地电位连接。另外，第二电容器(以下，称为电容器C2)的一端与运算放大器的负输入端子连接。电容器C2的另一端经由开关与运算放大器的输出端子或者接地电位连接。另外，运算放大器的负输入端子以及输出端子根据开关的切换而经由电容器C2连接或者不经由电容器C2直接连接。运算放大器的正输入端子(非反转输入端子)与接地电位连接。
在保持与输入电压对应的电荷的第一动作时，电容器C1的另一端与信号源连接，电容器C2的另一端与接地电位连接。成为运算放大器的负输入端子以及输出端子短路的状态，所以从运算放大器的输出端子输出与偏移电压相同的电压。在该状态下，若将输入电压设为Vin，将偏移电压设为Vos，则在电容器C1(电容：C1)积蓄有Q1＝C1×(Vin+Vos)的电荷。在电容器C2(电容：C2)积蓄有Q2＝C2×Vos的电荷。
另一方面，在输出放大电压的第二动作时，电容器C1的另一端与接地电位连接，电容器C2的另一端与运算放大器的输出端子连接。运算放大器的负输入端子经由电容器C2与输出端子连接。在电容器C1积蓄有Q1＝C1×Vos的电荷。在电容器C2积蓄有Q2＝C2×Vos+C1×Vin的电荷。由此，输出电压Vout＝(C2/C1)×Vin，消除偏移电压。若设为C1＝100pF，C2＝1pF，则能够得到100倍的电压增益。
专利文献1：日本特开平6－45875号公报
在上述那样的开关电容器电路中，供给输入电压的信号源必须对电容器C1(例如100pF)进行充放电，所以若信号源的阻抗较高则有不能够高速地进行开关动作(电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换)这样的问题。另外，为了得到更高的电压增益必须进一步增大电容器C1的值，所以必须进一步降低开关速度。
另外，虽然通过减小电容器C2的值，能够在维持电压增益的状态减小电容器C1的值，但若其值过小，则有由于与电容器C2的两端连接的开关(晶体管)的关漏电流而电容器C2的电荷放电，不能够得到所希望的电压增益这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的，目的在于提供能够高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换，并消除偏移得到所希望的电压增益的开关电容器放大电路。
本发明所涉及的开关电容器放大电路进行从信号源接受输入电压的供给并保持与上述输入电压对应的电荷的第一动作和输出将上述输入电压放大后的输出电压的第二动作，该开关电容器放大电路的特征在于，包括：运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与上述信号源连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与规定电位连接；第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间，将上述信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗。
本发明所涉及的开关电容器放大电路进行从信号源接受输入电压的供给并保持与上述输入电压对应的电荷的第一动作和输出将上述输入电压放大后的输出电压的第二动作，该开关电容器放大电路的特征在于，包括：运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与规定电位连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与上述信号源连接；第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间，将上述信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗。
另外，本发明所涉及的开关电容器放大电路进行从信号源接受输入电压的供给并保持与上述输入电压对应的电荷的第一动作和输出将上述输入电压放大后的输出电压的第二动作，该开关电容器放大电路的特征在于，包括：运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述正输入端连接；第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第三电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接，另一端与规定电位连接；第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与上述信号源连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与上述规定电位连接；第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间，将上述信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗。
另外，本发明所涉及的开关电容器放大电路进行从信号源接受输入电压的供给并保持与上述输入电压对应的电荷的第一动作和输出将上述输入电压放大后的输出电压的第二动作，该开关电容器放大电路的特征在于，包括：运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述正输入端连接；第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第三电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接，另一端与规定电位连接；第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与上述规定电位连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与上述信号源连接；第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间，将上述信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗。
另外，本发明所涉及的开关电容器放大电路进行从第一信号源接受第一输入电压的供给、从第二信号源接受第二输入电压的供给并保持与上述第一输入电压以及上述第二输入电压对应的电荷的第一动作和输出将上述第一输入电压与上述第二输入电压之差放大后的输出电压的第二动作，该开关电容器放大电路的特征在于，包括：运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第三电容器，其一端与上述运算放大器的上述正输入端连接；第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与上述第一信号源连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与规定电位连接；第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；第三开关电路，其在上述第一动作时将上述第三电容器的另一端与上述第二信号源连接，在上述第二动作时将上述第三电容器的另一端与上述规定电位连接；以及阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间以及上述第三开关电路与上述第三电容器的另一端之间，将上述第一信号源的输出阻抗以及上述第二信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗。
另外，本发明所涉及的电压放大方法是开关电容器放大电路中的电压放大方法，该开关电容器放大电路具有：运算放大器，其将输出电压输出；第一电容器，其一端与上述运算放大器的负输入端连接；第二电容器，其一端与上述运算放大器的负输入端连接；第一开关电路，其将上述第一电容器的另一端的连接目的地切换为上述信号源或者规定电位；第二开关电路，其将上述第二电容器的另一端的连接目的地切换为上述规定电位或者上述运算放大器的输出端并且切换将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路或者经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间并将上述信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗，上述电压放大方法的特征在于，包括：将上述信号源与上述阻抗转换电路的输入端连接，将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，并将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接的步骤；以及将上述阻抗转换电路的上述输入端与上述规定电位连接，并经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述负输入端与上述输出端之间连接的步骤。
另外，本发明所涉及的红外线传感器装置基于从测定对象物放射的红外线来检测上述测定对象物的表面温度，该红外线传感器装置的特征在于，包括：热电堆，其生成表示上述表面温度的测定电压；以及放大电路，其对上述测定电压进行放大来生成输出电压，上述放大电路是进行从上述热电堆接受上述测定电压的供给并保持与上述测定电压对应的电荷的第一动作和输出上述输出电压的第二动作的开关电容器放大电路，包括：运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与上述热电堆连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与规定电位连接；第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间，将上述热电堆的输出阻抗转换为规定的阻抗。
根据本发明所涉及的开关电容器放大电路，能够高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换，并消除偏移得到所希望的电压增益。
附图说明
图1是表示包含实施例1的放大电路的红外线传感器装置的构成的电路图。
图2是表示实施例1的放大电路的构成的电路图。
图3是表示实施例1的放大电路的第一动作时的状态的图。
图4是表示实施例1的放大电路的第二动作时的状态的图。
图5是表示实施例1的切换信号、输入电压以及输出电压的关系的时序图。
图6是表示实施例2的放大电路的构成的电路图。
图7是表示作为比较例的放大电路的图。
图8是表示比较例的放大电路的第一动作时的状态的图。
图9是表示比较例的放大电路的第二动作时的状态的图。
图10是表示在比较例的放大电路追加了时钟馈通消除电路后的电路的图。
图11是表示追加了时钟馈通消除电路的比较例的放大电路的第一动作时的状态的图。
图12是表示追加了时钟馈通消除电路的比较例的放大电路的第二动作时的状态的图。
图13是表示实施例3的放大电路的构成的电路图。
图14是表示实施例3的切换信号、输入电压以及输出电压的关系的时序图。
图15是表示实施例4的放大电路的构成的电路图。
图16是表示实施例4的切换信号、输入电压以及输出电压的关系的时序图。
图17是表示实施例5的放大电路的构成的电路图。
图18是表示实施例5的切换信号、输入电压以及输出电压的关系的时序图。
图19是表示实施例6的放大电路的构成的电路图。
图20是表示实施例6的切换信号、输入电压以及输出电压的关系的时序图。
图21是表示实施例7的放大电路的构成的电路图。
图22是表示实施例7中的选择信号与电压增益的关系的表格。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。此外，在以下的各实施例中的说明以及附图中，对实际上相同或者等效的部分附加相同的参照附图标记。
【实施例1】
图1是表示安装本实施例的放大电路的红外线传感器装置的构成的框图。红外线传感器装置100具有热电堆传感器110、放大电路120以及A/D转换电路130。
热电堆传感器110包含由串联或者并联连接的多个热电偶构成的热电偶列，将从测定对象物放射的热能转换为电能，并作为与测定对象物的表面温度对应的测定电压输出。热电堆传感器110将该测定电压作为输入电压Vin供给至放大电路120。热电堆传感器110例如具有数百kΩ级的阻抗。
放大电路120从热电堆传感器110接受输入电压Vin的供给，并输出将其放大后的电压作为输出电压Vout。放大电路120根据时钟信号周期性地切换进行保持与输入电压Vin对应的电荷的第一动作、和将输出电压Vout输出的第二动作。
A/D转换电路130对输出电压Vout实施模拟数字转换，并作为传感器输出Sout进行输出。
图2是表示放大电路120的构成的电路图。放大电路120包含运算放大器10、电容器C1以及C2、开关电路S1以及S2以及阻抗转换电路11。
运算放大器10的正输入端(非反转输入端)与接地电位连接。运算放大器10的负输入端(反转输入端)经由节点n1与电容器C1的一端以及电容器C2的一端连接。从运算放大器10的输出端输出输出电压Vout。
阻抗转换电路11是将信号源(热电堆110)的输出阻抗转换为规定的阻抗的电路，构成为具有运算放大器12、电阻R1以及R2的电压放大电路。在以下的说明中，也将阻抗转换电路11称为电压放大电路11。
运算放大器12的输出端经由节点n2与电容器C1的另一端以及电阻R2的一端连接。运算放大器12的负输入端与电阻R1和电阻R2之间的节点n3连接。
电阻R1以及R2串联连接在节点n2与接地电位之间。电阻R1的一端与接地电位连接，另一端与节点n3连接。电阻R2的一端与节点n2连接，另一端与节点n3连接。电阻R1例如具有1kΩ的电阻值，电阻R2例如具有10kΩ的电阻值。
开关电路S1是接受第一切换信号以及第二切换信号/>的供给切换连接的切换电路，由开关M1以及开关M2构成。
第一切换信号以及/>是信号电平互补地变化为逻辑电平0(L电平)或者逻辑电平1(H电平)的信号。根据第一切换信号/>以及/>的信号电平的变化，放大电路120的动作状态切换为第一动作以及第二动作。例如，在第一动作时，第一切换信号/>成为逻辑电平1(H电平)，第二切换信号/>成为逻辑电平0(L电平)。在第二动作时，第一切换信号/>成为逻辑电平0(L电平)，第二切换信号/>成为逻辑电平1(H电平)。
开关M1的一端与作为输入电压Vin的信号源的热电堆传感器110(以下，也仅称为信号源)的输出端连接，另一端与运算放大器12的正输入端连接。开关M1是根据第一切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时接通，在第二动作时断开。若开关M1接通，则运算放大器12的正输入端与信号源连接，输入电压Vin供给至运算放大器12的正输入端。开关M1例如由N沟道型MOS晶体管构成。
开关M2的一端与运算放大器12的正输入端连接，另一端与接地电位连接。开关M2是根据第二切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时断开，在第二动作时接通。若开关M2接通，则运算放大器12的正输入端与接地电位连接。开关M2例如由N沟道型MOS晶体管构成。
开关电路S2是接受第一切换信号以及第二切换信号/>的供给切换连接的切换电路，由开关M3、开关M4以及开关M5构成。
开关M3的一端与电容器C2的另一端连接，另一端与运算放大器10的输出端连接。开关M3是根据第二切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时断开，在第二动作时接通。若开关M3接通，则电容器C2的另一端与运算放大器10的输出端连接，由此运算放大器10的输出端与负输入端经由电容器C2反馈连接。开关M3例如由N沟道型MOS晶体管构成。
开关M4的一端经由节点n4与电容器C2的另一端以及开关M3的一端连接，另一端与接地电位连接。开关M4是根据第一切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时接通，在第二动作时断开。若开关M4接通，则电容器C2的另一端与接地电位连接。开关M4例如由N沟道型MOS晶体管构成。
开关M5的一端经由节点n1与电容器C1的一端以及运算放大器10的负输入端连接，另一端与运算放大器10的输出端连接。开关M5是根据第一切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时接通，在第二动作时断开。若开关M5接通，则运算放大器10的输出端与负输入端短路。开关M5例如由N沟道型MOS晶体管构成。
电容器C1以及C2是在放大电路120的第一动作时以及第二动作时，积蓄(保持)电荷的电容元件(电容器)。电容器C1插入在运算放大器12的输出端与运算放大器10的负输入端之间。电容器C2连接在运算放大器10的负输入端与开关M3的一端之间，在开关M3接通的情况下成为插入在连接运算放大器10的输出端与负输入端的连接线上的反馈电容。
接下来，参照图3、图4以及图5对放大电路120的动作进行说明。
图3示出放大电路120的第一动作时的状态。在第一动作时，开关M1、M4以及M5接通，开关M2以及M3断开。由此，输入电压Vin供给至运算放大器12的正输入端，运算放大器10的负输入端与输出端短路。
由于运算放大器10的正输入端接地，且负输入端以及输出端短路，所以输出运算放大器10的偏移电压(－Vos2)作为输出电压Vout。此时，由以下的式子(1)以及(2)表示电容器C1(电容C1)所积蓄的电荷Q1以及电容器C2(电容C2)所积蓄的电荷Q2。
【式1】
【式2】
Q2＝C2×V2＝C2×yos2 (2)
图4示出放大电路120的第二动作时的状态。在第二动作时，开关M2以及M3接通，开关M1、M4以及M5断开。由此，运算放大器12的正输入端接地，且运算放大器10的输出端经由电容器C2与负输入端连接。此时，由以下的式子(3)以及(4)表示电容器C1所积蓄的电荷Q1′以及电容器C2所积蓄的电荷Q2′。
【式3】
【式4】
根据式子(3)以及(4)，如以下的式子(5)以及(6)那样求出施加在电容器C2的两端的电压V2′以及运算放大器10的输出电压Vout。
【式5】
【式6】
根据式子(6)可知，输出电压Vout成为对在电阻R2与R1之比加上1后的值乘以电容C1与C2之比后的值，消除了偏移电压Vos1以及Vos2。另外，若设为R1＝1kΩ，R2＝10kΩ，C1＝10pF，C2＝1pF，则能够得到110倍的电压增益。
放大电路120根据第一切换信号以及第二切换信号/>的信号电平的时间变化，反复进行第一动作以及第二动作。
图5是表示第一切换信号第二切换信号/>输入电压Vin以及输出电压Vout的时间变化的时序图。
在从第一切换信号成为H电平起到第二切换信号/>成为H电平为止的期间，输出运算放大器10的偏移电压(－Vos2)作为输出电压Vout。
另一方面，在从第二切换信号成为H电平起到第一切换信号/>成为H电平为止的期间，输出将其之前的第一切换信号/>成为L电平的时刻(在图中，作为t1、t2、t3示出)的输入电压Vin(在图中，作为V(t1)、V(t2)、V(t3)示出)放大后的电压作为输出电压Vout。例如，若将电压放大电路11的放大率设为G，则输出电压Vout成为G×C1/C2×V(t1)、G×C1/C2×V(t2)、G×C1/C2×V(t3)。
如以上那样，在本实施例的放大电路120中，在从热电堆传感器110接受输入电压Vin的供给的输入端与电容器C1之间插入阻抗转换电路11。因此，并不直接通过热电堆传感器110进行电容器C1的充放电，而通过作为电压放大电路的阻抗转换电路11进行。另一方面，热电堆传感器110进行与电容器C1相比电容值极低的阻抗转换电路11的输入寄生电容的充放电。
如上述那样，热电堆传感器110具有比较高的阻抗。与此相对，阻抗转换电路11由运算放大器12、电阻R1以及R2构成，与热电堆传感器110相比阻抗较低。另外，阻抗转换电路11的输入寄生电容与电容器C1相比电容值极低。因此，根据本实施例的放大电路120，能够在短时间进行电容器C1的充放电。由此，能够高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换，能够消除偏移并得到所希望的电压增益。
【实施例2】
图6是表示实施例2的放大电路220的构成的电路图。放大电路220在具有由开关M6以及电容器C3构成的时钟馈通消除电路21这一点，与实施例1的放大电路120不同。
电容器C3的一端与运算放大器10的正输入端连接，另一端与接地电位连接。电容器C3具有与电容器C1以及电容器C2的电容值的和相同的电容值(即，C3＝C1+C2)。
开关M6的一端与运算放大器10的正输入端连接，另一端与接地电位连接。开关M6是根据第一切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时接通，在第二动作时断开。若开关M6接通，则运算放大器10的正输入端与接地电位连接。开关M6例如是N沟道型MOS晶体管，以与构成开关M5的晶体管相同的尺寸制成。
时钟馈通消除电路21为了消除在放大电路220产生的时钟馈通而设置。时钟馈通是指在作为开关元件的MOS晶体管从接通移至断开时，由于栅极－漏极间或者栅极－源极间的寄生电容，而构成开关电容器放大电路的电容的电荷被放电或者充电的现象。
以下，参照图7～图9对时钟馈通现象进行说明。此外，在以下的说明中，示出开关M1～M6由N沟道型MOS晶体管构成的例子，也将开关M1～M6称为晶体管M1～M6。
图7是示出不具有实施例1的阻抗转换电路11以及本实施例的时钟馈通消除电路21的通常的开关电容器放大电路作为比较例的图。
在晶体管M5的栅极－漏极间产生有寄生电容Cst。另一方面，晶体管M1与M2的连接点以及晶体管M3与M4的连接点在第一动作、第二动作的任意一个动作时均与固定电位(传感器输出、接地电位、运算放大器输出)连接，即使在晶体管M1～M4有寄生电容也进行充放电至规定的电位，所以对开关电容器放大电路的动作没有影响。
图8是将各晶体管置换为开关示出接受第一切换信号的供给的晶体管M1、M4以及M5接通，接受第二切换信号/>的供给的晶体管M2以及M3断开的状态的图。Vth示出晶体管M5的阈值电压，V3示出施加给寄生电容Cst的两端的电压。
在该状态下，由以下的式子(7)～(9)表示电容器C1(电容C1)所积蓄的电荷Q1、电容器C2(电容C2)所积蓄的电荷Q2、以及寄生电容Cst所积蓄的电荷Qst。
【式7】
Q1＝C1×V1＝C1(Vin+Vos) (7)
【式8】
Q2＝C2×V2＝C2×Vos (8)
由以下的式(9)表示寄生电容Cst所积蓄的电荷Qst。
【式9】
Qst＝Cst×V3＝cst[Vth+Vos) (9)
图9是将各晶体管置换为开关示出接受第一切换信号的供给的晶体管M1、M4以及M5断开，接受第二切换信号/>的供给的晶体管M2以及M3接通的状态的图。寄生电容Cst不经由晶体管M5的阈值电压而直接与接地电位连接。
在该状态下，由以下的式子(10)～(12)表示电容器C1所积蓄的电荷Q1′、电容器C2所积蓄的电荷Q2′、以及寄生电容Cst所积蓄的电荷Qst′。
【式10】
Q′1＝C1×V′1＝C1×Vos (10)
【式11】
Q′2＝Q2+Q1-Q′1+Qst-Q′st (11)
【式12】
Q′st＝Cst×V′3＝Cst×Vos (12)
根据式子(10)～(12)，如以下的式子(13)以及(14)那样求出电容器C2所积蓄的电荷Q2′以及运算放大器10的输出电压Vout。
【式13】
【式14】
这样，产生(Cst/C2)Vth量的时钟馈通所引起的输出电压的误差。
图10是表示在图7的开关电容器放大电路追加了由晶体管M6以及电容器C3构成的时钟馈通消除电路后的电路的图。在晶体管M6的栅极-漏极间产生有寄生电容Cst。
图11是将各晶体管置换为开关示出接受第一切换信号的供给的晶体管M1、M4、M5以及M6接通，接受第二切换信号/>的供给的晶体管M2以及M3断开的状态的图。
在该状态下，由以下的式子(15)～(17)示出电容器C1所积蓄的电荷Q1、电容器C2所积蓄的电荷Q2以及寄生电容Cst所积蓄的电荷Qst。另外，由以下的式子(18)示出施加到电容器C3的两端的电压V4。
【式15】
Q1＝C1×V1＝C1(Vin+Vos) (15)
【式16】
Q2＝C2×V2＝C2×Vos (16)
【式17】
Qst＝Cst×V3＝Cst(Vth+Vos) (17)
【式18】
V4＝0 (18)
图12是将各晶体管置换为开关示出接受第一切换信号的供给的晶体管M1、M4、M5以及M6断开，接受第二切换信号/>的供给的晶体管M2以及M3接通的状态的图。
在该状态下，由以下的式子(19)～(22)示出电容器C1所积蓄的电荷Q1′、电容器C2所积蓄的电荷Q2′、寄生电容Cst所积蓄的电荷Qst′以及施加到电容器C3的两端的电压V4′。
【式19】
Q′1＝C1×V′1＝C1(Vos+V′4) (19)
【式20】
Q′2＝Q2+Q1-Q′1+Qst-Q′st (20)
【式21】
Q′st＝Cst×V′3＝Cst(Vos+V′4) (21)
【式22】
根据式子(19)～(22)，如以下的式子(23)以及(24)那样求出电容器C2所积蓄的电荷Q2′和运算放大器10的输出电压Vout。
【式23】
【式24】
根据与式子(14)的比较可知，在式子(24)中，消除并除去时钟馈通所引起的输出电压的误差((Cst/C2)Vth)。
再次参照图6，本实施例的放大电路220除了阻抗转换电路11之外，还具有时钟馈通消除电路21。因此，根据本实施例的放大电路220，能够抑制时钟馈通的影响，高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换。
【实施例3】
图13是表示实施例3的放大电路320的构成的电路图。放大电路320在交换供给至开关M1以及M2的切换信号这一点与实施例2的放大电路220不同。即，开关M1接受第二切换信号的供给而接通或者断开，开关M2接受第一切换信号/>的供给而接通或者断开。
图14是表示第一切换信号第二切换信号/>输入电压Vin以及输出电压Vout的时间变化的时序图。
在第一切换信号为H电平的期间，即开关M2、M4、M5以及M6接通的期间，输出运算放大器10的偏移电压(－Vos2)作为输出电压Vout。
另一方面，在第二切换信号为H电平的期间，即开关M1、M3接通的期间，输出将输入电压Vin以放大率－1×G×(C1/C2)进行放大后的电压作为输出电压Vout。即，在该期间，输出作为与输入电压Vin反相的电压的输出电压Vout＝－1×G×(C1/C2)×Vin。这里，G是电压放大电路11的放大率。
根据本实施例的放大电路320，在第二动作时，能够得到具有与输入电压Vin的变化对应的信号波形的输出电压Vout。
【实施例4】
图15是表示实施例4的放大电路420的构成的电路图。放大电路420在阻抗转换电路11的输出端经由电容器C1b与运算放大器10的正输入端连接这一点，与实施例2的放大电路220不同。运算放大器10的负输入端经由电容器C1a与接地电位连接。电容器C1a以及C1b具有相同的电容值(电容值C1)。
运算放大器10的负输入端经由电容器C2a与开关M3的一端连接。运算放大器10的正输入端通过由开关M6以及电容器C2b构成的时钟馈通消除电路与接地电位连接。电容器C2a以及C2b具有相同的电容值(电容值C2)。
图16是表示第一切换信号第二切换信号/>输入电压Vin以及输出电压Vout的时间变化的时序图。
在从第一切换信号成为H电平起到第二切换信号/>成为H电平为止的期间，输出运算放大器10的偏移电压(－Vos2)作为输出电压Vout。
另一方面，在从第二切换信号成为H电平起到第一切换信号/>成为H电平为止的期间，输出将在其之前的第一切换信号/>成为L电平的时刻(t1、t2、t3)的输入电压Vin(V(t1)、V(t2)、V(t3))以放大率－1×G×(C1/C2)进行放大后的电压作为输出电压Vout。即，输出电压Vout成为－G×C1/C2×V(t1)、－G×C1/C2×V(t2)、－G×C1/C2×V(t3)。这里，G是电压放大电路11的放大率。
这样，在本实施例的放大电路420中，输出与实施例1的放大电路120反相的输出电压Vout。因此，能够抑制时钟馈通的影响，高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换，并得到反相的输出电压Vout。
【实施例5】
图17是表示实施例5的放大电路520的构成的电路图。放大电路520在交换供给至开关M1以及M2的切换信号这一点，与实施例4的放大电路420不同。即，开关M1接受第二切换信号的供给而接通或者断开，开关M2接受第一切换信号/>的供给而接通或者断开。
图18是表示第一切换信号第二切换信号/>输入电压Vin以及输出电压Vout的时间变化的时序图。
在第一切换信号为H电平的期间，即开关M2、M4、M5以及M6接通的期间，输出运算放大器10的偏移电压(－Vos2)作为输出电压Vout。
另一方面，在第二切换信号为H电平的期间，即开关M1、M3接通的期间，输出将输入电压Vin以放大率G×(C1/C2)进行放大后的电压作为输出电压Vout。即，在该期间，输出作为与输入电压Vin同相的电压的输出电压Vout＝G×(C1/C2)×Vin。这里，G是电压放大电路11的放大率。
根据本实施例的放大电路520，在第二动作时，能够得到具有与输入电压Vin的变化对应的信号波形的输出电压Vout。
【实施例6】
图19是表示实施例6的放大电路620的构成的电路图。放大电路620在阻抗转换电路61由电压放大电路G1以及G2构成，从未图示的第一信号源以及第二信号源接受作为差动输入信号的输入电压Vin(+)以及Vin(－)的供给这一点与实施例2的放大电路220不同。
在开关电路S1从第一信号源供给有正的输入电压Vin(+)。在开关M1接通并且开关M2断开的状态下，电压放大电路G1的输入端与信号源连接，输入电压Vin(+)供给至电压放大电路G1。另一方面，在开关M1断开并且开关M2接通的状态下，电压放大电路G1的输入端与接地电位连接。
电压放大电路G1的输入端与开关电路S1连接，输出端经由电容器C1a(电容C1)与运算放大器10的正输入端连接。电压放大电路G1具有放大率G。
开关电路S3是接受第一切换信号以及第二切换信号/>的供给切换连接的切换电路，由开关M7以及开关M8构成。
开关M7是根据第一切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时接通，在第二动作时断开。开关M7例如由N沟道型MOS晶体管构成。
开关M8的一端与电压放大电路G2的输入端连接，另一端与接地电位连接。开关M8是根据第二切换信号而接通或者断开的开关元件，控制为在第一动作时断开，在第二动作时接通。开关M8例如由N沟道型MOS晶体管构成。
在开关电路S3从第二信号源供给有负的输入电压Vin(－)。在开关M7接通并且开关M8断开的状态下，电压放大电路G2的输入端与信号源连接，输入电压Vin(－)供给至电压放大电路G1。另一方面，在开关M7断开并且开关M8接通的状态下，电压放大电路G2的输入端与接地电位连接。
电压放大电路G2的输入端与开关电路S3连接，输出端经由电容器C1b(电容C1)与运算放大器10的正输入端连接。电压放大电路G2具有与电压放大电路G1相同的放大率(放大率G)。
电容器C1b的一端与电压放大电路G2的输出端连接，另一端与运算放大器10的正输入端连接。电容器C1b具有与电容器C1a相同的电容值。
开关M6的一端与运算放大器10的正输入端连接并且与电容器C1b的另一端连接。开关M6是根据第一切换信号而接通或者断开的开关元件，例如由N沟道型MOS晶体管构成。
电容器C2b是具有与电容器C2a相同的电容值(电容值C2)的电容元件。电容器C2b的一端与运算放大器10的正输入端以及电容器C1b的另一端连接，另一端与接地电位连接。
本实施例的放大电路620是接受作为差动信号的正的输入电压Vin(+)以及负的输入电压Vin(－)的供给，并输出将作为这些电压之差的电压差Vin(+)－Vin(－)放大后的电压作为输出电压Vout的电路。
图20是表示第一切换信号第二切换信号/>电压差Vin(+)－Vin(－)以及输出电压Vout的时间变化的时序图。
在从第一切换信号成为H电平起到第二切换信号/>成为H电平为止的期间，输出运算放大器10的偏移电压(－Vos2)作为输出电压Vout。
另一方面，在从第二切换信号成为H电平起到第一切换信号/>成为H电平为止的期间，输出将在其之前的第一切换信号/>成为L电平的时刻(t1、t2、t3)的电压差Vin(+)－Vin(－)的值(V(t1)、V(t2)、V(t3))以放大率G×(C1/C2)进行放大后的电压作为输出电压Vout。即，输出电压Vout成为G×C1/C2×V(t1)、G×C1/C2×V(t2)、G×C1/C2×V(t3)。
这样，根据本实施例的放大电路620，能够抑制时钟馈通的影响，并高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换，得到将差动输入信号(Vin(+)、Vin(－))放大后的输出电压Vout。
此外，与实施例3、实施例5相同，也可以交换供给至开关M1以及M2的切换信号，并交换供给至开关M7以及M8的信号。即，以开关M1接受第二切换信号的供给而接通或者断开，开关M2接受第一切换信号/>的供给而接通或者断开，开关M7接受第二切换信号/>的供给而接通或者断开，开关M8接受第一切换信号/>的供给而接通或者断开的方式进行控制。由此，与实施例3以及实施例5相同，在第二动作时，能够得到具有与差动输入信号(Vin(+)、Vin(－))的变化对应的信号波形的输出电压Vout。
【实施例7】
图21是表示实施例7的放大电路720的构成的电路图。放大电路720在阻抗转换电路71作为可编程增益放大器构成这一点，与实施例6的放大电路620不同。
阻抗转换电路71具有运算放大器71a以及71b。运算放大器71a的输出端经由电容器C1a与运算放大器10的负输入端连接。运算放大器71b的输出端经由电容器C1b与运算放大器10的正输入端连接。
在运算放大器71a的输出端以及负输入端之间分别并联连接有开关M9～M12。开关M9～M12例如由N沟道型MOS晶体管构成。开关M9～M12各自的一端与运算放大器71a的负输入端连接。开关M13～M16各自的一端与运算放大器71b的负输入端连接。
开关M9的另一端经由节点n5以及电阻R5a与运算放大器71a的输出端连接。开关M16的另一端经由节点n6以及电阻R5b与运算放大器71b的输出端连接。在节点n5以及n6之间串联连接有电阻R4a、R3a、R2a、R1、R2b、R3b以及R4b。电阻R2b具有与电阻R2a相同的电阻值R2，电阻R3b具有与电阻R3a相同的电阻值R3，电阻R4b具有与电阻R4a相同的电阻值R4，电阻R5b具有与电阻R5a相同的电阻值R5。
开关M9的一端与运算放大器71a的负输入端连接，另一端经由电阻R5a与运算放大器71a的输出端连接。控制为开关M9根据选择信号S3而接通或者断开。若开关M9接通，则运算放大器71a的负输入端与输出端经由电阻R5a连接。
开关M10的一端与运算放大器71a的负输入端连接，另一端经由电阻R4a以及R5a与运算放大器71a的输出端连接。控制为开关M10根据选择信号S2而接通或者断开。若开关M10接通，则运算放大器71a的负输入端与输出端经由电阻R4a以及R5a连接。
开关M11的一端与运算放大器71a的负输入端连接，另一端经由电阻R3a、R4a以及R5a与运算放大器71a的输出端连接。控制为开关M11根据选择信号S1而接通或者断开。若开关M11接通，则运算放大器71a的负输入端与输出端经由电阻R3a、R4a以及R5a连接。
开关M12的一端与运算放大器71a的负输入端连接，另一端经由电阻R2a、R3a、R4a以及R5a与运算放大器71a的输出端连接。控制为开关M12根据选择信号S0而接通或者断开。若开关M12接通，则运算放大器71a的负输入端与输出端经由电阻R2a、R3a、R4a以及R5a连接。
开关M13的一端与运算放大器71b的负输入端连接，另一端经由电阻R2b、R3b、R4b以及R5b与运算放大器71b的输出端连接。控制为开关M13根据选择信号S0而接通或者断开。若开关M13接通，则运算放大器71b的负输入端与输出端经由电阻R2b、R3b、R4b以及R5b连接。
开关M14的一端与运算放大器71b的负输入端连接，另一端经由电阻R3b、R4b以及R5b与运算放大器71b的输出端连接。控制为开关M14根据选择信号S1而接通或者断开。若开关M14接通，则运算放大器71b的负输入端与输出端经由电阻R3b、R4b以及R5b连接。
开关M15的一端与运算放大器71b的负输入端连接，另一端经由电阻R4b以及R5b与运算放大器71b的输出端连接。控制为开关M15根据选择信号S2而接通或者断开。若开关M15接通，则运算放大器71b的负输入端与输出端经由电阻R4b以及R5b连接。
开关M16的一端与运算放大器71b的负输入端连接，另一端经由电阻R5b与运算放大器71b的输出端连接。控制为开关M16根据选择信号S3而接通或者断开。若开关M16接通，则运算放大器71b的负输入端与输出端经由电阻R5b连接。
控制为选择信号S0～S3的任意一个为信号电平H(即，ON)，其它的三个为信号电平L(即，OFF)。由此，控制为由开关M9以及M16、M10以及M15、M11以及M14、M12以及M13构成的组合中，任意一组接通，其它的三组断开。
根据选择信号S0～S3的ON/OFF而开关M9～M16的状态(接通或者断开)变化，切换与运算放大器71a以及71b的输出端以及负输入端连接的电阻的电阻值。由此，作为电压放大电路的阻抗转换电路71的电压增益G变化。
图22是表示选择信号S0～S3的信号电平与电压增益G的关系的表格。
在选择信号S0为ON，选择信号S1～S3为OFF的情况下，开关M12以及M13接通，其它的开关断开。由此，运算放大器71a的负输入端与输出端之间经由电阻R2a、R3a、R4a以及R5a连接。另外，运算放大器71b的负输入端与输出端之间经由电阻R2b、R3b、R4b以及R5b连接。另一方面，运算放大器71a以及71b之间经由电阻R1连接。由此，电压增益G＝2×(R5+R4+R3+R2)/R1。
在选择信号S1为ON，选择信号S0、S2以及S3为OFF的情况下，开关M11以及M14接通，其它的开关断开。由此，运算放大器71a的负输入端与输出端之间经由电阻R3a、R4a以及R5a连接。另外，运算放大器71b的负输入端与输出端之间经由电阻R3b、R4b以及R5b连接。另一方面，运算放大器71a以及71b之间经由电阻R1、R2a以及R2b连接。由此，电压增益G＝2×(R5+R4+R3)/(2×R2+R1)。
在选择信号S2为ON，选择信号S0、S1以及S3为OFF的情况下，开关M10以及M15接通，其它的开关断开。由此，运算放大器71a的负输入端与输出端之间经由电阻R4a以及R5a连接。另外，运算放大器71b的负输入端与输出端之间经由电阻R4b以及R5b连接。另一方面，运算放大器71a以及71b之间经由电阻R1、R2a、R3a、R2b以及R3b连接。由此，电压增益G＝2×(R5+R4)/{2×(R3+R2)+R1}。
在选择信号S3为ON，选择信号S0、S1以及S2为OFF的情况下，开关M9以及M16接通，其它的开关断开。由此，运算放大器71a的负输入端与输出端之间经由电阻R5a连接。另外，运算放大器71b的负输入端与输出端之间经由电阻R5b连接。另一方面，运算放大器71a以及71b之间经由电阻R1、R2a、R3a、R4a、R2b、R3b以及R4b连接。由此，电压增益G＝2×R5/{2×(R4+R3+R2)+R1}。
如以上那样，根据本实施例的放大电路720，在对作为差动输入信号的输入电压进行放大生成输出电压的放大电路中，能够使放大增益选择性地变化。另外，与实施例2相同，能够抑制时钟馈通的影响，并高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换。
此外，与实施例3、实施例5相同，也可以交换供给至开关M1以及M2的切换信号，并交换供给至开关M7以及M8的信号。即，以开关M1接受第二切换信号的供给而接通或者断开，开关M2接受第一切换信号/>的供给而接通或者断开，开关M7接受第二切换信号/>的供给而接通或者断开，开关M8接受第一切换信号/>的供给而接通或者断开的方式进行控制。由此，与实施例3以及实施例5相同，在第二动作时，能够得到具有与差动输入信号(Vin(+)、Vin(－))的变化对应的信号波形的输出电压Vout。
此外，本发明并不限定于上述实施方式。例如，虽然在上述实施例中，对阻抗转换电路为电压放大电路的例子进行了说明，但也可以是增益放大电路。即，阻抗转换电路只要是将信号源的输出阻抗转换为更小的阻抗的电路即可。
另外，虽然在上述实施例中，以各开关为N沟道型MOS晶体管的情况为例进行了说明，但也可以由与其相反导电型的P沟道型的MOS晶体管构成。
另外，虽然在上述实施例中，以放大电路使用于红外线传感器装置的情况为例进行了说明，但应用本发明的放大电路的装置并不限定于此。通过将本发明的放大电路应用于信号源的输出阻抗比较高的装置，能够转换输出阻抗使切换动作高速地进行。
另外，在上述实施例7中，以根据选择信号S0～S3而开关M9～M16接通或者断开，从而放大电路的增益变化为四个阶段的情况为例进行了说明。但是，作为放大增益可取的放大率的值以及其个数并不限定于此。例如，通过将选择信号的数目设为n(n；自然数)，并对应地设定开关以及电阻的数目，能够使放大增益变化为n个阶段。
附图标记说明
100…红外线传感器装置，110…热电堆，120…放大电路，130…A/D转换电路，10…运算放大器，11…阻抗转换电路，12…运算放大器，S1、S2…开关电路，M1～M5…开关，C1、C2…电容器。

Claims (2)

1.一种开关电容器放大电路，进行从信号源接受输入电压的供给并保持与上述输入电压对应的电荷的第一动作和输出将上述输入电压放大后的输出电压的第二动作，该开关电容器放大电路的特征在于，包括：
运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；
第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述正输入端连接；
第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；
第三电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接，另一端与规定电位连接；
第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与上述信号源连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与规定电位连接；
第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；
阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间，将上述信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗；
第四电容器，其具有与上述第二电容器的电容相当的电容，且一端与上述运算放大器的上述正输入端连接，另一端与上述规定电位连接；以及
切换开关，其在上述第一动作时将上述运算放大器的上述正输入端与上述规定电位连接，在上述第二动作时使上述运算放大器的上述正输入端与上述规定电位非连接。
2.一种开关电容器放大电路，进行从信号源接受输入电压的供给并保持与上述输入电压对应的电荷的第一动作和输出将上述输入电压放大后的输出电压的第二动作，该开关电容器放大电路的特征在于，包括：
运算放大器，其具有正输入端以及负输入端，并从输出端输出上述输出电压；
第一电容器，其一端与上述运算放大器的上述正输入端连接；
第二电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接；第三电容器，其一端与上述运算放大器的上述负输入端连接，另一端与规定电位连接；
第一开关电路，其在上述第一动作时将上述第一电容器的另一端与规定电位连接，在上述第二动作时将上述第一电容器的另一端与上述信号源连接；
第二开关电路，其在上述第一动作时将上述第二电容器的另一端与上述规定电位连接并且将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端短路，在上述第二动作时将上述第二电容器的另一端与上述运算放大器的上述输出端连接从而经由上述第二电容器将上述运算放大器的上述输出端与上述负输入端连接；
阻抗转换电路，其连接在上述第一开关电路与上述第一电容器的另一端之间，将上述信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗；
第四电容器，其具有与上述第二电容器的电容相当的电容，且一端与上述运算放大器的上述正输入端连接，另一端与上述规定电位连接；以及
切换开关，其在上述第一动作时将上述运算放大器的上述正输入端与上述规定电位连接，在上述第二动作时使上述运算放大器的上述正输入端与上述规定电位非连接。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7111035B2 (ja) * 2019-03-14 2022-08-02 株式会社デンソー スイッチトキャパシタアンプ
GB2590976B (en) * 2020-01-13 2022-04-20 Nokia Technologies Oy Semiconductor based temperature sensor
CN111504478B (zh) * 2020-05-15 2021-02-12 江苏福维健康科技有限公司 一种一体化手术室测温系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01272312A (ja) * 1988-04-25 1989-10-31 Nec Corp スイッチドキャパシタ回路
JPH0497608A (ja) * 1990-08-15 1992-03-30 Nec Corp 演算増幅回路
US5258664A (en) * 1991-07-05 1993-11-02 Silicon Systems, Inc. Operational amplifier with self contained sample and hold and auto zero
US5475337A (en) * 1992-07-24 1995-12-12 Nec Corporation Switched capacitor amplifier circuit
JP2006129107A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Nippon Precision Circuits Inc 信号増幅装置
TW200633369A (en) * 2005-03-09 2006-09-16 Fujitsu Ltd Operational amplifier and method for canceling offset voltage of operational amplifier
CN101026358A (zh) * 2006-02-24 2007-08-29 日本电气株式会社 偏移消除放大器和其控制方法、以及使用其的显示装置

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0497609A (ja) 1990-08-15 1992-03-30 Hitachi Ltd スイッチ回路
US5142238A (en) * 1991-07-18 1992-08-25 Silicon Systems, Inc. Switched-capacitor differential amplifier
JPH06334483A (ja) * 1993-05-21 1994-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチトキャパシタサンプルホールド回路
US5617093A (en) * 1994-09-30 1997-04-01 Imp, Inc. Switched capacitor analog circuits with low input capacitance
JP3262013B2 (ja) * 1997-02-24 2002-03-04 三菱電機株式会社 容量型センサインターフェース回路
US5986497A (en) * 1997-05-16 1999-11-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Interface circuit for capacitive sensor
JP4330791B2 (ja) * 2000-12-27 2009-09-16 セイコーインスツル株式会社 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の制御方法
US6952240B2 (en) * 2001-05-18 2005-10-04 Exar Corporation Image sampling circuit with a blank reference combined with the video input
US6515612B1 (en) * 2001-10-23 2003-02-04 Agere Systems, Inc. Method and system to reduce signal-dependent charge drawn from reference voltage in switched capacitor circuits
JP3621385B2 (ja) * 2002-02-20 2005-02-16 シャープ株式会社 スイッチトキャパシタ増幅器、および、それを用いた電荷結合素子用アナログインターフェース回路
WO2007125895A1 (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 Nec Corporation 増幅回路
US7345530B1 (en) * 2006-06-01 2008-03-18 National Semiconductor Corporation Regulated switch driving scheme in switched-capacitor amplifiers with opamp-sharing
JP4900065B2 (ja) * 2006-10-19 2012-03-21 株式会社デンソー マルチチャネルサンプルホールド回路およびマルチチャネルａ／ｄ変換器
JP2009081545A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Fujitsu Microelectronics Ltd プログラマブルゲイン回路及び増幅回路
JP2010134107A (ja) * 2008-12-03 2010-06-17 Seiko Epson Corp 集積回路装置、電気光学装置、及び電子機器
JP2010171886A (ja) * 2009-01-26 2010-08-05 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 電子ボリューム回路
JP2010193332A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Seiko Epson Corp スイッチトキャパシタ増幅回路、センサー装置および電子機器
WO2010103580A1 (ja) * 2009-03-09 2010-09-16 パナソニック株式会社 スイッチトキャパシタ増幅回路、アナログフロントエンド回路
JP4956573B2 (ja) * 2009-03-19 2012-06-20 株式会社東芝 増幅回路及び磁気センサ
JP5083287B2 (ja) * 2009-09-11 2012-11-28 セイコーエプソン株式会社 検出装置、物理量測定装置及び電子機器
JP2011166419A (ja) * 2010-02-09 2011-08-25 Renesas Electronics Corp スイッチドキャパシタ回路
US8633766B2 (en) * 2010-04-19 2014-01-21 Rf Micro Devices, Inc. Pseudo-envelope follower power management system with high frequency ripple current compensation
JP2012044347A (ja) * 2010-08-17 2012-03-01 Seiko Epson Corp 集積回路装置及び電子機器
JP6131550B2 (ja) * 2012-09-14 2017-05-24 株式会社リコー 信号増幅回路及び信号増幅判定回路
US9231524B2 (en) * 2013-01-18 2016-01-05 Intel Corporation Digital transceiver with switched capacitor sampling mixers and switched capacitor amplifiers
US9231539B2 (en) * 2013-03-06 2016-01-05 Analog Devices Global Amplifier, a residue amplifier, and an ADC including a residue amplifier
CN106160671B (zh) * 2015-04-10 2019-03-15 无锡华润上华科技有限公司 信号放大电路
US20200395905A1 (en) * 2015-07-30 2020-12-17 Circuit Seed, Llc Multi-stage and feed forward compensated complementary current field effect transistor amplifiers

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01272312A (ja) * 1988-04-25 1989-10-31 Nec Corp スイッチドキャパシタ回路
JPH0497608A (ja) * 1990-08-15 1992-03-30 Nec Corp 演算増幅回路
US5258664A (en) * 1991-07-05 1993-11-02 Silicon Systems, Inc. Operational amplifier with self contained sample and hold and auto zero
JPH06501589A (ja) * 1991-07-05 1994-02-17 シリコン　システムズ　インコーポレーテッド 内蔵型サンプル―アンド―ホールドとオートゼロを備えた演算増幅器
US5475337A (en) * 1992-07-24 1995-12-12 Nec Corporation Switched capacitor amplifier circuit
JP2006129107A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Nippon Precision Circuits Inc 信号増幅装置
TW200633369A (en) * 2005-03-09 2006-09-16 Fujitsu Ltd Operational amplifier and method for canceling offset voltage of operational amplifier
CN101026358A (zh) * 2006-02-24 2007-08-29 日本电气株式会社 偏移消除放大器和其控制方法、以及使用其的显示装置

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Publication number Publication date
JP6981774B2 (ja) 2021-12-17
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