JP2002171146A - 演算増幅器のオフセット電圧除去方法とオフセット電圧除去の演算増幅器装置 - Google Patents

演算増幅器のオフセット電圧除去方法とオフセット電圧除去の演算増幅器装置

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JP2002171146A
JP2002171146A JP2001009502A JP2001009502A JP2002171146A JP 2002171146 A JP2002171146 A JP 2002171146A JP 2001009502 A JP2001009502 A JP 2001009502A JP 2001009502 A JP2001009502 A JP 2001009502A JP 2002171146 A JP2002171146 A JP 2002171146A
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JP
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terminal
switch
operational amplifier
capacitor
electrically connected
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JP2001009502A
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English (en)
Inventor
Guang-Feng Sung
光 峰 宋
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Novatek Microelectronics Corp
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Novatek Microelectronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1つの演算増幅器、1つのキャパシタ、3つ
のスイッチからなる演算増幅器のオフセット電圧除去方
法とオフセット電圧除去の演算増幅器装置を提供するこ
と。 【解決手段】 第1スイッチ10と、第1端子が第1ス
イッチ10の第1端子と接続し、かつ入力信号Vinに連
接する第2スイッチ12と、第1端子が第1スイッチ1
0の第2端子に接続し、かつ第2端子が第2スイッチ1
2の第2端子に接続するキャパシタ17と、第1端子が
キャパシタ17の第2端子と接続する第3スイッチ14
と、非反転入力端子、反転入力端子、出力端子を備え、
反転入力端子が第3スイッチ14の第2端子に接続し、
かつ非反転入力端子がキャパシタ17の第1端子に接続
し、出力端子が反転入力端子に接続する演算増幅器18
とから構成され、自動ゼロ復帰位相時に、第1スイッチ
10と第3スイッチ14が閉路して第2スイッチ12が
開路し、増幅位相時に、第1スイッチ10と第3スイッ
チ14が開路して第2スイッチ12が閉路する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オフセット電圧の
除去方法に係り、特に、演算増幅器がオフセット電圧を
除去する方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】演算増幅器は、3つの端子を備えてい
る。すなわち、2つの入力端子と1つの出力端子とであ
るが、実際には、この増幅器はDC電源があって初めて
作動できるものであり、大部分の増幅器は2つのDC電
源があって初めて作動可能なものとなる。そこで、理想
的な演算増幅器の特性を検討してみると、演算増幅器の
主要な機能は、2入力端子電圧信号間に出現した差値を
感知するとともに、この差値量に利得Aを乗じて電圧を
発生させ、出力端に出現させるものである。
【0003】理想的な演算増幅器は、如何なる入力電流
をも引き出さないので、2端子の信号電流は、いずれも
0である。言い換えれば、入力抵抗が無限大となる。こ
れから分かるように、演算増幅器は差値信号だけに反応
するもので、2入力端子間の共通信号部分を完全に無視
するものである。つまり、もしも2入力電圧が同じであ
れば、出力が0になるということである。こうした特性
をコモンモード排除と呼んでおり、理想的な演算増幅器
は、無限大のコモンモード排除を有するものである。ま
た、利得Aは差値利得と呼ばれ、0周波数から無限大周
波数の範囲において利得Aが定数となる。つまり、理想
的な演算増幅器は、同一利得で任意の周波数の信号を増
幅するが、実際には、製造過程のドリフト、デバイスマ
ッチング…等の要素により、演算増幅器のオフセット電
圧が0とはならない。デジタル/アナログ・コンバータ
において、もしも演算増幅器がオフセット電圧を有して
いれば、信号に歪みが生じて、出力に影響を及ぼすもの
となる。あるいはセンサ微小信号に用いられる時には、
信号自体の電圧が非常に小さいものであるため、演算増
幅器にオフセット電圧が存在することを更に許容するこ
とができず、オフセット電圧の除去が非常に重要なもの
となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図2において、従来の
演算増幅器を用いてオフセット電圧を除去しようとする
時の回路構成を示すと、いずれも、2つの演算増幅器2
0、21と、3つのキャパシタ22、23、24と、4
つのスイッチ25、26、27、28とにより、目的を
達成していた。しかし、演算増幅器20、21のチップ
上に占めるスペースが非常に大きくなってしまい、しか
もチップ中に複数個の低オフセット電圧の演算増幅器2
0、21、…が必要である時には、量産コストが上昇し
て、競争力が失われるものとなっていた。
【0005】そこで、本発明の目的は、1つの演算増幅
器、1つのキャパシタ、3つのスイッチだけで容易に上
記課題を解決することができる演算増幅器のオフセット
電圧除去方法とオフセット電圧除去の演算増幅器装置を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、所望
の目的を達成するために、本発明に係るオフセット電圧
除去の演算増幅器装置は、第1端子および第2端子を備
える第1スイッチと、第1端子および第2端子を備え、
第1端子が第1スイッチの第1端子に電気接続されると
ともに、入力信号に連接される第2スイッチと、第1端
子および第2端子を備え、第1端子が第1スイッチの第
2端子に電気接続されるとともに、第2端子が第2スイ
ッチの第2端子に電気接続されるキャパシタと、第1端
子および第2端子を備え、第1端子がキャパシタの第2
端子に電気接続される第3スイッチと、非反転入力端
子、反転入力端子および出力端子を備え、反転入力端子
が第3スイッチの第2端子に電気接続されるとともに、
非反転入力端子がキャパシタの第1端子に電気接続さ
れ、さらに出力端子が反転入力端子に電気接続される演
算増幅器とを具備し、自動ゼロ復帰位相である時は、第
1スイッチおよび第3スイッチが閉路するとともに第2
スイッチが開路し、増幅位相である時は、第1スイッチ
および第3スイッチが開路するとともに第2スイッチが
閉路するものである。これらのスイッチが、伝達ゲート
であり、自動ゼロ復帰位相が増幅位相より小さいもので
ある。
【0007】以上を総合すると、これら3つのスイッチ
は、それぞれ2つの異なる位相制御信号操作を受ける
が、この2つの制御信号とは、それぞれ自動ゼロ復帰位
相と増幅位相とであり、この2つの位相を介して入力信
号径路を制御し、オフセット電圧をキャパシタに保存す
るものである。増幅位相である時は、キャパシタに保存
されたオフセット電圧と演算器のオフセット電圧とは、
極性が相反するので消去される。キャパシタの電荷は、
自動ゼロ復帰時に入力信号を基準とし、アース端子では
ないため、比較的広い動態操作範囲を有することができ
る。この種の演算増幅器は、面積の使用効率と出力の効
率とを大幅に向上させることができるので、コストを低
減させ、競争力を強化することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る好適な実施形
態を図面に基づいて説明する。従来の演算増幅器のオフ
セット電圧除去は、演算増幅器がチップ上で大きな面積
を占めることにより、量産コストを増大させ、競争力を
失うことになっていた。本発明では、1つの演算増幅器
18、1つのキャパシタ17、3つのスイッチ10、1
2、14からなる演算増幅器のオフセット電圧除去方法
を提供するものである。
【0009】図1は、本発明に係る好適な実施形態に基
づく回路図を示す。第1スイッチ10が、第1端子およ
び第2端子を備え、第2スイッチ12も第1端子および
第2端子を備えており、第2スイッチ12の第1端子
が、第1スイッチ10の第1端子に電気接続されるとと
もに、第1スイッチ10が入力端子(Vin)に電気接続
されているが、第2スイッチ12の第1端子が第1スイ
ッチ10の第1端子に電気接続されているので、第2ス
イッチ12の第1端子と入力端子(Vin)とが導通して
いる。
【0010】キャパシタ17が、第1端子および第2端
子を備え、キャパシタ17の第1端子が第1スイッチ1
0の第2端子に電気接続されるとともに、キャパシタ1
7の第2端子が第2スイッチ12の第2端子に電気接続
されるようになっている。
【0011】また、第3スイッチ14が、第1端子およ
び第2端子を備え、第3スイッチ14の第1端子がキャ
パシタ17の第2端子に電気接続されているが、キャパ
シタ17の第2端子が既に第2スイッチ12の第2端子
と電気接続されているため、第3スイッチ14の第1端
子と第2スイッチ12の第2端子とが導通している。
【0012】そして、演算増幅器18が、非反転入力端
子(V+)、反転入力端子(V−)および出力端子(V
out)を備えており、反転入力端子(V−)が第3スイ
ッチ14の第2端子に電気接続されるとともに、非反転
入力端子(V+)がキャパシタ17の第1端子に電気接
続され、さらに、キャパシタ17の第1端子と第1スイ
ッチ10の第2端子とが電気接続されるため、非反転入
力端子(V+)と第1スイッチ10の第2端子とが導通
し、出力端子(Vout)が反転入力端子(V−)に電気
接続されるとともに、反転入力端子(V−)と第3スイ
ッチ14の第2端子とが電気接続されていることから、
出力端子(Vout)と第3スイッチ14の第2端子とが
導通している。
【0013】自動ゼロ復帰位相である時は、第1スイッ
チ10および第3スイッチ14が閉路となり、第2スイ
ッチが開路となるが、図3(a)は、図1の好適な実施
形態に基づいた自動ゼロ復帰位相時における等価回路図
を示す。入力端子(Vin)とキャパシタ17の第1端子
とが電気接続され、非反転入力端子(V+)とキャパシ
タ17の第1端子とが電気接続され、さらに、キャパシ
タ17の第1端子と入力端子(Vin)とが電気接続され
るため、非反転入力端子(V+)と入力端子(Vin)と
が導通する。また、キャパシタ17の第2端子と反転入
力端子(V−)とが電気接続され、出力端子(Vout
と反転入力端子(V−)とが電気接続され、かつキャパ
シタ17の第2端子と反転入力端子(V−)とが電気接
続されるため、出力端子(Vout)とキャパシタ17の
第2端子とが導通する。従って、出力電力Vout=Vin
+Vosとなり、キャパシタ17上のオフセット電圧がV
os=Vout−Vinとなる(osはオフセットの略語)。
【0014】増幅位相である時は、第2スイッチ12が
閉路となり、第1、第3スイッチ10、14が開路とな
るが、図3(b)は、図1の好適な実施形態に基づいた
増幅位相時における等価回路図を示す。入力端子
(Vin)とキャパシタ17の第2端子とが電気接続さ
れ、キャパシタ17の第1端子と非反転入力端子(V
+)とが電気接続される。さらに反転入力端子(V−)
と出力端子(Vout)とが電気接続される。従って、演
算増幅器の非反転入力端子(V+)の電圧V+=Vin
osとなり、出力電圧がVout=(V+)+Vos=Vin
となるから、Vout=(Vin−Vos)+Vos=Vinとな
って、オフセット電圧Vosが除去されることとなる。
【0015】デジタル/アナログ・コンバータにおいて
も、演算増幅器のオフセット電圧除去が非常に重要な一
部分を占めるものであって、このデジタル/アナログ・
コンバータは、抵抗等分回路網、基準電圧源、レベル増
幅器および複数個のロジック回路からなるデータ入力保
存回路である。デジタル/アナログ・コンバータは、デ
ジタル信号入力、アナログ信号出力のコンバータであ
る。そして、デジタル出力は、アナログ機械設備の出力
を制御できないため、デジタル/アナログ・コンバータ
を使用して、デジタル出力を同等値のアナログ電圧に変
えて、電気の出力を制御する必要がある。
【0016】理想的なデジタル/アナログ・コンバータ
は、デジタル信号入力が等量変動する時に、アナログ信
号もこれに対応して等量変動を行うものであって、入力
のビット数を6ビットとし、出力される電圧範囲を0V
〜3Vとし、出力の解像度を約47mVとすれば、演算
増幅器のオフセット電圧は0mV〜30mVとなるの
で、入力と出力とが演算増幅器のオフセット電圧によっ
て誤差を生じて、出力信号に歪みが発生するものであ
る。あるいは、センサ微小信号に使用した時には、信号
源自体の電圧が元々非常に小さいため、演算増幅器にオ
フセット電圧が存在することを更に許容することができ
ないので、オフセット電圧の除去が非常に重要なものと
なる。
【0017】以上のごとく、本発明を好適な実施形態に
より開示したが、もとより、本発明を限定するためのも
のではなく、当業者であれば容易に理解できるように、
本発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならび
に修正が当然なされうるものであるから、その特許権保
護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域
を基準として定めなければならない。
【0018】
【発明の効果】上記構成により、本発明に係る演算増幅
器のオフセット電圧除去方法とオフセット電圧除去の演
算増幅器装置は、チップ面積の使用効率ならびに回路の
性能を大幅に向上させることができるため、量産コスト
を低減させるとともに、競争力を向上させることができ
る。従って、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る演算増幅器装置の好適な実施形態
に基づく回路構成図である。
【図2】従来の演算増幅器がオフセット電圧を除去する
時の回路構成図である。
【図3】(a)は、図1の好適な実施形態に基づいた自
動ゼロ復帰位相時における等価回路図であり、(b)
は、図1の好適な実施形態に基づいた増幅位相時におけ
る等価回路図である。
【符号の説明】
10 第1スイッチ 12 第2スイッチ 14 第3スイッチ 17 キャパシタ 18 演算増幅器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1端子および第2端子を備える第1ス
    イッチと、 第1端子および第2端子を備え、前記第1端子が前記第
    1スイッチの前記第1端子に電気接続されるとともに、
    入力信号に連接される第2スイッチと、 第1端子および第2端子を備え、前記第1端子が前記第
    1スイッチの前記第2端子に電気接続されるとともに、
    前記第2端子が前記第2スイッチの前記第2端子に電気
    接続されるキャパシタと、 第1端子および第2端子を備え、前記第1端子が前記キ
    ャパシタの前記第2端子に電気接続される第3スイッチ
    と非反転入力端子、反転入力端子および出力端子を備
    え、前記反転入力端子が前記第3スイッチの前記第2端
    子に電気接続されるとともに、前記非反転入力端子が前
    記キャパシタの前記第1端子に電気接続され、前記出力
    端子が前記反転入力端子に電気接続される演算増幅器と
    を具備し、 自動ゼロ復帰位相である時は、前記第1スイッチおよび
    前記第3スイッチが閉路するとともに前記第2スイッチ
    が開路し、増幅位相である時は、前記第1スイッチおよ
    び前記第3スイッチが開路するとともに、前記第2スイ
    ッチが閉路することを特徴とするオフセット電圧除去の
    演算増幅器装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のオフセット電圧除去の
    演算増幅器装置において、 前記複数のスイッチが、伝達ゲートであることを特徴と
    するオフセット電圧除去の演算増幅器装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のオフセット電圧除去の
    演算増幅器装置において、 前記自動ゼロ復帰位相が、前記増幅位相よりも小さいこ
    とを特徴とするオフセット電圧除去の演算増幅器装置。
  4. 【請求項4】 非反転入力端子、反転入力端子および出
    力端子を備え、前記出力端子が前記反転入力端子に電気
    接続される演算増幅器と、 第1端子および第2端子を有するキャパシタとを備え、 自動ゼロ復帰位相である時は、前記反転入力端子を前記
    キャパシタの前記第2端子に電気接続させるとともに、
    前記非反転入力端子を前記キャパシタの前記第1端子お
    よび入力信号に電気接続させるステップと、 増幅位相である時は、前記入力信号を前記キャパシタの
    前記第2端子に連接させ、前記キャパシタの前記第1端
    子を、前記非反転入力端子に電気接続させるステップと
    を具備することを特徴とする演算増幅器のオフセット電
    圧除去方法。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の演算増幅器のオフセッ
    ト電圧除去方法において、 前記自動ゼロ復帰位相が、前記増幅位相よりも小さいこ
    とを特徴とする演算増幅器のオフセット電圧除去方法。
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