JP2004179900A - コモンモードノイズ除去回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】コモンモードノイズを簡素な回路で、除去する。
【解決手段】高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3を有する第1抵抗分圧器、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4を有する第2抵抗分圧器、第1抵抗分圧器の高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第2抵抗分圧器の高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、R1抵抗値とR2抵抗値をほぼ等しくすると共に、R3抵抗値とR4抵抗値をほぼ等しくして、R1高圧側端子とR2高圧側端子間に被測定電圧を印可し、R2高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにした。
【選択図】 図1
【解決手段】高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3を有する第1抵抗分圧器、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4を有する第2抵抗分圧器、第1抵抗分圧器の高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第2抵抗分圧器の高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、R1抵抗値とR2抵抗値をほぼ等しくすると共に、R3抵抗値とR4抵抗値をほぼ等しくして、R1高圧側端子とR2高圧側端子間に被測定電圧を印可し、R2高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにした。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、分圧抵抗器と差動増幅器を用いたコモンモードノイズ除去回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的にアナログ回路のコモンモードノイズを除去するものとして、アンプの入力回路と出力回路を電気的に絶縁したアイソレーションアンプが使用される。図3は、例えば非特許文献1に示されたアイソレーションアンプを用いた従来の絶縁型コモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【0003】
図において、1は被測定電圧V1であり、2は被測定電圧1と接地電位間に発生するコモンモードノイズ電圧V2である。アイソレーションアンプ3には、接地電位から絶縁されているアイソレーションアンプ3の入力側アンプ4と、接地電位で動作する出力側アンプ5が設けられている。なお、アイソレーションアンプ3の入力−出力側アンプ4,5への電源供給については説明を省略している。
【0004】
入力側アンプ4の一方の入力端子4−1に(V1+V2)の電圧が、入力側アンプ4の他方の入力端子4−2にV2の電圧が入力されると、入力側アンプ4においては、両入力端子の差電圧{(V1+V2)―V2}、即ちコモンモードノイズが除去されたV1の電圧のみが増幅され、電磁結合あるいは光結合により、出力側アンプ5に伝達される。出力側アンプ5では、V1の電圧を所定のゲイン倍して、接地電位に変換してコモンモードノイズが除去された出力10を得る。
【0005】
【非特許文献1】
ANALOG DEVICES,「LINEAR DATA BOOK」,アナログ・デバイセズ株式会社発行,1999〜2000年,p.7−2
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このアイソレーションアンプは、内部構成部品が多く、回路構成が複雑になり、高価であり、また、入力側アンプ4−出力側アンプ5間の静電結合が大きいため、高周波領域の周波数帯のコモンモードノイズが除去し難い。
【0007】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、抵抗(望ましくは高抵抗)の分圧器で疑似絶縁を行い、その出力を差動増幅器で取りだして、コモンモードノイズを簡素な回路で、除去しようとするものである。また、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できる回路を得ようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるコモンモードノイズ除去回路は、高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3を有する第1抵抗分圧器、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4を有する第2抵抗分圧器、第1抵抗分圧器の高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第2抵抗分圧器の高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、R1抵抗値とR2抵抗値をほぼ等しくすると共に、R3抵抗値とR4抵抗値をほぼ等しくして、R1高圧側端子とR2高圧側端子間に被測定電圧を印可し、R2高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。図において、1は被測定電圧V1であり、2は被測定電圧1と接地電位間に発生するコモンモードノイズ電圧V2である。抵抗分圧器6は、6−1高圧側抵抗R1、6−2高圧側抵抗R2、6−3低圧側抵抗R3、6−4低圧側抵抗R4から構成されている。そして、高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3とで第1抵抗分圧器を構成し、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4とで第2抵抗分圧器を構成する。差動増幅器7は一方の入力端子8−1と他方の入力端子8−2と出力端子10を有している。
【0010】
次にこのコモンモードノイズ除去回路の動作を説明する。抵抗分圧器6の高圧側抵抗R1の高圧側端子とR2の高圧側端子間に被測定電圧V1と、抵抗分圧器6の高圧側抵抗R2の高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧V2が入力されると、抵抗分圧器6の一方(第1抵抗分圧器)の中間点つまり差動増幅器7の一方の入力端子8―1と、他方(第2抵抗分圧器)の中間点つまり差動増幅器7の他方の入力端子8―2にはそれぞれ次式で表されるV3、V4が得られる。
【0011】
V3=(V1+V2)×R3/(R1+R3) −−−−−−(1)
V4=V2×R4/(R2+R4) −−−−−−(2)
ここで、抵抗分圧器6の R2=R1、 R4=R3とし、 (2)式に代入すると
V4=V2*R3/(R1+R3) −−−−−−(2‘)
が得られる。
【0012】
次に、差動増幅器7で、(1)式、(2‘)式で示される電圧の差動増幅を行う。
差動増幅器7の出力V5は次式で表される。
V5=G(V3−V4) −−−−−−(3)
但し Gは差動増幅器7のゲインである。
(3)式に(1)式、(2‘)式を代入すると 次の式が得られる。
V5=G{(V1+V2)×R3/(R1+R3)− V2×R3/(R1+R3)}
=G・R3/(R1+R3)×V1 −−−−−−(4)
以上のように、コモンモードノイズV2が除去された式が得られ、コモンモードノイズを除去することが可能となる。
【0013】
このように、コモンモードノイズ除去回路は、抵抗分圧器(望ましくは高抵抗分圧器)で疑似絶縁し、抵抗分圧器によりコモンモードノイズを含む信号を一旦接地電位に変換し、そのコモンモードノイズを含む信号から差動増幅器によりコモンモードノイズを除去し、被測定電圧のみを取出すものであり、簡素な構成でコモンモードノイズ除去回路が実現できる。
【0014】
又、絶縁に関しては、抵抗分圧器6(高抵抗分圧器)の入力を短絡した時のコモンモードインピーダンスは、例えば、R1=R2=10MΩ、R3=R4=100kΩとすると、およそR1とR2の並列インピーダンス値は、5MΩ程度となる。AC2kV印加時の消費電力は0.8W程度であり、JEC−210「低圧制御回路絶縁試験法・試験電圧標準」などの試験にも十分耐えるものとなる。
【0015】
実施の形態2.
図2は実施の形態2であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。これは、図1において、抵抗分圧器6の出力側にコンデンサを挿入したものである。抵抗分圧器6の一方(第1抵抗分圧器)の中間点と接地電位間に11コンデンサC1を接続する。さらに、抵抗分圧器6の他方(第2抵抗分圧器)の中間点と接地電位間に12コンデンサC2を接続する。
【0016】
これにより、抵抗分圧器6にコンデンサC1、C2のローパスフィルタの作用を持たせたもので、入力側との結合が主に抵抗成分であることを利用して、差動増幅器のコモンモード除去能力が低くなる高周波領域のコモンモードノイズ電圧V2が入ってきた時、このコンデンサと抵抗分圧器6の抵抗成分を利用してローパスフィルタを構成し、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できるようにしたものである。
なお、コンデンサに変えてサージアブゾーバを用いてもよい。
このように、抵抗分圧器の出力にローパスフィルタや、サージアブゾーバを挿入することにより、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できる。
【0017】
また、抵抗分圧器の高圧側抵抗の低圧側端子と接地電位間に電圧抑制素子を付加することにより、抵抗分圧器の低圧側抵抗が外された場合も、2次側電圧は電圧抑制素子の動作電圧で抑えられ、抵抗分圧器の低圧側抵抗を有する信号処理回路の取り外しなどを行うシステムにも安全に対応できる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のコモンモードノイズ除去回路によれば、高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3を有する第1抵抗分圧器、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4を有する第2抵抗分圧器、第1抵抗分圧器の高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第2抵抗分圧器の高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、R1抵抗値とR2抵抗値をほぼ等しくすると共に、R3抵抗値とR4抵抗値をほぼ等しくして、R1高圧側端子とR2高圧側端子間に被測定電圧を印可し、R2高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたので、コモンモードノイズを簡素な回路で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【図2】実施の形態2であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【図3】アイソレーションアンプを用いた従来の絶縁型コモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【符号の説明】
1 被測定電圧 2 コモンモードノイズ電圧
6 抵抗分圧器 6−1,6−2 高圧側抵抗
6−3,6−4 低圧側抵抗 7 差動増幅器
8―1,8−2 差動増幅器の入力端子
10 差動増幅器の出力端子 11,12 コンデンサ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、分圧抵抗器と差動増幅器を用いたコモンモードノイズ除去回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的にアナログ回路のコモンモードノイズを除去するものとして、アンプの入力回路と出力回路を電気的に絶縁したアイソレーションアンプが使用される。図3は、例えば非特許文献1に示されたアイソレーションアンプを用いた従来の絶縁型コモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【0003】
図において、1は被測定電圧V1であり、2は被測定電圧1と接地電位間に発生するコモンモードノイズ電圧V2である。アイソレーションアンプ3には、接地電位から絶縁されているアイソレーションアンプ3の入力側アンプ4と、接地電位で動作する出力側アンプ5が設けられている。なお、アイソレーションアンプ3の入力−出力側アンプ4,5への電源供給については説明を省略している。
【0004】
入力側アンプ4の一方の入力端子4−1に(V1+V2)の電圧が、入力側アンプ4の他方の入力端子4−2にV2の電圧が入力されると、入力側アンプ4においては、両入力端子の差電圧{(V1+V2)―V2}、即ちコモンモードノイズが除去されたV1の電圧のみが増幅され、電磁結合あるいは光結合により、出力側アンプ5に伝達される。出力側アンプ5では、V1の電圧を所定のゲイン倍して、接地電位に変換してコモンモードノイズが除去された出力10を得る。
【0005】
【非特許文献1】
ANALOG DEVICES,「LINEAR DATA BOOK」,アナログ・デバイセズ株式会社発行,1999〜2000年,p.7−2
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このアイソレーションアンプは、内部構成部品が多く、回路構成が複雑になり、高価であり、また、入力側アンプ4−出力側アンプ5間の静電結合が大きいため、高周波領域の周波数帯のコモンモードノイズが除去し難い。
【0007】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、抵抗(望ましくは高抵抗)の分圧器で疑似絶縁を行い、その出力を差動増幅器で取りだして、コモンモードノイズを簡素な回路で、除去しようとするものである。また、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できる回路を得ようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるコモンモードノイズ除去回路は、高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3を有する第1抵抗分圧器、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4を有する第2抵抗分圧器、第1抵抗分圧器の高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第2抵抗分圧器の高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、R1抵抗値とR2抵抗値をほぼ等しくすると共に、R3抵抗値とR4抵抗値をほぼ等しくして、R1高圧側端子とR2高圧側端子間に被測定電圧を印可し、R2高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。図において、1は被測定電圧V1であり、2は被測定電圧1と接地電位間に発生するコモンモードノイズ電圧V2である。抵抗分圧器6は、6−1高圧側抵抗R1、6−2高圧側抵抗R2、6−3低圧側抵抗R3、6−4低圧側抵抗R4から構成されている。そして、高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3とで第1抵抗分圧器を構成し、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4とで第2抵抗分圧器を構成する。差動増幅器7は一方の入力端子8−1と他方の入力端子8−2と出力端子10を有している。
【0010】
次にこのコモンモードノイズ除去回路の動作を説明する。抵抗分圧器6の高圧側抵抗R1の高圧側端子とR2の高圧側端子間に被測定電圧V1と、抵抗分圧器6の高圧側抵抗R2の高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧V2が入力されると、抵抗分圧器6の一方(第1抵抗分圧器)の中間点つまり差動増幅器7の一方の入力端子8―1と、他方(第2抵抗分圧器)の中間点つまり差動増幅器7の他方の入力端子8―2にはそれぞれ次式で表されるV3、V4が得られる。
【0011】
V3=(V1+V2)×R3/(R1+R3) −−−−−−(1)
V4=V2×R4/(R2+R4) −−−−−−(2)
ここで、抵抗分圧器6の R2=R1、 R4=R3とし、 (2)式に代入すると
V4=V2*R3/(R1+R3) −−−−−−(2‘)
が得られる。
【0012】
次に、差動増幅器7で、(1)式、(2‘)式で示される電圧の差動増幅を行う。
差動増幅器7の出力V5は次式で表される。
V5=G(V3−V4) −−−−−−(3)
但し Gは差動増幅器7のゲインである。
(3)式に(1)式、(2‘)式を代入すると 次の式が得られる。
V5=G{(V1+V2)×R3/(R1+R3)− V2×R3/(R1+R3)}
=G・R3/(R1+R3)×V1 −−−−−−(4)
以上のように、コモンモードノイズV2が除去された式が得られ、コモンモードノイズを除去することが可能となる。
【0013】
このように、コモンモードノイズ除去回路は、抵抗分圧器(望ましくは高抵抗分圧器)で疑似絶縁し、抵抗分圧器によりコモンモードノイズを含む信号を一旦接地電位に変換し、そのコモンモードノイズを含む信号から差動増幅器によりコモンモードノイズを除去し、被測定電圧のみを取出すものであり、簡素な構成でコモンモードノイズ除去回路が実現できる。
【0014】
又、絶縁に関しては、抵抗分圧器6(高抵抗分圧器)の入力を短絡した時のコモンモードインピーダンスは、例えば、R1=R2=10MΩ、R3=R4=100kΩとすると、およそR1とR2の並列インピーダンス値は、5MΩ程度となる。AC2kV印加時の消費電力は0.8W程度であり、JEC−210「低圧制御回路絶縁試験法・試験電圧標準」などの試験にも十分耐えるものとなる。
【0015】
実施の形態2.
図2は実施の形態2であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。これは、図1において、抵抗分圧器6の出力側にコンデンサを挿入したものである。抵抗分圧器6の一方(第1抵抗分圧器)の中間点と接地電位間に11コンデンサC1を接続する。さらに、抵抗分圧器6の他方(第2抵抗分圧器)の中間点と接地電位間に12コンデンサC2を接続する。
【0016】
これにより、抵抗分圧器6にコンデンサC1、C2のローパスフィルタの作用を持たせたもので、入力側との結合が主に抵抗成分であることを利用して、差動増幅器のコモンモード除去能力が低くなる高周波領域のコモンモードノイズ電圧V2が入ってきた時、このコンデンサと抵抗分圧器6の抵抗成分を利用してローパスフィルタを構成し、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できるようにしたものである。
なお、コンデンサに変えてサージアブゾーバを用いてもよい。
このように、抵抗分圧器の出力にローパスフィルタや、サージアブゾーバを挿入することにより、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できる。
【0017】
また、抵抗分圧器の高圧側抵抗の低圧側端子と接地電位間に電圧抑制素子を付加することにより、抵抗分圧器の低圧側抵抗が外された場合も、2次側電圧は電圧抑制素子の動作電圧で抑えられ、抵抗分圧器の低圧側抵抗を有する信号処理回路の取り外しなどを行うシステムにも安全に対応できる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のコモンモードノイズ除去回路によれば、高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3を有する第1抵抗分圧器、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4を有する第2抵抗分圧器、第1抵抗分圧器の高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第2抵抗分圧器の高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、R1抵抗値とR2抵抗値をほぼ等しくすると共に、R3抵抗値とR4抵抗値をほぼ等しくして、R1高圧側端子とR2高圧側端子間に被測定電圧を印可し、R2高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたので、コモンモードノイズを簡素な回路で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【図2】実施の形態2であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【図3】アイソレーションアンプを用いた従来の絶縁型コモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【符号の説明】
1 被測定電圧 2 コモンモードノイズ電圧
6 抵抗分圧器 6−1,6−2 高圧側抵抗
6−3,6−4 低圧側抵抗 7 差動増幅器
8―1,8−2 差動増幅器の入力端子
10 差動増幅器の出力端子 11,12 コンデンサ。
Claims (2)
- 高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3を有する第1抵抗分圧器、高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4を有する第2抵抗分圧器、
上記第1抵抗分圧器の高圧側抵抗R1と低圧側抵抗R3の中間接続点と接続された一方の入力端子と、上記第2抵抗分圧器の高圧側抵抗R2と低圧側抵抗R4の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、
R1抵抗値とR2抵抗値をほぼ等しくすると共に、R3抵抗値とR4抵抗値をほぼ等しくして、
R1高圧側端子とR2高圧側端子間に被測定電圧を印可し、R2高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、上記差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたコモンモードノイズ除去回路。 - 上記第1抵抗分圧器と第2抵抗分圧器の出力にローパスフィルタを挿入したことを特徴とする請求項1記載のコモンモードノイズ除去回路。
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JP2002342808A JP2004179900A (ja) | 2002-11-26 | 2002-11-26 | コモンモードノイズ除去回路 |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7405620B2 (en) | 2006-07-20 | 2008-07-29 | International Business Machines Corporation | Differential amplifier and method |
JP2009094819A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Dai-Ichi Tsushin Kogyo Co Ltd | ノイズ除去装置 |
JP2012117929A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Mitsubishi Electric Corp | 電圧検出装置 |
JP2015216691A (ja) * | 2015-07-30 | 2015-12-03 | セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー | 電圧可変利得増幅回路及び差動入力電圧の増幅方法 |
CN113541618A (zh) * | 2020-04-16 | 2021-10-22 | 联发科技股份有限公司 | 差分至单端缓冲放大器 |
-
2002
- 2002-11-26 JP JP2002342808A patent/JP2004179900A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7405620B2 (en) | 2006-07-20 | 2008-07-29 | International Business Machines Corporation | Differential amplifier and method |
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