JP2008067188A - 差動増幅回路及びその差動増幅回路を使用した充電制御装置 - Google Patents

差動増幅回路及びその差動増幅回路を使用した充電制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】製造ばらつきによってオフセット電圧の分解能が影響されず、温度変化や経時変化にも影響を受けないオフセット調整回路を有する差動増幅回路及びその差動増幅回路を使用した充電制御装置を得る。
【解決手段】製造ばらつきによって、調整抵抗を構成する抵抗R1〜R4の抵抗値が変動しても、バイアス電流源2が該変動を補正するようにバイアス電流i3を変動させるため、調整抵抗における電圧降下は常に一定となり、測定したオフセット電圧Vofに最も近いオフセット補正電圧Vadjを設定することができ、更に、差動増幅回路1が作動中の温度変化に応じて調整抵抗が変化した場合や、経年変化で調整抵抗の抵抗値が変化した場合でも、バイアス電流生成用抵抗Rbも同様に変化をするため、オフセット補正電圧Vadjの変動を抑制することができるようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、オフセット調整回路を有する差動増幅回路及びその差動増幅回路を使用した2次電池の充電制御装置に関する。
従来、2次電池の充電を行う充電制御装置には、2次電池への充電電流を検出する充電電流検出回路を備えていた。
図6は、該充電電流検出回路の回路例を示した図である。
図6において、抵抗Rsenには2次電池への充電電流が流れ、抵抗Rsenは該充電電流を電圧に変換している。差動増幅回路101、PMOSトランジスタ102及び抵抗103,104は、減算回路を形成しており、抵抗Rsenの両端電圧を接地基準の電圧に分圧した電圧Vsenに変換して出力する。すなわち、充電電流検出回路100は、2次電池への充電電流を接地基準の電圧Vsenに変換して出力しており、充電制御装置は、該電圧Vsenを使用して2次電池への定電流充電を行っていた。
しかし、差動増幅回路101が有するオフセット電圧がばらつくと充電電流を正確に検出することができず、発熱を小さくするために抵抗Rsenを小さくすると定電流充電時における2次電池への充電電流が大きくばらつくという問題があった。
そこで、図7で示すような、トリミング調整回路を設けてオフセット電圧を調整することができる差動増幅回路があった(例えば、特許文献1参照。)。
図7の差動増幅回路110では、電流流入ルート切り換えスイッチ116,1117と、抵抗素子列118をトリミング抵抗として制御するスイッチ列119のオン/オフの組み合わせによって寄生オフセット電圧を調整する。
例えば、一方の差動入力端子111gに対する他方の差動入力端子112gの電圧差で表される寄生オフセット電圧の極性が正方向を示している場合のオフセット電圧の調整方法は以下のようにして行う。
PMOSトランジスタ112のソースへ流れる電流が、PMOSトランジスタ111のソースへ流れる電流よりも大きい。
この場合、ステップ1として、PMOSトランジスタ112のソースへ流れる電流、すなわちNMOSトランジスタ114のソース114sに流れる電流を制限させるために、スイッチ117をオープンにして遮断状態にする。なお、スイッチ116はクローズされて導通状態のままである。
次に、スイッチ列119を端から順次オープンにして遮断状態にすると、NMOSトランジスタ114のソース114sから流れる電流経路には、抵抗素子が順次加わっていく。NMOSトランジスタ114のソース114sへ流れる電流が、NMOSトランジスタ113のソース113sへ流れる電流と等しくなるまで抵抗素子を順次追加することで寄生オフセット電圧は消失する。すなわち、ステップ2においては、差動増幅回路の寄生オフセット電圧が消失するまでスイッチ列119のスイッチを端から順次オフさせて遮断状態にする。
このようにして、初期状態から、ステップ1及びステップ2の手順で、差動増幅回路の正方向のオフセット電圧を調節することができる。
なお、オフセット調整後の抵抗素子列118における電圧降下であるオフセット補正電圧Vadjは、電流源115の電流値をi115とし、オフセット調整後の抵抗素子列118の抵抗値をR118とし、PMOSトランジスタ111と112のゲート電圧−ドレイン電流特性が、NMOSトランジスタ113と114のゲート電圧−ドレイン電流特性(ただし、電流の向きは逆)がほぼ等しいとすると、Vadj≒R118×i115/2になる。
特許第2962246号公報
しかし、図7のようなオフセット調整回路では、オフセット電圧が消滅するまでスイッチ列119のスイッチを端から順にオフさせるため、調整抵抗を構成している複数の単位抵抗はすべて同一抵抗値で、しかもオフセット調整電圧の最小分解能となる電圧を生成しなくてはならないことから、該抵抗値は極めて小さい抵抗値になる。このようなことから、オフセット電圧の調整範囲が大きい場合は、非常に多くの単位抵抗を直列に接続する必要があり、チップ面積を増加させていた。チップ面積の増加を抑えるために単位抵抗の数を減らすと、オフセット調整の分解能が大きくなり、精度のよいオフセット調整ができなくなり、分解能を確保すると調整範囲が狭くなるという問題があった。
また、調整抵抗値は製造プロセスの影響を受け、大きくばらつくことが知られている。図7のような調整回路では、このような製造ばらつきが考慮されていないため、オフセット電圧を調整する最小分解能電圧と調整可能な電圧範囲が製造ばらつきによって変化してしまうという問題があった。例えば、製造ばらつきによって抵抗値が小さくなる方向に変動した場合は、最小分解能は確保できるが、調整可能なオフセット電圧範囲は狭くなってしまう。逆に、抵抗値が大きくなる方向に変動した場合は、必要な最小分解能が得られなくなる可能性があった。
また、製造ばらつきを考慮して、単位抵抗の抵抗値を小さくすると、調整可能なオフセット電圧範囲を確保するために単位抵抗の数が増え、チップ面積を増加させるという問題があった。
更に、オフセット調整後の調整抵抗の値は、温度変化や経時変化等によって変化するが、従来のオフセット調整回路では、これらの変化に対応することができず、温度や経時変化によってオフセット電圧が発生してしまうという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、製造ばらつきによってオフセット電圧の分解能が影響されず、温度変化や経時変化にも影響を受けないオフセット調整回路を有する差動増幅回路及びその差動増幅回路を使用した充電制御装置を得ることを目的とする。
この発明に係る差動増幅回路は、制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路に挿入された第1の可変抵抗、及び前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路に挿入された第2の可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させるものである。
具体的には、前記第1の可変抵抗は、
直列に接続された複数の第1抵抗と、
該各第1抵抗に対応して並列に接続された各第1トリミングヒューズと、
で構成され、
前記各第1トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変するようにした。
また、前記第2の可変抵抗は、
直列に接続された複数の第2抵抗と、
該各第2抵抗に対応して並列に接続された各第2トリミングヒューズと、
で構成され、
前記各第2トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変するようにした。
また、この発明に係る差動増幅回路は、制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路と前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路との間に接続された可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
前記第1経路又は第2経路のいずれかに前記調整抵抗を挿入するように接続の切り換えを行う接続切換回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させるものである。
具体的には、前記可変抵抗は、
直列に接続された複数の抵抗と、
該各抵抗に対応して並列に接続された各トリミングヒューズと、
で構成され、
前記各トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変するようにした。
また、前記接続切換回路部は、
前記第1入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第1遮断回路と、
前記第2入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第2遮断回路と、
を備え、
前記第1遮断回路及び第2遮断回路は、それぞれトリミングヒューズで構成されるようにした。
また、前記バイアス電流生成回路部は、
前記調整抵抗の抵抗値変動量に比例して抵抗値が変動するバイアス電流生成用抵抗と、
該バイアス電流生成用抵抗の電圧降下が所定の電圧になるように該バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を制御する電流制御回路と、
該電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流に比例した電流を前記バイアス電流として生成する比例電流生成回路と、
を備えるようにした。
また、前記比例電流生成回路は、前記電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を前記バイアス電流とするようにした。
具体的には、前記バイアス電流生成用抵抗は、前記調整抵抗と同一の抵抗材料で、かつ同一の製造プロセスで形成されるようにした。
また、前記調整抵抗を構成する各抵抗は、最も小さい抵抗値Kに対してK×2(nは整数)の系列の異なる抵抗値を有するようにしてもよい。
この発明に係る充電制御装置は、2次電池に供給する充電電流が流れる充電電流検出用抵抗の両端電圧を、差動増幅回路を使用した減算回路で接地基準の電圧に変換して該充電電流の検出を行う充電電流検出回路を備え、該充電電流検出回路の出力信号に基づいて前記充電電流を制御し前記2次電池の充電を行う充電制御装置において、
前記差動増幅回路は、
制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路に挿入された第1の可変抵抗、及び前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路に挿入された第2の可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させるものである。
具体的には、前記第1の可変抵抗は、
直列に接続された複数の第1抵抗と、
該各第1抵抗に対応して並列に接続された各第1トリミングヒューズと、
で構成され、
前記各第1トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変するようにした。
また、前記第2の可変抵抗は、
直列に接続された複数の第2抵抗と、
該各第2抵抗に対応して並列に接続された各第2トリミングヒューズと、
で構成され、
前記各第2トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変するようにした。
また、この発明に係る充電制御装置は、2次電池に供給する充電電流が流れる充電電流検出用抵抗の両端電圧を、差動増幅回路を使用した減算回路で接地基準の電圧に変換して該充電電流の検出を行う充電電流検出回路を備え、該充電電流検出回路の出力信号に基づいて前記充電電流を制御し前記2次電池の充電を行う充電制御装置において、
前記差動増幅回路は、
制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路と前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路との間に接続された可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
前記第1経路又は第2経路のいずれかに前記調整抵抗を挿入するように接続の切り換えを行う接続切換回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させるものである。
具体的には、前記可変抵抗は、
直列に接続された複数の抵抗と、
該各抵抗に対応して並列に接続された各トリミングヒューズと、
で構成され、
前記各トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変するようにした。
また、前記接続切換回路部は、
前記第1入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第1遮断回路と、
前記第2入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第2遮断回路と、
を備え、
前記第1遮断回路及び第2遮断回路は、それぞれトリミングヒューズで構成されるようにした。
また、前記バイアス電流生成回路部は、
前記調整抵抗の抵抗値変動量に比例して抵抗値が変動するバイアス電流生成用抵抗と、
該バイアス電流生成用抵抗の電圧降下が所定の電圧になるように該バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を制御する電流制御回路と、
該電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流に比例した電流を前記バイアス電流として生成する比例電流生成回路と、
を備えるようにした。
また、前記比例電流生成回路は、前記電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を前記バイアス電流とするようにした。
具体的には、前記バイアス電流生成用抵抗は、前記調整抵抗と同一の抵抗材料で、かつ同一の製造プロセスで形成されるようにした。
また、前記調整抵抗を構成する各抵抗は、最も小さい抵抗値Kに対してK×2(nは整数)の系列の異なる抵抗値を有するようにしてもよい。
本発明の差動増幅回路及びその差動増幅回路を使用した充電制御装置によれば、差動増幅回路における前記調整抵抗の変動量を前記バイアス電流の変動量で相殺するようにしたことから、調整抵抗における電圧降下が製造ばらつき、温度変化及び経時変化の影響を受けなくなり、精度の良いオフセット補正を行うことができる。また、充電制御装置の充電電流検出回路にこのような差動増幅回路を使用することにより、2次電池への充電電流を正確に検出することができるため、充電電流検出用抵抗の抵抗値を小さくして発熱を低減させることができる。
具体的には、前記バイアス電流生成回路部のバイアス電流生成用抵抗を、前記調整抵抗と同一の抵抗材料で、かつ同一の製造プロセスで形成するようにしたことから、調整抵抗の変動量を正確に相殺する変動量を備えたバイアス電流を生成することができ、製造ばらつき、温度変化及び経時変化に対しても変化の少ないオフセット補正電圧を生成することができる。
また、前記調整抵抗を構成する各抵抗は、最も小さい抵抗値Kに対してK×2(nは整数)の系列の異なる抵抗値を有するようにしたことから、調整抵抗の抵抗数を大幅に減らすことができる。
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における差動増幅回路の回路例を示した図である。
図1において、差動増幅回路1は、NMOSトランジスタである差動対をなす入力トランジスタM1,M2と、入力トランジスタM1,M2の負荷をなすトランジスタでありカレントミラー回路を形成するPMOSトランジスタM3,M4と、調整抵抗をなす直列に接続された抵抗R1〜R4と、抵抗R1〜R4にそれぞれ対応して並列に接続されたトリミングヒューズ(以下、ヒューズと呼ぶ)F1〜F4と、入力トランジスタM1,M2に一定のバイアス電流を供給するバイアス電流源2とを備えている。バイアス電流源2は、演算増幅回路5、所定の基準電圧Vbを生成して出力する基準電圧発生回路6、バイアス電流生成用の抵抗Rb、NMOSトランジスタM5,M6,M9、及びPMOSトランジスタM7,M8で構成されている。
なお、入力トランジスタM1は第1入力トランジスタを、入力トランジスタM2は第2入力トランジスタを、バイアス電流源2はバイアス電流生成回路部を、抵抗R1〜R4及びヒューズF1〜F4はオフセット調整回路部をそれぞれなす。また、抵抗R1及びR2はそれぞれ第1抵抗をなし、ヒューズF1及びF2はそれぞれ第1トリミングヒューズをなし、抵抗R3及びR4はそれぞれ第2抵抗をなし、ヒューズF3及びF4はそれぞれ第2トリミングヒューズをなす。また、抵抗Rbはバイアス電流生成用抵抗をなし、演算増幅回路5、基準電圧発生回路6及びNMOSトランジスタM9は電流制御回路を、NMOSトランジスタM5,M6及びPMOSトランジスタM7,M8は比例電流生成回路をそれぞれなす。
入力トランジスタM1のゲートは、差動増幅回路1の非反転入力端をなす第1入力端IN1に、入力トランジスタM2のゲートは、差動増幅回路1の反転入力端をなす第2入力端IN2にそれぞれ接続されている。入力トランジスタM1及びM2の各ドレインは、PMOSトランジスタM3及びM4の各ドレインに対応して接続されており、PMOSトランジスタM3及びM4の各ソースは、電源電圧Vddにそれぞれ接続されている。また、PMOSトランジスタM3及びM4の各ゲートは接続され、該接続部はPMOSトランジスタM3のドレインに接続されている。
入力トランジスタM2のドレインとPMOSトランジスタM4のドレインとの接続部が差動増幅回路1の出力端OUTに接続されている。入力トランジスタM1とM2の各ソースの間には、抵抗R1〜R4が直列に接続され、抵抗R1〜R4には、対応するトリミングヒューズF1〜F4がそれぞれ並列に接続されている。抵抗R2及びR3の接続部と接地電圧との間には、NMOSトランジスタM5が接続され、NMOSトランジスタM5のゲートはNMOSトランジスタM6のゲートに接続され該接続部がNMOSトランジスタM6のドレインに接続されている。NMOSトランジスタM6のソースは接地電圧に接続され、NMOSトランジスタM5及びM6はカレントミラー回路を形成している。
NMOSトランジスタM6のドレインはPMOSトランジスタM7のドレインに接続されている。また、PMOSトランジスタM7及びM8の各ソースはそれぞれ電源電圧Vddに接続され、PMOSトランジスタM7及びM8の各ゲートは接続され、該接続部はPMOSトランジスタM8のドレインに接続されて、PMOSトランジスタM7及びM8はカレントミラー回路を形成している。PMOSトランジスタM8のドレインと接地電圧との間には、NMOSトランジスタM9及び抵抗Rbが直列に接続され、NMOSトランジスタM9のゲートは演算増幅回路5の出力端に接続されている。また、演算増幅回路5の非反転入力端には基準電圧Vbが入力され、演算増幅回路5の反転入力端は、NMOSトランジスタM9と抵抗Rbとの接続部に接続されている。
抵抗Rbは、調整抵抗を構成している抵抗R1〜R4と同じ抵抗材料を用いて、同じ製造プロセスで形成されている。抵抗R1〜R4はすべて同じ抵抗値でもよいが、このようにした場合、ヒューズF1〜F4のカットによって、片側の入力端に対するオフセット調整は2通りしか行うことができない。抵抗R2の抵抗値を抵抗R1の抵抗値の2倍にし、抵抗R1とR4、抵抗R2とR3をそれぞれ同じ抵抗値にすることで、ヒューズF1〜F4の切断の組み合わせで片側の入力端に対するオフセット調整は3通り行うことができる。
このような構成において、演算増幅回路5は、抵抗Rbの電圧降下が基準電圧Vbと等しくなるように、NMOSトランジスタM9のゲート電圧を制御し、NMOSトランジスタM9のドレイン電流i1を生成する。このことから、該ドレイン電流i1は下記(1)式で示すことができる。なお、下記各式のRbは抵抗Rbの抵抗値を示している。
i1=Vb/Rb………………(1)
前記ドレイン電流i1は、カレントミラー回路を構成しているPMOSトランジスタM8及びM7で折り返され、PMOSトランジスタM7のドレイン電流i2として出力される。PMOSトランジスタM7及びM8が同一特性のトランジスタであれば、ドレイン電流i2は、ドレイン電流i1と等しくなる。
ドレイン電流i2は、更にカレントミラー回路を構成しているNMOSトランジスタM6及びM5で折り返され、NMOSトランジスタM5のドレイン電流となって、各入力トランジスタM1及びM2へのバイアス電流i3として供給される。
ここで、NMOSトランジスタM6とM5の素子サイズ比を1:2とすると、バイアス電流i3は、下記(2)式のようになる。
i3=i1×2=2×Vb/Rb………………(2)
バイアス電流i3は入力トランジスタM1とM2の両方に流れるため、入力トランジスタM1のドレイン電流id1と入力トランジスタM2のドレイン電流id2は、ほぼ等しく下記(3)式のようになる。
id1≒id2≒i3/2=Vb/Rb………………(3)
ここで、第1入力端IN1に適当なバイアス電圧V1を入力して、第2入力端IN2の電圧を0Vから徐々に上昇させ、出力端OUTの電圧が低下するときの第2入力端IN2の電圧V2を調べる。電圧V2と電圧V1の電圧差が入力オフセット電圧Vofである。
電圧V2が電圧V1より大きい場合は、入力トランジスタM1のドレイン電流id1が入力トランジスタM2のドレイン電流id2よりも大きいことから、入力トランジスタM1のソースに調整抵抗を挿入してドレイン電流id1を減少させる。すなわち、オフセット電圧Vofに応じてヒューズF1及び/又はF2をカットする。ヒューズF1のみをカットした場合は、抵抗R1に発生する電圧降下がオフセット補正電圧Vadjであり、このときのオフセット補正電圧Vadjは下記(4)式で表される。なお、下記各式のR1は抵抗R1の抵抗値を、R2は抵抗R2の抵抗値をそれぞれ示している。
Vadj=R1×Vb/Rb………………(4)
また、ヒューズF2をカットしたときのオフセット補正電圧Vadjは、下記(5)式のようになる。
Vadj=R2×Vb/Rb………………(5)
また、ヒューズF1とF2の両方をカットしたときのオフセット補正電圧Vadjは、下記(6)式のようになる。
Vadj=(R1+R2)×Vb/Rb………………(6)
測定したオフセット電圧Vofに最も近いオフセット補正電圧Vadjが得られるようなヒューズカットの組み合わせを選択すればよい。
電圧V2が電圧V1よりも小さい場合は、入力トランジスタM2のドレイン電流id2がNMOSトランジスタM1のドレイン電流id1よりも大きいため、入力トランジスタM2のソースに調整抵抗を挿入してドレイン電流id2を減少させるようにすればよい。すなわち、カットするヒューズがF3とF4に変わるだけで、前記と同様にしてオフセット調整を行う。
製造プロセスの変動によって、調整抵抗を構成している抵抗R1〜R4が10%大きくなったとすると、調整抵抗と同一材料、同一製造プロセスで形成されている抵抗Rbも10%大きくなっていることから、ヒューズF1のみをカットしたときのオフセット補正電圧Vadjは、下記(7)式のようになる。
Vadj=(R1×1.1)×Vb/(Rb×1.1)=R1×Vb/Rb………………(7)
結局、前記(7)式は前記(4)式と同じになる。すなわち、製造ばらつきで調整抵抗が変動しても、オフセット補正電圧Vadjは変動しないことが分かる。ヒューズF2のみをカットした場合は前記(5)式と、ヒューズF1とF2をカットした場合は前記(6)式とそれぞれ同様になり、製造ばらつきの影響を排除することができる。言うまでもなく、製造ばらつきによって調整抵抗の抵抗値がマイナスに変動した場合でも前記と同様、抵抗Rbも同じ比率で変動しているためやはり製造ばらつきの影響を排除することができる。
すなわち、製造ばらつきによって調整抵抗の抵抗値が変動しても、該変動を補正するようにバイアス電流i3も変動するため、調整抵抗における電圧降下は常に一定となり、測定したオフセット電圧Vofに最も近いオフセット補正電圧Vadjを設定することができる。
更に、差動増幅回路1が作動中の温度変化に応じて調整抵抗が変化した場合や、経年変化で調整抵抗の抵抗値が変化した場合でも、抵抗Rbも同様に変化をするため、やはりオフセット補正電圧Vadjの変動を抑制することができる。
図2は、本発明の第1の実施の形態における差動増幅回路の他の回路例を示した図である。なお、図2では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
図2における図1との相違点は、調整抵抗R1〜R4の直列回路がPMOSトランジスタM3とM4の各ソース間に接続され、抵抗R2とR3の接続部が電源電圧Vddに接続されるようにしたことと、入力トランジスタM1とM2のソースが接続されてNMOSトランジスタM5のドレインに接続されるようにしたことにある。
図1の場合と同様、第1入力端IN1に適当な電圧V1を入力し、第2入力端IN2の電圧を0Vから徐々に上昇させて、出力端OUTの電圧が低下するときの第2入力端IN2の電圧V2を調べる。電圧V2が電圧V1よりも大きい場合は、その差電圧に応じてヒューズF1及び/又はF2をカットする。ヒューズF1のみをカットした場合は、抵抗R1に前記(4)で示した電圧降下が発生する。
PMOSトランジスタM3のゲート電圧−ドレイン電流特性が、入力トランジスタM1のゲート電圧−ドレイン電流と同じ(ただし、電流の向きは逆である)になるようにしておくと、抵抗R1の電圧降下がオフセット補正電圧Vadjになる。なお、ヒューズF2のみをカットした場合は、前記(5)式と同様であり、ヒューズF1とF2の両方をカットした場合は前記(6)式と同様の電圧降下が発生し、これらの電圧がオフセット補正電圧Vadjになる。
電圧V2が電圧V1よりも小さい場合は、カットするヒューズがF3とF4に変わるだけで、前記と同様にオフセット調整を行うことができる。また、図1の場合と同様、抵抗Rbは調整抵抗R1〜R4と同一材料、同一製造プロセスで形成されているので、製造ばらつきや温度変化等により調整抵抗R1〜R4の抵抗値が変動してもオフセット補正電圧Vadjに影響を与えることはない。
なお、本第1の実施の形態では、説明を簡単にするため、調整抵抗が片側2個ずつの4個の場合を例にして示したが、本発明はこれに限定するものではなく、調整抵抗とヒューズの数を増やせば選択可能なオフセット補正電圧Vadjの数を増やせることは言うまでもない。更に、各調整抵抗の抵抗値を2のべき乗の系列になるように設定することにより、n個の調整抵抗で、抵抗値0Ωを含めると2通りの抵抗値を設定することができ、調整抵抗の数を大幅に減らすことができ、ICのチップ面積を小さくすることができる。
次に、図3は、図1又は図2の差動増幅回路を使用した2次電池の充電制御装置の例を示した図である。
図3において、充電制御装置10は、ACアダプタ等のような直流電源15を電源にし、リチウムイオン電池等からなる2次電池16に対して、定電流充電又は定電圧充電を行って充電を行う。
充電制御装置10は、ゲートに入力された信号に応じた電流を2次電池16に供給するPMOSトランジスタからなる充電用トランジスタQ1と、2次電池16の電圧である電池電圧Vbatを分圧して分圧電圧Vfbとして出力する抵抗R21,R22と、抵抗Rsenの両端電圧から充電電流ichの検出を行う充電電流検出回路21と、所定の第1基準電圧Vr1を生成して出力する第1基準電圧発生回路22と、所定の第2基準電圧Vr2を生成して出力する第2基準電圧発生回路23と、演算増幅回路24,25と、NMOSトランジスタM21,M22とを備えている。また、充電電流検出回路21は、差動増幅回路1、PMOSトランジスタM31及び抵抗Rsen,R31,R32で構成され、抵抗Rsenは、充電用トランジスタQ1から2次電池16に供給される充電電流ichの電流値検出を行うためのものである。
抵抗Rsenの一端は直流電源15に接続され、抵抗Rsenの他端と2次電池16の正側電極との間に充電用トランジスタQ1が接続され、2次電池16の負側電極は接地電圧に接続されている。充電用トランジスタQ1のゲートと接地電圧との間には、NMOSトランジスタM21及びM22が直列に接続されている。演算増幅回路24において、非反転入力端には第1基準電圧Vr1が、反転入力端には充電電流検出回路21の出力信号Vsenがそれぞれ入力され、出力端はNMOSトランジスタM21のゲートに接続されている。また、演算増幅回路25において、非反転入力端には第2基準電圧Vr2が、反転入力端には分圧電圧Vfbがそれぞれ入力され、出力端はNMOSトランジスタM22のゲートに接続されている。
また、抵抗Rsenの直流電源15側の一端と接地電圧との間には、抵抗R31、PMOSトランジスタM31及び抵抗R32が直列に接続され、PMOSトランジスタM31のゲートは差動増幅回路1の出力端に接続されている。差動増幅回路1において、非反転入力端は抵抗Rsenと充電用トランジスタQ1との接続部に接続され、反転入力端は抵抗R31とPMOSトランジスタM31との接続部に接続されている。PMOSトランジスタM31と抵抗R32の接続部から出力信号Vsenが出力される。
このような構成において、2次電池16の電池電圧Vbatが小さく、分圧電圧Vfbが第2基準電圧Vr2より小さい場合は、演算増幅回路25の出力信号CVはハイレベルになり、NMOSトランジスタM22がオンする。演算増幅回路24は、充電電流検出回路21の出力信号Vsenが第1基準電圧Vr1と同電圧になるように、充電用トランジスタQ1のドレイン電流である充電電流ichを制御する。すなわち、2次電池16に対して、充電用トランジスタQ1のドレイン電流ichによる定電流充電が行われる。
分圧電圧Vfbの電圧が第2基準電圧Vr2以上になると、演算増幅回路25の出力信号CVの電圧は低下し、演算増幅回路25は、分圧電圧Vfbが第2基準電圧Vr2と同電圧になるように、NMOSトランジスタM22を介して充電用トランジスタQ1を制御するようになり、定電圧充電が行われるようになる。なお、定電圧充電状態になると、充電用トランジスタQ1のドレイン電流ichは定電流充電時よりも減少するため、充電電流検出回路21からの信号Vsenは、第1基準電圧Vr1よりも小さくなる。このことから、演算増幅回路24の出力信号CCはハイレベルになり、NMOSトランジスタM21がオンして定電流充電は終了し、充電用トランジスタQ1のドレイン電流ichによる定電圧充電が行われる。
ここで、充電電流検出回路21では、抵抗Rsenの電圧降下が入力され、抵抗R31と抵抗R32との抵抗比で決まる増幅率で増幅し、更に接地電圧基準の電圧に変換して得られた信号Vsenが、PMOSトランジスタM31と抵抗R32との接続部から出力される。直流電源15と抵抗Rsenとの接続部の電圧をV11とし、抵抗Rsenと充電用トランジスタQ1との接続部の電圧をV12とすると、信号Vsenの電圧は下記(8)式のようになる。
Vsen=(V11−V12)×R32/R31………………(8)
前記(8)式において、R31は抵抗R31の抵抗値を、R32は抵抗R32の抵抗値をそれぞれ示している。
差動増幅回路1を使用することにより、差動増幅回路1のオフセット電圧のばらつきを大幅に低減させることができ、2次電池16への充電電流ichにより発生する抵抗Rsenの両端間電圧差を正確に検出することができるため、抵抗Rsenの抵抗値を小さくして発熱を低減させることができる。
このように、本第1の実施の形態における差動増幅回路は、製造ばらつきによって入力オフセット電圧を調整するための調整抵抗R1〜R4の抵抗値が変動しても、該変動を補正するように差動対に供給するバイアス電流i3も変動するようにしたため、調整抵抗における電圧降下は常に一定となり、測定したオフセット電圧Vofに最も近いオフセット補正電圧Vadjを設定することができる。
更に、差動増幅回路1が作動中の温度変化に応じて調整抵抗R1〜R4が変化した場合や、経年変化で調整抵抗R1〜R4の抵抗値が変化した場合でも、バイアス電流生成用の抵抗Rbも同様に変化するため、オフセット補正電圧Vadjの変動を抑制することができる。このように、製造ばらつきによってオフセット電圧の分解能が影響されず、温度変化や経時変化にも影響を受けないようにオフセット調整を行うことができる。
第2の実施の形態.
図4は、本発明の第2の実施の形態における差動増幅回路の回路例を示した図である。なお、図4では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
図4における図1との相違点は、抵抗R4及びヒューズF4をなくし、入力トランジスタM1及び抵抗R1の接続部とNMOSトランジスタM5のドレインとの間にヒューズFaを、入力トランジスタM2及び抵抗R3の接続部とNMOSトランジスタM5のドレインとの間にヒューズFbをそれぞれ設けたことにある。これに伴って、図1の差動増幅回路1を差動増幅回路1aにした。
図4において、差動増幅回路1aは、入力トランジスタM1,M2と、PMOSトランジスタM3,M4と、調整抵抗をなす直列に接続された抵抗R1〜R3と、ヒューズF1〜F3,Fa,Fbと、バイアス電流源2とを備えている。なお、抵抗R1〜R3及びヒューズF1〜F3は可変抵抗をなすと共にオフセット調整回路部をなし、ヒューズFaは第1遮断回路を、ヒューズFbは第2遮断回路をそれぞれなす。
入力トランジスタM1とM2の各ソースの間には、抵抗R1〜R3が直列に接続され、抵抗R1〜R3には、対応するトリミングヒューズF1〜F3がそれぞれ並列に接続されている。入力トランジスタM1のソースとNMOSトランジスタM5のドレインとの間にはヒューズFaが、入力トランジスタM2のソースとNMOSトランジスタM5のドレインとの間にはヒューズFbがそれぞれ接続されている。
このような構成において、図1の場合と同様、第1入力端IN1に適当なバイアス電圧V1を入力し、第2入力端IN2の電圧を0Vから徐々に上昇させて、出力端OUTの電圧が低下するときの第2入力端IN2の電圧V2を調べる。
電圧V2が電圧V1より大きい場合は、まず、ヒューズFaをカットし、抵抗R1〜R3をNMOSトランジスタM1のソースとNMOSトランジスタM5のドレインとの間に直列に接続する。ヒューズFbはカットしないため、NMOSトランジスタM2のソースはNMOSトランジスタM5のドレインに抵抗0Ωで接続される。
逆に、電圧V2が電圧V1より小さい場合は、まず、ヒューズFbをカットし、抵抗R1〜R3をNMOSトランジスタM2のソースとNMOSトランジスタM5のドレインとの間に直列に接続する。ヒューズFaはカットしないため、NMOSトランジスタM1のソースはNMOSトランジスタM5のドレインに抵抗0Ωで接続される。
測定したオフセット電圧Vof、すなわち電圧V1とV2との差電圧に応じて、ヒューズF1〜F3を選択的にカットする。前記第1の実施の形態と同様、調整抵抗を構成する抵抗R1〜R3の抵抗値は同一でも良いし、2のべき乗の系列に設定しておいてもよい。ただし、調整抵抗の設定数は、抵抗値が同一である場合は4通りであるのに対して、2のべき乗の系列に設定した場合は多くなって8通りになる。前記第1の実施の形態と同様、抵抗R1〜R3は、バイアス電流生成用の抵抗Rbと同一材料、同一製造プロセスで形成されており、製造ばらつきや温度変化等によって抵抗値が変動してもオフセット補正電圧Vadjに影響を与えることはない。
図5は、本発明の第2の実施の形態における差動増幅回路の他の回路例を示した図である。なお、図5では、図4と同じもの又は同様のものは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図4との相違点のみ説明する。
図5における図4との相違点は、抵抗R1〜R3の直列回路がPMOSトランジスタM3とM4の各ソース間に接続されると共に、電源電圧VddとPMOSトランジスタM3のソースとの間にヒューズFaが、電源電圧VddとPMOSトランジスタM4のソースとの間にヒューズFbがそれぞれ接続されるようにしたことと、入力トランジスタM1とM2の各ソースが接続されてNMOSトランジスタM5のドレインに接続されるようにしたことにある。
図4の場合と同様、第1入力端IN1に適当なバイアス電圧V1を入力して、第2入力端IN2の電圧を0Vから徐々に上昇させ、出力端OUTの電圧が低下するときの第2入力端IN2の電圧V2を調べる。電圧V2が電圧V1より大きい場合は、まず、ヒューズFaをカットして抵抗R1〜R3をPMOSトランジスタM3のソースと電源電圧Vddとの間に直列に接続する。ヒューズFbはカットしないことから、PMOSトランジスタM4のソースは電源電圧Vddに抵抗0Ωで接続される。
電圧V2が電圧V1よりも小さい場合は、まず、ヒューズFbをカットし、抵抗R1〜R3をPMOSトランジスタM4のソースと電源電圧Vddとの間に直列に接続する。ヒューズFaはカットしないため、PMOSトランジスタM3のソースは電源電圧Vddに抵抗0Ωで接続される。測定したオフセット電圧Vof、すなわち電圧V1とV2との差電圧に応じて、ヒューズF1〜F3を選択的にカットする。
なお、図4又は図5の差動増幅回路を使用した2次電池の充電制御装置の例を示した図は、図3の差動増幅回路1を差動増幅回路1aに変える以外は図3と同じであることからその説明を省略する。
このように、本第2の実施の形態における差動増幅回路は、前記第1の実施の形態から抵抗R4及びヒューズF4をなくすようにしたことから、前記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、調整抵抗をなす抵抗の数を削減することができチップ面積の削減を図ることができる。
なお、本第2の実施の形態では、説明を簡単にするため、調整抵抗をなす抵抗が3個の場合を例にして示したが、本発明はこれに限定するものではなく、調整抵抗をなす抵抗の数とヒューズの数を増やせば選択可能なオフセット補正電圧Vadjの数を増やせることは言うまでもない。更に、調整抵抗をなす各抵抗の抵抗値を2のべき乗の系列になるように設定することにより、n個の抵抗で、抵抗値0Ωを含めると2通りの抵抗値を設定することができ、調整抵抗をなす抵抗の数を大幅に減らすことができ、ICのチップ面積を小さくすることができる。
本発明の第1の実施の形態における差動増幅回路の回路例を示した図である。 本発明の第1の実施の形態における差動増幅回路の他の回路例を示した図である。 図1又は図2の差動増幅回路を使用した2次電池の充電制御装置の例を示した図である。 本発明の第2の実施の形態における差動増幅回路の回路例を示した図である。 本発明の第2の実施の形態における差動増幅回路の他の回路例を示した図である。 従来の充電電流検出回路の回路例を示した図である。 従来の差動増幅回路の回路例を示した図である。
符号の説明
1,1a 差動増幅回路
2 バイアス電流源
5 演算増幅回路
6 基準電圧発生回路
10 充電制御装置
21 充電電流検出回路
M1,M2 入力トランジスタ
M3,M4,M7,M8,M31 PMOSトランジスタ
M5,M6,M9 NMOSトランジスタ
R1〜R4,Rb,Rsen,R31,R32 抵抗
F1〜F4,Fa,Fb ヒューズ

Claims (20)

  1. 制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
    制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
    前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
    前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路に挿入された第1の可変抵抗、及び前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路に挿入された第2の可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
    を備え、
    前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させることを特徴とする差動増幅回路。
  2. 前記第1の可変抵抗は、
    直列に接続された複数の第1抵抗と、
    該各第1抵抗に対応して並列に接続された各第1トリミングヒューズと、
    で構成され、
    前記各第1トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変することを特徴とする請求項1記載の差動増幅回路。
  3. 前記第2の可変抵抗は、
    直列に接続された複数の第2抵抗と、
    該各第2抵抗に対応して並列に接続された各第2トリミングヒューズと、
    で構成され、
    前記各第2トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変することを特徴とする請求項1又は2記載の差動増幅回路。
  4. 制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
    制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
    前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
    前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路と前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路との間に接続された可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
    前記第1経路又は第2経路のいずれかに前記調整抵抗を挿入するように接続の切り換えを行う接続切換回路部と、
    を備え、
    前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させることを特徴とする差動増幅回路。
  5. 前記可変抵抗は、
    直列に接続された複数の抵抗と、
    該各抵抗に対応して並列に接続された各トリミングヒューズと、
    で構成され、
    前記各トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変することを特徴とする請求項4記載の差動増幅回路。
  6. 前記接続切換回路部は、
    前記第1入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第1遮断回路と、
    前記第2入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第2遮断回路と、
    を備え、
    前記第1遮断回路及び第2遮断回路は、それぞれトリミングヒューズで構成されることを特徴とする請求項4又は5記載の差動増幅回路。
  7. 前記バイアス電流生成回路部は、
    前記調整抵抗の抵抗値変動量に比例して抵抗値が変動するバイアス電流生成用抵抗と、
    該バイアス電流生成用抵抗の電圧降下が所定の電圧になるように該バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を制御する電流制御回路と、
    該電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流に比例した電流を前記バイアス電流として生成する比例電流生成回路と、
    を備えることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の差動増幅回路。
  8. 前記比例電流生成回路は、前記電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を前記バイアス電流とすることを特徴とする請求項7記載の差動増幅回路。
  9. 前記バイアス電流生成用抵抗は、前記調整抵抗と同一の抵抗材料で、かつ同一の製造プロセスで形成されることを特徴とする請求項7又は8記載の差動増幅回路。
  10. 前記調整抵抗を構成する各抵抗は、最も小さい抵抗値Kに対してK×2(nは整数)の系列の異なる抵抗値を有することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の差動増幅回路。
  11. 2次電池に供給する充電電流が流れる充電電流検出用抵抗の両端電圧を、差動増幅回路を使用した減算回路で接地基準の電圧に変換して該充電電流の検出を行う充電電流検出回路を備え、該充電電流検出回路の出力信号に基づいて前記充電電流を制御し前記2次電池の充電を行う充電制御装置において、
    前記差動増幅回路は、
    制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
    制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
    前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
    前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路に挿入された第1の可変抵抗、及び前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路に挿入された第2の可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
    を備え、
    前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させることを特徴とする充電制御装置。
  12. 前記第1の可変抵抗は、
    直列に接続された複数の第1抵抗と、
    該各第1抵抗に対応して並列に接続された各第1トリミングヒューズと、
    で構成され、
    前記各第1トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変することを特徴とする請求項11記載の充電制御装置。
  13. 前記第2の可変抵抗は、
    直列に接続された複数の第2抵抗と、
    該各第2抵抗に対応して並列に接続された各第2トリミングヒューズと、
    で構成され、
    前記各第2トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変することを特徴とする請求項11又は12記載の充電制御装置。
  14. 2次電池に供給する充電電流が流れる充電電流検出用抵抗の両端電圧を、差動増幅回路を使用した減算回路で接地基準の電圧に変換して該充電電流の検出を行う充電電流検出回路を備え、該充電電流検出回路の出力信号に基づいて前記充電電流を制御し前記2次電池の充電を行う充電制御装置において、
    前記差動増幅回路は、
    制御電極が非反転入力端をなす第1入力トランジスタと、
    制御電極が反転入力端をなす、該第1入力トランジスタと差動対をなす第2入力トランジスタと、
    前記第1入力トランジスタ及び第2入力トランジスタへのバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路部と、
    前記第1入力トランジスタの電流経路をなす第1経路と前記第2入力トランジスタの電流経路をなす第2経路との間に接続された可変抵抗からなる調整抵抗で構成され、入力オフセット電圧の調整を行うオフセット調整回路部と、
    前記第1経路又は第2経路のいずれかに前記調整抵抗を挿入するように接続の切り換えを行う接続切換回路部と、
    を備え、
    前記バイアス電流生成回路部は、前記調整抵抗の抵抗値変動を相殺するように前記バイアス電流を変動させることを特徴とする充電制御装置。
  15. 前記可変抵抗は、
    直列に接続された複数の抵抗と、
    該各抵抗に対応して並列に接続された各トリミングヒューズと、
    で構成され、
    前記各トリミングヒューズが選択的に切断されて抵抗値が可変することを特徴とする請求項14記載の充電制御装置。
  16. 前記接続切換回路部は、
    前記第1入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第1遮断回路と、
    前記第2入力トランジスタ及び前記調整抵抗の接続部と前記バイアス電流生成回路部との接続を遮断するための第2遮断回路と、
    を備え、
    前記第1遮断回路及び第2遮断回路は、それぞれトリミングヒューズで構成されることを特徴とする請求項14又は15記載の充電制御装置。
  17. 前記バイアス電流生成回路部は、
    前記調整抵抗の抵抗値変動量に比例して抵抗値が変動するバイアス電流生成用抵抗と、
    該バイアス電流生成用抵抗の電圧降下が所定の電圧になるように該バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を制御する電流制御回路と、
    該電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流に比例した電流を前記バイアス電流として生成する比例電流生成回路と、
    を備えることを特徴とする請求項11、12、13、14、15又は16記載の充電制御装置。
  18. 前記比例電流生成回路は、前記電流制御回路から前記バイアス電流生成用抵抗に流れる電流を前記バイアス電流とすることを特徴とする請求項17記載の充電制御装置。
  19. 前記バイアス電流生成用抵抗は、前記調整抵抗と同一の抵抗材料で、かつ同一の製造プロセスで形成されることを特徴とする請求項17又は18記載の充電制御装置。
  20. 前記調整抵抗を構成する各抵抗は、最も小さい抵抗値Kに対してK×2(nは整数)の系列の異なる抵抗値を有することを特徴とする請求項11、12、13、14、15、16、17、18又は19記載の充電制御装置。
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