JP2008104197A - 容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で動作できる、容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器を提供する。
【解決手段】第１入力電圧（ＶＩＮＰ）を第１サンプリング電圧としてサンプリングした後、第１入力電圧が遮断されている間に第１サンプリング電圧を２倍に増加させる第１サンプリング回路２０と、第２入力電圧（ＶＩＮＭ）を第２サンプリング電圧としてサンプリングした後、第２入力電圧が遮断されている間に第２サンプリング電圧を２倍に増加させる第２サンプリング回路３０と、第１サンプリング電圧および第２サンプリング電圧の差を出力する差動増幅回路１０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器（ｒａｔｉｏ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ（ＳＣ）ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に関し、詳しくは高速で動作できる容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器に関するものである。

容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器は、コンデンサー（容量）の不整合の比率（すなわち容量素子のバラツキ）に依存せず、独立的に二つの入力信号の差を２倍に増幅する場合に用いられる。例えば、増幅器に含まれる二つのコンデンサーの容量値の比率は理想的には１：１であるが、実際には素子のバラツキによって１：１の比率にならない。この素子のバラツキは、増幅器が正確な利得で増幅された信号を出力することを困難にしている。容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器によれば、このような素子バラツキに依存せず、独立的に２倍の利得をもって増幅された信号を出力することを可能にする。

容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器（以下、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器と称する）はコンデンサーの相対バラツキに関係なく２倍の利得を有する。かかる容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器は２倍の利得を有する増幅器を必要とする回路に使用することができる。例えば、一般的にサイクリックアナログ／デジタル変換器（ｃｙｃｌｉｃ Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）またはパイプラインアナログ／デジタル変換器（ｐｉｐｅ ｌｉｎｅ Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は増幅器を含み、増幅器を通じて入力信号を増幅する。サイクリックアナログ／デジタル変換器またはパイプラインアナログ／デジタル変換器は増幅器の利得を２倍にするために、すなわち、入力信号の差を正確に２倍に増幅するために、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器を使用する。

一般的に容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器は、演算増幅器、コンデンサー、およびフィードバックコンデンサーを含む。コンデンサーは演算増幅器の反転端子に接続され、フィードバックコンデンサーは演算増幅器の出力端子に接続されてフィードバックのループを形成する。

従来の容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器は一番目の段階で入力電圧をコンデンサーにサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）、すなわち、充電し、二番目の段階でコンデンサーに充電された電荷をフィードバックコンデンサーに放電する。すなわち、コンデンサーに充電された電荷をフィードバックコンデンサーに伝送する。そして、三番目の段階で入力電圧をコンデンサーに再度充電し、四番目の段階でフィードバックコンデンサーに充電された電荷をコンデンサーに放電する。このような方法によって、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器はコンデンサーに入力電圧の２倍となる電荷を充電し、コンデンサーに充電された電荷によって２倍の利得を得る。

しかし、従来の容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器は２倍の利得を得るために、２回のサンプリングの段階を含む４回の段階（入力信号を増幅するための４回の段階）を必要とする。したがって、かかる従来の容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器は高速の動作が要求される環境では好ましくない。
特開２００４−２２２０１８号公報 特開２００５−３０３４２７号公報 特開２００６−８６９８１号公報

本発明の目的は高速で動作できる容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器、およびその動作方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器は、第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングした後、第１入力電圧が遮断されている間に第１サンプリング電圧を２倍に増加させる第１サンプリング回路と、第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングした後、第２入力電圧が遮断されている間に第２サンプリング電圧を２倍に増加させる第２サンプリング回路と、第１サンプリング電圧および第２サンプリング電圧の差を出力する差動増幅回路と、を含むことを特徴とする。

第２入力電圧は第１入力電圧と大きさが同じで位相が逆でありうる。

第１サンプリング回路および第２サンプリング回路は同時にサンプリング動作が行われうる。

第１サンプリング回路は、第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする第１サンプリング部と、第１サンプリング部が非活性化されている間に前記第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする第２サンプリング部と、第１サンプリング部および第２サンプリング部のいずれか一つがサンプリング動作をしている間に第１サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第１反転電圧をサンプリングする第１フィードバック部と、を含み、第１フィードバック部は第１入力電圧が遮断されている間にサンプリングされた第１反転電圧を前記第１サンプリング部および第２サンプリング部のいずれか一つに供給しうる。

第１サンプリング部は第１フィードバック部から供給された第１反転電圧を利用して第１サンプリング電圧を２倍に増加させうる。

第２サンプリング部は第１フィードバック部から供給された第１反転電圧を利用して第１サンプリング電圧を２倍に増加させうる。

第２サンプリング部は、第１サンプリング部に第１フィードバック部から第１反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させうる。

第１サンプリング部は、第２サンプリング部に第１フィードバック部から第１反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させうる。

第１サンプリング部および第２サンプリング部は交互に活性化されうる。

第２サンプリング回路は、第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする第３サンプリング部と、第３サンプリング部が非活性化されている間に前記第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする第４サンプリング部と、第３サンプリング部および第４サンプリング部のいずれか一つのサンプリング動作が行われている間に第２サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第２反転電圧をサンプリングする第２フィードバック部と、を含み、第２フィードバック部は第２入力電圧が遮断されている間にサンプリングされた第２反転電圧を第３サンプリング部および第４サンプリング部のいずれか一つに供給しうる。

第３サンプリング部は第２フィードバック部から供給された第２反転電圧を利用して第２サンプリング電圧を２倍に増加させうる。

第４サンプリング部は第２フィードバック部から供給された第２反転電圧を利用して第２サンプリング電圧を２倍に増加させうる。

第４サンプリング部は、活性化された第３サンプリング部に第２フィードバック部から第２反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させうる。

第３サンプリング部は、活性化された第４サンプリング部に第２フィードバック部から第２反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させうる。

第３サンプリング部および第４サンプリング部は交互に活性化されうる。

第１入力電圧を第１サンプリング電圧と第１反転電圧としてそれぞれサンプリングし、第１入力電圧が遮断されている間に第１反転電圧をフィードバックして第１サンプリング電圧を２倍に増加させる第１サンプリング回路と、第２入力電圧を第２サンプリング電圧と第２反転電圧としてそれぞれサンプリングし、第２入力電圧が遮断されている間に第２反転電圧をフィードバックして第２サンプリング電圧を２倍に増加させる第２サンプリング回路と、第１および第２サンプリング電圧の差を出力する差動増幅回路と、を含みうる。

第２入力電圧は前記第１入力電圧と大きさが同じで、位相は逆でありうる。

第１サンプリング電圧は第１反転電圧と大きさが同じで位相が逆であり、第２サンプリング電圧は第２反転電圧と大きさが同じで位相が逆でありうる。

第１サンプリング回路および第２サンプリング回路は同時にサンプリング動作が行われうる。

また、本発明に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法は、第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階と、第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする段階と、第１入力電圧が遮断されている間に第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、第２入力電圧が遮断されている間に第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、第１サンプリング電圧および第２サンプリング電圧の差を出力する段階と、を含みうる。

第２入力電圧は第１入力電圧と大きさが同じで位相が逆でありうる。

第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階と第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする段階は同時に行われ、第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は同時に行われうる。

第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階は、第１サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第１反転電圧をサンプリングする段階を含みうる。

第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は、第１反転電圧をフィードバックして第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階を含みうる。

第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階は、交互に活性化される第１および第２サンプリング部により交互にサンプリングされうる。

第１サンプリング部または第２サンプリング部の内部の電荷は、それぞれ非活性化されている間に接地電圧により放電されうる。

第２入力電圧を第２サンプリング電圧にサンプリングする段階は、第２サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第２反転電圧をサンプリングする段階を含みうる。

第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は、第２反転電圧をフィードバックして第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階を含みうる。

第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする段階は、交互に活性化される第３および第４サンプリング部により交互にサンプリングされうる。

第３サンプリング部または第４サンプリング部の内部の電荷は接地電圧により放電されうる。

さらに、本発明に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法は、第１入力電圧を第１サンプリング電圧と第１反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階と、第２入力電圧を第２サンプリング電圧と第２反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階と、第１入力電圧が遮断されている間に第１反転電圧をフィードバックして第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、第２入力電圧が遮断されている間に第２反転電圧をフィードバックして第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、第１および第２サンプリング電圧の差を出力する段階と、を含みうる。

第２入力電圧は第１入力電圧と大きさが同じで位相が逆でありうる。

第１サンプリング電圧は第１反転電圧と大きさが同じで位相が逆であり、第２サンプリング電圧は第２反転電圧と大きさが同じで位相が逆でありうる。

第１入力電圧を第１サンプリング電圧と第１反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階と、第２入力電圧を第２サンプリング電圧と第２反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階は同時に行われうる。

第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は、同時に行われうる。

本発明によると、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器は１回の増幅段階と１回のサンプリング段階を通じて２倍の利得を得ることが可能となる。したがって、入力信号を高速で処理することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器は入力信号の差を２倍に増幅することを、１回のサンプリング段階と１回の増幅段階によって実現する。すなわち、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器は２倍の利得を得るために必要とする段階が、２回（１回の増幅段階および１回のサンプリング過程）でよいため、入力信号を高速で処理することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の回路図である。

図１を参考にすると、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は差動増幅回路１０、第１サンプリング回路２０、第２サンプリング回路３０を含む。

第１サンプリング回路２０は第１サンプリング部２０１、第２サンプリング部２０２、第１フィードバック部２０３を含み、第２サンプリング回路３０は第３サンプリング部３０１、第４サンプリング部３０２、第２フィードバック部３０３を含む。第１サンプリング部２０１および第２サンプリング部２０２は入力電圧ＶＩＮＰ（第１入力電圧）によって活性化され、各々の接地電圧ＧＮＤに接続され、第３サンプリング部３０１および第４サンプリング部３０２は入力電圧ＶＩＮＭ（第２入力電圧）によって活性化され、各々の接地電圧ＧＮＤに接続されている。入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭは、大きさは同じで位相は反対である。

第１サンプリング部２０１は第１サンプリングコンデンサーＣ１Ａ（以下、第１コンデンサーと称する）およびスイッチＳＡ、Ｓ１Ａ、Ｓ２Ｂを含み、第３サンプリング部３０１は第３サンプリングコンデンサーＣ１Ａ’（以下、第１コンデンサーと称する）およびスイッチＳＡ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ２Ｂ’を含む。第２サンプリング部２０２は第２サンプリングコンデンサーＣ１Ｂ（以下、第１コンデンサーと称する）およびスイッチＳＢ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａを含み、第４サンプリング部３０２は第４サンプリングコンデンサーＣ１Ｂ’（以下、第１コンデンサーと称する）およびスイッチＳＢ’、Ｓ１Ｂ’、Ｓ２Ａ’を含む。

第１フィードバック部２０３は第１フィードバックコンデンサーＣ２（以下、第２コンデンサーと称する）およびスイッチＳ１、Ｓ２を含み、第２フィードバック部３０３は第２フィードバックコンデンサーＣ２’（以下、第２コンデンサーと称する）、およびスイッチ等Ｓ１’、Ｓ２’を含む。

第１サンプリング回路２０および第２サンプリング回路３０の各コンデンサーＣ1Ａ、Ｃ1Ａ’、Ｃ１Ｂ、Ｃ１Ｂ’、Ｃ２、Ｃ２’は同じ容量値を有する。

第１サンプリング回路２０および第２サンプリング回路３０は各々に入力される入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭに応答して同時に動作する。したがって、第１サンプリング部２０１と第３サンプリング部３０１、第２サンプリング部２０２と第４サンプリング部３０２、そして、第１フィードバック部２０３と第２フィードバック部３０３は各々同時に動作する。第１サンプリング回路２０および第２サンプリング回路３０が同時に動作するので、スイッチＳ１、Ｓ２、ＳＡ、ＳＢ、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂと各々の対応するスイッチ等Ｓ１’、Ｓ２’、ＳＡ’、ＳＢ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ１Ｂ’、Ｓ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’は同時に動作する。すなわち、スイッチＳ１、Ｓ１’、スイッチＳ２、Ｓ２’、スイッチＳＡ、ＳＡ’、スイッチＳＢ、ＳＢ’、スイッチＳ１Ａ、Ｓ１Ａ、スイッチＳ１Ｂ、Ｓ１Ｂ’、スイッチＳ２Ａ、Ｓ２Ａ、スイッチＳ２Ｂ、Ｓ２Ｂ’は、各々同時に動作する。スイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ１’、スイッチＳ２’は各々二つのスイッチを指し。スイッチＳ２Ａ、スイッチＳ２Ｂ、スイッチＳ２Ａ’、スイッチＳ２Ｂ’は各々三つのスイッチを指す。

第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１が各々の対応する入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭに応答して活性化されるとき、第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２は非活性化される。入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭによって活性化された第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１は各々の対応する入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭをサンプリングする。すなわち、第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１は各々の対応する入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭをコンデンサーに充電する。このとき、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３は第１および第３サンプリング部２０１、３０１に充電された電荷の量と同じであって逆の極性を持つ誘導電荷が各々コンデンサーに充電される。第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１に充電された電荷による電圧は第１サンプリング電圧になる。このとき、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３に充電された電荷による電圧は第１反転電圧になる。

この後、入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭは遮断され、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３に充電された電荷は各々の対応する第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１に放電される。すなわち、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３に充電された電荷は各々の対応する第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１に供給される。このとき、サンプリング動作を実行しない第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２は内部の電荷を各々の接地電圧ＧＮＤで放電させる。

したがって、第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１は各々の対応する第１および第２フィードバック部２０３、３０３から供給された電荷によって、入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭによって充電された電荷量の２倍の電荷量が充電される。すなわち、第１サンプリング電圧のレベルは２倍になる。

差動増幅回路１０は第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１に充電された電圧の差を非反転出力端子と反転出力端子に各々出力する。このとき、差動増幅回路から出力される電圧は入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差の２倍になる。すなわち、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差を２倍に増幅し、増幅された信号を非反転出力端子と反転出力端子で出力する。したがって、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は２倍の利得を得る。差動増幅回路１０の非反転端子から出力される信号Ｖｏｐと反転端子から出力される信号Ｖｏｍは、大きさが同じで、位相が逆である。

第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２が各々の対応する入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭに応答して活性化されるとき、第１サンプリング部２０１および第３サンプリング部３０１は非活性化される。活性化された第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２は各々の対応する入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭをサンプリングして対応する入力電圧等ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭを充電する。このとき、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３は対応する第２および第４サンプリング部２０２、３０２に各々応答して第２、および第４サンプリング部２０２、３０２に充電された電荷の量と同じであって、逆の極性を持つ誘導電荷を各々コンデンサーに充電する。第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２に充電された電荷による電圧は第２サンプリング電圧になる。このとき、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３に充電された電荷による電圧は第２反転電圧になる。

この後、入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭは遮断され、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３に充電された電荷は各々の対応する第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２に放電される。すなわち、第１フィードバック部２０３および第２フィードバック部３０３に充電された電荷は各々の対応する第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２に伝送される。その結果、第２サンプリング部２０１および第４サンプリング部３０１は各々の対応する入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭによって充電された電荷量の２倍の電荷量が充電される。すなわち、第２サンプリング電圧のレベルは２倍になる。このとき、非活性化された第１サンプリング部２０２および第３サンプリング部３０２は内部の電荷を各々接地電圧ＧＮＤで放電させる。

差動増幅回路１０は第２サンプリング部２０２および第４サンプリング部３０２に充電された電圧の差を非反転出力端子と反転出力端子から出力する。このとき、差動増幅回路から出力される電圧は入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差の２倍になる。すなわち、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差を２倍に増幅し、増幅された信号を非反転出力端子と反転出力端子から出力する。したがって、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は２倍の利得を得る。差動増幅回路１０の非反転端子から出力される信号Ｖｏｐと反転端子から出力される信号Ｖｏｍは、大きさが同じで、位相が逆である。

前述したように、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は第１および第２入力電圧に応答して、第１および第３サンプリング回路２０１、３０１、そして、第１フィードバック部および第２フィードバック部２０３、３０３を利用してサンプリング動作と増幅動作を行い、２倍の利得を得る。このとき、非活性化された第２および第４サンプリング回路２０２、３０２の内部電荷は増幅動作の間に接地電圧ＧＮＤに放電される。

この後、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、第１および第２入力電圧に応答して、放電された第２および第４サンプリング回路２０２、３０２、そして、第１フィードバック部および第２フィードバック部２０３、３０３を利用してサンプリング動作と増幅動作を行い、２倍の利得を得る。このとき、非活性化された第１および第３サンプリング回路２０１、３０１の内部電荷は増幅動作の間に接地電圧ＧＮＤに放電される。容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００はこのようなサンプリング動作および増幅動作を繰り返す。

したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は１回のサンプリング動作段階と、１回の増幅動作段階を通じて入力信号等の差を２倍に増幅する。換言すると、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、入力信号等の差を２倍に増幅することを、１回のサンプリング動作と１回の増幅動作により実現する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、２倍の利得を得ることを２回の段階（１回の増幅段階および１回のサンプリング段階）で実現するため、入力信号を高速で処理することができる。

以下、図２〜図６を参照して本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の回路動作を、各スイッチのオン／オフ制御により容量素子バラツキ依存性のない説明する。

図２は図１に図示した本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作タイミング図である。

図３は図１に図示した本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の一番目のサンプリングを説明するためのスイッチ状態を示す図面である。

図２および図３を参考にして本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目のサンプリング動作を説明すると次の通りである。

図２に示したタイミング図のＡの区間でサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＡを行う場合、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００のスイッチＳ１、Ｓ１Ａ、ＳＡはターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）され、スイッチＳ２、ＳＢ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂはターンオフ（ｔｕｒｎ ｏｆｆ）される。

したがって、第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａの一端はスイッチＳ１Ａを通じって入力電圧ＶＩＮＰに接続され、他端はスイッチＳＡを通じて差動増幅器１０の反転入力端子に接続される。また、第１コンデンサーＣ１Ａの他端はスイッチＳＡ、Ｓ１を通じて第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２の他端に接続される。第１フィードバック部２０３の二つのスイッチＳ１は第２コンデンサーＣ２の両端に一つずつ接続される。第２コンデンサーＣ２の一端はスイッチＳ１を通じって差動増幅回路１０の非反転出力端子に接続され、他端はスイッチＳ１を通じて差動増幅回路１０の反転入力端子に接続されるので、差動増幅回路１０は第２コンデンサーＣ２を通じてフィードバックループを形成し、非反転入力端子（Ｎ１ノード）は仮想接地になる。かかる構成によって、第１サンプリング部２０１が入力電圧ＶＩＮＰに応答して活性化されるとき、第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａは入力電圧ＶＩＮＰによって電荷Ｑ１が充電され、第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２には第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａと極性が逆の誘導電荷が充電される。

第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２に充電された誘導電荷は第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａに充電された電荷Ｑ１によって形成されるので、第２コンデンサーＣ２には入力電圧ＶＩＮＰによって第１コンデンサーＣ１Ａに形成された電荷Ｑ１と同じ量の電荷Ｑ２が充電される。

入力電圧ＶＩＮＰが正電圧（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ）である場合、電荷Ｑ１が充電された第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａの一端は正電圧であり、他端は負電圧（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ）になる。コンデンサーＣ１Ａの他端が負電圧なので第１フィードバック部２０３の第２フィードバックコンデンサーＣ２の他端は第１コンデンサーＣ１Ａの他端と極性が逆の正電圧になる。第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２の他端が正電圧なので、第２コンデンサーＣ２の一端は負電圧になる。したがって、第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａと第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２に充電された電荷は同じ量であり、極性だけ逆になる。

第１サンプリング部２０１と第３サンプリング部３０１、第２サンプリング部２０２と第４サンプリング部３０２、そして、第１フィードバック部２０３と第２フィードバック部３０３は各々同時に動作する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＡの間に第２サンプリング回路３０のスイッチ等Ｓ１’、Ｓ１Ａ’、ＳＡ’はターンオンされ、スイッチ等Ｓ２’、ＳＢ’、Ｓ１Ｂ’、Ｓ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’はターンオフされる。

第２サンプリング回路３０のスイッチＳ１’、Ｓ２’、ＳＡ’、ＳＢ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ１Ｂ’、Ｓ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’のターンオン／オフおよび入力電圧ＶＩＮＭによるＶＩＮＭ、第３サンプリング部３０１の第１コンデンサーＣ１Ａ’と第２フィードバック部３０３第２コンデンサーＣ２’への充電の段階は、前述した第１サンプリング回路２０のスイッチ等Ｓ１、Ｓ２、ＳＡ、ＳＢ、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂのターンオン／オフと入力電圧ＶＩＮＰによる第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａと第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２への充電の段階と同様である。ただし、入力電圧等ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭは大きさが同じで、位相が逆なので、入力電圧ＶＩＮＰが正電圧である場合、入力電圧ＶＩＮＭは負電圧になる。入力電圧ＶＩＮＭが負電圧である場合、電荷Ｑ１が充電された第３サンプリング部３０１の第１コンデンサーＣ１Ａ’の一端は負電圧であり、他端は正電圧になる。コンデンサーＣ１Ａ’の他端が正電圧なので第２フィードバック部３０３の第２フィードバックコンデンサーＣ２’の他端は第１コンデンサーＣ１Ａ’の他端と極性が逆の負電圧になる。第２フィードバック部３０３の第２コンデンサーＣ２’の他端が負電圧なので、第２コンデンサーＣ２’の一端は正電圧になる。

したがって、第３サンプリング部３０１の第１コンデンサーＣ１Ａ’は入力電圧ＶＩＮＭによって電荷Ｑ１’が充電され、第２フィードバック部３０３、第２コンデンサーＣ２’は第１コンデンサーＣ１Ａ’に充電された電荷Ｑ１’と位相が逆で同じ量の電荷Ｑ２’が充電される。

図４は図１に示した本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の一番目の増幅を説明するためのスイッチ状態を示す図面である。

図２および図４を参考にして本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡを説明すると次の通りである。

図２に示したタイミング図のＡの区間で増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡを行う場合、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００のスイッチＳ２、Ｓ２Ａ、ＳＡはターンオンされ、スイッチＳ１、ＳＢ、Ｓ１Ａ、Ｓ２Ｂ、Ｓ１Ｂはターンオフされる。

第１フィードバック部２０３の二つのスイッチＳ２は第２コンデンサーＣ２の両端に一つずつ接続される。すなわち、第２コンデンサーＣ２の他端はスイッチＳ２を通じて接地電圧ＧＮＤに接続され、一端はスイッチＳ２を通じて差動増幅器１０の反転入力端子に接続される。また、第２コンデンサーＣ２の一端はスイッチＳ２、ＳＡを通じて第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａの他端に接続される。第１コンデンサーＣ１Ａの他端はスイッチＳＡを通じて差動増幅器１０の反転入力端子に接続され、一端はスイッチＳ２Ａを通じて差動増幅器１０の非反転出力端子に接続される。したがって、差動増幅器１０は第１コンデンサーＣ１Ａを通じてフィードバックループを形成する。このとき、第２サンプリング部２０２の二つのスイッチＳ２ＡはコンデンサーＣ１Ｂの両端に一つずつ接続され、コンデンサーＣ１Ｂの両端はスイッチＳ２Ａを通じて各々接地電圧ＧＮＤに接続される。

第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａと第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２は同じ容量値であり、極性が逆の電荷が充電される。入力電圧ＶＩＮＰが正電圧である場合、第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａの一端は正電圧であり、他端は負電圧になる。したがって、第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２の他端は第１コンデンサーＣ１Ａの他端と極性が逆の正電圧になり、第２コンデンサーＣ２の一端は負電圧になる。この場合、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡで、第２コンデンサーＣ２の他端の正電荷はスイッチＳ２を通じて接地電圧ＧＮＤで放電される。第２コンデンサーＣ２の他端の正電荷はスイッチＳ２を通じて接地電圧ＧＮＤで放電されるので、第２コンデンサーＣ２の一端の負電荷は電荷量の保存法則によってスイッチＳ２、ＳＡを通じて第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａに放電される。すなわち、第２コンデンサーＣ２の一端の負電荷はスイッチＳ２、ＳＡを通じて第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａに伝送される。第１コンデンサーＣ１Ａは負電圧である他端から第２コンデンサーＣ２の負電荷が伝送されるので、第１コンデンサーＣ１Ａに充電される電荷Ｑ1＋Ｑ２の電荷量は本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＡから第１コンデンサーＣ１Ａに充電された電荷Ｑ１の電荷量の２倍になる。

第１サンプリング部２０１と第３サンプリング部３０１、第２サンプリング部２０２と第４サンプリング部３０２、そして、第１フィードバック部２０３と第２フィードバック部３０３は各々同時に動作する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｌｉｎｇＡの間に第２サンプリング回路３０のスイッチＳ２’、Ｓ２Ａ’、ＳＡ’はターンオンされ、スイッチＳ１’、ＳＢ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ２Ｂ’、Ｓ１Ｂ’はターンオフされる。

第２サンプリング回路３０のスイッチ等Ｓ１’、Ｓ２’、ＳＡ’、ＳＢ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ１Ｂ’、Ｓ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’のターンオン／オフによって、第２フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２’から放電される電荷が第３サンプリング部３０１の第１コンデンサーＣ１Ａ’に充電される段階は、前述した、第１サンプリング回路２０のスイッチＳ１、Ｓ２、ＳＡ、ＳＢ、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂのターンオン／オフによって、第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２から放電される電荷が第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａに充電される段階と同様であり、位相が逆になる。

したがって、第３サンプリング部３０１の第１コンデンサーＣ１Ａ’は第２フィードバック部３０３の第２コンデンサーＣ２’が放電する電荷Ｑ２’により充電されるので、第２サンプリング部３０１のコンデンサーＣ１Ａ’に充電された電荷Ｑ１’＋Ｑ２’の電荷量は本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目のサンプリング動作で第２サンプリング部３０１のコンデンサーＣ１Ａ’に充電された電荷Ｑ１’の量の２倍になる。

結果的に、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡでコンデンサーＣ１ＡおよびコンデンサーＣ１Ａ’に充電される電荷量は本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＡでコンデンサーＣ１ＡおよびコンデンサーＣ１Ａ’に充電された電荷量の２倍になる。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡの間に差動増幅回路１０の反転入力端子と非反転出力端子は第１サンプリング部２０１のコンデンサーＣ１Ａを通じてフィードバックループを形成し、非反転入力端子と反転出力端子は第３サンプリング部３０１のコンデンサーＣ１Ａ’を通じてフィードバックループを形成する。したがって、差動増幅回路１０は第１サンプリング部２０１のコンデンサーＣ１Ａおよび第３サンプリング部３０１のコンデンサーＣ１Ａ’に充電された電圧の差を非反転出力端子と反転出力端子において出力する。このとき、差動増幅回路から出力される電圧は入力電圧等ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差の２倍になる。すなわち、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は入力電圧等ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差を２倍に増幅し、増幅された信号を非反転出力端子と反転出力端子において出力する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は２倍の利得を得る。差動増幅回路１０の非反転端子から出力される信号Ｖｏｐと反転端子から出力される信号Ｖｏｍは、大きさは同じで、位相は逆である。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は図２に示したＡの区間で１回のサンプリング動作段階と、１回の増幅動作段階を通じて入力信号の差を２倍に増幅する。したがって、入力信号の差を２倍に増幅するために、１回のサンプリング段階と１回の増幅段階を経る。したがって本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、２回の段階（１回の増幅段階および１回のサンプリング段階）によって２倍の利得を実現するので、入力信号を高速で処理することができる。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡの後、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は先述したサンプリング動作と増幅動作を繰り返す。しかし、一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡの後、第１コンデンサー等Ｃ１Ａ、Ｃ１Ａ’は電荷が充電された状態なので、第１コンデンサーＣ１Ａ、Ｃ１Ａ’を利用して再度サンプリング動作と増幅動作を実行すれば、第１コンデンサーＣ１Ａ、Ｃ１Ａ’に充電される電荷量は引き続き増加することとなる。

したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡの間に、第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂの電荷をスイッチＳ２Ａを通じて接地電圧ＧＮＤで放電させ、第４サンプリング部３０２の第１コンデンサーＣ１Ｂ’の電荷をスイッチＳ２Ａ’を通じて接地電圧ＧＮＤで放電させる。そして、その後、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目のサンプリング動作ｓｍａｐｌｉｎｇＢで容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡの間に放電されたコンデンサーＣ１Ｂ、Ｃ１Ｂ’を利用する。この動作に関しては以下に詳細に説明する。

図５は図１に示した本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の二番目のサンプリングを説明するためのスイッチング状態を表す図面である。

図２および図５を参照して本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＢを説明する。

図２に示したタイミング図のＢの区間でサンプリングｓｍａｐｌｉｎｇＢを行うとき、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００のスイッチＳ１、Ｓ１Ｂ、ＳＢはターンオンされ、スイッチＳ２、ＳＡ、Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂはターンオフされる。

したがって、第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂの一端はスイッチＳ１Ｂを通じて入力電圧ＶＩＮＰに接続され、他端はスイッチＳＢを通じて差動増幅回路１０の反転入力端子に接続される。また、第１コンデンサーＣ１Ｂの他端はスイッチＳＢ、Ｓ１を通じって第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２の他端に接続される。第１フィードバック部２０３の二つのスイッチＳ１は第２コンデンサーＣ２の両端に一つずつ接続される。第２コンデンサーＣ２の一端はスイッチＳ１を通じて差動増幅器１０の非反転出力端子に接続され、他端はスイッチＳ１を通じて差動増幅器１０の反転入力端子に接続されるので、差動増幅回路１０は第２コンデンサーＣ２を通じてフィードバックループを形成し、非反転入力端子（Ｎ１ノード）は仮想接地になる。かかる構成によって、第２サンプリング部２０２が入力電圧ＶＩＮＰに応答して活性化される場合、第２サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ｂは入力電圧ＶＩＮＰによって電荷Ｑ１が充電され、第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２には第１コンデンサーＣ１Ｂと極性が反対の誘導電荷が流れる。第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２に流れる誘導電荷はコンデンサーＣ１Ｂに充電された電荷Ｑ１によって形成されるので、第２コンデンサーＣ２には入力電圧ＶＩＮＰによって第１コンデンサーＣ１Ｂに形成された電荷Ｑ１と同じ量の電荷Ｑ２が充電される。

入力電圧ＶＩＮＰが正電圧である場合、電荷Ｑ１が充電された第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂの一端は正電圧であり、他端は負電圧になる。コンデンサーＣ１Ｂの他端が負電圧なので第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２の他端はコンデンサーＣ１Ｂの他端と極性が反対である正電圧になり、第２コンデンサーＣ２の他端が正電圧なので、第２コンデンサーＣ２の一端は負電圧になる。したがって、第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂと第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２に充電された電荷は同じ量であり、極性が逆になる。

第１サンプリング部２０１と第３サンプリング部３０１、第２サンプリング部２０２と第４サンプリング部３０２、そして、第１フィードバック部２０３と第２フィードバック部３０３は各々同時に動作する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＢの間にスイッチ等Ｓ１’、Ｓ１Ｂ’、ＳＢ’はターンオンされ、スイッチ等Ｓ２’、ＳＡ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’はターンオフされる。

第２サンプリング回路３０のスイッチＳ１’、Ｓ２’、ＳＡ’、ＳＢ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ１Ｂ’、Ｓ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’のターンオン／オフと、入力電圧ＶＩＮＭによって第４サンプリング部３０２の第１コンデンサーＣ１Ｂ’と第２フィードバック部３０３の第２コンデンサーＣ２’に電荷が充電される段階は、前述した、第１サンプリング回路２０のスイッチＳ１、Ｓ２、ＳＡ、ＳＢ、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂのターンオン／オフと、入力電圧ＶＩＮＰによって第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂと第２フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２に電荷が充電される段階と同様である。ただし、入力電圧ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭは、大きさは同じで、位相が逆なので、入力電圧ＶＩＮＰが正電圧であるとき、入力電圧ＶＩＮＭは負電圧になる。入力電圧ＶＩＮＭが負電圧であるとき、電荷Ｑ１が充電された第４サンプリング部３０２の第１コンデンサーＣ１Ａ’の一端は負電圧であり、他端は正電圧になる。第１コンデンサーＣ１Ａ’の他端が正電圧なので第２フィードバック部３０３の第２フィードバックコンデンサーＣ２’の他端は第１コンデンサーＣ１Ａ’の他端と極性が反対である負電圧になる。第２フィードバック部３０３の第２コンデンサーＣ２’の他端が負電圧なので、第２コンデンサーＣ２’の一端は正電圧になる。

したがって、第４サンプリング部３０２の第１コンデンサーＣ１Ｂ’は入力電圧ＶＩＮＭによって電荷Ｑ１’が充電され、第２フィードバック部３０３の第２コンデンサーＣ２’はコンデンサーＣ１Ｂ’に充電された電荷Ｑ１’と位相が逆で、同じ電荷量の電荷Ｑ２’が充電される。

図６は図１に示した本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の二番目の増幅を説明するためのスイッチング状態を示す図面である。

図２および図６を参考にして本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＢについて説明する。

図２に示したタイミング図のＢの区間で増幅ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＢを行うとき、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００のスイッチＳ２、Ｓ２Ｂ、ＳＢはターンオンされ、スイッチＳ１、ＳＡ、Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａ、Ｓ１Ｂはターンオフされる。

したがって、第１フィードバック部２０３の二つのスイッチＳ２は第２コンデンサーＣ２の両端に一つずつ接続され、第２コンデンサーＣ２の他端はスイッチＳ２を通じて接地に接続され、一端はスイッチＳ２を通じて差動増幅回路１０の反転入力端子に接続される。また、第２コンデンサーＣ２の一端はスイッチＳ２、ＳＢによって第２サンプリング部２０２のコンデンサーＣ１Ｂの他端に接続される。第２サンプリング部２０２のコンデンサーＣ１Ｂの他端はスイッチＳＢを通じて差動増幅回路１０の反転入力端子に接続され、一端はスイッチＳ２Ｂを通じて差動増幅回路１０の非反転出力端子に接続されるので差動増幅回路１０はコンデンサーＣ１Ｂを通じてフィードバックループを形成する。このとき、第１サンプリング部２０１の二つのスイッチＳ２ＢはコンデンサーＣ１Ａの両端に一つずつ接続され、コンデンサーＣ１Ａの両端はスイッチＳ２Ｂを通じて各々の接地電圧ＧＮＤに接続される。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＢで、第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂと第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２は同じ容量値で、極性が逆の電荷が充電される。入力電圧ＶＩＮＰが正電圧であるとき、コンデンサーＣ１Ｂの一端は正電圧であり、他端は負電圧になる。したがって、第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２の他端は第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂの他端と極性が逆である正電圧になり、第２コンデンサーＣ２の一端は負電圧になる。

このとき、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＢで、第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２の他端の正電荷はスイッチＳ２を通じて接地電圧ＧＮＤにより放電される。第２コンデンサーＣ２の他端の正電荷はスイッチＳ２を通じて接地電圧ＧＮＤにより放電されるので、第２コンデンサーＣ２の一端の負電荷は電荷量の保存法則によってスイッチＳ２、ＳＢを通じて第２サンプリング部２０２の第２コンデンサーＣ１Ｂに放電される。すなわち、第２コンデンサーＣ２の一端の負電荷はスイッチＳ２、ＳＢを通じて第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂに伝送される。第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂは負電圧である他端から第２コンデンサーＣ２の負電荷が伝送されるので、第１コンデンサーＣ１Ｂに充電される電荷Ｑ1＋Ｑ２の電荷量は本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目のサンプリング動作で第１コンデンサーＣ１Ｂに充電された電荷Ｑ１の量の２倍になる。

第１サンプリング部２０１と第３サンプリング部３０１、第２サンプリング部２０２と第４サンプリング部３０２、そして、第１フィードバック部２０３と第２フィードバック部３０３は各々同時に動作する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｌｉｎｇＢの間に、スイッチ等Ｓ２’、Ｓ２Ａ’、ＳＡ’はターンオンされ、スイッチＳ１’、ＳＢ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ２Ｂ’、Ｓ１Ｂ’はターンオフされる。

第２サンプリング回路３０のスイッチＳ１’、Ｓ２’、ＳＡ’、ＳＢ’、Ｓ１Ａ’、Ｓ１Ｂ’、Ｓ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’のターンオン／オフによって、第２フィードバック部３０３の第２コンデンサーＣ２’から放電される電荷Ｑ２’が第４サンプリング部３０２の第１コンデンサーＣ１Ｂ’に充電される段階は、前述した、第１サンプリング回路２０のスイッチＳ１、Ｓ２、ＳＡ、ＳＢ、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂのターンオン／オフによって、第１フィードバック部２０３の第２コンデンサーＣ２から放電される電荷Ｑ２が第２サンプリング部２０２の第１コンデンサーＣ１Ｂに充電される段階と同様であり、位相が逆になる。したがって、第４サンプリング部３０２の第１コンデンサーＣ１Ｂ’は第２フィードバック部３０３の第２コンデンサーＣ２’から放電される電荷Ｑ２’により充電されるので、第１コンデンサーＣ１Ｂ’に充電された電荷Ｑ１’＋Ｑ２’の電荷量は本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＢで第１コンデンサーＣ１Ｂ’に充電された電荷Ｑ１’の電荷量の２倍になる。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＢで第１コンデンサーＣ１Ｂおよび第１コンデンサーＣ１Ｂ’に充電される電荷量は容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目のサンプリング動作ｓａｍｐｌｉｎｇＢで第１コンデンサーＣ１ＢおよびコンデンサーＣ１Ｂ’に充電された電荷量の２倍になる。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡの間に差動増幅回路１０の反転入力端子と非反転出力端子は第２サンプリング部２０２のコンデンサーＣ１Ｂを通じてフィードバックのループを形成し、非反転入力端子と反転出力端子は第４サンプリング部３０２のコンデンサーＣ１Ｂ’を通じてフィードバックループを形成する。したがって、差動増幅回路１０はコンデンサーＣ１ＢおよびコンデンサーＣ１Ｂ’に充電された電圧の差を非反転出力端子と反転出力端子において出力する。このとき、差動増幅回路１０から出力される電圧は入力電圧等ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差の２倍になる。すなわち、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は入力電圧等ＶＩＮＰ、ＶＩＮＭの差を２倍に増幅し、増幅された信号を非反転出力端子と反転出力端子において出力する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は２倍の利得を得る。差動増幅回路１０の非反転端子から出力される信号Ｖｏｐと反転端子から出力される信号Ｖｏｍは、大きさは同じで位相は逆である。

このとき、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００の二番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＢの間に、第１サンプリング部２０１の第１コンデンサーＣ１Ａに充電されている電荷をスイッチ等Ｓ２Ｂを通じて接地電圧ＧＮＤにより放電させ、第３サンプリング部３０１の第１コンデンサーＣ１Ａ’に充電されている電荷をスイッチ等Ｓ２Ａ’を通じて接地電圧ＧＮＤにより放電させる。この後、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は一番目の増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡを実行し、二番目の増幅動作の間に放電されたコンデンサー等Ｃ１Ａ、Ｃ１Ａ’を利用して２倍の利得を得るためにサンプリング動作と増幅動作を実行する。

本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は図２に示したＢの区間で１回のサンプリング動作段階と、１回の増幅動作段階を通じて入力信号の差を２倍に増幅する。したがって、入力信号の差を２倍に増幅するために、１回のサンプリング段階と１回の増幅段階を実施する。したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、２回の段階（１回の増幅段階および１回のサンプリング段階）によって２倍の利得を実現するため入力信号を高速で処理することができる。

結果的に、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は第１コンデンサーＣ１Ａ、Ｃ１Ａ’および第２コンデンサーＣ２、Ｃ２’を利用してサンプリング動作と増幅動作を行い、２倍の利得を得る一方、第１コンデンサーＣ１Ａ、Ｃ１Ａ’および第２コンデンサーＣ２、Ｃ２’を利用して増幅動作が行われる間に、第１コンデンサーＣ２Ｂ、Ｃ２Ｂ’を接地電圧ＧＮＤにより放電させる。本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、次の段階で、放電された第１コンデンサーＣ１Ｂ、Ｃ１Ｂ’および第２コンデンサーＣ２、Ｃ２’を利用してサンプリング動作と増幅動作を行って２倍の利得を得る一方、第１コンデンサーＣ１Ｂ、Ｃ１Ｂ’および第２コンデンサーＣ２、Ｃ２’を利用して増幅動作が行われる間に、第１コンデンサーＣ１Ａ、Ｃ１Ａ’を接地電圧ＧＮＤにおいて放電させる。この後、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は図２に示したように、サンプリング動作ｓｍａｐｌｉｎｇＡ、増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＡ、サンプリング動作ｓｍａｐｌｉｎｇＢ、そして、増幅動作ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇＢを繰り返す。

したがって、本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は１回のサンプリング動作過程と、１回の増幅動作過程を通じて入力信号の差を２倍に増幅する。すなわち、容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、入力信号の差を２倍に増幅することを、１回のサンプリング段階と１回の増幅段階により実現する。したがって本発明の実施形態に係る容量素子バラツキ依存性のないＳＣ増幅器１００は、２回の段階（１回の増幅段階および１回のサンプリング段階）により２倍の利得を得るため、入力信号を高速で処理することができる。

以上、望ましい実施形態により本発明を説明したが、本発明の範囲は開示された実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は実施形態の多様な変形または均等な他の構成も含まれる。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づき定められる。

本発明の実施例による容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の回路図である。 図１に図示された容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作タイミング図である。 図１に図示された容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の一番目のサンプリングを説明するためのスイッチング状態を示す図面である。 図１に図示された容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の一番目の増幅を説明するためのスイッチング状態を示す図面である。 図１に図示された容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の二番目のサンプリングを説明するためのスイッチング状態を示す図面である。 図１に図示された容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の二番目の増幅を説明するためのスイッチング状態を示す図面である。

符号の説明

１００ 容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器、
１０ 差動増幅回路、
２０ 第１サンプリング回路、
３０ 第２サンプリング回路、
２０１ 第１サンプリング部、
２０２ 第２サンプリング部、
２０３ 第１フィードバック部、
３０１ 第３サンプリング部、
３０２ 第４サンプリング部、
３０３ 第２フィードバック部。

Claims (35)

1. 第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングした後、前記第１入力電圧が遮断されている間に前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させる第１サンプリング回路と、
   第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングした後、前記第２入力電圧が遮断されている間に前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させる第２サンプリング回路と、
   前記第１サンプリング電圧および前記第２サンプリング電圧の差を出力する差動増幅回路と、
   を含むことを特徴とする容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
2. 前記第２入力電圧は前記第１入力電圧と大きさが同じで位相が逆であることを特徴とする請求項１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
3. 前記第１サンプリング回路および前記第２サンプリング回路は同時にサンプリング動作が行われることを特徴とする請求項１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
4. 前記第１サンプリング回路は、
   前記第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする第１サンプリング部と、
   前記第１サンプリング部が非活性化されている間に前記第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする第２サンプリング部と、
   前記第１サンプリング部および前記第２サンプリング部のいずれか一つがサンプリング動作をしている間に前記第１サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第１反転電圧をサンプリングする第１フィードバック部と、を含み、
   前記第１フィードバック部は前記第１入力電圧が遮断されている間に前記サンプリングされた第１反転電圧を前記第１サンプリング部および前記第２サンプリング部のいずれか一つに供給することを特徴とする請求項１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
5. 前記第１サンプリング部は前記第１フィードバック部から供給された前記第１反転電圧を利用して前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させることを特徴とする請求項４に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
6. 前記第２サンプリング部は前記第１フィードバック部から供給された前記第１反転電圧を利用して前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させることを特徴とする請求項４に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
7. 前記第２サンプリング部は、前記第１サンプリング部に前記第１フィードバック部から前記第１反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させることを特徴とする請求項４に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
8. 前記第１サンプリング部は、前記第２サンプリング部に前記第１フィードバック部から前記第１反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させることを特徴とする請求項４に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
9. 前記第１サンプリング部および前記第２サンプリング部は交互に活性化されることにより交互にサンプリングすることを特徴とする請求項４に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
10. 前記第２サンプリング回路は、
    前記第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする第３サンプリング部と、
    前記第３サンプリング部が非活性化されている間に前記第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする第４サンプリング部と、
    前記第３サンプリング部および前記第４サンプリング部のいずれか一つのサンプリング動作が行われている間に前記第２サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第２反転電圧をサンプリングする第２フィードバック部と、を含み、
    前記第２フィードバック部は前記第２入力電圧が遮断されている間に前記サンプリングされた第２反転電圧を前記第３サンプリング部および前記第４サンプリング部のいずれか一つに供給することを特徴とする請求項１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
11. 前記第３サンプリング部は前記第２フィードバック部から供給された前記第２反転電圧を利用して前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させることを特徴とする請求項１０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
12. 前記第４サンプリング部は前記第２フィードバック部から供給された前記第２反転電圧を利用して前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させることを特徴とする請求項１０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
13. 前記第４サンプリング部は、活性化された前記第３サンプリング部に前記第２フィードバック部から前記第２反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させることを特徴とする請求項１０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
14. 前記第３サンプリング部は、活性化された前記第４サンプリング部に前記第２フィードバック部から前記第２反転電圧が供給されている間、内部の電荷を接地電圧により放電させることを特徴とする請求項１０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
15. 前記第３サンプリング部および前記第４サンプリング部は交互に活性化されることにより交互にサンプリングすることを特徴とする請求項１０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
16. 第１入力電圧を第１サンプリング電圧と第１反転電圧としてそれぞれサンプリングし、前記第１入力電圧が遮断されている間に前記第１反転電圧をフィードバックして前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させる第１サンプリング回路と、
    第２入力電圧を第２サンプリング電圧と第２反転電圧としてそれぞれサンプリングし、前記第２入力電圧が遮断されている間に前記第２反転電圧をフィードバックして前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させる第２サンプリング回路と、
    前記第１および第２サンプリング電圧の差を出力する差動増幅回路と、
    を含むことを特徴とする容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
17. 前記第２入力電圧は前記第１入力電圧と大きさが同じで、位相は逆であることを特徴とする請求項１６に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
18. 前記第１サンプリング電圧は第１反転電圧と大きさが同じで位相が逆であり、前記第２サンプリング電圧は第２反転電圧と大きさが同じで位相が逆であることを特徴とする請求項１６に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
19. 前記第１サンプリング回路および前記第２サンプリング回路は同時にサンプリング動作が行われることを特徴とする請求項１６に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器。
20. 第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階と、
    第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする段階と、
    前記第１入力電圧が遮断されている間に前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、
    前記第２入力電圧が遮断されている間に前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、
    前記第１サンプリング電圧および前記第２サンプリング電圧の差を出力する段階と、
    を含むことを特徴とする容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
21. 前記第２入力電圧は前記第１入力電圧と大きさが同じで位相が逆であることを特徴とする請求項２０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
22. 第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階と第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする段階は同時に行われ、前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は同時に行われることを特徴とする請求項２０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
23. 前記第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階は、第１サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第１反転電圧をサンプリングする段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
24. 前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は、前記第１反転電圧をフィードバックして第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
25. 前記第１入力電圧を第１サンプリング電圧としてサンプリングする段階は、交互に活性化される第１および第２サンプリング部により交互にサンプリングされることを特徴とする請求項２０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
26. 第１サンプリング部または第２サンプリング部の内部の電荷は、それぞれ非活性化されている間に接地電圧により放電されることを特徴とする請求項２５に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
27. 前記第２入力電圧を第２サンプリング電圧にサンプリングする段階は、第２サンプリング電圧と大きさが同じで位相が逆の第２反転電圧をサンプリングする段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
28. 前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は、前記第２反転電圧をフィードバックして第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
29. 前記第２入力電圧を第２サンプリング電圧としてサンプリングする段階は、交互に活性化される第３および第４サンプリング部により交互にサンプリングされることを特徴とする請求項２０に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
30. 第３サンプリング部または第４サンプリング部の内部の電荷は接地電圧により放電されることを特徴とする請求項２９に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
31. 第１入力電圧を第１サンプリング電圧と第１反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階と、
    第２入力電圧を第２サンプリング電圧と第２反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階と、
    前記第１入力電圧が遮断されている間に前記第１反転電圧をフィードバックして前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、
    前記第２入力電圧が遮断されている間に前記第２反転電圧をフィードバックして前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、
    前記第１および第２サンプリング電圧の差を出力する段階と、
    を含むことを特徴とする容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
32. 前記第２入力電圧は前記第１入力電圧と大きさが同じで位相が逆であることを特徴とする請求項３１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
33. 前記第１サンプリング電圧は第１反転電圧と大きさが同じで位相が逆であり、前記第２サンプリング電圧は第２反転電圧と大きさが同じで位相が逆であることを特徴とする請求項３１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
34. 第１入力電圧を第１サンプリング電圧と第１反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階と、第２入力電圧を第２サンプリング電圧と第２反転電圧としてそれぞれサンプリングする段階は同時に行われることを特徴とする請求項３１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。
35. 前記第１サンプリング電圧を２倍に増加させる段階と、前記第２サンプリング電圧を２倍に増加させる段階は、同時に行われることを特徴とする請求項３１に記載の容量素子バラツキ依存性のないスイッチドキャパシタ増幅器の動作方法。