JP2008172690A

JP2008172690A - 演算増幅回路および演算増幅回路のオフセット調整方法

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Publication number: JP2008172690A
Application number: JP2007005787A
Authority: JP
Inventors: Teru Kawamoto; 輝川本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】応答性を低下させることなく、高精度でオフセット電圧を調整できるようにする。
【解決手段】第１の入力端子ＩＮ１と非反転入力端子ＩＮＰとの間に、第１の入力抵抗３００に替えて抵抗値の異なる第１のオフセット調整用抵抗３０２を接続させるとともに、第２の入力端子ＩＮ２と反転入力端子ＩＮＭとの間に、第２の抵抗３０１に替えて抵抗値の異なる第２のオフセット調整用抵抗３０３を接続させて、増幅度を大きくする切替回路４００、４０１を備える。オフセット調整時に、切替回路４００、４０１を切り替えて増幅度を大きくし、演算増幅器１００の内部のオフセット調整用の可変抵抗を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、演算増幅回路および演算増幅回路のオフセット調整方法に関する。

従来、演算増幅回路として、演算増幅器の入力オフセット電圧を検出する検出回路と、この検出回路出力のオフセット電圧を電流に変換する変換回路と、変換回路の出力を受けてゲインの設定とともに出力電圧を調整する調整回路を備え、入力オフセット電圧が生じた場合でも、入力オフセット電圧を増幅度倍した電圧分だけ引いた電圧が出力されるように調整回路を調整することで、入力オフセット電圧に関係なく安定した出力が得られるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。この演算増幅回路は、調整回路から出力される電圧が演算増幅器の入力端子にフィードバックされる構成となっている。
特開平６−６１７５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の演算増幅回路は、調整回路から出力される電圧を演算増幅器の入力端子にフィードバックするように構成されているため、入力に対する出力応答性が低下してしまうといった問題がある。

本発明は上記問題に鑑みたもので、応答性を低下させることなく、高精度でオフセット電圧を調整できるようにすることを目的とする。

本発明の第１の特徴は、オフセット電圧を調整するための可変抵抗（１０５、１０６）を有する演算増幅器（１００）と、第１の入力端子（ＩＮ１）と演算増幅器の非反転入力端子（ＩＮＰ）間に設けられた第１の入力抵抗（３００）と、第２の入力端子（ＩＮ２）と演算増幅器の反転入力端子（ＩＮＭ）間に設けられた第２の入力抵抗（３０１）と、演算増幅器の出力端子（ＯＵＴ）と反転入力端子と間に配置された帰還抵抗（２００）と、を備えた演算増幅回路であって、第１の入力端子と非反転入力端子との間に、第１の入力抵抗（３００）に替えて第１の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第１のオフセット切替抵抗（３０２）を接続させるとともに、第２の入力端子と反転入力端子との間に、第２の抵抗（３０１）に替えて第２の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第２のオフセット切替抵抗（３０３）を接続させて、増幅度を大きくする切替回路（４００、４０１）を備えたことである。

このような構成では、オフセット電圧の調整時に、第１の入力端子と非反転入力端子との間に、第１の入力抵抗（３００）に替えて第１の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第１のオフセット切替抵抗（３０２）を接続させるとともに、第２の入力端子と反転入力端子との間に、第２の抵抗（３０１）に替えて第２の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第２のオフセット切替抵抗（３０３）を接続させて、増幅度を大きくすることができるので、オフセット電圧を大きな増幅率で増幅させて可変抵抗を調整することができ、特許文献１に記載の演算増幅回路のように応答性を低下させることなく、高精度でオフセット電圧を調整することができる。

本発明の第２の特徴は、第１の入力端子と反転入力端子との間に、第１の入力抵抗（３００）に替えて第１の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第１のオフセット切替抵抗（３０２）を接続させるとともに、第２の入力端子と反転入力端子との間に、第２の入力抵抗（３０１）に替えて第２の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第２のオフセット切替抵抗（３０３）を接続させて、増幅度を大きくする切替回路（４００、４０１）を用いて、オフセット調整時に、増幅度を大きくしてオフセット電圧を調整するための可変抵抗の抵抗値を調整し、オフセット調整後に、切替回路によって切り替えられた抵抗の接続状態を元に戻すことである。

このように、第１の入力端子と反転入力端子との間に、第１の入力抵抗（３００）に替えて第１の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第１のオフセット切替抵抗（３０２）を接続させるとともに、第２の入力端子と反転入力端子との間に、第２の入力抵抗（３０１）に替えて第２の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第２のオフセット切替抵抗（３０３）を接続させて、増幅度を大きくする切替回路（４００、４０１）を用いて、オフセット調整時に、増幅度を大きくして可変抵抗の抵抗値を調整し、オフセット調整後に、切替回路によって切り替えられた抵抗の接続状態を元に戻すことにより、特許文献１に記載の演算増幅回路のように応答性を低下させることなく、高精度でオフセット電圧を調整することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る演算増幅回路の構成を図１に示す。本演算増幅回路１は、第１の入力端子ＩＮ１と、第２の入力端子ＩＮ２間の電圧差を差動増幅する差動増幅回路として動作する。

本演算増幅回路１は、演算増幅器１００、第１の入力抵抗３００、第２の入力抵抗３０１、帰還抵抗２００、第１のオフセット切替抵抗３０２、第２のオフセット切替抵抗３０３および抵抗２０１を備えている。

演算増幅器１００の反転入力端子ＩＮＭと出力端子ＯＵＴとの間に、帰還抵抗２００が設けられている。

演算増幅器１００の非反転入力端子ＩＮＰは、スイッチ４００と第１の入力抵抗３００を介して第１の入力端子ＩＮ１に接続されるようになっている。そして、スイッチ４００を切り替えることにより、演算増幅器１００の非反転入力端子ＩＮＰは、第１のオフセット切替抵抗３０２を介して第１の入力端子ＩＮ１に接続されるようになっている。

また、演算増幅器１００の反転入力端子ＩＮＰは、スイッチ４０１と第２の入力抵抗３０１を介して第２の入力端子ＩＮ２に接続されるようになっている。そして、スイッチ４０２を切り替えることにより、演算増幅器１００の反転入力端子ＩＮＭは、第２のオフセット切替抵抗３０３を介して第２の入力端子ＩＮ２に接続されるようになっている。

なお、帰還抵抗２００の抵抗値は、３０ｋオーム、第１、第２の入力抵抗３００、３０１の抵抗値は、それぞれ１００ｋオーム、第１、第２のオフセット切替抵抗３０２、３０３の抵抗値は、それぞれ３００オームとなっている。

通常時、スイッチ４００は、第１の入力抵抗３００側に接続され、スイッチ４０１は、第２の入力抵抗３０１側に接続される。このとき、第１の入力抵抗３００の抵抗値をＲ１、帰還抵抗２００の抵抗値をＲｆとすると、本演算増幅回路１の増幅度は、Ｒｆ／Ｒ１＝３０ｋ／１００ｋ＝０．３となる。このように、本演算増幅回路１の増幅度は、１よりも小さく設定されて用いられる。

また、オフセット調整時には、スイッチ４００は、第１の入力抵抗３０３側に接続され、スイッチ４０１は、第２の入力抵抗３０３側に接続される。このとき、第１のオフセット調整用３０２の抵抗値をＲｏｆｆ１、帰還抵抗２００の抵抗値をＲｆとすると、本演算増幅回路１の増幅度は、Ｒｏｆｆ１／Ｒｆ＝３０ｋ／３００＝１００となる。

図２に、演算増幅器１００の回路構成を示す。演算増幅器１００は、差動対を構成するＰＮＰ型トランジスタ１０１、１０２、カレントミラー回路を構成するＮＰＮ型トランジスタ１０３、１０４、オフセット調整用抵抗１０５、１０６、定電流源１０７〜１１０、コンデンサ１１１、出力回路を構成するＰＮＰ型トランジスタ１１２、ＮＰＮ型トランジスタ１１３、１１４を備えている。

オフセット調整用抵抗１０５、１０６は、オフセット電圧を調整するためのもので、半導体基板上に形成された薄膜抵抗により構成されている。この薄膜抵抗は、レーザトリミングにより抵抗値が変化するようになっている。

演算増幅器１００は、非反転入力端子ＩＮＰと反転入力端子ＩＮＭの電圧が等しくなるように作動する。

次に、本演算増幅回路１のオフセット電圧の調整方法ついて説明する。この演算増幅回路１のオフセット電圧の調整は、演算増幅回路１の製造工程の一部として実施される。

まず、図１に示した演算増幅回路１において、第１、第２の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に直流電源を接続するとともに、出力端子ＯＵＴに直流電圧計（いずれも図示せず）を接続する。

次に、スイッチ４００の切替設定を第１のオフセット切替抵抗３０２側にするとともに、スイッチ４０１の切替設定を第２のオフセット切替抵抗３０３側にする。

このとき、第１のオフセット調整用３０２の抵抗値をＲｏｆｆ１、帰還抵抗２００の抵抗値をＲｆとすると、本演算増幅回路１の増幅度は、Ｒｏｆｆ１／Ｒ１＝３０ｋ／３００＝１００となる。

前述したように、通常時（スイッチ４００の切替設定を第１の入力抵抗３００側、スイッチ４０１の切替設定を第２の入力抵抗３０１側にしたとき）における演算増幅回路１の増幅度は０．３であるが、オフセット調整時における演算増幅回路１の増幅度は１００となる。

次に、第１、第２の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に同電圧を印加する。なお、演算増幅回路１の増幅度は大きくなっているため、このとき第１、第２の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に印加する電圧は、比較的小さな値に設定する。本実施形態では、第１、第２の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に、１Ｖの直流電圧を印加するものとする。

次に、直流電圧計をモニタしながら、オフセット電圧を調整する。具体的には、出力端子ＯＵＴの電圧が０Ｖとなるように、オフセット調整用抵抗１０５、１０６の各抵抗値を調整する。オフセット調整用抵抗１０５、１０６の各抵抗値の調整は、半導体基板上に形成された薄膜抵抗の幅方向、長手方向にレーザを走査することによって薄膜抵抗をカットして高精度な抵抗を作り込むレーザトリミングによって行う。

そして、オフセット電圧の調整が終了すると、スイッチ４００の切替設定を第１の入力抵抗３００側に戻し、スイッチ４０１の切替設定を第２の入力抵抗３０１側に戻して、調整を終了する。

このように、演算増幅回路１の増幅度を大きくすることで、オフセット電圧を増幅させて調整することができるので、演算増幅回路１の増幅度が小さな状態でオフセット電圧を調整する場合と比較して、高精度でオフセット電圧を調整することができる。

図３に、演算増幅回路１の出力誤差の算出値を示す。図中Ａは、抵抗比を０．６％（ワースト条件）としたときのプラス（＋）側の出力誤差、図中Ｂは、抵抗比を０．６％（ワースト条件）としたときのマイナス（−）側の出力誤差、図中Ｃは、抵抗比を０．６％（ワースト条件）とし、かつ、オフセット電圧を１０ｍＶとした場合のプラス（＋）側の出力誤差、図中Ｄは、抵抗比を０．６％（ワースト条件）とし、かつ、オフセット電圧を１０ｍＶとした場合のマイナス（−）側の出力誤差を示している。

増幅度を大きくしないままオフセット電圧を調整した場合、オフセット電圧の絶対値が小さいために、例えば、約２％の誤差（図３のＣ、Ｄ）を１．５％までしか調整することができない。これは、出力端子（図２のＯＵＴ）の電圧を計測する計測器等の測定誤差があるためである。しかし、例えば、増幅度を大きくしてオフセット電圧を調整した場合は、オフセットの電圧絶対値を、例えば１００倍（記載例の抵抗値の場合）にして測定することができる。よって、オフセット電圧を大きな電圧値で計測することが可能なために、オフセット電圧のばらつきによる影響が大きく低減でき、図中Ａ、Ｂに示すように、出力誤差を比較的小さな値とすることが可能である。

上記した構成によれば、オフセット電圧の調整時に、第１の入力端子ＩＮ１と非反転入力端子ＩＮＰとの間に、第１の入力抵抗３００に替えて第１の入力抵抗３００と異なる抵抗値を有する第１のオフセット切替抵抗３０２を接続させるとともに、第２の入力端子ＩＮ２と反転入力端子ＩＮＭとの間に、第２の抵抗に替えて第２の入力抵抗３０２と異なる抵抗値を有する第２のオフセット切替抵抗３０３を接続させて、増幅度を大きくすることができるので、オフセット電圧を大きな増幅率で増幅させて可変抵抗を調整することができ、特許文献１に記載の演算増幅回路のように応答性を低下させることなく、高精度でオフセット電圧を調整することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。

上記実施形態では、スイッチ４００、４０１により、演算増幅器１００の非反転入力端子ＩＮＰ、反転入力端子ＩＮＭに接続される抵抗を切り替える例を示したが、例えば、図４に示すように、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ５０１〜５０８、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ５１１〜５１８を用いて演算増幅器１００の非反転入力端子ＩＮＰ、反転入力端子ＩＮＭに接続される抵抗を切り替えるようにしてもよい。図４に示す構成では、制御信号がローレベルになると、演算増幅器１００の非反転入力端子ＩＮＰは、第１の入力抵抗３００を介して第１の入力端子ＩＮ１に接続され、演算増幅器１００の反転入力端子ＩＮＭは、第２の入力抵抗３０１を介して第２の入力端子ＩＮ２に接続される。反対に、制御信号がハイレベルになると、演算増幅器１００の非反転入力端子ＩＮＰは、第１のオフセット切替抵抗３０２を介して第１の入力端子ＩＮ１に接続され、演算増幅器１００の反転入力端子ＩＮＭは、第２のオフセット切替抵抗３０３を介して第２の入力端子ＩＮ２に接続される。このように、スイッチング素子を用いて演算増幅器１００の非反転入力端子ＩＮＰ、反転入力端子ＩＮＭに接続される抵抗を切り替えるようにしてもよい。

上記実施形態では、レーザトリミングによって抵抗値を調整するオフセット調整用抵抗１０５、１０６を備えた構成例を示したが、レーザトリミングにより抵抗値を調整するものに限定されるものではなく、他の手法により抵抗値を調整する可変抵抗を備えた構成としてもよい。

また、上記実施形態では、図２に示したように差動対のグランド（接地電位）側にオフセット電圧を調整するためのオフセット調整用抵抗１０５、１０６が設けられた演算増幅器１００を用いて演算増幅回路１を構成した例を示したが、このような構成の演算増幅器１００を用いることなく、例えば、差動対の電源側にオフセット電圧を調整するためのオフセット調整用が設けられた演算増幅器を用いて演算増幅回路１を構成してもよい。

また、上記実施形態では、バイポーラトランジスタによって構成された演算増幅器１００を用いて演算増幅回路１を構成した例を示したが、例えば、ＭＯＳトランジスタによって構成された演算増幅器を用いて構成してもよい。

なお、上記実施形態において示された各抵抗の抵抗値、増幅度、オフセット調整時の入力電圧等は一例であり、上記した値に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る演算増幅回路の構成を示す図である。演算増幅器の回路構成を示す図である。演算増幅回路の出力誤差の測定例を示す図である。変形例を示す図である。

符号の説明

１…演算増幅回路、１００…演算増幅器、１０５、１０６…オフセット調整用抵抗、
２００…帰還抵抗、３００…第１の入力抵抗、３０１…第２の入力抵抗、
３０２…第１のオフセット切替抵抗、３０３…第２のオフセット切替抵抗、
２０１…抵抗。

Claims

オフセット電圧を調整するための可変抵抗（１０５、１０６）を有する演算増幅器（１００）と、第１の入力端子（ＩＮ１）と前記演算増幅器の非反転入力端子（ＩＮＰ）間に設けられた第１の入力抵抗（３００）と、第２の入力端子（ＩＮ２）と前記演算増幅器の反転入力端子（ＩＮＭ）間に設けられた第２の入力抵抗（３０１）と、前記演算増幅器の出力端子（ＯＵＴ）と反転入力端子と間に配置された帰還抵抗（２００）と、を備えた演算増幅回路であって、
前記第１の入力端子と前記非反転入力端子との間に、前記第１の入力抵抗（３００）に替えて前記第１の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第１のオフセット切替抵抗（３０２）を接続させるとともに、前記第２の入力端子と前記反転入力端子との間に、前記第２の入力抵抗（３０１）に替えて前記第２の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第２のオフセット切替抵抗（３０３）を接続させて、増幅度を大きくする切替回路（４００、４０１）を備えたことを特徴とする演算増幅回路。
オフセット電圧を調整するための可変抵抗（１０５、１０６）を有する演算増幅器（１００）と、第１の入力端子（ＩＮ１）と前記演算増幅器の非反転入力端子（ＩＮＰ）間に設けられた第１の入力抵抗（３００）と、第２の入力端子（ＩＮ２）と前記演算増幅器の反転入力端子（ＩＮＭ）間に設けられた第２の入力抵抗（３０１）と、前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子と間に配置された帰還抵抗（２００）と、を備えた演算増幅回路のオフセット調整方法であって、
前記第１の入力端子と前記反転入力端子との間に、前記第１の入力抵抗（３００）に替えて前記第１の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第１のオフセット切替抵抗（３０２）を接続させるとともに、前記第２の入力端子と前記反転入力端子との間に、前記第２の入力抵抗（３０１）に替えて前記第２の入力抵抗と異なる抵抗値を有する第２のオフセット切替抵抗（３０３）を接続させて、増幅度を大きくする切替回路（４００、４０１）を用いて、オフセット調整時に、前記増幅度を大きくしてオフセット電圧を調整するための可変抵抗の抵抗値を調整し、オフセット調整後に、前記切替回路によって切り替えられた抵抗の接続状態を元に戻すことを特徴とする演算増幅回路のオフセット調整方法。