JP2009200667A - Signal amplifier circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気信号を増幅する信号増幅回路に関する。 The present invention relates to a signal amplifier circuit that amplifies an electric signal.
従来の信号増幅回路が、特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載の光検知器内蔵プリアンプを図8に示す。図8に示すように、従来の信号増幅回路は、フォトダイオード101が受光することで流れる電流信号を入力電流信号として電圧信号に変換する増幅器102と、変換された電圧信号を増幅して出力電圧信号として出力する増幅器103とを備えている。
A conventional signal amplifying circuit is described in
電流を電圧に変換する増幅器102のゲインは抵抗R10で決定され、電圧信号を増幅する増幅器103のゲインは、抵抗R101/抵抗R102で決定される。1チップに集積された従来のゲイン調整回路は、ゲインの変更を容易とするために、抵抗R102を複数の抵抗に分割しており、チップ内の配線を組み替えることで任意のゲインに設定できるようにしている。
The gain of the
また、他の従来の信号増幅回路を図9に示す。図9に示される信号増幅回路は、光ディスクドライブのフロントモニタ回路の一部として用いられているもので、DVDとCDとでゲインの切り替えが行えるように切替スイッチ104と、ゲイン調整抵抗RDVD,RCDと、ゲイン調整ボリュームVR1,VR2とを備えている。そして、ダイナミックレンジを広く確保するために、反転バッファ105と、非反転バッファ106とを備え、反転バッファ105からの出力端子Vout+と、非反転バッファ106からの出力端子Vout-との電圧差を出力信号としている。
図9に示される信号増幅回路の電源電圧を5Vで動作させたときの電圧特性を図10(A)に示す。図10(A)に示すように、増幅器103の入力電圧の上昇に応じて増幅器103が飽和状態となるまで、基準電圧Vref(2.5V)から、出力端子Vout+の電位は電源電位の近くまで上昇し、出力端子Vout-の電位はグランド電位の近くまで低下する。出力信号は、反転バッファ105からの出力端子Vout+と、非反転バッファ106からの出力端子Vout-との電圧差であるので、+5Vに近いダイナミックレンジを確保することができる。
FIG. 10A shows voltage characteristics when the power supply voltage of the signal amplifier circuit shown in FIG. 9 is operated at 5V. As shown in FIG. 10A, from the reference voltage V ref (2.5 V), the potential of the output terminal V out + is the power supply potential until the
しかし、近年では低消費電力化などを目的として、電源電圧の低電圧化が図られているため、電源電圧を5Vとしたときよりダイナミックレンジが狭小化する。例えば、図10(B)に電源電圧を3.3Vとした場合の電圧特性を示す。電源電圧を3.3Vとした場合には、基準電圧Vrefが3.3Vの半分の1.65Vとなり、出力電圧Vout+が電源電位の近くまで上昇し、出力電圧Vout-がグランド電位の近くまで低下しても、ダイナミックレンジは3.3V以上確保できない。 However, in recent years, the power supply voltage has been lowered for the purpose of reducing power consumption and the like, so the dynamic range becomes narrower than when the power supply voltage is 5V. For example, FIG. 10B shows voltage characteristics when the power supply voltage is 3.3V. When the power supply voltage is 3.3 V, the reference voltage V ref is 1.65 V, which is half of 3.3 V, the output voltage V out + rises to near the power supply potential, and the output voltage V out− is the ground potential. Even if it drops to near, the dynamic range cannot be secured above 3.3V.
従って、図9に示される信号増幅回路は、低電圧動作させたときに、ダイナミックレンジが狭小化するため、SN比が低下してしまう。 Therefore, when the signal amplifier circuit shown in FIG. 9 is operated at a low voltage, the dynamic range is narrowed, so that the SN ratio is lowered.
そこで本発明は、低電圧化しても、幅広いダイナミックレンジを確保することで、SN比を維持することができる信号増幅回路を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a signal amplifier circuit that can maintain an SN ratio by ensuring a wide dynamic range even when the voltage is lowered.
本発明の信号増幅回路は、所定電圧の中間電圧に設定された第1基準電圧と、前記第1基準電圧とグランド電位との間に設定された第2基準電圧と、前記所定電位と前記第1基準電圧との間に設定された第3基準電圧とを出力する基準電圧発生回路と、前記第1基準電圧を基準電位として、入力した信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路からの信号を、前記第2基準電圧を基準とした非反転出力信号に変換すると共に、前記第3基準電圧を基準とした反転出力信号に変換して、前記非反転出力信号と前記反転出力信号との差を出力信号とする電圧レベル変換回路とを備えたことを特徴とする。 The signal amplifying circuit of the present invention includes a first reference voltage set to an intermediate voltage of a predetermined voltage, a second reference voltage set between the first reference voltage and a ground potential, the predetermined potential, and the first voltage A reference voltage generation circuit that outputs a third reference voltage set between the reference voltage, an amplification circuit that amplifies an input signal using the first reference voltage as a reference potential, and a signal from the amplification circuit Is converted into a non-inverted output signal based on the second reference voltage, and is converted into an inverted output signal based on the third reference voltage, and the difference between the non-inverted output signal and the inverted output signal is converted. And a voltage level conversion circuit using the output signal as an output signal.
本発明は、出力信号を、中間電圧である第1基準電圧より低い第2基準電圧を基準とした非反転出力信号と、第1基準電圧より高い第3基準電圧を基準とした反転出力信号との差動信号とすることで、低電圧化しても広いダイナミックレンジを確保することができる。よって、SN比を維持することができる。 The present invention relates to a non-inverted output signal based on a second reference voltage lower than the first reference voltage, which is an intermediate voltage, and an inverted output signal based on a third reference voltage higher than the first reference voltage. By using this differential signal, a wide dynamic range can be secured even if the voltage is lowered. Therefore, the SN ratio can be maintained.
本願の第1の発明は、所定電圧の中間電圧に設定された第1基準電圧と、第1基準電圧とグランド電位との間に設定された第2基準電圧と、所定電位と第1基準電圧との間に設定された第3基準電圧とを出力する基準電圧発生回路と、第1基準電圧を基準電位として、入力した信号を増幅する増幅回路と、増幅回路からの信号を、第2基準電圧を基準とした非反転出力信号に変換すると共に、第3基準電圧を基準とした反転出力信号に変換して、非反転出力信号と反転出力信号との差を出力信号とする電圧レベル変換回路とを備えたことを特徴としたものである。 According to a first aspect of the present application, a first reference voltage set to an intermediate voltage of a predetermined voltage, a second reference voltage set between the first reference voltage and the ground potential, the predetermined potential and the first reference voltage A reference voltage generation circuit that outputs a third reference voltage set between the first reference voltage, an amplification circuit that amplifies an input signal using the first reference voltage as a reference potential, and a signal from the amplification circuit as a second reference. A voltage level conversion circuit that converts a non-inverted output signal with a voltage as a reference and converts the third reference voltage into an inverted output signal with a reference as a reference and uses the difference between the non-inverted output signal and the inverted output signal as an output signal It is characterized by having.
本発明の信号増幅回路においては、基準電圧発生回路から、所定電圧の中間電圧に設定された第1基準電圧と、第1基準電圧とグランド電位との間に設定された第2基準電圧と、所定電位と第1基準電圧との間に設定された第3基準電圧とが出力される。増幅回路は、この第1基準電圧を基準電圧として、入力した信号を増幅して出力する。電圧レベル変換回路は、増幅回路からの出力信号を、第2基準電圧を基準とした非反転出力信号に変換する。また、電圧レベル変換回路は、増幅回路からの出力信号を、第3基準電圧を基準とした反転出力信号に変換する。そして、電圧レベル変換回路は、非反転出力信号と反転出力信号との差を出力信号としている。従って、出力信号は、中間電圧である第1基準電圧より低い第2基準電圧を基準とした非反転出力信号と、第1基準電圧より高い第3基準電圧を基準とした反転出力信号との差動信号となるため、低電圧化しても広いダイナミックレンジを確保することができる。 In the signal amplifying circuit of the present invention, the reference voltage generating circuit, the first reference voltage set to the intermediate voltage of the predetermined voltage, the second reference voltage set between the first reference voltage and the ground potential, A third reference voltage set between the predetermined potential and the first reference voltage is output. The amplifier circuit amplifies and outputs the input signal using the first reference voltage as a reference voltage. The voltage level conversion circuit converts the output signal from the amplifier circuit into a non-inverted output signal based on the second reference voltage. The voltage level conversion circuit converts the output signal from the amplifier circuit into an inverted output signal based on the third reference voltage. The voltage level conversion circuit uses the difference between the non-inverted output signal and the inverted output signal as the output signal. Therefore, the output signal is a difference between the non-inverted output signal based on the second reference voltage lower than the first reference voltage, which is an intermediate voltage, and the inverted output signal based on the third reference voltage higher than the first reference voltage. Since it becomes a dynamic signal, a wide dynamic range can be secured even if the voltage is lowered.
本願の第2の発明は、第1の発明において、電圧レベル変換回路は、増幅回路からの信号を、第2基準電圧を基準とした信号にレベルシフトして第2基準電圧信号として出力すると共に、第3基準電圧を基準とした信号にレベルシフトして第3基準電圧信号として出力するレベルシフト回路と、第2基準電圧信号が非反転端子に入力され、第2基準電圧を反転入力端子に入力された第2基準電圧増幅器と、第3基準電圧信号が反転端子に入力され、第3基準電圧を非反転入力端子に入力された第3基準電圧増幅器とを備えたことを特徴としたものである。 According to a second invention of the present application, in the first invention, the voltage level conversion circuit level-shifts the signal from the amplifier circuit to a signal based on the second reference voltage and outputs the signal as a second reference voltage signal. A level shift circuit that outputs a third reference voltage signal by level shifting to a signal based on the third reference voltage, the second reference voltage signal is input to the non-inverting terminal, and the second reference voltage is input to the inverting input terminal. And a third reference voltage amplifier having a third reference voltage signal input to an inverting terminal and a third reference voltage input to a non-inverting input terminal. It is.
本願の第2の発明においては、電圧レベル変換回路を、レベルシフト回路と、第2基準電圧増幅器と第3基準電圧増幅器とで構成することができる。 In the second invention of the present application, the voltage level conversion circuit can be composed of a level shift circuit, a second reference voltage amplifier, and a third reference voltage amplifier.
本願の第3の発明は、第2の発明において、レベルシフト回路は、所定電圧を、第1基準電圧、第2基準電圧および第3基準電圧に電圧分割する少なくとも4以上の直列接続された分割抵抗を備え、増幅回路からの出力を、直列接続された分割抵抗の中間位置に接続し、第2基準電圧に電圧分割する位置を、第2基準電圧信号の出力端とし、第3基準電圧に電圧分割する位置を、第3基準電圧信号の出力端としたことを特徴としたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the level shift circuit includes at least four or more series-connected divisions that voltage-divides the predetermined voltage into the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage. A resistor is provided, and the output from the amplifier circuit is connected to an intermediate position of the series-connected divided resistors, and the position where the voltage is divided into the second reference voltage is set as the output terminal of the second reference voltage signal, and the third reference voltage is set. The voltage dividing position is the output terminal of the third reference voltage signal.
本願の第3の発明においては、レベルシフト回路を、分割抵抗とすることで、簡単な回路で、電圧レベルのシフトを行うことができる。 In the third invention of the present application, the level shift circuit can be divided resistors so that the voltage level can be shifted with a simple circuit.
本願の第4の発明は、第1から3のいずれかの発明において、基準電圧発生回路は、所定電圧を、第1基準電圧、第2基準電圧および第3基準電圧に電圧分割して出力する、少なくとも4以上の直列接続された分割抵抗を備えていることを特徴としたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the reference voltage generating circuit divides the predetermined voltage into a first reference voltage, a second reference voltage, and a third reference voltage and outputs the divided voltage. , At least four or more divided resistors connected in series are provided.
本願の第4の発明においては、基準電圧発生回路を、分割抵抗とすることで、簡単な回路で、電圧レベルのシフトを行うことができる。 In the fourth invention of the present application, the voltage level can be shifted with a simple circuit by making the reference voltage generating circuit a dividing resistor.
本願の第5の発明は、第4の発明において、レベルシフト回路を形成する分割抵抗と、基準電圧発生回路を形成する分割抵抗とは、半導体集積回路により形成され、ほぼ等しい配線幅、および配線長で形成されると共に、隣接して配置されていることを特徴としたものである。 According to a fifth invention of the present application, in the fourth invention, the dividing resistor forming the level shift circuit and the dividing resistor forming the reference voltage generating circuit are formed by a semiconductor integrated circuit, and have substantially the same wiring width and wiring. It is characterized by being formed with a long length and adjacently arranged.
本願の第5の発明においては、レベルシフト回路を形成する分割抵抗と、基準電圧発生回路を形成する分割抵抗とを、半導体集積回路により形成する場合においては、ほぼ等しい配線幅、および配線長で形成すると共に、隣接して配置することで、電気的特性がほぼ等しい分割抵抗を形成することができる。 In the fifth invention of the present application, when the dividing resistor forming the level shift circuit and the dividing resistor forming the reference voltage generating circuit are formed by a semiconductor integrated circuit, the wiring width and the wiring length are almost equal. By forming and arranging them adjacent to each other, it is possible to form divided resistors having substantially the same electrical characteristics.
(実施の形態)
本発明の実施の形態に係る信号増幅回路を、光ディスクドライブに搭載されるフロントモニタ回路の光信号増幅回路を例に、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る光信号増幅回路を示す回路図である。図2は、図1に示す光信号増幅回路へ基準電圧を供給する基準電圧発生回路を示す回路である。
(Embodiment)
A signal amplifier circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an optical signal amplifier circuit of a front monitor circuit mounted on an optical disk drive as an example. FIG. 1 is a circuit diagram showing an optical signal amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a reference voltage generating circuit for supplying a reference voltage to the optical signal amplifier circuit shown in FIG.
図1に示すように、光信号増幅回路10は、フォトダイオード20と、増幅回路30と、電圧レベル変換回路40とを備え、電源端子Vccから供給される所定電位3.3Vで動作する半導体集積回路である。また、この光信号増幅回路10は、図2に示す基準電圧発生回路50を備えている。
As shown in FIG. 1, the optical
フォトダイオード20は、受信した光信号の強度に応じた電流を流す受光素子である。フォトダイオード20は、アノードがグランド端子GNDに接続され、カソードが増幅回路30へ接続されている。
The
増幅回路30は、第1増幅器31と、第1増幅器31の帰還抵抗として、ゲイン調整ボリュームVR1,VR2と、切替スイッチ32とを備えている。
The
第1増幅器31は、フォトダイオード20のカソードと外部端子33とが反転入力端子に接続され、基準電圧発生回路50からの第1基準電圧Vref1が非反転入力端子に接続されることで、フォトダイオード20に流れる電流に応じた電圧信号を出力する電流電圧変換(IV)アンプとして機能する演算増幅器である。
In the
ゲイン調整ボリュームVR1,VR2は、外部端子33〜34を介して外付けされている。ゲイン調整ボリュームVR1はDVD用であり、ゲイン調整ボリュームVR2はCD用である。ゲイン調整ボリュームVR1,VR2は、切替端子SWに切り替え信号を入力することで切替スイッチ32の接続状態を切り替えて、第1増幅器31への接続が変更される。
The gain adjustment volumes VR1 and VR2 are externally attached via external terminals 33 to 34. The gain adjustment volume VR1 is for DVD, and the gain adjustment volume VR2 is for CD. The gain adjustment volumes VR1 and VR2 switch the connection state of the
電圧レベル変換回路40は、レベルシフト回路41と、電圧増幅回路42とを備えている。レベルシフト回路41は、抵抗R11〜R14と、第1バッファ41aと、第2バッファ41bとを備えている。
The voltage
抵抗R11〜R14は、3.3Vとした電源電圧を電圧分割する直列接続された分割抵抗である。この抵抗R11〜R14は、抵抗R11と抵抗R14とが同じ抵抗値であり、抵抗R12と抵抗R13とが同じ抵抗値である。本実施の形態では、抵抗R11とR14とを20kΩとし、抵抗R12と抵抗R13を13kΩとしている。従って、第1増幅器31の出力が接続された抵抗R12と抵抗R13との接続点は、電源電圧の中間電圧でも半分の1.65Vに電圧分割された位置となる。また、抵抗R11と抵抗R12との接続点は、1Vに電圧分割され、第2基準電圧信号を出力する位置となり、第1バッファ41aの入力に接続されている。また、抵抗R13とR14との接続点は、2.3Vに電圧分割され、第3基準電圧信号を出力する位置となり、第2バッファ41bの入力に接続されている。
The resistors R11 to R14 are series-connected divided resistors that divide the power supply voltage set to 3.3V. In the resistors R11 to R14, the resistors R11 and R14 have the same resistance value, and the resistors R12 and R13 have the same resistance value. In the present embodiment, the resistors R11 and R14 are 20 kΩ, and the resistors R12 and R13 are 13 kΩ. Therefore, the connection point between the resistor R12 and the resistor R13 to which the output of the
第1バッファ41aと第2バッファ41bとは、第2基準電圧信号または第3基準電圧信号を、電圧レベルの変換なしにそのまま出力するものである。第1バッファ41aと第2バッファ41bとは、電圧増幅回路42の影響により、分割抵抗で形成したレベルシフト回路41の電圧変動を回避するために設けられている。
The
電圧増幅回路42は、第2増幅器42a(第2基準電圧増幅器)と、第3増幅器42b(第3基準電圧増幅器)とを備えている。
The
第2増幅器42aは、非反転入力端子に第1バッファ41aの出力が接続され、反転入力端子に第2基準電圧Vref2が抵抗R21を介して接続されると共に、帰還抵抗である抵抗R22が接続されていることで、バイアス電圧が第2基準電圧Vref2で、R22/R21の増幅率を有する非反転増幅器として機能する演算増幅器である。この第2増幅器42aの出力端子は、抵抗R23を介して出力端子Vout+に接続されている。本実施の形態では、抵抗R21を1kΩとし、抵抗R22を3kΩとすることで、第2増幅器42aの増幅率を4としている。
In the
第3増幅器42bは、非反転入力端子に第3基準電圧Vref3が接続され、反転入力端子に第2バッファ41bの出力が抵抗R31を介して接続されると共に、帰還抵抗である抵抗R32が接続されていることで、バイアス電圧が第3基準電圧Vref3で、R32/R31の増幅率を有する反転増幅器として機能する演算増幅器である。この第3増幅器42bの出力端子は、抵抗R33を介して出力端子Vout-に接続されている。本実施の形態では、抵抗R31を1kΩとし、抵抗R32を4kΩとすることで、第3増幅器42bの増幅率を4としている。
In the
基準電圧発生回路50は、抵抗R41〜R44と、第1基準電圧バッファ51と、第2基準電圧バッファ52と、第3基準電圧バッファ53とを備えている。
The reference
第1抵抗R41〜R44は、3.3Vの電源電圧とグランドとの間を電圧分割する直列接続された分割抵抗である。この抵抗R41〜R44は、抵抗R41と抵抗R44とが同じ抵抗値であり、抵抗R42と抵抗R43とが同じ抵抗値である。従って、抵抗R42と抵抗R43との接続点が、電源電圧とグランド電位との中間電圧でも電源電圧の半分の1.65Vに電圧分割された位置となり、第1増幅器31の基準となる第1基準電圧Vref1を取り出す第1基準電圧出力点となる。抵抗R41と抵抗R42との接続点が、第2増幅器42aの基準となる第2基準電圧Vref2を取り出す第2基準電圧出力点となる。また、抵抗R43と抵抗44との接続点が、第3増幅器42bの基準となる第3基準電圧Vref3を取り出す第3基準電圧出力点となる。
The first resistors R41 to R44 are divided resistors connected in series to voltage-divide between the 3.3V power supply voltage and the ground. In the resistors R41 to R44, the resistor R41 and the resistor R44 have the same resistance value, and the resistor R42 and the resistor R43 have the same resistance value. Therefore, the connection point between the resistor R42 and the resistor R43 is at a position where the voltage is divided into 1.65V, which is half of the power supply voltage, even in the intermediate voltage between the power supply voltage and the ground potential. This is the first reference voltage output point for extracting the voltage V ref1 . A connection point between the resistor R41 and the resistor R42 serves as a second reference voltage output point for extracting the second reference voltage Vref2 serving as a reference for the
この第1〜3基準電圧出力点には、第1基準電圧バッファ51と、第2基準電圧バッファ52と、第3基準電圧バッファ53とがそれぞれ接続されている。そして、第1基準電圧バッファ51の出力が第1基準電圧Vref1として第1増幅器31へ、第2基準電圧バッファ52の出力が第2基準電圧Vref2として第2増幅器42aへ、第3基準電圧バッファ53の出力が第3基準電圧Vref3として第3増幅器42bへ、それぞれ出力されている。
A first
本実施の形態では、抵抗R41とR44とを20kΩとし、抵抗R42と抵抗R43を13kΩとしている。従って、上述したように第1基準電圧Vref1は、1.65Vであり、第2基準電圧Vref2は、1Vであり、第3基準電圧Vref3は、2.3Vである。 In the present embodiment, the resistors R41 and R44 are 20 kΩ, and the resistors R42 and R43 are 13 kΩ. Therefore, as described above, the first reference voltage V ref1 is 1.65V, the second reference voltage V ref2 is 1V, and the third reference voltage V ref3 is 2.3V .
この基準電圧発生回路50の抵抗R41〜R44と、レベルシフト回路41の抵抗R11〜R14とは、ほぼ等しい配線幅、および配線長で形成すると共に、隣接して配置されている。そうすることで、電気的特性がほぼ等しい分割抵抗である抵抗R41〜R44と抵抗R11〜R14とを形成することができる。
The resistors R41 to R44 of the reference
なお、本実施の形態では、第1基準電圧を1.65V、第2基準電圧を1V、第3基準電圧を2.3Vに設定するために、抵抗R11,R14と抵抗41,R44とを20kΩ、抵抗R12,R13と抵抗42,R43とを13kΩとしているが、光信号増幅回路10の動作電圧に応じて変更したり、第2増幅器42aや第3増幅器42bの飽和電圧に応じて変更したりすることができる。また、第1基準電圧を電源電圧の半分の電圧としているが、電源電圧の中間となるよう電圧であればよい。
In this embodiment, in order to set the first reference voltage to 1.65V, the second reference voltage to 1V, and the third reference voltage to 2.3V, the resistors R11 and R14 and the
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る光信号増幅器1の動作について、更に、図3から図7を参照しながら説明する。図3は、第1増幅器の出力電圧の特性を示す図である。図4は、第1バッファの出力電圧の特性を示す図である。図5は、第2バッファの出力電圧の特性を示す図である。図6は、電圧増幅回路の出力電圧の特性を示す図であり、(A)は第2増幅器の特性を示す図、(B)は第3増幅器の特性を示す図である。図7は、出力信号の電圧特性を示す図である。
The operation of the
図1に示すように、まず、切替端子SWからスイッチ32の切り替え信号を入力して、ゲイン調整ボリュームVR1,VR2の切り替えを指定する。
As shown in FIG. 1, first, a switching signal of the
光信号が光信号増幅回路10のフォトダイオード20に照射されると、フォトダイオード20は、その光信号の強度に応じた電流を流す。フォトダイオード20に流れる電流に応じて、第1増幅器31が、第1基準電圧Vref1を基準とした電圧で、電圧信号を出力する。このときの第1増幅器31の電圧特性を図3に示す。図3に示す電圧特性は、入力電流が0Aから上昇するに従って出力電圧がバイアス電圧である第1基準電圧Vref1(1.65V)から電流−電圧変換されて上昇し、そして飽和により入力電流が上昇しても出力電圧が一定となるような特性となる。
When the optical signal is applied to the
バイアス電圧が第1基準電圧Vref1に設定された第1増幅器31からの信号は、レベルシフト回路41により、電圧レベルが変換される。つまり、バイアス電圧が第1基準電圧Vref1に設定された第1増幅器31からの信号を、抵抗R11と抵抗R12との接続点から取り出すことで、1V(第2基準電圧Vref2)を基準とした第2基準電圧信号に変換される。また、バイアス電圧が第1基準電圧Vref1に設定された第1増幅器31からの信号を、抵抗R14と抵抗R13との接続点から取り出すことで、2.3V(第3基準電圧Vref3)を基準とした第3基準電圧信号に変換される。第1バッファ41aおよび第2バッファ41bは、入力信号を電圧レベルの変換なしにそのまま出力する。
The voltage level of the signal from the
図4に示すように、第1バッファ41aからの信号は、バイアス電圧が第1基準電圧Vref1から第2基準電圧Vref2を基準にシフトした電圧特性となる。また、図5に示すように、第2バッファ41bからの信号は、バイアス電圧が第1基準電圧Vref1から第3基準電圧Vref3を基準にシフトした電圧特性となる。
As shown in FIG. 4, the signal from the
次に、第1バッファ41aから出力された信号は、第2増幅器42aにより非反転増幅され、出力端子Vout+に出力される。この出力端子Vout+に出力される信号の電圧特性を、図6(A)に示す。図6(A)に示すように、出力端子Vout+に出力される信号は、第2基準電圧Vref2(1V)から上昇する入力電圧に応じて、バイアス電圧である1Vから出力電圧が増幅され、そして飽和により入力電圧が上昇しても出力電圧が一定となるような特性となる。
Next, the signal output from the
また、第2バッファ41bから出力された信号は、第3増幅器42bにより反転増幅され、出力端子Vout-に出力される。この出力端子Vout-に出力される信号の電圧特性を図6(B)に示す。図6(B)に示すように、出力端子Vout-に出力される出力信号は、第3基準電圧Vref3(2.3V)から上昇する入力電圧に応じて、バイアス電圧である2.3Vから出力電圧が反転増幅され、そして飽和により入力電圧が上昇しても出力電圧が一定となるような特性となる。
Further, the signal output from the second buffer 41b is inverted and amplified by the
そして、図6(A)に示す出力端子Vout+での信号レベルと、図6(B)に示す出力端子Vout-での信号レベルとの差を出力信号として外部回路で演算することで、図7に示すような電圧特性を有する差動の出力信号とすることができる。つまり、第2基準電圧Vref2(1V)−第3基準電圧Vref3(2.3V)から、入力電圧が上昇するに従って(出力端子Vout-の電圧)−(出力端子Vout+の電圧)で演算される電圧に増幅されるので、3.3Vである電源電圧より幅広いダイナミックレンジを確保することができる。従って、低電圧化しても、SN比を維持することができる。 Then, by calculating the difference between the signal level at the output terminal V out + shown in FIG. 6A and the signal level at the output terminal V out− shown in FIG. 6B as an output signal by an external circuit, A differential output signal having voltage characteristics as shown in FIG. 7 can be obtained. That is, as the input voltage increases from the second reference voltage V ref2 (1V) −the third reference voltage V ref3 ( 2.3V ), the voltage at the output terminal V out− and the voltage at the output terminal V out + Since it is amplified to the calculated voltage, a wider dynamic range than the power supply voltage of 3.3V can be secured. Therefore, the SN ratio can be maintained even when the voltage is lowered.
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態では、レベルシフト回路41や、基準電圧発生回路50が、電源電圧とグランドとの間を電圧分割するように設けられているが、電源電圧とは異なる所定電圧とすることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment. In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、レベルシフト回路41や、基準電圧発生回路50を分割抵抗で形成しているが、レベルシフト回路41をDC−DCコンバータで構成したり、基準電圧発生回路50をレギュレータで構成したりすることも可能である。しかし、分割抵抗で形成する方が、簡単に基準電圧発生回路を形成することができるので望ましい。
In the present embodiment, the
また、レベルシフト回路41や、基準電圧発生回路50は、4つの抵抗を直列接続したものであるが、それぞれ所定の抵抗値となるように設定すれば、4つ以上の抵抗で分割抵抗を構成するようにしてもよい。
Further, the
本発明は、低電圧化しても、幅広いダイナミックレンジを確保することで、SN比を維持することができるので、電気信号を増幅する信号増幅回路に好適である。 The present invention is suitable for a signal amplifying circuit that amplifies an electric signal because the SN ratio can be maintained by securing a wide dynamic range even when the voltage is lowered.
10 光信号増幅回路
20 フォトダイオード
30 増幅回路
31 第1増幅器
32 切替スイッチ
33〜35 外部端子
40 電圧レベル変換回路
41 レベルシフト回路
41a 第1バッファ
41b 第2バッファ
42 電圧増幅回路
42a 第2増幅器
42b 第3増幅器
50 基準電圧発生回路
51 第1基準電圧バッファ
52 第2基準電圧バッファ
R11〜R14,R21〜R23,R31〜R33,R41〜R44 抵抗
VR1,VR2 ゲイン調整ボリューム
Vref1 第1基準電圧
Vref2 第2基準電圧
Vref3 第3基準電圧
Vout+ 出力端子
SW 切替端子
Vcc 電源端子
GND グランド端子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1基準電圧を基準電位として、入力した信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路からの信号を、前記第2基準電圧を基準とした非反転出力信号に変換すると共に、前記第3基準電圧を基準とした反転出力信号に変換して、前記非反転出力信号と前記反転出力信号との差を出力信号とする電圧レベル変換回路とを備えた信号増幅回路。 A first reference voltage set to an intermediate voltage of a predetermined voltage, a second reference voltage set between the first reference voltage and the ground potential, and set between the predetermined potential and the first reference voltage A reference voltage generating circuit for outputting the third reference voltage generated;
An amplifier circuit for amplifying an input signal using the first reference voltage as a reference potential;
The signal from the amplifier circuit is converted into a non-inverted output signal based on the second reference voltage, and is converted into an inverted output signal based on the third reference voltage, and the non-inverted output signal and the A signal amplification circuit comprising: a voltage level conversion circuit that uses a difference from an inverted output signal as an output signal.
前記増幅回路からの信号を、前記第2基準電圧を基準とした信号にレベルシフトして第2基準電圧信号として出力すると共に、前記第3基準電圧を基準とした信号にレベルシフトして第3基準電圧信号として出力するレベルシフト回路と、
前記第2基準電圧信号が非反転端子に入力され、前記第2基準電圧を反転入力端子に入力された第2基準電圧増幅器と、
前記第3基準電圧信号が反転端子に入力され、前記第3基準電圧を非反転入力端子に入力された第3基準電圧増幅器とを備えたことを特徴とする請求項1記載の信号増幅回路。 The voltage level conversion circuit includes:
The signal from the amplifier circuit is level-shifted to a signal based on the second reference voltage and output as a second reference voltage signal, and level-shifted to a signal based on the third reference voltage. A level shift circuit that outputs a reference voltage signal;
A second reference voltage amplifier, wherein the second reference voltage signal is input to a non-inverting terminal, and the second reference voltage is input to an inverting input terminal;
2. The signal amplification circuit according to claim 1, further comprising a third reference voltage amplifier having the third reference voltage signal input to an inverting terminal and the third reference voltage input to a non-inverting input terminal.
前記増幅回路からの出力を、前記直列接続された分割抵抗の中間位置に接続し、
前記第2基準電圧に電圧分割する位置を、第2基準電圧信号の出力端とし、
前記第3基準電圧に電圧分割する位置を、第3基準電圧信号の出力端としたことを特徴とする請求項2記載の信号増幅回路。 The level shift circuit includes at least four or more series-connected dividing resistors that divide the predetermined voltage into the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage,
The output from the amplifier circuit is connected to an intermediate position of the series-connected split resistors,
The position where the voltage is divided into the second reference voltage is the output terminal of the second reference voltage signal,
3. The signal amplifier circuit according to claim 2, wherein a position where the voltage is divided into the third reference voltage is an output terminal of the third reference voltage signal.
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JP2008038268A JP2009200667A (en) | 2008-02-20 | 2008-02-20 | Signal amplifier circuit |
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WO2017038314A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Sensor device |
-
2008
- 2008-02-20 JP JP2008038268A patent/JP2009200667A/en not_active Withdrawn
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WO2017038314A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Sensor device |
JP2017050796A (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Sensor device |
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