JP2010193332A - Switched capacitor amplification circuit, sensor device and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve increase in an amplification factor of a switched capacitor amplification circuit or acceleration without increasing power consumption and to vary the amplification factor continuously over a wide range. <P>SOLUTION: A switched capacitor amplification circuit includes: an operational amplifier OP1; a first input capacitor C1; switches (SW1(A), SW2(B), SW3(A)) for controlling charging/discharging of the first input capacitor and a switch SW4(B) for changing over connection/disconnection with the operational amplifier; a first feedback capacitor C2; switches (SW5(C), SW6(D)) for changing over charging/discharging of the first feedback capacitor C2; a second feedback capacitor C3; a switch SW7(C) for changing over connection/disconnection with the first feedback capacitor and the second feedback capacitor; and a reset switch SW8(D) for the second feedback capacitor. A frequency of a switch control clock CKLC is set to 1/(2×n) frequency of CKLA. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、スイッチトキャパシタ増幅回路、センサー装置および電子機器等に関する。   The present invention relates to a switched capacitor amplifier circuit, a sensor device, an electronic device, and the like.

図1(A),図1(B)は、スイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ,SC積分回路)の基本的な動作を説明するための図である。SCアンプは、外部から入力されるクロックにより動作する。大きく分けて2つの動作フェーズがあり、サンプリング動作と増幅動作が交互に行われる。   1A and 1B are diagrams for explaining the basic operation of a switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier, SC integrator circuit). The SC amplifier operates with an externally input clock. There are roughly two operation phases, and the sampling operation and the amplification operation are performed alternately.

図1(A)に示すように、サンプリング動作時には、スイッチSW10がオンし、スイッチSW20がオフし、スイッチSW30はオンし、入力容量C1に入力電圧Vinに応じた電荷が蓄えられる。すなわち、オペアンプOP10の反転入力端子は、仮想的に接地されているため、入力容量C1の両端にかかる電圧は入力電圧Vinに等しくなる。なお、このとき、スイッチSW30のオンによって帰還容量C20の両極がショートされており、よって、帰還容量C20はリセット状態(電荷のない状態)である。   As shown in FIG. 1A, at the time of the sampling operation, the switch SW10 is turned on, the switch SW20 is turned off, the switch SW30 is turned on, and the electric charge corresponding to the input voltage Vin is stored in the input capacitor C1. That is, since the inverting input terminal of the operational amplifier OP10 is virtually grounded, the voltage applied to both ends of the input capacitor C1 is equal to the input voltage Vin. At this time, both poles of the feedback capacitor C20 are short-circuited by turning on the switch SW30, and therefore, the feedback capacitor C20 is in a reset state (state without charge).

図1(B)に示すように、増幅動作時には、スイッチSW10がオフし、スイッチSW20がオンし、スイッチSW30はオフする。これによって、サンプリング時に入力容量C10に蓄えられた電荷が帰還容量C20に転送され、その電荷量に応じて出力電圧Voutが発生する。出力電圧Voutは、下記(1)式によって表わされる。但し、(1)式において、C10,C20は各々、入力容量C10および帰還容量C20の容量値である。
Vout=Vin(C10/C20)・・・(1)
(1)式から明らかなように、入力容量C10および帰還容量C20の容量比でSCアンプの増幅率(Vout/Vin)が決定される。例えば、帰還容量C20の容量値を可変に制御することによって、SC増幅回路の増幅率(ゲイン)を変化させることができ、これによって、SC可変利得増幅回路(SC型PGA(Programmable Gain Amplifier))が実現される。
As shown in FIG. 1B, during the amplification operation, the switch SW10 is turned off, the switch SW20 is turned on, and the switch SW30 is turned off. As a result, the charge stored in the input capacitor C10 during sampling is transferred to the feedback capacitor C20, and the output voltage Vout is generated according to the amount of the charge. The output voltage Vout is expressed by the following equation (1). However, in the equation (1), C10 and C20 are capacitance values of the input capacitor C10 and the feedback capacitor C20, respectively.
Vout = Vin (C10 / C20) (1)
As apparent from the equation (1), the amplification factor (Vout / Vin) of the SC amplifier is determined by the capacitance ratio of the input capacitor C10 and the feedback capacitor C20. For example, the gain (gain) of the SC amplifier circuit can be changed by variably controlling the capacitance value of the feedback capacitor C20, whereby the SC variable gain amplifier circuit (SC type PGA (Programmable Gain Amplifier)). Is realized.

SC型PGAは、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載される技術では、帰還容量(積分容量)の容量値を切り換えて、SC型PGAのゲインを切り換えている。また、特許文献1には、SC型PGAのゲイン、使用可能な周波数帯域ならびに消費電力の関係に着目し、ゲインに応じて、オペアンプに供給するバイアス電流を可変に制御して、消費電流を抑制する技術が開示されている。   The SC type PGA is described in Patent Document 1, for example. In the technique described in Patent Document 1, the gain of the SC type PGA is switched by switching the capacitance value of the feedback capacitor (integral capacitor). Patent Document 1 focuses on the relationship between the gain of the SC type PGA, the usable frequency band and the power consumption, and controls the bias current supplied to the operational amplifier variably according to the gain, thereby suppressing the current consumption. Techniques to do this are disclosed.

特開2007−19821号公報JP 2007-19821 A

(1)高ゲイン,広帯域、低消費電力のPGAアンプの実現の困難性
実際に、SC型PGAを高倍率で動作させようとした場合、使用可能な周波数帯域の低下が顕著になる。SC型PGAを高倍率で動作させるためには、使用するオペアンプとして、高速動作可能なオペアンプが用いられる。一般的に、オペアンプを高速で動作させるのに伴い、消費電流も増大する。つまり、高倍率で動作可能なアンプは、必然的に消費電流が増大する。以下、具体的に説明する。
(1) Difficulty of realizing a high gain, wide band, low power consumption PGA amplifier Actually, when an SC type PGA is operated at a high magnification, the usable frequency band is significantly reduced. In order to operate the SC type PGA at a high magnification, an operational amplifier capable of high speed operation is used as an operational amplifier to be used. Generally, current consumption increases as the operational amplifier operates at high speed. That is, an amplifier capable of operating at a high magnification inevitably increases current consumption. This will be specifically described below.

図2は、オペアンプの周波数帯域と利得(dB)との関係の一例を示す図である。図中、点線で示される特性PT1は、オペアンプのオープンループゲイン特性であり、実線で示される特性PT2,PT3は、負帰還時のゲイン特性である。オープンループ時ならびに負帰還時において、ユニティゲイン周波数f0(利得が0dBになる周波数)は、それほど変化しないと仮定した場合、負帰還時のゲイン特性PT2,PT3は、オープンループゲイン特性PT1に沿って変化するものと考えることができる。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the relationship between the frequency band and the gain (dB) of the operational amplifier. In the drawing, a characteristic PT1 indicated by a dotted line is an open loop gain characteristic of the operational amplifier, and characteristics PT2 and PT3 indicated by a solid line are gain characteristics at the time of negative feedback. Assuming that the unity gain frequency f0 (frequency at which the gain becomes 0 dB) does not change so much during open loop and negative feedback, the gain characteristics PT2 and PT3 during negative feedback follow the open loop gain characteristic PT1. It can be thought of as changing.

図2から明らかなように、ゲイン特性PT2(例えば利得5(相対値であり、約3.5dBに相当する)の場合)の使用可能な周波数帯域はf1であり、ゲイン特性PT3(例えば利得10(相対値であり、10dBに相当する)の場合)の使用可能な周波数帯域はf2である。すなわち、オペアンプの利得が高くなると、取り扱い可能な信号の周波数帯域は狭くなる。したがって、高利得かつ広帯域のアンプを実現することに困難性が生じる。一般的に、高利得かつ広帯域のアンプを実現するためには、アンプの消費電流を増大させる必要があり、この場合、消費電力が増大するという問題が生じる。   As apparent from FIG. 2, the usable frequency band of the gain characteristic PT2 (for example, in the case of the gain 5 (relative value, corresponding to about 3.5 dB)) is f1, and the gain characteristic PT3 (for example, the gain of 10 The frequency band that can be used (in the case of a relative value and corresponding to 10 dB) is f2. That is, as the gain of the operational amplifier increases, the frequency band of signals that can be handled becomes narrower. Therefore, it is difficult to realize a high gain and wideband amplifier. In general, in order to realize a high gain and wideband amplifier, it is necessary to increase the current consumption of the amplifier. In this case, there is a problem that the power consumption increases.

特許文献1の技術では、SC型PGAの消費電流を一律に高く維持しておくと、無駄な電力消費が生じる場合があるため、SC型PGAのゲインに応じて、オペアンプのバイアス電流を変化させるという手法を用いて、消費電力を抑制している。   In the technique of Patent Document 1, wasteful power consumption may occur if the current consumption of the SC-type PGA is maintained at a high level. Therefore, the bias current of the operational amplifier is changed according to the gain of the SC-type PGA. Is used to reduce power consumption.

しかし、特許文献1に記載される技術は、アンプのゲインが低いときにはバイアス電流も減少させるという手法であるため、アンプのゲインが最大利得に維持される場合には、低消費電力化の効果が得られない。すなわち、高ゲイン、広帯域かつ低消費電力という特性のアンプを実現することは困難である。また、SCアンプの高ゲイン化を実現しようとすると、スイッチトキャパシタ回路の容量の容量値が増大し、回路面積が増大するという不都合も生じる。   However, since the technique described in Patent Document 1 is a method of reducing the bias current when the gain of the amplifier is low, when the gain of the amplifier is maintained at the maximum gain, the effect of low power consumption is achieved. I can't get it. That is, it is difficult to realize an amplifier having characteristics such as a high gain, a wide band, and low power consumption. In addition, when it is attempted to increase the gain of the SC amplifier, there is a disadvantage that the capacitance value of the switched capacitor circuit increases and the circuit area increases.

(2)連続的かつ広範囲なゲイン調整の困難性
特許文献1に記載される技術のように、帰還容量の容量値を変化させてアンプのゲインを調整しようとすると、帰還容量として可変容量を使用しなければならない。可変容量は、例えば、複数の容量を並列に設け、スイッチによって並列接続される容量の数を切り換える構成をもつ。この可変容量でPGAを構成した場合、PGAの設定可能な倍率は数段階に限られてしまう。連続的に、かつ広範囲に倍率を変化させることは、現実的には極めてむずかしい。PGAの倍率の段階を増やすと、使用する容量が増え、容量の占有面積が増大し、また、使用している容量同士のミスマッチが大きくなり、比精度の確保が困難になる等の不都合を生じる。
(2) Difficulties in continuous and wide-range gain adjustment As in the technique described in Patent Document 1, when the gain of the amplifier is adjusted by changing the capacitance value of the feedback capacitor, a variable capacitor is used as the feedback capacitor. Must. The variable capacitor has, for example, a configuration in which a plurality of capacitors are provided in parallel and the number of capacitors connected in parallel by a switch is switched. When a PGA is configured with this variable capacitor, the settable magnification of the PGA is limited to several stages. In practice, it is extremely difficult to change the magnification continuously and over a wide range. Increasing the PGA magnification step increases the capacity used, increases the occupied area of the capacity, increases the mismatch between the used capacities, and makes it difficult to ensure the specific accuracy. .

本発明のいくつかの実施形態によれば、例えば、消費電力を増大させずに、スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率の増大あるいは高速化を達成することができ、また、例えば、増幅率を、連続的かつ広範囲に変化させることが可能となり、また、例えば、スイッチトキャパシタ増幅回路の小型化を実現することができる。   According to some embodiments of the present invention, for example, an increase or speedup of the switched capacitor amplifier circuit can be achieved without increasing power consumption, and for example, the gain can be increased continuously. For example, it is possible to reduce the size of the switched capacitor amplifier circuit.

(1)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の一態様は、オペアンプと、信号入力ノードと前記オペアンプの入力ノードとの間に設けられる第1入力容量と、前記第1入力容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記第1入力容量と前記オペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、を有する第1入力部と、前記オペアンプの出力ノードと前記入力ノードとの間に設けられる第1帰還容量と、前記第1帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記オペアンプの出力ノードと前記入力ノードとの間において、前記第1帰還容量に対して並列に設けられる第2帰還容量と、前記第2帰還容量の充電/放電を切り換えるための少なくとも一つのスイッチと、前記第1帰還容量と前記第2帰還容量との間の接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、を含み、前記第1入力容量に電荷が蓄積され、前記第1入力容量に蓄積された電荷が前記第1帰還容量に転送される動作がn回(nは自然数)実行される期間をサンプリング積分期間とし、前記第1帰還容量に蓄積された電荷が前記第2帰還容量に転送される期間を増幅期間とした場合に、前記第1入力容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記オペアンプの入力ノードと前記第1入力容量との接続/非接続を切り換えるためのスイッチとは、前記サンプリング積分期間において、第1周波数のクロックで動作し、前記第1帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記第1帰還容量と前記第2帰還容量との間の接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、前記第2帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチとは、前記増幅期間において、周波数値が、前記第1周波数の1/(2・n)である第2周波数のクロックで動作し、前記サンプリング積分期間においては、前記第1帰還容量と前記第2帰還容量との間の接続/非接続を切り換えるための前記スイッチは開状態を維持し、かつ前記第2帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチは前記第2帰還容量の電荷を放電する状態を維持し、前記増幅期間においては、前記第1入力容量と前記オペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチは開状態を維持し、かつ前記第2帰還容量をリセットするためのスイッチは開状態を維持する。   (1) According to one aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, an operational amplifier, a first input capacitor provided between a signal input node and an input node of the operational amplifier, and charging / discharging of the first input capacitor are performed. A first input unit comprising: a plurality of switches for switching; and a switch for switching connection / disconnection between the first input capacitor and the input node of the operational amplifier; an output node of the operational amplifier; and the input node; A first feedback capacitor provided between the first feedback capacitor, a plurality of switches for switching charge / discharge of the first feedback capacitor, and an output node and an input node of the operational amplifier. A second feedback capacitor provided in parallel to the second feedback capacitor, at least one switch for switching charge / discharge of the second feedback capacitor, A switch for switching connection / disconnection between the first feedback capacitor and the second feedback capacitor, wherein charge is stored in the first input capacitor, and the charge stored in the first input capacitor is A period in which the operation transferred to the first feedback capacitor is executed n times (n is a natural number) is a sampling integration period, and a period in which the charge accumulated in the first feedback capacitor is transferred to the second feedback capacitor. A plurality of switches for switching charge / discharge of the first input capacitor and a switch for switching connection / disconnection between the input node of the operational amplifier and the first input capacitor in the amplification period In the sampling integration period, a plurality of switches that operate with a clock of a first frequency and switch charge / discharge of the first feedback capacitor, the first feedback capacitor, and the first feedback capacitor The switch for switching connection / disconnection between the feedback capacitor and the plurality of switches for switching charge / discharge for the second feedback capacitor have a frequency value of the first frequency during the amplification period. For switching the connection / disconnection between the first feedback capacitor and the second feedback capacitor in the sampling integration period. The switch maintains an open state, and the plurality of switches for switching charge / discharge of the second feedback capacitor maintain a state of discharging the charge of the second feedback capacitor, and during the amplification period, the switch A switch for switching connection / disconnection between one input capacitor and the input node of the operational amplifier maintains an open state and resets the second feedback capacitor Remains open.

本態様のスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)は、第1入力容量および第1周波数のクロックで動作する複数のスイッチを含む第1入力部と、オペアンプと、周波数値が第1周波数の1/(2・n)(nは自然数)である第2周波数のクロックで動作する複数のスイッチと、第1帰還容量および第2帰還容量と、を有する。なお、「第1入力容量」あるいは「第1入力部」と称するのは、後述の変形態様において、オペアンプの同じ入力端子に信号を入力するための入力部として、並列に2つの入力部を設ける例があり、その変形態様においては、2つの入力容量が用いられるため、両者を区別する必要がある点を考慮したものである。なお、「第1入力容量」は原則的には一つあればよい。   The switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) of this aspect includes a first input unit including a plurality of switches operating with a first input capacitance and a clock having a first frequency, an operational amplifier, and a frequency value 1 / ( 2 · n) (n is a natural number), a plurality of switches operating with a clock of the second frequency, and a first feedback capacitor and a second feedback capacitor. In addition, the term “first input capacitor” or “first input unit” refers to providing two input units in parallel as an input unit for inputting a signal to the same input terminal of the operational amplifier in a modification described later. There is an example, and in the modified mode, since two input capacitors are used, it is necessary to distinguish between the two. In principle, only one “first input capacitor” is required.

第1周波数のクロックで動作する複数のスイッチには、第1入力容量の充放電を切り換えるスイッチと、第1入力容量とオペアンプとの電気的な接続/非接続を切り換えるスイッチと、が含まれる。また、第2周波数のクロックで動作する複数のスイッチには、第2帰還容量の充放電を切り換えるための少なくとも一つのスイッチ(第2帰還容量のリセットスイッチということもできる)と、第1帰還容量と第2帰還容量との間の電気的接続を切り換えるスイッチ(電気的アイソレーション用スイッチということもできる)と、が含まれる。   The plurality of switches that operate with the clock of the first frequency include a switch that switches charging / discharging of the first input capacitor and a switch that switches electrical connection / disconnection between the first input capacitor and the operational amplifier. The plurality of switches operating with the clock of the second frequency include at least one switch (also referred to as a reset switch for the second feedback capacitor) for switching charging / discharging of the second feedback capacitor, and the first feedback capacitor. And a switch for switching an electrical connection between the second feedback capacitor and the second feedback capacitor (also referred to as an electrical isolation switch).

本態様のSCアンプの基本動作には、サンプリング・積分動作(サンプリングと積分がn回繰り返される動作)と、増幅動作とがある。本態様では、第1周波数のクロックによる複数のスイッチの開閉(オン/オフ)制御によって、サンプリングおよび積分がn回実行され、その結果として、第1帰還容量に、n回分のサンプリング・積分による電荷が蓄積される(サンプリング・積分フェーズ)。そして、n回のサンプリング・積分が終了すると、第1帰還容量に蓄積されている電荷が、第2帰還容量に転送される(増幅フェーズ)。サンプリング・積分フェーズでは、例えば、従来の動作クロックよりも2・n倍高速なクロック(第1周波数のクロック)を用いて,n回の電荷蓄積および転送を繰り返すため、従来例に比べて、n倍の電荷を転送することができ、したがって、見かけ上、入力容量の容量値がn倍になる。また。増幅動作は、第2周波数(例えば、従来使用されていたクロック周波数と同程度の周波数)のクロックに基づいて、例えば、第1周波数のクロック2・n個に相当する周期で実行される(つまり、第1周波数のクロック2・n個毎に1回行われる)。   The basic operation of the SC amplifier of this aspect includes a sampling / integration operation (operation in which sampling and integration are repeated n times) and an amplification operation. In this aspect, sampling and integration are performed n times by opening / closing (ON / OFF) control of a plurality of switches by the clock of the first frequency, and as a result, the charge due to sampling and integration for n times is stored in the first feedback capacitor. Is accumulated (sampling / integration phase). When n times of sampling and integration are completed, the charge accumulated in the first feedback capacitor is transferred to the second feedback capacitor (amplification phase). In the sampling / integration phase, for example, the charge accumulation and transfer are repeated n times using a clock (first frequency clock) that is 2 · n times faster than the conventional operation clock, so that n Double charge can be transferred, so that the capacitance value of the input capacitance is apparently n times. Also. The amplifying operation is executed with a period corresponding to 2.n clocks of the first frequency, for example, based on the clock of the second frequency (for example, the same frequency as the clock frequency conventionally used) (that is, , Once every 2 · n clocks of the first frequency).

ここで、第1入力容量の容量値をC1,第1帰還容量の容量値をC2,第2帰還容量の容量値をC3とすると、n回のサンプリング・積分が実行されるときのSCアンプの増幅率G1は、下記(2)式で表わされる。但し、(2)式において、Vinは入力電圧であり、Vout1は、サンプリング・積分フェーズにおけるSCアンプの出力電圧である。
G1=Vout1/Vin=n・(C1/C2)・・・(2)
サンプリング・積分フェーズでは、SCアンプは、C1/C2倍の負帰還をかけて動作していることになる。C1/C2を低いゲイン(例えば1程度)に設定すれば、オペアンプの周波数帯域を十分に確保することができ、オペアンプにおける帯域とゲインのトレードオフの問題は生じない。
Here, when the capacitance value of the first input capacitor is C1, the capacitance value of the first feedback capacitor is C2, and the capacitance value of the second feedback capacitor is C3, the SC amplifier when the sampling / integration is performed n times is performed. The amplification factor G1 is expressed by the following equation (2). However, in the equation (2), Vin is an input voltage, and Vout1 is an output voltage of the SC amplifier in the sampling / integration phase.
G1 = Vout1 / Vin = n · (C1 / C2) (2)
In the sampling / integration phase, the SC amplifier operates with negative feedback of C1 / C2 times. If C1 / C2 is set to a low gain (for example, about 1), the frequency band of the operational amplifier can be sufficiently secured, and the problem of the trade-off between the bandwidth and the gain in the operational amplifier does not occur.

また、増幅フェーズでは、電荷保存則より、C2・Vout1=C3・Vout2が成立するから(但し、Vout2は、増幅フェーズにおけるSCアンプの出力電圧である)、増幅フェーズにおける増幅率G2は、下記(3)式で表わされる。
G2=Vout2/Vout1=C2/C3・・・(3)
したがって、本態様のSCアンプの最終的な増幅率G3は、下記(4)式のように表わされる。
G3=n・(C1/C2)・(C2/C3)=n(C1/C3)・・・(4)
(4)式から明らかなように、本態様のSCアンプの増幅率G3は、変数(パラメーター)nと、第2帰還容量C3と第1入力容量C1の容量比と、によって定まる。増幅フェーズでは、SCアンプは、C2/C3倍の負帰還をかけて動作していることになる。(C2/C3)の値は、実現したいゲインと、入力信号の最大周波数と、上記のnの値と、オペアンプの特性を考慮し、無理のない倍率に設定する。例えば、実現したいSCアンプの最大ゲインが20であり、C1/C2=1(つまりC1=C2),nが“4”であれば、C2/C3(=C1/C3)を“5”に設定することができる。
Further, in the amplification phase, C2 · Vout1 = C3 · Vout2 is established from the charge conservation law (where Vout2 is the output voltage of the SC amplifier in the amplification phase), and therefore the amplification factor G2 in the amplification phase is 3) It is expressed by the formula.
G2 = Vout2 / Vout1 = C2 / C3 (3)
Therefore, the final gain G3 of the SC amplifier according to this aspect is expressed by the following equation (4).
G3 = n. (C1 / C2). (C2 / C3) = n (C1 / C3) (4)
As apparent from the equation (4), the amplification factor G3 of the SC amplifier according to this embodiment is determined by the variable (parameter) n and the capacitance ratio of the second feedback capacitor C3 and the first input capacitor C1. In the amplification phase, the SC amplifier operates with negative feedback of C2 / C3 times. The value of (C2 / C3) is set to a reasonable magnification in consideration of the gain to be realized, the maximum frequency of the input signal, the value of n described above, and the characteristics of the operational amplifier. For example, if the maximum gain of the SC amplifier to be realized is 20, C1 / C2 = 1 (that is, C1 = C2) and n is “4”, C2 / C3 (= C1 / C3) is set to “5”. can do.

従来例では、SCアンプの増幅率を20(相対値であり、単位なし)に設定する場合、C1/C3=20となり、入力容量C1の容量値を帰還容量C3の容量値の20倍に設定しなければならず(総容量値=21・C3)、また、20倍のゲインを確保しつつ、高周波数の信号を取り扱うおうとすると、オペアンプの広帯域化のために、バイアス電流量を増大させなればならなかった。これに対して、本態様では、例えば、n=4とし、C1=C2,C1/C3(=C2/C3)=5とすれば、総容量値は(11・C3)でよく、また、負帰還時に5倍の増幅率が確保できればよく、そして、増幅率が低下したことによって、使用できるオペアンプの周波数帯域が、従来例に比べて格段に広がる。また、近年の集積回路では一般に、例えば、システムクロックとして、数M〜数十MHz程度の高速クロックが用いられているため、n=4程度を実現するために必要な高速クロック(スイッチトキャパシタの駆動クロック)を得る点に関しては、特に問題はない。よって、本態様のSCアンプを実現することは容易である。   In the conventional example, when the amplification factor of the SC amplifier is set to 20 (relative value, no unit), C1 / C3 = 20, and the capacitance value of the input capacitor C1 is set to 20 times the capacitance value of the feedback capacitor C3. (Total capacity value = 21 · C3) If you try to handle high-frequency signals while securing a gain of 20 times, you can increase the amount of bias current to increase the bandwidth of the operational amplifier. I had to. On the other hand, in this embodiment, for example, if n = 4 and C1 = C2, C1 / C3 (= C2 / C3) = 5, the total capacity value may be (11 · C3), and negative. It suffices if a gain of 5 times can be ensured at the time of feedback, and the frequency band of the operational amplifier that can be used is greatly expanded as compared with the conventional example due to the decrease of the gain. In recent integrated circuits, for example, a high-speed clock of about several M to several tens of MHz is generally used as a system clock. Therefore, a high-speed clock necessary for realizing about n = 4 (switched capacitor drive) There is no particular problem with respect to obtaining the clock. Therefore, it is easy to realize the SC amplifier of this aspect.

また、サンプリング積分期間においては、第1入力容量から第1帰還容量に電荷が転送されて蓄積されるのであり、第2帰還容量は電荷の蓄積に関与しない。したがって、サンプリング積分期間においては、第1帰還容量と第2帰還容量との接続/非接続を切り換えるスイッチ(電気的アイソレーション用スイッチ)は、開状態(オフ状態)に維持される。また、サンプリング積分期間においては、第2帰還容量は、電荷が零の状態に維持されるのが好ましく、よって、第2帰還容量の充電/放電を切り換えるための少なくとも一つのスイッチ(第2帰還容量のリセットスイッチ)は、閉状態(オン状態)に維持される。   In the sampling integration period, charges are transferred from the first input capacitor to the first feedback capacitor and accumulated, and the second feedback capacitor is not involved in the charge accumulation. Therefore, in the sampling integration period, the switch (electrical isolation switch) that switches connection / disconnection between the first feedback capacitor and the second feedback capacitor is maintained in the open state (off state). Further, in the sampling integration period, it is preferable that the second feedback capacitor is maintained in a state in which the electric charge is zero. Therefore, at least one switch (second feedback capacitor) for switching charge / discharge of the second feedback capacitor. The reset switch is maintained in the closed state (on state).

一方、増幅期間において、サンプリング積分動作を継続させておくと、第1帰還容量から第2帰還容量に転送されるべき電荷がアンプの入力部に逆流する。よって、これを防止するために、第1帰還容量とオペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチ(電気的アイソレーション用スイッチ)は、増幅期間においては開状態(オフ状態)に維持され、オペアンプの入力部は、オペアンプ本体から切り離される。また、増幅期間においては、第2帰還容量に電荷が蓄積されるため、第2帰還容量についての充電/放電を切り換えるためのスイッチ(第2帰還容量のリセットスイッチ)は、開状態(オフ状態)に維持される。   On the other hand, if the sampling integration operation is continued during the amplification period, the charge to be transferred from the first feedback capacitor to the second feedback capacitor flows backward to the input portion of the amplifier. Therefore, in order to prevent this, a switch (electrical isolation switch) for switching connection / disconnection between the first feedback capacitor and the input node of the operational amplifier is in an open state (off state) during the amplification period. The input of the operational amplifier is disconnected from the operational amplifier body. In addition, during the amplification period, charges are accumulated in the second feedback capacitor, so the switch for switching charge / discharge of the second feedback capacitor (second feedback capacitor reset switch) is in the open state (off state). Maintained.

このように、本態様によれば、例えば、消費電力を増大させずに、スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率の増大あるいは高速化を達成することができ、また、例えば、増幅率を、連続的かつ広範囲に変化させることが可能となり、また、例えば、スイッチトキャパシタ増幅回路の小型化を実現することができる。   As described above, according to this aspect, for example, it is possible to increase or increase the speed of the switched capacitor amplifier circuit without increasing the power consumption. For example, it is possible to reduce the size of the switched capacitor amplifier circuit.

(2)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記第1周波数のクロックとして、第1クロックと、前記第1クロックと逆相の第2クロックとが用意され、前記第1周波数の1/(2・n)の周波数である前記第2周波数のクロックとして、第3クロックと、前記第3クロックと逆相の第4クロックとが用意され、前記第4クロックがアクティブレベルである期間が前記サンプリング積分期間に相当し、前記第3クロックがアクティブレベルである期間が前記増幅期間に相当し、かつ、前記第1クロックおよび前記第2クロックは、前記増幅期間においては非アクティブレベルに維持され、前記スイッチトキャパシタ増幅回路は、前記信号入力ノードである第1ノードと第2ノードとの間に設けられ、前記第1クロックによってオン/オフが制御される第1スイッチと、前記第2ノードと基準電位との間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第2スイッチと、前記第2ノードと第3ノードとの間に接続される前記第1入力容量と、前記第3ノードと基準電位との間に設けられ、前記第1クロックによってオン/オフが制御される第3スイッチと、前記第3ノードと、前記オペアンプの入力ノードである第4ノードとの間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第4スイッチと、前記第4ノードと第5ノードとの間に設けられる前記第1帰還容量と、前記第5ノードと基準電位との間に設けられ、前記第1周波数の1/(2・n)の周波数である前記第2周波数の第3クロックでオン/オフが制御される第5スイッチと、前記第5ノードと、前記オペアンプの出力ノードである第6ノードとの間に設けられ、前記第3クロックとは逆相の第4クロックによってオン/オフが制御される第6スイッチと、前記第4ノードと第7ノードとの間に設けられ、前記第3クロックによってオン/オフが制御される第7スイッチと、前記第7ノードと前記第6ノードとの間に設けられる前記第2帰還容量と、前記第7ノードと前記第6ノードとの間において、前記第2帰還容量に並列に設けられ、前記第4クロックによってオン/オフが制御される第8スイッチと、を有する。   (2) According to another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, a first clock and a second clock having a phase opposite to the first clock are prepared as the first frequency clock, and the first frequency A period in which a third clock and a fourth clock having a phase opposite to that of the third clock are prepared as the second frequency clock having a frequency of 1 / (2.n), and the fourth clock is at an active level. Corresponds to the sampling integration period, the period during which the third clock is at the active level corresponds to the amplification period, and the first clock and the second clock are maintained at the inactive level during the amplification period. The switched capacitor amplifier circuit is provided between a first node and a second node which are the signal input nodes, and is supplied with the first clock. A first switch that is controlled to be turned on / off; a second switch that is provided between the second node and a reference potential; and that is controlled to be turned on / off by the second clock; the second node; A first switch connected between the first node, a third switch provided between the third node and a reference potential and controlled to be turned on / off by the first clock; and the third node And a fourth node which is an input node of the operational amplifier, and is provided between the fourth node and the fifth node, and a fourth switch whose on / off is controlled by the second clock. The first feedback capacitor is provided between the fifth node and a reference potential, and is turned on / off by a third clock of the second frequency that is 1 / (2.n) of the first frequency. Controlled fifth switch A sixth switch provided between the fifth node and a sixth node that is an output node of the operational amplifier, the on / off control of which is controlled by a fourth clock having a phase opposite to that of the third clock; A seventh switch provided between the fourth node and the seventh node and controlled to be turned on / off by the third clock; and the second feedback provided between the seventh node and the sixth node. A capacitor and an eighth switch provided in parallel with the second feedback capacitor between the seventh node and the sixth node and controlled to be turned on / off by the fourth clock.

本態様では、第1周波数のクロックとして、第1クロックと、第1クロックと逆相の第2クロックとが用意され、第1周波数の1/(2・n)の周波数である第2周波数のクロックとして、第3クロックと、第3クロックと逆相の第4クロックとが用意される。また、第4クロックがアクティブレベル(例えばH)である期間がサンプリング積分期間に相当し、第3クロックがアクティブレベル(例えばH)である期間が増幅期間に相当し、かつ、第1クロックおよび第2クロックは、増幅期間においては非アクティブレベル(例えばL)に維持される。   In this aspect, a first clock and a second clock having a phase opposite to the first clock are prepared as the first frequency clock, and the second frequency is 1 / (2 · n) of the first frequency. As the clock, a third clock and a fourth clock having a phase opposite to that of the third clock are prepared. Further, the period in which the fourth clock is at the active level (for example, H) corresponds to the sampling integration period, the period in which the third clock is at the active level (for example, H) corresponds to the amplification period, and the first clock and the first clock Two clocks are maintained at an inactive level (for example, L) during the amplification period.

また、第1周波数のクロックで動作する複数のスイッチには、第1スイッチ〜第4スイッチが含まれ、第1スイッチおよび第3スイッチは第1クロックで動作し、第2スイッチと第4スイッチは第2クロックで動作する。第1スイッチ〜第3スイッチの各々は、入力容量の充放電を切り換えるスイッチとして機能し、第4スイッチは、第1帰還容量とオペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチとして機能する。   The plurality of switches that operate with the clock of the first frequency include the first switch to the fourth switch, the first switch and the third switch operate with the first clock, and the second switch and the fourth switch Operates with the second clock. Each of the first switch to the third switch functions as a switch for switching charging / discharging of the input capacitance, and the fourth switch functions as a switch for switching connection / disconnection between the first feedback capacitance and the input node of the operational amplifier. To do.

また、第2周波数のクロックで動作する複数のスイッチには、第5スイッチ〜第8スイッチが含まれ、第5スイッチおよび第7スイッチは第3クロックで動作し、第6スイッチと第8スイッチは第4クロックで動作する。第5スイッチおよび第6スイッチは、第1帰還容量の充放電を切り換えるスイッチとして機能し、第7スイッチは、第1帰還容量と第2帰還容量との接続/非接続を切り換えるスイッチとして機能し、第8スイッチは、第2帰還容量についての充電/放電を切り換えるためのスイッチ(第2帰還容量をリセットするためのリセットスイッチ)として機能する。   The plurality of switches that operate with the clock of the second frequency include the fifth switch to the eighth switch, the fifth switch and the seventh switch operate with the third clock, and the sixth switch and the eighth switch Operates with the fourth clock. The fifth switch and the sixth switch function as switches that switch charging / discharging of the first feedback capacitor, and the seventh switch functions as a switch that switches connection / disconnection between the first feedback capacitor and the second feedback capacitor, The eighth switch functions as a switch for switching charge / discharge of the second feedback capacitor (a reset switch for resetting the second feedback capacitor).

増幅期間において、サンプリング積分動作を継続させておくと、第1帰還容量から第2帰還容量に転送されるべき電荷がアンプの入力部に逆流する。また、増幅期間においては、入力部のスイッチは動作させる必要がなく、第1入力容量の充放電を切り換えるための複数のスイッチのオン/オフを継続させておくと、無駄に電力を消費する。そこで、本態様では、逆流防止および無駄な消費電力の削減のために、第1周波数のクロック(第1クロックおよび第2クロック)を、増幅期間においては非アクティブレベルに維持する。すなわち、本態様では、増幅期間においては、入力部に含まれる第1スイッチ〜第4スイッチの各々は、開状態に維持される。   If the sampling integration operation is continued during the amplification period, the charge to be transferred from the first feedback capacitor to the second feedback capacitor flows backward to the input portion of the amplifier. Also, during the amplification period, it is not necessary to operate the switch of the input unit, and if a plurality of switches for switching charging / discharging of the first input capacitor are kept on / off, power is wasted. Therefore, in this aspect, the first frequency clock (the first clock and the second clock) is maintained at the inactive level during the amplification period in order to prevent backflow and reduce unnecessary power consumption. That is, in this aspect, during the amplification period, each of the first switch to the fourth switch included in the input unit is maintained in the open state.

(3)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記オペアンプは、第1入力ノードおよび第2入力ノードと、第1出力ノードおよび第2出力ノードとを有する2入力2出力のオペアンプであり、前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードおよび前記第1出力ノードについての第1の回路構成と、前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードおよび前記第2出力ノードについての第2の回路構成を同一とし、かつ、前記第1の回路構成において使用される複数のスイッチの各々のサイズならびに複数の容量の各々の容量値と、前記第2の回路構成において使用される、前記第1の回路構成に含まれる各スイッチに対応する各スイッチのサイズ、ならびに、前記第1の回路構成に含まれる各容量に対応する各容量の容量値と、を同一として、全差動型の増幅回路を構成する。   (3) In another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, the operational amplifier is a two-input two-output operational amplifier having a first input node and a second input node, and a first output node and a second output node. And a first circuit configuration for the first input node and the first output node of the two-input two-output operational amplifier, and a second input node and the second output node of the two-input two-output operational amplifier. The second circuit configuration is the same, and the size of each of the plurality of switches and the capacitance values of the plurality of capacitors used in the first circuit configuration are used in the second circuit configuration. The size of each switch corresponding to each switch included in the first circuit configuration, and each capacity corresponding to each capacitor included in the first circuit configuration And the capacitance value of, as same, constitutes the amplifying circuit of the fully differential type.

上記(1),(2)に記載される態様の発明を用いて、全差動SC増幅回路(全差動SCアンプ)を構成したものである。全差動アンプは、入力信号および出力信号を差動信号とし、2つの入力信号の各々に関係する各回路を同一構成とし、ならびに、2つの出力信号の各々に関係する各回路を同一構成とした、対称性のある差動増幅回路である。本態様では、回路の対称性を実現するために、同じ構成の第1入力部が並列に設けられ、2つの第1入力部の各々における、対応するスイッチのサイズは同一に設定され、また、容量の容量値も同一に設定される。同様に、一組の積分・増幅用回路(帰還容量や複数のスイッチを含む)が設けられ、2つの各回路における、対応するスイッチのサイズは同一に設定され、また、容量の容量値も同一に設定される。   A fully-differential SC amplifier circuit (fully-differential SC amplifier) is configured using the invention of the aspect described in the above (1) and (2). The fully-differential amplifier has an input signal and an output signal as differential signals, each circuit related to each of the two input signals has the same configuration, and each circuit related to each of the two output signals has the same configuration. This is a symmetrical differential amplifier circuit. In this aspect, in order to realize the symmetry of the circuit, the first input units having the same configuration are provided in parallel, and the sizes of the corresponding switches in each of the two first input units are set to be the same. The capacity value of the capacity is also set to be the same. Similarly, a set of integration / amplification circuits (including a feedback capacitor and a plurality of switches) are provided, and the sizes of the corresponding switches in the two circuits are set to be the same, and the capacitance values of the capacitors are also the same. Set to

全差動SCアンプでは、一対の信号線の各々に重畳する同相ノイズが相殺されるために、低ノイズ特性が実現されるという効果が得られる。   In the fully differential SC amplifier, the common-mode noise superimposed on each of the pair of signal lines is canceled out, so that an effect that low noise characteristics are realized is obtained.

(4)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記信号入力ノードと前記オペアンプの入力ノードとの間に、前記第1入力部に対して並列に第2入力部が設けられ、前記第2入力部は、前記信号入力ノードと前記オペアンプの入力ノードとの間に設けられる第2入力容量と、前記第2入力容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記第2入力容量と前記オペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、を有し、前記第2入力部に含まれる複数のスイッチの各々は、前記第1入力部における、対応するスイッチの各々に対して相補的にオン/オフされる。   (4) In another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, a second input unit is provided in parallel with the first input unit between the signal input node and the input node of the operational amplifier. The second input unit includes a second input capacitor provided between the signal input node and an input node of the operational amplifier, a plurality of switches for switching charge / discharge of the second input capacitor, and the second A switch for switching connection / disconnection between an input capacitor and an input node of the operational amplifier, and each of the plurality of switches included in the second input unit is a corresponding switch in the first input unit. Are complementarily turned on / off.

本態様では、例えば、信号入力ノードと、オペアンプの一つの入力ノード(例えば反転端子に接続されるノード)との間において、第1入力部に並列に第2入力部が設けられる。第2入力部は、第1入力部の構成と同様に、「第2入力容量、第2入力容量の充放電を切り換えるための複数のスイッチならびに第2入力容量とオペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチ」を有する。   In this aspect, for example, a second input unit is provided in parallel with the first input unit between a signal input node and one input node of the operational amplifier (for example, a node connected to the inverting terminal). Similarly to the configuration of the first input unit, the second input unit includes “second input capacitor, a plurality of switches for switching charge / discharge of the second input capacitor, and connection / connection between the second input capacitor and the input node of the operational amplifier. A switch for switching non-connection.

第1入力部における各スイッチと、第2入力部における各スイッチは1:1に対応している。但し、第2入力部に含まれる各スイッチは、第1入力部に含まれる、対応するスイッチに対して相補的にオン/オフされる。つまり、第2入力部に含まれる各スイッチについてのオン/オフ制御クロックは、第1入力部に含まれる、対応するスイッチにおけるオン/オフ制御クロックとは逆相のクロックである。   Each switch in the first input unit and each switch in the second input unit correspond to 1: 1. However, each switch included in the second input unit is turned on / off in a complementary manner to the corresponding switch included in the first input unit. That is, the on / off control clock for each switch included in the second input unit is a clock having a phase opposite to that of the on / off control clock in the corresponding switch included in the first input unit.

本態様によれば、第1入力部における第1入力容量への電荷の蓄積時(サンプリング動作時)には、第2入力部の第2入力容量から第1帰還容量への電荷の転送(積分動作)が実行され、また、第1入力部における第1入力容量から第1帰還容量への電荷の転送(積分動作)が実行されているときには、第2入力部における第2入力容量への電荷の蓄積(サンプリング動作)が実行される。   According to this aspect, when charge is accumulated in the first input capacitor in the first input unit (sampling operation), transfer of charge from the second input capacitor of the second input unit to the first feedback capacitor (integration) Operation) is performed, and charge transfer (integration operation) from the first input capacitor to the first feedback capacitor in the first input unit is performed, the charge to the second input capacitor in the second input unit Is accumulated (sampling operation).

すなわち、本態様では、サンプリング積分期間において、常時、サンプリング動作と積分動作が実行されていることになり、したがって、第1入力部のみを設ける構成に比べて、単位時間あたりの、入力容量(第1入力容量および第2入力容量を含む)から第1帰還容量への転送電荷量が2倍になる。よって、本態様のSCアンプの最終的な増幅率G4は、下記(5)式のように表わされる。
G4=(2n・C1/C2)・(C2/C3)=2n・C1/C3・・・・(5)
したがって、本態様によれば、さらに高倍率のSCアンプを無理なく実現することができる。
That is, in this aspect, in the sampling integration period, the sampling operation and the integration operation are always performed. Therefore, compared with the configuration in which only the first input unit is provided, the input capacity per unit time (first The amount of charge transferred from the first input capacitor and the second input capacitor to the first feedback capacitor is doubled. Therefore, the final gain G4 of the SC amplifier according to this aspect is expressed by the following equation (5).
G4 = (2n · C1 / C2) · (C2 / C3) = 2n · C1 / C3 (5)
Therefore, according to this aspect, an SC amplifier with a higher magnification can be realized without difficulty.

(5)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記信号入力ノードである第1ノードと第12ノードとの間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第9スイッチと、前記第12ノードと基準電位との間に設けられ、前記第1クロックによってオン/オフが制御される第10スイッチと、前記第12ノードと第13ノードとの間に接続される前記第2入力容量と、前記第13ノードと基準電位との間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第11スイッチと、前記第13ノードと、前記オペアンプの入力ノードである前記第4ノードとの間に設けられ、前記1クロックによってオン/オフが制御される第12スイッチと、を有する。   (5) According to another aspect of the switched capacitor amplifying circuit of the present invention, a ninth aspect is provided between a first node and a twelfth node that are the signal input nodes, and is controlled to be turned on / off by the second clock. A switch, a tenth switch provided between the twelfth node and a reference potential and controlled to be turned on / off by the first clock, and connected between the twelfth node and the thirteenth node; An input switch; an eleventh switch provided between the thirteenth node and a reference potential and controlled to be turned on / off by the second clock; the thirteenth node; and an input node of the operational amplifier. And a twelfth switch provided between the fourth node and controlled to be turned on / off by the one clock.

第2入力部に含まれるスイッチとしては、第9スイッチ〜第12スイッチがあり、各スイッチは、第1入力部における第1スイッチ〜第4スイッチの各々に対応する。但し、上述のとおり、互いに対応する2つのスイッチは相補的にオン/オフされるため、一方がオン状態のときは、他方はオフ状態となる。このようなスイッチ制御は、上述の第1クロックと第2クロックを用いて容易に実現することができる。   The switches included in the second input unit include a ninth switch to a twelfth switch, and each switch corresponds to each of the first switch to the fourth switch in the first input unit. However, as described above, the two switches corresponding to each other are complementarily turned on / off, so that when one is on, the other is off. Such switch control can be easily realized by using the first clock and the second clock described above.

(6)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記オペアンプは、第1入力ノードおよび第2入力ノードと、第1出力ノードおよび第2出力ノードとを有する2入力2出力のオペアンプであり、前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードおよび前記第1出力ノードについての第3の回路構成と、前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードおよび前記第2出力ノードについての第4の回路構成とを同一とし、かつ、前記第3の回路構成において使用される複数のスイッチの各々のサイズならびに複数の容量の各々の容量値と、前記第4の回路構成において使用される、前記第3の回路構成に含まれる各スイッチに対応する各スイッチのサイズ、ならびに、前記第3の回路構成に含まれる各容量に対応する各容量の容量値と、を同一として、全差動型の増幅回路を構成する。   (6) In another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, the operational amplifier is a two-input two-output operational amplifier having a first input node and a second input node, and a first output node and a second output node. Yes, a third circuit configuration for the first input node and the first output node of the operational amplifier with two inputs and two outputs, and the second input node and the second output node of the operational amplifier with two inputs and two outputs The fourth circuit configuration is the same, and the size of each of the plurality of switches and the capacitance values of the plurality of capacitors used in the third circuit configuration are used in the fourth circuit configuration. Each switch size corresponding to each switch included in the third circuit configuration, and each size corresponding to each capacitor included in the third circuit configuration. And the capacitance value of the amount, as the same, constitutes the amplifying circuit of the fully differential type.

上記(4)または(5)に記載される態様の発明を用いて、全差動SC増幅回路(全差動SCアンプ)を構成したものである。全差動アンプは、入力信号および出力信号を差動信号とし、2つの入力信号の各々に関係する各回路を同一構成とし、ならびに、2つの出力信号の各々に関係する各回路を同一構成とした、対称性のある差動増幅回路である。本態様では、回路の対称性を実現するために、第1入力部および第2入力部において、互いに対応する2つのスイッチのサイズは同一に設定され、また、容量の容量値も同一に設定される。   A fully differential SC amplifier circuit (fully differential SC amplifier) is configured using the invention of the aspect described in (4) or (5) above. The fully-differential amplifier has an input signal and an output signal as differential signals, each circuit related to each of the two input signals has the same configuration, and each circuit related to each of the two output signals has the same configuration. This is a symmetrical differential amplifier circuit. In this aspect, in order to realize the symmetry of the circuit, in the first input unit and the second input unit, the sizes of two switches corresponding to each other are set to be the same, and the capacitance values of the capacitors are also set to be the same. The

全差動SCアンプでは、一対の信号線の各々に重畳する同相ノイズが相殺されるために、低ノイズ特性が実現されるという効果が得られる。   In the fully differential SC amplifier, the common-mode noise superimposed on each of the pair of signal lines is canceled out, so that an effect that low noise characteristics are realized is obtained.

(7)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、上記(3)または(6)において、さらに、前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードと、前記2入力2出力のオペアンプの第1入力端子との間に設けられる第1オフセットキャンセル容量と、前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードと、前記2入力2出力のオペアンプの第2入力端子との間に設けられる第2オフセットキャンセル容量と、前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力端子と前記第1出力ノードとの間に接続され、短絡制御信号によってオン/オフが制御される第1短絡スイッチと、前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力端子と前記第2出力ノードとの間に接続され、前記短絡制御信号によってオン/オフが制御される第2短絡スイッチと、前記2入力2出力のオペアンプの前記第1出力ノードと前記第2出力ノードとのコモン電位をある一定の電圧(第2の基準電圧)に固定するように、前記2入力2出力のオペアンプに制御信号(コモン制御信号)を供給することによって、コモン電位安定化動作を実行するコモンモードフィードバック回路と、を有し、前記サンプリング積分期間および前記増幅期間の後にオフセットキャンセル兼コモンモードフィードバック期間が設けられ、前記オフセットキャンセル兼コモンモードフィードバック期間においては、第1短絡スイッチおよび第2短絡スイッチがオンすると共に、前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードおよび前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードが共に共通の電位に維持され、かつ、前記コモンモードフィードバック回路による、前記コモン電位安定化動作が実行される。   (7) According to another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, in the above (3) or (6), the first input node of the 2-input 2-output operational amplifier and the 2-input 2-output operational amplifier Provided between the first offset cancel capacitor provided between the first input terminal and the second input node of the 2-input 2-output operational amplifier and the second input terminal of the 2-input 2-output operational amplifier. And a first short-circuit switch connected between the first input terminal and the first output node of the two-input / two-output operational amplifier and controlled to be turned on / off by a short-circuit control signal. The second short circuit is connected between the second input terminal and the second output node of the two-input two-output operational amplifier and is controlled to be turned on / off by the short-circuit control signal. The 2-input 2-output operational amplifier is configured so that a common potential between the switch and the first output node and the second output node of the 2-input 2-output operational amplifier is fixed to a certain voltage (second reference voltage). A common mode feedback circuit for performing a common potential stabilization operation by supplying a control signal (common control signal) to the operational amplifier, and an offset cancellation and common mode feedback period after the sampling integration period and the amplification period In the offset cancellation and common mode feedback period, the first short-circuit switch and the second short-circuit switch are turned on, and the first input node of the 2-input 2-output operational amplifier and the 2-input 2-output operational amplifier Both of the second input nodes are maintained at a common potential, and The common potential stabilization operation is performed by the common mode feedback circuit.

全差動アンプでは、入力信号および出力信号が差動信号であり、出力信号の各信号線の動作点の電位(コモン電位)を任意の電位に安定させるための調整動作が必要ある。このために、全差動アンプでは、コモンモードフィードバック回路(CMFB回路)が設けられるのが一般的である。コモンモードフィードバック(CMFB)動作は、例えば、以下の手順で行われる。すなわち、例えば、オペアンプの第1出力ノードと第2出力ノードが分圧抵抗を介して短絡され、分圧電圧と、基準となる参照電位とが比較器によって比較され、その比較結果をオペアンプにフィードバックし、このフィードバック信号によって、オペアンプにおける各信号線の動作点の電位(コモン電位)を調整し、例えば、その動作点の電位(コモン電位)が、上記の参照電位になるようにする。   In the fully differential amplifier, the input signal and the output signal are differential signals, and an adjustment operation is required to stabilize the potential (common potential) at the operating point of each signal line of the output signal at an arbitrary potential. For this reason, a common mode feedback circuit (CMFB circuit) is generally provided in a fully differential amplifier. The common mode feedback (CMFB) operation is performed by the following procedure, for example. That is, for example, the first output node and the second output node of the operational amplifier are short-circuited through a voltage dividing resistor, the divided voltage and the reference potential as a reference are compared by a comparator, and the comparison result is fed back to the operational amplifier. Then, with this feedback signal, the potential (common potential) of the operating point of each signal line in the operational amplifier is adjusted, for example, so that the potential (common potential) of the operating point becomes the reference potential.

本発明にかかる全差動SCアンプでもCMFBを行う必要があるが、本発明にかかる全差動アンプは、上述のとおり、サンプリング積分動作と増幅動作とを繰り返すという、従来のSCアンプにはない特徴的な動作を実行する必要があるため、このCMFBを、いつどのようにして実行するかは重要な課題となる。そこで検討すると、まず、CMFBが、上述のサンプリング積分動作ならびに増幅動作に影響を与えないようにする必要があり、この観点から、CMFBを、サンプリング積分動作ならびに増幅動作と、並行的に実行することは避けるのが望ましい。   Although it is necessary to perform CMFB also in the fully differential SC amplifier according to the present invention, the fully differential amplifier according to the present invention is not in the conventional SC amplifier in which the sampling integration operation and the amplification operation are repeated as described above. Since it is necessary to execute a characteristic operation, when and how to execute this CMFB is an important issue. Considering this, first, it is necessary that the CMFB does not affect the sampling integration operation and the amplification operation described above. From this viewpoint, the CMFB is executed in parallel with the sampling integration operation and the amplification operation. Should be avoided.

次に、CMFBを行うためには、オペアンプの2つの出力電圧の各々を、ほぼ同じレベルの直流電圧(DC電圧)に維持する必要があり、この動作を効率的に実行できることが好ましい。   Next, in order to perform CMFB, it is necessary to maintain each of the two output voltages of the operational amplifier at substantially the same level of DC voltage (DC voltage), and it is preferable that this operation can be performed efficiently.

これらの観点から、本態様では、オペアンプのオフセットキャンセル動作期間(サンプリング積分期間ならびに増幅期間とは別に設けられる期間)において、CMFBを、並行的に行うようにする。   From these viewpoints, in this embodiment, CMFB is performed in parallel during the offset cancel operation period of the operational amplifier (a period provided separately from the sampling integration period and the amplification period).

すなわち、全差動アンプでは、回路の対称性を実現するために、オペアンプのDCオフセットを除去するのが好ましい。オフセットキャンセル方法としては、例えば、オペアンプの2つの入力端子にオフセットキャンセル容量を設けて、オフセットキャンセル電圧(オペアンプのDCオフセットと同じ電圧値をもつ)を、オフセットキャンセル容量に発生させる方法がある。この方法では、オフセットキャンセル電圧を発生させるときは、オフセットキャンセル容量の一極が基準電位(例えばグランド)に固定される(他極は、オペアンプの入力端子に接続されている)。この時点で、オペアンプの2つの入力端子(反転端子と非反転端子)の各々の電位に着目する。つまり、その時点では、オペアンプの2つの入力端子(反転端子と非反転端子)の各々の電位には、オフセット電圧分の差があるが、しかし、そのオフセット分の差はごくわずかであることから、そのオフセット分の差を無視して考えれば、オペアンプの2つの入力端子(反転端子と非反転端子)の各々の電位は、ほとんど基準電位(例えばグランド)になっているといえる。そこで、オフセットキャンセル時において、オペアンプの入力端子と出力端子とを短絡するためのスイッチをオンさせる。すると、オペアンプの2つの出力端子の各々の電位は、2つの入力端子の各々の電位と同じ電位(つまり、ほとんどGND電位)となり、これによって、「CMFBに必要な、オペアンプの2つの出力電圧を、ほぼ同一のDC電圧に維持する」という条件が満足される。この状態で、CMFB回路を動作させて、CMFBを実行する。   In other words, in the fully differential amplifier, it is preferable to remove the DC offset of the operational amplifier in order to achieve circuit symmetry. As an offset canceling method, for example, there is a method of providing an offset canceling capacitor (having the same voltage value as the DC offset of the operational amplifier) in the offset canceling capacitor by providing offset canceling capacitors at two input terminals of the operational amplifier. In this method, when the offset cancel voltage is generated, one pole of the offset cancel capacitor is fixed to a reference potential (for example, ground) (the other pole is connected to the input terminal of the operational amplifier). At this point, attention is paid to the potentials of the two input terminals (inverting terminal and non-inverting terminal) of the operational amplifier. In other words, at that time, the potential of each of the two input terminals (inverting terminal and non-inverting terminal) of the operational amplifier has a difference corresponding to the offset voltage, but the difference between the offsets is negligible. If the difference between the offsets is ignored, it can be said that the potentials of the two input terminals (inverting terminal and non-inverting terminal) of the operational amplifier are almost the reference potential (for example, ground). Therefore, at the time of offset cancellation, a switch for short-circuiting the input terminal and the output terminal of the operational amplifier is turned on. Then, the potential of each of the two output terminals of the operational amplifier becomes the same potential as the potential of each of the two input terminals (that is, almost GND potential), and thus the two output voltages of the operational amplifier necessary for the CMFB are obtained. The condition of “maintain substantially the same DC voltage” is satisfied. In this state, the CMFB circuit is operated to execute CMFB.

このように、本態様では、オフセットキャンセル動作と並行して、CMFBを実行するため、効率的な動作が実現される。また、CMFBは、サンプリング積分動作や増幅動作とは別に行われるため、CMFB時において、オペアンプに接続される負荷の影響が、サンプリング積分動作や増幅動作に及ぶおそれがない。オフセットキャンセル動作とCMFBが効率的に実行されることによって、実際の動作時における全差動SCアンプの回路の対称性が保証される。よって、十分に実用に耐え得る、新規な全差動SCアンプが実現される。   Thus, in this aspect, since CMFB is executed in parallel with the offset cancel operation, an efficient operation is realized. Further, since CMFB is performed separately from the sampling integration operation and amplification operation, there is no possibility that the influence of the load connected to the operational amplifier during the CMFB affects the sampling integration operation and amplification operation. By efficiently executing the offset cancel operation and the CMFB, the symmetry of the circuit of the fully differential SC amplifier in the actual operation is guaranteed. Therefore, a novel fully differential SC amplifier that can sufficiently withstand practical use is realized.

(8)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記パラメーターnを変化させて、前記スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率を可変に制御する。   (8) In another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, the gain of the switched capacitor amplifier circuit is variably controlled by changing the parameter n.

本態様では、変数(パラメーター)nを可変に制御することによって、SCアンプの増幅率を自在に調整する。これによって、スイッチトキャパシタを用いた可変利得増幅回路(SC型PGA)を実現することができる。変数nは、第1周波数と第2周波数との周波数関係を調整することによって、比較的自由に、連続的に、かつ広範囲に調整することができる。よって、本態様によれば、増幅率を、連続的かつ広範囲に変化させることが可能な、新規なSC型PGAを実現することができる。   In this aspect, the gain of the SC amplifier is freely adjusted by variably controlling the variable (parameter) n. Thereby, a variable gain amplifier circuit (SC type PGA) using a switched capacitor can be realized. The variable n can be adjusted relatively freely, continuously, and over a wide range by adjusting the frequency relationship between the first frequency and the second frequency. Therefore, according to this aspect, it is possible to realize a novel SC-type PGA capable of changing the amplification factor continuously and over a wide range.

(9)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記第1周波数のクロックを、分周回路でn分周して得られるクロックに基づいて、前記第2周波数のクロックを生成する。   (9) In another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, the second frequency clock is generated based on a clock obtained by dividing the first frequency clock by n by a frequency dividing circuit.

本態様では、変数nを自在に設定方法として、第1周波数のクロックを、分周回路でn分周して得られるクロックに基づいて、第2周波数のクロックを生成する方法を採用する。分周回路における分周比を可変に制御することによって、変数nを自在に変化させることができる。構成が簡単であるため、実現が容易である。   In this aspect, as a method for freely setting the variable n, a method of generating a clock of the second frequency based on a clock obtained by dividing the clock of the first frequency by n by the frequency divider circuit is employed. By variably controlling the frequency dividing ratio in the frequency dividing circuit, the variable n can be freely changed. Since the configuration is simple, implementation is easy.

(10)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、電圧制御発振器から出力されるクロックに基づいて、前記第1周波数のクロックに同期した前記第2周波数のクロックを生成する。   (10) In another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, the second frequency clock synchronized with the first frequency clock is generated based on the clock output from the voltage controlled oscillator.

本態様では、変数nを自在に設定方法として、電圧制御発振器(VCO)の出力クロックに基づいて、第1周波数のクロックに同期した第2周波数のクロックを生成する方法を採用する。VCOの入力電圧レベルを変化させることによって、第2周波数のクロックの周波数を変化させることができ、したがって、変数nを自在に設定することができる。また、例えば、VCOの動作クロックを、例えばPLL等を用いて第1の周波数クロックと同期させることによって、第1周波数のクロックに同期した、所望の周波数をもつ第2周波数のクロックを得ることができる。   In this aspect, as a method for freely setting the variable n, a method of generating a second frequency clock synchronized with the first frequency clock based on the output clock of the voltage controlled oscillator (VCO) is employed. By changing the input voltage level of the VCO, the frequency of the second frequency clock can be changed, and therefore the variable n can be set freely. Further, for example, by synchronizing the operation clock of the VCO with the first frequency clock using, for example, a PLL, a second frequency clock having a desired frequency synchronized with the first frequency clock can be obtained. it can.

(11)本発明のスイッチトキャパシタ増幅回路の他の態様は、前記スイッチトキャパシタ増幅回路の出力信号の電圧と所定電圧を比較する電圧比較回路と、前記電圧比較回路の出力電圧を周波数信号に変換する電圧/周波数変換回路と、を有し、前記電圧/周波数変換回路から出力されるクロック信号に基づいて、前記第2周波数のクロックを生成する。   (11) According to another aspect of the switched capacitor amplifier circuit of the present invention, a voltage comparison circuit that compares a voltage of an output signal of the switched capacitor amplifier circuit with a predetermined voltage, and an output voltage of the voltage comparison circuit is converted into a frequency signal. And generating a clock of the second frequency based on a clock signal output from the voltage / frequency conversion circuit.

本態様では、入力信号の振幅の大きさに依存せずに、出力信号の振幅を一定化するSC型PGAを構成する。例えば、SC型PGAの出力電圧が、高精細な表示制御のために使用されるような場合、SC型PGAの出力電圧レベルを、所望のレベルに高精度に設定し、かつその電圧レベルを維持する必要がある。そこで、本態様では、SC型PGAの出力電圧を一定値に保つための負帰還制御回路を構成し、その負帰還制御回路の出力クロックに基づいて第2周波数のクロック(CKLC,CKLD)を生成する。   In this aspect, an SC type PGA that makes the amplitude of the output signal constant is configured without depending on the amplitude of the input signal. For example, when the output voltage of the SC-type PGA is used for high-definition display control, the output voltage level of the SC-type PGA is set to a desired level with high accuracy and the voltage level is maintained. There is a need to. Therefore, in this aspect, a negative feedback control circuit for maintaining the output voltage of the SC type PGA at a constant value is configured, and a second frequency clock (CKLC, CKLD) is generated based on the output clock of the negative feedback control circuit. To do.

すなわち、SC型PGAの出力信号の電圧と所定電圧を比較する電圧比較回路と、電圧比較回路の出力電圧を周波数信号に変換する電圧/周波数変換回路(VCO等)とを設けて、電圧/周波数変換回路(VCO等)から出力されるクロック信号に基づいて、第2周波数のクロック(CKLC,CKLD)を生成する方法を採用する。これにより、出力電圧レベルを、所望レベルに高精度に維持できるSC型PGAを得ることができる。   That is, a voltage comparison circuit that compares the voltage of the output signal of the SC type PGA with a predetermined voltage and a voltage / frequency conversion circuit (such as a VCO) that converts the output voltage of the voltage comparison circuit into a frequency signal are provided. A method of generating a second frequency clock (CKLC, CKLD) based on a clock signal output from a conversion circuit (VCO, etc.) is employed. Thereby, it is possible to obtain an SC type PGA capable of maintaining the output voltage level at a desired level with high accuracy.

(12)本発明のセンサー装置の一態様は、モーションセンサーと、前記モーションセンサーから出力される検出信号が入力される、上記いずれかのスイッチトキャパシタ増幅回路と、を有する。   (12) One aspect of the sensor device of the present invention includes a motion sensor and any one of the switched capacitor amplification circuits to which a detection signal output from the motion sensor is input.

本態様では、本発明にかかるSCアンプ(SC型PGAを含む)を、サンサー装置における、モーションセンサーから出力される検出信号の増幅のために使用する。本発明にかかるSCアンプ(SC型PGAを含む)は、例えば、小型、低消費電力、高増幅率、使用可能な周波数帯域が広い、低ノイズ、増幅率の自在可変等のすぐれた効果を奏するため、SCアンプを搭載したセンサー装置も同様の効果を得ることができる。   In this aspect, the SC amplifier (including the SC type PGA) according to the present invention is used for amplification of the detection signal output from the motion sensor in the sensor device. The SC amplifier (including the SC type PGA) according to the present invention has excellent effects such as small size, low power consumption, high amplification factor, wide usable frequency band, low noise, and variable amplification factor. Therefore, a sensor device equipped with an SC amplifier can obtain the same effect.

(13)本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかに記載のスイッチトキャパシタ増幅回路を有する。   (13) One aspect of the electronic device of the present invention includes the switched capacitor amplifier circuit according to any one of the above.

本発明にかかるSCアンプ(SC型PGAを含む)は、例えば、小型、低消費電力、高増幅率、使用可能な周波数帯域が広い、低ノイズ、増幅率の自在可変等のすぐれた効果を奏するため、SCアンプを搭載した電子機器も同様の効果を得ることができる。   The SC amplifier (including the SC type PGA) according to the present invention has excellent effects such as small size, low power consumption, high amplification factor, wide usable frequency band, low noise, and variable amplification factor. Therefore, an electronic device equipped with an SC amplifier can obtain the same effect.

このように、本発明のいくつかの実施形態によれば、例えば、消費電力を増大させずに、スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率の増大あるいは高速化を達成することができ、また、例えば、増幅率を、連続的かつ広範囲に変化させることが可能となり、また、例えば、スイッチトキャパシタ増幅回路の小型化(キャパシタの占有面積の削減)を実現することができ、また、例えば、容量の比精度の向上を実現して、SCアンプの倍率の誤差を小さく抑えることが可能である。   Thus, according to some embodiments of the present invention, for example, an increase in gain or speed-up of a switched capacitor amplifier circuit can be achieved without increasing power consumption. The rate can be changed continuously and over a wide range, and for example, the switched capacitor amplifier circuit can be reduced in size (reduction of the area occupied by the capacitor). Improvement can be realized and the error of the magnification of the SC amplifier can be suppressed small.

図1(A),図1(B)は、スイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ,SC積分回路)の基本的な動作を説明するための図1A and 1B are diagrams for explaining the basic operation of a switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier, SC integrator circuit). オペアンプの周波数帯域と利得(dB)との関係の一例を示す図The figure which shows an example of the relationship between the frequency band of an operational amplifier, and a gain (dB) 図3(A),図3(B)は、本発明の第1の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための図3A and 3B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of the switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the first embodiment of the present invention. 図4(A),図4(B)は、図3(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 4A and 4B are diagrams showing operations (switch on / off state, etc.) in the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 3B. 図5(A),図5(B)は、図3(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 5A and 5B are diagrams showing operations (switch ON / OFF states, etc.) in the amplification period of the SC amplifier shown in FIG. 3B. 第1の実施形態にかかるSCアンプにおける倍率設定の一例を説明するための図The figure for demonstrating an example of the magnification setting in SC amplifier concerning 1st Embodiment 図7(A),図7(B)は、本発明の第2の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための図7A and 7B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of a switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the second embodiment of the present invention. 図8(A),図8(B)は、図7(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 8A and 8B are diagrams showing operations (switch ON / OFF state, etc.) in the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 7B. 図9(A),図9(B)は、図7(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 9A and 9B are diagrams showing operations (switch ON / OFF states, etc.) during the amplification period of the SC amplifier shown in FIG. 7B. 図10(A),図10(B)は、本発明の第3の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための10A and 10B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of the switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the third embodiment of the present invention. 図11(A),図11(B)は、図10(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 11A and 11B are diagrams showing operations (switch ON / OFF state, etc.) in the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 10B. 図12(A),図12(B)は、図10(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図12 (A) and 12 (B) are diagrams showing operations (switch on / off states, etc.) during the amplification period of the SC amplifier shown in FIG. 10 (B). 図13(A),図13(B)は、本発明の第4の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための図13A and 13B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of a switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the fourth embodiment of the present invention. 図14(A),図14(B)は、図13(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 14A and 14B are diagrams showing operations (switch on / off state, etc.) in the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 13B. 図15(A),図15(B)は、図13(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 15A and 15B are diagrams showing operations (switch ON / OFF states, etc.) in the amplification period of the SC amplifier shown in FIG. 13B. 図16(A),図16(B)は、本発明の第5の実施形態にかかるSCアンプの構成を示す図FIGS. 16A and 16B are diagrams showing the configuration of an SC amplifier according to the fifth embodiment of the present invention. 図17(A),図17(B)は、図16に示される全差動型SCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図FIGS. 17A and 17B are diagrams showing operations (switch ON / OFF state, etc.) in the sampling integration period in the fully differential SC amplifier shown in FIG. 図18(A),図18(B)は、図16に示される全差動型SCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)、ならびに、オフセットキャンセル兼CMFB動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図18 (A) and 18 (B) show the operation (a switch on / off state, etc.) during the amplification period of the fully differential SC amplifier shown in FIG. 16, and the offset cancel / CMFB operation (switch on / off). / Off state etc.) 図19は、オフセットキャンセル容量を用いたオフセットキャンセル動作を説明するための図FIG. 19 is a diagram for explaining an offset cancel operation using an offset cancel capacitor. 図20は、CMFB回路500の内部構成の一例を示す図FIG. 20 is a diagram showing an example of the internal configuration of the CMFB circuit 500 CMFB回路の具体的な構成の一例を示す図The figure which shows an example of a specific structure of a CMFB circuit CMFB回路の具体的な構成の他の例を示す図The figure which shows the other example of the concrete structure of a CMFB circuit. 図23(A),図23(B)は、図22に示されるCMFB回路の動作を説明するための図23A and 23B are diagrams for explaining the operation of the CMFB circuit shown in FIG. 図24(A),図24(B)は、可変容量の構成を示す図24A and 24B are diagrams showing a configuration of a variable capacitor. 変数nを可変に制御するための回路構成の一例を示す図The figure which shows an example of the circuit structure for controlling the variable n variably 変数nを可変に制御するための回路構成の他の例を示す図The figure which shows the other example of the circuit structure for controlling the variable n variably 入力信号の振幅の大きさに依存せずに、出力信号の振幅を一定化するSC型PGAの構成例を示す図The figure which shows the structural example of SC type | mold PGA which makes the amplitude of an output signal constant regardless of the magnitude | size of the amplitude of an input signal. 本発明のSCアンプを搭載するセンサー装置および電子機器の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the sensor apparatus and electronic device carrying the SC amplifier of this invention

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが、本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are as means for solving the present invention. It is not always essential.

(第1の実施形態)
図3(A),図3(B)は、本発明の第1の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための図である。
(First embodiment)
3A and 3B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of the switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the first embodiment of the present invention.

図3(A)に示すように、本実施形態では、スイッチトキャパシタ回路(SC回路)の動作クロック(スイッチのオン/オフ制御クロック)として、第1周波数の第1クロック(CKLA)と、第1クロックとは逆相の第2クロック(CKLB)と、周波数値が第1周波数の1/(2・n)である第2周波数であり、かつ第1クロックおよび第2クロックと同期している第3クロック(CKLC)と、第3クロックとは逆相の第4クロック(CKLD)と、が使用される。   As shown in FIG. 3A, in this embodiment, a first clock (CKLA) having a first frequency is used as an operation clock (switch on / off control clock) of the switched capacitor circuit (SC circuit), A second clock (CKLB) having a phase opposite to that of the clock, a second frequency having a frequency value 1 / (2 · n) of the first frequency, and being synchronized with the first clock and the second clock. Three clocks (CKLC) and a fourth clock (CKLD) having a phase opposite to that of the third clock are used.

また、第4クロック(CKLD)がアクティブレベル(例えばH)である期間がサンプリング積分期間(TD:時刻t0〜t8)に相当し、第3クロックがアクティブレベル(例えばH)である期間が増幅期間(TC:時刻t8〜t9)に相当する。また、第1クロック(CKLA)がアクティブレベル(Hレベル)である期間TA(時刻t0〜t1)がサンプリング期間に相当し、第2クロック(CKLB)がアクティブレベル(Hレベル)である期間TB(時刻t1〜t2)が積分期間に相当する。   Further, the period in which the fourth clock (CKLD) is at the active level (for example, H) corresponds to the sampling integration period (TD: time t0 to t8), and the period in which the third clock is at the active level (for example, H) is the amplification period. This corresponds to (TC: times t8 to t9). A period TA (time t0 to t1) in which the first clock (CKLA) is at the active level (H level) corresponds to a sampling period, and a period TB (in which the second clock (CKLB) is at the active level (H level). Time t1 to t2) corresponds to an integration period.

また、第1クロック(CKLA)および第2クロック(CKLB)は、増幅期間(CKLC)においては非アクティブレベル(例えばL)に維持される。   The first clock (CKLA) and the second clock (CKLB) are maintained at an inactive level (for example, L) during the amplification period (CKLC).

第1クロック(CKLA)および第2クロック(CKLB)の周期はTであり、第3クロック(CKLC)および第4クロック(CKLD)の周期は8Tであり、よって、第3クロック(CKLC)および第4クロック(CKLD)の周波数(第2周波数)は、第1クロック(CKLA)および第2クロック(CKLB)の周波数(第1周波数)の1/8であり、したがって、変数(パラメーター)nの値は“4”に設定されている。また、サンプリング積分期間TDは、4Tに相当する(つまり、nTに相当する)。したがって、サンプリング積分期間TDにおいては、サンプリングと積分が、4回繰り返されることになる。   The period of the first clock (CKLA) and the second clock (CKLB) is T, and the period of the third clock (CKLC) and the fourth clock (CKLD) is 8T. Therefore, the third clock (CKLC) and the second clock (CKLC) The frequency (second frequency) of 4 clocks (CKLD) is 1/8 of the frequency (first frequency) of the first clock (CKLA) and the second clock (CKLB), and therefore the value of the variable (parameter) n Is set to “4”. The sampling integration period TD corresponds to 4T (that is, corresponds to nT). Therefore, sampling and integration are repeated four times during the sampling integration period TD.

図3(B)に示すように、本実施形態のスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)は、第1入力部AIN1と、オペアンプOP1と、積分・増幅用回路BP1と、により構成される。具体的には、本実施形態のスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)は、
信号入力ノードである第1ノード(N1)と第2ノード(N2)との間に設けられ、第1クロック(CKLA)によってオン/オフが制御される第1スイッチ(SW1(A))と、第2ノード(N2)と基準電位との間に設けられ、第2クロック(CKLB)によってオン/オフが制御される第2スイッチ(SW2(B))と、第2ノード(N2)と第3ノード(N3)との間に接続される第1入力容量(C1)と、第3ノード(N3)と基準電位との間に設けられ、第1クロック(CKLA)によってオン/オフが制御される第3スイッチ(SW3(A))と、第3ノード(N3)と、オペアンプ(OP1)の入力ノードである第4ノード(N4)との間に設けられ、第2クロック(CKLB)によってオン/オフが制御される第4スイッチ(SW4(B))と、第4ノード(N4)と第5ノード(N5)との間に設けられる第1帰還容量(C2)と、第5ノード(N5)と基準電位との間に設けられ、第1周波数の1/(2・n)の周波数である第2周波数の第3クロック(CKLC)でオン/オフが制御される第5スイッチ(SW5(C))と、第5ノード(N5)と、オペアンプ(OP1)の出力ノードである第6ノード(N6)との間に設けられ、第3クロックとは逆相の第4クロック(CKLD)によってオン/オフが制御される第6スイッチ(SW6(D))と、第4ノード(N4)と第7ノード(N7)との間に設けられ、第3クロックによってオン/オフが制御される第7スイッチ(SW7(C))と、第7ノード(N7)と第6ノードノード(N6)との間に設けられる第2帰還容量(C3)と、第7ノード(N7)と第6ノード(N6)との間において、第2帰還容量(C3)に並列に設けられ、第4クロックによってオン/オフが制御される第8スイッチ(SW8(D))と、を有する。
As shown in FIG. 3B, the switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) of this embodiment includes a first input unit AIN1, an operational amplifier OP1, and an integration / amplification circuit BP1. Specifically, the switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) of this embodiment is
A first switch (SW1 (A)) provided between a first node (N1) and a second node (N2) which are signal input nodes and controlled to be turned on / off by a first clock (CKLA); A second switch (SW2 (B)) provided between the second node (N2) and the reference potential and controlled to be turned on / off by the second clock (CKLB), the second node (N2), and the third node The first input capacitor (C1) connected between the node (N3) and the third node (N3) and the reference potential are provided, and ON / OFF is controlled by the first clock (CKLA). Provided between the third switch (SW3 (A)), the third node (N3), and the fourth node (N4) that is the input node of the operational amplifier (OP1), and is turned on / off by the second clock (CKLB). The 4th switch whose off is controlled (SW4 (B)), a first feedback capacitor (C2) provided between the fourth node (N4) and the fifth node (N5), and provided between the fifth node (N5) and the reference potential. A fifth switch (SW5 (C)) that is controlled to be turned on / off by a third clock (CKLC) having a second frequency that is 1 / (2 · n) of the first frequency, and a fifth node ( N5) and a sixth node (N6) that is an output node of the operational amplifier (OP1), and the sixth clock (CKLD) that is opposite in phase to the third clock is controlled on / off. A switch (SW6 (D)) and a seventh switch (SW7 (C)) provided between the fourth node (N4) and the seventh node (N7) and controlled to be turned on / off by the third clock; , Between the seventh node (N7) and the sixth node node (N6) Is provided in parallel with the second feedback capacitor (C3) between the second feedback capacitor (C3) and the seventh node (N7) and the sixth node (N6), and is turned on / off by the fourth clock. And an eighth switch (SW8 (D)) to be controlled.

なお、第1スイッチに関する“SW1(A)”という記載は、「第1クロックCKLAで動作する、第1番目のスイッチ」であることを意味する。他のスイッチについての記載も同様である。   Note that the description “SW1 (A)” regarding the first switch means “the first switch operating with the first clock CKLA”. The description about other switches is also the same.

第1スイッチ(SW1(A))〜第4スイッチ(SW4(B))は、第1周波数のクロックで動作する複数のスイッチに相当し、第1スイッチ(SW1(A))および第3スイッチ(SW3(A))は第1クロックCKLAで動作し、第2スイッチ(SW2(B))と第4スイッチ(SW4(B))は、第2クロックCKLBで動作する。   The first switch (SW1 (A)) to the fourth switch (SW4 (B)) correspond to a plurality of switches that operate with a clock of the first frequency, and the first switch (SW1 (A)) and the third switch ( SW3 (A)) operates with the first clock CKLA, and the second switch (SW2 (B)) and the fourth switch (SW4 (B)) operate with the second clock CKLB.

第1スイッチ(SW1(A))〜第3スイッチ(SW3(A))の各々は、入力容量の充放電を切り換えるスイッチとして機能し、第4スイッチ(SW4(B))は、第1帰還容量C2とオペアンプOP1の入力ノードN4との接続/非接続を切り換えるためのスイッチとして機能する。   Each of the first switch (SW1 (A)) to the third switch (SW3 (A)) functions as a switch for switching charging / discharging of the input capacitance, and the fourth switch (SW4 (B)) is a first feedback capacitance. It functions as a switch for switching connection / disconnection between C2 and the input node N4 of the operational amplifier OP1.

また、第5スイッチ(SW5(C))〜第8スイッチ(SW8(D))は、第2周波数(周波数値が第1周波数の1/(2・n)の周波数)のクロックで動作する複数のスイッチに相当する。そして、第5スイッチ(SW5(C))および第7スイッチ(SW7(C))は第3クロックCKLCで動作し、第6スイッチ(SW6(D))と第8スイッチ(SW8(D))は第4クロックCKLDで動作する。第5スイッチ(SW5(C))および第6スイッチ(SW6(D))は、第1帰還容量C2の充放電を切り換えるスイッチとして機能し、第7スイッチ(SW7(C))は、第1帰還容量(C2)と第2帰還容量(C3)との接続/非接続を切り換えるスイッチとして機能し、第8スイッチ(SW8(D))は、第2帰還容量C3の充電/放電を切り換えるための少なくとも一つのスイッチ(第2帰還容量のリセットスイッチ)として機能する。   The fifth switch (SW5 (C)) to the eighth switch (SW8 (D)) operate with a clock having a second frequency (frequency value is 1 / (2 · n) of the first frequency). It corresponds to the switch. The fifth switch (SW5 (C)) and the seventh switch (SW7 (C)) operate with the third clock CKLC, and the sixth switch (SW6 (D)) and the eighth switch (SW8 (D)) Operates with the fourth clock CKLD. The fifth switch (SW5 (C)) and the sixth switch (SW6 (D)) function as a switch for switching charge / discharge of the first feedback capacitor C2, and the seventh switch (SW7 (C)) is the first feedback. The eighth switch (SW8 (D)) functions as a switch for switching connection / disconnection between the capacitor (C2) and the second feedback capacitor (C3), and the eighth switch (SW8 (D)) is at least for switching charge / discharge of the second feedback capacitor C3. It functions as one switch (reset switch for the second feedback capacitor).

図3(B)に示されるSCアンプの基本動作には、サンプリング・積分動作(サンプリングと積分がn回繰り返される動作)と、増幅動作とがある。本実施形態では、第1周波数のクロック(CKLA,CKLB)による複数のスイッチ(SW1(A)〜SW4(B))の開閉(オン/オフ)制御によって、サンプリングおよび積分がn回実行され、その結果として、第1帰還容量C2に、n回分のサンプリング・積分による電荷が蓄積される(サンプリング・積分フェーズ)。   The basic operation of the SC amplifier shown in FIG. 3B includes a sampling / integrating operation (operation in which sampling and integration are repeated n times) and an amplifying operation. In the present embodiment, sampling and integration are executed n times by opening / closing (on / off) control of the plurality of switches (SW1 (A) to SW4 (B)) by the clocks (CKLA, CKLB) of the first frequency, As a result, n times of sampling / integration charges are accumulated in the first feedback capacitor C2 (sampling / integration phase).

そして、n回のサンプリング・積分が終了すると(図3(A)の時刻t8)、第1帰還容量C2に蓄積されている電荷が、第2帰還容量C3に転送される(増幅フェーズ:図3(A)の時刻t8〜t9)。サンプリング・積分フェーズでは、例えば、従来の動作クロックよりも2・n倍高速なクロック(第1周波数のクロック)を用いて,n回の電荷蓄積および転送を繰り返すため、従来例に比べて、n倍の電荷を転送することができ、したがって、見かけ上、入力容量の容量値がn倍になる。また。増幅動作は、第2周波数(例えば、従来使用されていたクロック周波数と同程度の周波数)のクロックに基づいて、例えば、第1周波数のクロック2・n個に相当する周期で実行される(つまり、第1周波数のクロック2・n個毎に1回行われる)。   When n times of sampling and integration are completed (time t8 in FIG. 3A), the charge accumulated in the first feedback capacitor C2 is transferred to the second feedback capacitor C3 (amplification phase: FIG. 3). (A) times t8 to t9). In the sampling / integration phase, for example, the charge accumulation and transfer are repeated n times using a clock (first frequency clock) that is 2 · n times faster than the conventional operation clock, so that n Double charge can be transferred, so that the capacitance value of the input capacitance is apparently n times. Also. The amplifying operation is executed with a period corresponding to 2.n clocks of the first frequency, for example, based on the clock of the second frequency (for example, the same frequency as the clock frequency conventionally used) (that is, , Once every 2 · n clocks of the first frequency).

ここで、第1入力容量の容量値をC1,第1帰還容量の容量値をC2,第2帰還容量の容量値をC3とすると、n回のサンプリング・積分が実行されるときのSCアンプの増幅率G1は、下記(2)式で表わされる。但し、(2)式において、Vinは入力電圧であり、Vout1は、サンプリング・積分フェーズにおけるSCアンプの出力電圧である。
G1=Vout1/Vin=n・(C1/C2)・・・(2)
サンプリング・積分フェーズでは、SCアンプは、C1/C2倍の負帰還をかけて動作していることになる。C1/C2を低いゲイン(例えば1程度)に設定すれば、オペアンプの周波数帯域を十分に確保することができ、オペアンプにおける帯域とゲインのトレードオフの問題は生じない。
Here, when the capacitance value of the first input capacitor is C1, the capacitance value of the first feedback capacitor is C2, and the capacitance value of the second feedback capacitor is C3, the SC amplifier when the sampling / integration is performed n times is performed. The amplification factor G1 is expressed by the following equation (2). However, in the equation (2), Vin is an input voltage, and Vout1 is an output voltage of the SC amplifier in the sampling / integration phase.
G1 = Vout1 / Vin = n · (C1 / C2) (2)
In the sampling / integration phase, the SC amplifier operates with negative feedback of C1 / C2 times. If C1 / C2 is set to a low gain (for example, about 1), the frequency band of the operational amplifier can be sufficiently secured, and the problem of the trade-off between the bandwidth and the gain in the operational amplifier does not occur.

また、増幅フェーズでは、電荷保存則より、C2・Vout1=C3・Vout2が成立するから(但し、Vout2は、増幅フェーズにおけるSCアンプの出力電圧である)、増幅フェーズにおける増幅率G2は、下記(3)式で表わされる。
G2=Vout2/Vout1=C2/C3・・・(3)
したがって、本態様のSCアンプの最終的な増幅率G3は、下記(4)式のように表わされる。
G3=n・(C1/C2)・(C2/C3)=n(C1/C3)・・・(4)
(4)式から明らかなように、本態様のSCアンプの増幅率G3は、変数(パラメーター)nと、第2帰還容量C3と第1入力容量C1の容量比と、によって定まる。増幅フェーズでは、SCアンプは、C2/C3倍の負帰還をかけて動作していることになる。(C2/C3)の値は、実現したいゲインと、入力信号の最大周波数と、上記のnの値と、オペアンプの特性を考慮し、無理のない倍率に設定する。
Further, in the amplification phase, C2 · Vout1 = C3 · Vout2 is established from the charge conservation law (where Vout2 is the output voltage of the SC amplifier in the amplification phase), and therefore the amplification factor G2 in the amplification phase is 3) It is expressed by the formula.
G2 = Vout2 / Vout1 = C2 / C3 (3)
Therefore, the final gain G3 of the SC amplifier according to this aspect is expressed by the following equation (4).
G3 = n. (C1 / C2). (C2 / C3) = n (C1 / C3) (4)
As apparent from the equation (4), the amplification factor G3 of the SC amplifier according to this embodiment is determined by the variable (parameter) n and the capacitance ratio of the second feedback capacitor C3 and the first input capacitor C1. In the amplification phase, the SC amplifier operates with negative feedback of C2 / C3 times. The value of (C2 / C3) is set to a reasonable magnification in consideration of the gain to be realized, the maximum frequency of the input signal, the value of n described above, and the characteristics of the operational amplifier.

図3(B)のSCアンプにおいて、増幅期間TCにサンプリング積分動作を継続させておくと、第1帰還容量C2から第2帰還容量C3に転送されるべき電荷がオペアンプの前段に設けられる第1入力部AIN1に逆流する。また、増幅期間TCにおいては、第1入力部AIN1に含まれる、第1入力容量C1の充放電を切り換えるための複数のスイッチ(SW1(A)〜SW3(A))は動作させる必要がなく、これらのスイッチのオン/オフを継続させておくと、無駄に電力を消費する。そこで、図3(B)の回路では、逆流防止および無駄な消費電力の削減のために、第1周波数のクロック(第1クロックCKLAおよび第2クロックCKLB)を、増幅期間TCにおいては非アクティブレベル(Lレベル)に維持する。すなわち、図3(B)の回路では、増幅期間TCにおいては、第1入力部(AIN1)に含まれる第1スイッチ〜第4スイッチ(SW1(A)〜SW4(B))の各々は、開状態(オフ状態)に維持される。   In the SC amplifier of FIG. 3B, if the sampling integration operation is continued during the amplification period TC, the charge to be transferred from the first feedback capacitor C2 to the second feedback capacitor C3 is provided in the first stage of the operational amplifier. It flows backward to the input unit AIN1. In the amplification period TC, it is not necessary to operate a plurality of switches (SW1 (A) to SW3 (A)) included in the first input unit AIN1 for switching charging / discharging of the first input capacitor C1, If these switches are kept on / off, power is wasted. Therefore, in the circuit of FIG. 3B, the first frequency clock (the first clock CKLA and the second clock CKLB) is set to the inactive level during the amplification period TC in order to prevent backflow and reduce unnecessary power consumption. (L level). That is, in the circuit of FIG. 3B, each of the first to fourth switches (SW1 (A) to SW4 (B)) included in the first input unit (AIN1) is open during the amplification period TC. The state (off state) is maintained.

また、増幅期間TCにおいては、第1帰還容量C2から第2帰還容量C3に電荷が転送されて、第2帰還容量C3に電荷が蓄積されるため、第3クロックCKLCがアクティブレベル(Hレベル)となって、第1帰還容量C2と第2帰還容量C3との接続/非接続を切り換えるスイッチ(SW7(C))は閉状態(オン状態)に維持され、かつ、第4クロックCKLDは非アクティブレベル(L)となって、第2帰還容量C3の充電/放電を切り換えるためのスイッチ(第2帰還容量C3のリセットスイッチ)SW8(D)は、開状態(オフ状態)に維持される。   In the amplification period TC, the charge is transferred from the first feedback capacitor C2 to the second feedback capacitor C3, and the charge is accumulated in the second feedback capacitor C3. Therefore, the third clock CKLC is at the active level (H level). Thus, the switch (SW7 (C)) for switching the connection / disconnection between the first feedback capacitor C2 and the second feedback capacitor C3 is maintained in the closed state (ON state), and the fourth clock CKLD is inactive. The switch for switching charge / discharge of the second feedback capacitor C3 (reset switch of the second feedback capacitor C3) SW8 (D) at level (L) is maintained in the open state (off state).

また、サンプリング積分期間TDにおいては、第1入力容量C1から第1帰還容量C2に電荷が転送されて蓄積されるのであり、第2帰還容量C3は電荷の蓄積に関与しない。したがって、サンプリング積分期間TDにおいては、第3クロックCKLCは非アクティブレベル(Lレベル)となって、第1帰還容量C2と第2帰還容量C3との接続/非接続を切り換えるスイッチ(SW7(C))は、開状態(オフ状態)に維持される。また、サンプリング積分期間TDにおいては、第2帰還容量C3は、電荷が零の状態に維持されるのが好ましく、よって、第4クロックCKLDはアクティブレベル(Hレベル)に維持され、第2帰還容量C3の充電/放電を切り換えるためのスイッチ(第2帰還容量C3のリセットスイッチ)SW8(D)は、閉状態(オン状態)に維持される。   In the sampling integration period TD, charges are transferred from the first input capacitor C1 to the first feedback capacitor C2 and stored, and the second feedback capacitor C3 is not involved in charge storage. Therefore, in the sampling integration period TD, the third clock CKLC becomes inactive level (L level), and the switch (SW7 (C) for switching between connection / disconnection between the first feedback capacitor C2 and the second feedback capacitor C3. ) Is maintained in the open state (off state). Further, in the sampling integration period TD, it is preferable that the second feedback capacitor C3 is maintained in a state in which the electric charge is zero. Therefore, the fourth clock CKLD is maintained at the active level (H level), and the second feedback capacitor A switch (reset switch for the second feedback capacitor C3) SW8 (D) for switching charging / discharging of C3 is maintained in a closed state (on state).

図4(A),図4(B)は、図3(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。図4(A)は、サンプリング期間TA(時刻t0〜t1)における動作(各スイッチのオン/オフ状態と電荷Qの移動の様子)を示している。図4(A)から明らかなように、第1スイッチ(SW1(A))と第3スイッチ(SW3(A))がオン状態であり、電荷Qが、第1入力容量C1に蓄積される。なお、第2スイッチ(SW2(B)),第4スイッチ(SW4(B)),第5スイッチ(SW5(C)),第7スイッチ(SW7(C))はオフ状態であり、第6スイッチ(SW6(D))および第8スイッチ(SW8(D))はオン状態である。   4 (A) and 4 (B) are diagrams showing the operation (switch on / off state, etc.) during the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 3 (B). FIG. 4A shows an operation in the sampling period TA (time t0 to t1) (on / off state of each switch and movement of the charge Q). As is clear from FIG. 4A, the first switch (SW1 (A)) and the third switch (SW3 (A)) are in the on state, and the charge Q is accumulated in the first input capacitor C1. The second switch (SW2 (B)), the fourth switch (SW4 (B)), the fifth switch (SW5 (C)), and the seventh switch (SW7 (C)) are in the off state, and the sixth switch (SW6 (D)) and the eighth switch (SW8 (D)) are on.

図4(B)は、積分期間TB(時刻t1〜t2)における動作(各スイッチのオン/オフ状態と電荷Qの移動の様子)を示している。図4(B)から明らかなように、第1スイッチ(SW1(A))と第3スイッチ(SW3(A))はオフ状態となり、一方、第2スイッチ(SW2(B))と第4スイッチ(SW4(B))がオン状態となる。第5スイッチ(SW5(C)),第7スイッチ(SW7(C))はオフ状態を維持し、第6スイッチ(SW6(D))および第8スイッチ(SW8(D))はオン状態を維持する。第1入力容量C1に蓄積されていた電荷Qは、第2帰還容量C2に転送される。   FIG. 4B shows an operation in the integration period TB (time t1 to t2) (on / off state of each switch and movement of the charge Q). As apparent from FIG. 4B, the first switch (SW1 (A)) and the third switch (SW3 (A)) are turned off, while the second switch (SW2 (B)) and the fourth switch (SW4 (B)) is turned on. The fifth switch (SW5 (C)) and the seventh switch (SW7 (C)) are kept off, and the sixth switch (SW6 (D)) and the eighth switch (SW8 (D)) are kept on. To do. The charge Q accumulated in the first input capacitor C1 is transferred to the second feedback capacitor C2.

図4(A)および図4(B)に示されるサンプリング・積分動作が、n回繰り返されることになる。したがって、サンプリング積分期間TDにおいては、第1帰還容量C2には、nQ(ここでは4Q)の電荷が蓄積される。   The sampling / integration operation shown in FIGS. 4A and 4B is repeated n times. Therefore, in the sampling integration period TD, nQ (here, 4Q) charges are accumulated in the first feedback capacitor C2.

図5は、図3(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。図5は、増幅期間TC(時刻t8〜t9)における動作(各スイッチのオン/オフ状態と電荷Qの移動の様子)を示している。   FIG. 5 is a diagram showing an operation (switch ON / OFF state, etc.) during the amplification period of the SC amplifier shown in FIG. FIG. 5 shows operations in the amplification period TC (time t8 to t9) (on / off state of each switch and how the charge Q moves).

図5に示されるように、第1スイッチ(SW1(A))〜第4スイッチ(SW4(B)の各々はオフ状態に維持される。また、第5スイッチ(SW5(C))および第7スイッチ(SW7(C))はオン状態となり、第6スイッチ(SW6(D))および第8スイッチ(SW8(D))はオフ状態となる。これによって、第1帰還容量C2に蓄積されていた電荷nQ(ここでは4Q)は、第2帰還容量C3に転送される。これによって、出力ノードN6に出力電圧Voutが発生する。SCアンプの最終的なゲインは、上記(4)式で示したように、n(C1/C3)となる。   5, each of the first switch (SW1 (A)) to the fourth switch (SW4 (B)) is maintained in the off state, and the fifth switch (SW5 (C)) and the seventh switch The switch (SW7 (C)) is turned on, and the sixth switch (SW6 (D)) and the eighth switch (SW8 (D)) are turned off, so that they were accumulated in the first feedback capacitor C2. The charge nQ (here, 4Q) is transferred to the second feedback capacitor C3, thereby generating an output voltage Vout at the output node N6, and the final gain of the SC amplifier is expressed by the above equation (4). Thus, n (C1 / C3).

図6は、第1の実施形態にかかるSCアンプにおける倍率設定の一例を説明するための図である。図6においては、実現したいSCアンプの最大ゲインが20であり、C1/C2=1(つまりC1=C2),nが“4”であるとする。この場合、C2/C3(=C1/C3)を“5”に設定することができる。   FIG. 6 is a diagram for explaining an example of magnification setting in the SC amplifier according to the first embodiment. In FIG. 6, it is assumed that the maximum gain of the SC amplifier to be realized is 20, C1 / C2 = 1 (that is, C1 = C2), and n is “4”. In this case, C2 / C3 (= C1 / C3) can be set to “5”.

C2/C3(=C1/C3)を“5”に設定した場合の、オペアンプOP1の使用可能な最大周波数はf1である。従来例(図1(A),図1(B)参照)では、SCアンプの増幅率を20に設定する場合、C1/C3=20としなくてはならず、入力容量C1の容量値を帰還容量C3の容量値の20倍に設定しなければならず(総容量値=21・C3)、また、オペアンプOP1の使用可能な最大周波数はf2になってしまう。また、20倍のゲインを確保しつつ、高周波数の信号を取り扱うおうとすると(つまり、使用可能な最大周波数をf1の付近に設定しようとすると)、オペアンプOP1の広帯域化のために、バイアス電流量を増大させなればならなかった。   When C2 / C3 (= C1 / C3) is set to “5”, the maximum usable frequency of the operational amplifier OP1 is f1. In the conventional example (see FIGS. 1A and 1B), when the amplification factor of the SC amplifier is set to 20, C1 / C3 = 20 must be set, and the capacitance value of the input capacitor C1 is fed back. The capacitance value must be set to 20 times the capacitance value of the capacitance C3 (total capacitance value = 21 · C3), and the maximum usable frequency of the operational amplifier OP1 is f2. Also, if a high frequency signal is to be handled while securing a gain of 20 times (that is, if the maximum usable frequency is set near f1), the bias current amount is increased in order to widen the operational amplifier OP1. Had to be increased.

これに対して、本実施形態では、上述のとおり、n=4とし、C1=C2,C1/C3(=C2/C3)=5とすれば、総容量値は(11・C3)でよく、また、負帰還時に5倍の増幅率が確保できればよく、そして、増幅率が低下したことによって、使用できるオペアンプの最大周波数がf1となり、使用可能な周波数帯が、従来例に比べて格段に広がる(つまり、f2からf1に拡大される)。また、近年の集積回路では一般に、例えば、システムクロックとして、数M〜数十MHz程度の高速クロックが用いられているため、n=4程度を実現するために必要な高速クロック(スイッチトキャパシタの駆動クロック)を得る点に関しては、特に問題はない。よって、本実施形態のSCアンプを実現することは容易である。   On the other hand, in this embodiment, as described above, if n = 4 and C1 = C2, C1 / C3 (= C2 / C3) = 5, the total capacity value may be (11 · C3). In addition, it is only necessary to secure a gain of 5 times at the time of negative feedback, and because the gain is reduced, the maximum frequency of the operational amplifier that can be used is f1, and the usable frequency band is greatly expanded as compared with the conventional example. (That is, it is expanded from f2 to f1). In recent integrated circuits, for example, a high-speed clock of about several M to several tens of MHz is generally used as a system clock. Therefore, a high-speed clock necessary for realizing about n = 4 (switched capacitor drive) There is no particular problem with respect to obtaining the clock. Therefore, it is easy to realize the SC amplifier of this embodiment.

このように、本実施形態によれば、例えば、消費電力を増大させずに、スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率の増大あるいは高速化を達成することができ、また、例えば、増幅率を、連続的かつ広範囲に変化させることが可能となり、また、例えば、スイッチトキャパシタ増幅回路の小型化を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, for example, an increase in the gain of the switched capacitor amplifier circuit or an increase in speed can be achieved without increasing the power consumption. In addition, it is possible to change in a wide range, and, for example, downsizing of the switched capacitor amplifier circuit can be realized.

(第2の実施形態)
図7(A),図7(B)は、本発明の第2の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための図である。
(Second Embodiment)
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of a switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態では、図3(B)に示されるSCアンプの回路構成を発展的に応用して、全差動SC増幅回路(全差動SCアンプ)を構成する。全差動アンプは、入力信号および出力信号を差動信号とし、2つの入力信号の各々に関係する各回路を同一構成とし、ならびに、2つの出力信号の各々に関係する各回路を同一構成とした、対称性のある差動増幅回路である。本実施形態では、回路の対称性を実現するために、同じ構成の2つの第1入力部(AIN1a,AIN1b)が設けられ、各第1入力部(AIN1a,AIN1b)において、対応するスイッチのサイズは同一に設定され、また、入力容量の容量値も同一に設定される。   In the present embodiment, the circuit configuration of the SC amplifier shown in FIG. 3B is developed and a fully differential SC amplifier circuit (fully differential SC amplifier) is configured. The fully-differential amplifier has an input signal and an output signal as differential signals, each circuit related to each of the two input signals has the same configuration, and each circuit related to each of the two output signals has the same configuration. This is a symmetrical differential amplifier circuit. In this embodiment, in order to realize the symmetry of the circuit, two first input units (AIN1a, AIN1b) having the same configuration are provided, and the size of the corresponding switch in each first input unit (AIN1a, AIN1b). Are set to be the same, and the capacitance values of the input capacitors are also set to be the same.

また、一組の積分・増幅用回路(帰還容量や複数のスイッチを含む)BP1a,BP1bが設けられ、2つの回路(BP1a,BP1b)の各々における、対応するスイッチのサイズは同一に設定され、また、帰還容量の容量値も同一に設定される。また、オペアンプとして、2入力2出力の全差動構成に対応したオペアンプOP2が使用される。   In addition, a set of integration / amplification circuits (including feedback capacitors and a plurality of switches) BP1a and BP1b are provided, and the sizes of the corresponding switches in each of the two circuits (BP1a and BP1b) are set to be the same. The capacitance value of the feedback capacitor is also set to be the same. As the operational amplifier, an operational amplifier OP2 corresponding to a fully differential configuration with 2 inputs and 2 outputs is used.

全差動SCアンプでは、差動構成であるために一対の信号線の各々に重畳する同相ノイズが相殺されるために、低ノイズ特性が実現されるという効果が得られる。   Since the fully differential SC amplifier has a differential configuration, the common-mode noise superimposed on each of the pair of signal lines is canceled out, so that an effect of realizing low noise characteristics can be obtained.

なお、図7(B)において、全差動SCアンプを構成する対称に配置される一組の回路のうちの一方の回路の構成要素には添え字aを付し、他方の回路の構成要素には添え字bを付し、各構成要素を区別できるようにしている。   In FIG. 7B, a component of one circuit of a pair of symmetrically arranged circuits constituting the fully differential SC amplifier is given a suffix a, and a component of the other circuit. Is appended with a subscript b so that each component can be distinguished.

図8(A),図8(B)は、図7(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。また、図9は、図7(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。図8および図9に示される回路動作は、基本的に、図4および図5に示される回路動作と同じである。但し、図8および図9のSCアンプでは、一組の回路の各々が同じ動作を同時に実行する。   FIG. 8A and FIG. 8B are diagrams showing the operation (switch on / off state, etc.) in the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 7B. FIG. 9 is a diagram showing an operation (switch ON / OFF state, etc.) in the amplification period of the SC amplifier shown in FIG. 7B. The circuit operation shown in FIGS. 8 and 9 is basically the same as the circuit operation shown in FIGS. 4 and 5. However, in the SC amplifiers of FIGS. 8 and 9, each of a set of circuits simultaneously performs the same operation.

(第3の実施形態)
図10(A),図10(B)は、本発明の第3の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための図である。
(Third embodiment)
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of a switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the third embodiment of the present invention.

本実施形態では、例えば、信号入力ノードN1と、オペアンプOP1の一つの入力ノード(例えば反転端子に接続されるノード)N4との間において、第1入力部AIN1に並列に第2入力部AIN2が設けられる。第2入力部AIN2は、第1入力部AIN1の構成と同様に、「第2入力容量C4、第2入力容量C4の充放電を切り換えるための複数のスイッチ(SW9(B),SW10(A),SW11(B))、ならびに第2入力容量C4とオペアンプOP1の入力ノードN4との接続/非接続を切り換えるためのスイッチSW12(A)」を有している。   In the present embodiment, for example, between the signal input node N1 and one input node (for example, a node connected to the inverting terminal) N4 of the operational amplifier OP1, the second input unit AIN2 is in parallel with the first input unit AIN1. Provided. Similarly to the configuration of the first input unit AIN1, the second input unit AIN2 is “a plurality of switches (SW9 (B), SW10 (A) for switching charge / discharge of the second input capacitor C4 and the second input capacitor C4”. , SW11 (B)), and a switch SW12 (A) for switching connection / disconnection between the second input capacitor C4 and the input node N4 of the operational amplifier OP1.

第1入力部AIN1における各スイッチと、第2入力部AIN2における各スイッチは1:1に対応している。但し、第2入力部AIN2に含まれる各スイッチ(SW10(A)〜SW12(A)の各々)は、第1入力部AIN1に含まれる、対応するスイッチ(SW1(A)〜SW4(B)の各々)に対して相補的にオン/オフされる。つまり、第2入力部AIN2に含まれる各スイッチ(SW10(A)〜SW12(A)の各々)についてのオン/オフ制御クロック(CKLB,CKLA)は、第1入力部AIN1に含まれる、対応するスイッチ(SW1(A)〜SW4(B)の各々)におけるオン/オフ制御クロック(CKLA,CKLB)とは逆相のクロックである。   Each switch in the first input unit AIN1 and each switch in the second input unit AIN2 correspond to 1: 1. However, the switches (SW10 (A) to SW12 (A)) included in the second input unit AIN2 are the same as the switches (SW1 (A) to SW4 (B)) included in the first input unit AIN1. On / off complementary to each). That is, the on / off control clocks (CKLB, CKLA) for the switches (each of SW10 (A) to SW12 (A)) included in the second input unit AIN2 are included in the first input unit AIN1. The on / off control clocks (CKLA, CKLB) in the switches (each of SW1 (A) to SW4 (B)) are clocks of opposite phase.

本実施形態によれば、第1入力部AIN1における第1入力容量C1への電荷の蓄積時(サンプリング動作時)には、第2入力部AIN2の第2入力容量C4から第1帰還容量C2への電荷の転送(積分動作)が実行され、また、第1入力部における第1入力容量から第1帰還容量への電荷の転送(積分動作)が実行されているときには、第2入力部における第2入力容量への電荷の蓄積(サンプリング動作)が実行される。   According to the present embodiment, when charge is accumulated in the first input capacitor C1 in the first input unit AIN1 (during sampling operation), the second input capacitor C4 of the second input unit AIN2 shifts to the first feedback capacitor C2. Charge transfer (integration operation) is performed, and when charge transfer (integration operation) from the first input capacitor to the first feedback capacitor in the first input unit is performed, the second input unit performs the second transfer. Charge accumulation (sampling operation) in the two input capacitors is executed.

すなわち、本実施形態では、サンプリング積分期間TDにおいて、常時、サンプリング動作と積分動作が実行されていることになり、したがって、第1入力部AIN1のみを設ける構成に比べて、単位時間あたりの、入力容量(第1入力容量C1,第2入力容量C4を含む)から第1帰還容量C2への転送電荷量が2倍になる。よって、本態様のSCアンプの最終的な増幅率G4は、下記(5)式のように表わされる。
G4=(2・nC1/C2)・(C2/C3)=2・nC1/C3・・・・(5)
したがって、本実施形態によれば、さらに高倍率のSCアンプを無理なく実現することができる。
That is, in the present embodiment, the sampling operation and the integration operation are always executed in the sampling integration period TD. Therefore, compared with the configuration in which only the first input unit AIN1 is provided, the input per unit time The amount of charge transferred from the capacitor (including the first input capacitor C1 and the second input capacitor C4) to the first feedback capacitor C2 is doubled. Therefore, the final gain G4 of the SC amplifier according to this aspect is expressed by the following equation (5).
G4 = (2 · nC1 / C2) · (C2 / C3) = 2 · nC1 / C3 (5)
Therefore, according to the present embodiment, an SC amplifier with a higher magnification can be realized without difficulty.

図11(A),図11(B)は、図10(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。また、図12は、図10(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。   FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating the operation (switch ON / OFF state, etc.) in the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 10B. FIG. 12 is a diagram showing an operation (switch on / off state, etc.) in the amplification period of the SC amplifier shown in FIG. 10 (B).

図11(A)では、第1入力容量C1に電荷Qが蓄積され、かつ、第2入力容量C4に蓄積されていた電荷Qが第1帰還容量C2に転送される。図11(B)では、第2入力容量C4に電荷Qが蓄積され、かつ、第1入力容量C1に蓄積されていた電荷Qが、第1帰還容量C2に転送される。図12では、第1帰還容量C2から第2帰還容量C3に、電荷2nQ(ここではn=4であるため、8Q)の電荷が転送される。   In FIG. 11A, the charge Q is accumulated in the first input capacitor C1, and the charge Q accumulated in the second input capacitor C4 is transferred to the first feedback capacitor C2. In FIG. 11B, the charge Q is accumulated in the second input capacitor C4, and the charge Q accumulated in the first input capacitor C1 is transferred to the first feedback capacitor C2. In FIG. 12, a charge of 2nQ (8Q because n = 4 in this case) is transferred from the first feedback capacitor C2 to the second feedback capacitor C3.

(第4の実施形態)
図13(A),図13(B)は、本発明の第4の実施形態にかかるスイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の回路構成と動作を説明するための図である。
(Fourth embodiment)
FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining the circuit configuration and operation of a switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) according to the fourth embodiment of the present invention.

本実施形態では、図10(B)に示されるSCアンプ(第3の実施形態にかかるSCアンプ)の回路構成を発展的に応用して、全差動SC増幅回路(全差動SCアンプ)を構成する。上述のとおり、全差動アンプは、入力信号および出力信号を差動信号とし、2つの入力信号の各々に関係する各回路を同一構成とし、ならびに、2つの出力信号の各々に関係する各回路を同一構成とした、対称性のある差動増幅回路である。   In the present embodiment, the circuit configuration of the SC amplifier (the SC amplifier according to the third embodiment) shown in FIG. 10B is developed, and a fully differential SC amplifier circuit (fully differential SC amplifier) is applied. Configure. As described above, the fully-differential amplifier uses the input signal and the output signal as differential signals, the circuits related to each of the two input signals have the same configuration, and the circuits related to each of the two output signals. Are symmetrical differential amplifier circuits having the same configuration.

図7(B)のSCアンプの場合と同様に、図13(B)のSCアンプは、2入力2出力の全差動形式に対応したオペアンプOP2を含み、オペアンプOP2の一方の入力端子および一方の出力端子に関係する一方の回路と、オペアンプOP2の他方の入力端子および他方の出力端子に関係する他方の回路とは、同一構成であり、使用されるスイッチのサイズは同一であり、また、使用される容量の容量値は同一に設定される。   As in the case of the SC amplifier of FIG. 7B, the SC amplifier of FIG. 13B includes an operational amplifier OP2 corresponding to a fully differential format with two inputs and two outputs, and one input terminal and one of the operational amplifier OP2 One circuit related to the output terminal and the other input terminal of the operational amplifier OP2 and the other circuit related to the other output terminal have the same configuration, and the same switch size is used. The capacity value of the capacity to be used is set to be the same.

上述のとおり、全差動SCアンプでは、差動構成であるために一対の信号線の各々に重畳する同相ノイズが相殺されるために、低ノイズ特性が実現されるという効果が得られる。   As described above, since the fully differential SC amplifier has a differential configuration, the common-mode noise superimposed on each of the pair of signal lines is canceled out, so that an effect of realizing low noise characteristics can be obtained.

なお、図13(B)において、全差動SCアンプを構成する対称に配置される一組の回路のうちの一方の回路の構成要素には添え字aを付し、他方の回路の構成要素には添え字bを付し、各構成要素を区別できるようにしている。   In FIG. 13B, a component of one circuit of a pair of symmetrically arranged circuits constituting the fully differential SC amplifier is given a suffix a, and a component of the other circuit. Is appended with a subscript b so that each component can be distinguished.

図14(A),図14(B)は、図13(B)に示されるSCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。また、図15は、図13(B)に示されるSCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。   FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams showing the operation (switch on / off state, etc.) in the sampling integration period in the SC amplifier shown in FIG. 13B. FIG. 15 is a diagram showing an operation (switch ON / OFF state, etc.) in the amplification period of the SC amplifier shown in FIG.

図14(A)では、第1入力容量C1aに電荷Qが蓄積され、第2入力容量C4aに蓄積されていた電荷Qが第1帰還容量C2に転送され、かつ、第2入力容量C4bに電荷Qが蓄積され、第1入力容量C1bに蓄積されていた電荷Qが第1帰還容量C2に転送される。   In FIG. 14A, the charge Q is accumulated in the first input capacitor C1a, the charge Q accumulated in the second input capacitor C4a is transferred to the first feedback capacitor C2, and the charge is accumulated in the second input capacitor C4b. Q is accumulated, and the charge Q accumulated in the first input capacitor C1b is transferred to the first feedback capacitor C2.

図14(B)では、第2入力容量C4aに電荷Qが蓄積され、第1入力容量C1aに蓄積されていた電荷Qが第1帰還容量C2に転送され、かつ、第1入力容量C1bに電荷Qが蓄積され、第2入力容量C4bに蓄積されていた電荷Qが第1帰還容量C2に転送される。   In FIG. 14B, the charge Q is accumulated in the second input capacitor C4a, the charge Q accumulated in the first input capacitor C1a is transferred to the first feedback capacitor C2, and the charge is accumulated in the first input capacitor C1b. Q is accumulated, and the charge Q accumulated in the second input capacitor C4b is transferred to the first feedback capacitor C2.

図15では、第1帰還容量C2aから第2帰還容量C3aに、電荷2nQp(ここではn=4であるため、8Qp)の電荷が転送され、かつ、第1帰還容量C2bから第2帰還容量C3bに、電荷2nQn(ここではn=4であるため、8Qn)の電荷が転送される。   In FIG. 15, a charge of 2nQp (here, 8Qp because n = 4 because n = 4) is transferred from the first feedback capacitor C2a to the second feedback capacitor C3a, and the second feedback capacitor C3b is transferred from the first feedback capacitor C2b. In addition, a charge of 2nQn (here, 8Qn because n = 4) is transferred.

(第5の実施形態)
図16は、本発明の第5の実施形態にかかるSCアンプの構成を示す図である。本実施形態では、全差動型SCアンプにおいて、オフセットキャンセル動作とコモンモードフィードバック(CMFB)動作とを並行的に実行する。
(Fifth embodiment)
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an SC amplifier according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, an offset cancel operation and a common mode feedback (CMFB) operation are executed in parallel in a fully differential SC amplifier.

図16の全差動型SCアンプは、図13(B)に示される全差動型SCアンプの構成に加えて、さらに、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第1入力ノード(N4a)と、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第1入力端子(ここでは反転端子)との間に設けられる第1オフセットキャンセル容量(CS1a)と、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第2入力ノード(N4b)と、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第2入力端子(ここでは非反転端子)との間に設けられる第2オフセットキャンセル容量(CS1b)と、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第1入力端子(反転端子)と第1出力ノード(N6a)との間に接続され、短絡制御信号(RES)によってオン/オフが制御される第1短絡スイッチ(CM1a(RES))と、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第2入力端子(非反転端子)と第2出力ノード(N6b)との間に接続され、短絡制御信号(RES)によってオン/オフが制御される第2短絡スイッチ(CM1b(RES))と、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第1出力ノード(N6a)のコモン電位と、第2出力ノード(N6b)のコモン電位との差電圧が減少するように、2入力2出力のオペアンプ(OP2)にコモン制御信号(NFB)を供給することによって、コモン電位共通化動作を実行するコモンモードフィードバック回路(CMFB:参照符号500)と、を有する。   In addition to the configuration of the fully differential SC amplifier shown in FIG. 13B, the fully differential SC amplifier of FIG. 16 further includes a first input node (N4a) of a 2-input 2-output operational amplifier (OP2). And a first offset cancel capacitor (CS1a) provided between a first input terminal (here, an inverting terminal) of a two-input two-output operational amplifier (OP2) and a second input of the two-input two-output operational amplifier (OP2). A second offset cancel capacitor (CS1b) provided between the input node (N4b) and the second input terminal (here, non-inverting terminal) of the 2-input 2-output operational amplifier (OP2), and a 2-input 2-output operational amplifier A first short-circuit switch (CM1a (CM1a () connected between the first input terminal (inverting terminal) and the first output node (N6a) of (OP2) and controlled to be turned on / off by a short-circuit control signal (RES). RES)) and a second input terminal (non-inverting terminal) of a two-input two-output operational amplifier (OP2) and a second output node (N6b), which are turned on / off by a short-circuit control signal (RES). The difference between the common potential of the second output node (N6b) and the second short-circuit switch (CM1b (RES)) to be controlled, the first output node (N6a) of the operational amplifier (OP2) with two inputs and two outputs. A common mode feedback circuit (CMFB: reference numeral 500) that performs a common potential common operation by supplying a common control signal (NFB) to the operational amplifier (OP2) having two inputs and two outputs so that the voltage is reduced; Have

そして、上述のサンプリング積分期間(TD)および増幅期間(TC)の後にオフセットキャンセル兼コモンモードフィードバック期間(TRES)が設けられ、オフセットキャンセル兼コモンモードフィードバック期間(TRES)においては、第1短絡スイッチ(CM1a(RES))および第2短絡スイッチ(CM1b(RES))がオンすると共に、2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第1入力ノード(N4a)および2入力2出力のオペアンプ(OP2)の第2入力ノード(N4b)が共に共通の電位に維持され、かつ、コモンモードフィードバック回路(CMFB:参照符号500)による、コモン電位共通化動作が実行される。以下、具体的に説明する。   Then, an offset cancellation / common mode feedback period (TRES) is provided after the sampling integration period (TD) and amplification period (TC). In the offset cancellation / common mode feedback period (TRES), the first short-circuit switch ( CM1a (RES)) and the second short circuit switch (CM1b (RES)) are turned on, and the first input node (N4a) of the two-input two-output operational amplifier (OP2) and the second operational amplifier (OP2) of the two-input two-output operational amplifier (OP2). The two input nodes (N4b) are both maintained at a common potential, and a common potential sharing operation is performed by the common mode feedback circuit (CMFB: reference numeral 500). This will be specifically described below.

全差動アンプでは、入力信号および出力信号が差動信号であり、回路の対称性を確保するためには、一対の信号線の各々の動作点の電位(コモン電位)を任意の電位に合わせるための調整動作が必要ある。このために、全差動アンプでは、コモンモードフィードバック回路(CMFB回路)が設けられるのが一般的である。コモンモードフィードバック(CMFB)動作は、例えば、以下の手順で行われる。すなわち、例えば、オペアンプの第1出力ノードと第2出力ノードが分圧抵抗を介して短絡され、分圧電圧と、基準となる参照電位とが比較器によって比較され、その比較結果をオペアンプにフィードバックし、このフィードバック信号によって、オペアンプにおける各信号線の動作点の電位(コモン電位)を調整し、例えば、その動作点の電位(コモン電位)が、上記の参照電位になるようにする。   In the fully differential amplifier, the input signal and the output signal are differential signals, and in order to ensure the symmetry of the circuit, the potentials (common potentials) of the operating points of the pair of signal lines are set to arbitrary potentials. Adjustment operation is necessary. For this reason, a common mode feedback circuit (CMFB circuit) is generally provided in a fully differential amplifier. The common mode feedback (CMFB) operation is performed by the following procedure, for example. That is, for example, the first output node and the second output node of the operational amplifier are short-circuited through a voltage dividing resistor, the divided voltage and the reference potential as a reference are compared by a comparator, and the comparison result is fed back to the operational amplifier. Then, with this feedback signal, the potential (common potential) of the operating point of each signal line in the operational amplifier is adjusted, for example, so that the potential (common potential) of the operating point becomes the reference potential.

本発明にかかる全差動SCアンプでもCMFBを行う必要があるが、本発明にかかる全差動アンプは、上述のとおり、サンプリング積分動作と増幅動作とを繰り返すという、従来のSCアンプにはない特徴的な動作を実行する必要があるため、このCMFBを、いつどのようにして実行するかは重要な課題となる。そこで検討すると、まず、CMFBが、上述のサンプリング積分動作ならびに増幅動作に影響を与えないようにする必要があり、この観点から、CMFBを、サンプリング積分動作ならびに増幅動作と、並行的に実行することは避けるのが望ましい。   Although it is necessary to perform CMFB also in the fully differential SC amplifier according to the present invention, the fully differential amplifier according to the present invention is not in the conventional SC amplifier in which the sampling integration operation and the amplification operation are repeated as described above. Since it is necessary to execute a characteristic operation, when and how to execute this CMFB is an important issue. Considering this, first, it is necessary that the CMFB does not affect the sampling integration operation and the amplification operation described above. From this viewpoint, the CMFB is executed in parallel with the sampling integration operation and the amplification operation. Should be avoided.

次に、CMFBを行うためには、オペアンプの2つの出力電圧の各々を、ほぼ同じレベルの直流電圧(DC電圧)に維持する必要があり、この動作を効率的に実行できることが好ましい。   Next, in order to perform CMFB, it is necessary to maintain each of the two output voltages of the operational amplifier at substantially the same level of DC voltage (DC voltage), and it is preferable that this operation can be performed efficiently.

これらの観点から、本実施形態では、オペアンプのオフセットキャンセル動作期間(サンプリング積分期間ならびに増幅期間とは別に設けられる期間)において、CMFBを、並行的に行うようにする。   From these viewpoints, in the present embodiment, CMFB is performed in parallel during the offset cancel operation period of the operational amplifier (a period provided separately from the sampling integration period and the amplification period).

すなわち、全差動アンプでは、回路の対称性を実現するために、オペアンプのDCオフセットを除去するのが好ましい。オフセットキャンセル方法としては、例えば、オペアンプの2つの入力端子にオフセットキャンセル容量を設けて、オフセットキャンセル電圧(オペアンプのDCオフセットと同じ電圧値をもつ)を、オフセットキャンセル容量に発生させる方法がある。   In other words, in the fully differential amplifier, it is preferable to remove the DC offset of the operational amplifier in order to achieve circuit symmetry. As an offset canceling method, for example, there is a method of providing an offset canceling capacitor (having the same voltage value as the DC offset of the operational amplifier) in the offset canceling capacitor by providing offset canceling capacitors at two input terminals of the operational amplifier.

ここで、図19ならびに図20を参照する。図19は、オフセットキャンセル容量を用いたオフセットキャンセル動作を説明するための図である。また、図20は、CMFB回路500の内部構成の一例を示す図である。   Here, FIG. 19 and FIG. 20 are referred. FIG. 19 is a diagram for explaining an offset cancel operation using an offset cancel capacitor. FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the CMFB circuit 500.

図19に示されるように、オセットキャンセル容量CS1a,CS1bの各々にオフセットキャンセル電圧(Voff)を発生させるときは、各オフセットキャンセル容量(CS1a,CS1b)の一極(すなわち電極P1a,P1b)が基準電位(例えばグランド)に固定される(他極は、オペアンプの入力端子に接続されている)。   As shown in FIG. 19, when the offset cancel voltage (Voff) is generated in each of the offset cancel capacitors CS1a and CS1b, one pole (that is, the electrodes P1a and P1b) of each offset cancel capacitor (CS1a and CS1b) It is fixed to a reference potential (for example, ground) (the other pole is connected to the input terminal of the operational amplifier).

この時点で、オペアンプOP2の2つの入力端子(反転端子と非反転端子)の各々の電位に着目する。つまり、その時点では、オペアンプOP2の2つの入力端子(反転端子と非反転端子)の各々の電位には、オフセット電圧(すなわち、オフセットキャンセル電圧Voff)分の差があるが、しかし、そのオフセット分の差はごくわずかであることから、そのオフセット分の差を無視して考えれば、オペアンプOP2の2つの入力端子(反転端子と非反転端子)の各々の電位は、ほとんど基準電位(例えばグランド)になっているといえる。   At this time, attention is paid to the potentials of the two input terminals (inverting terminal and non-inverting terminal) of the operational amplifier OP2. In other words, at that time, there is a difference corresponding to the offset voltage (that is, offset cancel voltage Voff) between the two input terminals (the inverting terminal and the non-inverting terminal) of the operational amplifier OP2. Therefore, if the difference of the offset is ignored, the potential of each of the two input terminals (inverting terminal and non-inverting terminal) of the operational amplifier OP2 is almost the reference potential (for example, ground). It can be said that

そこで、図20に示すように、オフセットキャンセル時において、第1の短絡スイッチCS1aおよび第2の短絡スイッチCS1bをオンさせる。すると、オペアンプOP2の2つの出力端子の各々の電位は、2つの入力端子の各々の電位と同じ電位(つまり、ほとんどGND電位)となり、これによって、「CMFBに必要な、オペアンプの2つの出力電圧を、ほぼ同一のDC電圧に維持する」という条件が満足される。この状態で、図20に示されるCMFB回路500を動作させて、コモンモードフィードバック(CMFB)を実行する。   Therefore, as shown in FIG. 20, at the time of offset cancellation, the first short-circuit switch CS1a and the second short-circuit switch CS1b are turned on. Then, the potential of each of the two output terminals of the operational amplifier OP2 becomes the same potential as the potential of each of the two input terminals (that is, almost the GND potential), whereby “the two output voltages of the operational amplifier necessary for the CMFB” Are maintained at substantially the same DC voltage ". In this state, the CMFB circuit 500 shown in FIG. 20 is operated to execute common mode feedback (CMFB).

すなわち、コモンモードフィードバック(CMFB回路)500は、コモン電圧検出回路502によって、例えば、コモン電位をVrefに安定させる場合、オペアンプOP2の2つの出力端子のコモン電位(動作点電位)を検出し、検出されたコモン電位を、比較器504によって、参照電位(Vref:ここではVref=GND)と比較し、その比較結果をゲイン調整用のアンプ506に入力し、そして、ゲイン調整用のアンプ506の出力信号を、コモン制御信号NFBとして、例えばオペアンプOP2のコモン制御端子に帰還させる。このような負帰還制御によって、コモン電位が参照電位(Vref:ここではVref=GND)に一致するように、常に調整されることになる。   That is, the common mode feedback (CMFB circuit) 500 detects and detects the common potential (operating point potential) of the two output terminals of the operational amplifier OP2, for example, when the common potential is stabilized at Vref by the common voltage detection circuit 502. The compared common potential is compared with a reference potential (Vref: Vref = GND here) by the comparator 504, the comparison result is input to the amplifier 506 for gain adjustment, and the output of the amplifier 506 for gain adjustment The signal is fed back to the common control terminal of the operational amplifier OP2, for example, as the common control signal NFB. By such negative feedback control, the common potential is always adjusted so as to match the reference potential (Vref: Vref = GND here).

ここで、図17(A),図17(B)および図18(A),図18(B)を参照して、本実施形態にかかる全差動型SCアンプの一連の動作について説明する。図17(A),図17(B)は、図16に示される全差動型SCアンプにおける、サンプリング積分期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。また、図18(A),図18(B)は、図16に示される全差動型SCアンプの増幅期間における動作(スイッチのオン/オフ状態等)、ならびに、オフセットキャンセル兼CMFB動作(スイッチのオン/オフ状態等)を示す図である。   Here, a series of operations of the fully differential SC amplifier according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 17 (A), 17 (B), 18 (A), and 18 (B). FIGS. 17A and 17B are diagrams illustrating the operation (switch on / off state, etc.) in the sampling integration period in the fully differential SC amplifier shown in FIG. 18A and 18B show operations during the amplification period of the fully differential SC amplifier shown in FIG. 16 (switch on / off state, etc.), as well as offset cancellation and CMFB operation (switch FIG.

図17(A),図17(B)に示されるサンプリング積分時の動作、および図18(A)に示される増幅時の動作は、図14(A),図14(B)および図15に示される動作と同じである。本実施形態では、図18(B)に示すように、サンプリング積分ならびに増幅が行われた後に、オフセットキャンセル兼CMFB動作が実行される。オフセットキャンセル兼CMFB動作の内容は、図20を参照して説明したとおりである。   The operations at the time of sampling integration shown in FIGS. 17A and 17B and the operation at the time of amplification shown in FIG. 18A are shown in FIGS. 14A, 14B, and 15. Same operation as shown. In the present embodiment, as shown in FIG. 18B, after sampling integration and amplification are performed, an offset cancel / CMFB operation is performed. The contents of the offset cancel / CMFB operation are as described with reference to FIG.

図21は、CMFB回路の具体的な構成の一例を示す図である。図21では、オペアンプOP2の2つの出力電圧(Voutp,Voutn)を分圧抵抗R1,R2によって分圧しして、コモン電圧を得ている。このコモン電圧を、比較器506によって参照電圧Vrefと比較し、比較器506の出力をオペアンプOP2の、例えばコモン電圧調整端子に帰還させる。   FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the CMFB circuit. In FIG. 21, the two output voltages (Voutp and Voutn) of the operational amplifier OP2 are divided by the voltage dividing resistors R1 and R2 to obtain a common voltage. The common voltage is compared with the reference voltage Vref by the comparator 506, and the output of the comparator 506 is fed back to, for example, the common voltage adjustment terminal of the operational amplifier OP2.

次に、図22および図23を用いて、コモンモードフィードバック回路(CMFB回路)の他の実施形態について説明する。図22は、CMFB回路の具体的な構成の他の例を示す図である。図22のCMFB回路では、スイッチトキャパシタ(複数のスイッチSWAa,SWAb,SWBa,SWBb,SWC,SWDおよび容量CX,CY)を用いてCMFB動作を実行する。容量CXおよび容量CYの容量値は、同一の値に設定される。   Next, another embodiment of the common mode feedback circuit (CMFB circuit) will be described with reference to FIGS. FIG. 22 is a diagram illustrating another example of a specific configuration of the CMFB circuit. In the CMFB circuit of FIG. 22, the CMFB operation is executed using switched capacitors (a plurality of switches SWAa, SWAb, SWBa, SWBb, SWC, SWD and capacitors CX, CY). The capacitance values of the capacitor CX and the capacitor CY are set to the same value.

2つのスイッチSWAaおよびスイッチSWAbは連動してオン/オフし、また、2つのスイッチSWBaおよびスイッチSWBbは連動してオン/オフする。また、スイッチSWAaおよびスイッチSWAbと、スイッチSWBaおよびスイッチSWBbとは相補的にオンする(すなわち、一方のスイッチペアがオンしているときは、他方のスイッチペアはオフする)。また、スイッチSWCとSWDは相補的にオンする。   The two switches SWAa and SWAb are turned on / off in conjunction with each other, and the two switches SWBa and switch SWBb are turned on / off in conjunction with each other. Further, the switch SWAa and the switch SWAb and the switch SWBa and the switch SWBb are turned on complementarily (that is, when one switch pair is turned on, the other switch pair is turned off). Further, the switches SWC and SWD are complementarily turned on.

図22において、2つの出力端子OUTP,OUTNの各々における電圧をV(OUTP)、V(OUTN)とする。ここで、V(OUTP)、V(OUTN)のコモンモード電圧VOUTCMは、下記(6)式で表わされる。
VOUTCM=(V(OUTP)+V(OUTN))/2・・・・(6)
図22のCMFB回路は、コモンモード電圧VOUTCMを、任意の電圧VCMに近づけるように、全差動OPアンプOP2に対してフィードバックを行う。図中の「VCM」と「リファレンス電圧Vref」は同じではない。「VCM」はVOUTCMの目標値である。一方、「リファレンス電圧Vref」は「フィードバック電圧Vfb」にだいたい近い電圧を与える。このリファレンス電圧Vrefは、使用されるOPアンプによって異なり、OPアンプ内部の回路構成によって決まる。
In FIG. 22, the voltages at the two output terminals OUTP and OUTN are V (OUTP) and V (OUTN), respectively. Here, the common mode voltage VOUTCM of V (OUTP) and V (OUTN) is expressed by the following equation (6).
VOUTCM = (V (OUTP) + V (OUTN)) / 2 (6)
The CMFB circuit in FIG. 22 performs feedback to the fully differential OP amplifier OP2 so that the common mode voltage VOUTCM is close to an arbitrary voltage VCM. “VCM” and “reference voltage Vref” in the figure are not the same. “VCM” is a target value of VOUTCM. On the other hand, the “reference voltage Vref” gives a voltage approximately close to the “feedback voltage Vfb”. This reference voltage Vref varies depending on the OP amplifier used, and is determined by the circuit configuration inside the OP amplifier.

図22では、スイッチSWAaおよびSWAbがオフし、スイッチSWBaおよびSWBbがオンし、スイッチSWDがオンし、スイッチSWCがオフしている。この回路状態は、コモン電圧検出状態ということができる。一方、各スイッチのオン/オフが、図22に示される状態とは逆になった状態(スイッチSWAaおよびSWAbがオンし、スイッチSWBaおよびSWBbがオフし、スイッチSWDがオフし、スイッチSWCがオンしている状態)は、フィードバック状態ということができる。図22の回路は、コモン電圧検出状態とフィードバック状態とを、交互に、数十回、数百回と繰り返す。当初は、状態の切り換えに伴って容量両端の電荷の移動が生じるが、やがて電荷の移動が減少していき、そして、状態を切り換えた時に、容量両端の電荷移動が無くなる状態(定常状態)で安定する。図23(A),図23(B)は、その時(定常状態)における容量の状態を示している。   In FIG. 22, the switches SWAa and SWAb are turned off, the switches SWBa and SWBb are turned on, the switch SWD is turned on, and the switch SWC is turned off. This circuit state can be called a common voltage detection state. On the other hand, the on / off state of each switch is opposite to the state shown in FIG. 22 (switches SWAa and SWAb are turned on, switches SWBa and SWBb are turned off, switch SWD is turned off, and switch SWC is turned on. Can be called a feedback state. The circuit of FIG. 22 repeats the common voltage detection state and the feedback state alternately several tens of times and several hundreds of times. Initially, the movement of charge across the capacitor occurs as the state is switched, but eventually the movement of the charge decreases, and when the state is switched, there is no charge movement across the capacitor (steady state). Stabilize. FIG. 23A and FIG. 23B show the capacity state at that time (steady state).

図23(A)、図23(B)において、Qはそのノードに充電されている電荷量を示している。図23(A),図23(B)から明らかなように、下記の(7)式が成立し、したがって、下記(8)式が得られる。
VCM−Vfb={(V(OUTP)+V(OUTN))/2}−Vref・・・・(7)
VOUTCM=(V(OUTP)+V(OUTN))/2=VCM+(Vref−Vfb)・・・・(8)
基準電圧Vrefはフィードバック電圧Vfbに近い電圧に設定されていることから、(8)式において、Vref−Vfb≒0となり、よって、コモンモード電圧VOUTCMは、目標値である任意の電圧VCMにほぼ等しくなる。すなわち、コモンモード電圧が任意の電圧VCMに固定され、コモンモード電圧の安定化動作が実行されたことになる。
In FIGS. 23A and 23B, Q indicates the amount of charge charged at the node. As is clear from FIGS. 23A and 23B, the following expression (7) is established, and therefore the following expression (8) is obtained.
VCM−Vfb = {(V (OUTP) + V (OUTN)) / 2} −Vref (7)
VOUTCM = (V (OUTP) + V (OUTN)) / 2 = VCM + (Vref−Vfb) (8)
Since the reference voltage Vref is set to a voltage close to the feedback voltage Vfb, in the equation (8), Vref−Vfb≈0, and therefore, the common mode voltage VOUTCM is substantially equal to an arbitrary voltage VCM that is a target value. Become. That is, the common mode voltage is fixed to an arbitrary voltage VCM, and the common mode voltage stabilization operation is executed.

このように、本実施形態では、オフセットキャンセル動作と並行して、コモンモードフィードバック(CMFB)を実行するため、効率的な動作が実現される。また、CMFBは、サンプリング積分動作や増幅動作とは別に行われるため、CMFB時において、オペアンプに接続される負荷の影響が、サンプリング積分動作や増幅動作に及ぶおそれがない。オフセットキャンセル動作とCMFBが効率的に実行されることによって、実際の動作時における全差動SCアンプの回路の対称性が保証される。よって、十分に実用に耐え得る、新規な全差動SCアンプが実現される。   Thus, in this embodiment, since common mode feedback (CMFB) is performed in parallel with the offset cancel operation, an efficient operation is realized. Further, since CMFB is performed separately from the sampling integration operation and amplification operation, there is no possibility that the influence of the load connected to the operational amplifier during the CMFB affects the sampling integration operation and amplification operation. By efficiently executing the offset cancel operation and the CMFB, the symmetry of the circuit of the fully differential SC amplifier in the actual operation is guaranteed. Therefore, a novel fully differential SC amplifier that can sufficiently withstand practical use is realized.

(第6の実施形態)
本実施形態では、パラメーターnを変化させて、スイッチトキャパシタ増幅回路(SCアンプ)の増幅率を可変に制御する。すなわち、変数(パラメーター)nを可変に制御することによって、SCアンプの増幅率を自在に調整する。これによって、スイッチトキャパシタを用いた可変利得増幅回路(SC型PGA)を実現することができる。変数nは、第1周波数と第2周波数との周波数関係を調整することによって、比較的自由に、連続的に、かつ広範囲に調整することができる。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, the amplification factor of the switched capacitor amplifier circuit (SC amplifier) is variably controlled by changing the parameter n. In other words, the gain of the SC amplifier is freely adjusted by variably controlling the variable (parameter) n. Thereby, a variable gain amplifier circuit (SC type PGA) using a switched capacitor can be realized. The variable n can be adjusted relatively freely, continuously, and over a wide range by adjusting the frequency relationship between the first frequency and the second frequency.

図24(A),図24(B)は、可変容量の構成を示す図である。この可変容量を用いれば、SCアンプのゲインを可変に制御することができる。図24(A)に示される可変容量は、図24(B)に示す回路構成によって実現することができる。   24A and 24B are diagrams showing the configuration of the variable capacitor. If this variable capacitor is used, the gain of the SC amplifier can be variably controlled. The variable capacitor shown in FIG. 24A can be realized by the circuit configuration shown in FIG.

図24(B)では、複数の容量(CP1〜CP4)が設けられ、また、各容量に対応するスイッチ(アナログスイッチ等)が設けられ、スイッチのオン/オフを制御することによって、容量値が段階的に制御される。しかし、可変容量の容量値は、段階的にしか変化させることができず、また、容量値を広範囲にわたって制御することは困難である。   In FIG. 24B, a plurality of capacitors (CP1 to CP4) are provided, and a switch (analog switch or the like) corresponding to each capacitor is provided. By controlling on / off of the switch, the capacitance value is It is controlled in stages. However, the capacitance value of the variable capacitor can be changed only in steps, and it is difficult to control the capacitance value over a wide range.

これに対して、本発明にかかるSCアンプは、変数nを回路的に、連続的かつ広範囲に変化させることができ、かつ、nを変化させることは容易に行うことができる。したがって、本実施形態によれば、SCアンプの増幅率を、連続的かつ広範囲に変化させることが可能な、新規なSC型PGAを実現することができる。   On the other hand, the SC amplifier according to the present invention can change the variable n continuously in a circuit and over a wide range, and can easily change n. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a novel SC type PGA capable of continuously and widely changing the amplification factor of the SC amplifier.

図25は、変数nを可変に制御するための回路構成の一例を示す図である。図25において、SC型PGAは、PGAコア600と記載されている。図25において、PGAコア600の回路構成として、図3(B)に示される回路構成が採用されている。   FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration for variably controlling the variable n. In FIG. 25, the SC type PGA is described as a PGA core 600. In FIG. 25, the circuit configuration shown in FIG. 3B is adopted as the circuit configuration of the PGA core 600.

図25の回路では、変数nを可変に制御するために、第1周波数のクロックCLKを、分周回路410でn分周して得られるクロックに基づいて、第2周波数のクロック(第3クロックCKLC,第4クロックCKLD)を生成する。すなわち、分周回路410から出力されるクロックを第3クロックCKLCとして使用し、分周回路410から出力されるクロックをインバータINV2によってレベル反転して得られるクロック信号が、第4クロックCKLDとして使用される。   In the circuit of FIG. 25, in order to variably control the variable n, the clock having the second frequency (the third clock is based on the clock obtained by dividing the clock CLK having the first frequency by n by the frequency dividing circuit 410. CKLC, fourth clock CKLD). That is, the clock signal output from the frequency dividing circuit 410 is used as the third clock CKLC, and the clock signal obtained by inverting the level of the clock output from the frequency dividing circuit 410 by the inverter INV2 is used as the fourth clock CKLD. The

なお、図25の回路では、第1周波数クロックCLKが、そのまま第1クロック(CKLA)として使用され、第1周波数クロックCLKをインバータINV1によってレベル反転して得られるクロック信号が、第2クロックCKLBとして使用される。図25に示される回路を用いれば、分周回路410における分周比を可変に制御することによって、変数nを自在に変化させることができる。構成が簡単であるため、実現が容易である。   In the circuit of FIG. 25, the first frequency clock CLK is used as it is as the first clock (CKLA), and the clock signal obtained by inverting the level of the first frequency clock CLK by the inverter INV1 is used as the second clock CKLB. used. If the circuit shown in FIG. 25 is used, the variable n can be freely changed by variably controlling the frequency dividing ratio in the frequency dividing circuit 410. Since the configuration is simple, implementation is easy.

図26は、変数nを可変に制御するための回路構成の他の例を示す図である。図26に示される回路では、電圧制御発振器(VCO)412の出力クロックに基づいて、第1周波数のクロックCLKに同期した第2周波数のクロック(第3クロックCKLC,第4クロックCKLD)を生成する。VCO412の出力クロックの周波数は入力制御電圧CTLによって可変に制御することができる。したがって、変数nを自在に設定することができる。   FIG. 26 is a diagram illustrating another example of a circuit configuration for variably controlling the variable n. In the circuit shown in FIG. 26, based on the output clock of the voltage controlled oscillator (VCO) 412, the second frequency clocks (the third clock CKLC and the fourth clock CKLD) synchronized with the first frequency clock CLK are generated. . The frequency of the output clock of the VCO 412 can be variably controlled by the input control voltage CTL. Therefore, the variable n can be set freely.

図26の回路では、VCO412の出力クロックはそのまま第3クロックCKLCとして使用され、また、VCO412の出力クロックをインバータINV2によってレベル反転して得られるクロックが、第4クロックCKLDとして使用される。   In the circuit of FIG. 26, the output clock of the VCO 412 is used as it is as the third clock CKLC, and the clock obtained by inverting the level of the output clock of the VCO 412 by the inverter INV2 is used as the fourth clock CKLD.

また、例えば、VCO412における動作クロックを、例えばPLL等を用いて第1の周波数クロックCLKと同期させることによって、第1周波数のクロックCLKに同期した、所望の周波数をもつ第2周波数のクロック(CKLC,CKLD)を得ることができる。   Further, for example, by synchronizing the operation clock in the VCO 412 with the first frequency clock CLK using, for example, a PLL, a second frequency clock (CKLC) having a desired frequency synchronized with the first frequency clock CLK. , CKLD).

(第7の実施形態)
図27は、入力信号の振幅の大きさに依存せずに、出力信号の振幅を一定化するSC型PGAの構成例を示す図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration example of an SC-type PGA that makes the amplitude of the output signal constant without depending on the amplitude of the input signal.

本実施形態では、入力信号の振幅の大きさに依存せずに、出力信号の振幅を一定化するSC型PGAを構成する。例えば、SC型PGAの出力電圧が、高精細な表示制御のために使用されるような場合、SC型PGAの出力電圧レベルを、所望のレベルに高精度に設定し、かつその電圧レベルを維持する必要がある。そこで、本態様では、SC型PGAの出力電圧を一定値に保つための負帰還制御回路を構成し、その負帰還制御回路の出力クロックに基づいて第2周波数のクロック(CKLC,CKLD)を生成する。   In the present embodiment, an SC type PGA that makes the amplitude of the output signal constant is configured without depending on the amplitude of the input signal. For example, when the output voltage of the SC-type PGA is used for high-definition display control, the output voltage level of the SC-type PGA is set to a desired level with high accuracy and the voltage level is maintained. There is a need to. Therefore, in this aspect, a negative feedback control circuit for maintaining the output voltage of the SC type PGA at a constant value is configured, and a second frequency clock (CKLC, CKLD) is generated based on the output clock of the negative feedback control circuit. To do.

すなわち、SC型PGAの出力信号の電圧と所定電圧を比較する電圧比較回路435(電圧検出回路420と、電圧比較器430を含む)と、電圧比較回路435の出力電圧を周波数信号に変換する電圧/周波数変換回路450(ゲイン調整用のアンプ440と、VCO410とを含む)と、を設けて、電圧/周波数変換回路450から出力されるクロック信号に基づいて、第2周波数のクロック(CKLC,CKLD)を生成する。これにより、出力電圧レベルを、所望レベルに高精度に維持できるSC型PGAを得ることができる。   That is, a voltage comparison circuit 435 (including the voltage detection circuit 420 and the voltage comparator 430) that compares the voltage of the output signal of the SC type PGA with a predetermined voltage, and a voltage that converts the output voltage of the voltage comparison circuit 435 into a frequency signal. / Frequency conversion circuit 450 (including gain adjustment amplifier 440 and VCO 410), and based on the clock signal output from voltage / frequency conversion circuit 450, the second frequency clock (CKLC, CKLD) ) Is generated. Thereby, it is possible to obtain an SC type PGA capable of maintaining the output voltage level at a desired level with high accuracy.

なお、SC型PGA(PGAコア600)の倍率は、PGAコア600内部の第1周波数のクロック(CKLAまたはCKLB)と、第2周波数のクロック(CKLCまたはCKLD)の比から求めることが可能である。したがって、PGAコア600の出力端子PN2に、例えばアナログ/デジタル変換回路(A/D変換回路)を接続し、PGAコア600内部の倍率に応じて、例えば、電源電圧を適応的に変化させることによって、高ダイナミックレンジのA/D変換回路を実現することもできる。   The magnification of the SC type PGA (PGA core 600) can be obtained from the ratio of the first frequency clock (CKLA or CKLB) and the second frequency clock (CKLC or CKLD) inside the PGA core 600. . Therefore, for example, an analog / digital conversion circuit (A / D conversion circuit) is connected to the output terminal PN2 of the PGA core 600, and, for example, the power supply voltage is adaptively changed according to the magnification inside the PGA core 600. A high dynamic range A / D conversion circuit can also be realized.

(第8の実施形態)
図28は、本発明のSCアンプを搭載するセンサー装置および電子機器の構成例を示す図である。
(Eighth embodiment)
FIG. 28 is a diagram showing a configuration example of a sensor device and an electronic device on which the SC amplifier of the present invention is mounted.

図28に示される電子機器800には、センサー装置700が搭載される。センサー装置700は、モーションセンサー710と、アナログフロントエンド(AFE:例えばIC)720と、を有する。   A sensor device 700 is mounted on the electronic device 800 shown in FIG. The sensor device 700 includes a motion sensor 710 and an analog front end (AFE: IC) 720.

また、アナログフロントエンド(AFE)720は、モーションセンサー710から出力される検出信号が入力される、上記いずれかの実施形態のスイッチトキャパシタ増幅回路(すなわちPGAコア600)と、A/D変換器610と、を有する。   The analog front end (AFE) 720 receives the detection signal output from the motion sensor 710, and the switched capacitor amplifier circuit (that is, the PGA core 600) of any of the above embodiments, and the A / D converter 610. And having.

本実施形態では、SCアンプ(PGAコア600)を、センサー装置における、モーションセンサーから出力される検出信号の増幅のために使用する。本発明にかかるSCアンプ(SC型PGAを含む)は、例えば、小型、低消費電力、高増幅率、使用可能な周波数帯域が広い、低ノイズ、増幅率の自在可変等のすぐれた効果をもつため、SCアンプを搭載したセンサー装置700ならびに電子機器800も、同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the SC amplifier (PGA core 600) is used for amplification of the detection signal output from the motion sensor in the sensor device. The SC amplifier (including the SC type PGA) according to the present invention has excellent effects such as small size, low power consumption, high amplification factor, wide usable frequency band, low noise, and variable amplification factor. Therefore, the sensor device 700 equipped with the SC amplifier and the electronic device 800 can obtain the same effect.

このように、本発明のいくつかの実施形態によれば、例えば、消費電力を増大させずに、スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率の増大あるいは高速化を達成することができ、また、例えば、増幅率を、連続的かつ広範囲に変化させることが可能となり、また、例えば、スイッチトキャパシタ増幅回路の小型化(キャパシタの占有面積の削減)を実現することができ、また、例えば、容量の比精度の向上を実現して、SCアンプの倍率の誤差を小さく抑えることが可能である。   Thus, according to some embodiments of the present invention, for example, an increase in gain or speed-up of a switched capacitor amplifier circuit can be achieved without increasing power consumption. The rate can be changed continuously and over a wide range, and for example, the switched capacitor amplifier circuit can be reduced in size (reduction of the area occupied by the capacitor). Improvement can be realized and the error of the magnification of the SC amplifier can be suppressed small.

本発明は、スイッチトキャパシタを用いた増幅回路(可変利得アンプを含む)として有用である。本発明は、アナログ半導体集積回路全般に応用が可能である。   The present invention is useful as an amplifier circuit (including a variable gain amplifier) using a switched capacitor. The present invention is applicable to all analog semiconductor integrated circuits.

なお、本実施形態について詳述したが、本発明の新規事項および効果から逸脱しない範囲で、多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例は、すべて本発明に含まれるものとする。   In addition, although this embodiment was explained in full detail, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Therefore, all such modifications are included in the present invention.

SW1(A)〜SW8(D) 第1スイッチ〜第8スイッチ、
OP1 オペアンプ(シングルエンド出力)、C1 入力容量(第1入力容量)
OP2 全差動オペアンプ(2入力2出力)、C2 第1帰還容量、
C3 第2帰還容量、C4 入力容量(第2入力容量)、
CS1a,CS1b オフセットキャンセル容量、
410 分周回路(分周器)、412,450 VCO、
420 電圧レベル検出回路、430 比較器、440 ゲイン調整回路、
500 コモンモードフィードバック回路(CMFB回路)、
CM1a,CM1b 全差動オペアンプの入力端子と出力端子とを短絡するスイッチ、
600 PGAコア、610 A/D変換回路、700 センサー装置、
710 モーションセンサー、720 アナログフロントエンド(AFE)
SW1 (A) to SW8 (D) 1st switch to 8th switch,
OP1 operational amplifier (single-ended output), C1 input capacitance (first input capacitance)
OP2 Fully differential operational amplifier (2 inputs and 2 outputs), C2 first feedback capacitor,
C3 second feedback capacitance, C4 input capacitance (second input capacitance),
CS1a, CS1b offset cancellation capacity,
410 frequency divider (frequency divider), 412, 450 VCO,
420 voltage level detection circuit, 430 comparator, 440 gain adjustment circuit,
500 common mode feedback circuit (CMFB circuit),
CM1a, CM1b Fully differential operational amplifier switches that short-circuit the input terminal and output terminal,
600 PGA core, 610 A / D conversion circuit, 700 sensor device,
710 motion sensor, 720 analog front end (AFE)

Claims (13)

オペアンプと、
信号入力ノードと前記オペアンプの入力ノードとの間に設けられる第1入力容量と、前記第1入力容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記第1入力容量と前記オペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、を有する第1入力部と、
前記オペアンプの出力ノードと前記入力ノードとの間に設けられる第1帰還容量と、
前記第1帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、
前記オペアンプの出力ノードと前記入力ノードとの間において、前記第1帰還容量に対して並列に設けられる第2帰還容量と、
前記第2帰還容量についての充電/放電を切り換えるための少なくとも一つのスイッチと、
前記第1帰還容量と前記第2帰還容量との間の接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、
を含み、
前記第1入力容量に電荷が蓄積され、前記第1入力容量に蓄積された電荷が前記第1帰還容量に転送される動作がn回(nは自然数)実行される期間をサンプリング積分期間とし、前記第1帰還容量に蓄積された電荷が前記第2帰還容量に転送される期間を増幅期間とした場合に、
前記第1入力容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記オペアンプの入力ノードと前記第1入力容量との接続/非接続を切り換えるためのスイッチとは、前記サンプリング積分期間において、第1周波数のクロックで動作し、
前記第1帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記第1帰還容量と前記第2帰還容量との間の接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、前記第2帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチとは、前記増幅期間において、周波数値が、前記第1周波数の1/(2・n)である第2周波数のクロックで動作し、
前記サンプリング積分期間においては、前記第1帰還容量と前記第2帰還容量との間の接続/非接続を切り換えるための前記スイッチは開状態を維持し、かつ前記第2帰還容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチは前記第2帰還容量の電荷を放電する状態を維持し、
前記増幅期間においては、前記第1入力容量と前記オペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチは開状態を維持し、かつ前記第2帰還容量をリセットするためのスイッチは開状態を維持する、
ことを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
An operational amplifier,
A first input capacitor provided between a signal input node and an input node of the operational amplifier; a plurality of switches for switching charge / discharge of the first input capacitor; and the input of the first input capacitor and the operational amplifier A first input unit having a switch for switching connection / disconnection with a node;
A first feedback capacitor provided between an output node of the operational amplifier and the input node;
A plurality of switches for switching charge / discharge of the first feedback capacitor;
A second feedback capacitor provided in parallel with the first feedback capacitor between the output node of the operational amplifier and the input node;
At least one switch for switching charge / discharge of the second feedback capacitor;
A switch for switching connection / disconnection between the first feedback capacitor and the second feedback capacitor;
Including
A period in which an operation in which charges are accumulated in the first input capacitor and the charges accumulated in the first input capacitor are transferred to the first feedback capacitor is executed n times (n is a natural number) is a sampling integration period, When the period during which the charge accumulated in the first feedback capacitor is transferred to the second feedback capacitor is an amplification period,
In the sampling integration period, a plurality of switches for switching charging / discharging for the first input capacitance and a switch for switching connection / disconnection between the input node of the operational amplifier and the first input capacitance are: Operates with a first frequency clock,
A plurality of switches for switching charging / discharging of the first feedback capacitor; a switch for switching connection / disconnection between the first feedback capacitor and the second feedback capacitor; and the second feedback capacitor. A plurality of switches for switching charging / discharging with respect to the first frequency, the frequency value is 1 / (2 · n) of the first frequency in the amplification period,
In the sampling integration period, the switch for switching connection / disconnection between the first feedback capacitor and the second feedback capacitor is kept open, and charging / discharging of the second feedback capacitor is performed. A plurality of switches for switching between the two maintain a state of discharging the charge of the second feedback capacitor,
In the amplification period, a switch for switching connection / disconnection between the first input capacitor and the input node of the operational amplifier is maintained in an open state, and a switch for resetting the second feedback capacitor is in an open state. To maintain the
A switched capacitor amplifier circuit.
請求項1記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
前記第1周波数のクロックとして、第1クロックと、前記第1クロックと逆相の第2クロックとが用意され、
前記第1周波数の1/(2・n)の周波数である前記第2周波数のクロックとして、第3クロックと、前記第3クロックと逆相の第4クロックとが用意され、
前記第4クロックがアクティブレベルである期間が前記サンプリング積分期間に相当し、前記第3クロックがアクティブレベルである期間が前記増幅期間に相当し、
かつ、前記第1クロックおよび前記第2クロックは、前記増幅期間においては非アクティブレベルに維持され、
前記スイッチトキャパシタ増幅回路は、
前記信号入力ノードである第1ノードと第2ノードとの間に設けられ、前記第1クロックによってオン/オフが制御される第1スイッチと、
前記第2ノードと基準電位との間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第2スイッチと、
前記第2ノードと第3ノードとの間に接続される前記第1入力容量と、
前記第3ノードと基準電位との間に設けられ、前記第1クロックによってオン/オフが制御される第3スイッチと、
前記第3ノードと、前記オペアンプの入力ノードである第4ノードとの間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第4スイッチと、
前記第4ノードと第5ノードとの間に設けられる前記第1帰還容量と、
前記第5ノードと基準電位との間に設けられ、前記第1周波数の1/(2・n)の周波数である前記第2周波数の第3クロックでオン/オフが制御される第5スイッチと、
前記第5ノードと、前記オペアンプの出力ノードである第6ノードとの間に設けられ、前記第3クロックとは逆相の第4クロックによってオン/オフが制御される第6スイッチと、
前記第4ノードと第7ノードとの間に設けられ、前記第3クロックによってオン/オフが制御される第7スイッチと、
前記第7ノードと前記第6ノードとの間に設けられる前記第2帰還容量と、
前記第7ノードと前記第6ノードとの間において、前記第2帰還容量に並列に設けられ、前記第4クロックによってオン/オフが制御される第8スイッチと、
を有することを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to claim 1,
A first clock and a second clock having a phase opposite to the first clock are prepared as the first frequency clock,
As a clock of the second frequency that is 1 / (2 · n) of the first frequency, a third clock and a fourth clock having a phase opposite to the third clock are prepared,
A period in which the fourth clock is at an active level corresponds to the sampling integration period, a period in which the third clock is at an active level corresponds to the amplification period,
The first clock and the second clock are maintained at an inactive level during the amplification period,
The switched capacitor amplifier circuit includes:
A first switch provided between a first node and a second node which are the signal input nodes and controlled to be turned on / off by the first clock;
A second switch provided between the second node and a reference potential and controlled to be turned on / off by the second clock;
The first input capacitance connected between the second node and a third node;
A third switch provided between the third node and a reference potential and controlled to be turned on / off by the first clock;
A fourth switch provided between the third node and a fourth node that is an input node of the operational amplifier, the on / off of which is controlled by the second clock;
The first feedback capacitor provided between the fourth node and the fifth node;
A fifth switch provided between the fifth node and a reference potential and controlled to be turned on / off by a third clock of the second frequency that is 1 / (2 · n) of the first frequency; ,
A sixth switch that is provided between the fifth node and a sixth node that is an output node of the operational amplifier, the on / off control of which is controlled by a fourth clock having a phase opposite to that of the third clock;
A seventh switch provided between the fourth node and the seventh node and controlled to be turned on / off by the third clock;
The second feedback capacitor provided between the seventh node and the sixth node;
An eighth switch provided in parallel with the second feedback capacitor between the seventh node and the sixth node and controlled to be turned on / off by the fourth clock;
A switched capacitor amplifier circuit comprising:
請求項1または請求項2記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
前記オペアンプは、第1入力ノードおよび第2入力ノードと、第1出力ノードおよび第2出力ノードとを有する2入力2出力のオペアンプであり、
前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードおよび前記第1出力ノードについての第1の回路構成と、前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードおよび前記第2出力ノードについての第2の回路構成を同一とし、
かつ、前記第1の回路構成において使用される複数のスイッチの各々のサイズならびに複数の容量の各々の容量値と、前記第2の回路構成において使用される、前記第1の回路構成に含まれる各スイッチに対応する各スイッチのサイズ、ならびに、前記第1の回路構成に含まれる各容量に対応する各容量の容量値と、を同一として、全差動型の増幅回路を構成したことを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
A switched capacitor amplifier circuit according to claim 1 or 2,
The operational amplifier is a 2-input 2-output operational amplifier having a first input node and a second input node, and a first output node and a second output node;
A first circuit configuration for the first input node and the first output node of the 2-input 2-output operational amplifier, and a second circuit configuration for the second input node and the second output node of the 2-input 2-output operational amplifier. 2 circuit configuration is the same,
The size of each of the plurality of switches used in the first circuit configuration and the capacitance value of each of the plurality of capacitors and the first circuit configuration used in the second circuit configuration are included. A fully differential amplifier circuit is configured by setting the size of each switch corresponding to each switch and the capacitance value of each capacitor corresponding to each capacitor included in the first circuit configuration to be the same. A switched capacitor amplifier circuit.
請求項1記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
前記信号入力ノードと前記オペアンプの入力ノードとの間に、前記第1入力部に対して並列に第2入力部が設けられ、
前記第2入力部は、
前記信号入力ノードと前記オペアンプの入力ノードとの間に設けられる第2入力容量と、前記第2入力容量についての充電/放電を切り換えるための複数のスイッチと、前記第2入力容量と前記オペアンプの入力ノードとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチと、を有し、
前記第2入力部に含まれる複数のスイッチの各々は、前記第1入力部における、対応するスイッチの各々に対して相補的にオン/オフされることを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to claim 1,
A second input unit is provided in parallel with the first input unit between the signal input node and the input node of the operational amplifier,
The second input unit includes:
A second input capacitor provided between the signal input node and the input node of the operational amplifier; a plurality of switches for switching charge / discharge of the second input capacitor; the second input capacitor and the operational amplifier; A switch for switching connection / disconnection with the input node,
Each of the plurality of switches included in the second input unit is turned on / off in a complementary manner to each of the corresponding switches in the first input unit.
請求項2記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、さらに、
前記信号入力ノードである第1ノードと第12ノードとの間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第9スイッチと、
前記第12ノードと基準電位との間に設けられ、前記第1クロックによってオン/オフが制御される第10スイッチと、
前記第12ノードと第13ノードとの間に接続される前記第2入力容量と、
前記第13ノードと基準電位との間に設けられ、前記第2クロックによってオン/オフが制御される第11スイッチと、
前記第13ノードと、前記オペアンプの入力ノードである前記第4ノードとの間に設けられ、前記1クロックによってオン/オフが制御される第12スイッチと、
を有することを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to claim 2, further comprising:
A ninth switch provided between the first node and the twelfth node as the signal input nodes and controlled to be turned on / off by the second clock;
A tenth switch provided between the twelfth node and a reference potential and controlled to be turned on / off by the first clock;
The second input capacitance connected between the twelfth node and the thirteenth node;
An eleventh switch provided between the thirteenth node and a reference potential and controlled to be turned on / off by the second clock;
A twelfth switch provided between the thirteenth node and the fourth node that is an input node of the operational amplifier, the on / off of which is controlled by the one clock;
A switched capacitor amplifier circuit comprising:
請求項4または請求項5記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
前記オペアンプは、第1入力ノードおよび第2入力ノードと、第1出力ノードおよび第2出力ノードとを有する2入力2出力のオペアンプであり、
前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードおよび前記第1出力ノードについての第3の回路構成と、前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードおよび前記第2出力ノードについての第4の回路構成とを同一とし、
かつ、前記第3の回路構成において使用される複数のスイッチの各々のサイズならびに複数の容量の各々の容量値と、前記第4の回路構成において使用される、前記第3の回路構成に含まれる各スイッチに対応する各スイッチのサイズ、ならびに、前記第3の回路構成に含まれる各容量に対応する各容量の容量値と、を同一として、全差動型の増幅回路を構成したことを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
A switched capacitor amplifier circuit according to claim 4 or 5,
The operational amplifier is a 2-input 2-output operational amplifier having a first input node and a second input node, and a first output node and a second output node;
A third circuit configuration for the first input node and the first output node of the 2-input 2-output operational amplifier, and a second circuit configuration for the second input node and the second output node of the 2-input 2-output operational amplifier. 4 circuit configuration is the same,
And the size of each of the plurality of switches used in the third circuit configuration and the capacitance value of each of the plurality of capacitors, and the third circuit configuration used in the fourth circuit configuration. A fully differential amplifier circuit is configured by setting the size of each switch corresponding to each switch and the capacitance value of each capacitor corresponding to each capacitor included in the third circuit configuration to be the same. A switched capacitor amplifier circuit.
請求項3または請求項6記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、さらに、
前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードと、前記2入力2出力のオペアンプの第1入力端子との間に設けられる第1オフセットキャンセル容量と、
前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードと、前記2入力2出力のオペアンプの第2入力端子との間に設けられる第2オフセットキャンセル容量と、
前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力端子と前記第1出力ノードとの間に接続され、短絡制御信号によってオン/オフが制御される第1短絡スイッチと、
前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力端子と前記第2出力ノードとの間に接続され、前記短絡制御信号によってオン/オフが制御される第2短絡スイッチと、
前記2入力2出力のオペアンプの前記第1出力ノードと、前記第2出力ノードとのコモン電位と第2の基準電位との差電圧が減少するように、前記2入力2出力のオペアンプにコモン制御信号を供給することによって、コモン電位を前記第2の基準電位に安定化するためのコモン電位安定化動作を実行するコモンモードフィードバック回路と、
を有し、
前記サンプリング積分期間および前記増幅期間の後にオフセットキャンセル兼コモンモードフィードバック期間が設けられ、
前記オフセットキャンセル兼コモンモードフィードバック期間においては、
第1短絡スイッチおよび第2短絡スイッチがオンすると共に、前記2入力2出力のオペアンプの前記第1入力ノードおよび前記2入力2出力のオペアンプの前記第2入力ノードが共に共通の電位に維持され、
かつ、前記コモンモードフィードバック回路による、前記コモン電位安定化動作が実行される、
ことを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to claim 3 or 6, further comprising:
A first offset cancellation capacitor provided between the first input node of the 2-input 2-output operational amplifier and the first input terminal of the 2-input 2-output operational amplifier;
A second offset cancellation capacitor provided between the second input node of the 2-input 2-output operational amplifier and the second input terminal of the 2-input 2-output operational amplifier;
A first short-circuit switch connected between the first input terminal and the first output node of the two-input two-output operational amplifier and controlled to be turned on / off by a short-circuit control signal;
A second short-circuit switch connected between the second input terminal and the second output node of the two-input two-output operational amplifier and controlled to be turned on / off by the short-circuit control signal;
Common control is performed on the two-input two-output operational amplifier so that a differential voltage between a common potential between the first output node and the second output node of the two-input two-output operational amplifier is reduced. A common mode feedback circuit that performs a common potential stabilization operation for stabilizing a common potential to the second reference potential by supplying a signal;
Have
An offset cancellation and common mode feedback period is provided after the sampling integration period and the amplification period,
In the offset cancellation and common mode feedback period,
The first short-circuit switch and the second short-circuit switch are turned on, and the first input node of the 2-input 2-output operational amplifier and the second input node of the 2-input 2-output operational amplifier are both maintained at a common potential,
And, the common potential stabilization operation by the common mode feedback circuit is executed.
A switched capacitor amplifier circuit.
請求項1〜請求項6のいずれかに記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
前記パラメーターnを変化させて、前記スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率を可変に制御することを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to any one of claims 1 to 6,
A switched capacitor amplifier circuit, wherein the parameter n is changed to variably control the gain of the switched capacitor amplifier circuit.
請求項8記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
前記第1周波数のクロックを、分周回路でn分周して得られるクロックに基づいて、前記第2周波数のクロックを生成することを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to claim 8,
2. A switched capacitor amplifier circuit, wherein the second frequency clock is generated based on a clock obtained by dividing the first frequency clock by n by a frequency divider circuit.
請求項8記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
電圧制御発振器から出力されるクロックに基づいて、前記第1周波数のクロックに同期した前記第2周波数のクロックを生成することを特徴とすることを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to claim 8,
A switched capacitor amplifier circuit characterized in that the second frequency clock synchronized with the first frequency clock is generated based on a clock output from a voltage controlled oscillator.
請求項8記載のスイッチトキャパシタ増幅回路であって、
前記スイッチトキャパシタ増幅回路の出力信号の電圧と所定電圧を比較する電圧比較回路と、前記電圧比較回路の出力電圧を周波数信号に変換する電圧/周波数変換回路と、を有し、
前記電圧/周波数変換回路から出力されるクロック信号に基づいて、前記第2周波数のクロックを生成することを特徴とするスイッチトキャパシタ増幅回路。
The switched capacitor amplifier circuit according to claim 8,
A voltage comparison circuit that compares a voltage of the output signal of the switched capacitor amplifier circuit with a predetermined voltage, and a voltage / frequency conversion circuit that converts the output voltage of the voltage comparison circuit into a frequency signal,
A switched capacitor amplifier circuit that generates a clock of the second frequency based on a clock signal output from the voltage / frequency converter circuit.
モーションセンサーと、
前記モーションセンサーから出力される検出信号が入力される、請求項1〜請求項11のいずれかに記載のスイッチトキャパシタ増幅回路と、
を有することを特徴とするセンサー装置。
A motion sensor,
The switched capacitor amplifier circuit according to any one of claims 1 to 11, wherein a detection signal output from the motion sensor is input;
A sensor device comprising:
請求項1〜請求項11のいずれかに記載のスイッチトキャパシタ増幅回路を有することを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the switched capacitor amplifier circuit according to claim 1.
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