JP2013247395A - 電荷供給装置、チャージアンプ、チャージアンプ検査システム、センサシステム、および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】チャージアンプの検査をより簡単かつ確実に行うことができる検査手段を提供すること。
【解決手段】電荷供給装置１００は、電圧ＶＲＭが入力される第１の入力端子と、電圧ＶＲＰが入力される第２の入力端子と、出力端子とを有し、出力端子と導通させる入力端子を、第１の入力端子と第２の入力端子とで選択的に切り換え可能であるスイッチ１０８と、一方の電極がスイッチ１０８の出力端子に接続され、他方の電極がチャージアンプ２０の入力端子に接続されるコンデンサ１０２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電荷供給装置、チャージアンプ、チャージアンプ検査システム、センサシステム、および通信システムに関する。

センサ出力の微弱な電荷変動を増幅するための手段として、チャージアンプが広く用いられている。例えば、チャージアンプは、加速度や衝撃などの容量変化を検出するための手段、または、光や放射線による励起電子を検出するための手段として、用いられている。下記非特許文献１〜３には、チャージアンプの構成や動作原理について記載されている。また、下記特許文献１には、チャージアンプの性能を向上するための発明が開示されている。チャージアンプの役割は、微小な電荷量を大きな電圧レベルに変換することにある。例えば、１０ｐＣの電荷変化を１ｍＶの電圧変化に変換できるチャージアンプにおいては、以下数式（１）により、１６０ｄＢΩの変換ゲインが得られる。

米国特許第４５４３５３６号明細書

"Charge amplifier"、［ｏｎｌｉｎｅ］、Wikimedia Foundation、［２０１２年５月１７日検索］、インターネット<http://en.wikipedia.org/wiki/Charge_amplifier> "LTC6240/LTC6241/LTC6242"、［ｏｎｌｉｎｅ］、Linear Technology Corporation、［２０１２年５月１７日検索］、インターネット<http://cds.linear.com/docs/Datasheet/624012fe.pdf> "OP AMP APPLICATIONS"、［ｏｎｌｉｎｅ］、Analog Devices、［２０１２年５月１７日検索］、インターネット<http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-05/Web_Ch4_final.pdf>

巨大な増幅量が得られるチャージアンプにおいては、ノイズに対して非常に敏感であるため、入力信号にノイズが混入しないように考慮する必要がある。例えば、上記チャージアンプにおいて、ノイズによる１０ｐＡの電流変化が生じた場合、１ｍＶの電圧変化となって出力信号に表れることとなる。この場合、出力信号においては、入力信号に相当する成分と、ノイズに相当する成分との切り分けが困難になり、したがって、出力信号に基づく処理を正確に行うことができなくなる場合がある。特に、チャージアンプの入力端子に繋がる配線が長いほど、この配線がアンテナとして作用し、入力信号にノイズが混入し易くなる。

一方、このような巨大な増幅量が得られるチャージアンプの検査には、その電流値が極めて微弱である入力信号を、チャージアンプの入力端子に供給する必要がある。例えば、１Ｖ電源において１６０ｄＢΩの変換ゲインを得られるチャージアンプに対し、１０μＡの電流を供給してしまうと、その出力電圧は１ｋＶとなってしまう。この場合、チャージアンプの出力電圧が、１Ｖに張り付いてしまうため、チャージアンプの検査を正常に行うことができなくなる。このチャージアンプにおいて、その出力電圧を１Ｖ電源の範囲内に納めるためには、１０ｎＡの入力信号を、チャージアンプの入力端子に供給する必要がある。

ここで、従来のチャージアンプ検査システムについて説明する。図１０は、従来のチャージアンプ検査システムの構成を示す。図１０に示すように、従来のチャージアンプ検査システムにおいては、実際に使用するセンサをチャージアンプの入力端子に接続する構成を採用している。センサの代わりに微弱電流を供給する装置を設ける構成も考えられるが、この構成では、ノイズが混入しないように正確な微弱電流をチャージアンプに供給することが困難である。

例えば、従来の検査方法では、加速度や衝撃を検知するシステムを検査する場合、加速度センサや衝撃センサをチャージアンプの入力端子に接続し、センサに対して加速度や衝撃を加えることにより微弱電流を生じさせ、この微弱電流をチャージアンプに供給していた。

また、従来の検査方法では、放射線や光を検知するシステムを検査する場合、放射線センサや光センサをチャージアンプの入力端子に接続し、センサに対して放射線や光を照射することにより微弱電流を生じさせ、この微弱電流をチャージアンプに供給していた。

しかしながら、このような従来の検査方法では、実際のセンサを用意する必要があるうえに、所望の電流値の微弱電流を発生させることは困難なため、簡単かつ確実にチャージアンプを検査することができなかった。例えば、加速度センサを用いて所望の電流値の微弱電流を発生させるには、実際に使用する加速度センサをチャージアンプに接続し、加速度センサにおける加速度と電流値との関係を把握したうえで、高い精度で加速度を加速度センサに加える必要があった。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、チャージアンプの検査をより簡単かつ確実に行うことができる検査手段を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明に係る電荷供給装置は、チャージアンプに対して検査用の電荷を供給する電荷供給装置であって、第１の電圧が入力される第１の入力端子と、第２の電圧が入力される第２の入力端子と、出力端子とを有し、前記出力端子と導通させる入力端子を、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とで選択的に切り換え可能である第１のスイッチと、一方の電極が前記第１のスイッチの前記出力端子に接続され、他方の電極が前記チャージアンプの入力端子に接続されるコンデンサとを備えることを特徴とする。

上記電荷供給装置によれば、上記コンデンサ容量をＣｔとし、上記第２の電圧−上記第１の電圧によって求められる電圧をＶＣＭとした場合、上記第１のスイッチの切り換えを１回行う毎に、Ｃｔ＊ＶＣＭによって求められる電荷量Ｑｔをチャージアンプに印加することができる。さらに、上記チャージアンプが備えるフィードバックコンデンサの容量をＣｆとした場合、上記チャージアンプからは、（Ｃｔ／Ｃｆ）＊ＶＣＭによって求められる出力電圧Ｖｏとなる、出力信号を出力させることができる。

上記電荷供給装置により、微弱電流をチャージアンプに供給する場合には、上記コンデンサとして、容量が極めて小さい（すなわち、容量極板の面積が極めて小さい）コンデンサを用いることにより、これを実現することができる。

例えば、電圧ＶＣＭを０．１Ｖとした場合、コンデンサ容量Ｃｔを０．１ｐＦとすることで、１０ｆＣという微弱電荷を、チャージアンプに印加することができる。さらに、コンデンサ容量Ｃｆを１ｐＦとすることで、上記出力電圧Ｖｏを１０ｍＶとすることができる。

したがって、上記電荷供給装置によれば、出力電圧Ｖｏを飽和させることなく、第１のスイッチを切り換えるだけといった簡単な制御により、チャージアンプの検査が可能となる。

また、上記電荷供給装置によれば、第１のスイッチの切り換え周波数を調整することにより、チャージアンプに印加する電流として、以下数式（２）によって求められる所望の電流値の電流Ｉｔを発生させることができる。

例えば、コンデンサ容量Ｃｔを０．１ｐＦとし、電圧ＶＣＭを０．１Ｖとした場合において、１０ｐＡの電流を発生させたい場合は、第１のスイッチの切り換え周波数を、上記数式（２）を変形した以下数式（３）によって求められる周波数ｆｓ（１ｋＨｚ）とすることにより、これを実現することができる。

このように、上記電荷供給装置によれば、実際に使用するセンサを用意する必要がなく、所望の電流値の微弱電流を容易に発生させることができるため、簡単かつ確実にチャージアンプを検査することができる。仮に、実際に使用するセンサがチャージアンプの入力端子に既に接続されていたとしても、チャージアンプの検査に、このセンサを使用する必要はない。さらに、上記電荷供給装置によれば、少なくとも第１のスイッチおよびコンデンサを備えていればよく、簡単な構成であるため、チャージアンプの検査に係るコストを低減することができる。また、上記電荷供給装置によれば、その構成が簡単であるゆえに、チャージアンプの入力端子近傍に設けることができ、さらにはチャージアンプに内蔵することも可能であるため、チャージアンプに供給する入力信号の経路を比較的短くすることができ、したがって、入力信号へノイズが混入し難い構成を実現することができる。

上記電荷供給装置において、前記第１のスイッチは、フローティングされた第３の入力端子をさらに有し、前記出力端子と導通させる入力端子を、前記第１の入力端子と、前記第２の入力端子と、前記第３の入力端子とで選択的に切り換え可能であることが好ましい。

上記構成によれば、チャージアンプの通常動作時（非検査時）において、第１のスイッチを第３の入力端子に切り換えることにより、コンデンサの一方の電極がフローティングされた状態となり、コンデンサの寄生容量に起因するノイズゲインを生じ難くすることができる。

また、上記電荷供給装置において、前記コンデンサと前記チャージアンプとの間の配線上に設けられ、当該配線の接続および切断を選択的に切り換え可能な第２のスイッチをさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、チャージアンプの通常動作時（非検査時）において、第２のスイッチをオフ状態に切り換えることにより、コンデンサとチャージアンプとの間の配線が切断された状態となり、コンデンサの寄生容量に起因するノイズゲインを生じ難くすることができる。

また、上記電荷供給装置において、前記第１のスイッチに第１のパルス信号を供給することにより、前記第１のスイッチにおける前記第１の入力端子の選択と前記第２の入力端子との切り換えを制御するパルス印加器をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、第１のパルス信号の周波数を調整することで、第１のスイッチの切り換え周波数を調整することができる。これにより、容易に、所望の電流値の電流Ｉｔを発生させることができる。

また、本発明に係るチャージアンプは、上記電荷供給装置を備え、前記電荷供給装置が、当該チャージアンプの入力端子に接続されていることを特徴とする。

上記電荷供給装置によれば、上記電荷供給装置と同様の効果を奏する、チャージアンプを提供することができる。

また、本発明に係るチャージアンプ検査システムは、上記電荷供給装置と、チャージアンプの出力信号と、参照電圧とを比較し、その比較結果がパルスで表された第２のパルス信号を出力する比較器とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、第２のパルス信号により、入力信号に応じた出力信号が出力されているか否か、および、出力電圧が所望の電圧（すなわち、参照電圧）レベルまで増幅されているか否かを容易かつ確実に判断することが可能となる。

上記チャージアンプ検査システムにおいて、前記第１のパルス信号に含まれているパルス数と、前記第２のパルス信号に含まれているパルス数とを比較することにより、前記チャージアンプの合否を判断する合否判断手段をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、第１のパルス信号のパルス数と第２のパルス信号のパルス数とを比較するといった簡単な処理により、入力信号に応じた出力信号が出力されているか否か、および、チャージアンプからの出力信号が所望の電圧レベルまで増幅されているか否かを判断することができる。

また、上記チャージアンプ検査システムにおいて、前記参照電圧のレベルを徐々に変化させることによって生じる、前記第２のパルス信号におけるパルス数の変化に基づいて、前記第２のパルス信号のノイズレベルを検出するノイズレベル検出手段をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、チャージアンプの出力信号に含まれるノイズレベルを簡単かつ確実に検出することができる。

また、上記チャージアンプ検査システムにおいて、前記参照電圧のレベルを徐々に変化させることによって生じる、前記第２のパルス信号におけるパルス数の変化に基づいて、前記チャージアンプによる信号増幅率を検出する信号増幅率検出手段をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、チャージアンプによる信号増幅率を簡単かつ確実に検出することができる。

また、本発明に係るセンサシステムは、センサと、前記センサからの出力信号を増幅するチャージアンプと、前記チャージアンプによって増幅された前記出力信号に基づいて、予め定められた信号処理を行う信号処理手段と、前記チャージアンプの入力端子に接続された上記電荷供給装置とを備えることを特徴とする。

上記センサシステムによれば、上記電荷供給装置と同様の効果を奏する、センサシステムを提供することができる。

また、本発明に係る通信システムは、外部から送信されてきた信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された前記信号を増幅するチャージアンプと、前記チャージアンプによって増幅された前記信号に基づいて、予め定められた信号処理を行う信号処理手段と、前記チャージアンプの入力端子に接続された、上記電荷供給装置とを備えることを特徴とする。

上記通信システムによれば、上記電荷供給装置と同様の効果を奏する、通信システムを提供することができる。

本発明によれば、チャージアンプの検査をより簡単かつ確実に行うことができる検査手段を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るチャージアンプ検査システムの構成を示す。 本実施形態に係るチャージアンプが備える帰還回路の構成を示す。 本発明の第２実施形態に係るチャージアンプ検査システムの構成を示す。 本発明の第３実施形態に係るチャージアンプ検査システムの構成を示す。 本発明の第４実施形態に係るチャージアンプ検査システムの構成を示す。 本発明の第４本実施形態に係るチャージアンプ検査システムにおける、信号増幅率の検出方法を概念的に示す。 本発明の第４本実施形態に係るチャージアンプ検査システムにおける、ノイズレベルの検出方法を概念的に示す。 本発明の第５実施形態に係るセンサシステムの構成を示す。 本発明の第６実施形態に係る通信システムの構成を示す。 従来のチャージアンプ検査システムの構成を示す。

本発明に係る実施形態について、図面を参照して以下に説明する。

〔第１実施形態〕
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０の構成を示す。このチャージアンプ検査システム１０は、チャージアンプ２０（電荷増幅回路）および電荷供給装置１００を備えている。ここで、本実施形態では、電荷供給装置１００がチャージアンプ２０に内蔵されているものとするが、電荷供給装置１００をチャージアンプ２０の外部に設けることも可能である。

〔チャージアンプ２０の構成〕
チャージアンプ２０は、入力端子から入力された電荷を増幅し、その電荷量に応じた出力電圧を、出力端子から出力する。チャージアンプ２０は、帰還回路２２およびオペアンプ２４を備えている。チャージアンプ２０の入力端子には、オペアンプ２４の−入力端子と、帰還回路２２の入力端子とが並列に接続されている。チャージアンプ２０の出力端子には、オペアンプ２４の出力端子と、帰還回路２２の出力端子とが並列に接続されている。オペアンプ２４の＋入力端子は、コモングラウンドＶＣＭに接地されている。

（帰還回路２２）
ここで、図２を参照して、帰還回路２２の構成の一例について説明する。図２は、本実施形態に係るチャージアンプ２０が備える帰還回路２２の構成を示す。図２（ａ）は、本実施形態の帰還回路２２の構成（第１の構成例）を示す。図２（ｂ）は、本実施形態の帰還回路２２の構成（第２の構成例）を示す。

図２（ａ）に示す帰還回路２２は、帰還抵抗２０２およびフィードバックコンデンサ２０４が並列接続された構成となっている。図２（ａ）に示す帰還回路２２は、スイッチ２１２およびフィードバックコンデンサ２０４が並列接続された構成となっている。すなわち、図２（ａ）に示す帰還回路２２は、帰還抵抗２０２の代わりに、スイッチ２１２を設けた構成となっている。チャージアンプ２０には、図２（ａ）に示す帰還回路２２、または、図２（ｂ）に示す帰還回路２２の、いずれを用いることもできる。以下、フィードバックコンデンサ２０４の電荷量をＣｆと示す。

〔電荷供給装置１００の構成〕
電荷供給装置１００は、チャージアンプ２０に対して検査用の電荷を供給する装置である。電荷供給装置１００は、コンデンサ１０２、電源１０４、電源１０６、スイッチ１０８、およびパルス印加器１１０を備えている。

（コンデンサ１０２）
コンデンサ１０２は、一方の電極がスイッチ１０８の出力端子に接続され、他方の電極がチャージアンプ２０の入力端子に接続されている。以下、コンデンサ１０２の電荷量をＣｔと示す。

（電源１０４、電源１０６）
電源１０４は、電圧ＶＲＭ（第１の電圧）の供給源である。電源１０６は、電圧ＶＲＰ（第２の電圧）の供給源である。

（スイッチ１０８）
スイッチ１０８は、出力端子、第１の入力端子、および第２の入力端子を備えている。出力端子は、コンデンサ１０２の上記一方の電極に接続されている。第１の入力端子は、電源１０４に接続されている。第２の入力端子は、電源１０６に接続されている。スイッチ１０８は、出力端子と導通させる入力端子を、第１の入力端子と第２の入力端子とで選択的に切り換え可能となっている。

電荷供給装置１００において、第１の入力端子を、アースに接地させる構成とすることもできる。この場合、電荷供給装置１００は、電源１０４が設けられていなくてもよい。また、電荷供給装置１００において、第２の入力端子を、コモングラウンドＶＣＭに接地させる構成とすることもできる。この場合、電荷供給装置１００は、電源１０６が設けられていなくてもよい。

（パルス印加器１１０）
パルス印加器１１０は、スイッチ１０８にパルス信号を供給することにより、スイッチ１０８における第１の入力端子の選択と第２の入力端子の選択との切り換えを制御する。具体的には、パルス印加器１１０は、オン信号とオフ信号とが交互に出現する周波数ｆｓのパルス信号を、スイッチ１０８に供給する。この周波数ｆｓは、外部から任意に設定可能となっている。

スイッチ１０８は、オン信号が供給されると、入力端子の選択が第２の入力端子に切り換わり、オフ信号が供給されると、入力端子の選択が第１の入力端子に切り換わる。そして、スイッチ１０８において、入力端子の選択が第２の入力端子に切り換えられると、コンデンサ１０２には、電圧ＶＲＰが印加される。また、スイッチ１０８において、入力端子の選択が第１の入力端子に切り換えられると、コンデンサ１０２には、電圧ＶＲＭが印加される。

〔チャージアンプ検査システム１０の動作〕
以下、チャージアンプ２０を検査する際の、チャージアンプ検査システム１０の動作について順に説明する。

（動作１）パルス印加器１１０から、スイッチ１０８へ、オン信号とオフ信号とが交互に出現する周波数ｆｓのパルス信号が供給される。

（動作２）スイッチ１０８は、上記（動作１）によりオン信号が供給される毎に、第２の入力端子（電圧ＶＲＰ側の入力端子）に切り換えられる。一方、スイッチ１０８は、上記（動作１）によりオフ信号が供給される毎に、第２の入力端子（電圧ＶＲＭ側の入力端子）に切り換えられる。

（動作３）スイッチ１０８が、第２の入力端子（電圧ＶＲＰ側の入力端子）に切り換えられる毎に、電荷供給装置１００からチャージアンプ２０へ、以下数式（４）によって求められる電荷Ｑｔが供給される。

例えば、コンデンサ１０２の容量Ｃｔが０．１ｐｆ、（電圧ＶＲＰ−電圧ＶＲＭ）が０．１Ｖの場合は、電荷Ｑｔは１０ｆＣとなる。上記数式（４）により、本実施形態の電荷供給装置１００が、電圧ＶＲＰおよび電圧ＶＲＭを調整することで、電荷Ｑｔを任意に設定できるものであることが分かる。また、電圧ＶＲＰおよび電圧ＶＲＭの双方に、同相雑音Ｖｎｏｉｓｅが重畳されていたとしても、上記数式（４）により、この同相雑音Ｖｎｏｉｓｅは相殺され、除去されることとなる。

（動作４）チャージアンプ２０においては、電荷供給装置１００から供給された電荷Ｑｔが、帰還回路２２が備えるフィードバックコンデンサ２０４に供給され、その電荷量に応じた出力電圧Ｖｏ（以下数式（５）によって求められる）が、出力端子から出力される。

以上説明したように、本実施形態の電荷供給装置１００によれば、実際に使用するセンサを用意する必要がなく、所望の電流値の微弱電流を容易に発生させることができる。また、本実施形態の電荷供給装置１００によれば、スイッチ１０８、コンデンサ１０２、およびパルス印加器１１０を備えて構成されており、簡単な構成であるため、チャージアンプ２０の検査に係るコストを低減することができる。また、本実施形態の電荷供給装置１００によれば、チャージアンプ２０に内蔵されているため、チャージアンプ２０に供給する入力信号の経路を比較的短くすることができ、したがって、上記入力信号へノイズが混入し難い構成を実現することができる。

〔第２実施形態〕
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０の構成を示す。

チャージアンプの入力端子における寄生容量が大きいと、ノイズゲインが増大することが知られている。このため、チャージアンプにとっては、上記寄生容量が出来る限り削減されることが好ましい。そこで、第２実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０においては、チャージアンプの通常動作時（非検査時）において、上記ノイズゲインが生じ難くするために、図３に示す構成を採用している。

図３に示す第２実施形態のチャージアンプ検査システム１０は、スイッチ１０８が、フローティングされた第３の入力端子をさらに備えており、出力端子と導通させる入力端子を、第１の入力端子と、第２の入力端子と、第３の入力端子とで選択的に切り換え可能となっている点で、第１実施形態のチャージアンプ検査システム１０と異なる。

チャージアンプの通常動作時（非検査時）において、スイッチ１０８は、第３の入力端子に切り換えられた状態（図３に示す状態）となる。これにより、コンデンサ１０２の一方の電極がフローティングされた状態となる。これにより、コンデンサ１０２は、電荷移動ができなくなるため、容量としての機能を喪失することとなる。これにより、本実施形態のチャージアンプ検査システム１０は、電荷供給装置１００がチャージアンプ２０に接続されつつも、ノイズゲインが生じ難い構成となっている。

〔第３実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０の構成を示す。

第３実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０においては、チャージアンプの通常動作時（非検査時）において、上記ノイズゲインがより生じ難くするために、図４に示す構成を採用している。

第３実施形態のチャージアンプ検査システム１０は、コンデンサ１０２とチャージアンプ２０との間の配線上に、当該配線の接続および切断を選択的に切り換え可能なスイッチ１１２をさらに備える点で、第２実施形態のチャージアンプ検査システム１０と異なる。

チャージアンプ２０の通常動作時（非検査時）において、スイッチ１１２は、オフ状態（図４に示す状態）となる。これにより、チャージアンプ検査システム１０は、コンデンサ１０２の寄生容量が確実にチャージアンプ２０に伝わらなくなる。これにより、本実施形態のチャージアンプ検査システム１０は、電荷供給装置１００がチャージアンプ２０に接続されつつも、ノイズゲインがより生じ難い構成となっている。

なお、本構成を採用する場合、スイッチ１１２に生じる寄生容量を考慮し、コンデンサ１０２よりも、寄生容量が小さいスイッチ１１２を用いることが好ましい。これにより、スイッチ１１２を設けない構成とするよりも、チャージアンプ２０に入力される寄生容量の削減効果を確実に得られるからである。

〔第４実施形態〕
次に、図５〜図７を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０の構成を示す。第４実施形態のチャージアンプ検査システム１０は、チャージアンプ２０の検査結果を判定することが可能な構成を採用している。

第４実施形態のチャージアンプ検査システム１０は、比較器１３０、ＤＡ変換器１４０、および制御装置１５０をさらに備える点で、第１〜第３実施形態のチャージアンプ検査システム１０と異なる。

（比較器１３０）
比較器１３０は、その−入力端子がチャージアンプ２０の出力端子に接続されており、その＋入力端子がＤＡ変換器１４０の出力端子に接続されている。比較器１３０は、チャージアンプ２０の出力信号とＤＡ変換器１４０から供給された参照電圧とを比較し、その比較結果がパルスで表されたパルス信号（以下、「第２のパルス信号」と称する。）を出力する。例えば、比較器１３０は、チャージアンプ２０の出力信号において、参照電圧を越えた部分がパルス（Ｈｉレベル）として表された、第２のパルス信号を出力する。

（ＤＡ変換器１４０）
ＤＡ変換器１４０の入力端子は、制御装置１５０に接続されている。ＤＡ変換器１４０の出力端子は、比較器１３０の＋入力端子に接続されている。ＤＡ変換器１４０の入力端子には、制御装置１５０から、参照電圧の設定値（デジタル信号）入力される。ＤＡ変換器１４０は、入力された設定値に応じた参照電圧を生成し、生成された参照電圧を、比較器１３０へ供給する。

（制御装置１５０）
制御装置１５０は、入力パルス信号制御部１５１、参照電圧レベル設定部１５２、出力パルス信号取得部１５３、合否判断部１５４、ノイズ量検出部１５５、および増幅量検出部１５６を備える。

入力パルス信号制御部１５１は、パルス印加器１１０を制御することにより、パルス印加器１１０に任意のパルス信号（以下、「第１のパルス信号」と称する。）を生成させ、生成された入力パルス信号をスイッチ１０８へ印加させる。例えば、入力パルス信号制御部１５１は、パルス印加器１１０に対して、任意の周波数ｆｓや、任意のパルス数を設定することにより、任意の周波数ｆｓのパルス信号や、任意のパルス数のパルス信号を生成するように、パルス印加器１１０を制御する。

参照電圧レベル設定部１５２は、ＤＡ変換器１４０に対して、参照電圧の設定値（デジタル信号）を供給する。これに応じて、ＤＡ変換機１４０は、供給された設定値に応じた参照電圧を生成し、生成された参照電圧は、比較器１３０へ供給されることとなる。

出力パルス信号取得部１５３は、比較器１３０から出力されたパルス信号（第２のパルス信号）を取得する。

合否判断部１５４は、第１のパルス信号に含まれているパルス数と、第２のパルス信号に含まれているパルス数とを比較することにより、チャージアンプ２０の合否を判断する。例えば、第１のパルス信号のパルス数が「３」の場合、全パルスのピーク電圧が参照電圧を越えていれば、第２のパルス信号のパルス数は「３」となる。この場合、合否判断部１５４は、チャージアンプ２０の判定を「合格」とする。一方、全パルスのピーク電圧が参照電圧を越えていなければ、第２のパルス信号のパルス数は「２」以下となる。この場合、合否判断部１５４は、チャージアンプ２０の判定を「不合格」とする。

このように、本実施形態のチャージアンプ検査システム１０は、入力信号に応じた出力信号が出力されているか否か、および、チャージアンプ２０かの出力信号が所望の電圧レベルまで増幅されているか否かを容易に判断することが可能となっている。

ノイズ量検出部１５５は、上記参照電圧のレベルを徐々に変化させることによって生じる、第２のパルス信号におけるパルス数の変化に基づいて、第２のパルス信号に含まれるノイズのノイズレベルを検出する。

増幅量検出部１５６は、上記参照電圧のレベルを徐々に変化させることによって生じる、第２のパルス信号におけるパルス数の変化に基づいて、チャージアンプ２０による信号増幅率を検出する。

（信号増幅率の検出方法）
ここで、図６を参照して、制御装置１５０による上記信号増幅率の検出方法について説明する。図６は、本発明の第４本実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０における、信号増幅率の検出方法を概念的に示す。

例えば、制御装置１５０は、以下手順により、チャージアンプ２０による信号増幅率を検出する。

（手順１）参照電圧レベル設定部１５２により、上記参照電圧のレベルを、出力信号の最大ピークレベルに近づく方向に徐々に変化させる。

（手順２）上記参照電圧のレベルを変化させる毎に、入力パルス信号制御部１５１により、第１のパルス信号をチャージアンプ２０へ供給し、出力パルス信号取得部１５３によって、第２のパルス信号を取得する。チャージアンプ２０へ供給する第１のパルス信号は、毎回同じものとする。

（手順３）第２のパルス信号を取得する毎に、増幅量検出部１５６により、その第２のパルス信号に含まれているパルス数をカウントする。

（手順４）上記（手順３）において、ある第２のパルス信号に対するカウント数が「０」となった場合、増幅量検出部１５６により、直前の第２のパルス信号が得られたときに設定されている参照電圧のレベルを、チャージアンプ２０の出力信号における最大ピークレベルと判定する。

（手順５）増幅量検出部１５６により、上記（手順４）によって得られた最大ピークレベルと、第１のパルス信号の電圧レベルとに基づいて、チャージアンプ２０による信号増幅率を算出する。

例えば、図６に示す例では、１〜５回目の計測によって得られた上記パルス数は、順に、「２」、「２」、「２」、「１」、「０」となっている。すなわち、５回目の計測時において、上記パルス数が「０」となっている。この場合、増幅量検出部１５６は、４回目の計測を行ったときに設定された参照電圧のレベルを、チャージアンプ２０の出力信号における最大ピークレベルと判定する。このようにして求められた最大ピークレベルが、適切なものであることは、図６から明らかである。

（ノイズレベルの検出方法）
ここで、図７を参照して、制御装置１５０による上記ノイズレベルの検出方法について説明する。図７は、本発明の第４本実施形態に係るチャージアンプ検査システム１０における、ノイズレベルの検出方法を概念的に示す。

例えば、制御装置１５０は、以下手順により、チャージアンプ２０の出力信号におけるノイズレベルを検出する。

（手順１）参照電圧レベル設定部１５２により、上記参照電圧のレベルを、出力信号の最大ピークレベルから離れる方向に徐々に変化させる。

（手順２）上記参照電圧のレベルを変化させる毎に、入力パルス信号制御部１５１により、第１のパルス信号をチャージアンプ２０へ供給し、出力パルス信号取得部１５３によって、第２のパルス信号を取得する。チャージアンプ２０へ供給する第１のパルス信号は、毎回同じものとする。

（手順３）第２のパルス信号を取得する毎に、ノイズ量検出部１５５により、その第２のパルス信号に含まれているパルス数をカウントする。

（手順４）上記（手順３）において、ある第２のパルス信号に対するカウント数が、想定値（すなわち、第１のパルス信号に含まれるパルス数）よりも大きくなった場合、ノイズ量検出部１５５により、その第２のパルス信号が得られたときに設定されている参照電圧のレベルを、チャージアンプ２０の出力信号におけるノイズレベルと判定する。

例えば、図７に示す例では、１〜５回目の計測によって得られた上記パルス数は、順に、「２」、「２」、「２」、「２」、「１０」となっている。すなわち、５回目の計測時において、上記パルス数が想定値「２」よりも大きくなっている。この場合、ノイズ量検出部１５５は、５回目の計測を行ったときに設定された参照電圧のレベルを、チャージアンプ２０の出力信号におけるノイズレベルと判定する。このようにして求められたノイズレベルが、適切なものであることは、図７から明らかである。

〔第５実施形態〕
次に、図８を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。この第５実施形態では、上述したチャージアンプ検査システムを、センサシステムへ適用する例を説明する。図８は、本発明の第５実施形態に係るセンサシステム８００の構成を示す。

図８に示すセンサシステム８００は、センシングデバイス８０２、信号処理回路８０４、電荷供給装置１００、およびチャージアンプ２０を備えている。このセンサシステム８００は、検出対象（例えば、加速度、衝撃、放射線、光等）の物理量の変化をセンシングデバイス８０２によって検出し、その検出信号をチャージアンプ２０によって増幅し、増幅された検出信号に基づく所定の信号処理を、信号処理回路８０４によって行うシステムである。センサシステム８００において、チャージアンプ２０は、上述した実施形態（第１〜４実施形態）と同様のものが用いられている。また、センサシステム８００において、電荷供給装置１００は、上述した実施形態（第１〜３実施形態のいずれか）と同様のものが用いられている。

これにより、センサシステム８００は、センシングデバイス８０２を使用しなくとも、電荷供給装置１００から微弱電荷をチャージアンプ２０に供給することにより、チャージアンプ２０の検査を、容易に行うことが可能となっている。もちろん、センサシステム８００は、電荷供給装置１００による通常使用への影響が生じないため、電荷供給装置１００を接続したまま、通常使用することが可能となっている。また、センサシステム８００は、第４実施形態のチャージアンプ検査システム１０と組み合わせて、チャージアンプ２０の検査結果を判定することが可能な構成とすることもできる。

〔第６実施形態〕
次に、図９を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。この第６実施形態では、上述したチャージアンプ検査システムを、通信システムへ適用する例を説明する。図９は、本発明の第６実施形態に係る通信システム９００の構成を示す。

図９に示す通信システム９００は、送信装置、通信路９０８、および受信装置を備えている。送信装置は、信号処理回路９０２、チャージアンプ９０４、送信デバイス９０６を備えている。受信装置は、受信デバイス９１０、信号処理回路９１２、電荷供給装置１００、およびチャージアンプ２０を備えている。

送信装置においては、信号処理回路９０２が通信データを出力し、その通信データをチャージアンプ９０４によって増幅し、増幅された通信データを送信デバイス９０６によって送信する。送信装置から送信された通信データは、通信路９０８を介して、受信装置へ送信される。

受信装置においては、上記通信データを受信デバイス９１０が受信し、その通信データをチャージアンプ２０によって増幅し、増幅された通信データに基づく所定の信号処理を、信号処理回路９１２によって行う。

通信システム９００において、チャージアンプ２０は、上述した実施形態（第１〜４実施形態）と同様のものが用いられている。また、通信システム９００において、電荷供給装置１００は、上述した実施形態（第１〜３実施形態のいずれか）と同様のものが用いられている。

これにより、通信システム９００は、受信デバイス９１０を使用しなくとも、電荷供給装置１００から微弱電荷をチャージアンプ２０に供給することにより、チャージアンプ２０の検査を、容易に行うことが可能となっている。もちろん、通信システム９００は、電荷供給装置１００による通常使用への影響が生じないため、電荷供給装置１００を接続したまま、通常使用することが可能となっている。また、通信システム９００は、第４実施形態のチャージアンプ検査システム１０と組み合わせて、チャージアンプ２０の検査結果を判定することが可能な構成とすることもできる。

（補足説明）
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上述した実施形態において、電荷供給装置およびチャージアンプの少なくともいずれか一方において、上述した実施形態とは異なる構成のものを採用してもよく、この場合であっても、当該実施形態は、本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、チャージアンプを用いて微弱電流を増幅する構成を採用している、各種装置および各種システムに利用可能であり、特に、対象の物理量変化を検出するためのセンサから出力された微弱電流を、チャージアンプを用いて増幅する構成を採用している、各種装置および各種システムに好適に利用可能である。

１０ チャージアンプ検査システム
２０ チャージアンプ
２２ 帰還回路
２４ オペアンプ
１００ 電荷供給装置
１０２ コンデンサ
１０４ 電源
１０６ 電源
１０８ スイッチ（第１のスイッチ）
１１０ パルス印加器
１１２ スイッチ（第２のスイッチ）
１３０ 比較器
１４０ ＤＡ変換器
１５０ 制御装置
１５１ 入力パルス信号制御部
１５２ 参照電圧レベル設定部
１５３ 出力パルス信号取得部
１５４ 合否判断部（合否判断手段）
１５５ ノイズ量検出部（ノイズレベル検出手段）
１５６ 増幅量検出部（信号増幅率検出手段）
２０２ 帰還抵抗
２０４ フィードバックコンデンサ
２１２ スイッチ
８００ センサシステム
８０２ センシングデバイス
８０４ 信号処理回路
９００ 通信システム
９０２ 信号処理回路
９０４ チャージアンプ
９０６ 送信デバイス
９０８ 通信路
９１０ 受信デバイス
９１２ 信号処理回路

Claims (11)

1. チャージアンプに対して検査用の電荷を供給する電荷供給装置であって、
   第１の電圧が入力される第１の入力端子と、第２の電圧が入力される第２の入力端子と、出力端子とを有し、前記出力端子と導通させる入力端子を、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とで選択的に切り換え可能である第１のスイッチと、
   一方の電極が前記第１のスイッチの前記出力端子に接続され、他方の電極が前記チャージアンプの入力端子に接続されるコンデンサと
   を備えることを特徴とする電荷供給装置。
2. 前記第１のスイッチは、
   フローティングされた第３の入力端子をさらに有し、前記出力端子と導通させる入力端子を、前記第１の入力端子と、前記第２の入力端子と、前記第３の入力端子とで選択的に切り換え可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電荷供給装置。
3. 前記コンデンサと前記チャージアンプとの間の配線上に設けられ、当該配線の接続および切断を選択的に切り換え可能な第２のスイッチをさらに備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の電荷供給装置。
4. 前記第１のスイッチに第１のパルス信号を供給することにより、前記第１のスイッチにおける前記第１の入力端子の選択と前記第２の入力端子との切り換えを制御するパルス印加器をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電荷供給装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電荷供給装置を備え、
   前記電荷供給装置が、当該チャージアンプの入力端子に接続されている
   ことを特徴とするチャージアンプ。
6. 請求項４に記載の電荷供給装置と、
   前記チャージアンプの出力信号と、参照電圧とを比較し、その比較結果がパルスで表された第２のパルス信号を出力する比較器と
   を備えることを特徴とするチャージアンプ検査システム。
7. 前記第１のパルス信号に含まれているパルス数と、前記第２のパルス信号に含まれているパルス数とを比較することにより、前記チャージアンプの合否を判断する合否判断手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のチャージアンプ検査システム。
8. 前記参照電圧のレベルを徐々に変化させることによって生じる、前記第２のパルス信号の変化に基づいて、前記第２のパルス信号のノイズレベルを検出するノイズレベル検出手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載のチャージアンプ検査システム。
9. 前記参照電圧のレベルを徐々に変化させることによって生じる、前記第２のパルス信号の変化に基づいて、前記チャージアンプによる信号増幅率を検出する信号増幅率検出手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載のチャージアンプ検査システム。
10. センサと、
    前記センサからの出力信号を増幅するチャージアンプと、
    前記チャージアンプによって増幅された前記出力信号に基づいて、予め定められた信号処理を行う信号処理手段と、
    前記チャージアンプの入力端子に接続された、請求項１から４のいずれか一項に記載の電荷供給装置と
    を備えることを特徴とするセンサシステム。
11. 外部から送信されてきた信号を受信する受信手段と、
    前記受信手段によって受信された前記信号を増幅するチャージアンプと、
    前記チャージアンプによって増幅された前記信号に基づいて、予め定められた信号処理を行う信号処理手段と、
    前記チャージアンプの入力端子に接続された、請求項１から４のいずれか一項に記載の電荷供給装置と
    を備えることを特徴とする通信システム。

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