JP2015119304A - Amplifier circuit - Google Patents

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Tomoaki Yoshida
智昭 吉田
秀和 小野
Hidekazu Ono
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide am amplifier circuit in which frequency band is constantly maintained without switching the feedback capacitance when gain is variably set.SOLUTION: A non-inverting amplifier circuit includes an operational amplifier OP, and a feedback circuit constituted of resistance elements Rf, Ri. A bias current IB to a differential pair constituted of PMOS transistors P1, P2 of the operational amplifier can be amplified to a predetermined amplitude level in spite of an amplitude range of an input signal by adjusting the bias current in accordance with gain set by the resistance elements Rf, Ri. In this case, without switching a capacitance value of the feedback capacitance, the frequency band is kept constantly, and the bias current can be amplified through the same low pass filter characteristics.

Description

本発明は、微小信号を増幅する増幅回路に関し、特に、ゲインを可変とすることができる増幅回路に関する。   The present invention relates to an amplifier circuit that amplifies a minute signal, and more particularly, to an amplifier circuit that can change a gain.

地磁気センサや加速度センサ等の各種センサから出力されるセンサ信号は微弱な信号であり、また各々に信号の振幅範囲のレンジも異なる場合があるため、センサ信号を増幅回路により増幅するに当たっては、センサの振幅レンジごとに異なるゲインで信号を増幅する必要がある。   Sensor signals output from various sensors such as a geomagnetic sensor and an acceleration sensor are weak signals, and the range of the signal amplitude range may be different from each other. It is necessary to amplify the signal with a different gain for each amplitude range.

増幅回路としては、オペアンプに抵抗素子等を備えるフィードバック回路により負帰還をかけた、いわゆる非反転増幅回路、反転増幅回路、または差動増幅回路が一般的である。ここでオペアンプは、フィードバック回路を備えないオペアンプ自体のゲイン−周波数特性としてオープンループ特性を有している。そのゲイン(オープンループゲイン)は、上記の増幅回路に必要なゲインに比して充分に大きなことが一般的である(例えば、非特許文献1など)。これに対して、フィードバック回路を備えて構成される非反転増幅回路、反転増幅回路、差動増幅回路は、ゲインがセンサ信号に応じた値に調整された特性とされる(以下、クローズドループ特性と称する)。このクローズドループ特性は、遮断周波数以外には極(pole)はないものと仮定すると、遮断周波数以下の周波数帯域ではゲインが設定された値に一定に維持され、遮断周波数以上の周波数帯域では(−20dB/dec)でゲインが減衰する、ローパスフィルタ特性を有している。この時、ゲインが減衰する周波数帯域の特性線はゲインの大小にかかわらず同じ特性線である。その結果、設定されたゲインが小さいほど周波数帯域が広がり遮断周波数が高くなるという特性を有することが知られている。   As the amplifier circuit, a so-called non-inverting amplifier circuit, inverting amplifier circuit, or differential amplifier circuit in which negative feedback is applied to the operational amplifier by a feedback circuit including a resistance element or the like is generally used. Here, the operational amplifier has an open loop characteristic as a gain-frequency characteristic of the operational amplifier itself without a feedback circuit. In general, the gain (open loop gain) is sufficiently larger than the gain necessary for the amplifier circuit (for example, Non-Patent Document 1). On the other hand, the non-inverting amplifier circuit, the inverting amplifier circuit, and the differential amplifier circuit configured with the feedback circuit have a characteristic in which the gain is adjusted to a value corresponding to the sensor signal (hereinafter referred to as a closed loop characteristic). Called). Assuming that there are no poles other than the cut-off frequency, this closed loop characteristic is maintained at a constant value in the frequency band below the cut-off frequency, and (− It has a low-pass filter characteristic in which the gain is attenuated at 20 dB / dec). At this time, the characteristic line in the frequency band where the gain is attenuated is the same characteristic line regardless of the magnitude of the gain. As a result, it is known that the smaller the set gain, the wider the frequency band and the higher the cutoff frequency.

岡村廸夫著、「定本 OPアンプ回路の設計」、CQ出版社、1990年9月10日(初版)、p.31−36Okamura Ikuo, “Sadamoto Op Amp Circuit Design”, CQ Publisher, September 10, 1990 (first edition), p. 31-36

背景技術の増幅回路では、入力されるセンサ信号の振幅範囲のレンジに応じて、フィードバック回路に備えられる抵抗素子等の抵抗比を調整してゲインが設定される。このとき、ゲインの低減分だけ遮断周波数が高周波数側に移動して周波数帯域が拡大してしまう。これにより、増幅する必要のあるセンサ信号の周波数帯域を超えた高い周波数帯域の信号もセンサ信号と同じゲインで増幅されることとなる。不要な周波数帯域の信号成分が増幅されてしまいセンサ信号に対してノイズ源となるおそれがある。増幅された信号においてノイズ帯域が拡大し信号品質が悪化するおそれがあり問題である。   In the amplification circuit according to the background art, the gain is set by adjusting the resistance ratio of the resistance element or the like provided in the feedback circuit in accordance with the range of the amplitude range of the input sensor signal. At this time, the cut-off frequency moves to the high frequency side by the gain reduction, and the frequency band is expanded. As a result, a signal in a high frequency band that exceeds the frequency band of the sensor signal that needs to be amplified is also amplified with the same gain as the sensor signal. Unnecessary frequency band signal components may be amplified and become a noise source for the sensor signal. In the amplified signal, there is a possibility that the noise band is expanded and the signal quality is deteriorated, which is a problem.

周波数帯域の低減は、オペアンプに接続される帰還容量の容量値を大きくすることで対応することは可能である。しかしながら、ゲインの低減分に応じて大きな帰還容量を接続しなければならず、ゲインの変更に応じて容量値を切り替えなければならない。ゲインに応じた容量値に切り替えるために複数の容量素子を切り替え可能に備えなければならず、ゲイン低減に応じて大きな容量値が必要になることと相まって、容量素子を配置する領域として大きな占有面積を確保する必要があり問題である。   The reduction of the frequency band can be dealt with by increasing the capacitance value of the feedback capacitor connected to the operational amplifier. However, a large feedback capacitor must be connected according to the gain reduction, and the capacitance value must be switched according to the gain change. In order to switch to a capacitance value according to the gain, a plurality of capacitance elements must be provided so that a large capacitance value is required as the gain is reduced. It is necessary to ensure that there is a problem.

本願に開示される技術は上記の課題に鑑み提案されたものであって、ゲインを可変に設定する際、帰還容量の切り替えをすることなく周波数帯域が一定に維持された増幅回路を提供することを目的とする。   The technology disclosed in the present application has been proposed in view of the above problems, and provides an amplifier circuit in which the frequency band is maintained constant without switching the feedback capacitance when the gain is set to be variable. With the goal.

本願に開示される技術に係る増幅回路は、オペアンプ部と、入力信号を所定振幅まで非反転増幅、反転増幅、または差動増幅するゲインを設定するフィードバック回路とを備えて構成される。オペアンプ部はバイアス電流源を備え、バイアス電流源が、フィードバック回路により設定されたゲインに応じて、入力信号が入力される差動対に供給するバイアス電流を調整する。   An amplifier circuit according to a technique disclosed in the present application includes an operational amplifier unit and a feedback circuit that sets a gain for non-inverting amplification, inverting amplification, or differential amplification of an input signal up to a predetermined amplitude. The operational amplifier unit includes a bias current source, and the bias current source adjusts the bias current supplied to the differential pair to which the input signal is input, according to the gain set by the feedback circuit.

これにより、所定の振幅範囲を有して入力される入力信号の振幅レンジを、後段の信号処理に必要な所定振幅レンジに増幅する増幅回路において、入力信号の振幅レンジが異なる場合でも、増幅回路に備えられるフィードバック回路によりゲインを設定して所定振幅レンジに増幅することができる。入力信号は、振幅レンジに拘わらず、後段の信号処理に供することができる。   As a result, even if the amplitude range of the input signal is different in the amplifier circuit that amplifies the amplitude range of the input signal having a predetermined amplitude range to the predetermined amplitude range required for the signal processing in the subsequent stage, the amplifier circuit The gain can be set and amplified to a predetermined amplitude range by the feedback circuit provided in the above. The input signal can be used for subsequent signal processing regardless of the amplitude range.

この場合、設定されたゲインに応じてオペアンプ部の差動対に供給するバイアス電流を調整して、増幅回路の周波数帯域を一定に保つことができる。入力信号は、振幅レンジに拘わらず、同じローパスフィルタ特性を介して増幅されるため、信号処理される入力信号の周波数帯域を一定とすることができる。設定されたゲインに応じて帰還容量の容量値を切り替えて位相補償を最適化するといった作業が不要となる。また、設定されるゲインごとに容量値を合わせるために容量素子を複数用意することは不要であり、選択された容量素子への接続を切り替える選択手段なども不要である。回路や素子の専有面積を低減することができる。   In this case, the frequency band of the amplifier circuit can be kept constant by adjusting the bias current supplied to the differential pair of the operational amplifier unit according to the set gain. Since the input signal is amplified through the same low-pass filter characteristic regardless of the amplitude range, the frequency band of the input signal to be signaled can be made constant. The operation of switching the capacitance value of the feedback capacitance according to the set gain and optimizing the phase compensation becomes unnecessary. In addition, it is not necessary to prepare a plurality of capacitive elements in order to match the capacitance value for each set gain, and selection means for switching the connection to the selected capacitive element is not necessary. The area occupied by circuits and elements can be reduced.

更に、本願に開示の増幅回路において、バイアス電流源は、予め、基準ゲインに対するバイアス電流を基準バイアス電流とし、ゲインに対するバイアス電流を、(基準バイアス電流)×(ゲイン/基準ゲイン)として調整する構成としてもよい。これにより、基準バイアス電流と設定されたゲインに応じたバイアス電流との関係は、基準ゲインと設定されたゲインとの関係と比例関係にあり、ゲインが変更された場合にもバイアス電流を(基準バイアス電流)×(ゲイン/基準ゲイン)で設定すれば、同じローパスフィルタ特性を維持することができる。   Further, in the amplifier circuit disclosed in the present application, the bias current source has a configuration in which the bias current with respect to the reference gain is set as the reference bias current, and the bias current with respect to the gain is adjusted as (reference bias current) × (gain / reference gain). It is good. As a result, the relationship between the reference bias current and the bias current corresponding to the set gain is proportional to the relationship between the reference gain and the set gain, and even when the gain is changed, the bias current (reference By setting (bias current) × (gain / reference gain), the same low-pass filter characteristics can be maintained.

更に、本願に開示の増幅回路において、基準ゲインは、入力信号の最小の振幅レンジを最大の振幅レンジに増幅する際に設定されるゲインであるとしてもよい。これにより、入力信号として想定される最小の振幅レンジを後段の信号処理として想定される最大の振幅レンジに増幅するゲインを基準ゲインとするので、基準ゲインは設定されるゲインのうちの最大値となり、このときの基準バイアス電流も最大値となる。したがって、フィードバック回路により設定されるゲインに応じて、バイアス電流を基準バイアス電流から低減すればよい。設定されるゲインは最大ゲイン以下のゲインであり、それに応じてバイアス電流も基準バイアス電流以下に低減され、消費電流の低減を図ることができる。   Furthermore, in the amplifier circuit disclosed in the present application, the reference gain may be a gain that is set when the minimum amplitude range of the input signal is amplified to the maximum amplitude range. As a result, the gain that amplifies the minimum amplitude range assumed as the input signal to the maximum amplitude range assumed as the signal processing in the subsequent stage is used as the reference gain, so the reference gain is the maximum value of the set gains. The reference bias current at this time is also the maximum value. Therefore, the bias current may be reduced from the reference bias current according to the gain set by the feedback circuit. The gain that is set is a gain that is less than or equal to the maximum gain, and accordingly, the bias current is also reduced below the reference bias current, and the current consumption can be reduced.

更に、本願に開示の増幅回路において、バイアス電流源は、互いに並列に配置された複数のMOSトランジスタを備えて構成され、バイアス電流は、複数のMOSトランジスタのうち選択されたMOSトランジスタの各々に流れる電流の総和であるとの構成とすることもできる。予め、バイアス電流の値に応じて複数のMOSトランジスタを備えておき、設定されるゲインに応じて電流源に供されるMOSトランジスタを選択してやれば、バイアス電流の電流値を調整することができる。この場合、複数のMOSトランジスタは、チャネル幅等のサイズが同一のトランジスタを並列に配置しても、個々にサイズが異なるトランジスタを並列に配置してもよく、また、これらを適宜に組み合わせて配置してもよい。   Further, in the amplifier circuit disclosed in the present application, the bias current source includes a plurality of MOS transistors arranged in parallel to each other, and the bias current flows through each of the selected MOS transistors among the plurality of MOS transistors. It can also be set as the sum total of electric current. The current value of the bias current can be adjusted by providing a plurality of MOS transistors according to the bias current value in advance and selecting the MOS transistor to be used as a current source according to the set gain. In this case, the plurality of MOS transistors may be arranged such that transistors having the same size such as channel width are arranged in parallel, or transistors having different sizes may be arranged in parallel, and these are appropriately combined. May be.

本願に開示される技術に係る増幅回路によれば、オペアンプ部にフィードバック回路が接続された非反転増幅、反転増幅、または差動増幅に係る増幅回路において、フィードバック回路により可変に設定されるゲインに応じてオペアンプ部の差動対のバイアス電流を調整することにより、ゲインに拘わらず、周波数帯域が同じローパスフィルタ特性を得ることができる。   According to the amplifier circuit related to the technique disclosed in the present application, in the amplifier circuit related to non-inverting amplification, inverting amplification, or differential amplification in which the feedback circuit is connected to the operational amplifier unit, the gain variably set by the feedback circuit is set. Accordingly, by adjusting the bias current of the differential pair of the operational amplifier unit, it is possible to obtain a low-pass filter characteristic having the same frequency band regardless of the gain.

実施形態における増幅回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the amplifier circuit in embodiment. 実施形態の非反転増幅回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the non-inverting amplifier circuit of embodiment. 実施形態における非反転増幅回路の周波数−ゲイン特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency-gain characteristic of the non-inverting amplifier circuit in embodiment. 実施形態の非反転増幅回路においてバイアス電流とノイズとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a bias current and noise in the non-inverting amplifier circuit of embodiment.

図1には、オペアンプとフィードバック回路とにより構成される増幅回路の一例を示す。オペアンプを使用した増幅回路として代表的な回路を例示している。(a)は非反転増幅回路である。オペアンプOPの出力端子と反転入力端子(−)との間にフィードバック用の抵抗素子Rfを備える。また、反転入力端子(−)と接地電位GNDとの間には抵抗素子Riが接続される。抵抗素子RfはオペアンプOPの出力端子から出力される出力信号を反転入力端子(−)に帰還する。抵抗素子Rf、Riでフィードバック回路を構成している。この回路での入出力応答は、Vo=Vi×(1+Rf/Ri)である。入出力信号の振幅レンジの比で示すゲイン(AV)は、G(AV)=(1+Rf/Ri)である。   FIG. 1 shows an example of an amplifier circuit composed of an operational amplifier and a feedback circuit. A typical circuit is illustrated as an amplifier circuit using an operational amplifier. (A) is a non-inverting amplifier circuit. A resistance element Rf for feedback is provided between the output terminal of the operational amplifier OP and the inverting input terminal (−). In addition, a resistance element Ri is connected between the inverting input terminal (−) and the ground potential GND. The resistance element Rf feeds back an output signal output from the output terminal of the operational amplifier OP to the inverting input terminal (−). The resistance elements Rf and Ri constitute a feedback circuit. The input / output response in this circuit is Vo = Vi × (1 + Rf / Ri). The gain (AV) indicated by the ratio of the amplitude ranges of the input / output signals is G (AV) = (1 + Rf / Ri).

(b)は反転増幅回路である。オペアンプOPの出力端子と反転入力端子(−)との間にフィードバック用の抵抗素子Rfを備える。また、反転入力端子(−)と入力信号Viが入力される端子との間には抵抗素子Riが接続される。抵抗素子RfはオペアンプOPの出力端子から出力される出力信号を反転入力端子に帰還する。抵抗素子Rf、Riでフィードバック回路を構成している。この回路での入出力応答は、Vo=−Vi×(Rf/Ri)である。入出力信号の振幅レンジの比で示すゲイン(AV)は、G(AV)=−(Rf/Ri)である。 (B) is an inverting amplifier circuit. A resistance element Rf for feedback is provided between the output terminal of the operational amplifier OP and the inverting input terminal (−). A resistance element Ri is connected between the inverting input terminal (−) and a terminal to which the input signal Vi is input. The resistance element Rf feeds back the output signal output from the output terminal of the operational amplifier OP to the inverting input terminal. The resistance elements Rf and Ri constitute a feedback circuit. The input / output response in this circuit is Vo = −Vi × (Rf / Ri). The gain (AV) indicated by the ratio of the amplitude ranges of the input / output signals is G (AV) = − (Rf / Ri).

(c)は差動増幅回路である。オペアンプOPの出力端子と反転入力端子(−)との間にフィードバック用の抵抗素子Rfを備える。反転入力端子(−)と入力信号V2が入力される端子との間には抵抗素子Riが接続される。また、非反転入力端子(+)と接地電位GNDとの間に抵抗素子Rfが接続され、非反転入力端子(+)と入力信号V1が入力される端子との間には抵抗素子Riが接続される。この回路での入出力応答は、Vo=(V1−V2)×(Rf/Ri)である。入出力信号の振幅レンジの比で示すゲイン(AV)は、G(AV)=(Rf/Ri)である。 (C) is a differential amplifier circuit. A resistance element Rf for feedback is provided between the output terminal of the operational amplifier OP and the inverting input terminal (−). A resistance element Ri is connected between the inverting input terminal (−) and a terminal to which the input signal V2 is input. A resistance element Rf is connected between the non-inverting input terminal (+) and the ground potential GND, and a resistance element Ri is connected between the non-inverting input terminal (+) and a terminal to which the input signal V1 is input. Is done. The input / output response in this circuit is Vo = (V1−V2) × (Rf / Ri). The gain (AV) indicated by the ratio of the amplitude ranges of the input / output signals is G (AV) = (Rf / Ri).

増幅回路が使用される用途としては、例えば、センサから出力されるセンサ信号の増幅が考えられる。センサから出力されるセンサ信号を増幅して後段の処理回路における信号処理に供するためには、増幅された信号を後段の処理回路での信号処理に適合した所定の振幅レンジにある振幅範囲とする必要がある。一方、センサから出力されるセンサ信号は、検出される物理量に応じてある振幅範囲で出力されるところ、振幅レンジは、センサの特性に応じて異なることが考えられる。例えば、地磁気センサの中には、出力されるセンサ信号は、振幅レンジが小さなレベルに振幅範囲を有する微小信号となる場合がある。これに対して、加速度センサの中には、出力されるセンサ信号の振幅レンジが比較的大きなレベルに振幅範囲を有する信号となる場合があり、地磁気センサから出力されるセンサ信号とは振幅レンジが異なる場合がある。したがって、センサの種別の違いなどにより入力信号の振幅レンジが異なる場合にも、同じ後段の処理回路において信号処理を行うためには、増幅回路において、センサ信号の振幅レンジに応じてゲインを可変に設定する必要がある。   As an application in which the amplifier circuit is used, for example, amplification of a sensor signal output from a sensor can be considered. In order to amplify the sensor signal output from the sensor and use it for signal processing in the subsequent processing circuit, the amplified signal is set to an amplitude range in a predetermined amplitude range suitable for signal processing in the subsequent processing circuit. There is a need. On the other hand, the sensor signal output from the sensor is output in a certain amplitude range according to the detected physical quantity, and the amplitude range may differ depending on the characteristics of the sensor. For example, in some geomagnetic sensors, the output sensor signal may be a minute signal having an amplitude range in a small amplitude range. On the other hand, in some acceleration sensors, the output sensor signal has an amplitude range with a relatively large amplitude range, and the sensor signal output from the geomagnetic sensor has an amplitude range. May be different. Therefore, even when the amplitude range of the input signal differs due to differences in sensor type, etc., in order to perform signal processing in the same subsequent processing circuit, the gain in the amplifier circuit can be varied according to the amplitude range of the sensor signal. Must be set.

図1の増幅回路では、ゲインの設定を抵抗素子Rf、Riにより可変に行うことができる。しかしながら、増幅回路において抵抗素子Rf、Riによりゲインを設定すると、周波数−ゲイン特性が変化してしまうことが知られている。具体的には、ゲインを低減するほど遮断周波数が高くなり、増幅回路にローパスフィルタの機能も持たせている場合に、周波数帯域が高周波数側に広がってしまうこととなる。これは、増幅回路の周波数−ゲイン特性において、(−20dB/dec)の減衰直線は設定されるゲインに拘わらず固定であることによる。設定によりゲインが低減されると、低減されたゲインを有する特性が低周波数側から高周波数側に減衰直線に交差するまで延長され、この交点が設定ゲインに対する遮断周波数となるからである。   In the amplifier circuit of FIG. 1, the gain can be variably set by the resistance elements Rf and Ri. However, it is known that when the gain is set by the resistance elements Rf and Ri in the amplifier circuit, the frequency-gain characteristic changes. Specifically, the cut-off frequency increases as the gain is reduced, and the frequency band spreads to the high frequency side when the amplifier circuit also has a low-pass filter function. This is because, in the frequency-gain characteristic of the amplifier circuit, the attenuation line of (-20 dB / dec) is fixed regardless of the set gain. This is because when the gain is reduced by setting, the characteristic having the reduced gain is extended from the low frequency side to the high frequency side until it crosses the attenuation line, and this intersection becomes the cutoff frequency for the set gain.

増幅回路が奏するローパスフィルタ特性は、後段の処理回路において必要とされる周波数帯域に応じて決定されるべきであり、設定されるゲインが変更されたとしても一定の特性を有することが好ましい。ゲインの低減に応じてローパスフィルタ特性の周波数帯域が広がると、一般的には、有意な信号の周波数帯域より高周波数側の帯域にあるノイズも有意な信号と同様に増幅されてしまい、ノイズ帯域が拡大してしまうおそれがあるからである。   The low-pass filter characteristic exhibited by the amplifier circuit should be determined according to the frequency band required in the subsequent processing circuit, and preferably has a certain characteristic even if the set gain is changed. When the frequency band of the low-pass filter characteristic is expanded in accordance with the gain reduction, generally, noise in the higher frequency band than the frequency band of the significant signal is amplified in the same way as the significant signal, and the noise band This is because there is a risk of the enlargement.

そこで、ゲインの変更によらず、遮断周波数を一定としてローパスフィルタ特性を一定に保つことが望まれる。以下の説明では、増幅回路において設定される最大ゲインを基準ゲインとして、基準ゲインからのゲインの低減比に比例してオペアンプの差動対のバイアス電流を低減することで、これを実現するものである。   Therefore, it is desirable to keep the low-pass filter characteristics constant by keeping the cutoff frequency constant regardless of the gain change. In the following description, the maximum gain set in the amplifier circuit is used as a reference gain, and this is achieved by reducing the bias current of the differential pair of the operational amplifier in proportion to the gain reduction ratio from the reference gain. is there.

以下の説明では、図1(a)の非反転増幅回路を例にとり説明する。図2は、非反転増幅回路の回路図を示す。オペアンプOPの回路構成として簡単な2段増幅回路を例示する。PMOSトランジスタP1、P2は差動対であり初段増幅部を構成する。各々のゲート端子は反転入力端子(−)、非反転入力端子(+)である。ドレイン端子は能動負荷に接続されている。能動負荷は、それぞれ、ダイオード接続されたNMOSトランジスタN1、N2であり、PMOSトランジスタP1、P2のドレイン端子が、各々、NMOSトランジスタN1、N2のドレイン及びゲート端子に接続されている。   In the following description, the non-inverting amplifier circuit of FIG. FIG. 2 shows a circuit diagram of the non-inverting amplifier circuit. A simple two-stage amplifier circuit is exemplified as the circuit configuration of the operational amplifier OP. The PMOS transistors P1 and P2 are differential pairs and constitute a first stage amplifier. Each gate terminal is an inverting input terminal (−) and a non-inverting input terminal (+). The drain terminal is connected to an active load. The active loads are diode-connected NMOS transistors N1 and N2, respectively. The drain terminals of the PMOS transistors P1 and P2 are connected to the drain and gate terminals of the NMOS transistors N1 and N2, respectively.

PMOSトランジスタP1、P2のソース端子は、セレクタSを介してバイアス電流源I1〜I3に接続される。ここで、バイアス電流源I1〜I3は、それぞれが同じ電流値を供給する電流源であっても、異なる電流値を供給する電流源であってもよい。また、各々の電流源はMOSトランジスタで構成されるものとしてもよい。セレクタSは、外部より供給されるセレクト信号SEにより、バイアス電流源I1〜I3の何れを接続するかを選択する。後述するように、セレクト信号SEは、非反転増幅回路のゲイン(G(AV)=(1+Rf/Ri))に応じて指令され、設定されたゲインに比例するバイアス電流IBとなるバイアス電流源I1〜I3の組み合わせを選択して、差動対にバイアス電流IBを供給する。選択されたバイアス電流源I1〜I3からの電流値の総和がバイアス電流IBとして差動対に供給される。   The source terminals of the PMOS transistors P1 and P2 are connected to the bias current sources I1 to I3 via the selector S. Here, the bias current sources I1 to I3 may be current sources that supply the same current value or current sources that supply different current values. Each current source may be composed of a MOS transistor. The selector S selects which of the bias current sources I1 to I3 is connected by a select signal SE supplied from the outside. As will be described later, the select signal SE is instructed according to the gain (G (AV) = (1 + Rf / Ri)) of the non-inverting amplifier circuit, and becomes a bias current source I1 that becomes a bias current IB proportional to the set gain. A combination of .about.I3 is selected to supply a bias current IB to the differential pair. The sum of the current values from the selected bias current sources I1 to I3 is supplied to the differential pair as the bias current IB.

2段目の増幅部は、電源電圧VCCと接地電位GNDとの間に直列に接続された電流源I4とNMOSトランジスタN3とで構成されている。NMOSトランジスタN3のゲート端子は差動対を構成するPMOSトランジスタP2と能動負荷を構成するNMOSトランジスタN2との接続点に接続されている。PMOSトランジスタP2とNMOSトランジスタN2との接続点から出力される初段増幅部の出力信号は、NMOSトランジスタN3で反転されて増幅され、電流源I4とNMOSトランジスタN3との接続点である出力端子(OUT)から出力される。   The second-stage amplifying unit includes a current source I4 and an NMOS transistor N3 connected in series between the power supply voltage VCC and the ground potential GND. The gate terminal of the NMOS transistor N3 is connected to a connection point between the PMOS transistor P2 constituting the differential pair and the NMOS transistor N2 constituting the active load. The output signal of the first stage amplification unit output from the connection point between the PMOS transistor P2 and the NMOS transistor N2 is inverted and amplified by the NMOS transistor N3, and output terminal (OUT) which is the connection point between the current source I4 and the NMOS transistor N3. ) Is output.

オペアンプOPでは、位相補償用の素子として、帰還容量CFBが、2段増幅部の出力点である出力端子(OUT)と初段増幅部の出力点であるPMOSトランジスタP2とNMOSトランジスタN2との接続点との間に接続されている。   In the operational amplifier OP, as an element for phase compensation, a feedback capacitor CFB is a connection point between an output terminal (OUT) that is an output point of the two-stage amplification unit and a PMOS transistor P2 and an NMOS transistor N2 that are output points of the first-stage amplification unit. Connected between and.

オペアンプOPの出力端子(OUT)と反転入力端子(−)との間には、フィードック回路として、抵抗素子Rfが接続されている。   A resistor element Rf is connected as a feedback circuit between the output terminal (OUT) and the inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP.

図3には、周波数−ゲイン特性を示す。ここでは、一例として、60dBを非反転増幅回路で必要とされる最大ゲインとする。したがって、ゲイン(60dB)が基準ゲインである。ゲインが60dB、40dB、20dBの3種類について例示している。デシベル(dB)表記のゲインは、G(dB)=20×log(Vo/Vi)(logは常用対数)の式により算出される値である。これにより、ゲイン(60dB、40dB、20dB)は、振幅比で表示されるゲイン(AV)として、1000倍、100倍、10倍に対応する。また、本実施形態では、極は1ポールのみ存在する場合を例示する。   FIG. 3 shows frequency-gain characteristics. Here, as an example, 60 dB is set as the maximum gain required in the non-inverting amplifier circuit. Therefore, the gain (60 dB) is the reference gain. Three types of gains of 60 dB, 40 dB, and 20 dB are illustrated. The gain expressed in decibels (dB) is a value calculated by the equation G (dB) = 20 × log (Vo / Vi) (log is a common logarithm). Accordingly, the gains (60 dB, 40 dB, 20 dB) correspond to 1000 times, 100 times, and 10 times as gains (AV) displayed as amplitude ratios. Moreover, in this embodiment, the case where only one pole exists is illustrated.

ゲイン特性線1が基準ゲイン(最大ゲイン)での周波数−ゲイン特性である。遮断周波数f0を極P1とし、周波数f0以下の周波数帯域BWにおいてゲイン(60dB)を得る。遮断周波数f0を超える帯域では、周波数−ゲイン特性は、−20dB/decで減衰する特性となる。すなわち、周波数が10倍になると、ゲイン(dB)で(−20dB)、すなわちゲイン(AV)が1/10倍に減衰する特性である。周波数帯域BWを有するローパスフィルタ特性を有する。   The gain characteristic line 1 is the frequency-gain characteristic at the reference gain (maximum gain). The cutoff frequency f0 is the pole P1, and a gain (60 dB) is obtained in the frequency band BW below the frequency f0. In a band exceeding the cut-off frequency f0, the frequency-gain characteristic is a characteristic that attenuates at −20 dB / dec. That is, when the frequency becomes 10 times, the gain (dB) is (−20 dB), that is, the gain (AV) is attenuated to 1/10 times. It has a low-pass filter characteristic having a frequency band BW.

抵抗素子Rf、Riの抵抗値を調整して、ゲイン(dB)を(−20dB)減じてゲイン(dB)(40dB)とする。すなわち、1000倍であったゲイン(AV)を1/10にしてゲイン(AV)100倍とする場合である。この場合、オペアンプOPのバイアス電流IBを変更しなければ、周波数−ゲイン特性は、遮断周波数10・f0を極P20とする特性線20となる。セレクト信号SEにより、バイアス電流IBを基準バイアス電流IBの1/10倍に設定することにより、遮断周波数f0を極P2とし、周波数f0以下の周波数帯域BWにおいてゲイン(40dB)を得る周波数−ゲイン特性とすることができる。ゲインの低減によっても遮断周波数f0は不変であり、ローパスフィルタ特性における周波数帯域BWを不変に維持することができる。   The resistance values of the resistance elements Rf and Ri are adjusted, and the gain (dB) is reduced by (−20 dB) to obtain the gain (dB) (40 dB). That is, the gain (AV), which was 1000 times, is reduced to 1/10 to obtain a gain (AV) of 100 times. In this case, if the bias current IB of the operational amplifier OP is not changed, the frequency-gain characteristic becomes the characteristic line 20 having the cutoff frequency 10 · f0 as the pole P20. By setting the bias current IB to 1/10 times the reference bias current IB with the select signal SE, the cutoff frequency f0 is set as the pole P2, and the gain (40 dB) is obtained in the frequency band BW below the frequency f0. It can be. The cut-off frequency f0 is not changed by the gain reduction, and the frequency band BW in the low-pass filter characteristic can be maintained unchanged.

更に、ゲイン(dB)を(−20dB)減じてゲイン(dB)(20dB)とする。すなわち、100倍であったゲイン(AV)を1/10にしてゲイン(AV)10倍とする場合である。この場合、オペアンプOPのバイアス電流IBを変更しなければ、周波数−ゲイン特性は、遮断周波数100・f0を極P30とする特性線30となる。セレクト信号SEにより、バイアス電流IBを基準バイアス電流の1/100倍に設定することにより、遮断周波数f0を極P3とし、周波数f0以下の周波数帯域BWにおいてゲイン(20dB)を得る周波数−ゲイン特性とすることができる。ゲインの低減によっても遮断周波数f0は不変であり、ローパスフィルタ特性における周波数帯域BWを不変に維持することができる。   Further, the gain (dB) is reduced by (−20 dB) to obtain the gain (dB) (20 dB). That is, the gain (AV), which was 100 times, is reduced to 1/10 to obtain a gain (AV) of 10 times. In this case, if the bias current IB of the operational amplifier OP is not changed, the frequency-gain characteristic becomes the characteristic line 30 having the cutoff frequency 100 · f0 as the pole P30. By setting the bias current IB to 1/100 times the reference bias current by the select signal SE, the cutoff frequency f0 is the pole P3, and a frequency-gain characteristic for obtaining a gain (20 dB) in the frequency band BW below the frequency f0 can do. The cut-off frequency f0 is not changed by the gain reduction, and the frequency band BW in the low-pass filter characteristic can be maintained unchanged.

以上説明したように、ゲインの設定を変更した場合にも、遮断周波数f0を一定として周波数帯域BWが一定なローパスフィルタ特性とすることができる。設定されるゲインの違いに拘わらずローパスフィルタ特性を一定とすることができ、増幅回路により増幅される信号の周波数帯域を一定にすることができる。ゲインの違いによるノイズ帯域の変化はなく、安定して所望のゲインに増幅することができる。   As described above, even when the gain setting is changed, the low-pass filter characteristic in which the cutoff frequency f0 is constant and the frequency band BW is constant can be obtained. Regardless of the set gain, the low-pass filter characteristic can be made constant, and the frequency band of the signal amplified by the amplifier circuit can be made constant. There is no change in the noise band due to the difference in gain, and it is possible to stably amplify to a desired gain.

ここで、オペアンプOPの差動対に供給するバイアス電流IBの低減は入力換算ノイズに悪影響を与えるおそれがあるので、ゲインの低減に伴うバイアス電流IBの低減と入力換算ノイズとの関係について検討する。   Here, since the reduction of the bias current IB supplied to the differential pair of the operational amplifier OP may adversely affect the input conversion noise, the relationship between the reduction of the bias current IB accompanying the gain reduction and the input conversion noise is examined. .

増幅回路により所定振幅レンジに増幅する場合、入力信号の振幅レンジが小さいほどゲイン(AV)を大きくし、入力信号の振幅レンジが大きいほどゲイン(AV)を小さくすることが必要である。この場合、入力信号の振幅レンジが大きなほどノイズの振幅レンジに対する比、すなわち信号雑音比(以下、S/N比と略記する)が大きくなり、許容できるS/N比に対して余裕があることとなる。逆に、入力信号の振幅レンジが小さなほどS/N比が小さくなり、許容できるS/N比に対して余裕がなくなる。したがって、図4のノイズ特性線5で表わされるように、設定されるゲイン(AV)に対する許容ノイズ(Vn)の関係は、ゲイン(AV)が大きく入力信号の振幅レンジが小さなほど、許容ノイズ(Vn)は小さくする必要があり、ゲイン(AV)が小さくなるにつれて入力信号の振幅レンジが大きくなり、許容ノイズ(Vn)は大きくすることができる。   When amplifying to a predetermined amplitude range by the amplifier circuit, it is necessary to increase the gain (AV) as the amplitude range of the input signal is smaller, and to decrease the gain (AV) as the amplitude range of the input signal is larger. In this case, the larger the amplitude range of the input signal, the larger the ratio of the noise to the amplitude range, that is, the signal-to-noise ratio (hereinafter abbreviated as S / N ratio), and there is room for the allowable S / N ratio. It becomes. Conversely, the smaller the amplitude range of the input signal, the smaller the S / N ratio, and there is no margin for the allowable S / N ratio. Therefore, as represented by the noise characteristic line 5 in FIG. 4, the relationship of the allowable noise (Vn) to the set gain (AV) is such that the larger the gain (AV) is, the smaller the amplitude range of the input signal is. Vn) needs to be reduced. As the gain (AV) decreases, the amplitude range of the input signal increases, and the allowable noise (Vn) can increase.

一方、設定ゲインの低減に応じてオペアンプOPの差動対におけるバイアス電流IBを低減すると、オペアンプOPにおけるノイズ(入力換算ノイズ)のレベルが大きくなることが知られている。   On the other hand, it is known that when the bias current IB in the differential pair of the operational amplifier OP is reduced in accordance with the reduction of the set gain, the level of noise (input conversion noise) in the operational amplifier OP increases.

図2に記載の回路構成の場合、オペアンプOPの入力換算ノイズは、差動対のPMOSトランジスタP1、P2、および能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2の熱ノイズと1/fノイズとの、合計4種類であることが知られている。各々のノイズをノイズの有するエネルギーで表わすと、
熱ノイズ:
差動対のPMOSトランジスタP1、P2では、
Vt^2=8/3・k・T・(1/gmp)・BW・・・(1)
能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2では、
Vt^2=8/3・k・T・gmn/gmp^2・BW・・・(2)
1/fノイズ:
差動対のPMOSトランジスタP1、P2では、
Vf^2=∫{kp/(Cox・L・W)・(1/f)}df・・・(3)
能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2では、
Vf^2=∫{kn/(Cox・L・W)・(gmn/gmp)^2・(1/f)}df・・・(4)
である。
In the case of the circuit configuration shown in FIG. 2, the input conversion noise of the operational amplifier OP is a total of 4 of the thermal noise and 1 / f noise of the PMOS transistors P1 and P2 of the differential pair and the NMOS transistors N1 and N2 of the active load. Known to be of type. When each noise is expressed by the energy of the noise,
Thermal noise:
In the differential pair of PMOS transistors P1 and P2,
Vt ^ 2 = 8/3 · k · T · (1 / gmp) · BW (1)
In the active load NMOS transistors N1 and N2,
Vt ^ 2 = 8/3 · k · T · gmn / gmp ^ 2 · BW (2)
1 / f noise:
In the differential pair of PMOS transistors P1 and P2,
Vf ^ 2 = ∫ {kp / (Cox · L · W) · (1 / f)} df (3)
In the active load NMOS transistors N1 and N2,
Vf ^ 2 = ∫ {kn / (Cox · L · W) · (gmn / gmp) ^ 2 · (1 / f)} df (4)
It is.

ここで、gmpは差動対のPMOSトランジスタP1、P2のコンダクタンス、gmnは能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2のコンダクタンス、BWはオペアンプOPの周波数帯域である。また、Coxは、MOSトランジスタのゲート酸化膜を挟んで構成される容量素子の容量値、LはMOSトランジスタのチャネル長、WはMOSトランジスタのチャネル幅、fは入力信号の周波数である。Tは絶対温度、kはボルツマン定数、kp、knは物理定数である。ここで、BWは、バイアス電流IBに比例する(BW∝IB)。   Here, gmp is the conductance of the PMOS transistors P1 and P2 of the differential pair, gmn is the conductance of the NMOS transistors N1 and N2 of the active load, and BW is the frequency band of the operational amplifier OP. Cox is a capacitance value of a capacitive element formed by sandwiching the gate oxide film of the MOS transistor, L is a channel length of the MOS transistor, W is a channel width of the MOS transistor, and f is a frequency of the input signal. T is an absolute temperature, k is a Boltzmann constant, and kp and kn are physical constants. Here, BW is proportional to the bias current IB (BW∝IB).

また、差動対のPMOSトランジスタP1、P2のコンダクタンスgmpは、PMOSトランジスタP1、P2が弱反転状態で動作する場合、
gmp=IB/(k・T/q)・・・(5)
である。式(5)より、コンダクタンスgmpはバイアス電流IBに比例する(gmp∝IB)。
能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2のコンダクタンスgmnは、
gmn=√(2・IB・μn・Cox・W/L)・・・(6)
である。式(6)より、コンダクタンスgmnはバイアス電流IBの平方根に比例する(gmn∝√IB)。
ここで、qは電子の電気量(絶対値)、μnは電子の移動度である。
Also, the conductance gmp of the PMOS transistors P1 and P2 of the differential pair is as follows when the PMOS transistors P1 and P2 operate in a weak inversion state.
gmp = IB / (k · T / q) (5)
It is. From equation (5), the conductance gmp is proportional to the bias current IB (gmp) IB).
The conductance gmn of the NMOS transistors N1 and N2 of the active load is
gmn = √ (2 · IB · μn · Cox · W / L) (6)
It is. From equation (6), the conductance gmn is proportional to the square root of the bias current IB (gmn∝√IB).
Here, q is the amount of electricity (absolute value) of electrons, and μn is the mobility of electrons.

以上の関係(BW∝IB、gmp∝IB、gmn∝√IB)と式(1)〜(4)とから、電圧値で表した場合の各ノイズとバイアス電流IBとの依存関係は以下のように求められる。
差動対のPMOSトランジスタP1、P2の熱ノイズは、Vt∝1(依存せず)。
差動対のPMOSトランジスタP1、P2の1/fノイズは、Vf∝1(依存せず)。
能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2の熱ノイズは、Vt∝√(1/√IB)。
能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2の1/fノイズは、Vf∝1/√IB。
From the above relationship (BW∝IB, gmp∝IB, gmn∝√IB) and the equations (1) to (4), the dependency relationship between each noise and the bias current IB when expressed in voltage value is as follows. Is required.
The thermal noise of the differential pair of PMOS transistors P1 and P2 is Vt∝1 (independent).
The 1 / f noise of the PMOS transistors P1 and P2 of the differential pair is Vf∝1 (independent).
The thermal noise of the active load NMOS transistors N1 and N2 is Vt∝√ (1 / √IB).
The 1 / f noise of the active load NMOS transistors N1 and N2 is Vf∝1 / √IB.

差動対のPMOSトランジスタP1、P2の熱ノイズおよび1/fノイズがバイアス電流IBに依存せず、能動負荷のNMOSトランジスタN1、N2の熱ノイズおよび1/fノイズが依存関係を有する。これにより、オペアンプOPの入力換算ノイズVnは、図4の特性線7に示す関係になる。バイアス電流の増大に応じて一定の値に収束すると共に、バイアス電流IBを低減するに応じて値が増大する。バイアス電流IBの低減に応じて、一定値に収束した値から徐々に値が増大する特性となり、S/N比によりバイアス電流に対して許容される入力換算ノイズVnの関係を示す特性(特性線5)よりは緩やかな変化となる。図4の特性線7に示す特性である。   The thermal noise and 1 / f noise of the PMOS transistors P1 and P2 of the differential pair do not depend on the bias current IB, and the thermal noise and 1 / f noise of the NMOS transistors N1 and N2 of the active load have a dependency relationship. Thereby, the input conversion noise Vn of the operational amplifier OP has a relationship shown by the characteristic line 7 in FIG. As the bias current increases, the value converges to a constant value, and as the bias current IB decreases, the value increases. As the bias current IB is reduced, the value gradually increases from a value converged to a constant value, and a characteristic (characteristic line) indicating the relationship of the input conversion noise Vn allowed with respect to the bias current by the S / N ratio. It will be more gradual than 5). This is the characteristic indicated by the characteristic line 7 in FIG.

これにより、増幅回路のゲイン(AV)を低減する場合に、周波数帯域BW(遮断周波数f0)を一定に保つためにオペアンプOPのバイアス電流IBを低減することに応じてオペアンプOPの入力換算ノイズVnの変位は特性線7に応じて増大するが、その増大は、と、S/N比で許される入力換算ノイズVnの許容値(特性線5)より小さく、ノイズの許容範囲の範囲内でのバイアス電流IBの調整とすることができる。設定されたゲインに対してバイアス電流IBが低減され、消費電流の低減を図ることができると共に、入力換算ノイズVnも許容範囲に抑えることができる。   Thereby, when the gain (AV) of the amplifier circuit is reduced, the input conversion noise Vn of the operational amplifier OP is reduced in accordance with the reduction of the bias current IB of the operational amplifier OP in order to keep the frequency band BW (cutoff frequency f0) constant. However, the increase is smaller than the allowable value of the input conversion noise Vn permitted by the S / N ratio (characteristic line 5) and within the allowable noise range. The bias current IB can be adjusted. The bias current IB is reduced with respect to the set gain, so that the current consumption can be reduced, and the input conversion noise Vn can be suppressed within an allowable range.

以上詳細に説明したように、実施形態に係る増幅回路によれば、所定の振幅範囲を有して入力される入力信号の振幅レンジを、後段の信号処理に必要な所定振幅レンジに増幅する際、入力信号の振幅レンジが異なる場合でも、増幅回路にフィードバック回路として備えられる抵抗素子Rf、Riの抵抗比に応じてゲインを可変に設定して所定振幅レンジに増幅することができる。入力信号の振幅レンジに拘わらず後段の信号処理には所定の振幅レンジの信号を提供することができる。   As described above in detail, according to the amplifier circuit according to the embodiment, when the amplitude range of the input signal having a predetermined amplitude range is amplified to the predetermined amplitude range necessary for the subsequent signal processing. Even when the amplitude range of the input signal is different, the gain can be set variably according to the resistance ratio of the resistance elements Rf and Ri provided as a feedback circuit in the amplifier circuit, and can be amplified to a predetermined amplitude range. Regardless of the amplitude range of the input signal, a signal having a predetermined amplitude range can be provided for subsequent signal processing.

この場合、設定されたゲインに比例するバイアス電流IBとなるバイアス電流源I1〜I3の組み合わせを選択すれば、バイアス電流源I1〜I3からの電流値の総和がバイアス電流IBとしてPMOSトランジスタP1、P2で構成される差動対に供給される。設定されたゲインに応じてオペアンプOPの差動対に供給するバイアス電流IBを調整して、増幅回路の遮断周波数f0を一定に保つことができる。入力信号の振幅レンジに拘わらず、増幅回路のローパスフィルタ特性を一定にすることができ、ノイズ帯域を一定に保つことができる。設定されたゲインに応じて帰還容量の容量値を切り替えて位相補償を最適化するといった作業が不要となり、容量素子を複数用意する必要がなく、ゲインに応じて容量素子の接続を切り替えるなどの手段も不要となる。回路や素子の専有面積を低減することができる。   In this case, if a combination of the bias current sources I1 to I3 that becomes the bias current IB proportional to the set gain is selected, the sum of the current values from the bias current sources I1 to I3 becomes the bias current IB and the PMOS transistors P1 and P2 Is supplied to the differential pair. The cutoff current f0 of the amplifier circuit can be kept constant by adjusting the bias current IB supplied to the differential pair of the operational amplifier OP according to the set gain. Regardless of the amplitude range of the input signal, the low-pass filter characteristics of the amplifier circuit can be made constant, and the noise band can be kept constant. The work of switching the capacitance value of the feedback capacitor according to the set gain and optimizing the phase compensation is not required, and there is no need to prepare a plurality of capacitive elements, and means such as switching the connection of the capacitive elements according to the gain. Is also unnecessary. The area occupied by circuits and elements can be reduced.

また、増幅回路に設定される最大ゲインを基準ゲインとして、そのときのバイアス電流IBを基準バイアス電流とすれば、設定されるゲインに対するバイアス電流IBを、(基準バイアス電流)×(ゲイン/基準ゲイン)として調整することができる。   Further, if the maximum gain set in the amplifier circuit is set as a reference gain and the bias current IB at that time is set as a reference bias current, the bias current IB with respect to the set gain is expressed by (reference bias current) × (gain / reference gain). ) Can be adjusted.

ここで、基準ゲインとされる最大ゲインは、入力信号として想定される最小の振幅レンジを後段の信号処理として想定される最大の振幅レンジに増幅するゲインである。このため、抵抗素子Rf、Riにより設定されるゲインは基準ゲインから低減される方向に設定すればよく、バイアス電流IBは基準バイアス電流から低減される方向に調整される。ゲインの設定に応じてバイアス電流IBが低減され、消費電流の低減を図ることができる。   Here, the maximum gain set as the reference gain is a gain that amplifies the minimum amplitude range assumed as the input signal to the maximum amplitude range assumed as the signal processing of the subsequent stage. For this reason, the gain set by the resistance elements Rf and Ri may be set in a direction to be reduced from the reference gain, and the bias current IB is adjusted in a direction to be reduced from the reference bias current. The bias current IB is reduced according to the gain setting, and the current consumption can be reduced.

また、本願に開示の増幅回路において、バイアス電流源I1〜I3は、互いに並列に配置されており、各々をMOSトランジスタで構成することができる。予め、設定されるゲインに応じて想定されるバイアス電流IBを供給可能に複数のMOSトランジスタを備えておき、設定されるゲインに応じてMOSトランジスタを組み合わせて選択してやれば、バイアス電流IBを所望の電流値とすることができる。この場合、個々のMOSトランジスタは、チャネル幅等のサイズが同一のトランジスタを並列に配置しても、個々にサイズが異なるトランジスタを並列に配置してもよく、また、これらを適宜に組み合わせて配置してもよい。   Further, in the amplifier circuit disclosed in the present application, the bias current sources I1 to I3 are arranged in parallel to each other, and each can be configured by a MOS transistor. If a plurality of MOS transistors are provided in advance so that a bias current IB assumed according to a set gain can be supplied, and the MOS transistors are selected in combination according to the set gain, the bias current IB can be set to a desired value. It can be a current value. In this case, the individual MOS transistors may be arranged in parallel with transistors having the same channel width or the like, or transistors with different sizes may be arranged in parallel, and these may be arranged in an appropriate combination. May be.

尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、増幅回路として、非反転増幅回路、反転増幅回路、差動増幅回路の何れにも、本願を適用することができる。
また、オペアンプOPとして、PMOSトランジスタP1、P2が差動対として構成される場合を例示したが、本願はこれに限定されるものではない。NMOSトランジスタを差動対とする構成についても同様に適用することができる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the present application can be applied to any of a non-inverting amplifier circuit, an inverting amplifier circuit, and a differential amplifier circuit as the amplifier circuit.
Moreover, although the case where PMOS transistors P1 and P2 were comprised as a differential pair was illustrated as operational amplifier OP, this application is not limited to this. The same applies to a configuration in which an NMOS transistor is a differential pair.

CFB 帰還容量
I4 電流源
N1、N2、N3 NMOSトランジスタ
OP オペアンプ
(OUT) 出力端子
P1、P2 PMOSトランジスタ
Rf、Ri 抵抗素子
S セレクタ
1 ゲイン特性線
5、7、30 特性線
BW 周波数帯域
f0 遮断周波数
I1〜I3 バイアス電流源
IB バイアス電流
P1、P2、P20、P30 極
SE セレクト信号
V1、V2、Vi 入力信号
(Vn) 許容ノイズ
CFB feedback capacitor I4 current source N1, N2, N3 NMOS transistor OP operational amplifier (OUT) output terminal P1, P2 PMOS transistor Rf, Ri resistive element S selector 1 gain characteristic lines 5, 7, 30 characteristic line BW frequency band f0 cutoff frequency I1 ~ I3 Bias current source IB Bias current P1, P2, P20, P30 pole SE Select signal V1, V2, Vi Input signal (Vn) Allowable noise

Claims (4)

オペアンプ部と、
入力信号の振幅レンジを所定振幅レンジまで非反転増幅、反転増幅、または差動増幅するゲインを設定するフィードバック回路とを備え、
前記オペアンプ部は、
前記フィードバック回路により設定された前記ゲインに応じて、前記入力信号が入力される差動対に供給するバイアス電流を調整するバイアス電流源を備えることを特徴とする増幅回路。
An operational amplifier section;
A feedback circuit that sets a gain for non-inverting amplification, inverting amplification, or differential amplification of the amplitude range of the input signal to a predetermined amplitude range;
The operational amplifier section is
An amplifying circuit comprising: a bias current source that adjusts a bias current supplied to a differential pair to which the input signal is input according to the gain set by the feedback circuit.
前記バイアス電流源は、予め、基準ゲインに対するバイアス電流を基準バイアス電流とし、前記ゲインに対する前記バイアス電流を、(基準バイアス電流)×(前記ゲイン/前記基準ゲイン)とすることを特徴とする請求項1に記載の増幅回路。   The bias current source has a bias current with respect to a reference gain as a reference bias current, and the bias current with respect to the gain is (reference bias current) × (the gain / reference gain). The amplifier circuit according to 1. 前記基準ゲインは、前記入力信号の最小の振幅レンジを最大の振幅レンジに増幅する際に設定されるゲインであることを特徴とする請求項2に記載の増幅回路。   The amplifier circuit according to claim 2, wherein the reference gain is a gain that is set when a minimum amplitude range of the input signal is amplified to a maximum amplitude range. 前記バイアス電流源は、互いに並列に配置された複数のMOSトランジスタを備え、
前記バイアス電流は、前記複数のMOSトランジスタのうち選択されたMOSトランジスタの各々に流れる電流の総和であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の増幅回路。

The bias current source includes a plurality of MOS transistors arranged in parallel with each other,
4. The amplifier circuit according to claim 1, wherein the bias current is a sum of currents flowing through each of the selected MOS transistors among the plurality of MOS transistors. 5.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019239752A1 (en) * 2018-06-11 2019-12-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 Semiconductor device and sensor system
WO2022071000A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-07 日置電機株式会社 Differential amplifier circuit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019239752A1 (en) * 2018-06-11 2019-12-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 Semiconductor device and sensor system
JP2019216317A (en) * 2018-06-11 2019-12-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 Semiconductor device and sensor system
US11467016B2 (en) 2018-06-11 2022-10-11 Hitachi Astemo, Ltd. Semiconductor device and sensor system
WO2022071000A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-07 日置電機株式会社 Differential amplifier circuit

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