JP2018137620A - Amplifier circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、増幅回路に関する。 The present invention relates to an amplifier circuit.
従来、センサ等の被増幅回路からの微小信号を増幅して出力する増幅回路が用いられている。 Conventionally, an amplifier circuit that amplifies and outputs a minute signal from an amplified circuit such as a sensor has been used.
例えば、加速度を検出する微小電気機械センサ、又はエネルギー粒子を検出する光半導体センサが、航空宇宙の分野で用いられている。また、脳波等を検出する微小電気機械センサが医療の分野で用いられている。 For example, microelectromechanical sensors that detect acceleration or optical semiconductor sensors that detect energetic particles are used in the field of aerospace. In addition, microelectromechanical sensors that detect brain waves and the like are used in the medical field.
微小電気機械センサは、例えば、静電容量変化に伴う電荷量の変化を出力する。また、光半導体センサは、例えば、光エネルギーを電気エネルギーに変換した電流を出力する。 The microelectromechanical sensor outputs, for example, a change in the amount of charge accompanying a change in capacitance. The optical semiconductor sensor outputs a current obtained by converting light energy into electrical energy, for example.
このようなセンサの出力信号の大きさは非常に小さく、また、センサの出力インピーダンスは非常に高いので、低い出力インピーダンスを有する増幅回路を用いてセンサの出力信号を増幅することが行われている。 Since the magnitude of the output signal of such a sensor is very small and the output impedance of the sensor is very high, the output signal of the sensor is amplified using an amplification circuit having a low output impedance. .
そのため、増幅回路に対して、非常に低い、低雑音の入力換算雑音特性が求められる。一般に、増幅回路の入力換算雑音は、初段トランジスタの入力換算雑音及び利得の決定や入力端子のバイアス機能を備える帰還抵抗に起因する雑音電流により決定される。 Therefore, a very low and low noise input conversion noise characteristic is required for the amplifier circuit. In general, the input conversion noise of the amplifier circuit is determined by the noise conversion current due to the feedback conversion resistor having the input conversion noise and gain of the first stage transistor and the bias function of the input terminal.
帰還抵抗に起因する雑音電流の大きさは、(4kT/R)1/2で表される。ここで、kはボルツマン定数であり、Tは温度であり、Rは帰還抵抗値である。 The magnitude of the noise current caused by the feedback resistance is represented by (4 kT / R) 1/2 . Here, k is a Boltzmann constant, T is a temperature, and R is a feedback resistance value.
帰還抵抗の雑音電流を低減するためには、帰還抵抗値Rを数Gオーム以上にすることが求められる場合がある。 In order to reduce the noise current of the feedback resistor, the feedback resistance value R may be required to be several G ohms or more.
図1は、従来例の増幅回路を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional amplifier circuit.
図1に示す増幅回路110は、被増幅回路から入力した信号を増幅する。
The
増幅回路110は、反転入力端子111aと、非反転入力端子111bと、出力端子111cを有する演算増幅器111と、帰還抵抗としての電界効果トランジスタ112を有する。電界効果トランジスタ112のソース端子は、演算増幅器111の出力端子111cと接続され、電界効果トランジスタ112のドレイン端子は、演算増幅器111の反転入力端子111aと接続される。電界効果トランジスタ112のドレイン・ソース間抵抗は、演算増幅器111の入力電位を決定するためのバイアス抵抗として用いられる。
The
増幅回路110は、増幅する信号を、演算増幅器111の反転入力端子111aに入力し、増幅した信号を、演算増幅器111の出力端子111cから出力する。
The
雑音電流を低減するためには、電界効果トランジスタ112の帰還抵抗値を、1Gオーム以上にすることが好ましい。
In order to reduce the noise current, the feedback resistance value of the
そこで、増幅回路110は、帰還抵抗として電界効果トランジスタ112のオフ状態のドレイン・ソース間抵抗を用いている。
Therefore, the
増幅回路110は、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗値を制御するために、電界効果トランジスタ112のゲート端子に対して、しきい値電圧以下のゲート電圧を印加する抵抗補正部115を備える。電界効果トランジスタ112のオフ状態のドレイン・ソース間抵抗は、例えば、数十Mオーム〜数百Gオームの範囲で制御され得る。
The
電界効果トランジスタ112のオフ状態のドレイン・ソース間抵抗は、温度により大きく変化するので、抵抗補正部115は、温度変化に対して線形に変化する電圧又は電流を出力する温度検出部114と、温度検出部114が出力する電流又は電圧に基づいて、電界効果トランジスタ112のドレイン・ソース間抵抗が所定の値になるように、電界効果トランジスタ112のゲート端子に対して、しきい値電圧以下のゲート電圧を印加する制御回路115aを有する。
Since the drain-source resistance of the field-
このように、増幅回路110は、電界効果トランジスタ112のゲート端子に対して、しきい値電圧以下のゲート電圧を印加することにより、小さな消費電力で、雑音の少ない増幅信号を生成する。
As described above, the
電界効果トランジスタのオフ状態のドレイン・ソース間抵抗は、ゲート幅又はゲート長の影響を受けて変化する。そのため、製造のバラツキにより電界効果トランジスタのゲート幅又はゲート長が異なると、ドレイン・ソース間抵抗にもバラツキが生じる。また、パッケージへの収容等に起因する寄生抵抗の影響を受け、実際の電界効果トランジスタのドレイン・ソース間抵抗は、設計した抵抗値と異なる値となることがある。 The drain-source resistance in the off state of the field effect transistor changes under the influence of the gate width or gate length. Therefore, if the gate width or gate length of the field effect transistor differs due to manufacturing variations, the drain-source resistance also varies. In addition, the drain-source resistance of an actual field-effect transistor may be different from the designed resistance value due to the influence of parasitic resistance caused by accommodation in a package or the like.
そこで、実際の電界効果トランジスタのオフ状態のドレイン・ソース間抵抗を求めて、ドレイン・ソース間抵抗が所定の値になるように、電界効果トランジスタ112のゲート端子に対して印加されるゲート電圧を決定することが望まれる。
Therefore, the drain-source resistance in the off state of the actual field-effect transistor is obtained, and the gate voltage applied to the gate terminal of the field-
本明細書では、電界効果トランジスタのオフ状態のドレイン・ソース間抵抗値を求めることができる増幅回路を提供することを課題とする。 It is an object of the present specification to provide an amplifier circuit capable of obtaining a drain-source resistance value in an off state of a field effect transistor.
また、本明細書では、増幅回路の電界効果トランジスタのドレイン・ソース間抵抗値を求める方法を提供することを課題とする。 It is another object of the present specification to provide a method for obtaining a drain-source resistance value of a field effect transistor of an amplifier circuit.
本明細書に開示する増幅回路によれば、反転入力端子と、非反転入力端子と、出力端子とを有する演算増幅器と、上記反転入力端子にドレイン端子が接続され、上記出力端子にソース端子が接続された第1電界効果トランジスタと、ゲート端子に対して、上記第1電界効果トランジスタと同じゲート電圧が印加された場合に、上記第1電界効果トランジスタと同じドレイン・ソース間抵抗値を示す、第2電界効果トランジスタと、上記第1電界効果トランジスタのゲート端子、及び、上記第2電界効果トランジスタのゲート端子に対して、同じゲート電圧を印加する電圧印加部と、を備える。 According to the amplifier circuit disclosed in this specification, an operational amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, a drain terminal is connected to the inverting input terminal, and a source terminal is connected to the output terminal. When the same gate voltage as that of the first field effect transistor is applied to the connected first field effect transistor and the gate terminal, the same drain-source resistance value as that of the first field effect transistor is exhibited. A second field effect transistor; a gate terminal of the first field effect transistor; and a voltage application unit that applies the same gate voltage to the gate terminal of the second field effect transistor.
また、本明細書に開示する方法によれば、反転入力端子と、非反転入力端子と、出力端子とを有する演算増幅器と、上記反転入力端子にドレイン端子が接続され、上記出力端子にソース端子が接続された第1電界効果トランジスタと、ゲート端子に対して、上記第1電界効果トランジスタと同じゲート電圧が印加された場合に、上記第1電界効果トランジスタと同じドレイン・ソース間抵抗値を示す、第2電界効果トランジスタと、上記第1電界効果トランジスタのゲート端子、及び、上記第2電界効果トランジスタのゲート端子に対して、同じゲート電圧を印加する電圧印加部と、を備える増幅回路を用いて、所定の温度において、上記第2電界効果トランジスタのゲート端子に印加する電圧を変化させながら、上記第2電界効果トランジスタのドレイン・ソース間抵抗値を測定する。 According to the method disclosed in this specification, an operational amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, a drain terminal connected to the inverting input terminal, and a source terminal connected to the output terminal When the same gate voltage as that of the first field effect transistor is applied to the first field effect transistor connected to the gate terminal and the gate terminal, the same drain-source resistance value as that of the first field effect transistor is exhibited. An amplifier circuit comprising: a second field effect transistor; a gate terminal of the first field effect transistor; and a voltage application unit that applies the same gate voltage to the gate terminal of the second field effect transistor. The second field effect transistor is changed while changing the voltage applied to the gate terminal of the second field effect transistor at a predetermined temperature. To measure the drain-to-source resistance value of the data.
上述した本明細書に開示する増幅回路によれば、電界効果トランジスタのドレイン・ソース間抵抗値を求めることができる。 According to the above-described amplifier circuit disclosed in the present specification, the drain-source resistance value of the field effect transistor can be obtained.
また、本明細書に開示する方法によれば、増幅回路が備える電界効果トランジスタのドレイン・ソース間抵抗値を求めることができる。 Further, according to the method disclosed in this specification, the drain-source resistance value of the field effect transistor included in the amplifier circuit can be obtained.
以下、本明細書で開示する好ましい増幅回路の第1実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。 Hereinafter, a first preferred embodiment of an amplifier circuit disclosed in the present specification will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図2は、本明細書に開示する増幅回路の第1実施形態を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment of the amplifier circuit disclosed in this specification.
本実施形態の増幅回路10は、被増幅回路20から入力した信号を増幅して出力する。
The
被増幅回路20は、微小電気機械である可変静電容量センサ21と、可変静電容量センサ21に所定の電圧を印加する定電圧源22を有する。可変静電容量センサ21としては、例えば、加速度計又はジャイロスコープ等を用いることができる。外力を受けた可変静電容量センサ21の静電容量が変化すると、可変静電容量センサ21に蓄えられる電荷量が変化する。増幅回路10は、可変静電容量センサ21が出力する電荷変化信号を入力して、増幅された電圧信号を出力する。
The
増幅回路10は、反転入力端子11aと、非反転入力端子11bと、出力端子11cを有する演算増幅器11と、帰還静電容量としてのコンデンサ13と、帰還抵抗としての電界効果トランジスタ12を備える。被増幅回路20の出力信号は、反転入力端子11aに入力され、演算増幅器11の出力信号は出力端子11cから出力される。非反転入力端子11bは接地される。本実施形態の電界効果トランジスタ12は、Pチャネルであるが、Nチャネルの電界効果トランジスタを用いてもよい。
The
コンデンサ13は、出力端子11cと反転入力端子11aとの間に配置され、電荷を検出するために用いられる。電界効果トランジスタ12のソース端子は、出力端子11cと接続され、電界効果トランジスタ12のドレイン端子は、反転入力端子11aと接続される。電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗は、演算増幅器11の入力電位を決定するためのバイアス抵抗として用いられる。
The
次に、増幅回路10の基本的な動作を以下に説明する。
Next, the basic operation of the
被増幅回路20の定電圧源22の電圧をV0として、被増幅回路20の可変静電容量センサ21の静電容量がΔC変化すると、可変静電容量センサ21に蓄えられる電荷量は、ΔQ=ΔC×V0だけ変化する。増幅回路10のコンデンサ13の静電容量をCfとすると、可変静電容量センサ21の静電容量がΔC変化することにより、コンデンサ13の端子間の電位差の変化ΔVfは、ΔVf=ΔQ/Cf=ΔC×V0/Cfとなる。
When the voltage of the
演算増幅器11の非反転入力端子11bは接地されており、非反転入力端子11bと反転入力端子11aとは仮想短絡しているので、反転入力端子11aの電位もゼロとなるため、出力端子11cの電圧は、ΔC×V0/Cfとなる。このようにして、可変静電容量センサ21の静電容量変化ΔCが、演算増幅器11の出力電圧として取り出される。
Since the
ここで、演算増幅器11の反転入力端子11aが直流的に開放されていると、リーク電流の流入によってコンデンサ13が充電されるので、演算増幅器11の出力電圧が変動する。そこで、帰還抵抗としての電界効果トランジスタ12を、出力端子11cと反転入力端子11aとの間に配置して、直流分をバイアスしている。具体的には、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗が、帰還抵抗として用いられる。なお、電界効果トランジスタ12によりバイアスされる直流分には、低い周波数の交流成分も含まれる。可変静電容量センサ21の静電容量変化の周期は、例えば、数kHzの大きさであり、この周波数以上の交流成分は、コンデンサ13を通って帰還される。
Here, when the inverting
可変静電容量センサ21の出力信号のレベルは非常に小さく、また、可変静電容量センサ21の出力インピーダンスは非常に高い。そのため、増幅回路10は、非常に低い、低雑音の入力換算雑音電流特性が求められる。そこで、増幅回路10では、帰還抵抗値を大きくすることにより、低雑音の入力換算雑音特性を実現している。増幅回路10は、可変静電容量センサ21の電荷変化信号を増幅するので、帰還抵抗値が高いと帰還抵抗を流れる電流は少なくなるため、雑音電流を低減できる。
The level of the output signal of the
また、増幅回路10は、集積回路として形成されることが好ましい。
The
そこで、本実施形態では、帰還抵抗として電界効果トランジスタのオフ状態のドレイン・ソース間抵抗を用いることにより、増幅回路10の集積化を可能にしている。
Therefore, in the present embodiment, the
以下、電界効果トランジスタのオフ状態のドレイン・ソース間抵抗について、説明する。 Hereinafter, the drain-source resistance in the off state of the field effect transistor will be described.
図3は、電界効果トランジスタのドレイン・ソース間電流とゲート・ソース間電圧との関係を示す図である。図4は、電界効果トランジスタのドレイン・ソース間抵抗値とゲート・ソース間電圧との関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the drain-source current and the gate-source voltage of the field effect transistor. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the drain-source resistance value and the gate-source voltage of the field effect transistor.
図3に示すように、ドレイン・ソース間電圧VDSが一定の下では、しきい値電圧VTHよりも低いゲート・ソース間電圧VGSが印加された状態(オフ状態)では、電界効果トランジスタのドレイン・ソース間電流IDSは非常に小さい。 As shown in FIG. 3, under the drain-source voltage V DS is constant, the state of low gate-source voltage V GS than the threshold voltage V TH is applied (OFF state), the field-effect transistor The drain-source current I DS is very small.
これは、図4に示すように、電界効果トランジスタのオフ状態の抵抗(以下、オフ抵抗ともいう)であるドレイン・ソース間抵抗RDSが、数十Mオーム〜数百Gオームの大きさを有するためである。 This is because, as shown in FIG. 4, the resistance of the OFF state of the field-effect transistor (hereinafter, off resistance also referred to as) the drain-source resistance R DS is found a size of several tens of M ohms to several hundred G ohms It is for having.
増幅回路10では、このオフ状態のドレイン・ソース間抵抗RDSを、帰還抵抗として用いることにより、非常に低い、低雑音の入力換算雑音特性を実現している。
In the
このオフ状態のドレイン・ソース間抵抗RDSは、ゲート・ソース間電圧VGSとしきい値電圧VTHとの差(VGS−VTH)の指数関数の逆数に比例して変化する。 The drain-source of the off-state resistance R DS is changed in proportion to the inverse of the exponential function of the difference between the gate-source voltage V GS and the threshold voltage V TH (V GS -V TH) .
ここで、電界効果トランジスタのしきい値電圧VTHは温度に対して線形に変化する。温度が高くなると、しきい値電圧VTHは減少し、温度が低くなると、しきい値電圧VTHは増加する。このように、温度変化によりしきい値電圧VTHが変化すると、ゲート・ソース間電圧VGSとしきい値電圧VTHとの差(VGS−VTH)の逆数が変化するので、ドレイン・ソース間抵抗RDSが指数関数的に変化する。 Here, the threshold voltage V TH of the field effect transistor changes linearly with respect to temperature. As the temperature increases, the threshold voltage V TH decreases, and as the temperature decreases, the threshold voltage V TH increases. Thus, when the threshold voltage V TH changes due to temperature change, the reciprocal of the difference (V GS −V TH ) between the gate-source voltage V GS and the threshold voltage V TH changes, so that the drain-source The resistance R DS changes exponentially.
そこで、増幅回路10では、温度変化によるドレイン・ソース間抵抗RDSの変動を補正する抵抗補正部15(図2参照)を有する。
Therefore, the
図4に示すように、ゲート・ソース間電圧VGSが一定の場合、しきい値電圧VTHが変化することにより、温度が高くなると、ドレイン・ソース間抵抗RDSは低くなり、一方、温度が低くなると、ドレイン・ソース間抵抗RDSは高くなる。 As shown in FIG. 4, when the gate-source voltage V GS is constant, the drain-source resistance R DS decreases as the temperature increases due to the change in the threshold voltage V TH , whereas the temperature Becomes lower, the drain-source resistance RDS becomes higher.
そこで、抵抗補正部15は、ゲート・ソース間電圧VGSとしきい値電圧VTHとの差(VGS−VTH)が一定になるように、電界効果トランジスタ12のゲート端子に対して、しきい値電圧以下のゲート電圧VGを印加して、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗RDSが所定の値になるように制御する。図4に示す例では、ドレイン・ソース間抵抗RDSが5Gオームになるように、ゲート電圧を制御することを示している。
Therefore, the
図5は、電界効果トランジスタのドレイン・ソース間電流とドレイン・ソース間電圧との関係を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the drain-source current and the drain-source voltage of the field effect transistor.
オフ状態の電界効果トランジスタでは、ドレイン・ソース間電流IDSとドレイン・ソース間電圧VDSとの間には比例関係があり、比例係数がドレイン・ソース間抵抗RDSとなる。 In the off-state field effect transistor, there is a proportional relationship between the drain-source current I DS and the drain-source voltage V DS, and the proportional coefficient is the drain-source resistance R DS .
演算増幅器11の反転入力端子11a及び被増幅回路20の入力抵抗は非常に大きいので、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間電圧VDSは、実質的にゼロとなり、ドレイン・ソース間電圧VDSは、しきい値電圧よりも低い値となっている。このように、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間電圧VDSは低い値なので、増幅回路10の動作は、ドレイン・ソース間電流IDSとドレイン・ソース間電圧VDSとが線形な関係を有する領域で行われる。
Since the input resistance of the inverting
そして、増幅回路10に求められる帰還抵抗値は、このドレイン・ソース間電流IDSとドレイン・ソース間電圧VDSとの比により決定される。
The feedback resistance value required for the
次に、抵抗補正部15について、以下に更に説明する。
Next, the
抵抗補正部15は、電界効果トランジスタ12との温度差が10℃以下の位置に配置され、温度変化に対して線形に変化する電圧又は電流を出力する温度検出部14を有する。抵抗補正部15は、温度検出部14が出力する電流又は電圧に基づいて、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗が所定の値になるように、電界効果トランジスタ12のゲート端子に対して、しきい値電圧以下のゲート電圧を印加する。
The
抵抗補正部15は、温度検出部14が出力する電流又は電圧に基づいて、温度検出部14の温度を求め、求めた温度に基づいて、電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加するゲート電圧を決定する。
The
図2に示すように、抵抗補正部15は、温度検出部14が出力する電流又は電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換するADコンバータ33と、演算部31と、記憶部32と、演算部31が出力するゲート電圧のデジタル信号をアナログ信号に変換するDAコンバータ34を有する。
As shown in FIG. 2, the
記憶部32は、温度検出部14が出力する電流又は電圧と温度検出部14の温度との関係、及び温度検出部14の温度と電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加するゲート電圧との関係を記憶する。
The
温度検出部14が出力する電流又は電圧と温度検出部14の温度との関係は、温度と、温度検出部14が出力する電流又は電圧との関係を事前に測定して、記憶部32に記憶される。温度検出部14の温度と電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加するゲート電圧との関係は、各温度において、電界効果トランジスタ12のゲート・ソース間電圧VGSとしきい値電圧VTHとの差(VGS−VTH)が所定の値になるゲート電圧が決定されて、記憶部32に記憶される。
The relationship between the current or voltage output from the
演算部31は、記憶部32が記憶する温度検出部14が出力する電流又は電圧と温度検出部14の温度との関係を参照して、温度検出部14が出力する電流又は電圧に基づいて、温度検出部14の温度を求める。また、演算部31は、記憶部32が記憶する温度検出部14の温度と電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加するゲート電圧との関係を参照して、求めた温度に基づいて、電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加するゲート電圧を決定する。
The
各温度において、電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加されるゲート電圧と、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗値との関係を測定することについては後述する。
The measurement of the relationship between the gate voltage applied to the gate terminal of the
抵抗補正部15は、温度検出部14の温度が、電界効果トランジスタ12の温度と同じであると仮定して、電界効果トランジスタ12に印加するゲート電圧を決定する。従って、温度検出部14の温度と、電界効果トランジスタ12の温度との差は近いことが好ましい。
The
この観点から、温度検出部14と電界効果トランジスタとの温度差は、好ましくは5℃以下、より好ましくは1℃以下、更に好ましくは0.5℃以下、より更に好ましくは0.1℃以下である。
From this viewpoint, the temperature difference between the
次に、電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加されるゲート電圧と、電界効果トランジスタ12のソース・ドレイン間抵抗値との関係の測定について、以下に説明する。
Next, measurement of the relationship between the gate voltage applied to the gate terminal of the
図2に示すように、増幅回路10は、電界効果トランジスタ40を備える。電界効果トランジスタ40は、所定の温度において、ゲート端子に対して、電界効果トランジスタ12と同じゲート電圧が印加された場合に、電界効果トランジスタ12と同じドレイン・ソース間抵抗値を示す。
As shown in FIG. 2, the
抵抗補正部15は、電界効果トランジスタ12のゲート端子、及び、電界効果トランジスタ40のゲート端子に対して、同じゲート電圧を印加する電圧印加部として機能する。
The
電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40は、同じ温度において、同じゲート電圧が印加された場合に、同じドレイン・ソース間抵抗値を示す。
The
電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40は、同一のゲート電圧とドレイン・ソース間抵抗値との関係を有する観点から、同一のゲート長及びゲート幅を有することが好ましい。また、電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40は、同一のしきい値電圧を有することが好ましい。また、電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40は、同じ温度において、同一のゲート・ソース間電圧とドレイン・ソース抵抗の関係(図4に示す関係)を有することが好ましい。
The
このような観点から、電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40は、同一の製造工程を用いて、同じ製造条件で形成されることが好ましい。
From this point of view, the
本明細書において、電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40が、同じ温度において、同じゲート電圧が印加された場合に、同じドレイン・ソース間抵抗値を示すことは、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値と電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗値との差と、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗値との比が、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下、更に好ましくは1%以下であることをいう。
In the present specification, the field-
電界効果トランジスタ40のドレイン端子に接続されたパッド41と、電界効果トランジスタ40のソース端子に接続されたパッド42は、抵抗測定装置50に接続される。
The
所定の温度において、抵抗補正部15を用いて、電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40のゲート端子に印加する電圧(しきい値電圧以下)を変化させながら、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値が、抵抗測定装置50により測定される。
Between the drain and the source of the
このようにして、所定の温度において、電界効果トランジスタ40のゲート端子に印加されるゲート電圧と、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値との関係が得られる。
In this way, the relationship between the gate voltage applied to the gate terminal of the
上述したように、電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40は、同じ温度において、同じゲート電圧が印加された場合に、同じドレイン・ソース間抵抗値を示すので、電界効果トランジスタ40に対して測定された関係は、電界効果トランジスタ12に対しても適用可能である。
As described above, since the
そこで、所定の温度において、電界効果トランジスタ40を用いて測定されたゲート電圧とドレイン・ソース間抵抗値との関係に基づいて、電界効果トランジスタ12のゲート・ソース間電圧VGSとしきい値電圧VTHとの差(VGS−VTH)が所定の値になるゲート電圧が決定されて、記憶部32に記憶される。
Therefore, the gate-source voltage V GS and threshold voltage V V of the field-
上述した電界効果トランジスタ40のゲート端子に印加されるゲート電圧と、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値との関係の測定は、増幅回路10が動作する温度範囲にわたって行われる。
The above-described measurement of the relationship between the gate voltage applied to the gate terminal of the
上述した本実施形態の増幅回路10によれば、電界効果トランジスタ40のオフ状態のドレイン・ソース間抵抗値を測定し、この測定値に基づいて、所定の温度における電界効果トランジスタ12のゲート電圧とドレイン・ソース間抵抗値との関係を求めることができる。そして、抵抗補正部15が温度の影響を補正して、帰還抵抗である電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗値をより精確に制御できる。
According to the
抵抗補正部15は、温度検出部14の温度変化に対応して、電界効果トランジスタ12のゲート端子に印加するゲート電圧を生成するが、温度検出部14の温度は、例えば秒単位の間隔で変化するので、抵抗補正部15の動作に伴う消費電力は小さい。
The
次に、上述した増幅回路の第2及び第3実施形態を、図6及び図7を参照しながら、以下に説明する。第2及び第3実施形態について特に説明しない点については、上述の第1実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。 Next, second and third embodiments of the above-described amplifier circuit will be described below with reference to FIGS. Regarding points that are not particularly described in the second and third embodiments, the description in detail regarding the first embodiment is applied as appropriate. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.
図6は、本明細書に開示する増幅回路の第2実施形態を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a second embodiment of the amplifier circuit disclosed in this specification.
本実施形態の増幅回路10は、電界効果トランジスタ40に接続するコンデンサ43を備える。コンデンサ43は、電界効果トランジスタ40のドレイン端子に接続される第1端子43aと、接地される第2端子43bとを有する。なお、コンデンサ43の第1端子43aは、電界効果トランジスタ40のソース端子に接続されていてもよい。
The
コンデンサ43の第1端子43aは、パッド41とも接続している。
The first terminal 43 a of the
抵抗として機能する電界効果トランジスタ40と、コンデンサ43とによりローパスフィルタが形成される。
A low-pass filter is formed by the
パッド41及びパッド42は、周波数解析装置51と接続されて、ローパスフィルタの周波数特性が測定可能となる。
The
電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗RDSと、コンデンサ43の静電容量Cとにより、ローパスフィルタのカットオフ周波数fc=1/(2πRDSC)が表される。ここで、コンデンサ43の静電容量Cは既知である。
The cut-off frequency fc = 1 / (2πR DS C) of the low-pass filter is represented by the drain-source resistance R DS of the
第1実施形態において説明したように、所定の温度において、抵抗補正部15を用いて、電界効果トランジスタ12及び電界効果トランジスタ40のゲート端子に印加する電圧(しきい値電圧以下)を変化させながら、各ゲート電圧におけるローパスフィルタの周波数特性が、周波数解析装置51により測定される。そして、測定された各ゲート電圧におけるローパスフィルタの周波数特性に基づいて、ローパスフィルタのカットオフ周波数fcが決定され、カットオフ周波数fcに基づいて、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗RDSが求められる。
As described in the first embodiment, at a predetermined temperature, the
上述した第1実施形態では、Gオーム以上の高い抵抗値を測定可能な抵抗測定装置を用いて、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗RDSを測定していた。このような抵抗測定装置は、価格も高いので、使用することが困難な場合がある。
In the first embodiment described above, with a measurable resistance measuring device with high resistance value of above G ohms was measured drain-source resistance R DS of the
本実施形態の増幅回路10によれば、一般に入手が容易な周波数解析装置を用いて、Gオーム以上の高い抵抗値を示す電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗RDSを測定可能である。
According to the
また、本実施形態の増幅回路は、上述した第1実施形態と同様の効果を奏する。以上が、第2実施形態の増幅回路の説明である。 In addition, the amplifier circuit of this embodiment has the same effects as those of the first embodiment described above. The above is the description of the amplifier circuit of the second embodiment.
上述した第1実施形態及び第2実施形態の増幅回路では、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗RDSの測定は、増幅回路10がパッケージに収容される前であり、基板上に複数の増幅回路10が配置された状態で、行われていた。
In the amplifier circuit of the first embodiment and the second embodiment described above, the measurement of the drain-source resistance R DS of the
一方、増幅回路10が、増幅装置として個々にパッケージに収容された状態において、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗RDSを測定することが望まれる場合もある。
On the other hand, the
そこで、増幅回路10が、増幅装置として個々にパッケージに収容された状態において、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗RDSを測定可能な増幅回路の第3実施形態を、図7を参照しながら、以下に説明する。
Therefore, the
図7は、本明細書に開示する増幅回路の第3実施形態を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a third embodiment of the amplifier circuit disclosed in this specification.
本実施形態の増幅回路10は、第2実施形態と同様に、電界効果トランジスタ40に接続するコンデンサ43を備える。コンデンサ43は、電界効果トランジスタ40のソース端子に接続される第1端子43aと、接地される第2端子43bを有する。
The
抵抗として機能する電界効果トランジスタ40と、コンデンサ43とによりローパスフィルタが形成される。
A low-pass filter is formed by the
また、増幅回路10は、電界効果トランジスタ40のドレイン端子に接続されるバッファ44aと、電界効果トランジスタ40のソース端子に接続されるバッファ44bを備える。
The
バッファ44aは、保護回路45aを介して、パッド41と接続する。バッファ44bは、保護回路45bを介して、パッド42と接続する。
The
パッド41及びパッド42は、周波数解析装置51と接続されて、ローパスフィルタの周波数特性が測定可能となる。
The
バッファ44a、44b、保護回路45a、45b、コンデンサ43及び電界効果トランジスタ40は、電界効果トランジスタ12及び演算増幅器11等の他の回路と共に集積化されて1つのパッケージに収容可能である。
The
保護回路45a、45bは、パッド41,42を介した外部からの電気的衝撃から、増幅回路10内の素子を保護する機能を有する。保護回路45a、45bとしては、例えば、静電気保護回路(ESD保護回路)を用いることができる。
The
バッファ44a、44bは、保護回路45a、45bから流れるリーク電流が、電界効果トランジスタ40に流れることを防止する。電界効果トランジスタ40に対して保護回路45a、45bからリーク電流が流れると、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値が変化する。
The
保護回路45a、45bは、パッド41、42からの静電気等の電気的衝撃が、増幅回路10の内部に印加することを防止するが、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値の測定に対して影響を与えるリーク電流を生成する。
The
そこで、バッファ44a、44bを、保護回路45a、45bと電界効果トランジスタ40との間に配置して、保護回路45a、45bからのリーク電流が電界効果トランジスタ40に流れることが防止される。
Therefore, the
図8(A)は、バッファの一例を示す図であり、図8(B)は、バッファの他の例を示す図である。 FIG. 8A is a diagram illustrating an example of a buffer, and FIG. 8B is a diagram illustrating another example of the buffer.
図8(A)に示すバッファは、電界効果トランジスタ61及び抵抗62を有する。電界効果トランジスタ61のゲート端子は、パッド60aと接続する。パッド60aは、保護回路又はバッファと接続する。電界効果トランジスタ61のドレイン端子は、電源電圧等の電圧源と接続する。電界効果トランジスタ61のソース端子は、抵抗62を介して接地される。また、電界効果トランジスタ61のソース端子は、パッド60bと接続する。パッド60bは、保護回路又はバッファと接続する。
The buffer illustrated in FIG. 8A includes a
周波数解析装置51がローパスフィルタの周波数特性を測定する交流信号が適切なDCバイアス電圧と共に電界効果トランジスタ61のゲート端子に印加されると、電界効果トランジスタ61はオン状態となり、周波数解析装置51が生成する交流信号に応じて、パッド60bから信号が出力される。
When an AC signal for measuring the frequency characteristics of the low-pass filter by the
一方、保護回路45a、45bから流れるリーク電流が電界効果トランジスタ61のゲート端子に印加されても、リーク電流は遮断され、且つ電界効果トランジスタ61はオン状態とはならないので、保護回路45a、45bのリーク電流による電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値の測定への影響が防止される。
On the other hand, even if the leakage current flowing from the
図8(B)に示すバッファでは、図8(A)のバッファの抵抗が、電界効果トランジスタ63に置き換えられている点が、図8(A)のバッファとは異なっている。電界効果トランジスタ63のゲート端子には、電圧Vbが印加されており、常にオン状態となっている。
The buffer shown in FIG. 8B is different from the buffer shown in FIG. 8A in that the resistance of the buffer shown in FIG. 8A is replaced with a
バッファ44aとバッファ44bとは、同じ回路であってもよいし、異なる回路を用いていてもよい。また、図8ではNチャネルの電界効果トランジスタを用いてバッファを構成しているが、Pチャネルの電界効果トランジスタを用いてもよい。
The
上述した本実施形態の増幅回路10によれば、増幅回路10がパッケージに収容された状態でも、電界効果トランジスタ40のドレイン・ソース間抵抗値を測定可能である。
According to the above-described
また、本実施形態の増幅回路は、上述した第1実施形態と同様の効果を奏する。 In addition, the amplifier circuit of this embodiment has the same effects as those of the first embodiment described above.
本発明では、上述した実施形態の増幅回路は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。 In the present invention, the amplifier circuit of the above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. In addition, the configuration requirements of one embodiment can be applied to other embodiments as appropriate.
例えば、上述した各実施形態では、抵抗補正部15は、電界効果トランジスタ12のゲート電圧としきい値電圧との差が所定の値になるように制御していたが、電界効果トランジスタ12のドレイン・ソース間抵抗が所定の値になるように制御してもよい。
For example, in each of the above-described embodiments, the
また、上述した各実施形態では、増幅回路は、単相入力及び単相出力であったが、差動入力及び差動出力型であっても良い。 In each of the above-described embodiments, the amplifier circuit has a single-phase input and a single-phase output, but may be a differential input and differential output type.
図9は、本明細書に開示する増幅回路の更に他の実施形態の要部を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a main part of still another embodiment of the amplifier circuit disclosed in this specification.
図9に示す実施形態では、演算増幅器11は、差動型の信号を入力する反転入力端子11a及び非反転入力端子11bと、差動型の信号を出力する正出力端子11d及び負出力端子11eを有する。正出力端子11dと反転入力端子11aとの間には、第1電界効果トランジスタ12aが配置され、負出力端子11eと非反転入力端子11bとの間には、第2電界効果トランジスタ12bが配置される。第1電界効果トランジスタ12aのソース端子は、正出力端子11dと接続され、第1電界効果トランジスタ12aのドレイン端子は、反転入力端子11aと接続される。また、第2電界効果トランジスタ12bのソース端子は、負出力端子11eと接続され、第2電界効果トランジスタ12bのドレイン端子は、非反転入力端子11bと接続される。
In the embodiment shown in FIG. 9, the
第1電界効果トランジスタ12aのゲート端子は、第3電界効果トランジスタ40aのゲート端子と接続される。第3電界効果トランジスタ40aは、第1電界効果トランジスタ12aと同じゲート電圧が印加された場合に、第1電界効果トランジスタ12aと同じドレイン・ソース間抵抗値を示す。また、第2電界効果トランジスタ12bのゲート端子は、第4電界効果トランジスタ40bのゲート端子と接続される。第4電界効果トランジスタ40bは、第2電界効果トランジスタ12bと同じゲート電圧が印加された場合に、第2電界効果トランジスタ12bと同じドレイン・ソース間抵抗値を示す。
The gate terminal of the first
第1電界効果トランジスタ12a及び第3電界効果トランジスタ40aのゲート端子に対しては、抵抗補正部が、第1電界効果トランジスタ12aのドレイン・ソース間抵抗が所定の値になるように、しきい値電圧以下のゲート電圧を印加する。同様に、第2電界効果トランジスタ12b及び第4電界効果トランジスタ40bのゲート端子に対しては、抵抗補正部が、第2電界効果トランジスタ12bのドレイン・ソース間抵抗が所定の値になるように、しきい値電圧以下のゲート電圧を印加する。
For the gate terminals of the first
10 増幅回路
11 演算増幅器
11a 反転入力端子
11b 非反転入力端子
11c 出力端子
12、12a、12b 電界効果トランジスタ
13 コンデンサ
14 温度検出部
15 抵抗補正部(電圧印加部)
20 被増幅回路
21 可変静電容量センサ
22 定電圧源
31 演算部
32 記憶部
33 ADコンバータ
34 DAコンバータ
35 定電圧源
40、40a、40b 電界効果トランジスタ
41 パッド
42 パッド
43 コンデンサ
43a 第1端子
43b 第2端子
44a バッファ
44b バッファ
45a 保護回路
45b 保護回路
50 抵抗測定装置
51 周波数解析装置
60a パッド
60b パッド
61 電界効果トランジスタ
62 抵抗
63 電界効果トランジスタ
DESCRIPTION OF
20 Amplified
Claims (4)
前記反転入力端子にドレイン端子が接続され、前記出力端子にソース端子が接続された第1電界効果トランジスタと、
ゲート端子に対して、前記第1電界効果トランジスタと同じゲート電圧が印加された場合に、前記第1電界効果トランジスタと同じドレイン・ソース間抵抗値を示す、第2電界効果トランジスタと、
前記第1電界効果トランジスタのゲート端子、及び、前記第2電界効果トランジスタのゲート端子に対して、同じゲート電圧を印加する電圧印加部と、
を備える増幅回路。 An operational amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal;
A first field effect transistor having a drain terminal connected to the inverting input terminal and a source terminal connected to the output terminal;
A second field effect transistor that exhibits the same drain-source resistance as the first field effect transistor when the same gate voltage as that of the first field effect transistor is applied to the gate terminal;
A voltage applying unit that applies the same gate voltage to the gate terminal of the first field effect transistor and the gate terminal of the second field effect transistor;
An amplifier circuit comprising:
前記反転入力端子にドレイン端子が接続され、前記出力端子にソース端子が接続された第1電界効果トランジスタと、
ゲート端子に対して、前記第1電界効果トランジスタと同じゲート電圧が印加された場合に、前記第1電界効果トランジスタと同じドレイン・ソース間抵抗値を示す、第2電界効果トランジスタと、
前記第1電界効果トランジスタのゲート端子、及び、前記第2電界効果トランジスタのゲート端子に対して、同じゲート電圧を印加する電圧印加部と、
を備える増幅回路を用いて、
所定の温度において、前記第2電界効果トランジスタのゲート端子に印加する電圧を変化させながら、前記第2電界効果トランジスタのドレイン・ソース間抵抗値を測定する方法。 An operational amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal;
A first field effect transistor having a drain terminal connected to the inverting input terminal and a source terminal connected to the output terminal;
A second field effect transistor that exhibits the same drain-source resistance as the first field effect transistor when the same gate voltage as that of the first field effect transistor is applied to the gate terminal;
A voltage applying unit that applies the same gate voltage to the gate terminal of the first field effect transistor and the gate terminal of the second field effect transistor;
Using an amplifier circuit comprising
A method of measuring a drain-source resistance value of the second field effect transistor while changing a voltage applied to a gate terminal of the second field effect transistor at a predetermined temperature.
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