JP2024048697A - 信号入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチプレクサを含む信号入出力装置において、バッファアンプから出力される電位と、これに接続されたオペアンプから出力される電位との差を小さくする。【解決手段】マルチプレクサ１１が複数のオペアンプ１２に個別の、複数のメイン入力部２１、および、複数のダミー入力部２２と、出力部２３とを有する。各オペアンプ１２は、別々のＲＣフィルタ３１、３２を介して対応するメイン入力部２１およびダミー入力部２２と接続されている。出力部２３はバッファアンプ１３と接続されている。出力部２３が第１オペアンプ１２ａに対応するメイン入力部２１と接続された状態から、出力部２３が第２オペアンプ１２ｂに対応するダミー入力部２２と接続された状態に切り換え、その後、出力部２３が第２オペアンプ１２ｂに対応するメイン入力部２１に接続された状態に切り換える。【選択図】図２

Description

本発明は、マルチプレクサを含む信号入出力装置に関する。

特許文献１に記載の入力信号処理装置では、マルチプレクサと複数のオペアンプとが接続されている。マルチプレクサの出力は、複数のオペアンプのいずれから入力された信号を出力する。また、各オペアンプとマルチプレクサとの間にはＲＣフィルタ（ローパスフィルタ）が接続されている。また、特許文献１の入力信号処理装置では、マルチプレクサの出力があるオペアンプに接続された状態から別のオペアンプに接続された状態に切り換える前に、マルチプレクサの出力を、グランド電位に保持されたｃｈｍ端子に接続させることによって、出力側のキャパシタに充電された電荷を急速に強制放電させている。

特開2002-185322号公報

ここで、特許文献１の入力信号処理装置では、オペアンプとマルチプレクサとの間のローパスフィルタはコンデンサ（キャパシタ）を含む。そして、このコンデンサは、オペアンプから出力される電位によって充電されている。そして、マルチプレクサの出力をオペアンプに接続させたときには、このコンデンサに充電された電荷と、出力側のキャパシタ（パターン容量）に充電された電荷との影響により、マルチプレクサの出力電位と、このオペアンプから出力される電位とにずれが生じてしまう。また、この電位のずれは、マルチプレクサの出力のオペアンプに接続される直前の状態での電位と、このオペアンプから出力される電位との差が大きいときほど大きなものとなる。

一方、特許文献１のように、マルチプレクサの出力をグランド電位に保持されたｃｈｍ端子に接続させてからオペアンプに接続させる場合、その後にマルチプレクサの出力と接続されるオペアンプから出力される電位が高電位の場合、ｃｈｍ端子の電位（グランド電位）と、このオペアンプから出力される電位との差が大きい。そのため、この場合には、マルチプレクサの出力のオペアンプに接続される直前の状態での電位と、このオペアンプから出力される電位との差も大きくなる。その結果、特許文献１の場合には、マルチプレクサの出力にオペアンプが接続されたときの、マルチプレクサの出力の電位と、このオペアンプから出力される電位とのずれが大きくなってしまう。

本発明の目的は、マルチプレクサの出力がオペアンプに接続されたときのマルチプレクサの出力の電位と、このオペアンプから出力される電位とのずれを極力抑えることが可能な信号入出力装置を提供することである。

第１の発明に係る信号入出力装置は、複数のオペアンプと、マルチプレクサと、前記マルチプレクサと、前記マルチプレクサを制御する制御部と、を備え、前記マルチプレクサは、前記複数のオペアンプの各々に対して個別に設けられ、ＲＣフィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された複数のメイン入力部と、前記複数のオペアンプの少なくとも１つに対して個別に設けられ、ＲＣフィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された少なくとも１つのダミー入力部と、前記複数のメイン入力部および前記少なくとも１つのダミー入力部のいずれかと選択的に接続された出力部と、を有し、前記複数のオペアンプは、第１オペアンプと、前記第１オペアンプとは別の、前記ダミー入力部と接続された第２オペアンプと、を含み、前記制御部は、前記出力部が前記第１オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態から、前記出力部が前記第２オペアンプに対応する前記ダミー入力部に接続された状態に切り換え、その後に、前記出力部が前記第２オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態に切り換えるように、前記マルチプレクサを制御する。

ここで、本発明と異なり、出力部が第１オペアンプに対応するメイン入力部に接続された状態から、直接、出力部が第２オペアンプに対応するメイン入力部に接続された状態に切り換えるようにマルチプレクサを制御する場合を考える。このように切り換えを行うと、オペアンプとこれに対応するメイン入力部との間に接続されたＲＣフィルタを構成するコンデンサに充電された電荷と、出力部におけるパターン容量に充電された電荷との影響により、出力部が第２オペアンプに対応するメイン入力部に接続されたときに、出力部から出力される電位と、第２オペアンプから出力される電位との差が大きくなってしまうことがある。

これに対して、本発明のように出力部の接続先の切り換えを行えば、出力部が第２オペアンプに対応するメイン入力部に接続された状態で、出力部から出力される電位と、第２オペアンプから出力される電位との差を小さくすることができる。なお、本発明において、第１オペアンプは、ダミー入力部と接続されたオペアンプであってもよいし、ダミー出力部と接続されていないオペアンプであってもよい。

第２の発明に係る信号入出力装置は、複数のオペアンプと、マルチプレクサと、前記マルチプレクサと、前記マルチプレクサを制御する制御部と、を備え、前記マルチプレクサは、前記複数のオペアンプの各々に対して個別に設けられ、ＲＣフィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された複数のメイン入力部と、前記複数のオペアンプの少なくとも１つに対して個別に設けられ、ＲＣフィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された少なくとも１つのダミー入力部と、前記複数のメイン入力部および前記少なくとも１つのダミー入力部のいずれかと選択的に接続された出力部と、を有し、前記複数のオペアンプは、第３オペアンプと、前記第３オペアンプとは別の第４オペアンプと、前記第３オペアンプとは別の、前記ダミー入力部と接続された第５オペアンプと、を含み、前記第５オペアンプが出力する電位と、前記第４オペアンプが出力する電位との差が、前記第３オペアンプが出力する電位と、前記第４オペアンプが出力する電位との差よりも小さく、前記制御部は、前記出力部が前記第３オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態から、前記出力部が前記第５オペアンプに対応する前記ダミー入力部に接続された状態に切り換え、その後に、前記出力部が前記第４オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態に切り換えるように、前記マルチプレクサを制御する。

ここで、本発明と異なり、出力部が第３オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態から、直接、出力部が第４オペアンプに対応するメイン入力部に接続された状態に切り換えるようにマルチプレクサを制御する場合を考える。この場合には、出力部が第４オペアンプに対応するメイン入力部に接続されたときに、出力部から出力される電位と、第４オペアンプから出力される電位との差が大きくなってしまうことがある。

これに対して、本発明のように出力部の接続先の切り換えを行えば、出力部が第４オペアンプに対応するメイン入力部に接続された状態で、出力部から出力される電位と、第４オペアンプから出力される電位との差を小さくすることができる。

第３の発明に係る信号入出力装置は、第２の発明に係る信号入出回路であって、複数の前記ダミー入力部の各々と個別に接続された前記オペアンプを複数備え、前記ダミー入力部と接続された複数の前記オペアンプのうち、前記第５オペアンプが出力する電位は、前記第４オペアンプが出力する電位との差が最も小さい。

本発明によると、出力部が第４オペアンプに対応するメイン入力部に接続されたときの、出力部から出力される電位と、第４オペアンプから出力される電位との差を特に小さくすることができる。

本発明では、マルチプレクサの出力部がオペアンプに対応するメイン入力部に接続されたときの、出力部から出力される電位と、このオペアンプから出力される電位との差を小さくすることができる。

第１実施形態の信号入出力装置の構成を示す図である。 （ａ）は出力部が第１オペアンプに対応するメイン入力部に接続されている状態を説明するための図であり、（ｂ）は出力部が第２オペアンプに対応するダミー入力部に接続されている状態を説明するための図であり、（ｃ）は出力部が第２オペアンプに対応するメイン入力部に接続されている状態を説明するための図である。 （ａ）はダミー入力部がない構成で出力部が第１オペアンプに対応するメイン入力部に接続されている状態を説明するための図であり、（ｂ）はダミー入力部がない構成で出力部が第２オペアンプに対応するメイン入力部に接続されている状態を説明するための図であり、（ｃ）は、（ａ）の状態から（ｂ）の状態に切り換える前に出力部をグランド端子に接続する場合を説明するための図である。 第２実施形態の信号入出力装置の構成を示す図である。 （ａ）は出力部が第３オペアンプに対応するメイン入力部に接続されている状態を説明するための図であり、（ｂ）は出力部が第４オペアンプに対応するダミー入力部に接続されている状態を説明するための図であり、（ｃ）は出力部が第５オペアンプに対応するメイン入力部に接続されている状態を説明するための図である。 第３実施形態の信号入出力装置の構成を示す図である。 第３実施形態における切換信号が接続することを指示する入力部および各イネーブル信号の変化を説明するための図である。

［第１実施形態］
本発明の好適な第１実施形態について図１を用いて説明する。

＜信号入出力装置の構成＞
第１実施形態の信号入出力装置１は、マルチプレクサ１１と、４個のオペアンプ１２と、バッファアンプ１３と、制御部１４と、を備えている。

マルチプレクサ１１は、４個のメイン入力部２１と４個のダミー入力部２２と出力部２３とを有する。

４個のメイン入力部２１は、４個のオペアンプ１２に個別のものである。各メイン入力部２１は、対応するオペアンプ１２とＲＣフィルタ３１を介して接続されている。４個のダミー入力部２２は、４個のオペアンプ１２に個別のものである。各ダミー入力部２２は、対応するオペアンプ１２とＲＣフィルタ３２を介して接続されている。ＲＣフィルタ３１、３２は、いずれも抵抗３３とコンデンサ３４とを有し、対応するメイン入力部２１またはダミー入力部２２に入力されるノイズ（高周波成分）を抑える。

ここで、オペアンプ１２とこれに対応するメイン入力部２１およびダミー入力部２２との距離Ｄが長い（例えば１０ｃｍ以上）場合、オペアンプ１２とこれに対応するメイン入力部２１およびダミー入力部２２とを接続する配線を介してメイン入力部２１およびダミー入力部２２にノイズが入りやすい。そこで、第１実施形態では、上述したように、オペアンプ１２とこれに対応するメイン入力部２１との間にＲＣフィルタ３１を接続してメイン入力部２１に入力されるノイズを抑えている。また、オペアンプ１２とこれに対応するダミー入力部２２との間にＲＣフィルタ３２を接続して、ダミー入力部２２に入力されるノイズを抑えている。

なお、ここでは、各オペアンプ１２とこれに対応するメイン入力部２１との距離、および、各オペアンプ１２とこれに対応するダミー入力部２２との距離が同じであるとして説明しているが、各オペアンプ１２とこれに対応するメイン入力部２１との距離と、各オペアンプ１２とこれに対応するダミー入力部２２との距離とは異なっていてもよい。

出力部２３は、バッファアンプ１３と接続されている。出力部２３は、４個のメイン入力部２１および４個のダミー入力部２２のいずれかと選択的に接続可能となっている。バッファアンプ１３は、出力部２３から出力された電位を図示しないＡ／Ｄ変換回路等に伝送するためのものである。

また、図１の抵抗１９は、出力部２３とグランドとの間の抵抗であり、出力部２３がいずれの入力部２１、２２とも接続されず、バッファアンプ１３（オペアンプ）の入力がオープン状態に至る（その結果、オペアンプの出力電圧が不定となる）のを回避する機能を担う。抵抗１９により出力部２３がいずれの入力部２１、２２とも接続されない場合、オペアンプの出力電圧は０Ｖとなる。また、図１のコンデンサ１８は、出力部２３とグランドとの間のパターン容量（寄生容量）を図示したものであり、コンデンサ３４と比較して容量が十分に小さい。例えば、コンデンサ１８の容量は、コンデンサ３４の容量の１０００分の１程度である。

制御部１４は、マルチプレクサ１１に切換信号Ｓを出力することにより、マルチプレクサ１１に、出力部２３を、４個のメイン入力部２１および４個のダミー入力部２２のいずれかと選択的に接続させる。

そして、信号入出力装置１では、４個のオペアンプ１２が、図１の上側に位置するものから順に、Ｖ＿１、Ｖ＿２、Ｖ＿３、Ｖ＿４の電位を出力する。また、マルチプレクサ１１において、出力部２３が４個のメイン入力部２１および４個のダミー入力部２２のいずれかと選択的に接続される。これにより、出力部２３に接続されたオペアンプ１２から出力される電位に応じた電位が出力部２３から出力される。

＜マルチプレクサにおける接続の切り換え＞
次に、マルチプレクサ１１における接続の切り換えについて図２（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。

ここで、図２（ａ）～（ｃ）においてＩＮｍ＿Ｍ、ＩＮｍ＿Ｍ＋１で示すメイン入力部２１は、図１にＩＮｍ＿１～ＩＮｍ＿４で示す４個のメイン入力部２１のいずれかである。より詳細には、ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿１である場合、ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿２である。ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿２である場合、ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿３である。ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿３である場合、ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿４である。ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿４である場合、ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿１である。

また、図２（ａ）～（ｃ）においてＩＮｄ＿Ｍ、ＩＮｄ＿Ｍ＋１で示すダミー入力部２２は、図１にＩＮｄ＿１～ＩＮｄ＿４で示す４個のダミー入力部２２のいずれかである。より詳細には、ＩＮｄ＿ＭがＩＮｄ＿１である場合、ＩＮｄ＿Ｍ＋１がＩＮｄ＿２である。ＩＮｄ＿ＭがＩＮｄ＿２である場合、ＩＮｄ＿Ｍ＋１がＩＮｄ＿３である。ＩＮｄ＿ＭがＩＮｄ＿３である場合、ＩＮｄ＿Ｍ＋１がＩＮｄ＿４である。ＩＮｄ＿ＭがＩＮｄ＿４である場合、ＩＮｄ＿Ｍ＋１がＩＮｄ＿１である。

第１実施形態では、制御部１４からマルチプレクサ１１に切換信号Ｓが出力されることによって、あるタイミングで、マルチプレクサ１１において、図２（ａ）に示すように出力部２３が４個のオペアンプ１２のうちのいずれかである第１オペアンプ１２ａに対応するメイン入力部２１（ＩＮｍ＿Ｍ）に接続されている。この状態では、第１オペアンプ１２ａから出力される電位Ｖ＿Ｍに応じた電位が、出力部２３から出力される。ここで、ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿１の場合、Ｖ＿ＭはＶ＿１である。ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿２の場合、Ｖ＿ＭはＶ＿２である。ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿３の場合、Ｖ＿ＭはＶ＿３である。ＩＮｍ＿ＭがＩＮｍ＿４の場合、Ｖ＿ＭはＶ＿４である。

制御部１４は、この状態から、図２（ｂ）に示すように、出力部２３が４個のオペアンプ１２のうち第１オペアンプ１２ａとは別の第２オペアンプ１２ｂに対応するダミー入力部２２（ＩＮｄ＿Ｍ＋１）に接続された状態に切り換えるように、マルチプレクサ１１に切換信号を出力する。

その後、制御部１４は、図２（ｃ）に示すように、出力部２３が第２オペアンプ１２ｂに対応するメイン入力部２１（ＩＮｍ＿Ｍ＋１）に接続された状態に切り換えるように、マルチプレクサ１１に切換信号を出力する。この状態では、第２オペアンプ１２ｂから出力される電位Ｖ＿Ｍ＋１に応じた電位が、出力部２３から出力される。ここで、ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿１の場合、Ｖ＿Ｍ＋１はＶ＿１である。また、ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿２の場合、Ｖ＿Ｍ＋１はＶ＿２である。ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿３の場合、Ｖ＿Ｍ＋１はＶ＿３である。ＩＮｍ＿Ｍ＋１がＩＮｍ＿４の場合、Ｖ＿Ｍ＋１はＶ＿４である。

ここで、マルチプレクサ１１において出力部２３と接続される入力部２１、２２が切り換えられたときに、出力部２３から出力される電位について説明する。マルチプレクサ１１において出力部２３がいずれかの入力部２１、２２に接続されている状態で出力部２３から出力される電位をＶ_O1とすると、この状態におけるコンデンサ１８の静電エネルギーＱ１は、コンデンサ１８の容量をＣ_Bとして下記のように表すことができる。

この状態から、出力部２３が別の入力部２１、２２に接続された状態に切り換えたときに、切換後の入力部２１、２２に対応するオペアンプ１２から出力される電位をＶ_INとすると、切換後の入力部２１、２２に対応するコンデンサ３４の静電エネルギーＱ２は、コンデンサ３４の容量をＣ_Aとして下記の式で表すことができる。

そのため、上記切換後に、出力部２３から出力される電位をＶ_O2とすると、下記の関係が成立する。

この関係から、Ｖ_O2は下記の式で表される。

上述したようにＣ_BはＣ_Aに対して十分に小さいため、上記（４）の式から、Ｖ_O2はＶ_INに近い電位であるが、Ｖ_INからずれた電位となることがわかる。また、（Ｖ_O1 ²－Ｖ_IN ²）が大きいときほどＶ_O2とＶ_INとの差が大きくなることがわかる。すなわち、Ｖ_O1とＶ_INとの差が大きいほど、Ｖ_O2とＶ_INとの差が大きくなることがわかる。

一方で、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、マルチプレクサ１１がダミー入力部２２を有していない構成（比較例１）を考える。そして、この構成において、図３（ａ）に示すように出力部２３が第１オペアンプ１２ａに対応するメイン入力部２１（ＩＮ＿Ｍ）に接続された状態から、図４（ｂ）に示すように出力部２３が第２オペアンプ１２ｂに対応するメイン入力部２１（ＩＮ＿Ｍ＋１）に接続された状態に切り換える場合を考える。この場合には、図３（ｂ）の状態に切り換えられたときの上記（４）の式におけるＶ_O1が、第１オペアンプ１２ａから出力される電位Ｖ＿Ｍに近い電位である。そのため、第１オペアンプ１２ａから出力される電位Ｖ＿Ｍと第２オペアンプ１２ｂから出力される電位Ｖ＿Ｍ＋１との差が大きい場合には、Ｖ_O1（Ｖ＿Ｍに近い電位）とＶ_IN（Ｖ＿Ｍ＋１）との差が大きくなってしまう。その結果、出力部２３から出力される電位Ｖ_O2と第２オペアンプ１２ｂから出力される電位Ｖ_INとの差が大きくなってしまう。

また、図３（ｃ）に示すように、マルチプレクサ１１がグランド電位に保持され、出力部２３と接続可能なグランド端子４０を有し、図３（ａ）の状態から、図３（ｃ）に示すように出力部２３がグランド端子４０に接続された状態に切り換えた後に、図３（ｂ）の状態に切り換える場合を考える（比較例２、特許文献１に記載の従来技術に相当）。この場合には、図３（ｂ）の状態に切り換えられときの上記（４）の式におけるＶ_O1が０Ｖとなる。そのため、Ｖ_IN（Ｖ＿Ｍ＋１）が高電位の場合に、Ｖ_O1（０Ｖ）とＶ_IN（Ｖ＿Ｍ＋１）との差が大きくなってしまう。その結果、出力部２３から出力される電位Ｖ_O2と第２オペアンプ１２ｂから出力される電位Ｖ_INとの差が大きくなってしまう。

これに対して、本発明の第１実施形態にかかる信号入出力装置１によれば、図２（ｂ）の状態のときには、出力部２３から出力される電位は、Ｖ＿Ｍ＋１との差が大きくなる可能性はあるが、そもそもダミー入力部２２との接続であることからダミー入力部２２接続時における出力信号（出力部２３から出力される電位）を使用しなければよい。そして、その後、図２（ｃ）の状態に切り換えられたときに、上記（４）の式において、Ｖ_O1がＶ＿Ｍ＋１に近い電位となり、Ｖ_INがＶ＿Ｍ＋１であることにより、Ｖ_O1（Ｖ＿Ｍ＋１に近い電位）とＶ_IN（Ｖ＿Ｍ＋１）との差が小さくなる。これにより、出力部２３から出力される電位Ｖ_O2と、第２オペアンプ１２ｂから出力される電位Ｖ_INとの差を小さくすることができる。

＜効果＞
以上に説明した第１実施形態によると、出力部２３が第１オペアンプ１２ａに対応するメイン入力部２１に接続された状態から、出力部２３が第２オペアンプ１２ｂに対応するダミー入力部２２と接続された状態に切り換え、その後に、出力部２３が第２オペアンプ１２ｂに対応するメイン入力部２１に接続された状態に切り換える。これにより、上述したように、出力部２３がメイン入力部２１に接続された状態で出力部２３から出力される電位と、対応するオペアンプ１２から出力される電位との差を小さくすることができる。したがって、出力部２３がメイン入力部２１に接続されているタイミングに出力部２３（バッファアンプ１３）から出力される電位を取得するようにすれば、取得される電位を、接続されたオペアンプ１２から出力される電位との差が小さいものとすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の好適な第２実施形態について図４を用いて説明する。図４に示すように、第２実施形態の信号入出力装置１００は、第１実施形態と同様に４個のオペアンプ１２を有しているのに対して、マルチプレクサ１１１が４個のメイン入力部２１と３個のダミー入力部２２を有する。そして、第１実施形態と同様、４個のオペアンプ１２はいずれも対応するメイン入力部２１と接続されている。一方で、第１実施形態とは異なり、４個のオペアンプ１２のうち図中上側３個のオペアンプ１２は対応するダミー入力部２２と接続されているが、図中最も下のオペアンプ１２はダミー入力部２２と接続されていない。

また、第２実施形態では、Ｖ＿２とＶ＿４との差、および、Ｖ＿１とＶ＿４との差が、Ｖ＿３とＶ＿４との差よりも小さい。また、Ｖ＿２とＶ＿４との差が、Ｖ＿１とＶ＿４との差よりも小さい。

第２実施形態では、制御部１４は、図５（ａ）に示すように、出力部２３が、図４の図中上から３番目のオペアンプ１２（本発明の「第３オペアンプ」）に対応するメイン入力部２１（ＩＮｍ＿３）に接続された状態から、図５（ｂ）に示すように、出力部２３が、図４の図中上から２番目のオペアンプ１２（本発明の「第５オペアンプ」）に対応するダミー入力部２２（ＩＮｄ＿２）が出力部２３と接続された状態に切り換える。そして、その後に、図５（ｃ）に示すように、出力部２３が、図４の図中最も下側のオペアンプ１２（本発明の「第４オペアンプ」）に対応するメイン入力部２１（ＩＮｍ＿４）に接続された状態に切り換える。なお、これ以外のメイン入力部２１およびダミー入力部２２の接続の切り換えの手順は、第１実施形態で説明したのと同様である。

このように、図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）の状態に切り換え、その後に図５（ｃ）の状態に切り換えるようにする場合、図５（ｂ）の状態において出力部２３から出力される電位がＶ＿２に近い電位となる。そのため、その後、図５（ｃ）の状態に切り換えたときの、上記（４）の式のＶ_O1がＶ＿２に近いものとなる。一方で、本実施形態（第２実施形態）と異なり、図５（ａ）の状態から直接図５（ｃ）の状態に切り換える場合には、図５（ｃ）の状態に切り換えたときの上記（４）の式のＶ_O1がＶ＿３に近いものなる。また、上述したように、電位Ｖ＿２と電位Ｖ＿４との差は電位Ｖ＿３よりも電位Ｖ＿４との差よりも小さい。

以上のことから、第２実施形態のように図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態に切り換え、その後に図５（ｃ）の状態に切り換える場合には、図５（ａ）の状態から直接図５（ｃ）の状態に切り換える場合よりも、図５（ｃ）の状態に切り換えたときの上記（４）の式のＶ_O1をＶ＿４に近い電位とすることができる。これにより、図５（ｃ）の状態で出力部２３から出力される電位と、出力部２３に接続されたオペアンプ１２から出力される電位との差を小さくすることができる。

＜効果＞
第２実施形態では、信号入出力装置を構成する複数のオペアンプ１２が、ダミー入力部２２と接続されていないオペアンプ１２を含む場合に、出力部が当該オペアンプ１２のメイン入力部２１と接続された状態に切り換える際に、上述した手順で切り換えを行う。これにより、出力部２３が、ダミー入力部２２と接続されていないオペアンプ１２に対応するメイン入力部２１に接続された状態に切り換わったときに、出力部２３から出力される電位と、当該オペアンプ１２から出力される電位との差を小さくすることができる。

また、第２実施形態では、Ｖ＿２とＶ＿４との差およびＶ＿１とＶ＿４との差が、Ｖ＿３とＶ＿４との差よりも小さく、かつ、Ｖ＿２とＶ＿４との差が、Ｖ＿１とＶ＿４との差よりも小さい。このような場合に、第２実施形態では、図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）の状態に切り換え、その後に図５（ｃ）の状態に切り換えるようにする。すなわち、第２実施形態では、ダミー入力部２２と接続された複数のオペアンプ１２のうち、上記第５オペアンプが出力する電位が、上記第４オペアンプが出力する電位Ｖ＿４との差が最も小さい。これにより、図５（ｃ）の状態に切り換えたときの、出力部２３から出力される電位と、上記第４オペアンプ１２から出力される電位Ｖ＿４との差を特に小さくすることができる。

なお、第２実施形態では、図４の上から３番目のオペアンプ１２を第３オペアンプであり、図４の上から４番目のオペアンプ１２を第４オペアンプであり、図４の上から４番目のオペアンプ１２を第５オペアンプである場合を例として説明を行ったが、第３～第５オペアンプとなるオペアンプ１２は、これとは異なっていてもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の好適な第３実施形態について図６を用いて説明する。第３実施形態の信号入出力装置２００では、マルチプレクサ２１１が、２個のＩＣ２０１、２０２によって構成されている。

ＩＣ２０１、２０２は、それぞれ、２個のメイン入力部２２１と２個のダミー入力部２２２と、出力部２２３とを有する。ＩＣ２０１の２個のメイン入力部２２１は、図１の４個のメイン入力部２１のうち、上側２個のメイン入力部２１と同様のものである。ＩＣ２０２の２個のメイン入力部２２１は、図１の４個のメイン入力部２１のうち、下側２個のメイン入力部２１と同様のものである。ＩＣ２０１の２個のダミー入力部２２２は、図１の４個のダミー入力部２２のうち、上側２個のダミー入力部２２と同様のものである。ＩＣ２０２の２個のダミー入力部２２２は、図１の４個のダミー入力部２２のうち、下側２個のダミー入力部２２と同様のものである。

ＩＣ２０１の出力部２２３は、バッファアンプ１３と接続されているとともに、ＩＣ２０１の２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれかと選択的に接続される。ＩＣ２０２の出力部２２３は、バッファアンプ１３と接続されているとともに、ＩＣ２０２の２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれかと選択的に接続される。

また、第３実施形態では、制御部１４が、ＩＣ２０１、２０２に切換信号Ｓを送信する。切換信号Ｓは、ＩＣ２０１、２０２において、出力部２２３を２つのメイン入力部２２１および２つのダミー入力部２２２のいずれに接続するかを指示する信号である。

また、第３実施形態では、制御部１４が、ＩＣ２０１にイネーブル信号ＥＮＢ１を送信する。イネーブル信号ＥＮＢ１は、ＩＣ２０１において、出力部２２３が切換信号Ｓに基づいて２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれかと選択的に接続されることを許可するか否かを切り換える信号である。イネーブル信号ＥＮＢ１がハイレベル（Ｈ）のときには、ＩＣ２０１において、切換信号Ｓに基づいて、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれかと選択的に接続される。イネーブル信号ＥＮＢ１がローレベル（Ｌ）のときには、ＩＣ２０１において、切換信号Ｓによらず、出力部２２３は、２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない。

また、第３実施形態では、制御部１４が、ＩＣ２０２にイネーブル信号ＥＮＢ２を送信する。イネーブル信号ＥＮＢ２は、ＩＣ２０２において、出力部２２３が切換信号Ｓに基づいて２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれかと選択的に接続されることを許可するか否かを切り換える信号である。イネーブル信号ＥＮＢ２の値がハイレベル（Ｈ）のときには、ＩＣ２０２において、切換信号Ｓに基づいて、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のうちいずれかと選択的に接続される。イネーブル信号ＥＮＢ２がローレベル（Ｌ）のときには、ＩＣ２０２において、切換信号Ｓによらず、出力部２２３は、２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない。

次に、第３実施形態における、切換信号Ｓおよびイネーブル信号ＥＮＢ１、ＥＮＢ２による、マルチプレクサ２１１における接続の切り換えについて図７を用いて説明する。

図７のＩＮｄ＿１、ＩＮｍ＿１、ＩＮｄ＿２、ＩＮｍ＿２は、切換信号Ｓが、ＩＣ２０１、２０２の出力部２２３を、２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれに接続することを指示するものであるかを示している。ＩＮｄ＿１、ＩＮｍ＿１、ＩＮｄ＿２、ＩＮｍ＿２は、各時刻において、そのうちの１つがハイレベル（Ｈ）となり、残り３個がローレベル（Ｌ）となる。

より詳細には、切換信号Ｓが、ＩＣ２０１、２０２において出力部２２３を２個のダミー入力部２２２のうち図６の上側のダミー入力部（ＩＮｄ＿１）に接続することを指示しているときに、図７においてＩＮｄ＿１がハイレベルとなり、ＩＮｍ＿１、ＩＮｄ＿２、ＩＮｍ＿２がローレベルとなる。切換信号Ｓが、ＩＣ２０１、２０２において出力部２２３を２個のメイン入力部２２１のうち図６の下側のメイン入力部（ＩＮｍ＿１）に接続することを指示しているときに、図７においてＩＮｍ＿１がハイレベルとなり、ＩＮｄ＿１、ＩＮｄ＿２、ＩＮｍ＿２がローレベルとなる。切換信号Ｓが、ＩＣ２０１、２０２において出力部２２３を２個のダミー入力部２２２のうち図６の下側のダミー入力部（ＩＮｄ＿２）に接続することを指示しているときに、図７においてＩＮｄ＿２がハイレベルとなり、ＩＮｄ＿１、ＩＮｍ＿１、ＩＮｍ＿２がローレベルとなる。 切換信号Ｓが、ＩＣ２０１、２０２において出力部２２３を２個のメイン入力部２２１のうち図６の下側のメイン入力部（ＩＮｍ＿２）に接続することを指示しているときに、図７においてＩＮｍ＿２がハイレベルとなり、ＩＮｄ＿１、ＩＮｍ＿１、ＩＮｄ＿２がローレベルとなる。

図７のＥＮＢ１、ＥＮＢ２は、それぞれ、イネーブル信号ＥＮＢ１、ＥＮＢ２の変化を示している。

図７の各信号の時間変化について説明する。例えば、時刻Ｔ０において、ＩＮｍ＿１がハイレベルであり、ＩＮｄ＿１、ＩＮｄ＿２、ＩＮｍ＿２がローレベルであり、ＥＮＢ１がハイレベルであり、ＥＮＢ２がローレベルである。これにより、ＩＣ２０１において、出力部２２３が図６の上側のメイン入力部（Ｎｍ＿１）に接続され、ＩＣ２０２において、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されていない状態となる。

その後、時刻Ｔ１までこの状態が継続し、時刻Ｔ１にＩＮｍ＿１がローレベルに切り換わり、ＩＮｄ＿２がハイレベルに切り換わる。これにより、ＩＣ２０１において、出力部２２３が図６の下側のダミー入力部２２２（ＩＮｄ＿２）に接続された状態に切り換わる。ＩＣ２０２においては、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されていない状態が継続する。

その後、時刻Ｔ２までこの状態が継続し、時刻Ｔ２にＩＮｄ＿２がローレベルに切り換わり、ＩＮｍ＿２がハイレベルに切り換わる。これにより、ＩＣ２０１において、出力部２２３が図６の下側のメイン入力部２２１（ＩＮｍ＿２）に接続された状態に切り換わる。ＩＣ２０２においては、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されていない状態が継続する。

その後、時刻Ｔ３までこの状態が継続し、時刻Ｔ３にＥＮＢ１がローレベルに切り換わる。また、その直後の時刻Ｔ４にＩＮｍ＿２がローレベルに切り換わり、ＩＮｄ＿１がハイレベルに切り換わる。また、その直後の時刻Ｔ５にＥＮＢ２がハイレベルに切り換わる。ここで、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間の長さ、および、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間の長さは、それぞれ、例えば１００μ秒程度である。

これにより、時刻Ｔ３～Ｔ５の期間は、ＩＣ２０１、２０２において、出力部２２３が、２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない状態が継続する。時刻Ｔ５に、ＩＣ２０２において、出力部２２３が図６の上側の示すダミー入力部２２２（ＩＮｄ＿１）に接続された状態に切り換わる。ＩＣ２０１においては、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない状態が継続する。

その後、時刻Ｔ６までこの状態が継続し、時刻Ｔ６にＩＮｄ＿１がローレベルに切り換わり、ＩＮｍ＿１がハイレベルに切り換わる。これにより、ＩＣ２０２において、出力部２２３が図６の上側のメイン入力部２２１（ＩＮｍ＿１）に接続された状態に切り換わる。ＩＣ２０１においては、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない状態が継続する。

その後、時刻Ｔ７までこの状態が継続し、時刻Ｔ７にＩＮｍ＿１がローレベルに切り換わり、ＩＮｄ＿２がハイレベルに切り換わる。これにより、ＩＣ２０２において、出力部２２３が図６の下側のダミー入力部２２２（ＩＮｄ＿２）に接続された状態に切り換わる。ＩＣ２０１においては、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない状態が継続する。

その後、時刻Ｔ８までこの状態が継続し、時刻Ｔ８にＩＮｄ＿２がローレベルに切り換わり、ＩＮｍ＿２がハイレベルに切り換わる。これにより、ＩＣ２０２において、出力部２２３が図６の下側のメイン入力部２２１（ＩＮｍ＿２）に接続された状態に切り換わる。ＩＣ２０１においては、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない状態が継続する。

その後の時刻Ｔ９までこの状態が継続し、時刻Ｔ９にＥＮＢ２がローレベルに切り換わる。また、その直後の時刻Ｔ１０にＩＮｍ＿２がローレベルに切り換わり、ＩＮｄ＿１がハイレベルに切り換わる。また、その直後の時刻Ｔ１１にＥＮＢ１がハイレベルに切り換わる。ここで、時刻Ｔ９から時刻Ｔ１０までの期間の長さ、および、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの期間の長さは、それぞれ、例えば１００μ秒程度である。

これにより、時刻Ｔ９～Ｔ１１の期間は、ＩＣ２０１、２０２において、出力部２２３が、２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されない状態となり、時刻Ｔ１１に、ＩＣ２０１において、出力部２２３が図６の上側のダミー入力部２２２（ＩＮｄ＿１）に接続され、ＩＣ２０２において、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されていない状態に切り換わる。

この後の時刻Ｔ１２までこの状態が継続し、時刻Ｔ１２にＩＮｄ＿１がローレベルに切り換わり、ＩＮｍ＿１がハイレベルに切り換わる。これにより、ＩＣ２０１において、出力部２２３が図６の上側のメイン入力部２２１（ＩＮｍ＿１）に接続された状態に切り換わる。ＩＣ２０２においては、出力部２２３が２個のメイン入力部２２１および２個のダミー入力部２２２のいずれとも接続されていない状態が継続する。この状態は、時刻Ｔ０のときと同じ状態であり、以降、上述したのと同様に、ＩＣ２０１、２０２における出力部２３の接続先が繰り返し切り換わる。

＜効果＞
第３実施形態では、マルチプレクサ２１１において、出力部２２３があるオペアンプ１２に対応するメイン入力部２２１に接続された状態から、出力部２２３が別のオペアンプ１２に対応するダミー入力部２２２に接続された状態に切り換える。そして、その後に、出力部２２３が当該別のオペアンプ１２に対応するメイン入力部２２１に接続された状態に切り換える。これにより、第１実施形態で説明したのと同様、出力部２２３がメイン入力部２２１に接続された状態で、出力部２３から出力される電位と、接続されたオペアンプ１２から出力される電位との差を小さくすることができる。

ここで、本実施形態（第３実施形態）と異なり、時刻Ｔ４に、ＥＮＢ１がローレベルに切り換わり、ＥＮＢ２をハイレベルに切り換わるように制御する場合を考える。このように、ＥＮＢ１とＥＮＢ２とが同じタイミングで切り換わるように制御しても、実際にＥＮＢ１がローレベルに切り換わるタイミングと、ＥＮＢ２がハイレベルに切り換わるタイミングとには多少のずれが生じることがある。そして、このずれにより、ＥＮＢ１とＥＮＢ２の両方が一時的にハイレベルとなってしまい、ＩＣ２０１の出力部２２３とＩＣ２０２の出力部２２３とを介して、ＩＣ２０１のダミー入力部２２２とＩＣ２０２のダミー入力部２２２とがショートしてしまう。同様に、第３実施形態と異なり、時刻Ｔ１０にＥＮＢ１がハイレベルに切り換わり、ＥＮＢ２がローレベルに切り換わるように制御する場合には、ＩＣ２０１の出力部２２３とＩＣ２０２の出力部２２３とを介して、ＩＣ２０１のメイン入力部２２１とＩＣ２０２のメイン入力部２２１とがショートしてしまう。

そこで、第３実施形態では、時刻Ｔ３にＥＮＢ１がローレベルに切り換わり、その後の時刻Ｔ４にＩＮｍ＿２がローレベルに切り換わり、ＩＮｄ＿１がハイレベルに切り換わり、その後の時刻Ｔ５にＥＮＢ２がハイレベルに切り換わるように制御する。また、時刻Ｔ９にＥＮＢ２がローレベルに切り換わり、その後の時刻Ｔ１０にＩＮｍ＿２がローレベルに切り換わり、ＩＮｄ＿１がハイレベルに切り換わり、その後の時刻Ｔ１１にＥＮＢ２がハイレベルに切り換わるように制御する。これにより、ＥＮＢ１とＥＮＢ２とが同時にハイレベルになることがなく、マルチプレクサ１１において、メイン入力部２２１同士あるいはダミー入力部２２２同士がショートしないようにすることができる。

［変形例］
以上、本発明の好適な第１～第３実施形態について説明したが、本発明は上述の第１～第３実施形態には限られず、特許請求の範囲に記載の限りにおいて様々な変更が可能である。

第１実施形態では、信号入出力装置１が４個のオペアンプ１２を有し、これに対応して、マルチプレクサ１１が４個のメイン入力部２１と４個のダミー入力部２２とを有していたが、これには限られない。第１実施形態において、信号入出力装置１が２個、３個または５個以上のオペアンプ１２を有し、これに対応して、マルチプレクサ１１がオペアンプ１２と同じ数のメイン入力部２１とダミー入力部２２とを有していてもよい。

第２実施形態では、Ｖ＿２とＶ＿４との差およびＶ＿１とＶ＿４との差が、Ｖ＿３とＶ＿４との差よりも小さく、かつ、Ｖ＿２とＶ＿４との差が、Ｖ＿１とＶ＿４との差よりも小さいのに対して、図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）の状態に切り換え、その後に図５（ｃ）の状態に切り換えたが、これには限られない。このような場合に、図５（ａ）の状態から、出力部２３が図４の最も上側のダミー入力部２２に接続された状態に切り換え、その後に図５（ｃ）の状態に切り換えてもよい。この場合には、図４の最も上側のオペアンプ１２が本発明の「第５オペアンプ」に相当する。すなわち、ダミー入力部２２と接続されるオペアンプ１２であり、かつ、出力する電位と第４オペアンプが出力する電位との差が、第３オペアンプが出力する電位と第４オペアンプが出力する電位との差よりも小さいオペアンプ１２が複数ある場合に、第５オペアンプは、これら複数のオペアンプ１２のうち、第４オペアンプが出力する電位との差が最も小さいオペアンプ１２以外のオペアンプ１２であってもよい。

また、ダミー入力部２２と接続されるオペアンプ１２であり、かつ、出力する電位と第４オペアンプが出力する電位との差が、第３オペアンプが出力する電位と第４オペアンプが出力する電位との差よりも小さいオペアンプ１２が１つしかない場合に、第５オペアンプがこのオペアンプ１２であってもよい。

また、第２実施形態では、信号入出力装置１００が４個のオペアンプ１２を有し、マルチプレクサ１１１が、４個のオペアンプ１２に個別の４個のメイン入力部２１と、４個のオペアンプ１２のうち３個のオペアンプ１２に個別の３個のダミー入力部２２とを有していたが、これには限られない。第２実施形態において、信号入出力装置１００が３個または５個以上のオペアンプ１２を有し、マルチプレクサ１１１が、オペアンプ１２と同じ数のメイン入力部２１を有していてもよい。また、信号入出力装置１００が４個以上のオペアンプ１２を有する場合に、２個以上の一部のオペアンプ１２が、ダミー入力部２２と接続されていなくてもよい。

また、第３実施形態では、マルチプレクサ２１１が２個のＩＣ２０１、２０２によって構成されていたが、これには限られない。マルチプレクサ２１１が３個以上のＩＣによって構成されていてもよい。

１：信号入出力装置
１１：マルチプレクサ
１２：オペアンプ
１２ａ：第１オペアンプ
１２ｂ：第２オペアンプ
１４：制御部
２１：メイン入力部
２２：ダミー入力部
３２：ＲＣフィルタ
１００：信号入出力装置
１１１：マルチプレクサ
２００：信号入出力装置
２０１、２０２：ＩＣ

Claims (3)

1. 複数のオペアンプと、
   マルチプレクサと、
   前記マルチプレクサを制御する制御部と、を備え、
   前記マルチプレクサは、
   前記複数のオペアンプの各々に対して個別に設けられ、ＲＣフィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された複数のメイン入力部と、
   前記複数のオペアンプの少なくとも１つに対して個別に設けられ、ＲＣフィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された少なくとも１つのダミー入力部と、
   前記複数のメイン入力部および前記少なくとも１つのダミー入力部のいずれかと選択的に接続される出力部と、を有し、
   前記複数のオペアンプは、
   第１オペアンプと、
   前記第１オペアンプとは別の、前記ダミー入力部と接続された第２オペアンプと、を含み、
   前記制御部は、
   前記出力部が前記第１オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態から、前記出力部が前記第２オペアンプに対応する前記ダミー入力部に接続された状態に切り換え、その後に、前記出力部が前記第２オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態に切り換えるように、前記マルチプレクサを制御することを特徴とする信号入出力装置。
2. 複数のオペアンプと、
   マルチプレクサと、
   前記マルチプレクサを制御する制御部と、を備え、
   前記マルチプレクサは、
   前記複数のオペアンプの各々に対して個別に設けられ、フィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された複数のメイン入力部と、
   前記複数のオペアンプの少なくとも１つに対して個別に設けられ、フィルタを介して対応する前記オペアンプと接続された少なくとも１つのダミー入力部と、
   前記複数のメイン入力部および前記少なくとも１つのダミー入力部のいずれかと選択的に接続される出力部と、を有し、
   前記複数のオペアンプは、
   第３オペアンプと、
   前記第３オペアンプとは別の第４オペアンプと、
   前記第３オペアンプとは別の、前記ダミー入力部と接続された第５オペアンプと、を含み、
   前記第５オペアンプが出力する電位と前記第４オペアンプが出力する電位との差が、前記第３オペアンプが出力する電位と前記第４オペアンプが出力する電位との差よりも小さく、
   前記制御部は、
   前記出力部が前記第３オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態から、前記出力部が前記第５オペアンプに対応する前記ダミー入力部に接続された状態に切り換え、その後に、前記出力部が前記第４オペアンプに対応する前記メイン入力部に接続された状態に切り換えるように、前記マルチプレクサを制御することを特徴とする信号入出力装置。
3. 複数の前記ダミー入力部の各々と個別に接続された前記オペアンプを複数備え、
   前記ダミー入力部と接続された複数の前記オペアンプのうち、前記第５オペアンプが出力する電位は、前記第４オペアンプが出力する電位との差が最も小さいことを特徴とする請求項２に記載の信号入出力装置。

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