JP2556987Y2 - 複合増幅回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、例えばＬＳＩテスタ等
における波形生成装置に用いる複合増幅回路に関し、直
流（ＤＣ）から周波数が例えば１００ＭＨｚ以上の広帯
域周波数に亘る任意波形信号に、任意の直流バイアスを
加算した信号を高精度で生成できる上記増幅回路に関す
るものである。

【０００２】

【技術背景】例えば、ＬＳＩテストシステムにおいて、
矩形波，鋸歯状波等の任意波形信号に直流バイアスを加
えた信号をテスト信号として使用する場合がある。従
来、このような信号を生成する回路として、図４に示す
ような非反転増幅回路が知られている。同図の回路で
は、端子ａから、高速の任意波形信号Ｖ_aが入力され、
端子ｂに直流バイアス信号Ｖ_bが入力される。Ｖ_aは広帯
域用の演算増幅器１１の非反転入力端子（＋）に入力さ
れ、Ｖ_bは該増幅器１１の反転入力端子（−）に抵抗Ｒ
₁₁を介して入力される。また、演算増幅器１１の出力端
子と反転入力端子との間には帰還抵抗Ｒ₁₂が接続されて
いる。なお、図４においては入力側および出力側に、抵
抗Ｒ_inおよびＲ_outがそれぞれ接続されている。上記構
成の回路において、出力電圧Ｖ_cをＶ_aとＶ_bで表すと、 となる。しかし、図４に示す演算増幅器１１のような広
帯域用のものでは、広い周波数帯域において、高精度の
ＤＣ特性を得ることはむづかしく、特に直線性における
精度は１０ビット（精度：１／２¹⁰）にすぎないという
不都合がある。また、図５に示すような複合増幅回路も
知られている（実公平３−２３６９０号公報参照）。こ
の増幅回路では、低周波用の低ドリフト演算増幅器２１
の出力端子と広帯域演算増幅器２２の入力端子とがフイ
ルタ２３（Ｃ₂₁，Ｃ₂₂およびＲ₂₂から構成されている）
を介して接続されており、出力端子ｃと各演算増幅器２
１，２２の反転入力端子には帰還抵抗Ｒ₂₅，Ｒ₂₆が接続
されている。また、同図ではバイアス用の抵抗Ｒ₂₃，Ｒ
₂₄が設けられ、入力端子ａと演算増幅器２１の非反転入
力端子間には抵抗Ｒ₂₁が接続されている。この回路で
は、任意波形信号Ｖ_aの周波数成分のうち、低い周波数
成分は演算増幅器２１により、高い周波成分は増幅器２
２により増幅することでドリフトを回避するものであ
る。ところが、この回路では一方の演算増幅器の動作領
域と他方の演算増幅器の動作領域との境界の周波数付近
で、ゲイン特性が急激に劣化するという不都合がある。
また、この不都合を低減させるために、バッファ回路を
両演算増幅器２１，２２間に設けた回路も上記公報に記
載されているがこの場合には回路構成が複雑となる等の
問題がある。

【０００３】

【考案の目的】本考案は、上記のような問題を解決する
ために提案されたものであって、任意波形信号に直流バ
イアスを加える場合に、直流から高周波帯域に亘り良好
な（すなわち、一定の）ゲイン特性を有する複合増幅回
路を提供することを目的とする。

【０００４】

【考案の概要】本考案の回路は、高精度ＤＣ特性を有す
る第１の演算増幅器と、広帯域周波数特性を有する第２
の演算増幅器の２段接続の増幅回路を備えている。任意
波形信号入力端子は前記両演算増幅器の各非反転入力端
子に接続され、第１の演算増幅器の出力端子は、接続用
抵抗Ｒ₀を介して第２の演算増幅器の反転入力端子に接
続される。更に、直流バイアス入力端子と第２の演算増
幅器の出力端子間に、２組の２抵抗直列接続回路（両組
を、Ｒ₁とＲ₂との直列接続回路およびＲ₃とＲ₄との直列
接続回路とする（図１参照））が並列接続されており、
各組における抵抗値の比は、両組で等しくなるように選
定されている（すなわち、Ｒ₂／Ｒ₁＝Ｒ₄／Ｒ₃）。そし
て、各組における２抵抗の接続点は前記第１，第２の演
算増幅器の各反転入力端子に接続されている。ここで
は、Ｒ₁とＲ₂の接続点が第１の演算増幅器の反転入力端
子に、Ｒ₃とＲ₄の接続点が第２の演算増幅器の反転入力
端子に接続されているものとする。

【０００５】本考案では、第１，第２の演算増幅器の帰
還ループは、上記２抵抗直列接続回路の両組を構成する
抵抗により構成され、２抵抗直列接続回路の両組の抵抗
値の比は等しくなるように選択してある。なお、Ｒ₀と
して適当な値を選ぶ（すなわち、第１の演算増幅器のＲ
₀を含めた出力抵抗を適宜な値とする）ことで、本考案
の複合増幅回路の増幅率を第１の演算増幅器に入力され
る任意波形の周波数によらず所望値とすることができる
（数式１０参照）。ところで、演算増幅器の特性にはば
らつきがあるので、本複合増幅回路自体のの増幅率が一
定とならない場合もありうる。このような場合には、接
続用抵抗Ｒ₀の値をＲ₃，Ｒ₄より十分大きくとり、上記
演算増幅器の特性のばらつきをキャンセルすることがで
きる。演算増幅器の直流についてのゲインが理想的（す
なわち∞）であるとすると、本考案の回路の出力端子に
は、直流分として直流バイアスＶ_bの−（Ｒ₂／Ｒ₁）倍
の直流電圧が表れる。なお、ここでは、第１の演算増幅
器は高精度ＤＣ特性を有しているので、該演算増幅器の
オフセット分は無視される。また、外部信号入力端子か
ら入力される任意波形信号を構成する周波数成分のう
ち、高い周波数成分については主として第２の演算増幅
器が、低い周波数成分（直流を含む）については第１お
よび第２の演算増幅器がそれぞれ増幅動作を担当する
が、このとき本考案の複合増幅回路の出力端子には、任
意波形信号についての増幅成分（出力信号のうち上記直
流バイアス分を除いた部分）として、例えばＲ₀の値が
十分大きいときには、入力信号Ｖ_aの{１＋(Ｒ₄/Ｒ₃)}
(Ｒ₂/Ｒ₁＝Ｒ₄/Ｒ₃なので、{１＋(Ｒ₂/Ｒ₁)})倍の電圧
が表れる。このようにして、第１の演算増幅器が高精度
ＤＣ特性を有していれば、第２の広帯域特性を有する演
算増幅器ＤＣ精度が仮に低くても、本考案の複合増幅回
路により、高精度（１６ビット以上の精度）の出力を得
ることができる。例えばＲ₀の値が十分大きいときに
は、外部信号入力端子から入力される１００ＭＨｚ以上
の周波数の任意波形信号Ｖ_aと直流バイアスＶ_bとの加算
値、 が、１６ビット以上の精度で出力される。

【０００６】

【実施例】図１は本考案の一実施例を示す回路図であ
る。この回路は、高精度ＤＣ特性を有する演算増幅器１
（増幅率：Ｌ(ω)）および広帯域周波数特性を有するの
高速演算増幅器２（増幅率：Ｈ(ω)）を備えており、各
増幅率Ｌ(ω)，Ｈ(ω)は入力信号の角周波数ωの関数と
なっている。任意波形信号が入力される入力端子ａは、
抵抗Ｒ′を介して演算増幅器１の非反転入力端子
（＋）、および演算増幅器２の非反転入力端子（＋）に
それぞれ接続されている。また、直流バイアス入力端子
ｂと、第２の演算増幅器２の出力端子間に、Ｒ₁，Ｒ₂の
組からなる２抵抗直列接続回路とＲ₃，Ｒ₄の組からなる
２抵抗直列接続回路とが並列接続され、各組における抵
抗値の比は両組で等しくなるように選定され、各抵抗Ｒ
₁〜Ｒ₄間にはＲ₂／Ｒ₁＝Ｒ₄／Ｒ₃なる関係が成立してい
る。そして、各組における２抵抗Ｒ₁，Ｒ₂およびＲ₃，
Ｒ₄の接続点は前記第１，第２の演算増幅器１，２の各
反転入力端子（−）に接続されている。なお、演算増幅
器１の出力端子は接続用抵抗Ｒ₀を介して演算増幅器２
の反転入力端子（−）に接続されており、また図１では
任意波形信号入力端子ａとグランド間には入力抵抗Ｒ_in
が、出力端子ｃと演算増幅器２の出力端子間には抵抗Ｒ
_outがそれぞれ接続されている。

【０００７】以下、上記回路の動作を図２，図３により
詳細に説明する。なお、便宜上Ｒ₀は演算増幅器１自体
の出力抵抗を含んでいるものとする。図２は外部入力端
子ａを接地（Ｖ_a＝０）した場合の回路図であり、各演
算増幅器１，２のオフセット電圧はｅ₀₁，ｅ₀₂で表して
ある。ｅ₁を第１の演算増幅器１の出力電圧、ｅ₂を演算
増幅器２の反転入力端子への入力電圧（すなわち、
Ｒ₀，Ｒ₃，Ｒ₄の接続点電圧）とすると、図２における
回路方程式は以下のように表される。

【数１】

【数２】

【数３】

【０００８】数式１，２，３からｅ₁，ｅ₂を消去して、
整理すると、

【数４】 となる。ここで、直流バイアスＶ_bについては、演算増
幅器１，２の増幅率は無限大とすることができるので、
数式４においてＬ(ω)，Ｈ(ω)→∞とすると、

【数５】 となる。演算増幅器１は高精度ＤＣ特性を有しており、
オフセットを０（ｅ₀₁≒０）とすることができるので、

【数６】 とみなすことができる。

【０００９】図３は、オフセット入力ｂを接地電位（Ｖ
_b＝０）とした場合の回路図であり、回路方程式は以下
のように表される。

【数７】

【数８】

【数９】

【００１０】図３の場合と同様に、数式７，８，９から
ｅ₁およびｅ₂を消去して整理すると、

【数１０】 となる。ここで、低い周波数帯域では、Ｌ(ω)，Ｈ(ω)
は十分大きいと考えられるので、数式１０においてＬ
(ω)，Ｈ(ω)→∞とすると、 となる。

【００１１】また、高い周波数帯域では、Ｌ(ω)の増幅
率は０に近づくものとすることができる。数式９におい
てＬ(ω)→０，Ｈ(ω)→∞とすると、 となる。ところで、前述のように、Ｒ₀は演算増幅器１
の出力抵抗を含んでいるため、該出力抵抗の演算増幅器
１ごとのばらつきのために、複合増幅器自体にもばらつ
きが生じることがある。したがって、このような場合に
は、Ｒ₀≫Ｒ₃，Ｒ₄となるように、演算増幅器１の出力
端子に接続する実際の抵抗の値を選択すれば、 とすることができ、上記演算増幅器１自体の出力抵抗の
ばらつきをキャンセルすることができる。ここで、Ｒ₁
〜Ｒ₄は、Ｒ₃／Ｒ₄＝Ｒ₁／Ｒ₂となるように選択されて
いるので、上式は、 となる。

【００１２】この場合には、低い周波数領域において
も、高い周波数領域においても、複合増幅器の増幅率Ｖ
_c／Ｖ_aは同一の増幅率、 に収束することになる。直流バイアス分についての出力
電圧を表す数式６と、任意波形信号についての出力電圧
を表す上式とから、図１における出力電圧Ｖ_cは、 のように表される。なお、Ｌ(ω)が０以外の有限値であ
る場合については説明を省略したが、この場合にもＲ₀
の値を適宜選択すれば、上式の関係は成立し、図１の複
合増幅回路の特性を一定にすることができる。

【００１３】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の複合演算
増幅回路では、直流から１００ＭＨｚ以上の高周波帯域
に亘り、高速の任意波形信号に直流バイアスが加えられ
た、高精度ＤＣ特性を有する出力を得ることができる。
特に直線性においては１６ビット以上の精度を実現する
ことができる。また、バッファ回路を別途設けなくて
も、簡易な回路で上記効果を達成できる演算増幅回路を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す演算増幅回路を示す図
である

【図２】図１における任意波形信号の入力端子を接地し
た場合を示す回路図である。

【図３】図１における直流バイアスの入力端子を接地し
た場合を示す回路図である。

【図４】従来の演算増幅器を動作を示す加算回路図であ
る。

【図５】従来の広帯域複合演算増幅回路を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１ ：高精度ＤＣ特性を有する第１の演算増幅器 ２ ：広帯域周波数特性を有する第２の演算増幅器 ａ ：任意波形信号入力端子 ｂ ：直流バイアス入力端子 ｃ ：複合演算増幅回路の出力端子 Ｒ₀ ：接続用抵抗 Ｒ₁〜Ｒ₄：２抵抗直列回路を構成する抵抗 Ｖ_a ：任意波形信号 Ｖ_b ：直流バイアス Ｖ_c ：複合演算増幅回路の出力

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高精度直流特性を有する第１の演算増幅
   器と広帯域周波数特性を有する第２の演算増幅器とを接
   続した演算増幅回路を備えてなる複合増幅回路であっ
   て、 任意波形信号入力端子を第１，第２の演算増幅器の各非
   反転入力端子に接続し、第１の演算増幅器の出力端子を
   接続用抵抗を介して第２の演算増幅器の反転入力端子に
   接続すると共に、 直流バイアス入力端子と第２の演算増幅器の出力端子間
   に、２組の２抵抗直列接続回路からなる並列回路であっ
   て、これら各組を構成する抵抗の値の比が両組で等しく
   なるように選定した回路を接続し、各組における２抵抗
   の接続点を前記第１，第２の演算増幅器の各反転入力端
   子に接続してなることを特徴とする複合増幅回路。