JP3532080B2 - アナログ演算回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反転増幅器と入力
キャパシタとフィードバックキャパシタを有するアナロ
グ演算回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、低消費電力、高速かつ高精
度の演算が可能なアナログ演算回路（ニューロ演算回
路）を提案している。このアナログ演算回路は、反転増
幅器と、該反転増幅器の入力側に設けられた入力キャパ
シタと、前記反転増幅器の出力と入力との間に接続され
たフィードバックキャパシタとを基本構成とし、これを
用いて、サンプルホールド回路、加算回路、乗算回路あ
るいは積分回路等の各種の高速かつ低消費電力の演算回
路を構成することができる。

【０００３】図７を参照して、このニューロ演算回路に
ついて説明する。図７の（ａ）は、このニューロ演算回
路の基本構成を示す図である。この図において、Ｖ１お
よびＶ２は入力端子、Ｖｏは出力端子、ＩＮＶは反転増
幅器である。この反転増幅器ＩＮＶは、ＣＭＯＳインバ
ータの出力がハイレベルからローレベルあるいはローレ
ベルからハイレベルに遷移する部分を利用して、ＣＭＯ
Ｓインバータを増幅器として使用しているものであり、
奇数段、例えば図示するように３段直列に接続されたＣ
ＭＯＳインバータ９２、９３、９４により構成されてい
る。なお、抵抗Ｒ１およびＲ２は増幅器のゲインを制御
するために、また、キャパシタＣｇは位相調整のために
それぞれ設けられており、いずれも、この反転増幅器Ｉ
ＮＶの発振を防止するために設けられている。

【０００４】さらに、前記入力端子Ｖ１と前記反転増幅
器ＩＮＶの入力側の点Ｂとの間には入力キャパシタＣ１
が直列に挿入されており、前記入力端子Ｖ２と前記点Ｂ
との間には入力キャパシタＣ２が直列に挿入されてい
る。さらにまた、前記反転増幅器ＩＮＶの出力端子Ｖｏ
と入力側の点Ｂとの間にはフィードバックキャパシタＣ
ｆが接続されている。

【０００５】このように構成された回路において、前記
反転増幅器ＩＮＶの電圧増幅率は非常に大きいためこの
反転増幅器ＩＮＶの入力側の点Ｂにおける電圧はほぼ一
定の値となり、このＢ点の電圧をＶｂとする。このと
き、Ｂ点は各キャパシタＣ１、Ｃ２、ＣｆおよびＣＭＯ
Ｓインバータ９２を構成するトランジスタのゲートに接
続された点であり、いずれの電源からもフローティング
状態にある。したがって、初期状態において、各キャパ
シタに蓄積されている電荷が０であるとすると、入力電
圧Ｖ１およびＶ２が印加された後においても、このＢ点
を基準としてみたときの各キャパシタに蓄積される電荷
の総量は０となる。これにより、次の電荷保存式が成立
する。

【数１】

【０００６】ここで、各入力電圧Ｖ１およびＶ２をＢ点
の電圧Ｖｂを基準とする電圧に置き換え、Ｖ（１）＝Ｖ
１−Ｖｂ、Ｖ（２）＝Ｖ２−Ｖｂ、Ｖｏｕｔ＝Ｖｏ−Ｖ
ｂとすると、前記式（１）より次の式（２）を導くこと
ができる。

【数２】 すなわち、ニューロ演算回路からは、各入力電圧Ｖ
（ｉ）（ｉ＝１，２）に入力キャパシタＣｉとフィード
バックキャパシタＣｆとの比である係数（Ｃｉ／Ｃｆ）
を乗算した電圧の和の大きさを有し、極性が反転された
出力電圧Ｖｏｕｔが出力されることとなる。なお、前記
Ｂ点の電圧Ｖｂは、通常、ダイナミックレンジを最大と
するために、電源電圧Ｖｄｄの１／２、すなわち、Ｖｂ
＝Ｖｄｄ／２となるようになされている。この電圧を、
以下、基準電位Ｖｒｅｆと呼ぶ。すなわち、基準電位Ｖ
ｒｅｆ＝Ｖｂ＝Ｖｄｄ／２である。

【０００７】ここで、前記入力キャパシタの容量とフィ
ードバックキャパシタの容量が等しい、すなわち、Ｃ１
＝Ｃ２＝Ｃｆであるとすると、前記出力電圧Ｖｏｕｔ＝
−（Ｖ（１）＋Ｖ（２））となり、両入力電圧の和に対
応する電圧が得られる。このようにして、２入力の加算
器が実現できる。また、上記の関係は任意の個数の電圧
が入力される場合にも成立するものであり、次式のよう
に一般的に表わすことができる。

【数３】 ここで、前記各入力キャパシタとフィードバックキャパ
シタの容量を等しくし、Ｃｉ＝Ｃｆとすることにより、
各入力電圧の和に対応する出力電圧を得ることができ
る。このようにして、多入力の加算器を実現することが
できる。

【０００８】なお、上記図７の（ａ）に示した反転増幅
器ＩＮＶにおいては、抵抗Ｒ１およびＲ２を用いること
によりＣＭＯＳインバータ９３のゲインを抑制して、発
振を防止していたが、他の構成を採用することによって
も、反転増幅器ＩＮＶの発振を防止することができる。
図７の（ｂ）はこのような反転増幅器ＩＮＶの構成の一
例を示す図である。この図に示すように、この反転増幅
器ＩＮＶにおいては、最終段の一つ前の段のＣＭＯＳイ
ンバータ９３の入出力間に抵抗ＲとキャパシタＣとの直
列回路を接続している。この抵抗ＲとキャパシタＣとの
直列回路は、ＣＭＯＳインバータ９３に対するネガティ
ブフィードバック回路として動作し、ＣＭＯＳインバー
タ９３の負荷となるため、反転増幅器ＩＮＶのゲインを
抑制することとなる。これにより、抵抗Ｒ１およびＲ２
による貫通電流が流れる前記図７（ａ）に示した場合と
比較して、より消費電力の少ないニューロ演算回路を構
成することが可能となる。

【０００９】このようなニューロ演算回路を使用したサ
ンプルホールド回路の構成例を図８に示す。図８におい
て、Ｖｉｎは入力電圧、ＳＷはサンプリングスイッチ、
Ｃｉｎは前記反転増幅器ＩＮＶの入力に直列に接続され
た入力キャパシタ、Ｃｆはフィードバックキャパシタ、
Ｖｏｕｔは出力電圧である。なお、ここで、前記入力キ
ャパシタＣｉｎとフィードバックキャパシタＣｆは同一
の容量を有するものとされている。また、前記サンプリ
ングスイッチＳＷは例えばＭＯＳトランジスタを用いた
スイッチ回路、例えばＣＭＯＳトランスミッションゲー
トなどにより構成されている。

【００１０】図８から明らかなように、このサンプルホ
ールド回路は前記図７（ａ）に示したニューロ演算回路
において入力端子を一つだけとした場合に相当してい
る。また、入力キャパシタＣｉｎの値とフィードバック
キャパシタＣｆの値とは等しい値に設定されているた
め、前記式（２）より、その出力電圧ＶｏｕｔはＶｏｕ
ｔ＝−Ｖｉｎとなる。したがって、最初は前記サンプリ
ングスイッチＳＷを閉成しておき、サンプリングタイミ
ングにおいて該サンプリングスイッチＳＷを開放するこ
とにより、該開放された時点における入力電圧の極性の
反転した電圧がこのサンプルホールド回路の出力端子か
ら出力され、次に前記サンプリングスイッチが閉成され
るまでその電圧が保持されることとなる。このようにし
て、前記ニューロ演算回路を用いてサンプルホールド回
路を実現することができる。

【００１１】次に、前記ニューロ演算回路を使用した乗
算回路の構成例を図９に示す。この図において、Ｖｉｎ
は入力電圧、Ｖｒｅｆは基準電位であり、Ｖｒｅｆ＝Ｖ
ｄｄ／２＝Ｖｂとされている。また、ＭＵＸ１〜ＭＵＸ
ｎはその第１の入力端子が前記入力電圧Ｖｉｎに接続さ
れ、その第２の入力端子が前記基準電位Ｖｒｅｆに接続
されたキャパシタ切替用マルチプレクサであり、それら
の出力端子はそれぞれ入力キャパシタＣ１〜Ｃｎに接続
されている。また、前記各キャパシタ切替用マルチプレ
クサＭＵＸ１〜ＭＵＸｎにはそれぞれ制御信号ｄ１〜ｄ
ｎが印加されており、この制御信号ｄｉ（ｉ＝１〜ｎ）
の値が「１」であるときに、前記第１の入力端子に印加
されている入力電圧Ｖｉｎが選択されて対応する入力キ
ャパシタＣｉに印加され、前記制御信号ｄｉの値が
「０」であるときには、前記基準電位Ｖｒｅｆ（＝Ｖ
ｂ）が選択されるようになされている。また、各入力キ
ャパシタＣ１〜Ｃｎの他端は反転増幅器ＩＮＶの入力側
の点Ｂに接続されており、反転増幅器ＩＮＶの出力側と
入力側との間にはフィードバックキャパシタＣｆが接続
されている。

【００１２】ここで、前記入力キャパシタＣ１〜Ｃｎの
容量は、次の式（４）に示す関係を満たすように、すな
わち、各入力キャパシタＣ１〜Ｃｎの容量の比が２のべ
き乗となるようになされている。

【数４】

【００１３】したがって、この場合の電荷保存式は次の
式（５）のようになる。

【数５】 ここで、Ｖｒｅｆ＝Ｖｂであるから、出力電圧Ｖｏｕｔ
は次の式（６）で表される。

【数６】 すなわち、各ビットがそれぞれ制御信号ｄ１〜ｄｎに対
応するｎビットの２進数と入力電圧Ｖｉｎとの乗算結果
が出力電圧Ｖｏｕｔとして得られることとなる。このよ
うにして、アナログ入力電圧とデジタルデータとの乗算
を実行するアナログデジタル乗算器を実現することがで
きる。

【００１４】次に、前記ニューロ演算回路を用いた積分
回路（累算回路）について図１０を参照して説明する。
この場合には、複数個（図１０に示した例においては、
４個）の入力キャパシタＣ１〜Ｃ４が設けられており、
各入力キャパシタＣ１〜Ｃ４はそれぞれ直列に接続され
た入力スイッチＳ１〜Ｓ４を介して入力信号が印加され
るようになされている。そして、各入力スイッチＳ１〜
Ｓ４は順次交互に駆動される制御信号ＣＴＬ１〜ＣＴＬ
４によりその開閉が制御されるようになされている。ま
た、この例においては、前記入力キャパシタＣ１〜Ｃ４
の容量と前記フィードバックキャパシタＣｆの容量との
間には、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４＝Ｃｆ／４という関係
があるものとし、累算結果の平均値の算出を実行するよ
うになされている。

【００１５】ここで、制御信号ＣＴＬ１がハイレベルと
なると、図１０（ａ）に示すように前記入力スイッチＳ
１が導通され、前記入力キャパシタＣ１を介して入力信
号ｉｎ１が印加され、入力信号ｉｎ１の反転した電圧が
出力される。そして、前記制御信号ＣＴＬ１がローレベ
ルになると入力スイッチＳ１が解放され、前述したサン
プルホールド回路の場合と同様に、その時点の入力電圧
Ｖ１がサンプルホールドされる。このとき、前記反転増
幅器ＩＮＶの出力には、Ｖｂを基準とする入力信号（Ｖ
１−Ｖｂ）に対応する出力電圧Ｖｏｕｔ−Ｖｂ＝−（Ｖ
１−Ｖｂ）／４が得られる。

【００１６】次に、前記制御信号ＣＴＬ２がハイレベル
となると、図１０の（ｂ）に示すように前記入力スイッ
チＳ２が導通となって、前記入力信号ｉｎ１が今度は前
記入力キャパシタＣ２を介して入力される。そして、前
記制御信号ＣＴＬ２がローレベルになると前記入力スイ
ッチＳ２が解放され、その時点における入力電圧Ｖ２が
サンプルされる。このとき、前記反転増幅器ＩＮＶの出
力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ−Ｖｂ＝−｛（Ｖ１−Ｖ
ｂ）＋（Ｖ２−Ｖｂ）｝／４となる。

【００１７】次に、前記制御信号ＣＴＬ３がハイレベル
となり、図１０の（ｃ）に示すように入力スイッチＳ３
が導通状態となると前記入力信号ｉｎ１は入力キャパシ
タＣ３を介して入力され、前記制御信号ＣＴＬ３がロー
レベルとなったときに、その時点の入力電圧Ｖ３がサン
プルホールドされる。同様にして、さらに制御信号ＣＴ
Ｌ４が駆動されたときは、入力スイッチＳ４が導通さ
れ、対応する入力電圧Ｖ４が前記入力キャパシタンスＣ
４を介して印加され、サンプルホールドされることとな
る。このとき、前記反転増幅器ＩＮＶの出力電圧Ｖｏｕ
ｔは、Ｖｏｕｔ−Ｖｂ＝−｛（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ
４）／４−Ｖｂ｝となり、前記各時点における各入力信
号の平均値が出力されることとなる。このように、各入
力キャパシタを介して時分割で信号を入力することによ
りこれらの積分処理（累算処理）を実行することができ
る。

【００１８】さて、このように構成されたニューロ演算
回路においては、前記反転増幅器や、入力キャパシタに
接続されているＭＯＳスイッチのオフ抵抗が無限大では
ないことなどの理由から、リーク電流が流れ、前記各入
力キャパシタおよびフィードバックキャパシタに残留電
荷が蓄積されてオフセット電圧が発生し、演算の精度が
劣化することがある。そこで、このような不都合を防ぐ
ために、周期的に前記入力キャパシタに前記基準電位を
入力するとともに前記フィードバックキャパシタを短絡
して、前記残留電荷を解消させること、すなわちリフレ
ッシュを行うようにしている。このリフレッシュを実行
するために、リフレッシュ時における演算を代替して実
行するためのニューロ演算回路を付加して、当該ニュー
ロ演算回路のリフレッシュを実行するようになされてい
る。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ニュ
ーロ演算回路を使用することにより、高速、高精度かつ
低消費電力の各種演算回路を構成することができる。し
かしながら、さらに回路規模を小さくし、消費電力を少
なくすることが求められている。

【００２０】そこで、本発明は、回路規模をより小さく
することができ、低消費電力とすることができるアナロ
グ演算回路を提供することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のアナログ演算回路は、反転増幅器と、該反
転増幅器の入力に接続される入力キャパシタと、前記反
転増幅器の出力と入力との間に接続されるフィードバッ
クキャパシタとを備えたアナログ演算回路において、前
記入力キャパシタとフィードバックキャパシタの組を複
数組設け、単一の前記反転増幅器を前記入力キャパシタ
とフィードバックキャパシタの組に選択的に接続するよ
うにしたものである。

【００２２】また、前記入力キャパシタにはスイッチが
直列に接続されており、前記アナログ演算回路は入力電
圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路とされ
ているものである。さらに、前記各組の入力キャパシタ
は複数個設けられており、前記アナログ演算回路は、前
記各入力キャパシタに印加される入力電圧の和に対応す
る電圧を出力するアナログ加算器とされているものであ
る。

【００２３】さらにまた、前記各組の入力キャパシタは
複数個設けられ、それぞれの入力キャパシタと当該入力
端子との間にそれぞれ順次駆動されるスイッチが直列に
接続されており、前記アナログ演算回路は入力電圧の累
算を行う積分回路とされているものである。さらにま
た、前記入力キャパシタとフィードバックキャパシタの
組は、前記反転増幅器に接続されていないときに、入力
側と出力側に基準電位が印加されて残留電荷を解消する
ようになされているものである。さらにまた、前記入力
キャパシタと信号入力端子との間および前記フィードバ
ックキャパシタと信号出力端子との間にそれぞれスイッ
チが設けられており、前記入力キャパシタとフィードバ
ックキャパシタの組が前記反転増幅器に接続されていな
いときに前の状態を保持することが必要である場合に
は、前記両スイッチが非導通状態とされるようになされ
ているものである。

【００２４】反転増幅器が動作するタイミングが重なり
あうことのない場合に、複数のアナログ演算回路におい
て共通の反転増幅器を使用することができるため、反転
増幅器の数を減少させることができ、回路規模を小さく
するとともに消費電力を低減することが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明のアナログ演算回路の各実
施の形態について説明する前に、まず、本発明の原理に
ついて説明する。前述したように、アナログ演算回路
（ニューロ演算回路）は、入力キャパシタと、反転増幅
器と、フィードバックキャパシタを備えている。これら
の構成要素のうち、入力キャパシタとフィードバックキ
ャパシタは電荷を保持するものであり、反転増幅器は入
力電圧による電荷の再配分を行うときの電圧供給源とし
て動作するものである。したがって、当該アナログ演算
回路による演算動作が実行されないタイミング、すなわ
ち入力電圧が印加されずに電荷の再配分が行われないタ
イミングにおいては、前記反転増幅器は使用されていな
い。

【００２６】図３は、この様子を説明するための図であ
り、図示するように、４つのサンプルホールド回路
（１）〜（４）が並列に設けられており、図示するよう
に時間的に互いに重なりあうことのないサンプルホール
ド制御信号が対応するサンプリングスイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４に印加されるようになされているものとする。い
ま、サンプルホールド回路（２）に対応するサンプルホ
ールド制御信号がオンであるとすると、サンプリングス
イッチＳＷ２が導通して、サンプルホールド回路（２）
には入力電圧Ｖｉ２が印加されて反転増幅器ＩＮＶ２は
動作しているが、他のサンプルホールド回路（１）、
（３）および（４）においてはサンプルされた電圧がそ
れぞれの入力キャパシタＣｉｎ、フィードバックキャパ
シタＣｆに保持されているだけで、反転増幅器ＩＮＶ
１、ＩＮＶ３およびＩＮＶ４は点線で示すように動作し
ていない。

【００２７】したがって、このような場合には、前記反
転増幅器ＩＮＶを前記サンプルホールド回路（１）〜
（４）により共用することが可能となる。すなわち、前
記反転増幅器ＩＮＶを１つだけ設け、前記第１のサンプ
ルホールド制御信号がハイレベルとなるタイミングにお
いては、該反転増幅器ＩＮＶを前記第１のサンプルホー
ルド回路（１）のフィードバックキャパシタＣｆ１およ
び入力キャパシタＣｉｎ１に接続し、第２のサンプルホ
ールド制御信号がハイレベルとなるタイミングでは、第
２のサンプルホールド回路（２）の入力キャパシタＣｉ
ｎ２およびフィードバックキャパシタＣｆ２に接続し、
以下、サンプルホールド制御信号が駆動されるタイミン
グに同期して対応する入力キャパシタおよびフィーバッ
クキャパシタに切り替え接続するようにする。これによ
り、複数のサンプルホールド回路において単一の反転増
幅器を設けるだけですむようになり、回路規模を小さく
するとともに、その消費電力の低減を図ることができる
ようになる。

【００２８】このような原理に基づいて構成された本発
明のアナログ演算回路の一実施の形態であるサンプルホ
ールド回路について、図１のブロック図を参照して説明
する。このサンプルホールド回路は、２つの入力信号を
サンプルホールドする回路において一つの反転増幅器を
共用するようにしたものである。図１において、１は反
転増幅器ＩＮＶであり、前述したように奇数個たとえば
３個直列に接続されたＣＭＯＳインバータにより構成さ
れている。この反転増幅器１の入力側にはスイッチ１４
とスイッチ２４が接続されており、出力側にはスイッチ
１５とスイッチ２５が接続されている。スイッチ１４お
よび１５は第１の制御信号ｃｔｌ１により導通制御さ
れ、スイッチ２４および２５は第２の制御信号ｃｔｌ２
により導通制御される。ここで、第１の制御信号ｃｔｌ
１と第２の制御信号ｃｔｌ２は同時には駆動されないよ
うになされている。

【００２９】また、１０は第１の入力信号ｉｎ１が印加
される第１の入力端子、１１は第１の入力キャパシタ、
１２は第１のフィードバックキャパシタ、１３は第１の
サンプリングスイッチ、１６は第１の出力端子である。
ここで、前記第１の入力キャパシタ１１の容量Ｃｉｎ１
は前記第１のフィードバックキャパシタ１２の容量Ｃｆ
１と等しい容量に設定されている。前記第１の制御信号
ｃｔｌ１が駆動されスイッチ１４および１５が導通され
たときに、これらの回路に前記反転増幅器１が接続され
る。なお、１７は基準電位Ｖｒｅｆを前記第１の入力キ
ャパシタ１１の入力側に接続するためのスイッチ、１８
は前記第１のフィードバックキャパシタに並列に接続さ
れたスイッチであり、いずれも、第１のリフレッシュ制
御信号ｒｅｆ１により導通制御され、第１の入力キャパ
シタ１１および第１のフィードバックキャパシタ１２に
蓄積された残留電荷を解消するためのリフレッシュ用ス
イッチである。

【００３０】さらに、２０は第２の入力信号が印加され
る第２の入力端子、２１は第２の入力キャパシタ、２２
は第２のフィードバックキャパシタ、２３は第２のサン
プリングスイッチ、２６は第２の出力端子であり、前記
第２の制御信号ｃｔｌ２が駆動されスイッチ２４および
２５が導通されたときに、前記反転増幅器１に接続され
る。なお、２７および２８は、前記入力キャパシタ２１
およびフィードバックキャパシタ２２に蓄積された残留
電荷を解消するためのリフレッシュスイッチであり、第
２のリフレッシュ制御信号ｒｅｆ２により制御される。

【００３１】このように構成されたサンプルホールド回
路の動作について、図２に示すシミュレーション波形図
を参照しながら説明する。ここで、前記第２の制御信号
ｃｔｌ２は前記第１の制御信号ｃｔｌ１を反転した信号
であるとする。

【００３２】図２に示すように、まず、前記第１の制御
信号ｃｔｌ１がハイレベル、第２の制御信号ｃｔｌ２が
ローレベルとされる。このときは、前記スイッチ１４お
よび１５が導通状態とされ、スイッチ２４および２５が
開放状態となる。したがって、前記第１の入力キャパシ
タ１１が前記反転増幅器１の入力に接続され、また、前
記第１のフィードバックキャパシタ１２が前記反転増幅
器１の出力と入力とのあいだに接続される。一方、前記
第２の入力キャパシタ２１および第２のフィードバック
キャパシタ２２は前記スイッチ２４および２５が非導通
とされているため、前記反転増幅器１から切り離されて
いる。

【００３３】サンプルホールド動作の開始に先立って、
前記第１の入力キャパシタ１１およびフィードバックキ
ャパシタ１２に蓄積されている残留電荷を解消するため
に、まず、前記第１のリフレッシュ制御信号ｒｅｆ１が
ハイレベルとされる。これにより、前記スイッチ１７が
導通され、基準電位Ｖｒｅｆが前記第１の入力キャパシ
タ１１の入力側に印加される。また、前記スイッチ１８
が導通され、前記フィードバックキャパシタ１２の両端
が短絡される。これにより、前記入力キャパシタ１１お
よびフィードバックキャパシタ１２に蓄積されていた残
留電荷が解消され、正確なサンプリング動作が保証され
る。このとき、前記第１の出力端子１６からの出力電圧
は基準電位Ｖｒｅｆとなる。

【００３４】次に、時刻ｔ１に第１のサンプリングクロ
ック信号ｓｃｌｋ１がハイレベルとなり、前記サンプリ
ングスイッチ１３が導通状態とされて、前記第１の入力
端子１０に印加されている第１の入力信号ｉｎ１が前記
第１の入力キャパシタ１１の入力側に印加される。これ
により、前記反転増幅器１により電荷の再配分が実行さ
れ、前述したように、前記第１の出力端子１６からは前
記第１の入力電圧ｉｎ１の極性を反転した電圧（Ｖｄｄ
−ｉｎ１）が出力される。ここで、Ｖｄｄ＝２・Ｖｒｅ
ｆである。

【００３５】次に時刻ｔ２に前記第１の制御信号ｃｔｌ
１がローレベル、第２の制御信号ｃｔｌ２がハイレベ
ル、前記第１のサンプリングクロック信号ｓｃｌｋ１が
ローレベルとなる。これにより、前記スイッチ１４およ
び１５が非導通とされて前記反転増幅器１と前記第１の
入力キャパシタ１１および前記第１のフィードバックキ
ャパシタ１２とが切り離される。また、前記第１のサン
プリングスイッチ１３も解放され、前記入力キャパシタ
１１および前記フィードバックキャパシタ１２に蓄積さ
れた電荷が保持されて、このタイミングｔ２における出
力電圧Ｖｄｄ−ｉｎ１がホールドされる。

【００３６】一方、前記スイッチ２４および２５が導通
状態とされ、前記第２の入力キャパシタ２１および前記
第２のフィードバックキャパシタ２２が前記反転増幅器
１に接続される。ここで、この第２のサンプルホールド
回路についてはその動作の開始であるので、前記第２の
リフレッシュ制御信号ｒｅｆ２がハイレベルとされる。
これにより、前記リフレッシュスイッチ２７が導通して
前記第２の入力キャパシタ２１の入力側に前記基準電位
Ｖｒｅｆが印加され、前記第２のフィードバックキャパ
シタ２２が前記リフレッシュスイッチ２８により短絡さ
れることとなり、前記第２の入力キャパシタ２１および
第２のフィードバックキャパシタ２２に蓄積されていた
残留電荷が解消される。このとき、第２の出力端子２６
からは基準電位Ｖｒｅｆが出力される。

【００３７】次に時刻ｔ３に、前記第２のサンプリング
クロックｓｃｌｋ２がハイレベルとなる。これにより、
前記第２のサンプリングスイッチ２３が導通状態とな
り、前記第２の入力キャパシタ２１に前記第２の入力端
子２０からの入力信号電圧ｉｎ２が印加される。これに
応じて、前記反転増幅器１を通じて前記第２の入力キャ
パシタ２１および前記第２のフィードバックキャパシタ
２２の電荷の再配分が行われ、前記第２の出力端子２６
からは出力電圧ｏｕｔ２＝Ｖｄｄ−ｉｎ２が出力され
る。

【００３８】次に時刻ｔ４に、前記第１の制御信号ｃｔ
ｌ１がハイレベル、前記第２の制御信号ｃｔｌ２がロー
レベル、前記第２のサンプリングクロック信号ｓｃｌｋ
２がローレベルとなる。これにより、前記スイッチ２４
および２５が非導通状態とされ前記反転増幅器１と前記
第２の入力キャパシタ２１および前記第２のフィードバ
ックキャパシタ２２とが切り離される。また、前記第２
のサンプリングスイッチ２３も解放されるため、前記第
２の入力キャパシタ２１および前記第２のフィードバッ
クキャパシタ２２に蓄積された電荷はそのまま保持さ
れ、前記第２の出力端子２６からは、時刻ｔ４の時点の
出力電圧がそのままホールドされて出力される。一方、
前記スイッチ１４および１５は導通状態とされるため、
前記第１の入力キャパシタ１１および前記第１のフィー
バックキャパシタ１２が前記反転増幅器１と接続される
こととなる。このとき、前記第１の出力端子１６からは
前記ホールドされていた電圧がそのまま出力される。

【００３９】次に、時刻ｔ５に前記第１のサンプリング
クロック信号ｓｃｌｋ１がハイレベルとなると、前記ス
イッチ１３が導通状態とされ、前記第１の入力端子１０
の入力電圧ｉｎ１が前記第１の入力キャパシタ１１の入
力側に印加される。これにより、前述の場合と同様に、
第１の出力端子１６からは出力電圧Ｖｄｄ−ｉｎ１が出
力されることとなる。

【００４０】次に時刻ｔ６に前記第１の制御信号ｃｔｌ
１がローレベル、第２の制御信号ｃｔｌ２がハイレベ
ル、前記第１のサンプリングクロック信号ｓｃｌｋ１が
ローレベルとなる。これにより、前記反転増幅器１と前
記第１の入力キャパシタ１１および前記第１のフィード
バックキャパシタ１２とが切り離される。また、前記第
１のサンプリングスイッチ１３も非導通とされ、前記第
１の出力端子１６からは時刻ｔ６における出力電圧がホ
ールドされる。一方、前記スイッチ２４および２５の導
通により、前記第２の前記第２の入力キャパシタ２１お
よび前記第２のフィードバックキャパシタ２２が前記反
転増幅器１に接続される。このとき、前記第２のサンプ
リングクロック信号ｓｃｌｋ２はまだローレベルとされ
ているので、前記第２の出力端子２６からは前記時刻ｔ
４においてホールドされた電圧が出力される。

【００４１】次に時刻ｔ７に前記第２のサンプリングク
ロック信号ｓｃｌｋ２がハイレベルとされる。これによ
り、前記第２の入力端子２０の入力信号が前記第２の入
力キャパシタ２１に印加され、前述のようにして、前記
第２の出力端子２６からは出力電圧Ｖｄｄ−ｉｎ２が出
力されることとなる。このようにして、２つの入力信号
に対するサンプルホールドを単一の反転増幅器を用いて
実行することができる。これにより、回路規模を少なく
するとともに、低消費電力化を図ることができる。

【００４２】さて、上述した実施の形態は、本発明の原
理をサンプリングホールド回路に適用したものであった
が、本発明は、サンプリングホールド回路に限られるこ
とはなく、前記図７、図９あるいは図１０に記載したよ
うな各種のアナログ演算回路に適用することが可能であ
る。

【００４３】このような本発明の実施の形態のうちの一
例として、複数の演算式のうちの１つを選択して実行す
ることができる演算回路に本発明を適用した実施の形態
について図４を参照して説明する。このような複数の演
算式のうちの一つを選択して実行する回路は、例えばタ
ップ数を切り替えることのできるマッチドフィルタなど
に使用される。

【００４４】図４において、破線で囲まれた部分Ａは、
次の式（７）により表わされる演算を実行する。

【数７】 すなわち、このＡの部分が反転増幅器ＩＮＶに接続され
たときには、１６個の入力電圧Ｘ１〜Ｘ１６に対し、そ
れぞれフィードバックキャパシタＣｆａと対応する入力
キャパシタＣａ１〜Ｃａ１６により決定される係数Ａｉ
（ｉ＝１〜１６）を乗算してその総和を算出する回路で
ある。

【００４５】また、下部に記載された破線で囲まれた部
分Ｂは、次の式（８）により表わされる演算を実行する
回路である。

【数８】 すなわち、このＢの部分は、反転増幅器ＩＮＶに接続さ
れたときに、３２個の入力電圧Ｘ１〜Ｘ３２に対し、そ
れぞれフィードバックキャパシタＣｆｂと対応する入力
キャパシタＣｂ１〜Ｃｂ３２により決定される係数Ａｉ
（ｉ＝１〜３２）を乗算してその総和を算出する回路で
ある。

【００４６】この図４のように構成された演算回路にお
いて、１６タップの演算を実行する場合には制御信号ｃ
ｔｌａを駆動して前記反転増幅器ＩＮＶをＡ側に接続
し、３２タップの演算を実行する場合には制御信号ｃｔ
ｌｂを駆動して前記反転増幅器ＩＮＶをＢ側に接続す
る。このように構成することにより、それぞれの演算に
対応する演算回路を独立して設ける場合に比べて、回路
規模を小さくすることができ、消費電力も低減すること
が可能となる。

【００４７】次に、本発明を演算回路のリフレッシュに
適用した実施の形態について、図５を参照して説明す
る。前述したように、従来においては、周期的にリフレ
ッシュを行うために、リフレッシュ中の演算を代替して
実行するための演算回路を用意していたが、本発明のこ
の実施の形態によれば、入力キャパシタとフィードバッ
クキャパシタのみを用意することにより、リフレッシュ
を実行することができるようになる。

【００４８】図５において、通常時は、破線で囲まれた
Ａの部分は反転増幅器ＩＮＶに接続されて当該演算動作
を実行しており、破線で囲まれたＢの部分は待機してい
る。リフレッシュを実行するタイミングになると、Ａの
部分が前記反転増幅器ＩＮＶから切り離され、Ｂの部分
が反転増幅器ＩＮＶに接続される。同時に、Ａの部分の
入力キャパシタの入力側およびフィードバックキャパシ
タの出力側に基準電位Ｖｒｅｆが印加される。一方、Ｂ
の部分の入力キャパシタに入力電圧Ｖｉｎが印加され
る。これにより、当該演算はＢの部分により実行され、
出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。また、Ａの部分の入力
キャパシタおよびフィードバックキャパシタに蓄積され
ていた残留電荷は解消され、リフレッシュが行われる。
リフレッシュが終了すると、再び、Ａの部分が反転増幅
器ＩＮＶに接続されて演算を実行し、Ｂの部分は切り離
されて待機状態となる。このようにして、少ない回路規
模で、確実にリフレッシュを実行することが可能とな
る。

【００４９】次に、本発明を前記積分回路に適用した実
施の形態について図６を参照して説明する。この回路は
サンプリングタイミングがずれている複数のチャンネル
（この例においては、２チャンネル）の入力信号につい
てそれぞれ積分処理を並列に実行することができるよう
になされた多チャンネル積分回路である。図６におい
て、Ａの部分は反転増幅器ＩＮＶに接続されたときに第
１のチャンネルの入力信号の積分を行う部分であり、Ｂ
の部分は第２のチャンネルの入力信号の積分を行う部分
である。また、第１のチャンネルに対応する制御信号Ｃ
ＴＬａ１〜ＣＴＬａ４と第２のチャンネルに対応する制
御信号ＣＴＬｂ１〜ＣＴＬｂ４は、図６の左側に記載さ
れているように、それぞれタイミングが重なりあわない
ようになされている。

【００５０】また、ｃｔｌａは反転増幅器ＩＮＶを前記
Ａの部分に接続するための制御信号であり、前記第１の
チャンネルに対応する制御信号の和ＣＴＬａ１＋…＋Ｃ
ＴＬａ４に対応している。さらに、ｃｔｌｂは前記反転
増幅器ＩＮＶを前記Ｂの部分に接続するための制御信号
であり、前記第２のチャンネルに対応する制御信号の和
ＣＴＬｂ１＋…＋ＣＴＬｂ４に対応している。

【００５１】このように構成された積分回路において、
第１のチャンネルの入力信号が入力されるタイミングに
おいては、前記制御信号ｃｔｌａが駆動されて前記Ａの
部分が前記反転増幅器ＩＮＶに接続されるとともに、前
記制御信号ＣＴＬａ１〜ＣＴＬａ４のうちの対応する信
号が駆動される。これにより、前記図１０に関して説明
したと同様にして、前記第１のチャンネルの入力信号の
積分演算（累算処理）が実行される。また、第２のチャ
ンネルの入力信号が入力されるタイミングにおいては、
前記制御信号ｃｔｌｂが駆動されて前記Ｂの部分が反転
増幅器ＩＮＶに接続される。そして、前記制御信号ＣＴ
Ｌｂ１〜ＣＴＬｂ４のうちの対応する信号が駆動され、
前述のようにサンプリングされて積分処理が実行され
る。このようにして、それぞれの入力信号のタイミング
に対応して、前記反転増幅器ＩＮＶが対応する入力キャ
パシタとフィードバックキャパシタの組に接続され、時
分割で積分処理を実行することができる。これにより、
回路規模を小さくし、消費電力を低減することが可能と
なる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアナログ
演算回路によれば、単一の反転増幅器を複数のアナログ
演算を実行するために共用することが可能となり、回路
規模を小さくすることができるとともに、消費電力を低
減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアナログ演算回路の一実施の形態で
あるサンプルホールド回路の構成例を示すブロック図で
ある。

【図２】 図１に示したサンプルホールド回路の動作を
説明するためのタイミングチャートである。

【図３】 本発明のアナログ演算回路の動作原理を説明
するための図である。

【図４】 本発明のアナログ演算回路の他の実施の形態
である加算器の構成例を示すブロック図である。

【図５】 本発明のアナログ演算回路のさらに他の実施
の形態の構成例を示すブロック図である。

【図６】 本発明のアナログ演算回路のさらに他の実施
の形態の構成例を示すブロック図である。

【図７】 アナログ演算回路の構成を示す図である。

【図８】 従来のサンプルホールド回路の構成例を示す
図である。

【図９】 従来のアナログデジタル演算回路の構成例を
示す図である。

【図１０】 従来の積分回路の構成および動作を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１ 反転増幅器 １０、２０ 入力端子 １１、１２、２１、２２ キャパシタ １３、１４、１５、１７、１８、２３、２４、２５、２
７、２８ スイッチ １６、２６ 出力端子 ９２、９３、９４ ＣＭＯＳインバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06G 7/16 G06G 7/186

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反転増幅器と、該反転増幅器の入力に
   接続される入力キャパシタと、前記反転増幅器の出力と
   入力との間に接続されるフィードバックキャパシタとを
   備えたアナログ演算回路において、前記入力キャパシタ
   とフィードバックキャパシタの組を複数組設け、単一の
   前記反転増幅器を前記入力キャパシタとフィードバック
   キャパシタの組に選択的に接続するようにしたことを特
   徴とするアナログ演算回路。
2. 【請求項２】 前記入力キャパシタにはスイッチが直
   列に接続されており、前記アナログ演算回路は入力電圧
   をサンプルホールドするサンプルホールド回路とされて
   いることを特徴とする前記請求項１記載のアナログ演算
   回路。
3. 【請求項３】 前記各組の入力キャパシタは複数個設
   けられており、前記アナログ演算回路は、前記各入力キ
   ャパシタに印加される入力電圧の和に対応する電圧を出
   力するアナログ加算器とされていることを特徴とする前
   記請求項１記載のアナログ演算回路。
4. 【請求項４】 前記各組の入力キャパシタは複数個設
   けられ、それぞれの入力キャパシタと当該入力端子との
   間にそれぞれ順次駆動されるスイッチが直列に接続され
   ており、前記アナログ演算回路は入力電圧の累算を行う
   積分回路とされていることを特徴とする前記請求項１記
   載のアナログ演算回路。
5. 【請求項５】 前記入力キャパシタとフィードバック
   キャパシタの組は、前記反転増幅器に接続されていない
   ときに、入力側と出力側に基準電位が印加されて残留電
   荷を解消するようになされていることを特徴とする前記
   請求項１記載のアナログ演算回路。
6. 【請求項６】 前記入力キャパシタと信号入力端子と
   の間および前記フィードバックキャパシタと信号出力端
   子との間にそれぞれスイッチが設けられており、 前記入力キャパシタとフィードバックキャパシタの組が
   前記反転増幅器に接続されていないときに前の状態を保
   持することが必要である場合には、前記両スイッチが非
   導通状態とされることを特徴とする前記請求項１記載の
   アナログ演算回路。