JP3876145B2 - Subtraction circuit - Google Patents
Subtraction circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP3876145B2 JP3876145B2 JP2001324503A JP2001324503A JP3876145B2 JP 3876145 B2 JP3876145 B2 JP 3876145B2 JP 2001324503 A JP2001324503 A JP 2001324503A JP 2001324503 A JP2001324503 A JP 2001324503A JP 3876145 B2 JP3876145 B2 JP 3876145B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- operational amplifier
- subtraction circuit
- signals
- turned
- capacitances
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの入力信号の差分の電圧を算出する減算回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の減算回路の一例の構成回路図である。
同図に示す減算回路30は、信号v1と信号v2との差分の電圧を算出し、信号VOUTとして増幅出力するものであり、信号v1,v2のサンプリング用のN型MOSトランジスタ(以下、NMOSという)14a,14bおよびホールド用のキャパシタンス16a,16bの他、オペアンプ18と、NMOS20,28と、キャパシタンス22とを備えている。
【0003】
ここで、NMOS14a,14bは、それぞれ信号v1,v2とキャパシタンス16a,16bの図中左側の端子との間に接続され、キャパシタンス16a,16bの図中右側の端子は、それぞれオペアンプ18の−端子および+端子に接続されている。また、オペアンプ18の−端子と出力端子との間には、NMOS20およびキャパシタンス22が並列に接続されている。また、NMOS28は、キャパシタンス16a,16bの図中左側の端子の間に接続されている。
【0004】
NMOS14a,14b,20のゲートには、共にサンプリングクロックφ1が入力され、NMOS28のゲートには、サンプリングクロックφ1の反転クロックφ2が入力されている。また、オペアンプ18の+端子は仮想接地されている。なお、以下の説明では、キャパシタンス16a,16b,22の静電容量をそれぞれC1,C2,C3とする。
【0005】
まず、サンプリングクロックφ1がハイレベル、すなわち、その反転クロックφ2がロウレベルの期間、NMOS14a,14b,20はオン、NMOS28はオフする。この時、キャパシタンス16a,16bは、それぞれNMOS14a,14bを介して信号v1,v2の電圧までチャージアップされ、その電荷量は、それぞれQ1=C1・v1,Q2=C2・v2となる。また、キャパシタンス22の両端は同電位の0Vとなるから、Q3=0である。
【0006】
続いて、サンプリングクロックφ1がロウレベル、すなわち、その反転クロックφ2がハイレベルの期間、NMOS14a,14b,20はオフ、NMOS28はオンする。この時、キャパシタンス16a,16bの図中左側の端子は、NMOS28を介してショートされ、同電位のv3となる。これにより、キャパシタンス16a,16bの電荷量は、それぞれQ1’=C1・v3,Q2’=C2・v3となる。
【0007】
Q1+Q2=Q1’+Q2’であるから、C1・v1+C2・v2=C1・v3+C2・v3となり、従って、v3=(C1・v1+C2・v2)/(C1+C2)となる。また、前述のように、Q1’=C1・v3であるから、Q1’=C1・(C1・v1+C2・v2)/(C1+C2)となり、VOUT=(Q1−Q1’)/C3=(C1・v1−C1・(C1・v1+C2・v2)/(C1+C2))/C3となる。
【0008】
ここで、C1=C2=Cとすると、VOUT=((v1−v2)/2)・C/C3となり、減算回路30では、信号v1と信号v2との差分の電圧が算出される。
【0009】
ところで、図示例の減算回路30は、構造上、キャパシタンス16aとキャパシタンス22が直列に接続されている。
【0010】
このため、オペアンプ18の出力端子に比較的大きな負荷が接続されていない場合には、図5に概念的に示すように、サンプリングクロックφ1がハイレベルの期間、すなわち、信号v1,v2のサンプリング期間に、高域で信号v1が出力VOUT側に漏れ、演算回路30の演算精度が低下するという問題があった。
【0011】
これに対し、オペアンプ18の出力端子に大きな負荷が接続されていれば、信号v1の高域成分を吸収することができ、高精度に減算処理を行うことができるが、オペアンプ18の出力端子に大きな負荷が接続されていると、高速に減算処理を行うことができないという問題があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、高精度かつ高速に減算処理を行うことができる減算回路を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、第1および第2の信号をそれぞれサンプリングする第1および第2のスイッチ素子と、これらの第1および第2のスイッチ素子によってそれぞれサンプリングされた第1および第2の信号をそれぞれホールドする第1および第2の容量素子と、第1および第2の入力端子が前記第1および第2の容量素子の一方の端子にそれぞれ接続され、前記第2の入力端子が仮想接地されたオペアンプと、このオペアンプの出力端子と前記第1の入力端子との間に並列に接続された第3のスイッチ素子および第3の容量素子と、前記オペアンプの出力端子とグランドとの間に直列に接続された第4のスイッチ素子および第4の容量素子と、前記第1および第2の容量素子の他方の端子の間に接続された第5のスイッチ素子とを備え、
前記第1、第2、第3および第4のスイッチ素子はサンプリングクロックに同期してオンし、前記第5のスイッチ素子は前記サンプリングクロックの反転クロックに同期してオンすることを特徴とする減算回路を提供するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に示す好適実施例に基づいて、本発明の減算回路を詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明の減算回路の一実施例の構成回路図である。
同図に示す減算回路10は、それぞれ信号源12aおよび12bから供給される2つの信号v1,v2の差分の電圧を持つ信号を増幅出力するものであり、N型MOSトランジスタ(以下、NMOSという)14a,14b,20,24,28と、キャパシタンス16a,16b,22,26と、オペアンプ18とを備えている。
【0016】
ここで、図1に示す本発明の減算回路10と図4に示す従来の減算回路30との違いは、オペアンプ18の出力端子とグランドとの間に、NMOS24およびキャパシタンス26を直列に接続した点だけである。従って、図1に示す減算回路10において、図4に示す減算回路30と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【0017】
なお、信号源12a,12bは、減算回路10に供給される2つの信号v1,v2の発生手段を概念的に示したものであり、その図中左側の端子はグランドに接続されている。信号v1,v2は、サイン波(正弦波)のような交流の信号でもよいし、直流の信号でもよい。また、信号v1,v2の周波数や振幅も何ら限定されない。
【0018】
図示例の減算回路10において、まず、NMOS14a,14bは、信号v1,v2をそれぞれサンプリングするためのスイッチ素子であり、それぞれ信号源12a,12bの図中右側の端子とキャパシタンス16a,16bの左側の端子との間に接続されている。
【0019】
以下順に、キャパシタンス16a,16bは、NMOS14a,14bによってそれぞれサンプリングされた信号v1,v2の電圧をそれぞれホールドする容量素子である。
【0020】
オペアンプ18は、キャパシタンス16a,16bの保持する電圧の差分の電圧を持つ信号VOUTを増幅出力するものであり、その−端子および+端子は、それぞれキャパシタンス16a,16bの図中右側の端子に接続されている。なお、オペアンプ18の+端子は図4に示す減算回路30と同じように仮想接地されている。
【0021】
また、キャパシタンス22は、キャパシタンス16a,16bの保持する電圧の差分の電圧を保持するものであり、NMOS20と並列にオペアンプ18の出力端子と−端子との間に接続されている。NMOS24およびキャパシタンス26は、前述の通り、オペアンプ18の出力端子とグランドとの間に直列に接続されている。NMOS28は、キャパシタンス16a,16bの図中左側の端子の間に接続されている。
【0022】
NMOS14a,14b,20,24のゲートにはいずれもサンプリングクロックφ1が入力されており、NMOS14a,14b,20,24は、サンプリングクロックφ1がハイレベルの期間にオンし、ロウレベルの期間にオフとなる。また、NMOS28のゲートにはサンプリングクロックφ1の反転クロックφ2が入力されており、NMOS28は、反転クロックφ2がハイレベルの期間にオンし、ロウレベルの期間にオフとなる。
【0023】
なお、以下の説明では、キャパシタンス16a,16b,22,26の静電容量をそれぞれC1,C2,C3,C4とする。
【0024】
減算回路10の基本動作は、図4に示す減算回路30と同じであるから、以下の説明では、減算回路30とは違う部分のみを説明する。
【0025】
まず、サンプリングクロックφ1がハイレベル、すなわち、その反転クロックφ2がロウレベルの期間、NMOS14a,14b,20,24はオン、NMOS28はオフする。
【0026】
この時、オペアンプ18の出力端子に、NMOS24を介してキャパシタンス26が電気的に接続される。本構造の減算回路10では、信号v1の高域成分が、キャパシタンス16a,22を介して、オペアンプ18の出力端子側に漏れるという現象が発生するのは従来技術の説明の欄で述べた通りである。しかし、本発明の減算回路10では、この信号v1の高域成分をキャパシタンス26で吸収するため、高精度に減算処理を行うことができる。
【0027】
続いて、サンプリングクロックφ1がロウレベル、すなわち、その反転クロックφ2がハイレベルの期間、NMOS14a,14b,20,24はオフ、NMOS28はオンする。
【0028】
この時、オフしたNMOS24によって、オペアンプ18の出力端子からキャパシタンス26が電気的に切り離される。従って、サンプリング期間後は、高速に減算処理を行うことができる。
【0029】
ここで、図2に示すように、信号v1,v2をLPF(ロウパスフィルタ)28a,28bを介して減算回路10に入力した場合の、オペアンプ18の出力信号VOUTのゲイン(gain)(dB)と周波数(f)との間の関係を図3のグラフに示す。このグラフに示すように、従来の減算回路30では、高域でゲインが急上昇するのに対して、本発明の減算回路10では、高域でのゲインの上昇を抑えることができ、高精度に減算処理を行うことができる。
【0030】
なお、上記実施例では、スイッチ素子としてNMOSを用いているが、これに限定されず、P型MOSトランジスタを用いてもよいし、これ以外の同じ機能を果たすスイッチ素子を用いてもよい。
【0031】
本発明の減算回路は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の減算回路について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【0032】
【発明の効果】
以上詳細に説明した様に、本発明の減算回路は、オペアンプの出力端子とグランドとの間に、直列に接続されたスイッチ素子および容量素子を備え、信号のサンプリング期間に、スイッチ素子を介して容量素子をオペアンプの出力端子に電気的に接続し、サンプリング期間後は、オペアンプの出力端子から容量素子を電気的に切り離すようにしたものである。
これにより、本発明の減算回路によれば、サンプリング期間中に、オペアンプの出力端子側に漏れる信号の高域成分を吸収し、サンプリング期間後は、高精度かつ高速に減算処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の減算回路の一実施例の構成回路図である。
【図2】 本発明の減算回路の別の実施例の構成回路図である。
【図3】 本発明の減算回路および従来の減算回路の周波数特性を表す一実施例のグラフである。
【図4】 従来の減算回路の一例の構成回路図である。
【図5】 従来の減算回路のサンプリング時の動作を表す一例の構成概念図である。
【符号の説明】
10,30 減算回路
12a,12b 信号源
14a,14b,20,24,28 N型MOSトランジスタ
16a,16b,22,26 キャパシタンス
28a,28b LPF
18 オペアンプ
φ1 サンプリングクロック
φ2 反転クロック
v1,v2,VOUT 信号
C1,C2,C3,C4 静電容量[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a subtraction circuit that calculates a voltage difference between two input signals.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a configuration circuit diagram of an example of a conventional subtraction circuit.
The
[0003]
Here, the
[0004]
The sampling clock φ1 is input to the gates of the
[0005]
First, the
[0006]
Subsequently, the
[0007]
Since Q1 + Q2 = Q1 ′ + Q2 ′, C1 · v1 + C2 · v2 = C1 · v3 + C2 · v3, and thus v3 = (C1 · v1 + C2 · v2) / (C1 + C2). As described above, since Q1 ′ = C1 · v3, Q1 ′ = C1 · (C1 · v1 + C2 · v2) / (C1 + C2), and VOUT = (Q1−Q1 ′) / C3 = (C1 · v1) −C1 · (C1 · v1 + C2 · v2) / (C1 + C2)) / C3.
[0008]
Here, if C1 = C2 = C, VOUT = ((v1−v2) / 2) · C / C3, and the
[0009]
By the way, the
[0010]
Therefore, when a relatively large load is not connected to the output terminal of the
[0011]
On the other hand, if a large load is connected to the output terminal of the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a subtracting circuit that can solve the problems based on the prior art and perform subtraction processing with high accuracy and high speed.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides first and second switch elements for sampling first and second signals, respectively, and first and second switch elements sampled by the first and second switch elements, respectively. The first and second capacitive elements for holding the second and second signals, respectively, and the first and second input terminals are respectively connected to one terminal of the first and second capacitive elements, and the second An operational amplifier whose input terminal is virtually grounded, a third switch element and a third capacitive element connected in parallel between the output terminal of the operational amplifier and the first input terminal, and an output terminal of the operational amplifier A fourth switch element and a fourth capacitor element connected in series with the ground, and a fifth switch element connected between the other terminals of the first and second capacitor elements. And an element,
The first, second, third and fourth switching elements are turned on in synchronization with a sampling clock, and the fifth switching element is turned on in synchronization with an inverted clock of the sampling clock. A circuit is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, the subtraction circuit of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is a configuration circuit diagram of an embodiment of a subtraction circuit of the present invention.
A subtracting
[0016]
The difference between the
[0017]
The
[0018]
In the subtracting
[0019]
In the following, the
[0020]
The
[0021]
Further, the
[0022]
The sampling clock φ1 is input to the gates of the
[0023]
In the following description, the capacitances of the
[0024]
Since the basic operation of the
[0025]
First, the
[0026]
At this time, the
[0027]
Subsequently, the
[0028]
At this time, the
[0029]
Here, as shown in FIG. 2, the gain (gain) (dB) of the output signal VOUT of the
[0030]
In the above-described embodiment, NMOS is used as the switch element. However, the present invention is not limited to this, and a P-type MOS transistor may be used, or other switch elements that perform the same function may be used.
[0031]
The subtraction circuit of the present invention is basically as described above.
The subtraction circuit of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. .
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail, the subtraction circuit of the present invention includes the switch element and the capacitor element connected in series between the output terminal of the operational amplifier and the ground, and through the switch element during the signal sampling period. The capacitive element is electrically connected to the output terminal of the operational amplifier, and after the sampling period, the capacitive element is electrically disconnected from the output terminal of the operational amplifier.
Thereby, according to the subtraction circuit of the present invention, the high frequency component of the signal leaking to the output terminal side of the operational amplifier can be absorbed during the sampling period, and the subtraction process can be performed with high accuracy and high speed after the sampling period. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration circuit diagram of an embodiment of a subtraction circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration circuit diagram of another embodiment of the subtraction circuit of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an example of frequency characteristics of the subtraction circuit of the present invention and the conventional subtraction circuit.
FIG. 4 is a configuration circuit diagram of an example of a conventional subtraction circuit.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an example of an operation during sampling of a conventional subtraction circuit.
[Explanation of symbols]
10, 30
18 Op-amp φ1 Sampling clock φ2 Inverted clock v1, v2, VOUT Signals C1, C2, C3, C4 Capacitance
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001324503A JP3876145B2 (en) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | Subtraction circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001324503A JP3876145B2 (en) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | Subtraction circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003132300A JP2003132300A (en) | 2003-05-09 |
JP3876145B2 true JP3876145B2 (en) | 2007-01-31 |
Family
ID=19141222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001324503A Expired - Fee Related JP3876145B2 (en) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | Subtraction circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3876145B2 (en) |
-
2001
- 2001-10-23 JP JP2001324503A patent/JP3876145B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003132300A (en) | 2003-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH08130422A (en) | Low voltage switching capacitance circuit using switching operational amplifier with maximum voltage swing | |
CN112042117A (en) | Class D amplifier with multiple independent output stages | |
US8324968B2 (en) | Amplifier circuit, signal processor circuit, and semiconductor integrated circuit device | |
JP2004523830A5 (en) | ||
US5847601A (en) | Switched capacitor common mode feedback circuit for differential operational amplifier and method | |
EP3286833B1 (en) | Method and apparatus for mixing signals using charge canceller circuit | |
JP2762868B2 (en) | Voltage comparison circuit | |
CN103346765A (en) | Gate-source following sampling switch | |
TW200300557A (en) | Sampling and hold circuit | |
CN111295844B (en) | Top plate sampling circuit | |
JP3801112B2 (en) | Image reading signal processing apparatus | |
JP3876145B2 (en) | Subtraction circuit | |
US5923206A (en) | Charge injection cancellation technique | |
US6833753B2 (en) | Method and system for signal dependent boosting in sampling circuits | |
JP2001111419A (en) | Charge pump circuit | |
JPS5899033A (en) | Integrated circuit device | |
JP4520177B2 (en) | Signal processing circuit | |
JP3991350B2 (en) | Switched capacitor circuit | |
JPH11234088A (en) | Switched capacitor circuit | |
KR100307522B1 (en) | Differential circuit | |
JPH06301800A (en) | Switched capacitor integrator | |
JPH0340300A (en) | Sample-and-hold circuit | |
CN107317570B (en) | Common mode level generating circuit | |
JPS6112638Y2 (en) | ||
JPH0831778B2 (en) | Switch switch circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040527 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061016 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061024 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061030 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3876145 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |