JP4441495B2

JP4441495B2 - 差動型スイッチドキャパシタｃｖ変換回路

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Publication number: JP4441495B2
Application number: JP2006033585A
Authority: JP
Inventors: 宏阿部
Original assignee: 株式会社エーシーティー・エルエスアイ
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2010-03-31
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Description

この発明は、さまざまな物理量センサとして応用される差動静電容量型センサの初段の信号処理を行う差動型スイッチドキャパシタＣＶ（静電容量／電圧）変換回路に関し、とくに、オフセット容量の大きなセンサであっても高利得でセンサ検出信号を抽出することを可能にする技術改良に関する。

＝＝＝原理的なスイッチドキャパシタＣＶ変換回路＝＝＝
図１に示した回路図に基づいて、スイッチドキャパシタＣＶ変換回路の基本原理を説明する。図１において、センサキャパシタＣｓの静電容量が、圧力や加速度といったセンシングの対象となる物理量に応じて変化する。センサキャパシタＣｓの一端は一定の正電圧源Ｖｆに接続されている。Ｃｓの他端は、スイッチＳＷ１を介して一定の負電圧源−Ｖｄに接続されるとともに、スイッチＳＷ２を介して演算増幅器１の反転入力に接続される。演算増幅器１の非反転入力は基板電位Ｖｒに接続されている。演算増幅器１の出力と反転入力とを結ぶ帰還路に、スイッチＳＷ３と帰還キャパシタＣｃの並列回路が接続されている。演算増幅器１の出力はスイッチＳＷ４を介して出力キャパシタＣｈの一端に接続されている。出力キャパシタＣｈの他端は基板電位Ｖｒに接続されている。
ここで、Ｃｓ・Ｃｃ・Ｃｈは各キャパシタの容量値をも表すこととする。

４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、図示していない制御回路により図１に付記した波形図のようにオンオフ駆動される。スイッチＳＷ１とＳＷ３は同位相で、一定周期でオンオフを繰り返す。スイッチＳＷ２は、ＳＷ１とＳＷ３のオフ期間の中央で一定時間オンとなり、その他の期間はオフとなる。スイッチＳＷ４は、ＳＷ２のオン期間の終末に一定時間オンとなり、オンからオフの変化点はＳＷ２に揃う。
ＳＷ１がオンの期間はＳＷ２はオフであり、この期間において、センサキャパシタＣｓは電圧（Ｖｆ＋Ｖｄ）に充電される。この期間はＳＷ３もオンしているので、帰還キャパシタＣｃの充電電荷はゼロである。
ＳＷ１とＳＷ３がオフになってからＳＷ２がオンとなる。そうすると、センサキャパシタＣｓの充電電荷Ｑｓが帰還キャパシタＣｃに移り、帰還キャパシタＣｃは電圧Ｖｃに充電される（Ｖｃ＝Ｑｓ÷Ｃｃ）。
帰還キャパシタＣｃの充電電圧Ｖｃが（Ｑｓ÷Ｃｃ）に安定した後で、ＳＷ４が短時間オンとなり、電圧Ｖｃが出力キャパシタＣｈに保持され（サンプルホールド）、平滑された安定な直流の出力電圧Ｖｏが生じる。

以上の動作原理から明らかなように、出力電圧Ｖｏは、下式のとおり、センサキャパシタＣｓに比例する。比例係数は、電圧Ｖｄが大きいほど大きく、帰還キャパシタＣｃが小さいほど大きくなる。比例係数が大きいほど、センサキャパシタＣｓの変化を高感度に検出することができる。

Ｖｏ＝（Ｃｓ÷Ｃｃ）×Ｖｄ＝（Ｖｄ÷Ｃｃ）×Ｃｓ

＝＝＝差動静電容量型センサ＝＝＝
力・加速度・速度・変位など物理量の微細な変化を高感度に検出するために、差動型のセンサを用いることが多い。典型的な差動静電容量型センサは、２つの固定電極の間に１つの可動電極が配置され、第１固定電極と可動電極とで第１センサキャパシタが形成され、第２固定電極と可動電極とで第２センサキャパシタが形成される。そして、検出しようとする物理量の変化に応答して可動電極が変位し、第１センサキャパシタの容量値が増加する場合には第２センサキャパシタの容量値が減少するというように、２つのセンサキャパシタの容量値が相補的に変化する。近年では、各種の用途に合わせた微細構造の差動静電容量型センサが、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により製作されている。

差動静電容量型センサの第１と第２のセンサキャパシタの容量差を高感度・高精度に電圧信号に変換することを目的とした回路が、この発明の対象となる差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路である。

＝＝＝従来の差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路＝＝＝
２つのセンサキャパシタの容量差を電圧信号に変換する差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路の典型的な３つの構成を図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示している。
まず図２（Ａ）の回路について説明する。Ｃｓａが第１センサキャパシタ、Ｃｓｂが第２センサキャパシタである。スイッチＳＷ１ａ・ＳＷ２ｂ・ＳＷ３ａと演算増幅器１ａと帰還キャパシタＣｃａは、図１で説明した基本回路と同等の構成であり、第１センサキャパシタＣｓａの容量値に比例した電圧信号が演算増幅器１ａの出力に生じる。まったく同様に、第２センサキャパシタＣｓｂの容量値に比例した電圧信号が演算増幅器１ｂの出力に生じる。演算増幅器１ａ・１ｂの出力は、演算増幅器２と抵抗Ｒ１〜Ｒ４からなる差動増幅器に入力され、演算増幅器２の出力には第１と第２のセンサキャパシタの容量差に比例した電圧信号Ｖｏが生じる。

つぎに図２（Ｂ）の回路について説明する。スイッチＳＷ１ａを介して第１センサキャパシタＣｓａに正の一定電圧＋Ｖｄを印加してからＣｓａの充電電荷を帰還キャパシタＣｃに移し、帰還キャパシタＣｃをスイッチＳＷ３で短絡することなく、スイッチＳＷ１ｂを介して第２センサキャパシタＣｓｂに負の一定電圧−Ｖｄを印加してからＣｓｂの充電電荷を帰還キャパシタＣｃに移し、演算増幅器１の出力電圧Ｖｏを次段でホールドしてから帰還キャパシタＣｃをスイッチＳＷ３で短絡する。以上の動作を繰り返す。
２つのセンサキャパシタＣｓａとＣｓｂへの印加電圧は逆極性で絶対値が等しいので、ＣｓａとＣｓｂとが等しければ、演算増幅器１の出力に生じる電圧Ｖｏはゼロであり、容量値に差があると、その差に比例した電圧Ｖｏが生じる。

つぎに図２（Ｃ）の回路について説明する。２つのセンサキャパシタＣｓａとＣｓｂの各一端は演算増幅器１の非反転入力に直接接続されている。スイッチＳＷ１とＳＷ４がオンになるとき、スイッチＳＷ２とＳＷ３がオフとなり、第１センサキャパシタＣｓａの他端に正の一定電圧＋Ｖｄが、第２センサキャパシタＣｓｂの他端に負の一定電圧−Ｖｄが印加される。ＳＷ１〜ＳＷ４がそれぞれ反転すると、第１センサキャパシタＣｓａの他端に負の一定電圧−Ｖｄが、第２センサキャパシタＣｓｂの他端に正の一定電圧＋Ｖｄが印加される。ＳＷ１〜ＳＷ４が反転するごとにＳＷ７をオンオフし、２つのセンサキャパシタＣｓａとＣｓｂを通して演算増幅器１に流入する充電電荷を帰還キャパシタＣｃに転送する。これで、演算増幅器１の出力には２つのセンサキャパシタＣｓａとＣｓｂの容量差に比例した電圧Ｖｏが生じる。

一般に、微弱な信号を低雑音で増幅する回路系においては、入力信号を受ける初段の回路にてできる限り大きく増幅することが重要であり、そうすれば後段の増幅回路にて発生する雑音の影響を小さくすることができる。この観点で、図２に示した３種類の従来回路を評価する。

図２（Ａ）の回路では、第１センサキャパシタＣｓａの容量値に比例した電圧信号と、第２センサキャパシタＣｓｂの容量値に比例した電圧信号とをそれぞれ生成し、その後段で両電圧の差分を増幅している。この方式では、ＣｓａやＣｓｂの容量値の絶対値に比してそれらの差分がきわめて小さい場合、ＣｓａやＣｓｂの絶対値によって初段の演算増幅器１ａや１ｂのＣＶ変換利得が制限されてしまうため、次段の差動増幅器により得られる容量値の差分に対応した電圧信号は小さく、これを後段で増幅することになるが、そうすると後段の増幅回路にて発生する雑音の影響が大きくなる。

これに対して図２（Ｂ）（Ｃ）の回路は、初段の演算増幅器１にて２つのセンサキャパシタＣｓａとＣｓｂの容量差を直接的に電圧信号に変換しており、図２（Ａ）の回路の上記問題点は原理的に解消され、信号対雑音性能の面で優れている。

しかしながら、差動静電容量型センサの現実にとっては、図２（Ｂ）（Ｃ）の回路構成であっても、２つのセンサキャパシタの容量差を電圧信号に変換する初段回路の利得（ＣＶ変換利得）を十分に大きくすることができないという問題があった。

その原因は、差動静電容量型センサのオフセット容量である。ＭＥＭＳ技術により微細構造の差動静電容量型センサを量産する際し、想定される定常状態において、２つのセンサキャパシタの容量差がゼロになるように設計し製作しているにも関わらず、現実に量産される製品では２つのセンサキャパシタの容量差がゼロにならずに大きくばらつく。そのような定常状態における２つのセンサキャパシタの容量差のことを、ここではオフセット容量と称している。

ＭＥＭＳによるセンサ構造において極小の静電容量値を高精度に仕上げるのは難しく、上記のオフセット容量は個々のセンサで大きくばらつくことが避けられない。想定している測定範囲においてセンサキャパシタの変化量に対し、オフセット容量が数倍から数十倍になることさえある。

図２（Ｂ）（Ｃ）の回路構成では、初段の演算増幅器１にてセンサキャパシタＣｓａとＣｓｂの容量差を直接的に電圧信号Ｖｏに変換しており、信号対雑音比の面で優れた回路であると先に述べた。しかし、２つのセンサキャパシタＣｓａとＣｓｂとに間に大きなオフセット容量が存在する場合、初段の演算増幅器１の変換利得の大部分がオフセット容量に占められてしまい、検出すべき物理量の変化に伴う実質的な容量差（信号成分）を高利得で電圧信号に変換することができなくなる。

この発明の目的は、オフセット容量の大きな差動静電容量型センサであっても、２つのセンサキャパシタの実質的な容量差（信号成分）を初段の演算増幅器により高利得で電圧信号に変換することができる差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路を実現することにある。

＝＝＝第１発明＝＝＝
第１発明のスイッチドキャパシタＣＶ変換回路は、つぎの事項（11）〜（19）により特定されるものである。
（11）第１・第２のセンサキャパシタと、補正キャパシタと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源と、正負対称な電位をもつ２つの補正電圧源と、演算増幅器と、演算増幅器の入出力間に接続された帰還キャパシタと、複数のスイッチと、制御回路を備えた差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路であること
（12）第１・第２のセンサキャパシタは、それぞれの一端が基準電位に接続され、それぞれの他端が、スイッチを介して正負の充電用電圧源に接続可能であるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続可能であること
（13）補正キャパシタは、その一端が基準電位に接続され、その他端がスイッチを介して正負の補正電圧源に接続可能であるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続可能であること
（14）演算増幅器は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタが接続されること
（15）帰還キャパシタは、スイッチにより短絡可能であること
（16）制御回路は、各スイッチを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせること
（17）充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタに正負の充電用電圧を交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタに正負の補正電圧源を交互に接続して充電すること
（18）短絡動作は、帰還キャパシタを短絡してから開放すること
（19）電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタを充電用電圧源と補正電圧源から切り離すとともに、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタを演算増幅器の反転入力端子に接続し、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタの加算された充電電荷を帰還キャパシタに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器の出力に発生させること

＝＝＝第２発明＝＝＝
第２発明の差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路は、つぎの事項（21）〜（29）により特定されるものである。
（21）第１・第２のセンサキャパシタと、補正キャパシタと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源と、正負対称な電位をもつ２つの補正電圧源と、演算増幅器と、演算増幅器の入出力間に接続された帰還キャパシタと、複数のスイッチと、制御回路を備えた差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路であること
（22）第１・第２のセンサキャパシタは、それぞれの一端が基準電位に接続され、それぞれの他端が、スイッチを介して正負の充電用電圧源に接続可能であるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続可能であること
（23）補正キャパシタは、その一端が演算増幅器の反転入力に接続され、その他端がスイッチを介して正負の補正電圧源に切替接続可能であること
（24）演算増幅器は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタが接続されること
（25）帰還キャパシタは、スイッチにより短絡可能であること
（26）制御回路は、各スイッチを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせること
（27）充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタに正負の充電用電圧を交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタに正負の補正電圧源を交互に接続して充電すること
（28）短絡動作は、帰還キャパシタを短絡してから開放すること
（29）電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタを充電用電圧源から切り離すしてから演算増幅器の反転入力端子に接続し、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタの加算された充電電荷を帰還キャパシタに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器の出力に発生させること

＝＝＝第３発明＝＝＝
第３発明の差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路は、つぎの事項（31）〜（39）により特定されるものである。
（31）第１・第２のセンサキャパシタと、補正キャパシタと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源と、補正電圧源と、演算増幅器と、演算増幅器の入出力間に接続された帰還キャパシタと、複数のスイッチと、制御回路を備えた差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路であること
（32）第１・第２のセンサキャパシタは、それぞれの一端が基準電位に接続され、それぞれの他端が、スイッチを介して正負の充電用電圧源に接続可能であるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続可能であること
（33）補正キャパシタは、その一端が演算増幅器の反転入力に接続され、その他端がスイッチを介して補正電圧源と接地電位に切替接続可能であること
（34）演算増幅器は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタが接続されること
（35）帰還キャパシタは、スイッチにより短絡可能であること
（36）制御回路は、各スイッチを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせること
（37）充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタに正負の充電用電圧を交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタを接地電位に接続してから補正電圧源に接続して充電すること
（38）短絡動作は、帰還キャパシタを短絡してから開放すること
（39）電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタを充電用電圧源から切り離すしてから演算増幅器の反転入力端子に接続し、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタの加算された充電電荷を帰還キャパシタに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器の出力に発生させること

前述したように、差動静電容量型センサは、検出しようとする物理量の入力がゼロであっても、第１・第２センサキャパシタの容量値が必ずしも等しくはならず、かなり大きな差分が発生することも多い。この被検出物理量の入力がゼロのときの第１・第２センサキャパシタの容量差のことをオフセット容量と称する。

この発明に係る差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路は、第１・第２センサキャパシタのオフセット容量を補正キャパシタと補正電圧源によりキャンセルし、被検出物理量の入力がゼロのときに演算増幅器の出力電圧がほぼゼロになるように構成している。

第１・第２センサキャパシタのオフセット容量は、１つひとつの差動静電容量型センサごとに異なるものである。この発明においては、個々の差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路の制作プロセスの最終段階で、当該回路に実際に接続した差動静電容量型センサ（第１・第２センサキャパシタ）のオフセット容量を調べ、そのオフセット容量を補正キャパシタと補正電圧源によりキャンセルするように、補正電圧源の電圧を調節設定するものである。

＝＝＝第１発明の実施例＝＝＝
図３に第１発明の実施例の回路構成を示している。
（ア）この差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路は、第１・第２のセンサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂと、補正キャパシタＣｏａと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源±Ｖｄと、正負対称な電位をもつ２つの補正電圧源±Ｖｏｃと、演算増幅器１と、演算増幅器１の入出力間に接続された帰還キャパシタＣｃｖと、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７・ＳＷａ〜ＳＷｃと、制御回路（図示省略）を備えている。

（イ）第１・第２のセンサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂは、それぞれの一端が基準電位に接続され、それぞれの他端が、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を介して正負の充電用電圧源±Ｖｄに接続可能であるとともに、スイッチＳＷ５・ＳＷ６を介して演算増幅器１の反転入力に接続可能である。

（ウ）補正キャパシタＣｏａは、その一端が基準電位に接続され、その他端がスイッチＳＷａ・ＳＷｂを介して正負の補正電圧源±Ｖｏｃに接続可能であるとともに、スイッチＳＷｃを介して演算増幅器１の反転入力に接続可能である。
（エ）演算増幅器１は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタＣｃｖが接続されている。
（オ）帰還キャパシタＣｃｖは、スイッチＳＷ７により短絡可能である。

（カ）制御回路は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７・ＳＷａ〜ＳＷｃをタイミングチャートに示すように制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせる。

（キ）充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂに正負の充電用電圧±Ｖｄを交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタＣｏａに正負の補正電圧源±Ｖｏｃを交互に接続して充電する。
（ク）短絡動作は、帰還キャパシタＣｃｖを短絡してから開放する。

（ケ）電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂと補正キャパシタＣｏａを充電用電圧源±Ｖｄと補正電圧源±Ｖｏｃから切り離すとともに、第１・第２センサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂと補正キャパシタＶｏａを演算増幅器１の反転入力端子に接続し、第１・第２センサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂと補正キャパシタＣｏａの加算された充電電荷を帰還キャパシタＣｃｖに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器１の出力に発生させる。

（コ）演算増幅器１の出力は、同期検波回路（キャパシタＣ８・スイッチＳＷ８・スイッチＳＷ９・キャパシタＣ９・ボルテージホロワ３）によりＳＷ１〜ＳＷ７およびＳＷａ〜ＳＷｃと同期して検波され、倍電圧化されて継続する出力電圧Ｖｏに変換される。

＝＝＝第２発明の実施例＝＝＝
図４に第２発明の実施例の回路構成を示している。
（ア）この差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路は、第１・第２のセンサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂと、補正キャパシタＣｏａと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源±Ｖｄと、正負対称な電位をもつ２つの補正電圧源±Ｖｏｃと、演算増幅器１と、演算増幅器１の入出力間に接続された帰還キャパシタＣｃｖと、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７・ＳＷａ・ＳＷｂと、制御回路（図示省略）を備えている。

（ウ）補正キャパシタＣｏａは、その一端が演算増幅器１の反転入力に接続され、その他端がスイッチＳＷａ・ＳＷｂを介して正負の補正電圧源±Ｖｏｃに切替接続可能である。

（エ）演算増幅器１は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタＣｃｖが接続されている。
（オ）帰還キャパシタＣｃｖは、スイッチＳＷ７により短絡可能である。

（カ）制御回路は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７・ＳＷａ・ＳＷｂを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせる。
（キ）充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂに正負の充電用電圧±Ｖｄを交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタＣｏａに正負の補正電圧源±Ｖｏｃを交互に接続して充電する。
（ク）短絡動作は、帰還キャパシタＣｏｖを短絡してから開放する。

（ケ）電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂを充電用電圧源±Ｖｄから切り離してから演算増幅器１の反転入力に接続し、第１・第２センサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂと補正キャパシタＣｏａの加算された充電電荷を帰還キャパシタＣｃｖに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器１の出力に発生させる。

＝＝＝第３発明の実施例＝＝＝
図５に第３発明の実施例の回路構成を示している。
（ア）この差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路は、第１・第２のセンサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂと、補正キャパシタＣｏａと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源±Ｖｄと、補正電圧源＋Ｖｏｃと、演算増幅器１と、演算増幅器１の入出力間に接続された帰還キャパシタＣｃｖと、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７・ＳＷａ・ＳＷｂと、制御回路（図示省略）を備えている。

（ウ）補正キャパシタＣｏａは、その一端が演算増幅器１の反転入力に接続され、その他端がスイッチＳＷａ・ＳＷｂを介して補正電圧源＋Ｖｏｃと接地電位に切替接続可能である。
（エ）演算増幅器１は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタＣｃｖが接続されている。
（オ）帰還キャパシタＣｃｖは、スイッチＳＷ７により短絡可能である。

（カ）制御回路は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７・ＳＷａ・ＳＷｂを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせる。
（キ）充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタＣｓａ・Ｃｓｂに正負の充電用電圧±Ｖｄを交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタＣｏａを接地電位に接続してから補正電圧源＋Ｖｏｃを接続して充電する。
（ク）短絡動作は、帰還キャパシタＣｏｖを短絡してから開放する。

原理的なスイッチドキャパシタＣＶ変換回路の構成図である。従来の差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路の構成図である。第１発明に係る差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路の構成図である。第２発明に係る差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路の構成図である。第３発明に係る差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路の構成図である。

符号の説明

１演算増幅器
Ｃｓａ・Ｃｓｂ第１・第２のセンサキャパシタ
Ｃｏａ補正キャパシタ
±Ｖｄ充電用電圧源
±Ｖｏｃ補正電圧源
Ｃｃｖ帰還キャパシタ
ＳＷ１〜ＳＷ７・ＳＷａ・ＳＷｂ・ＳＷｃスイッチ

Claims

第１・第２のセンサキャパシタと、補正キャパシタと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源と、正負対称な電位をもつ２つの補正電圧源と、演算増幅器と、演算増幅器の入出力間に接続された帰還キャパシタと、複数のスイッチと、制御回路を備えた差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路であって、
第１・第２のセンサキャパシタは、それぞれの一端が基準電位に接続され、それぞれの他端が、スイッチを介して正負の充電用電圧源に接続されるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続され、
補正キャパシタは、その一端が基準電位に接続され、その他端がスイッチを介して正負の補正電圧源に接続されるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続され、
演算増幅器は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタが接続され、
帰還キャパシタは、スイッチにより短絡可能であり、
制御回路は、各スイッチを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせ、
充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタに正負の充電用電圧を交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタに正負の補正電圧源を交互に接続して充電し、
短絡動作は、帰還キャパシタを短絡してから開放し、
電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタを充電用電圧源と補正電圧源から切り離すとともに、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタを演算増幅器の反転入力に接続し、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタの加算された充電電荷を帰還キャパシタに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器の出力に発生させる
差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路。
第１・第２のセンサキャパシタと、補正キャパシタと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源と、正負対称な電位をもつ２つの補正電圧源と、演算増幅器と、演算増幅器の入出力間に接続された帰還キャパシタと、複数のスイッチと、制御回路を備えた差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路であって、
第１・第２のセンサキャパシタは、それぞれの一端が基準電位に接続され、それぞれの他端が、スイッチを介して正負の充電用電圧源に接続されるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続され、
補正キャパシタは、その一端が演算増幅器の反転入力に接続され、その他端がスイッチを介して正負の補正電圧源に切替接続され、
演算増幅器は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタが接続され、
帰還キャパシタは、スイッチにより短絡可能であり、
制御回路は、各スイッチを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせ、
充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタに正負の充電用電圧を交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタに正負の補正電圧源を交互に接続して充電し、
短絡動作は、帰還キャパシタを短絡してから開放し、
電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタを充電用電圧源から切り離すしてから演算増幅器の反転入力に接続し、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタの加算された充電電荷を帰還キャパシタに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器の出力に発生させる
差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路。
第１・第２のセンサキャパシタと、補正キャパシタと、正負対称な電位をもつ２つの充電用電圧源と、補正電圧源と、演算増幅器と、演算増幅器の入出力間に接続された帰還キャパシタと、複数のスイッチと、制御回路を備えた差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路であって、
第１・第２のセンサキャパシタは、それぞれの一端が基準電位に接続され、それぞれの他端が、スイッチを介して正負の充電用電圧源に接続されるとともに、スイッチを介して演算増幅器の反転入力に接続され、
補正キャパシタは、その一端が演算増幅器の反転入力に接続され、その他端がスイッチを介して補正電圧源と接地電位に切替接続され、
演算増幅器は、非反転入力が接地され、出力と反転入力の間に帰還キャパシタが接続され、
帰還キャパシタは、スイッチにより短絡可能であり、
制御回路は、各スイッチを制御し、充電動作と、短絡動作と、電荷転送動作を順次繰り返し行わせ、
充電動作は、第１・第２のセンサキャパシタに正負の充電用電圧を交互に接続して充電するとともに、補正キャパシタを接地電位に接続してから補正電圧源に接続して充電し、
短絡動作は、帰還キャパシタを短絡してから開放し、
電荷移転動作は、充電された第１・第２センサキャパシタを充電用電圧源から切り離すしてから演算増幅器の反転入力に接続し、第１・第２センサキャパシタと補正キャパシタの加算された充電電荷を帰還キャパシタに移転させ、加算された充電電荷に比例した電圧を演算増幅器の出力に発生させる
差動型スイッチドキャパシタＣＶ変換回路。