JP6608645B2 - Integration circuit, voltage comparison circuit, and voltage time conversion circuit - Google Patents

Integration circuit, voltage comparison circuit, and voltage time conversion circuit Download PDF

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本発明は、積分回路、電圧比較回路および電圧時間変換回路に関する。 The present invention integrals circuit, relates to a voltage comparator circuit and a voltage-time conversion circuit.

例えば、赤外線アレイセンサ等の各種センサの微弱な信号を読み出すための読み出し回路には、複数の増幅器が用いられる。複数の増幅器を用いた回路では、各増幅器のオフセット電圧が信号の検出精度に大きな影響を与える。そのため、増幅器のオフセット電圧を低減するための技術が開発されている。増幅器のオフセット電圧を低減する技術としては、オートゼロ技術およびチョッピング技術がある。特許文献1には、オートゼロ技術を用いた増幅回路が記載されている。また、特許文献2には、チョッピング技術を用いた演算増幅回路が記載されている。   For example, a plurality of amplifiers are used in a readout circuit for reading out weak signals from various sensors such as an infrared array sensor. In a circuit using a plurality of amplifiers, the offset voltage of each amplifier greatly affects signal detection accuracy. Therefore, techniques for reducing the offset voltage of the amplifier have been developed. Technologies for reducing the offset voltage of the amplifier include auto zero technology and chopping technology. Patent Document 1 describes an amplifier circuit using auto-zero technology. Patent Document 2 describes an operational amplifier circuit using a chopping technique.

特開2015−19280号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-19280 特開2014−147050号公報JP 2014-147050 A

従来のオートゼロ技術およびチョッピング技術を用いて増幅器のオフセット電圧を低減する場合、回路構成が複雑化するとともに素子数が増加する。そこで、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器のオフセット電圧が出力電圧に与える影響を低減することが望まれる。   When the offset voltage of the amplifier is reduced using the conventional auto zero technique and chopping technique, the circuit configuration becomes complicated and the number of elements increases. Therefore, it is desired to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier on the output voltage while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

本発明の目的は、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器のオフセット電圧の影響を低減することが可能な積分回路、電圧比較回路および電圧時間変換回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a complicated and integrals circuit capable while suppressing the increase in the number of elements to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier, the voltage comparator circuit and the voltage-time conversion circuit of the circuit arrangement is there.

)第の発明に係る積分回路は、第1の入力端子、第2の入力端子および第1の出力端子を有し、第1の入力端子の電圧と第2の入力端子の電圧との差を増幅して第1の出力端子に出力する第1の増幅器と、第3の入力端子、第4の入力端子および第2の出力端子を有し、第3の入力端子の電圧と第4の入力端子の電圧との差を増幅して第2の出力端子に出力する第2の増幅器と、第1の増幅器の第1の出力端子と第2の増幅器の第3の入力端子との間に接続される第1の容量素子と、第1の増幅器の第1の出力端子と第2の増幅器の第2の出力端子との間に接続される第2の容量素子と、第1の増幅器の第1および第2の入力端子に接続される電圧切り替え手段と、第2の増幅器の第3の入力端子と第2の出力端子との間に接続されるスイッチ手段とを備え、第1の容量素子の一端および第2の容量素子の一端は第1の増幅器の第1の出力端子に接続され、電圧切り替え手段は、第1の期間において第1および第2の入力端子に共通電圧を与え、第1の期間に続く第2の期間において第1の入力端子に第1の入力電圧を与えるとともに第2の入力端子に第2の入力電圧を与えるように構成され、スイッチ手段は、第1の期間においてオンし、第2の期間においてオフするように構成され、第2の増幅器の第4の入力端子には、第1および第2の期間において第3の入力電圧が与えられる。 ( 1 ) An integrating circuit according to a first invention has a first input terminal, a second input terminal, and a first output terminal, and the voltage of the first input terminal and the voltage of the second input terminal are A first amplifier that amplifies the difference between the first input terminal and the first output terminal, and a third input terminal, a fourth input terminal, and a second output terminal. A second amplifier that amplifies a difference from the voltage of the input terminal 4 and outputs the difference to the second output terminal; a first output terminal of the first amplifier; and a third input terminal of the second amplifier. A first capacitive element connected between the first capacitive element, a second capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the second output terminal of the second amplifier, Voltage switching means connected to the first and second input terminals of the amplifier and connected between the third input terminal and the second output terminal of the second amplifier. And a switch means, one end of the one end and a second capacitive element of the first capacitor is connected to the first output terminal of the first amplifier, the voltage switching means, first and second in the first period A common voltage is applied to the two input terminals, and a first input voltage is applied to the first input terminal and a second input voltage is applied to the second input terminal in a second period following the first period. And the switch means is configured to turn on in the first period and turn off in the second period, and the fourth input terminal of the second amplifier has a third in the first and second periods. Input voltage.

この積分回路においては、第1の期間において、第1の増幅器の第1および第2の入力端子に共通電圧が与えられることにより、第1の出力端子に出力換算オフセット電圧が出力される。それにより、第1の容量素子の入力側端子が出力換算オフセット電圧により充電される。また、スイッチ手段がオンすることにより、第2の増幅器がバッファ接続され、第2の増幅器の入力換算オフセット電圧により第1の容量素子の出力側端子が充電される。 In this integration circuit, in the first period, by the common voltage is found given to the first and second input terminals of the first amplifier, the output referred offset voltage to the first output terminal is output. Thereby, the input side terminal of the first capacitive element is charged by the output equivalent offset voltage. When the switch means is turned on, the second amplifier is buffer-connected, and the output-side terminal of the first capacitive element is charged by the input conversion offset voltage of the second amplifier.

第2の期間において、第1の増幅器により第1の入力電圧と第2の入力電圧との差が増幅され、増幅された電圧と出力換算オフセット電圧との加算電圧が第1の出力端子に出力される。このとき、第1の容量素子に保持される電圧の変化分は、第1の増幅器により増幅された電圧であるので、第2の増幅器の第3の入力端子に出力換算オフセット電圧が与えられない。したがって、第1の増幅器の出力換算オフセット電圧がキャンセルされる。   In the second period, the difference between the first input voltage and the second input voltage is amplified by the first amplifier, and an added voltage of the amplified voltage and the output conversion offset voltage is output to the first output terminal. Is done. At this time, since the change in the voltage held in the first capacitive element is the voltage amplified by the first amplifier, the output converted offset voltage is not applied to the third input terminal of the second amplifier. . Therefore, the output conversion offset voltage of the first amplifier is canceled.

また、第2の増幅器により第3の入力端子の電圧と第3の入力電圧との差が増幅されるとともに第2の容量素子により積分される。このとき、第1の容量素子の出力側端子が入力換算オフセット電圧により充電されているので、第2の増幅器の入力換算オフセット電圧が第1の容量素子の出力側端子に保持された入力換算オフセット電圧によりキャンセルされる。   In addition, the difference between the voltage at the third input terminal and the third input voltage is amplified by the second amplifier and integrated by the second capacitor element. At this time, since the output side terminal of the first capacitive element is charged by the input conversion offset voltage, the input conversion offset voltage in which the input conversion offset voltage of the second amplifier is held at the output side terminal of the first capacitance element. Canceled by voltage.

これらの結果、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ第1の増幅器のオフセット電圧および第2の増幅器のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   As a result, it becomes possible to reduce the influence of the offset voltage of the first amplifier and the offset voltage of the second amplifier while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

)第の発明に係る電圧比較回路は、第1の入力端子、第2の入力端子および第1の出力端子を有し、第1の入力端子の電圧と第2の入力端子の電圧との差を増幅して第1の出力端子に出力する第1の増幅器と、第3の入力端子、第4の入力端子および第2の出力端子を有し、第3の入力端子の電圧と第4の入力端子の電圧との差を増幅して第2の出力端子に出力する第2の増幅器と、第1の増幅器の第1の出力端子と第2の増幅器の第3の入力端子との間に接続される第1の容量素子と、第1の増幅器の第1の出力端子と第2の増幅器の第2の出力端子との間に接続される第2の容量素子と、第1の増幅器の第1および第2の入力端子に接続される電圧切り替え手段と、第2の増幅器の第3の入力端子と第2の出力端子との間に接続されるスイッチ手段と、電圧比較器とを備え、第1の容量素子の一端および第2の容量素子の一端は第1の増幅器の第1の出力端子に接続され、電圧切り替え手段は、第1の期間において第1および第2の入力端子に共通電圧を与え、第1の期間に続く第2の期間において第1の入力端子に第1の入力電圧を与えるとともに第2の入力端子に第2の入力電圧を与えるように構成され、スイッチ手段は、第1の期間においてオンし、第2の期間においてオフするように構成され、第2の増幅器の第4の入力端子には、第1および第2の期間において第3の入力電圧が与えられ、電圧比較器は、第2の増幅器の第2の出力端子の電圧と第4の入力電圧との比較結果を示す電圧を出力するように構成される。 ( 2 ) A voltage comparison circuit according to a second invention has a first input terminal, a second input terminal, and a first output terminal, the voltage of the first input terminal and the voltage of the second input terminal. A first amplifier for amplifying the difference between the first input terminal and the first output terminal; a third input terminal; a fourth input terminal; and a second output terminal; A second amplifier that amplifies the difference from the voltage at the fourth input terminal and outputs the amplified signal to the second output terminal; a first output terminal of the first amplifier; and a third input terminal of the second amplifier; A first capacitive element connected between the first capacitive element, a second capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the second output terminal of the second amplifier, Voltage switching means connected to the first and second input terminals of the second amplifier, and connected between the third input terminal and the second output terminal of the second amplifier Comprising a switching means which, a voltage comparator, one end of the one end and the second capacitor of the first capacitor is connected to the first output terminal of the first amplifier, the voltage switching means, the first A common voltage is applied to the first and second input terminals in a period, a first input voltage is applied to the first input terminal in a second period following the first period, and a second voltage is applied to the second input terminal. The switch means is configured to provide an input voltage, the switch means is configured to be turned on in the first period and turned off in the second period, and the fourth input terminal of the second amplifier includes the first and second The third input voltage is applied in the period of 2, and the voltage comparator is configured to output a voltage indicating a comparison result between the voltage of the second output terminal of the second amplifier and the fourth input voltage. The

この電圧比較回路においては、第1の期間において、第1の増幅器の第1および第2の入力端子に共通電圧が与えられることにより、第1の出力端子に出力換算オフセット電圧が出力される。それにより、第1の容量素子の入力側端子が出力換算オフセット電圧により充電される。また、スイッチ手段がオンすることにより、第2の増幅器がバッファ接続され、第2の増幅器の入力換算オフセット電圧により第1の容量素子の出力側端子が充電される。 In the voltage comparison circuit, in the first period, by the common voltage is found given to the first and second input terminals of the first amplifier, the output referred offset voltage is output to the first output terminal . Thereby, the input side terminal of the first capacitive element is charged by the output equivalent offset voltage. When the switch means is turned on, the second amplifier is buffer-connected, and the output-side terminal of the first capacitive element is charged by the input conversion offset voltage of the second amplifier.

第2の期間において、第1の増幅器により第1の入力電圧と第2の入力電圧との差が増幅され、増幅された電圧と出力換算オフセット電圧との加算電圧が第1の出力端子に出力される。このとき、第1の容量素子に保持される電圧の変化分は、第1の増幅器により増幅された電圧であるので、第2の増幅器の第3の入力端子には出力換算オフセット電圧が与えられない。したがって、第1の増幅器の出力換算オフセット電圧がキャンセルされる。   In the second period, the difference between the first input voltage and the second input voltage is amplified by the first amplifier, and an added voltage of the amplified voltage and the output conversion offset voltage is output to the first output terminal. Is done. At this time, since the change in the voltage held in the first capacitor element is the voltage amplified by the first amplifier, an output conversion offset voltage is applied to the third input terminal of the second amplifier. Absent. Therefore, the output conversion offset voltage of the first amplifier is canceled.

また、第2の増幅器により第3の入力端子の電圧と第3の入力電圧との差が増幅されるとともに第2の容量素子により積分される。このとき、第1の容量素子の出力側端子が入力換算オフセット電圧により充電されているので、第2の増幅器の入力換算オフセット電圧が第1の容量素子の出力側端子に保持された入力換算オフセット電圧によりキャンセルされる。   In addition, the difference between the voltage at the third input terminal and the third input voltage is amplified by the second amplifier and integrated by the second capacitor element. At this time, since the output side terminal of the first capacitive element is charged by the input conversion offset voltage, the input conversion offset voltage in which the input conversion offset voltage of the second amplifier is held at the output side terminal of the first capacitance element. Canceled by voltage.

さらに、第2の増幅器の第2の出力端子の電圧と第4の入力電圧との比較結果を示す電圧が出力される。   Further, a voltage indicating a comparison result between the voltage at the second output terminal of the second amplifier and the fourth input voltage is output.

これらの結果、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ第1の増幅器のオフセット電圧および第2の増幅器のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   As a result, it becomes possible to reduce the influence of the offset voltage of the first amplifier and the offset voltage of the second amplifier while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

)第の発明に係る電圧比較回路は、第1の入力端子、第2の入力端子および第1の出力端子を有し、第1の入力端子の電圧と第2の入力端子の電圧との差を増幅して第1の出力端子に出力する第1の増幅器と、第3の入力端子、第4の入力端子および第2の出力端子を有し、第3の入力端子の電圧と第4の入力端子の電圧との差を増幅して第2の出力端子に出力する第2の増幅器と、第1の増幅器の第1の出力端子と第2の増幅器の第3の入力端子との間に接続される第1の容量素子と、第1の増幅器の第1の出力端子と第2の増幅器の第2の出力端子との間に接続される第2の容量素子と、第1の増幅器の第1および第2の入力端子に接続される電圧切り替え手段と、第5の入力端子、第6の入力端子および第3の出力端子を有し、第5の入力端子の電圧と第6の入力端子の電圧との差を増幅して第3の出力端子に出力する第3の増幅器と、第3の増幅器の第5の入力端子と第3の出力端子との間に接続される第1のスイッチ手段と、第1導電型チャネルトランジスタおよび第2導電型チャネルトランジスタにより構成されるインバータと、第3の増幅器の第3の出力端子とインバータの入力端子との間に接続される第3の容量素子と、インバータの入力端子とインバータの出力端子との間に接続される第2のスイッチ手段と、インバータの出力端子の電圧を保持する電圧保持手段とを備え、第1の容量素子の一端および第2の容量素子の一端は第1の増幅器の第1の出力端子に接続され、第3の増幅器の第5の入力端子は第2の増幅器の第3の入力端子に接続され、第3の増幅器の第6の入力端子は第2の増幅器の出力端子に接続され、電圧切り替え手段は、第1の期間において第1および第2の入力端子に共通電圧を与え、第1の期間に続く第2の期間において第1の入力端子に第1の入力電圧を与えるとともに第2の入力端子に第2の入力電圧を与えるように構成され、第1および第2のスイッチ手段は、第1の期間においてオンし、第2の期間においてオフするように構成され、第2の増幅器の第4の入力端子には、第1および第2の期間において第3の入力電圧が与えられる。 ( 3 ) A voltage comparison circuit according to a third invention has a first input terminal, a second input terminal, and a first output terminal, the voltage of the first input terminal and the voltage of the second input terminal. A first amplifier for amplifying the difference between the first input terminal and the first output terminal; a third input terminal; a fourth input terminal; and a second output terminal; A second amplifier that amplifies the difference from the voltage at the fourth input terminal and outputs the amplified signal to the second output terminal; a first output terminal of the first amplifier; and a third input terminal of the second amplifier; A first capacitive element connected between the first capacitive element, a second capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the second output terminal of the second amplifier, Voltage switching means connected to the first and second input terminals of the amplifier, a fifth input terminal, a sixth input terminal, and a third output terminal A third amplifier that amplifies the difference between the voltage at the fifth input terminal and the voltage at the sixth input terminal and outputs the amplified difference to the third output terminal; the fifth input terminal of the third amplifier; First switch means connected between the output terminal, an inverter constituted by the first conductivity type channel transistor and the second conductivity type channel transistor, a third output terminal of the third amplifier, and an input of the inverter A third capacitive element connected between the terminals, a second switch means connected between the input terminal of the inverter and the output terminal of the inverter, and a voltage holding means for holding the voltage of the output terminal of the inverter One end of the first capacitive element and one end of the second capacitive element are connected to the first output terminal of the first amplifier, and the fifth input terminal of the third amplifier is connected to the second amplifier. Connected to the third input terminal, The sixth input terminal of the first amplifier is connected to the output terminal of the second amplifier, and the voltage switching means applies a common voltage to the first and second input terminals in the first period, and continues in the first period. In the second period, the first input voltage is applied to the first input terminal and the second input voltage is applied to the second input terminal. The first and second switch means are configured to supply the first input voltage to the first input terminal. The third input voltage is applied to the fourth input terminal of the second amplifier in the first and second periods. The fourth input terminal of the second amplifier is supplied with the third input voltage in the first and second periods.

この電圧比較回路においては、第1の期間において、第1の増幅器の第1および第2の入力端子に共通電圧が与えられることにより、第1の出力端子に出力換算オフセット電圧が出力される。それにより、第1の容量素子の入力側端子が出力換算オフセット電圧により充電される。また、第1のスイッチ手段がオンすることにより、第3の増幅器がバッファ接続される。それにより、第2の増幅器の第2の出力端子に第3の入力電圧と第2の増幅器の入力換算オフセット電圧との加算電圧から第3の増幅器の入力換算オフセット電圧を減算した電圧が出力される。さらに、第3の増幅器の第3の出力端子に第3の入力電圧と第2の増幅器の入力換算オフセット電圧との加算電圧が出力される。第1の容量素子の出力側端子は第3の出力端子の電圧により充電される。また、第2のスイッチ手段がオンすることにより、インバータの入力端子および出力端子の電圧が中間電圧となる。 In the voltage comparison circuit, in the first period, by the common voltage is found given to the first and second input terminals of the first amplifier, the output referred offset voltage is output to the first output terminal . Thereby, the input side terminal of the first capacitive element is charged by the output equivalent offset voltage. Further, when the first switch means is turned on, the third amplifier is buffer-connected. As a result, a voltage obtained by subtracting the input equivalent offset voltage of the third amplifier from the sum of the third input voltage and the input equivalent offset voltage of the second amplifier is output to the second output terminal of the second amplifier. The Further, an addition voltage of the third input voltage and the input conversion offset voltage of the second amplifier is output to the third output terminal of the third amplifier. The output side terminal of the first capacitive element is charged by the voltage of the third output terminal. Further, when the second switch means is turned on, the voltage at the input terminal and the output terminal of the inverter becomes an intermediate voltage.

第2の期間において、第1の増幅器により第1の入力電圧と第2の入力電圧との差が増幅され、増幅された電圧と出力換算オフセット電圧との加算電圧が第1の出力端子に出力される。このとき、第1の容量素子に保持される電圧の変化分は、第1の増幅器により増幅された電圧であるので、第2の増幅器の第3の入力端子には出力換算オフセット電圧が与えられない。したがって、第1の増幅器の出力換算オフセット電圧がキャンセルされる。   In the second period, the difference between the first input voltage and the second input voltage is amplified by the first amplifier, and an added voltage of the amplified voltage and the output conversion offset voltage is output to the first output terminal. Is done. At this time, since the change in the voltage held in the first capacitor element is the voltage amplified by the first amplifier, an output conversion offset voltage is applied to the third input terminal of the second amplifier. Absent. Therefore, the output conversion offset voltage of the first amplifier is canceled.

また、第2の増幅器により第3の入力端子の電圧と第3の入力電圧との差が増幅されるとともに第1の容量素子により積分される。このとき、第1の容量素子の出力側端子が第2の増幅器の入力換算オフセット電圧により充電されているので、第2の増幅器の入力換算オフセット電圧が第1の容量素子の出力側端子に保持された入力換算オフセット電圧によりキャンセルされる。   Further, the difference between the voltage at the third input terminal and the third input voltage is amplified by the second amplifier and integrated by the first capacitor element. At this time, since the output side terminal of the first capacitive element is charged by the input conversion offset voltage of the second amplifier, the input conversion offset voltage of the second amplifier is held at the output side terminal of the first capacitance element. Canceled by the input converted offset voltage.

さらに、第3の増幅器により第5の入力端子の電圧と第2の増幅器の第2の出力端子の電圧との差が増幅される。このとき、第2の増幅器の第2の出力端子の電圧は、第3の入力電圧と第2の増幅器の入力換算オフセット電圧との加算電圧から第3の増幅器の入力換算オフセット電圧を減算した電圧であるので、第3の増幅器の入力換算オフセット電圧がキャンセルされるとともに、第2の増幅器の入力換算オフセット電圧が第2の出力端子の電圧によりキャンセルされる。   Further, the third amplifier amplifies the difference between the voltage at the fifth input terminal and the voltage at the second output terminal of the second amplifier. At this time, the voltage at the second output terminal of the second amplifier is a voltage obtained by subtracting the input equivalent offset voltage of the third amplifier from the sum of the third input voltage and the input equivalent offset voltage of the second amplifier. Therefore, the input equivalent offset voltage of the third amplifier is canceled and the input equivalent offset voltage of the second amplifier is canceled by the voltage of the second output terminal.

また、第3の容量素子に保持される電圧の変化分は、第2の期間に第3の増幅器から出力される電圧であるので、第3の容量素子の出力側端子には第2の増幅器の入力換算オフセット電圧は出力されない。それにより、第2の増幅器の入力換算オフセット電圧がキャンセルされる。   Further, since the change in the voltage held in the third capacitor element is the voltage output from the third amplifier in the second period, the second amplifier is connected to the output side terminal of the third capacitor element. The input equivalent offset voltage is not output. Thereby, the input conversion offset voltage of the second amplifier is canceled.

さらに、第3の容量素子の出力側端子の電圧の変化分と中間電圧との差がインバータにより増幅される。それにより、第3の増幅器により増幅された電圧と中間電圧との比較結果を示す電圧が出力される。   Furthermore, the difference between the change in voltage at the output side terminal of the third capacitor and the intermediate voltage is amplified by the inverter. As a result, a voltage indicating the comparison result between the voltage amplified by the third amplifier and the intermediate voltage is output.

これらの結果、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ第1の増幅器のオフセット電圧、第2の増幅器のオフセット電圧および第3の増幅器のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   As a result, it is possible to reduce the influence of the offset voltage of the first amplifier, the offset voltage of the second amplifier, and the offset voltage of the third amplifier while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements. Become.

)第の発明に係る電圧時間変換回路は、第または第の発明に係る電圧比較回路と、電圧比較回路の出力信号が予め定められた論理レベル以上または以下にある期間を測定する測定手段とを備える。 (4) voltage-time conversion circuit according to the fourth invention, the measurement voltage comparison circuit according to the second or third invention, the period in which the logic level more or less output signal reaches a predetermined voltage comparator circuit Measuring means.

この電圧時間変換回路においては、第1の入力電圧と第2の入力電圧との差が時間に変換される。この場合、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ少なくとも第1の増幅器のオフセット電圧および第2の増幅器のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   In this voltage time conversion circuit, the difference between the first input voltage and the second input voltage is converted into time. In this case, it is possible to reduce the influence of at least the offset voltage of the first amplifier and the offset voltage of the second amplifier while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

本発明によれば、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

本発明の第1の実施の形態に係るシングルエンド構成の増幅回路の回路図である。1 is a circuit diagram of an amplifier circuit having a single-ended configuration according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第2の実施の形態に係るシングルエンド構成の積分回路の回路図である。It is a circuit diagram of the integration circuit of the single end structure concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るシングルエンド構成の電圧比較回路の回路図である。It is a circuit diagram of the voltage comparison circuit of the single end structure concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係るシングルエンド構成の電圧比較回路の回路図である。It is a circuit diagram of the voltage comparison circuit of the single end structure concerning the 4th Embodiment of this invention. 図4の電圧比較回路の動作を説明するための電圧波形図である。FIG. 5 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the voltage comparison circuit of FIG. 4. 本発明の第5の実施の形態に係る差動構成の電圧比較回路の回路図である。It is a circuit diagram of the voltage comparison circuit of the differential structure which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 図6の電圧比較回路の動作を説明するための電圧波形図である。FIG. 7 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the voltage comparison circuit of FIG. 6. 本発明の第6の実施の形態に係るシングルエンド構成の電圧比較回路の回路図である。It is a circuit diagram of the voltage comparison circuit of the single end structure concerning the 6th Embodiment of this invention. (a)はインバータの構成を示す回路図であり、(b)はインバータの入力電圧と出力電圧との関係を示す図である(A) is a circuit diagram which shows the structure of an inverter, (b) is a figure which shows the relationship between the input voltage and output voltage of an inverter. 本発明の第7の実施の形態に係る電圧時間変換回路の回路図である。It is a circuit diagram of the voltage time conversion circuit which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態に係るセンサ出力読み出し回路の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor output readout circuit which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 図11のセンサ出力読み出し回路の動作を説明するための電圧波形図である。FIG. 12 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the sensor output readout circuit of FIG. 11. 本発明の第9の実施の形態に係るセンサ出力読み出し回路の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor output readout circuit which concerns on the 9th Embodiment of this invention. 図13のセンサ出力読み出し回路の主要部の動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement of the principal part of the sensor output reading circuit of FIG. 図13のセンサ出力読み出し回路の主要部の電圧波形図である。It is a voltage waveform diagram of the principal part of the sensor output readout circuit of FIG.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係る増幅回路、積分回路、電圧比較回路および電圧時間変換回路について詳細に説明する。   Hereinafter, an amplification circuit, an integration circuit, a voltage comparison circuit, and a voltage time conversion circuit according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)第1の実施の形態
図1は本発明の第1の実施の形態に係るシングルエンド構成の増幅回路の回路図である。図1の増幅回路1は、増幅器AM1,AM2、キャパシタC1、スイッチSW、電圧切り替え回路11およびスイッチ制御回路12を含む。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram of a single-ended amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention. The amplifier circuit 1 of FIG. 1 includes amplifiers AM1 and AM2, a capacitor C1, a switch SW, a voltage switching circuit 11, and a switch control circuit 12.

増幅器AM1は、非反転入力端子I1、反転入力端子I2および出力端子O1を有する。増幅器AM2は、反転入力端子I3、非反転入力端子I4および出力端子O2を有する。増幅器AM1,AM2は演算増幅器からなる。増幅器AM2の利得A2は増幅器AM1の利得A1に比べて高い。   The amplifier AM1 has a non-inverting input terminal I1, an inverting input terminal I2, and an output terminal O1. The amplifier AM2 has an inverting input terminal I3, a non-inverting input terminal I4, and an output terminal O2. The amplifiers AM1 and AM2 are operational amplifiers. The gain A2 of the amplifier AM2 is higher than the gain A1 of the amplifier AM1.

電圧切り替え回路11は、スイッチS1〜S4を含み、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2に接続される。非反転入力端子I1には、スイッチS1を通して入力電圧Vin1が与えられ、スイッチS2を通して共通電圧Vcomが与えられる。反転入力端子I2には、スイッチS3を通して共通電圧Vcomが与えられ、スイッチS4を通して入力電圧Vin2が与えられる。   The voltage switching circuit 11 includes switches S1 to S4 and is connected to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1. The non-inverting input terminal I1 is supplied with the input voltage Vin1 through the switch S1, and is supplied with the common voltage Vcom through the switch S2. A common voltage Vcom is applied to the inverting input terminal I2 through the switch S3, and an input voltage Vin2 is applied through the switch S4.

増幅器AM1の出力端子O1と増幅器AM2の反転入力端子I3との間には、キャパシタC1が接続される。増幅器AM2の反転入力端子I3と出力端子O2との間にはスイッチSWが接続される。増幅器AM2の非反転入力端子I4には、入力電圧Vin3が与えられる。   A capacitor C1 is connected between the output terminal O1 of the amplifier AM1 and the inverting input terminal I3 of the amplifier AM2. A switch SW is connected between the inverting input terminal I3 and the output terminal O2 of the amplifier AM2. An input voltage Vin3 is applied to the non-inverting input terminal I4 of the amplifier AM2.

スイッチ制御回路12は、電圧切り替え回路11およびスイッチSWを制御するための制御信号Φ1,Φ2を発生する。電圧切り替え回路11のスイッチS1〜4は制御信号Φ1に応答してオンまたはオフする。スイッチSWは、制御信号Φ2に応答してオンまたはオフする。   The switch control circuit 12 generates control signals Φ1 and Φ2 for controlling the voltage switching circuit 11 and the switch SW. The switches S1 to S4 of the voltage switching circuit 11 are turned on or off in response to the control signal Φ1. The switch SW is turned on or off in response to the control signal Φ2.

増幅器AM1,AM2はそれぞれオフセット電圧を有する。図1には、増幅器AM1のオフセット電圧が出力換算オフセット電圧Vos1として示され、増幅器AM2はオフセット電圧が入力換算オフセット電圧Vos2として示される。   The amplifiers AM1 and AM2 each have an offset voltage. In FIG. 1, the offset voltage of the amplifier AM1 is shown as an output conversion offset voltage Vos1, and the offset voltage of the amplifier AM2 is shown as an input conversion offset voltage Vos2.

次に、図1の増幅回路1の動作について説明する。第1の期間(リセット期間)には、制御信号Φ1に応答して電圧切り替え回路11のスイッチS2,S3がオンし、スイッチS1,S4がオフする。それにより、増幅回路1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2に共通電圧Vcomが与えられる。すなわち、非反転入力端子I1と反転入力端子I2とが短絡される。その結果、増幅器AM1の出力端子O1に出力換算オフセット電圧Vos1が出力される。この場合、キャパシタC1の入力側端子が出力換算オフセット電圧Vos1により充電される。ただし、正確にはここでいう出力換算オフセット電圧Vos1にはオフセット電圧がない場合の出力DCバイアス電圧も含んでいる。以下の動作説明においてこのDCバイアス電圧の議論は不要なためあえて含めていない。   Next, the operation of the amplifier circuit 1 in FIG. 1 will be described. In the first period (reset period), the switches S2 and S3 of the voltage switching circuit 11 are turned on and the switches S1 and S4 are turned off in response to the control signal Φ1. Thereby, the common voltage Vcom is applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier circuit 1. That is, the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 are short-circuited. As a result, the output conversion offset voltage Vos1 is output to the output terminal O1 of the amplifier AM1. In this case, the input side terminal of the capacitor C1 is charged by the output conversion offset voltage Vos1. However, precisely, the output conversion offset voltage Vos1 here includes the output DC bias voltage when there is no offset voltage. The discussion of the DC bias voltage is not included in the following description of the operation because it is unnecessary.

また、第1の期間には、制御信号Φ2に応答してスイッチSWがオンする。それにより、増幅器AM2がバッファ接続される。ここで、第1の期間における出力端子O2の電圧をV0とすると、次式が成り立つ。   Further, in the first period, the switch SW is turned on in response to the control signal Φ2. Thereby, the amplifier AM2 is buffer-connected. Here, when the voltage of the output terminal O2 in the first period is V0, the following equation is established.

{(Vin3+Vos2)−V0)・A2=V0 …(1)
上式より、次式が導かれる。
{(Vin3 + Vos2) −V0) · A2 = V0 (1)
From the above equation, the following equation is derived.

V0=(Vin3+Vos2)・A2/(1+A2) …(2)
上記のように、増幅器AM2の利得A2は高いため、電圧V0は次式のように近似される。
V0 = (Vin3 + Vos2) · A2 / (1 + A2) (2)
As described above, since the gain A2 of the amplifier AM2 is high, the voltage V0 is approximated by the following equation.

V0=(Vin3+Vos2)・A2/(1+A2)≒Vin3+Vos2 …(3)
したがって、増幅器AM2の出力端子O2の電圧V0および反転入力端子I3の電圧は(Vin3+Vos2)となる。その結果、キャパシタC1の出力側端子が電圧(Vin3+Vos2)により充電される。
V0 = (Vin3 + Vos2) · A2 / (1 + A2) ≈Vin3 + Vos2 (3)
Therefore, the voltage V0 at the output terminal O2 of the amplifier AM2 and the voltage at the inverting input terminal I3 are (Vin3 + Vos2). As a result, the output side terminal of the capacitor C1 is charged by the voltage (Vin3 + Vos2).

第1の期間に続く第2の期間(増幅期間)には、制御信号Φ1に応答して電圧切り替え回路11のスイッチS2,S3がオフし、スイッチS1,S4がオンする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2にそれぞれ入力電圧Vin1,Vin2が与えられる。増幅器AM1は、入力電圧Vin1,Vin2の差ΔV1を利得A1で増幅し、増幅された電圧ΔV1・A1に出力換算オフセット電圧Vos1が加算された電圧(ΔV1・A1+Vos1)を出力端子O1に出力する。それにより、キャパシタC1の入力側端子の電圧はVos1から(Vos1+ΔV1・A1)に変化する。この場合、キャパシタC1に保持される電圧の変化分はΔV1・A1である。したがって、出力換算オフセット電圧Vos1はキャパシタC1の出力側端子に伝達されない。このようにして、出力換算オフセット電圧Vos1がキャンセルされる。   In a second period (amplification period) following the first period, the switches S2 and S3 of the voltage switching circuit 11 are turned off and the switches S1 and S4 are turned on in response to the control signal Φ1. Thereby, the input voltages Vin1 and Vin2 are applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1, respectively. The amplifier AM1 amplifies the difference ΔV1 between the input voltages Vin1 and Vin2 by a gain A1, and outputs a voltage (ΔV1 · A1 + Vos1) obtained by adding the output conversion offset voltage Vos1 to the amplified voltage ΔV1 · A1 to the output terminal O1. As a result, the voltage at the input terminal of the capacitor C1 changes from Vos1 to (Vos1 + ΔV1 · A1). In this case, the change in the voltage held in the capacitor C1 is ΔV1 · A1. Therefore, the output conversion offset voltage Vos1 is not transmitted to the output side terminal of the capacitor C1. In this way, the output conversion offset voltage Vos1 is cancelled.

また、第2の期間には、制御信号Φ2に応答してスイッチSWがオフする。このとき、上記のようにキャパシタC1に保持される電圧がΔV1・A1変化するので、増幅器AM2の反転入力端子I3の電圧は(Vin3+Vos2+ΔV1・A1)となる。したがって、増幅器AM2は、非反転入力端子I4に与えられる入力電圧Vin3に入力換算オフセット電圧Vos2が加算された電圧(Vin3+Vos2)と反転入力端子I3の電圧(Vin3+Vos2+ΔV1・A1)との差ΔV2を利得A2で増幅する。それにより、出力端子O2の電圧はΔV2・A2=−ΔV1・A1・A2となる。このようにして、入力換算オフセット電圧Vos2がキャンセルされる。   Further, in the second period, the switch SW is turned off in response to the control signal Φ2. At this time, since the voltage held in the capacitor C1 changes by ΔV1 · A1 as described above, the voltage at the inverting input terminal I3 of the amplifier AM2 becomes (Vin3 + Vos2 + ΔV1 · A1). Therefore, the amplifier AM2 obtains the difference ΔV2 between the voltage (Vin3 + Vos2) obtained by adding the input conversion offset voltage Vos2 to the input voltage Vin3 given to the non-inverting input terminal I4 and the voltage (Vin3 + Vos2 + ΔV1 · A1) at the inverting input terminal I3 as the gain A2. Amplify with. As a result, the voltage at the output terminal O2 becomes ΔV2 · A2 = −ΔV1 · A1 · A2. In this way, the input conversion offset voltage Vos2 is cancelled.

本実施の形態に係る増幅器AM1においては、キャパシタC1により増幅器AM1の出力換算オフセット電圧Vos1および増幅器AM2の入力換算オフセット電圧Vos2がキャンセルされる。したがって、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器AM1のオフセット電圧および増幅器AM2のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   In amplifier AM1 according to the present embodiment, capacitor C1 cancels output equivalent offset voltage Vos1 of amplifier AM1 and input equivalent offset voltage Vos2 of amplifier AM2. Therefore, it is possible to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier AM1 and the offset voltage of the amplifier AM2 while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

(2)第2の実施の形態
図2は本発明の第2の実施の形態に係るシングルエンド構成の積分回路の回路図である。図2の積分回路2が図1の増幅回路1と異なるのは、キャパシタC2をさらに含む点である。キャパシタC2は、増幅器AM1の出力端子O1と増幅器AM2の出力端子O2との間に接続される。
(2) Second Embodiment FIG. 2 is a circuit diagram of an integration circuit having a single-ended configuration according to a second embodiment of the present invention. The integration circuit 2 in FIG. 2 differs from the amplification circuit 1 in FIG. 1 in that it further includes a capacitor C2. The capacitor C2 is connected between the output terminal O1 of the amplifier AM1 and the output terminal O2 of the amplifier AM2.

図2の積分回路2においても、第1の期間にスイッチS2,S3,SWがオンし、スイッチS1,S4がオフする。その後、第2の期間にスイッチS2,S3,SWがオフし、スイッチS1,S4がオンする。それにより、増幅器AM2およびキャパシタC2により出力端子O1の電圧が積分され、積分された出力電圧Voutが出力端子O2に出力される。   Also in the integrating circuit 2 of FIG. 2, the switches S2, S3, SW are turned on and the switches S1, S4 are turned off in the first period. Thereafter, in the second period, the switches S2, S3, SW are turned off and the switches S1, S4 are turned on. Accordingly, the voltage at the output terminal O1 is integrated by the amplifier AM2 and the capacitor C2, and the integrated output voltage Vout is output to the output terminal O2.

本実施の形態に係る積分回路2においては、第1の実施の形態に係る増幅回路1と同様に、キャパシタC1により増幅器AM1の出力換算オフセット電圧Vos1および増幅器AM2の入力換算オフセット電圧Vos2がキャンセルされる。したがって、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器AM1のオフセット電圧および増幅器AM2のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   In the integrating circuit 2 according to the present embodiment, the output converted offset voltage Vos1 of the amplifier AM1 and the input converted offset voltage Vos2 of the amplifier AM2 are canceled by the capacitor C1, as in the amplifier circuit 1 according to the first embodiment. The Therefore, it is possible to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier AM1 and the offset voltage of the amplifier AM2 while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

(3)第3の実施の形態
図3は本発明の第3の実施の形態に係るシングルエンド構成の電圧比較回路の回路図である。図3の電圧比較回路3aが図2の積分回路2と異なるのは、比較器CMPをさらに含む点である。比較器CMPは、例えば演算増幅器からなり、非反転入力端子I7、反転入力端子I8および出力端子O4を有する。比較器CMPの非反転入力端子I7は増幅器AM2の出力端子O2に接続され、比較器CMPの反転入力端子I8には入力電圧Vin4が与えられる。
(3) Third Embodiment FIG. 3 is a circuit diagram of a voltage comparison circuit having a single-ended configuration according to a third embodiment of the present invention. The voltage comparison circuit 3a of FIG. 3 differs from the integration circuit 2 of FIG. 2 in that it further includes a comparator CMP. The comparator CMP is composed of an operational amplifier, for example, and has a non-inverting input terminal I7, an inverting input terminal I8, and an output terminal O4. The non-inverting input terminal I7 of the comparator CMP is connected to the output terminal O2 of the amplifier AM2, and the input voltage Vin4 is applied to the inverting input terminal I8 of the comparator CMP.

図3の電圧比較回路3aにおいても、第1の期間にスイッチS2,S3,SWがオンし、スイッチS1,S4がオフする。その後、第2の期間にスイッチS2,S3,SWがオフし、スイッチS1,S4がオンする。それにより、増幅器AM2およびキャパシタC2により積分された出力電圧Voutが出力端子O1に出力される。比較器CMPは、出力端子O2の出力電圧Voutと入力電圧Vin4とを比較し、比較結果を示す出力信号Vcmpを出力端子O4に出力する。出力端子O2の出力電圧Voutが入力電圧Vin4よりも高い場合には、出力信号Vcmpがハイレベルとなり、出力端子O2の出力電圧Voutが入力電圧Vin4以下の場合には、出力信号Vcmpがローレベルとなる。   Also in the voltage comparison circuit 3a of FIG. 3, the switches S2, S3, SW are turned on and the switches S1, S4 are turned off in the first period. Thereafter, in the second period, the switches S2, S3, SW are turned off and the switches S1, S4 are turned on. Thereby, the output voltage Vout integrated by the amplifier AM2 and the capacitor C2 is output to the output terminal O1. The comparator CMP compares the output voltage Vout of the output terminal O2 with the input voltage Vin4, and outputs an output signal Vcmp indicating the comparison result to the output terminal O4. When the output voltage Vout of the output terminal O2 is higher than the input voltage Vin4, the output signal Vcmp becomes high level, and when the output voltage Vout of the output terminal O2 is equal to or lower than the input voltage Vin4, the output signal Vcmp becomes low level. Become.

本実施の形態に係る電圧比較回路3aにおいては、第1の実施の形態に係る増幅回路1および第2の実施の形態に係る積分回路2と同様に、キャパシタC1により増幅器AM1の出力換算オフセット電圧Vos1および増幅器AM2の入力換算オフセット電圧Vos2がキャンセルされる。したがって、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器AM1のオフセット電圧および増幅器AM2のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   In the voltage comparison circuit 3a according to the present embodiment, similarly to the amplifier circuit 1 according to the first embodiment and the integration circuit 2 according to the second embodiment, the output-converted offset voltage of the amplifier AM1 by the capacitor C1. Vos1 and the input conversion offset voltage Vos2 of the amplifier AM2 are canceled. Therefore, it is possible to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier AM1 and the offset voltage of the amplifier AM2 while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

(4)第4の実施の形態
図4は本発明の第4の実施の形態に係るシングルエンド構成の電圧比較回路の回路図である。図4の電圧比較回路3bが図3の電圧比較回路3aと異なるのは、電圧切り替え回路11の代わりに電圧切り替え回路11aが設けられる点である。
(4) Fourth Embodiment FIG. 4 is a circuit diagram of a voltage comparison circuit having a single-ended configuration according to a fourth embodiment of the present invention. The voltage comparison circuit 3b in FIG. 4 is different from the voltage comparison circuit 3a in FIG. 3 in that a voltage switching circuit 11a is provided instead of the voltage switching circuit 11.

電圧切り替え回路11aは、スイッチSR1,SA1,SB1,SR2,SA2,SB2を含み、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2に接続される。非反転入力端子I1には、スイッチSR1,SA1,SB1を通して共通電圧Vcomが与えられる。反転入力端子I2には、スイッチSR2,SA2,SB2を通してそれぞれ共通電圧Vcom、入力電圧Vinおよび基準電圧Vrが与えられる。基準電圧Vrは共通電圧Vcomよりも低く、入力電圧Vinは共通電圧Vcomよりも高い。また、増幅器AM2の非反転入力端子I4および比較器CMPの反転入力端子I8には共通電圧Vcomが与えられる。   The voltage switching circuit 11a includes switches SR1, SA1, SB1, SR2, SA2, and SB2, and is connected to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1. A common voltage Vcom is applied to the non-inverting input terminal I1 through the switches SR1, SA1, and SB1. A common voltage Vcom, an input voltage Vin, and a reference voltage Vr are applied to the inverting input terminal I2 through the switches SR2, SA2, and SB2, respectively. The reference voltage Vr is lower than the common voltage Vcom, and the input voltage Vin is higher than the common voltage Vcom. The common voltage Vcom is applied to the non-inverting input terminal I4 of the amplifier AM2 and the inverting input terminal I8 of the comparator CMP.

図5は図4の電圧比較回路3bの動作を説明するための電圧波形図である。第1の期間T1において、スイッチSR1,SR2,SWがオンし、スイッチSA1,SB1,SA2,SB2はオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2に共通電圧Vcomが与えられる。その結果、増幅器AM2の出力電圧Voutは共通電圧Vcomとなる。また、第1の期間T1には、スイッチSWがオンする。   FIG. 5 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the voltage comparison circuit 3b of FIG. In the first period T1, the switches SR1, SR2, SW are turned on, and the switches SA1, SB1, SA2, SB2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom is applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1. As a result, the output voltage Vout of the amplifier AM2 becomes the common voltage Vcom. In the first period T1, the switch SW is turned on.

第2の期間T2において、スイッチSA1,SA2がオンし、スイッチSR1,SR2,SB1,SB2がオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I1にそれぞれ共通電圧Vcomおよび入力電圧Vinが与えられる。増幅器AM2およびキャパシタC2の積分動作により増幅器AM2の出力電圧Voutが直線的に低下する。ここで、第2の期間T2の長さは一定である。そのため、入力電圧Vinが高いほど、出力電圧Voutの傾斜角度が大きくなり、第2の期間T2の終了時点での出力電圧Voutはより低くなる。第2の期間T2においては、出力電圧Voutが共通電圧Vcomよりも低いため、比較器CMPの出力信号Vcmpはローレベルとなる。   In the second period T2, the switches SA1 and SA2 are turned on and the switches SR1, SR2, SB1 and SB2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom and the input voltage Vin are applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I1 of the amplifier AM1, respectively. The output voltage Vout of the amplifier AM2 decreases linearly by the integration operation of the amplifier AM2 and the capacitor C2. Here, the length of the second period T2 is constant. Therefore, the higher the input voltage Vin, the larger the inclination angle of the output voltage Vout, and the lower the output voltage Vout at the end of the second period T2. In the second period T2, since the output voltage Vout is lower than the common voltage Vcom, the output signal Vcmp of the comparator CMP is at a low level.

第3の期間T3において、スイッチSB1,SB2がオンし、スイッチSR1,SR2,SA1,SA2がオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I1にそれぞれ共通電圧Vcomおよび基準電圧Vrが与えられる。増幅器AM2およびキャパシタC2の積分動作により増幅器AM2の出力電圧Voutが直線的に上昇する。この場合、基準電圧Vrは一定であるため、出力電圧Voutの傾斜角度は一定である。出力電圧Voutが共通電圧Vcomよりも高くなると、比較器CMPの出力信号Vcmpはハイレベルとなる。   In the third period T3, the switches SB1 and SB2 are turned on, and the switches SR1, SR2, SA1, and SA2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom and the reference voltage Vr are applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I1 of the amplifier AM1, respectively. The output voltage Vout of the amplifier AM2 rises linearly by the integration operation of the amplifier AM2 and the capacitor C2. In this case, since the reference voltage Vr is constant, the inclination angle of the output voltage Vout is constant. When the output voltage Vout becomes higher than the common voltage Vcom, the output signal Vcmp of the comparator CMP becomes high level.

図4の電圧比較回路3bにおいては、異なる極性の二重積分動作が行われる。なお、第2の期間T2の開始時点t1から比較器CMPの出力信号Vcmpがハイレベルに立ち上がる時点t2までの時間Δtは、入力電圧Vinと共通電圧Vcomとの差に依存する。   In the voltage comparison circuit 3b of FIG. 4, a double integration operation with different polarities is performed. The time Δt from the start time t1 of the second period T2 to the time t2 when the output signal Vcmp of the comparator CMP rises to a high level depends on the difference between the input voltage Vin and the common voltage Vcom.

(5)第5の実施の形態
図6は本発明の第5の実施の形態に係る差動構成の電圧比較回路の回路図である。図6の電圧比較回路3cが図4の電圧比較回路3bと異なるのは、次の点である。
(5) Fifth Embodiment FIG. 6 is a circuit diagram of a differential voltage comparison circuit according to a fifth embodiment of the present invention. The voltage comparison circuit 3c of FIG. 6 is different from the voltage comparison circuit 3b of FIG. 4 in the following points.

増幅器AM1は一対の出力端子O1,O1bを有し、増幅器AM2は一対の出力端子O2,O2bを有する。増幅器AM1の出力端子O1bと増幅器AM2の非反転入力端子I4との間にキャパシタC1bが接続され、増幅器AM1の出力端子O1bと増幅器AM2の出力端子O2bとの間にキャパシタC2bが接続される。増幅器AM2の非反転入力端子I4と出力端子O2bとの間にスイッチSWbが接続される。増幅器AM2の出力端子O2bは比較器CMPの反転入力端子I8に接続される。増幅器AM1にはコモンモードフィードバック回路15が接続され、増幅器AM2にはコモンモードフィードバック回路16が接続される。   The amplifier AM1 has a pair of output terminals O1 and O1b, and the amplifier AM2 has a pair of output terminals O2 and O2b. The capacitor C1b is connected between the output terminal O1b of the amplifier AM1 and the non-inverting input terminal I4 of the amplifier AM2, and the capacitor C2b is connected between the output terminal O1b of the amplifier AM1 and the output terminal O2b of the amplifier AM2. A switch SWb is connected between the non-inverting input terminal I4 and the output terminal O2b of the amplifier AM2. The output terminal O2b of the amplifier AM2 is connected to the inverting input terminal I8 of the comparator CMP. A common mode feedback circuit 15 is connected to the amplifier AM1, and a common mode feedback circuit 16 is connected to the amplifier AM2.

図7は図6の電圧比較回路3cの動作を説明するための電圧波形図である。第1の期間T1、第2の期間T2および第3の期間T3におけるスイッチSR1,SA1,SB1,SR2,SA2,SB2の動作は、図4の電圧比較回路3bと同様である。また、第1の期間T1においては、スイッチSW,SWbがオンし、第2の期間T2および第3の期間T3においては、スイッチSW,SWbがオフする。   FIG. 7 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the voltage comparison circuit 3c of FIG. The operations of the switches SR1, SA1, SB1, SR2, SA2, and SB2 in the first period T1, the second period T2, and the third period T3 are the same as those of the voltage comparison circuit 3b in FIG. In addition, the switches SW and SWb are turned on in the first period T1, and the switches SW and SWb are turned off in the second period T2 and the third period T3.

図6の電圧比較回路3cの増幅器AM1,AM2は差動増幅動作を行う。図7において、増幅器AM2の出力端子O2の出力電圧Voutを太い実線L1で示し、増幅器AM2の出力端子O2bの出力電圧/Voutを太い破線L2で示す。比較器CMPの出力信号Vcmpは、出力電圧Voutが出力電圧/Voutよりも高いときにハイレベルとなり、出力電圧Voutが出力電圧/Vout以下のときにローレベルとなる。   The amplifiers AM1 and AM2 of the voltage comparison circuit 3c in FIG. 6 perform a differential amplification operation. In FIG. 7, the output voltage Vout of the output terminal O2 of the amplifier AM2 is indicated by a thick solid line L1, and the output voltage / Vout of the output terminal O2b of the amplifier AM2 is indicated by a thick broken line L2. The output signal Vcmp of the comparator CMP is at a high level when the output voltage Vout is higher than the output voltage / Vout, and is at a low level when the output voltage Vout is equal to or lower than the output voltage / Vout.

図6の電圧比較回路3cにおいては、異なる極性の二重積分動作が行われる。なお、本実施の形態においても、第2の期間T2の開始時点t1から比較器CMPの出力信号Vcmpがハイレベルに立ち上がる時点t2までの時間Δtは、入力電圧Vinと共通電圧Vcomとの差に依存する。   In the voltage comparison circuit 3c of FIG. 6, a double integration operation with different polarities is performed. Also in this embodiment, the time Δt from the start time t1 of the second period T2 to the time t2 when the output signal Vcmp of the comparator CMP rises to the high level is the difference between the input voltage Vin and the common voltage Vcom. Dependent.

(6)第6の実施の形態
図8は本発明の第6の実施の形態に係るシングルエンド構成の電圧比較回路の回路図である。図8の電圧比較回路3dが図3の電圧比較回路3aと異なるのは、比較器CMP、スイッチSWおよびスイッチ制御回路12の代わりに増幅器AM3、スイッチSW1、比較器CMP1およびスイッチ制御回路13が設けられる点である。比較器CMP1は、キャパシタC3、インバータIN1、スイッチSW1および電圧保持回路20を含む。
(6) Sixth Embodiment FIG. 8 is a circuit diagram of a voltage comparison circuit having a single-ended configuration according to a sixth embodiment of the present invention. The voltage comparison circuit 3d of FIG. 8 differs from the voltage comparison circuit 3a of FIG. 3 in that an amplifier AM3, a switch SW1, a comparator CMP1, and a switch control circuit 13 are provided instead of the comparator CMP, the switch SW, and the switch control circuit 12. It is a point. The comparator CMP1 includes a capacitor C3, an inverter IN1, a switch SW1, and a voltage holding circuit 20.

増幅器AM3は、反転入力端子I5、非反転入力端子I6および出力端子O3を有する。増幅器AM3の利得A3は、増幅器AM1の利得A1よりも高い。また、増幅器AM3はオフセット電圧を有する。図8には、オフセット電圧が入力換算オフセット電圧Vos3として示される。増幅器AM3の反転入力端子I5は増幅器AM2の反転入力端子I3に接続され、非反転入力端子I6は増幅器AM2の出力端子O2に接続される。スイッチSW1は増幅器AM3の反転入力端子I5と出力端子O3との間に接続される。   The amplifier AM3 has an inverting input terminal I5, a non-inverting input terminal I6, and an output terminal O3. The gain A3 of the amplifier AM3 is higher than the gain A1 of the amplifier AM1. The amplifier AM3 has an offset voltage. In FIG. 8, the offset voltage is shown as the input conversion offset voltage Vos3. The inverting input terminal I5 of the amplifier AM3 is connected to the inverting input terminal I3 of the amplifier AM2, and the non-inverting input terminal I6 is connected to the output terminal O2 of the amplifier AM2. The switch SW1 is connected between the inverting input terminal I5 and the output terminal O3 of the amplifier AM3.

比較器CMP1は、キャパシタC3、インバータIN1、スイッチSW2および電圧保持回路20を含む。キャパシタC3は増幅器AM3の出力端子O3とインバータIN1の入力端子I9との間に接続される。スイッチSW2はインバータIN1の入力端子I9と出力端子O9との間に接続される。   The comparator CMP1 includes a capacitor C3, an inverter IN1, a switch SW2, and a voltage holding circuit 20. The capacitor C3 is connected between the output terminal O3 of the amplifier AM3 and the input terminal I9 of the inverter IN1. The switch SW2 is connected between the input terminal I9 and the output terminal O9 of the inverter IN1.

電圧保持回路20は、インバータIN2,IN7およびラッチ回路LA1,LA2を含む。インバータIN2の入力端子はインバータIN1の出力端子O9に接続される。ラッチ回路LA1は、スイッチSW3,SW4およびインバータIN3,IN4により構成される。ラッチ回路LA2は、スイッチSW5,SW6およびインバータIN5,IN6により構成される。ラッチ回路LA1,LA2は、インバータIN2の出力端子とインバータIN7の入力端子との間に接続される。   Voltage holding circuit 20 includes inverters IN2 and IN7 and latch circuits LA1 and LA2. The input terminal of the inverter IN2 is connected to the output terminal O9 of the inverter IN1. The latch circuit LA1 includes switches SW3 and SW4 and inverters IN3 and IN4. The latch circuit LA2 includes switches SW5 and SW6 and inverters IN5 and IN6. The latch circuits LA1 and LA2 are connected between the output terminal of the inverter IN2 and the input terminal of the inverter IN7.

スイッチ制御回路13は、電圧切り替え回路11、スイッチSW1,SW2を制御するための制御信号Φ1,Φ2を発生し、ラッチ回路LA1,LA2を制御するためのクロック信号fs,/fsを発生する。スイッチSW1は、制御信号Φ2に応答してオンまたはオフし、スイッチSW2は、制御信号Φ3に応答してオンまたはオフする。さらに、ラッチ回路LA1,LA2のスイッチSW4,SW5はクロック信号fsに応答してオンまたはオフし、スイッチSW3,SW6はクロック信号/fsに応答してオンまたはオフする。クロック信号/fsは、クロック信号fsの反転信号である。クロック信号fs,/fsの周波数は制御信号Φ1,Φ2,Φ3の周波数の例えば1000倍程度である。例えば、制御信号Φ1,Φ2,Φ3の周波数は4kHzであり、クロック信号fs,/fsの周波数は4MHzである。   The switch control circuit 13 generates control signals Φ1 and Φ2 for controlling the voltage switching circuit 11 and the switches SW1 and SW2, and generates clock signals fs and / fs for controlling the latch circuits LA1 and LA2. The switch SW1 is turned on or off in response to the control signal Φ2, and the switch SW2 is turned on or off in response to the control signal Φ3. Further, the switches SW4 and SW5 of the latch circuits LA1 and LA2 are turned on or off in response to the clock signal fs, and the switches SW3 and SW6 are turned on or off in response to the clock signal / fs. The clock signal / fs is an inverted signal of the clock signal fs. The frequency of the clock signals fs, / fs is, for example, about 1000 times the frequency of the control signals Φ1, Φ2, Φ3. For example, the frequency of the control signals Φ1, Φ2, and Φ3 is 4 kHz, and the frequency of the clock signals fs and / fs is 4 MHz.

次に、図8の電圧比較回路3dの動作について説明する。電圧切り替え回路11および増幅器AM1の動作は、図1〜図3の電圧切り替え回路11および増幅器AM1の動作と同様である。増幅器AM1の出力換算オフセット電圧Vos1はキャパシタC1によりキャンセルされる。   Next, the operation of the voltage comparison circuit 3d in FIG. 8 will be described. The operations of the voltage switching circuit 11 and the amplifier AM1 are the same as the operations of the voltage switching circuit 11 and the amplifier AM1 shown in FIGS. The output conversion offset voltage Vos1 of the amplifier AM1 is canceled by the capacitor C1.

第1の期間には、制御信号Φ2に応答してスイッチSW1がオンする。それにより、増幅器AM3がバッファ接続される。ここで、第1の期間における増幅器AM2の出力端子O2の電圧をVo1とし、増幅器AM3の出力端子O3の電圧をVo2とすると、次式が成り立つ。   In the first period, the switch SW1 is turned on in response to the control signal Φ2. Thereby, the amplifier AM3 is buffer-connected. Here, when the voltage at the output terminal O2 of the amplifier AM2 in the first period is Vo1, and the voltage at the output terminal O3 of the amplifier AM3 is Vo2, the following equation is established.

Vo2={A3/(1+A3)}・(Vo1+Vos3) …(4)
Vo1={(Vin3+Vos2)−Vo2}・A2 …(5)
上式(4),(5)および利得A3が高いことから次式が導かれる。
Vo2 = {A3 / (1 + A3)}. (Vo1 + Vos3) (4)
Vo1 = {(Vin3 + Vos2) −Vo2} · A2 (5)
Since the above equations (4) and (5) and the gain A3 are high, the following equation is derived.

Vo1=Vin3+Vos2−Vos3 …(6)
上式(6)を上式(4)に代入すると、次式が得られる。
Vo1 = Vin3 + Vos2-Vos3 (6)
Substituting the above equation (6) into the above equation (4), the following equation is obtained.

Vo2={A3/(1+A3)}・(Vin3+Vos2−Vos3+Vos3)={A3/(1+A3)}・(Vin3+Vos3) …(7)
利得A3が高いため、上式(7)は次式で近似される。
Vo2 = {A3 / (1 + A3)}. (Vin3 + Vos2-Vos3 + Vos3) = {A3 / (1 + A3)}. (Vin3 + Vos3) (7)
Since the gain A3 is high, the above equation (7) is approximated by the following equation.

Vo2=Vin3+Vos2 …(8)
上式(8)より、キャパシタC1の出力側端子が電圧Vo2(=Vin3+Vos2)により充電される。また、キャパシタC3の入力側端子が電圧Vo2(=Vin3+Vos2)により充電される。さらに、キャパシタC2の出力側端子が電圧Vo1(=Vin3+Vos2−Vos3)により充電される。
Vo2 = Vin3 + Vos2 (8)
From the above equation (8), the output side terminal of the capacitor C1 is charged by the voltage Vo2 (= Vin3 + Vos2). Further, the input side terminal of the capacitor C3 is charged by the voltage Vo2 (= Vin3 + Vos2). Further, the output side terminal of the capacitor C2 is charged by the voltage Vo1 (= Vin3 + Vos2-Vos3).

第2の期間には、制御信号Φ2に応答してスイッチSW1がオフする。このとき、第1の実施の形態と同様に、キャパシタC1に保持される電圧がΔV1・A1変化するので、増幅器AM2の反転入力端子I3の電圧はVo2+ΔV1・A1(=Vin3+Vos2+ΔV1・A1)となる。したがって、増幅器AM2は、非反転入力端子I4に与えられる入力電圧Vin3に入力換算オフセット電圧Vos2が加算された電圧(Vin3+Vos2)と反転入力端子I3の電圧(Vin3+Vos2+ΔV1・A1)との差ΔV2を利得A2で増幅する。それにより、出力端子O2の電圧はΔV2・A2=−ΔV1・A1・A2変化する。このようにして、入力換算オフセット電圧Vos2がキャンセルされる。   In the second period, the switch SW1 is turned off in response to the control signal Φ2. At this time, since the voltage held in the capacitor C1 changes by ΔV1 · A1 as in the first embodiment, the voltage at the inverting input terminal I3 of the amplifier AM2 becomes Vo2 + ΔV1 · A1 (= Vin3 + Vos2 + ΔV1 · A1). Therefore, the amplifier AM2 obtains the difference ΔV2 between the voltage (Vin3 + Vos2) obtained by adding the input conversion offset voltage Vos2 to the input voltage Vin3 given to the non-inverting input terminal I4 and the voltage (Vin3 + Vos2 + ΔV1 · A1) at the inverting input terminal I3 as the gain A2. Amplify with. As a result, the voltage at the output terminal O2 changes by ΔV2 · A2 = −ΔV1 · A1 · A2. In this way, the input conversion offset voltage Vos2 is cancelled.

このとき、キャパシタC2の出力側端子が電圧Vo1により充電されているため、増幅器AM3の非反転入力端子I6の電圧はVo1+ΔV2・A2(=Vin3+Vos2−Vos3−ΔV1・A1・A2)となる。また、増幅器AM3の反転入力端子I5の電圧は、増幅器AM2の反転入力端子I3の電圧と同様に、Vo2+ΔV1・A1=(Vin3+Vos2+ΔV1・A1)となる。   At this time, since the output side terminal of the capacitor C2 is charged by the voltage Vo1, the voltage of the non-inverting input terminal I6 of the amplifier AM3 becomes Vo1 + ΔV2 · A2 (= Vin3 + Vos2−Vos3−ΔV1 · A1 · A2). Similarly to the voltage at the inverting input terminal I3 of the amplifier AM2, the voltage at the inverting input terminal I5 of the amplifier AM3 is Vo2 + ΔV1 · A1 = (Vin3 + Vos2 + ΔV1 · A1).

したがって、増幅器AM3は、非反転入力端子I6の電圧(Vo1+ΔV2・A2)に入力換算オフセット電圧Vos3が加算された電圧(Vin3+Vos2−ΔV1・A1・A2)と反転入力端子I5の電圧(Vin3+Vos2+ΔV1・A1)との差ΔV3を利得A3で増幅する。それにより、出力端子O3の出力電圧は次式で示されるΔV3・A3変化する。   Therefore, the amplifier AM3 has a voltage (Vin3 + Vos2-ΔV1 · A1 · A2) obtained by adding the input conversion offset voltage Vos3 to the voltage (Vo1 + ΔV2 · A2) of the non-inverting input terminal I6 and the voltage (Vin3 + Vos2 + ΔV1 · A1) of the inverting input terminal I5. Is amplified with a gain A3. As a result, the output voltage of the output terminal O3 changes by ΔV3 · A3 expressed by the following equation.

ΔV3・A3
={Vin3+Vos2−ΔV1・A1・A2−(Vin3+Vos2+ΔV1・A1)}・A3
=(−ΔV1・A1・A2−ΔV1・A1)
=ΔV1・A1(A2+1) …(9)
上式(9)のように、入力換算オフセット電圧Vos3がキャンセルされる。
ΔV3 ・ A3
= {Vin3 + Vos2-ΔV1 · A1 · A2- (Vin3 + Vos2 + ΔV1 · A1)} · A3
= (-ΔV1, A1, A2-ΔV1, A1)
= ΔV1 · A1 (A2 + 1) (9)
As in the above equation (9), the input conversion offset voltage Vos3 is cancelled.

また、キャパシタC3に保持される電圧の変化分はΔV3・A3(=−ΔV1・A1(A2+1))である。したがって、キャパシタC3の出力側端子には入力換算オフセット電圧Vos2は伝達されず、インバータIN1の入力端子には、電圧ΔV3・A3(=−ΔV1・A1(A2+1))が入力される。このようにして、入力換算オフセット電圧Vos2がキャンセルされる。   The change in the voltage held in the capacitor C3 is ΔV3 · A3 (= −ΔV1 · A1 (A2 + 1)). Accordingly, the input conversion offset voltage Vos2 is not transmitted to the output side terminal of the capacitor C3, and the voltage ΔV3 · A3 (= −ΔV1 · A1 (A2 + 1)) is input to the input terminal of the inverter IN1. In this way, the input conversion offset voltage Vos2 is cancelled.

図9(a)はインバータIN1の構成を示す回路図であり、図9(b)はインバータIN1の入力電圧と出力電圧との関係を示す図である。図9に示すように、インバータIN1は、PチャネルMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)21およびNチャネルMOSFET22により構成される。PチャネルMOSFET21およびNチャネルMOSFET22のゲートは入力電圧Viを受ける入力端子I9に接続され、PチャネルMOSFET21およびNチャネルMOSFET22のドレインは出力電圧Voを出力する出力端子O9に接続される。PチャネルMOSFET21のソースには電源電圧VDDが与えられ、NチャネルMOSFET22のソースにはグランド電圧GNDが与えられる。   FIG. 9A is a circuit diagram showing the configuration of the inverter IN1, and FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the input voltage and the output voltage of the inverter IN1. As shown in FIG. 9, the inverter IN <b> 1 includes a P-channel MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) 21 and an N-channel MOSFET 22. The gates of P-channel MOSFET 21 and N-channel MOSFET 22 are connected to input terminal I9 that receives input voltage Vi, and the drains of P-channel MOSFET 21 and N-channel MOSFET 22 are connected to output terminal O9 that outputs output voltage Vo. The source of the P-channel MOSFET 21 is supplied with the power supply voltage VDD, and the source of the N-channel MOSFET 22 is supplied with the ground voltage GND.

図9(b)に示すように、出力電圧範囲の中間電圧Vbを中心とする一定範囲では、入力電圧Viの増加に対して出力電圧Voが直線的に減少する。したがって、インバータIN1は、中間電圧Vbを中心とする一定範囲において、高利得の反転増幅器として働く。   As shown in FIG. 9B, the output voltage Vo decreases linearly with the increase of the input voltage Vi in a certain range centered on the intermediate voltage Vb of the output voltage range. Therefore, the inverter IN1 functions as a high gain inverting amplifier in a certain range centered on the intermediate voltage Vb.

第1の期間には、制御信号Φ3に応答してスイッチSW2がオンする。それにより、インバータIN1の入力端子I9と出力端子O9とが短絡される。その結果、インバータIN1の入力電圧Viと出力電圧Voとが中間電圧Vbとなる。第2の期間には、制御信号Φ3に応答してスイッチSW3がオフする。それにより、インバータIN1の入力端子I9にキャパシタC3の出力側端子の電圧が入力電圧Viとして与えられる。インバータIN1は、入力電圧Viと中間電圧Vbとの差を反転増幅する。   In the first period, the switch SW2 is turned on in response to the control signal Φ3. Thereby, the input terminal I9 and the output terminal O9 of the inverter IN1 are short-circuited. As a result, the input voltage Vi and the output voltage Vo of the inverter IN1 become the intermediate voltage Vb. In the second period, the switch SW3 is turned off in response to the control signal Φ3. As a result, the voltage at the output terminal of the capacitor C3 is applied as the input voltage Vi to the input terminal I9 of the inverter IN1. The inverter IN1 inverts and amplifies the difference between the input voltage Vi and the intermediate voltage Vb.

電圧保持回路20のインバータIN2は、インバータIN1の出力電圧Voのレベルを反転し、ハイレベルまたはローレベルの信号を出力する。   The inverter IN2 of the voltage holding circuit 20 inverts the level of the output voltage Vo of the inverter IN1, and outputs a high level or low level signal.

ラッチ回路LA1,LA2は、クロック信号fs,/fsに応答して入力動作および保持動作を交互に行う。まず、クロック信号/fsに応答して、スイッチSW3,SW6がオンし、クロック信号fsに応答して、スイッチSW4,SW5がオフする。それにより、ラッチ回路LA1が入力動作を行う。この場合、インバータIN2の出力信号がインバータIN3に入力され、インバータIN3の出力信号がインバータIN4に入力される。このとき、ラッチ回路LA2が保持動作を行う。   Latch circuits LA1 and LA2 alternately perform an input operation and a holding operation in response to clock signals fs and / fs. First, the switches SW3 and SW6 are turned on in response to the clock signal / fs, and the switches SW4 and SW5 are turned off in response to the clock signal fs. Thereby, the latch circuit LA1 performs an input operation. In this case, the output signal of the inverter IN2 is input to the inverter IN3, and the output signal of the inverter IN3 is input to the inverter IN4. At this time, the latch circuit LA2 performs a holding operation.

次に、クロック信号/fsに応答して、スイッチSW3,SW6がオフし、クロック信号fsに応答して、スイッチSW4,SW5がオンする。それにより、ラッチ回路LA1が保持動作を行う。それにより、インバータIN3の入力信号および出力信号がラッチ回路LA1に保持される。このとき、ラッチ回路LA2は入力動作を行う。それにより、インバータIN3の出力信号がインバータIN5に入力され、インバータIN5の出力信号がインバータIN6に入力される。   Next, the switches SW3 and SW6 are turned off in response to the clock signal / fs, and the switches SW4 and SW5 are turned on in response to the clock signal fs. Thereby, the latch circuit LA1 performs a holding operation. Thereby, the input signal and output signal of the inverter IN3 are held in the latch circuit LA1. At this time, the latch circuit LA2 performs an input operation. Thereby, the output signal of the inverter IN3 is input to the inverter IN5, and the output signal of the inverter IN5 is input to the inverter IN6.

インバータIN7はラッチ回路LA2のインバータIN5の出力信号のレベルを反転し、出力信号Vcmpを出力する。それにより、クロック信号fs,/fsの半周期ごとにインバータIN1の出力電圧Voのレベルに応じて出力信号Vcmpのレベルが確定される。したがって、電圧保持回路20の出力信号Vcmpは入力電圧Viと中間電圧Vbとの比較結果を表す。具体的には、入力電圧Viが中間電圧Vbよりも高い場合に出力信号Vcmpはハイレベルとなり、入力電圧Viが中間電圧Vb以下の場合に出力信号cmpはローレベルとなる。   The inverter IN7 inverts the level of the output signal of the inverter IN5 of the latch circuit LA2 and outputs the output signal Vcmp. Thereby, the level of the output signal Vcmp is determined according to the level of the output voltage Vo of the inverter IN1 every half cycle of the clock signals fs, / fs. Therefore, the output signal Vcmp of the voltage holding circuit 20 represents the comparison result between the input voltage Vi and the intermediate voltage Vb. Specifically, the output signal Vcmp is at a high level when the input voltage Vi is higher than the intermediate voltage Vb, and the output signal cmp is at a low level when the input voltage Vi is equal to or lower than the intermediate voltage Vb.

本実施の形態に係る電圧比較回路3dにおいては、キャパシタC1により増幅器AM1の出力換算オフセット電圧Vos1および増幅器AM3の入力換算オフセット電圧Vos3がキャンセルされ、キャパシタC3により増幅器AM2の入力換算オフセット電圧Vos2がキャンセルされる。したがって、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器AM1のオフセット電圧、増幅器AM2のオフセット電圧および増幅器AM3のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   In the voltage comparison circuit 3d according to the present embodiment, the output equivalent offset voltage Vos1 of the amplifier AM1 and the input equivalent offset voltage Vos3 of the amplifier AM3 are canceled by the capacitor C1, and the input equivalent offset voltage Vos2 of the amplifier AM2 is canceled by the capacitor C3. Is done. Therefore, it is possible to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier AM1, the offset voltage of the amplifier AM2, and the offset voltage of the amplifier AM3 while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements.

(7)第7の実施の形態
図10は本発明の第7の実施の形態に係る電圧時間変換回路の回路図である。図10の電圧時間変換回路4が図8の電圧比較回路3dと異なるのは、カウンタ30がさらに設けられる点である。
(7) Seventh Embodiment FIG. 10 is a circuit diagram of a voltage-time conversion circuit according to a seventh embodiment of the present invention. 10 differs from the voltage comparison circuit 3d in FIG. 8 in that a counter 30 is further provided.

カウンタ30には、スイッチ制御回路13によりクロック信号fsが与えられる。カウンタ30は、電圧保持回路20の出力信号Vcmpに基づいて予め定められた期間においてクロック信号fsのパルス数をカウントし、カウント値を表すカウント信号Ocntを出力する。この場合、カウント信号Ocntの値は予め定められた期間の長さを表す。   A clock signal fs is given to the counter 30 by the switch control circuit 13. The counter 30 counts the number of pulses of the clock signal fs in a predetermined period based on the output signal Vcmp of the voltage holding circuit 20, and outputs a count signal Octt representing the count value. In this case, the value of the count signal Octt represents the length of a predetermined period.

例えば、カウンタ30は、電圧保持回路20の出力信号Vcmpがハイレベルである期間においてクロック信号fsのパルス数をカウントし、カウント値を表すカウント信号Ocntを出力する。この場合、カウント信号Ocntの値は電圧保持回路20の出力信号Vcmpがハイレベルである時間を表す。すなわち、カウント信号Ocntは、入力電圧Viが中間電圧Vbよりも高い期間の長さを表す。なお、カウンタ30は、電圧保持回路20の出力信号Vcmpがローレベルである期間においてクロック信号fsのパルス数をカウントし、カウント値を表すカウント信号Ocntを出力してもよい。   For example, the counter 30 counts the number of pulses of the clock signal fs during a period when the output signal Vcmp of the voltage holding circuit 20 is at a high level, and outputs a count signal Octt that represents the count value. In this case, the value of the count signal Octt represents a time during which the output signal Vcmp of the voltage holding circuit 20 is at a high level. That is, the count signal Octt represents the length of a period during which the input voltage Vi is higher than the intermediate voltage Vb. Note that the counter 30 may count the number of pulses of the clock signal fs during the period in which the output signal Vcmp of the voltage holding circuit 20 is at a low level, and may output a count signal Octt representing the count value.

さらに、カウンタ30はクロック信号fsまたは/fsのタイミングで出力信号Vcmpがハイレベルまたはローレベルにあることをカウントする構成でもよい。   Further, the counter 30 may be configured to count that the output signal Vcmp is at the high level or the low level at the timing of the clock signal fs or / fs.

このように、図10の電圧時間変換回路4は電圧を時間に変換する機能を有する。本実施の形態に係る電圧時間変換回路4においては、図8の電圧比較回路3dと同様に、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器AM1のオフセット電圧、増幅器AM2のオフセット電圧および増幅器AM3のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。   As described above, the voltage-time conversion circuit 4 in FIG. 10 has a function of converting a voltage into time. In the voltage-time conversion circuit 4 according to the present embodiment, the offset voltage of the amplifier AM1 and the offset voltage of the amplifier AM2 are suppressed while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements, as in the voltage comparison circuit 3d of FIG. In addition, the influence of the offset voltage of the amplifier AM3 can be reduced.

(8)第8の実施の形態
図11は本発明の第8の実施の形態に係るセンサ出力読み出し回路の回路図である。図11のセンサ出力読み出し回路100は、電圧発生回路60、センサアレイ70、増幅器AM1〜AM3、キャパシタC1,C2、スイッチSR1,SA1,SB1,SR2,SA2,SB2,SR3、比較器CMP1、カウンタ30および減算器40を含む。
(8) Eighth Embodiment FIG. 11 is a circuit diagram of a sensor output readout circuit according to an eighth embodiment of the present invention. 11 includes a voltage generation circuit 60, a sensor array 70, amplifiers AM1 to AM3, capacitors C1 and C2, switches SR1, SA1, SB1, SR2, SA2, SB2, SR3, a comparator CMP1, and a counter 30. And a subtractor 40.

電圧発生回路60は、共通電圧Vcomh、共通電圧Vcomおよび基準電圧Vrを発生する。共通電圧Vcomhは、共通電圧Vcomよりも高く、基準電圧Vrは共通電圧Vcomよりも低い。   The voltage generation circuit 60 generates a common voltage Vcomh, a common voltage Vcom, and a reference voltage Vr. The common voltage Vcomh is higher than the common voltage Vcom, and the reference voltage Vr is lower than the common voltage Vcom.

センサアレイ70は、例えば赤外線センサアレイであり、複数のセンサ素子TPを含む。複数のセンサ素子TPは、高電位端子と低電位端子との間に並列に接続される。センサアレイ70の低電位端子には共通電圧Vcomhが与えられ、高電位端子の電圧が入力電圧Vinとして増幅器AM1に与えられる。   The sensor array 70 is an infrared sensor array, for example, and includes a plurality of sensor elements TP. The plurality of sensor elements TP are connected in parallel between the high potential terminal and the low potential terminal. The common voltage Vcomh is applied to the low potential terminal of the sensor array 70, and the voltage at the high potential terminal is applied to the amplifier AM1 as the input voltage Vin.

増幅器AM1は、PチャネルMOSFET31,32,35およびNチャネルMOSFET33,34により構成される。PチャネルMOSFET31,32のゲートはそれぞれ非反転入力端子I1および反転入力端子I2に接続される。PチャネルMOSFET31とNチャネルMOSFET33との接続点は出力端子O1に接続される。増幅器AM1は、電圧/電流変換器として働く。   The amplifier AM1 is composed of P-channel MOSFETs 31, 32 and 35 and N-channel MOSFETs 33 and 34. The gates of the P-channel MOSFETs 31 and 32 are connected to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2, respectively. A connection point between the P-channel MOSFET 31 and the N-channel MOSFET 33 is connected to the output terminal O1. The amplifier AM1 serves as a voltage / current converter.

非反転入力端子I1には、スイッチSA1,RB1,SB1を介して共通電圧Vcomが与えられ、反転入力端子I2には、スイッチSA2,SR2,SB2を介してそれぞれ入力電圧Vin、共通電圧Vcomおよび基準電圧Vrが与えられる。比較器CMP1は、図8の比較器CMP1と同様の構成を有する。なお、比較器CMP1の代わりに演算増幅器からなる図3の比較器CMPを用いてもよい。   The common voltage Vcom is applied to the non-inverting input terminal I1 through the switches SA1, RB1, and SB1, and the input voltage Vin, the common voltage Vcom, and the reference are supplied to the inverting input terminal I2 through the switches SA2, SR2, and SB2, respectively. A voltage Vr is applied. The comparator CMP1 has the same configuration as the comparator CMP1 in FIG. Note that the comparator CMP of FIG. 3 formed of an operational amplifier may be used instead of the comparator CMP1.

図12は図11のセンサ出力読み出し回路100の動作を説明するための電圧波形図である。第1の期間T1において、スイッチSR1,SR2,SR3がオンし、スイッチSA1,SB1,SA2,SB2がオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2に共通電圧Vcomが与えられる。その結果、増幅器AM3の出力電圧Vout’はVcomとなる。   FIG. 12 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the sensor output readout circuit 100 of FIG. In the first period T1, the switches SR1, SR2, SR3 are turned on, and the switches SA1, SB1, SA2, SB2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom is applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1. As a result, the output voltage Vout ′ of the amplifier AM3 becomes Vcom.

第2の期間T2において、スイッチSA1,SA2がオンし、スイッチSR1,SR2,SB1,SB2がオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2にそれぞれ共通電圧Vcomおよび入力電圧Vinが与えられる。この場合、増幅器AM1のPチャネルMOSFET31およびNチャネルMOSFET33に実線の矢印で示す電流i1が流れる。増幅器AM2およびキャパシタC2の積分動作により増幅器AM3の出力電圧Vout’が直線的に低下する。ここで、第2の期間T2の長さは一定である。そのため、入力電圧Vinが高いほど、第2の期間T2の終了時点での出力電圧Vout’の値はより低くなる。出力電圧Vout’が基準電圧Vrよりも低いときに、比較器CMP1の出力信号Vcmpはローレベルとなる。   In the second period T2, the switches SA1 and SA2 are turned on and the switches SR1, SR2, SB1 and SB2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom and the input voltage Vin are applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1, respectively. In this case, a current i1 indicated by a solid arrow flows through the P-channel MOSFET 31 and the N-channel MOSFET 33 of the amplifier AM1. The output voltage Vout 'of the amplifier AM3 decreases linearly by the integration operation of the amplifier AM2 and the capacitor C2. Here, the length of the second period T2 is constant. Therefore, the higher the input voltage Vin, the lower the value of the output voltage Vout ′ at the end of the second period T2. When the output voltage Vout 'is lower than the reference voltage Vr, the output signal Vcmp of the comparator CMP1 is at a low level.

第3の期間T3において、スイッチSB1,SB2がオンし、スイッチSR1,SR2,SA1,SA2がオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2にそれぞれ共通電圧Vcomおよび基準電圧Vrが与えられる。この場合、増幅器AM1のPチャネルMOSFET32およびNチャネルMOSFET34に点線の矢印で示す電流i2が流れる。増幅器AM2およびキャパシタC2の積分動作により増幅器AM3の出力電圧Vout’が直線的に上昇する。出力電圧Vout’が基準電圧Vrよりも高くなると、比較器CMP1の出力信号Vcmpはハイレベルとなる。   In the third period T3, the switches SB1 and SB2 are turned on, and the switches SR1, SR2, SA1, and SA2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom and the reference voltage Vr are respectively applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1. In this case, a current i2 indicated by a dotted arrow flows through the P-channel MOSFET 32 and the N-channel MOSFET 34 of the amplifier AM1. The output voltage Vout 'of the amplifier AM3 rises linearly by the integration operation of the amplifier AM2 and the capacitor C2. When the output voltage Vout ′ becomes higher than the reference voltage Vr, the output signal Vcmp of the comparator CMP1 becomes high level.

第2の期間T2の開始時点t1から比較器CMP1の出力信号Vcmpがハイレベルに立ち上がる時点t2までの時間Δtは、入力電圧Vinと共通電圧Vcomとの差が大きいほど長くなる。   The time Δt from the start time t1 of the second period T2 to the time t2 when the output signal Vcmp of the comparator CMP1 rises to a high level becomes longer as the difference between the input voltage Vin and the common voltage Vcom is larger.

カウンタ30には、第2の期間T2の開始時点t1から比較器CMP1の出力信号Vcmpがハイレベルに立ち上がる時点t2までの期間において、クロック信号fsのパルス数をカウントし、カウント値を表すカウント信号Ocntを出力する。   The counter 30 counts the number of pulses of the clock signal fs during a period from the start time t1 of the second period T2 to the time t2 when the output signal Vcmp of the comparator CMP1 rises to a high level, and a count signal indicating the count value Outputs Oct.

センサアレイ70の全てのセンサ素子TPがオンしているときのカウンタ30のカウント信号Ocntの値Nrが予め求められる。実際の測定時にカウンタ30から出力されるカウント信号Ocntの値をNiとする。減算器40は、値Niから値Nrを減算し、減算値(Ni−Nr)を測定信号CTとして出力する。それにより、センサ出力読み出し回路100の全体のオフセットをキャンセルすることができる。   A value Nr of the count signal Octt of the counter 30 when all the sensor elements TP of the sensor array 70 are on is obtained in advance. The value of the count signal Octt output from the counter 30 during actual measurement is Ni. The subtracter 40 subtracts the value Nr from the value Ni and outputs the subtraction value (Ni−Nr) as the measurement signal CT. Thereby, the entire offset of the sensor output readout circuit 100 can be canceled.

図11のセンサ出力読み出し回路100では、図8の電圧比較回路3dと同様に、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器AM1のオフセット電圧、増幅器AM2のオフセット電圧および増幅器AM3のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。したがって、センサアレイ70の出力を高精度で読み出すことができる。   In the sensor output readout circuit 100 of FIG. 11, similarly to the voltage comparison circuit 3d of FIG. 8, the offset voltage of the amplifier AM1, the offset voltage of the amplifier AM2, and the amplifier AM3 are suppressed while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements. It becomes possible to reduce the influence of the offset voltage. Therefore, the output of the sensor array 70 can be read with high accuracy.

(9)第9の実施の形態
図13は本発明の第9の実施の形態に係るセンサ出力読み出し回路の回路図である。図13のセンサ出力読み出し回路100aが図11のセンサ出力読み出し回路100と異なるのは次の点である。
(9) Ninth Embodiment FIG. 13 is a circuit diagram of a sensor output readout circuit according to a ninth embodiment of the present invention. The sensor output readout circuit 100a in FIG. 13 is different from the sensor output readout circuit 100 in FIG. 11 in the following points.

図13のセンサ出力読み出し回路100aは、図11の増幅器AM2の代わりにインバータIN8を含み、図11の増幅器AM3および比較器CMP1の代わりにインバータIN9を含む。インバータIN8の入力端子I10はキャパシタC1の出力側端子に接続される。インバータIN8の入力端子I10と出力端子O10との間にスイッチSR4が接続され、増幅器AM1の出力端子O1とインバータIN8の出力端子O10との間にキャパシタC2が接続される。インバータIN8の出力端子O10とカウンタ30の入力端子との間にインバータIN9が接続される。   The sensor output readout circuit 100a of FIG. 13 includes an inverter IN8 instead of the amplifier AM2 of FIG. 11, and includes an inverter IN9 instead of the amplifier AM3 and the comparator CMP1 of FIG. The input terminal I10 of the inverter IN8 is connected to the output side terminal of the capacitor C1. A switch SR4 is connected between the input terminal I10 and the output terminal O10 of the inverter IN8, and a capacitor C2 is connected between the output terminal O1 of the amplifier AM1 and the output terminal O10 of the inverter IN8. An inverter IN9 is connected between the output terminal O10 of the inverter IN8 and the input terminal of the counter 30.

図14は図13のセンサ出力読み出し回路100aの主要部の動作を説明するための回路図である。図15は図13のセンサ出力読み出し回路100aの主要部の電圧波形図である。   FIG. 14 is a circuit diagram for explaining the operation of the main part of the sensor output readout circuit 100a of FIG. FIG. 15 is a voltage waveform diagram of the main part of the sensor output readout circuit 100a of FIG.

図14のインバータIN8,IN9は、図9のインバータIN1と同様の構成を有する。インバータIN8は高利得の反転増幅器として働く。また、インバータIN9は比較器として働く。   Inverters IN8 and IN9 in FIG. 14 have the same configuration as inverter IN1 in FIG. The inverter IN8 functions as a high gain inverting amplifier. The inverter IN9 functions as a comparator.

図15に示すように、第1の期間T1において、スイッチSR1,SR2がオンし、スイッチSA1,SB1,SA2,SB2はオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2に共通電圧Vcomが与えられる。また、スイッチSR4がオンする。それにより、インバータIN8の入力端子I10の電圧および出力端子O10の電圧が中間電圧Vbとなる。その結果、インバータIN8の出力電圧Vout1は中間電圧Vbとなる。   As shown in FIG. 15, in the first period T1, the switches SR1, SR2 are turned on and the switches SA1, SB1, SA2, SB2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom is applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1. Further, the switch SR4 is turned on. As a result, the voltage at the input terminal I10 and the voltage at the output terminal O10 of the inverter IN8 become the intermediate voltage Vb. As a result, the output voltage Vout1 of the inverter IN8 becomes the intermediate voltage Vb.

第2の期間T2において、スイッチSA1,SA2がオンし、スイッチSB1,SB2,SR1,SR2がオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2にそれぞれ共通電圧Vcomおよび入力電圧Vinが与えられる。インバータIN8およびキャパシタC2の積分動作によりインバータIN8の出力電圧Vout1が直線的に低下する。この場合、出力電圧Vout1が中間電圧Vbよりも低いので、インバータIN9の出力信号Vcmpはローレベルとなる。   In the second period T2, the switches SA1 and SA2 are turned on, and the switches SB1, SB2, SR1 and SR2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom and the input voltage Vin are applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1, respectively. The output voltage Vout1 of the inverter IN8 decreases linearly by the integration operation of the inverter IN8 and the capacitor C2. In this case, since the output voltage Vout1 is lower than the intermediate voltage Vb, the output signal Vcmp of the inverter IN9 is at a low level.

第3の期間T3において、スイッチSB1,SB2がオンし、スイッチSA1,SA2,SR1,SR2がオフする。それにより、増幅器AM1の非反転入力端子I1および反転入力端子I2にそれぞれ共通電圧Vcomおよび基準電圧Vrが与えられる。インバータIN8およびキャパシタC2の積分動作によりインバータIN8の出力電圧Vout1が直線的に上昇する。出力電圧Vout1が中間電圧Vbよりも高くなると、インバータIN9の出力信号Vcmpはハイレベルとなる。   In the third period T3, the switches SB1 and SB2 are turned on, and the switches SA1, SA2, SR1 and SR2 are turned off. Thereby, the common voltage Vcom and the reference voltage Vr are respectively applied to the non-inverting input terminal I1 and the inverting input terminal I2 of the amplifier AM1. The output voltage Vout1 of the inverter IN8 rises linearly by the integration operation of the inverter IN8 and the capacitor C2. When the output voltage Vout1 becomes higher than the intermediate voltage Vb, the output signal Vcmp of the inverter IN9 becomes high level.

第2の期間T2の開始時点t1からインバータIN9の出力信号Vcmpがハイレベルに立ち上がる時点t2までの時間Δtは、入力電圧Vinと共通電圧Vcomとの差が大きいほど長くなる。   The time Δt from the start time t1 of the second period T2 to the time t2 when the output signal Vcmp of the inverter IN9 rises to a high level becomes longer as the difference between the input voltage Vin and the common voltage Vcom is larger.

図13のセンサ出力読み出し回路100aの他の動作は、図11のセンサ出力読み出し回路100の動作と同様である。   Other operations of the sensor output readout circuit 100a of FIG. 13 are the same as the operations of the sensor output readout circuit 100 of FIG.

図13のセンサ出力読み出し回路100では、回路構成の複雑化および素子数の増加を抑制しつつ増幅器AM1のオフセット電圧の影響を低減することが可能となる。したがって、センサアレイ70の出力を高精度で読み出すことができる。   In the sensor output readout circuit 100 of FIG. 13, it is possible to reduce the influence of the offset voltage of the amplifier AM1 while suppressing the complexity of the circuit configuration and the increase in the number of elements. Therefore, the output of the sensor array 70 can be read with high accuracy.

(10)他の実施の形態
図1のシングルエンド構成の増幅回路1を差動構成の増幅回路に変更することも可能である。また、図2のシングルエンド構成の積分回路2を差動構成の積分回路に変更することも可能である。
(10) Other Embodiments It is possible to change the single-ended amplifier circuit 1 of FIG. 1 to a differential amplifier circuit. It is also possible to change the integration circuit 2 having a single-end configuration in FIG. 2 to an integration circuit having a differential configuration.

(11)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(11) Correspondence between each constituent element of claims and each element of the embodiment Hereinafter, an example of correspondence between each constituent element of the claims and each element of the embodiment will be described. It is not limited to.

上記実施の形態では、増幅器AM1が第1の増幅器の例であり、増幅器AM2が第2の増幅器の例であり、増幅器AM3が第3の増幅器の例であり、非反転入力端子I1が第1の入力端子の例であり、反転入力端子I2が第2の入力端子の例であり、反転入力端子I3が第3の入力端子の例であり、非反転入力端子I4が第4の入力端子の例であり、反転入力端子I5が第5の入力端子の例であり、非反転入力端子I6が第6の入力端子の例であり、出力端子O1が第1の出力端子の例であり、出力端子O2が第2の出力端子の例であり、出力端子O3が第3の出力端子の例である。   In the above embodiment, the amplifier AM1 is an example of the first amplifier, the amplifier AM2 is an example of the second amplifier, the amplifier AM3 is an example of the third amplifier, and the non-inverting input terminal I1 is the first amplifier. The inverting input terminal I2 is an example of a second input terminal, the inverting input terminal I3 is an example of a third input terminal, and the non-inverting input terminal I4 is an example of a fourth input terminal. For example, the inverting input terminal I5 is an example of the fifth input terminal, the non-inverting input terminal I6 is an example of the sixth input terminal, the output terminal O1 is an example of the first output terminal, and the output The terminal O2 is an example of the second output terminal, and the output terminal O3 is an example of the third output terminal.

電圧切り替え回路11,11aが電圧切り替え手段の例であり、キャパシタC1が容量素子または第1の容量素子の例であり、キャパシタC2が第2の容量素子の例であり、キャパシタC3が第3の容量素子の例であり、スイッチSWがスイッチ手段の例であり、スイッチSW1,SR3が第1のスイッチ手段の例であり、スイッチSW2が第2のスイッチ手段の例であり、比較器CMP,CMP1が電圧比較器の例であり、カウンタ30が時間測定手段の例である。   The voltage switching circuits 11, 11a are examples of voltage switching means, the capacitor C1 is an example of a capacitive element or a first capacitive element, the capacitor C2 is an example of a second capacitive element, and the capacitor C3 is a third capacitive element. It is an example of a capacitive element, the switch SW is an example of a switch means, the switches SW1 and SR3 are examples of a first switch means, the switch SW2 is an example of a second switch means, and comparators CMP and CMP1 Is an example of a voltage comparator, and the counter 30 is an example of time measuring means.

入力電圧Vin1および共通電圧Vcomが第1の入力電圧の例であり、入力電圧Vin2、入力電圧Vinおよび基準電圧Vrが第2の入力電圧の例であり、入力電圧Vin3、共通電圧Vcom、非反転入力端子I4の電圧(図6)および基準電圧Vr(図11)が第3の入力電圧の例であり、入力電圧Vin4、共通電圧Vcomおよび非反転入力端子I6の電圧(図6)が第4の入力電圧の例である。   The input voltage Vin1 and the common voltage Vcom are examples of the first input voltage, the input voltage Vin2, the input voltage Vin, and the reference voltage Vr are examples of the second input voltage, the input voltage Vin3, the common voltage Vcom, and the non-inversion The voltage at the input terminal I4 (FIG. 6) and the reference voltage Vr (FIG. 11) are examples of the third input voltage. The input voltage Vin4, the common voltage Vcom, and the voltage at the non-inverting input terminal I6 (FIG. 6) are the fourth. This is an example of the input voltage.

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。   As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.

本発明は、電圧の増幅、電圧の積分、電圧の比較および電圧時間変換等に利用することができる。   The present invention can be used for voltage amplification, voltage integration, voltage comparison, voltage time conversion, and the like.

1 増幅回路
2 積分回路
3a,3b,3c,3d 電圧比較回路
4 電圧時間変換回路
11,11a 電圧切り替え回路
12,13 スイッチ制御回路
20 電圧保持回路
21,31,32,35 PチャネルMOSFET
22,33,34 NチャネルMOSFET
30 カウンタ
40 減算器
60 電圧発生回路
70 センサアレイ
100,100a センサ出力読み出し回路
AM1〜AM3 増幅器
C1〜C3,C1b,C2b キャパシタ
CMP,CMP1 比較器
IN1〜IN9 インバータ
LA1,LA2 ラッチ回路
I2,I3,I5,I8 反転入力端子
I1,I4,I6,I7 非反転入力端子
I9,I10 入力端子
O1,O1b,O2,O2b,O3,O4,O9,O10 出力端子
SW,SW1〜SW6,SWb,S1〜S4,SA1,SA2,SB1,SB2,SR1,SR2,SR3,SR4 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Amplifying circuit 2 Integration circuit 3a, 3b, 3c, 3d Voltage comparison circuit 4 Voltage time conversion circuit 11, 11a Voltage switching circuit 12, 13 Switch control circuit 20 Voltage holding circuit 21, 31, 32, 35 P channel MOSFET
22, 33, 34 N-channel MOSFET
30 counter 40 subtractor 60 voltage generator circuit 70 sensor array 100, 100a sensor output readout circuit AM1-AM3 amplifier C1-C3, C1b, C2b capacitor CMP, CMP1 comparator IN1-IN9 inverter LA1, LA2 latch circuit I2, I3, I5 , I8 Inverting input terminals I1, I4, I6, I7 Non-inverting input terminals I9, I10 Input terminals O1, O1b, O2, O2b, O3, O4, O9, O10 Output terminals SW, SW1 to SW6, SWb, S1 to S4 SA1, SA2, SB1, SB2, SR1, SR2, SR3, SR4 switch

Claims (4)

第1の入力端子、第2の入力端子および第1の出力端子を有し、前記第1の入力端子の電圧と前記第2の入力端子の電圧との差を増幅して前記第1の出力端子に出力する第1の増幅器と、
第3の入力端子、第4の入力端子および第2の出力端子を有し、前記第3の入力端子の電圧と前記第4の入力端子の電圧との差を増幅して前記第2の出力端子に出力する第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の前記第1の出力端子と前記第2の増幅器の前記第3の入力端子との間に接続される第1の容量素子と、
前記第1の増幅器の前記第1の出力端子と前記第2の増幅器の前記第2の出力端子との間に接続される第2の容量素子と、
前記第1の増幅器の前記第1および第2の入力端子に接続される電圧切り替え手段と、
前記第2の増幅器の前記第3の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続されるスイッチ手段とを備え、
前記第1の容量素子の一端および前記第2の容量素子の一端は前記第1の増幅器の前記第1の出力端子に接続され、
前記電圧切り替え手段は、第1の期間において前記第1および第2の入力端子に共通電圧を与え、前記第1の期間に続く第2の期間において前記第1の入力端子に第1の入力電圧を与えるとともに前記第2の入力端子に第2の入力電圧を与えるように構成され、
前記スイッチ手段は、前記第1の期間においてオンし、前記第2の期間においてオフするように構成され、
前記第2の増幅器の前記第4の入力端子には、前記第1および第2の期間において第3の入力電圧が与えられる、積分回路。
A first input terminal; a second input terminal; and a first output terminal, wherein the first output is amplified by amplifying a difference between the voltage of the first input terminal and the voltage of the second input terminal. A first amplifier that outputs to a terminal;
A third input terminal; a fourth input terminal; and a second output terminal. The second output is amplified by amplifying a difference between the voltage of the third input terminal and the voltage of the fourth input terminal. A second amplifier that outputs to the terminal;
A first capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the third input terminal of the second amplifier;
A second capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the second output terminal of the second amplifier;
Voltage switching means connected to the first and second input terminals of the first amplifier;
Switch means connected between the third input terminal and the second output terminal of the second amplifier;
One end of the first capacitive element and one end of the second capacitive element are connected to the first output terminal of the first amplifier;
The voltage switching unit applies a common voltage to the first and second input terminals in a first period, and a first input voltage to the first input terminal in a second period following the first period. And a second input voltage to the second input terminal,
The switch means is configured to turn on in the first period and to turn off in the second period;
An integration circuit, wherein a third input voltage is applied to the fourth input terminal of the second amplifier during the first and second periods.
第1の入力端子、第2の入力端子および第1の出力端子を有し、前記第1の入力端子の電圧と前記第2の入力端子の電圧との差を増幅して前記第1の出力端子に出力する第1の増幅器と、
第3の入力端子、第4の入力端子および第2の出力端子を有し、前記第3の入力端子の電圧と前記第4の入力端子の電圧との差を増幅して前記第2の出力端子に出力する第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の前記第1の出力端子と前記第2の増幅器の前記第3の入力端子との間に接続される第1の容量素子と、
前記第1の増幅器の前記第1の出力端子と前記第2の増幅器の前記第2の出力端子との間に接続される第2の容量素子と、
前記第1の増幅器の前記第1および第2の入力端子に接続される電圧切り替え手段と、
前記第2の増幅器の前記第3の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続されるスイッチ手段と、
電圧比較器とを備え、
前記第1の容量素子の一端および前記第2の容量素子の一端は前記第1の増幅器の前記第1の出力端子に接続され、
前記電圧切り替え手段は、第1の期間において前記第1および第2の入力端子に共通電圧を与え、前記第1の期間に続く第2の期間において前記第1の入力端子に第1の入力電圧を与えるとともに前記第2の入力端子に第2の入力電圧を与えるように構成され、
前記スイッチ手段は、前記第1の期間においてオンし、前記第2の期間においてオフするように構成され、
前記第2の増幅器の前記第4の入力端子には、前記第1および第2の期間において第3の入力電圧が与えられ、
前記電圧比較器は、前記第2の増幅器の前記第2の出力端子の電圧と第4の入力電圧との比較結果を示す電圧を出力するように構成される、電圧比較回路。
A first input terminal; a second input terminal; and a first output terminal, wherein the first output is amplified by amplifying a difference between the voltage of the first input terminal and the voltage of the second input terminal. A first amplifier that outputs to a terminal;
A third input terminal; a fourth input terminal; and a second output terminal. The second output is amplified by amplifying a difference between the voltage of the third input terminal and the voltage of the fourth input terminal. A second amplifier that outputs to the terminal;
A first capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the third input terminal of the second amplifier;
A second capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the second output terminal of the second amplifier;
Voltage switching means connected to the first and second input terminals of the first amplifier;
Switch means connected between the third input terminal and the second output terminal of the second amplifier;
A voltage comparator,
One end of the first capacitive element and one end of the second capacitive element are connected to the first output terminal of the first amplifier;
The voltage switching unit applies a common voltage to the first and second input terminals in a first period, and a first input voltage to the first input terminal in a second period following the first period. And a second input voltage to the second input terminal,
The switch means is configured to turn on in the first period and to turn off in the second period;
A third input voltage is applied to the fourth input terminal of the second amplifier in the first and second periods;
The voltage comparator is configured to output a voltage indicating a comparison result between a voltage at the second output terminal of the second amplifier and a fourth input voltage.
第1の入力端子、第2の入力端子および第1の出力端子を有し、前記第1の入力端子の電圧と前記第2の入力端子の電圧との差を増幅して前記第1の出力端子に出力する第1の増幅器と、
第3の入力端子、第4の入力端子および第2の出力端子を有し、前記第3の入力端子の電圧と前記第4の入力端子の電圧との差を増幅して前記第2の出力端子に出力する第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の前記第1の出力端子と前記第2の増幅器の前記第3の入力端子との間に接続される第1の容量素子と、
前記第1の増幅器の前記第1の出力端子と前記第2の増幅器の前記第2の出力端子との間に接続される第2の容量素子と、
前記第1の増幅器の前記第1および第2の入力端子に接続される電圧切り替え手段と、
第5の入力端子、第6の入力端子および第3の出力端子を有し、前記第5の入力端子の電圧と前記第6の入力端子の電圧との差を増幅して前記第3の出力端子に出力する第3の増幅器と、
前記第3の増幅器の前記第5の入力端子と前記第3の出力端子との間に接続される第1のスイッチ手段と、
第1導電型チャネルトランジスタおよび第2導電型チャネルトランジスタにより構成されるインバータと、
前記第3の増幅器の前記第3の出力端子と前記インバータの入力端子との間に接続される第3の容量素子と、
前記インバータの入力端子と前記インバータの出力端子との間に接続される第2のスイッチ手段と、
前記インバータの前記出力端子の電圧を保持する電圧保持手段とを備え、
前記第1の容量素子の一端および前記第2の容量素子の一端は前記第1の増幅器の前記第1の出力端子に接続され、
前記第3の増幅器の前記第5の入力端子は前記第2の増幅器の前記第3の入力端子に接続され、
前記第3の増幅器の前記第6の入力端子は前記第2の増幅器の出力端子に接続され、
前記電圧切り替え手段は、第1の期間において前記第1および第2の入力端子に共通電圧を与え、前記第1の期間に続く第2の期間において前記第1の入力端子に第1の入力電圧を与えるとともに前記第2の入力端子に第2の入力電圧を与えるように構成され、
前記第1および第2のスイッチ手段は、前記第1の期間においてオンし、前記第2の期間においてオフするように構成され、
前記第2の増幅器の前記第4の入力端子には、前記第1および第2の期間において第3の入力電圧が与えられる、電圧比較回路。
A first input terminal; a second input terminal; and a first output terminal, wherein the first output is amplified by amplifying a difference between the voltage of the first input terminal and the voltage of the second input terminal. A first amplifier that outputs to a terminal;
A third input terminal; a fourth input terminal; and a second output terminal. The second output is amplified by amplifying a difference between the voltage of the third input terminal and the voltage of the fourth input terminal. A second amplifier that outputs to the terminal;
A first capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the third input terminal of the second amplifier;
A second capacitive element connected between the first output terminal of the first amplifier and the second output terminal of the second amplifier;
Voltage switching means connected to the first and second input terminals of the first amplifier;
A third input terminal having a fifth input terminal, a sixth input terminal, and a third output terminal, amplifying a difference between the voltage of the fifth input terminal and the voltage of the sixth input terminal; A third amplifier that outputs to the terminal;
First switch means connected between the fifth input terminal and the third output terminal of the third amplifier;
An inverter composed of a first conductivity type channel transistor and a second conductivity type channel transistor;
A third capacitive element connected between the third output terminal of the third amplifier and an input terminal of the inverter;
Second switch means connected between the input terminal of the inverter and the output terminal of the inverter;
Voltage holding means for holding the voltage of the output terminal of the inverter,
One end of the first capacitive element and one end of the second capacitive element are connected to the first output terminal of the first amplifier;
The fifth input terminal of the third amplifier is connected to the third input terminal of the second amplifier;
The sixth input terminal of the third amplifier is connected to the output terminal of the second amplifier;
The voltage switching unit applies a common voltage to the first and second input terminals in a first period, and a first input voltage to the first input terminal in a second period following the first period. And a second input voltage to the second input terminal,
The first and second switch means are configured to turn on in the first period and turn off in the second period;
A voltage comparison circuit, wherein a third input voltage is applied to the fourth input terminal of the second amplifier during the first and second periods.
請求項2または3に記載の電圧比較回路と、
前記電圧比較回路の出力信号が予め定められた論理レベル以上または以下にある期間を測定する測定手段とを備える、電圧時間変換回路。
A voltage comparison circuit according to claim 2 or 3 ,
A voltage-time conversion circuit comprising: a measuring unit that measures a period in which an output signal of the voltage comparison circuit is above or below a predetermined logic level.
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