JPH09130169A - 単終端入力を差動出力信号に変換するためのコンバータ、入力により差動出力信号を発生する方法、および差動入力電圧を単終端出力電圧に変換するためのコンバータ - Google Patents
単終端入力を差動出力信号に変換するためのコンバータ、入力により差動出力信号を発生する方法、および差動入力電圧を単終端出力電圧に変換するためのコンバータInfo
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- JPH09130169A JPH09130169A JP8256335A JP25633596A JPH09130169A JP H09130169 A JPH09130169 A JP H09130169A JP 8256335 A JP8256335 A JP 8256335A JP 25633596 A JP25633596 A JP 25633596A JP H09130169 A JPH09130169 A JP H09130169A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 正および負入力を介して単終端入力を差動出
力信号に変換するコンバータを提供する。 【解決手段】 コンバータは一方入力端子が単終端入力
に結合され、他方入力端子が固定電圧に結合された完全
な差動増幅器を含む。コンバータはまた単終端入力と完
全な差動増幅器の正入力端子との間に結合された第1の
抵抗器(R1 )、固定電圧と完全な差動増幅器の負入力
端子との間に結合された第2の抵抗器(R 2 )、完全な
差動増幅器の正入力端子と負出力端子との間に結合され
た第3の抵抗器(R3 )、および負入力端子と正出力端
子との間に結合された第4の抵抗器(R4 )を有してお
り、そのような抵抗器の値はR3 /R1 ≠R4 /R2 に
よって支配される。同じ原理を差動−単終端コンバータ
にも応用することができる。
力信号に変換するコンバータを提供する。 【解決手段】 コンバータは一方入力端子が単終端入力
に結合され、他方入力端子が固定電圧に結合された完全
な差動増幅器を含む。コンバータはまた単終端入力と完
全な差動増幅器の正入力端子との間に結合された第1の
抵抗器(R1 )、固定電圧と完全な差動増幅器の負入力
端子との間に結合された第2の抵抗器(R 2 )、完全な
差動増幅器の正入力端子と負出力端子との間に結合され
た第3の抵抗器(R3 )、および負入力端子と正出力端
子との間に結合された第4の抵抗器(R4 )を有してお
り、そのような抵抗器の値はR3 /R1 ≠R4 /R2 に
よって支配される。同じ原理を差動−単終端コンバータ
にも応用することができる。
Description
【0001】
【発明の分野】本発明は差動増幅器回路に関し、より特
定的には単終端−差動および差動−単終端コンバータに
関する。
定的には単終端−差動および差動−単終端コンバータに
関する。
【0002】
【技術的背景】典型的な演算増幅器を図1に示す。当業
者には容易に認識されるように、出力信号と入力信号と
の間の関係は一般にVOUT /Vin=−R3 /R1 と表わ
される。増幅器への正入力は、典型的には正および負の
供給レール間の中途にあるアナログ接地(「AGN
D」)に接続されることに注目されたい。増幅はしたが
ってR3 対R1 の抵抗率によって規定される。
者には容易に認識されるように、出力信号と入力信号と
の間の関係は一般にVOUT /Vin=−R3 /R1 と表わ
される。増幅器への正入力は、典型的には正および負の
供給レール間の中途にあるアナログ接地(「AGN
D」)に接続されることに注目されたい。増幅はしたが
ってR3 対R1 の抵抗率によって規定される。
【0003】ダイナミックレンジの高い応用について
は、図2で記号により示されるもののような差動回路が
所望される。差動回路の必要とするものは単純である。
ピーク間電圧が2vの入力電圧については、出力すなわ
ちINPおよびINMが、+2vから−2vの差動出力
範囲を生成し、これにより増幅器の電源電圧を増大させ
ることなく入力信号の有効なダイナミックレンジが2倍
になる。この、増幅器におけるより高いダイナミックレ
ンジは、低電力のオーディオまたは音声処理回路では極
めて望ましいものである。
は、図2で記号により示されるもののような差動回路が
所望される。差動回路の必要とするものは単純である。
ピーク間電圧が2vの入力電圧については、出力すなわ
ちINPおよびINMが、+2vから−2vの差動出力
範囲を生成し、これにより増幅器の電源電圧を増大させ
ることなく入力信号の有効なダイナミックレンジが2倍
になる。この、増幅器におけるより高いダイナミックレ
ンジは、低電力のオーディオまたは音声処理回路では極
めて望ましいものである。
【0004】図3は、差動入力INMおよびINP、な
らびに差動出力OUTPおよびOUTMを備える典型的
な差動増幅器の回路図である。この回路の利得は一般
に、後に示す式(a)によって表わされる。
らびに差動出力OUTPおよびOUTMを備える典型的
な差動増幅器の回路図である。この回路の利得は一般
に、後に示す式(a)によって表わされる。
【0005】当業者には通常知られているように、同相
入力電圧VCM(≡(VA +VB )/2))は固定されて
おり、かつ完全な差動増幅器の場合には差動入力から独
立していることに注目されたい。
入力電圧VCM(≡(VA +VB )/2))は固定されて
おり、かつ完全な差動増幅器の場合には差動入力から独
立していることに注目されたい。
【0006】従来の単終端−差動増幅器は、図4に示さ
れており、これは図2および3の組合せからもたらされ
るものである。正端子における増幅器への入力は、ここ
ではAGNDに接続されていることに注目されたい。こ
の図4の増幅器の利得は、INがAGNDに比例するの
で、やはり後に示す式(b)で表されるものである。
れており、これは図2および3の組合せからもたらされ
るものである。正端子における増幅器への入力は、ここ
ではAGNDに接続されていることに注目されたい。こ
の図4の増幅器の利得は、INがAGNDに比例するの
で、やはり後に示す式(b)で表されるものである。
【0007】しかしながら、同相入力電圧VCM、すなわ
ち(VA +VB )/2は、ここでは次の式(c)で示す
態様で入力電圧INとともに変化する。
ち(VA +VB )/2は、ここでは次の式(c)で示す
態様で入力電圧INとともに変化する。
【0008】
【数7】
【0009】したがって、INが減少した場合、VCMも
そのOUTPとの関連のために減少するし、その反対も
ある。実際的な言い方をするならば、図4における差動
増幅器の同相入力電圧は、図3の完全な差動増幅器にお
ける差動入力からの独立性とは対照的に、入力信号に従
って変化する。
そのOUTPとの関連のために減少するし、その反対も
ある。実際的な言い方をするならば、図4における差動
増幅器の同相入力電圧は、図3の完全な差動増幅器にお
ける差動入力からの独立性とは対照的に、入力信号に従
って変化する。
【0010】この依存性は、特に2.7vなどの低い電
源電圧を伴う応用の場合には、単終端−差動増幅器のた
めに大きな同相入力範囲を要求する。大きな同相入力電
圧は、差動対のテール電流に用いられるトランジスタを
強制的に強反転領域の代わりに線形領域で動作させる。
したがって、従来の単終端−差動増幅器には、増幅器へ
の大きな同相入力信号に対処するための相補入力段が必
要であり、その結果余分な電力およびより多くの構成要
素をもたらすこととなっていた。
源電圧を伴う応用の場合には、単終端−差動増幅器のた
めに大きな同相入力範囲を要求する。大きな同相入力電
圧は、差動対のテール電流に用いられるトランジスタを
強制的に強反転領域の代わりに線形領域で動作させる。
したがって、従来の単終端−差動増幅器には、増幅器へ
の大きな同相入力信号に対処するための相補入力段が必
要であり、その結果余分な電力およびより多くの構成要
素をもたらすこととなっていた。
【0011】ダイナミックレンジの高い応用について
は、余分な電力消費を生じさせたり構成要素の複雑性を
増したりすることなく同相入力要求の低い単終端−差動
増幅器を有することが望ましい。
は、余分な電力消費を生じさせたり構成要素の複雑性を
増したりすることなく同相入力要求の低い単終端−差動
増幅器を有することが望ましい。
【0012】
【発明の概要】同相入力要求の緩和されている、改良さ
れた単終端−差動コンバータが開示される。入力および
フィードバック抵抗器に対する抵抗率を正確に変化させ
ることにより、入力同相率はいかなる必要な値にも下げ
ることができる。特定的には同相入力電圧は、フィード
バック抵抗器対固定電圧(たとえばAGND)に接続さ
れた入力抵抗器の比率を、入力信号に接続された抵抗器
間の対応する比率よりもずっと大きいものとすることに
よって下げられる。
れた単終端−差動コンバータが開示される。入力および
フィードバック抵抗器に対する抵抗率を正確に変化させ
ることにより、入力同相率はいかなる必要な値にも下げ
ることができる。特定的には同相入力電圧は、フィード
バック抵抗器対固定電圧(たとえばAGND)に接続さ
れた入力抵抗器の比率を、入力信号に接続された抵抗器
間の対応する比率よりもずっと大きいものとすることに
よって下げられる。
【0013】本発明に従い、正および負の出力端子を介
して単終端入力VINを差動出力信号VOUT に変換するた
めのコンバータが開示される。このコンバータは、その
入力端子の一方が単終端入力に結合され、その他方入力
端子が固定電圧(たとえばAGND)に結合された完全
な差動増幅器を含む。コンバータはまた、単終端入力と
完全な差動増幅器の正入力端子との間に結合された第1
の抵抗器(「R1 」)、固定電圧(たとえばAGND)
と完全な差動増幅器の負入力端子との間に結合された第
2の抵抗器(「R2 」)、完全な差動増幅器の正入力端
子と負出力端子との間に結合された第3の抵抗器(「R
3 」)、および負入力端子と正出力端子との間に結合さ
れた第4の抵抗器(「R4 」)を有し、そのような抵抗
器の値は、R3 /R1 ≠R4 /R2 によって支配され
る。
して単終端入力VINを差動出力信号VOUT に変換するた
めのコンバータが開示される。このコンバータは、その
入力端子の一方が単終端入力に結合され、その他方入力
端子が固定電圧(たとえばAGND)に結合された完全
な差動増幅器を含む。コンバータはまた、単終端入力と
完全な差動増幅器の正入力端子との間に結合された第1
の抵抗器(「R1 」)、固定電圧(たとえばAGND)
と完全な差動増幅器の負入力端子との間に結合された第
2の抵抗器(「R2 」)、完全な差動増幅器の正入力端
子と負出力端子との間に結合された第3の抵抗器(「R
3 」)、および負入力端子と正出力端子との間に結合さ
れた第4の抵抗器(「R4 」)を有し、そのような抵抗
器の値は、R3 /R1 ≠R4 /R2 によって支配され
る。
【0014】同じ原理を、差動−単終端コンバータにも
応用することができる。本発明のさらなる目的、特徴お
よび利点は、次に述べる詳細な説明から当業者には明ら
かとなるであろう。
応用することができる。本発明のさらなる目的、特徴お
よび利点は、次に述べる詳細な説明から当業者には明ら
かとなるであろう。
【0015】
【好ましい実施例の詳細な説明】本発明に従う単終端−
差動増幅器の回路図が示される、図5を参照する。入力
抵抗器はR1 として表わされ、フィードバック抵抗器R
3 が出力OUTMと増幅器の正端子との間に結合され
る。もう1つのフィード抵抗器R4 が、出力OUTPと
増幅器の負端子との間に結合され、一方で入力抵抗器R
2 が負端子とAGNDとの間に結合される。
差動増幅器の回路図が示される、図5を参照する。入力
抵抗器はR1 として表わされ、フィードバック抵抗器R
3 が出力OUTMと増幅器の正端子との間に結合され
る。もう1つのフィード抵抗器R4 が、出力OUTPと
増幅器の負端子との間に結合され、一方で入力抵抗器R
2 が負端子とAGNDとの間に結合される。
【0016】従来の単終端−差動増幅器における同相入
力の要求の問題に対処するため、抵抗器R1 、R2 、R
3 およびR4 は、それらの従来の図4でのような対称性
が取除かれ、R3 /R1 ≠R4 /R2 となるように設定
される。
力の要求の問題に対処するため、抵抗器R1 、R2 、R
3 およびR4 は、それらの従来の図4でのような対称性
が取除かれ、R3 /R1 ≠R4 /R2 となるように設定
される。
【0017】さらに、単終端−差動増幅器の同相入力の
要求を軽減するため、抵抗器R1 、R2 、R3 およびR
4 の値は以下に示す組合せられた関係に従い調節され得
る。(増幅器の利得は無限であると仮定)
要求を軽減するため、抵抗器R1 、R2 、R3 およびR
4 の値は以下に示す組合せられた関係に従い調節され得
る。(増幅器の利得は無限であると仮定)
【0018】
【数8】
【0019】ここでVCMは増幅器の入力における同相電
圧である。等式1および2を念頭においた上で、目標と
されるのはしたがって、等式1に従い所望される利得を
保持しつつ等式2を最小化するということとなる。
圧である。等式1および2を念頭においた上で、目標と
されるのはしたがって、等式1に従い所望される利得を
保持しつつ等式2を最小化するということとなる。
【0020】たとえば、従来の増幅器については、R3
はR1 の2倍であり、R4 はR2 の2倍である、すなわ
ちR3 /R1 =R4 /R2 である。この、これまで必要
とされてきた対称性はしかしながら、同相入力の要求が
増大するため、従来の単終端−差動増幅器を、電源電圧
の低い応用について完全に非動作的ではないとしても、
より複雑なものとしてきた。同相入力の要求、すなわち
VCM/VIN比を軽減するため、比率R3 /R1 は等式2
で見て取れるようにR4 /R2 よりもずっと大きいもの
とされる必要がある。また等式1を満たすため、R3 は
大きいR4 /R 2 の結果としての利得を補償すべくR1
とほぼ同じにされる。
はR1 の2倍であり、R4 はR2 の2倍である、すなわ
ちR3 /R1 =R4 /R2 である。この、これまで必要
とされてきた対称性はしかしながら、同相入力の要求が
増大するため、従来の単終端−差動増幅器を、電源電圧
の低い応用について完全に非動作的ではないとしても、
より複雑なものとしてきた。同相入力の要求、すなわち
VCM/VIN比を軽減するため、比率R3 /R1 は等式2
で見て取れるようにR4 /R2 よりもずっと大きいもの
とされる必要がある。また等式1を満たすため、R3 は
大きいR4 /R 2 の結果としての利得を補償すべくR1
とほぼ同じにされる。
【0021】当業者によって認識されるように、単終端
−差動コンバータのための同相入力の要求を緩和する同
じ原理を、図6に示されるように差動−単終端コンバー
タに応用することができる。
−差動コンバータのための同相入力の要求を緩和する同
じ原理を、図6に示されるように差動−単終端コンバー
タに応用することができる。
【0022】図6では、差動入力信号VINがその正端子
INPを入力抵抗器R1 を介して増幅器の正端子に接続
されており、かつ負端子INMを入力抵抗器R2 を介し
て増幅器の負端子に接続されている。フィードバック抵
抗器R3 が、ノードBにおいて出力端子と正端子との間
に結合される。もう1つの抵抗器R4 が、負端子と固定
電圧(たとえばAGND)との間に結合される。
INPを入力抵抗器R1 を介して増幅器の正端子に接続
されており、かつ負端子INMを入力抵抗器R2 を介し
て増幅器の負端子に接続されている。フィードバック抵
抗器R3 が、ノードBにおいて出力端子と正端子との間
に結合される。もう1つの抵抗器R4 が、負端子と固定
電圧(たとえばAGND)との間に結合される。
【0023】この場合、抵抗器R1 、R2 、R3 および
R4 は、次に示す等式に従い支配される。
R4 は、次に示す等式に従い支配される。
【0024】
【数9】
【0025】以上、詳細に説明してきたのはいくつかの
例示的実施例のみであるが、当業者はこの発明の新規な
教示および利点から実質的に逸脱することなく多くの変
形がこれら例示的実施例においては可能であることを容
易に認識するであろう。したがって、そのような変形は
すべて前掲の特許請求の範囲において規定されたこの発
明の範囲内に含まれるものとして意図されている。特許
請求の範囲では、ミーンズ・プラス・ファンクション節
は、記載されている機能を行なうものとしてここで説明
されている構造、および構造的な等価物だけでなく等価
な構造をも包含するものとして意図される。つまり釘と
ねじとは、釘は木製の部品を合わせて固定するための円
筒形の表面を用いる一方で、ねじは螺旋状の表面を用い
ているという点においては構造的に等価ではないかもし
れないが、木製の部品を固定する環境内において、釘と
ねじとは等価な構造であり得るだろうということであ
る。
例示的実施例のみであるが、当業者はこの発明の新規な
教示および利点から実質的に逸脱することなく多くの変
形がこれら例示的実施例においては可能であることを容
易に認識するであろう。したがって、そのような変形は
すべて前掲の特許請求の範囲において規定されたこの発
明の範囲内に含まれるものとして意図されている。特許
請求の範囲では、ミーンズ・プラス・ファンクション節
は、記載されている機能を行なうものとしてここで説明
されている構造、および構造的な等価物だけでなく等価
な構造をも包含するものとして意図される。つまり釘と
ねじとは、釘は木製の部品を合わせて固定するための円
筒形の表面を用いる一方で、ねじは螺旋状の表面を用い
ているという点においては構造的に等価ではないかもし
れないが、木製の部品を固定する環境内において、釘と
ねじとは等価な構造であり得るだろうということであ
る。
【図1】従来の増幅器を示す図である。
【図2】記号により単終端−差動増幅器を示す図であ
る。
る。
【図3】従来の完全な差動増幅器を示す図である。
【図4】単終端−差動増幅器に対する従来のアプローチ
を示す図である。
を示す図である。
【図5】本発明に従う単終端−差動増幅器を示す図であ
る。
る。
【図6】やはり本発明に従う差動−単終端コンバータを
示す図である。
示す図である。
R1 入力抵抗器 R2 入力抵抗器 R3 フィードバック抵抗器 R4 フィードバック抵抗器 VIN 差動入力信号 VOUT 差動出力信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダリューシュ・シャムロウ アメリカ合衆国、92677 カリフォルニア 州、ラグーナ・ニゲル、ベル・メゾン、 30756 (72)発明者 カシフ・エイ・アメド アメリカ合衆国、92715 カリフォルニア 州、アーバイン、パークビュー・レーン、 3701、アパートメント・11−ディ (72)発明者 ガンミン・イン アメリカ合衆国、92715 カリフォルニア 州、アーバイン、パークビュー・レーン、 3900、アパートメント・6・シィ
Claims (8)
- 【請求項1】 単終端入力VINを正および負の出力端子
を介して差動出力信号VOUT に変換するためのコンバー
タであって、 その入力端子の一方が前記単終端入力に結合されてお
り、その他方入力端子が予め定められた固定電圧に結合
されている完全な差動増幅器を含み、前記完全な差動増
幅器は予め定められた同相電圧VCMを有し、さらに前記
単終端入力と前記完全な差動増幅器の前記正入力端子と
の間に結合される第1の抵抗器手段(「R1 」)と、 前記予め定められた固定電圧と前記完全な差動増幅器の
前記負入力端子との間に結合される第2の抵抗器手段
(「R2 」)と、 前記完全な差動増幅器の前記正入力端子と前記負出力端
子との間に結合される第3の抵抗器手段(「R3 」)
と、 前記負入力端子と前記正出力端子との間に結合される第
4の抵抗器手段(「R 4 」)とを含み、ここでR3 /R
1 ≠R4 /R2 である、コンバータ。 - 【請求項2】 前記コンバータは次の式 【数1】 によって求められる前記単終端入力VIN対前記差動出力
VOUT の利得率を有しており、前記コンバータはまた、
次の式 【数2】 により求められる前記単終端入力VINの前記予め定めら
れた同相電圧VCMへの電圧伝達関数を有する、請求項1
に記載のコンバータ。 - 【請求項3】 前記予め定められた固定電圧は正の電源
電圧源と負の電源電圧源との半ばにある、請求項1に記
載のコンバータ。 - 【請求項4】 入力VINにより差動出力信号VOUT を発
生する方法であって、 (a) その入力端子の一方が前記入力VINに結合され
ており、その他方入力端子が予め定められた固定電圧に
結合されている完全な差動増幅器に前記入力V INを与え
るステップを含み、前記完全な差動増幅器は予め定めら
れた同相電圧V CMを有し、さらに (b) 前記単終端入力と前記完全な差動増幅器の前記
正入力端子との間に第1の抵抗器(「R1 」)を結合す
るステップと、 (c) 前記予め定められた固定電圧と前記完全な差動
増幅器の前記負入力端子との間に第2の抵抗器
(「R2 」)を結合するステップと、 (d) 前記完全な差動増幅器の前記正入力端子と前記
負入力端子との間に第3の抵抗器(「R3 」)を結合す
るステップと、 (e) 前記負入力端子と前記正出力端子との間に第4
の抵抗器(「R4 」)を結合するステップと、 (f) 前記R1 、R2 、R3 、およびR4 の値を、そ
れらの値がR3 /R1≠R4 /R2 に従うものとなるよ
うに設定するステップとを含む、方法。 - 【請求項5】 (g) 次の式 【数3】 により求められる前記単終端入力VIN対前記差動出力V
OUT の利得率に基づき、かつ、次の式 【数4】 により求められる前記単終端入力VINの前記予め定めら
れた同相電圧VCMへの電圧伝達関数に基づき、前記コン
バータの前記R1 、R2 、R3 、およびR4 の値を調整
するステップをさらに含む、請求項4に記載のコンバー
タ。 - 【請求項6】 前記予め定められた固定電圧は、正の電
源電圧源と負の電源電圧源との半ばにある、請求項4に
記載のコンバータ。 - 【請求項7】 VIN=INP−INMであるとき差動入
力電圧VINを正および負の出力端子を介して単終端出力
電圧VOUT に変換するためのコンバータであって、 その入力端子の一方が正入力INPに結合されており、
その他方入力端子が負入力INMに結合されている完全
な差動増幅器を含み、前記完全な差動増幅器は予め定め
られた同相電圧VCMを有し、さらに前記INPと前記完
全な差動増幅器の正入力端子との間に結合される第1の
抵抗器手段(「R1 」)と、 前記INMと前記完全な差動増幅器の前記負入力端子と
の間に結合される第2の抵抗器手段(「R2 」)と、 前記正入力端子と前記出力との間に結合される第3の抵
抗器手段(「R3 」)と、 前記負入力端子と固定電圧との間に結合される第4の抵
抗器手段(「R4 」)とを含み、ここでR3 /R1 ≠R
4 /R2 である、コンバータ。 - 【請求項8】 前記コンバータは、次の式 【数5】 により求められる前記差動入力電圧VIN対前記出力電圧
VOUT の利得の比率を有しており、前記コンバータはま
た次の式 【数6】 によって求められる前記差動入力VINの前記予め定めら
れた同相電圧VCMへの電圧伝達関数をも有する、請求項
7に記載のコンバータ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/536,405 US5614864A (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Single-ended to differential converter with relaxed common-mode input requirements |
US08/536405 | 1995-09-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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