JPH1051270A - スイッチトキャパシタ回路 - Google Patents
スイッチトキャパシタ回路Info
- Publication number
- JPH1051270A JPH1051270A JP21785196A JP21785196A JPH1051270A JP H1051270 A JPH1051270 A JP H1051270A JP 21785196 A JP21785196 A JP 21785196A JP 21785196 A JP21785196 A JP 21785196A JP H1051270 A JPH1051270 A JP H1051270A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- input
- switched capacitor
- capacitance
- switch
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H19/00—Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
- H03H19/004—Switched capacitor networks
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 スイッチトキャパシタ回路の省電力化
【構成】 能動素子として奇数段のCMOSインバータ
を使用する。
を使用する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスイッチトキャパシ
タ回路に関する。
タ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチトキャパシタ回路(以下SC回
路という。)は伝送システムや信号処理システムのため
のフィルタをLSI上で実現する上で重要性が高く、機
能の多様性、省電力性等優れた点が多い。ここにスイッ
チトキャパシタ回路はキャパシタンスの電荷保存則を基
本とし、複数のスイッチの開閉により所望の機能を実現
する。そして、SC回路のダイナミックレンジを確保
し、かつ寄生容量の影響を最小限に抑えるために、演算
増幅器が使用されていた。
路という。)は伝送システムや信号処理システムのため
のフィルタをLSI上で実現する上で重要性が高く、機
能の多様性、省電力性等優れた点が多い。ここにスイッ
チトキャパシタ回路はキャパシタンスの電荷保存則を基
本とし、複数のスイッチの開閉により所望の機能を実現
する。そして、SC回路のダイナミックレンジを確保
し、かつ寄生容量の影響を最小限に抑えるために、演算
増幅器が使用されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし演算増幅器は一
般に差動型であり、入力電圧に対応した電流値の差に呼
応して出力電圧を生成するものであり、比較的大きな内
部電流が常に生じる。このため従来のSC回路は、その
省電力性に限界があり、一層の改良が望まれていた。
般に差動型であり、入力電圧に対応した電流値の差に呼
応して出力電圧を生成するものであり、比較的大きな内
部電流が常に生じる。このため従来のSC回路は、その
省電力性に限界があり、一層の改良が望まれていた。
【0005】本発明はこのような従来の問題点を解消す
べく創案されたもので、消費電力が従来よりも少ないS
C回路を提供することを目的とする。
べく創案されたもので、消費電力が従来よりも少ないS
C回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】本発明に係るSC回路
は、演算増幅器にかえて奇数段のCMOSインバータよ
りなる反転増幅部を用いたものである。
は、演算増幅器にかえて奇数段のCMOSインバータよ
りなる反転増幅部を用いたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】次に本発明に係るSC回路の実施
例を図面に基づいて説明する。
例を図面に基づいて説明する。
【0007】
【実施例】図1において、スイッチトキャパシタ回路は
複数の受動スイッチトキャパシタ回路SC1〜SCnを
有し、SC1〜SCnには入力電圧V1〜Vnが入力さ
れている。SC1〜SCnの出力は統合されつつ反転増
幅部I1の入力に接続されている。
複数の受動スイッチトキャパシタ回路SC1〜SCnを
有し、SC1〜SCnには入力電圧V1〜Vnが入力さ
れている。SC1〜SCnの出力は統合されつつ反転増
幅部I1の入力に接続されている。
【0008】図2に示すように、受動スイッチトキャパ
シタSC1は、入力電圧V21(図1のV1に対応)に
接続されたスイッチSW21、このSW21に入力が接
続された入力キャパシタンスC2、この入力キャパシタ
ンスC2の出力に接続されたスイッチ22を有し、SW
22から出力電圧V22が出力される。
シタSC1は、入力電圧V21(図1のV1に対応)に
接続されたスイッチSW21、このSW21に入力が接
続された入力キャパシタンスC2、この入力キャパシタ
ンスC2の出力に接続されたスイッチ22を有し、SW
22から出力電圧V22が出力される。
【0009】入力キャパシタンスC2の入出力には、グ
ランドに接続されたスイッチSW23、SW4がそれぞ
れ接続され、入力キャパシタンスC2の各端子を個々に
接地し得るようになっている。
ランドに接続されたスイッチSW23、SW4がそれぞ
れ接続され、入力キャパシタンスC2の各端子を個々に
接地し得るようになっている。
【0010】受動スイッチトキャパシタ回路SC1は、
SW21,SW22を閉成したときに、C2には入出力
電圧V21、V22の差に応じた電荷が保持される。こ
こで電荷をQとすると、
SW21,SW22を閉成したときに、C2には入出力
電圧V21、V22の差に応じた電荷が保持される。こ
こで電荷をQとすると、
【数1】 である。
【0011】またSW21、SW24を閉成したときに
は、C2にはV21に対応した電荷Qが充電される。
は、C2にはV21に対応した電荷Qが充電される。
【数2】 この後、SW21、SW24を開放して、SW23、S
W22を閉成すると、
W22を閉成すると、
【数3】 であり、式(2)、(3)より、以下のとおりとなる。
【数4】 従って、V21を反転した出力を生成し得る。
【0012】前記反転増幅部I1の入出力間には、スイ
ッチSW1、SW2を介して帰還キャパシタンスC1が
接続され、SW1、SW2を閉成した状態では、反転増
幅部I1の出力Voutは以下のとおりとなる。ここで
各受動スイッチトキャパシタSCiの入力キャパシタン
スC2をC2iと表記し、入力電圧Viの反転、非反転
をsign(i)(反転:sign(i)=−1,非反
転:sign(i)=1)で表記する。
ッチSW1、SW2を介して帰還キャパシタンスC1が
接続され、SW1、SW2を閉成した状態では、反転増
幅部I1の出力Voutは以下のとおりとなる。ここで
各受動スイッチトキャパシタSCiの入力キャパシタン
スC2をC2iと表記し、入力電圧Viの反転、非反転
をsign(i)(反転:sign(i)=−1,非反
転:sign(i)=1)で表記する。
【数5】 ここに、
【数6】 と設定され、
【数7】 なる符号付きの重み付加算が行われる。
【0013】そしてC2iの値を一定、すなわち、
【数8】 とすると、式(9)は単なる電圧の符号付き加算とな
る。
る。
【0014】またV1〜Vnを共通の入力電圧(Vcと
する)とし、C21〜C2nを2のべき乗の比率に比例
した値に設定すれば、
する)とし、C21〜C2nを2のべき乗の比率に比例
した値に設定すれば、
【数9】 bi=1 、 0 、−1 なるVcと2進数との乗算が実現される。なお、式(1
1)のbiの値は、SCiの出力がグランドに接続され
ているときには「0」、C2出力電圧に接続されている
ときは「1」で3ある。この接続は、例えば、SW2
2、SW24の閉成時が「0」、SW21、SW22の
閉成時が「1」、SW22、SW23の閉成時が「−
1」である。
1)のbiの値は、SCiの出力がグランドに接続され
ているときには「0」、C2出力電圧に接続されている
ときは「1」で3ある。この接続は、例えば、SW2
2、SW24の閉成時が「0」、SW21、SW22の
閉成時が「1」、SW22、SW23の閉成時が「−
1」である。
【0015】前記反転増幅部I1は一般にオフセット電
圧を生じ、入力電圧が0Vのときに出力にはVoff
(≠0V)の電圧を生じる。このオフセット電圧を解消
するために、I1出力をC1入力に導くスイッチSW
3、およびC1出力をグランドに接続するスイッチSW
4が設けられている。
圧を生じ、入力電圧が0Vのときに出力にはVoff
(≠0V)の電圧を生じる。このオフセット電圧を解消
するために、I1出力をC1入力に導くスイッチSW
3、およびC1出力をグランドに接続するスイッチSW
4が設けられている。
【0016】前記SW1、SW2を開放し、SW3、S
W4、SW22、SW23を閉成することにより、C1
の入力にはVoffが印加され、その出力には0V(グ
ランド)が印加される。その結果、I1の入力における
電圧Voffに対応した電荷QがC1、C2に充電され
る。
W4、SW22、SW23を閉成することにより、C1
の入力にはVoffが印加され、その出力には0V(グ
ランド)が印加される。その結果、I1の入力における
電圧Voffに対応した電荷QがC1、C2に充電され
る。
【数10】
【0017】その後V1〜Vnの1個または複数の信号
電圧が入力されたとき、C2i、およびC1には、以下
の電荷が充電される。
電圧が入力されたとき、C2i、およびC1には、以下
の電荷が充電される。
【数11】 電荷保存則より、式(12)、(13)の電荷Qは等し
いので、
いので、
【数12】 であり、
【数13】 となるので、オフセット電圧が相殺されることになる。
【0018】図3は前記反転増幅部I1の構成を示す。
反転増幅部I1は3段のCMOSインバータI31、I
32、I33を直列に接続してなり、最終段CMOSイ
ンバータI31の出力には、接地されたキャパシタンス
CGが接続され、そのローパス特性により、高周波領域
における反転増幅部のゲインを低下し、これによってス
イッチSW2閉成時にC1を含む帰還路が形成されたと
きに、発振を生ずることを防止している。
反転増幅部I1は3段のCMOSインバータI31、I
32、I33を直列に接続してなり、最終段CMOSイ
ンバータI31の出力には、接地されたキャパシタンス
CGが接続され、そのローパス特性により、高周波領域
における反転増幅部のゲインを低下し、これによってス
イッチSW2閉成時にC1を含む帰還路が形成されたと
きに、発振を生ずることを防止している。
【0019】さらに反転増幅部I1における最終段より
も前段のCMOSインバータI32の出力には、電源お
よびグランドにそれぞれ接続された1対のレジスタンス
RE31、RE32よりなる平衡レジスタンスが接続さ
れている。この平衡レジスタンスはI32に対する負荷
となり、I32のゲインを下げて反転増幅部I1の閉ル
ープゲインを低下する。前記キャパシタンスCGおよび
平衡レジスタンスの効果により、反転増幅部I1と帰還
路よりなる回路の発振が完全に防止され、その出力精度
が保証されている。
も前段のCMOSインバータI32の出力には、電源お
よびグランドにそれぞれ接続された1対のレジスタンス
RE31、RE32よりなる平衡レジスタンスが接続さ
れている。この平衡レジスタンスはI32に対する負荷
となり、I32のゲインを下げて反転増幅部I1の閉ル
ープゲインを低下する。前記キャパシタンスCGおよび
平衡レジスタンスの効果により、反転増幅部I1と帰還
路よりなる回路の発振が完全に防止され、その出力精度
が保証されている。
【0020】図4は前記CMOSインバータI31の構
成を示す。CMOSインバータI31はpMOS(T4
1で示す。)、nMOS(T42で示す。)を電源から
グランドに向かって直列に接続し、入力電圧Vin4
(図3のVin3に相当する。)をこれらMOSのゲー
トに共通に接続してなる。そして両MOSのドレインか
ら出力電圧Vout4が出力される。なおI32,I3
3はI31と同様に構成されているので説明を省略す
る。
成を示す。CMOSインバータI31はpMOS(T4
1で示す。)、nMOS(T42で示す。)を電源から
グランドに向かって直列に接続し、入力電圧Vin4
(図3のVin3に相当する。)をこれらMOSのゲー
トに共通に接続してなる。そして両MOSのドレインか
ら出力電圧Vout4が出力される。なおI32,I3
3はI31と同様に構成されているので説明を省略す
る。
【0021】図5は前記スイッチSW1の構成を示す。
スイッチSW1はpMOSとnMOSを、一方ドレイン
が他方のソースに接続されるように、相互に接続してな
るアナログスイッチT5を有し、このアナログスイッチ
Tに入力電圧Vin5が接続されている。アナログスイ
ッチのnMOSのゲートにはコントロール信号S1が入
力され、pMOSのゲートにはインバータI5を介して
コントロール信号S1が入力されている。これによって
S1がハイレベルのときにはT5が導通し、S1がロー
レベルのときにT5は遮断される。T5の出力側には、
T5と同様の構成の反対極性のMOSを、ソース、ドレ
イン間を短絡してなるダミートランジスタDT5が接続
され、T5の容量を相殺して、隣接するキャパシタンス
C2あるいはC1への影響が防止されている。これによ
って全体回路の演算精度が確保されている。従ってダミ
ートランジスタは隣接キャパシタンスの側に接続される
べきであり、例えばSW1、SW2ではC1側、SW2
1、SW22では両側にダミートランジスタを接続すべ
きである。但し、要求演算精度によってはダミートラン
ジスタは不要であり、コントロール信号も統合して、マ
ルチプレクサの回路モジュールを使用して回路を単純化
し得る。
スイッチSW1はpMOSとnMOSを、一方ドレイン
が他方のソースに接続されるように、相互に接続してな
るアナログスイッチT5を有し、このアナログスイッチ
Tに入力電圧Vin5が接続されている。アナログスイ
ッチのnMOSのゲートにはコントロール信号S1が入
力され、pMOSのゲートにはインバータI5を介して
コントロール信号S1が入力されている。これによって
S1がハイレベルのときにはT5が導通し、S1がロー
レベルのときにT5は遮断される。T5の出力側には、
T5と同様の構成の反対極性のMOSを、ソース、ドレ
イン間を短絡してなるダミートランジスタDT5が接続
され、T5の容量を相殺して、隣接するキャパシタンス
C2あるいはC1への影響が防止されている。これによ
って全体回路の演算精度が確保されている。従ってダミ
ートランジスタは隣接キャパシタンスの側に接続される
べきであり、例えばSW1、SW2ではC1側、SW2
1、SW22では両側にダミートランジスタを接続すべ
きである。但し、要求演算精度によってはダミートラン
ジスタは不要であり、コントロール信号も統合して、マ
ルチプレクサの回路モジュールを使用して回路を単純化
し得る。
【0022】図6はそのように回路を単純化した第2実
施例を示す。第2実施例では、前記スイッチSW21、
SW23に替えて1個のマルチプレクサMUX61を使
用し、スイッチSW22、SW24に替えてマルチプレ
クサMUX62を使用している。
施例を示す。第2実施例では、前記スイッチSW21、
SW23に替えて1個のマルチプレクサMUX61を使
用し、スイッチSW22、SW24に替えてマルチプレ
クサMUX62を使用している。
【0023】図7はマルチプレクサMUX61の構成を
示す。MUX61はpMOSとnMOSを、一方ドレイ
ンが他方のソースに接続されるように、相互に接続して
なるアナログスイッチT71、T72有し、アナログス
イッチT71には入力電圧Vin7が接続され、T72
はグランドに接続されている。アナログスイッチT71
のnMOSのゲートにはコントロール信号S2が入力さ
れ、pMOSのゲートにはインバータI7を介してコン
トロール信号S2が入力されている。これによってS2
がハイレベルのときにはT71が導通し、S1がローレ
ベルのときにT71は遮断される。一方T72は、pM
OSのゲートにコントロール信号S2が入力され、nM
OSのゲートにインバータI7を介してコントロール信
号S2が入力されている。これによってS2がローレベ
ルのときにはT72が導通し、S2がハイレベルのとき
にT72は遮断される。なおマルチプレクサMUX62
はMUX61と同様に構成されているので説明を省略す
る。
示す。MUX61はpMOSとnMOSを、一方ドレイ
ンが他方のソースに接続されるように、相互に接続して
なるアナログスイッチT71、T72有し、アナログス
イッチT71には入力電圧Vin7が接続され、T72
はグランドに接続されている。アナログスイッチT71
のnMOSのゲートにはコントロール信号S2が入力さ
れ、pMOSのゲートにはインバータI7を介してコン
トロール信号S2が入力されている。これによってS2
がハイレベルのときにはT71が導通し、S1がローレ
ベルのときにT71は遮断される。一方T72は、pM
OSのゲートにコントロール信号S2が入力され、nM
OSのゲートにインバータI7を介してコントロール信
号S2が入力されている。これによってS2がローレベ
ルのときにはT72が導通し、S2がハイレベルのとき
にT72は遮断される。なおマルチプレクサMUX62
はMUX61と同様に構成されているので説明を省略す
る。
【発明の効果】前述のとおり、本発明に係るSC回路
は、演算増幅器にかえて奇数段のCMOSインバータよ
りなる反転増幅部を用いたので、従来よりも低消費電力
で符号付きの加算乗算等を実行し得るというすぐれた効
果を有する。
は、演算増幅器にかえて奇数段のCMOSインバータよ
りなる反転増幅部を用いたので、従来よりも低消費電力
で符号付きの加算乗算等を実行し得るというすぐれた効
果を有する。
【図1】本発明に係るスイッチトキャパシタ回路の1実
施例を示す回路図である。
施例を示す回路図である。
【図2】同実施例における受動スイッチトキャパシタを
示す回路図である。
示す回路図である。
【図3】同実施例における反転増幅部を示す回路図であ
る。
る。
【図4】図3の反転増幅回路におけるCMOSインバー
タを示す回路図である。
タを示す回路図である。
【図5】同実施例に使用されるスイッチを示す回路図で
ある。
ある。
【図6】図2の受動スイッチトキャパシタの変形例を示
す回路図である。
す回路図である。
【図7】同変形例におけるマルチプレクサを示す回路図
である。
である。
I1...反転増幅部 I31〜I33...CMOSインバータ SC1〜SCn...受動スイッチトキャパシタ C1...帰還キャパシタンス C2...入力キャパシタンス SW1〜SW3、SW21〜SW24...スイッチ MUX61、MUX62...マルチプレクサ T5、DT5、T71,T72...トランジスタ回路 V1〜Vn、V21、Vin3〜Vin5、Vin
7...入力電圧 Vout、V22、Vout3〜Vout5、Vout
7...出力電圧。 1 整理番号=YZ1996005A
7...入力電圧 Vout、V22、Vout3〜Vout5、Vout
7...出力電圧。 1 整理番号=YZ1996005A
フロントページの続き (72)発明者 高取 直 東京都世田谷区北沢3−5−18鷹山ビル 株式会社鷹山内
Claims (5)
- 【請求項1】 入力電圧が接続された第1スイッチ
と、この第1スイッチの出力に入力が接続された入力キ
ャパシタンスと、この入力キャパシタンスの出力に接続
された第2スイッチと、前記入力キャパシタンスの入力
をグランドに接続する第3スイッチと、前記入力キャパ
シタンスの出力をグランドに接続する第4スイッチと、
を有する複数の受動スッチトキャパシタ回路と;各受動
スイッチトキャパシタ回路の前記第2スイッチの出力に
入力が接続された奇数段のCMOSインバータよりなる
反転増幅部と;この反転増幅部の入出力にそれぞれ入出
力が接続された帰還キャパシタンスとを備えているスイ
ッチトキャパシタ回路。 - 【請求項2】帰還キャパシタンスの入力と反転増幅部の
入力との間に接続された第5スイッチと、前記帰還キャ
パシタンスの出力と前記反転増幅部の出力との間に接続
された第6スイッチと、前記帰還キャパシタンスの入力
と前記反転増幅部の出力との間に接続された第7スイッ
チと、前記第5スイッチと前記帰還キャパシタンスの間
に接続されかつ帰還キャパシタンスの出力をグランドに
接続する第8スイッチとをさらに備えていることを特徴
とする請求項1記載のスイッチトキャパシタ回路。 - 【請求項3】反転増幅部における最終段のCMOSイン
バータの出力にはグランドに接続された接地キャパシタ
ンスが接続され、最終段以外の1個または複数のCMO
Sインバータの出力には、電源およびグランドにそれぞ
れ接続された1対の平衡レジスタンスが接続されている
ことを特徴とする請求項1記載のスイッチトキャパシタ
回路。 - 【請求項4】各受動スイッチトキャパシタ回路における
入力キャパシタンスは等しい容量に設定されていること
を特徴とする請求項1記載のスイッチトキャパシタ回
路。 - 【請求項5】各受動スイッチトキャパシタ回路における
入力キャパシタンスは2のべき乗比で段階的に設定さ
れ、各受動スイッチトキャパシタの入力電圧は共通の電
圧であることを特徴とする請求項1記載のスイッチトキ
ャパシタ回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21785196A JPH1051270A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | スイッチトキャパシタ回路 |
EP97113128A EP0822659A3 (en) | 1996-07-31 | 1997-07-30 | Switched capacitor circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21785196A JPH1051270A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | スイッチトキャパシタ回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1051270A true JPH1051270A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16710767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21785196A Pending JPH1051270A (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | スイッチトキャパシタ回路 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0822659A3 (ja) |
JP (1) | JPH1051270A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100413184B1 (ko) * | 2001-06-01 | 2003-12-31 | 한건희 | 반전증폭기를 이용한 스위치드 커패시터 회로 |
KR100794310B1 (ko) | 2006-11-21 | 2008-01-11 | 삼성전자주식회사 | 스위치드 커패시터 회로 및 그것의 증폭 방법 |
JP2011205322A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 可変利得増幅器 |
JP2014204226A (ja) * | 2013-04-03 | 2014-10-27 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | リングアンプ |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2358097A (en) | 1999-12-22 | 2001-07-11 | Ericsson Telefon Ab L M | A low voltage switched capacitor differential amplifier with improved dynamic range |
-
1996
- 1996-07-31 JP JP21785196A patent/JPH1051270A/ja active Pending
-
1997
- 1997-07-30 EP EP97113128A patent/EP0822659A3/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100413184B1 (ko) * | 2001-06-01 | 2003-12-31 | 한건희 | 반전증폭기를 이용한 스위치드 커패시터 회로 |
KR100794310B1 (ko) | 2006-11-21 | 2008-01-11 | 삼성전자주식회사 | 스위치드 커패시터 회로 및 그것의 증폭 방법 |
JP2011205322A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 可変利得増幅器 |
JP2014204226A (ja) * | 2013-04-03 | 2014-10-27 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | リングアンプ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0822659A2 (en) | 1998-02-04 |
EP0822659A3 (en) | 2000-05-03 |
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