JPS6085613A - Preamplifier - Google Patents

Preamplifier

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JPS6085613A
JPS6085613A JP58192319A JP19231983A JPS6085613A JP S6085613 A JPS6085613 A JP S6085613A JP 58192319 A JP58192319 A JP 58192319A JP 19231983 A JP19231983 A JP 19231983A JP S6085613 A JPS6085613 A JP S6085613A
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JP
Japan
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circuit
signal
amplifier
timing
gain
Prior art date
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Pending
Application number
JP58192319A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Sase
隆志 佐瀬
Masahiro Ueno
雅弘 上野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To attain the titled preamplifier suitable for large scale circuit integration by constituting an amplifier circuit of a modulation signal with an operational amplifier, an input/output capacitor pair of set the gain of the operational amlifier and a short-circuit switch for initial setting so as to attain high accuracy of signal amplification to the gain setting in response to a wide range of signal level. CONSTITUTION:A timing (c) is set during time t1-T2 prior to timings a, b, switches 22-29 are turned on so as to apply initial setting to capacitors 81-84 and 87-90, that is, to discharge an electric charge stored in the capacitors due to leakage, thereby eliminating the effect of a leakage current. A polarity switching circuit 100 sets the timing (a) during time t2-t3 succeedingly, the timing (b) is set during t3-t4, the polarity of an input signal is inverted alternately at the two time sections, the input signal is modulated into a high frequency signal near the frequency of the timings a, b and the result is inputted to an amplifier 101. The gain of the amplifier circuit 101 is a product of the gain of the 1st amplifier stage comprising two non-inverting amplifiers and the 2nd amplifier stage comprising a differential amplifier.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は広範囲な信号レベルを増幅するための前置増幅
器に係り、特に、高精度な信号増幅が可能で、かつ、こ
れ自体ff1LsI化するに適した前置増幅器に関する
。 〔発明の背景〕 通常、多種多様なセンサの広範囲な入力レンジ金取扱う
場合には、前置増幅器乞設置1xするのが一般的である
。この場合、前置増幅器は、利得が任意に設定でき、入
力インピーダンスが非常に高く、高精度な信号増幅をす
るものが必要である。このような特性の前置増幅器’k
Ls I化するには、LSI技術に適した回路構成とす
る必要がある。 これらに対処するだめの回路例を第1図に示す。 入力信号の極性ケスイッチ2.0.21により切換えて
変調する極性変換回路100と、利得設定にLSI上で
比較的精度の出し易いモノリシックコンデンサ81〜8
4,87〜90全使用し、各コンデンサの初期値を設定
するためのスイッチ22〜27を設け、変調信号を第1
及び第2の増幅段の2段構成で増幅r行なう増幅回路l
O1と、増幅回路101の出力信号をスイッチ6υQタ
イミングにエリ保持するサンプルホールド回路102と
、この保持型EE:全スイッチ61.62とコンデンサ
71により入力信号の極性に同期して復調する整流形ス
イツテトキャパシタ回路103と、コンデンサ71の充
電及び放電電流を平滑化し′重圧に変換する電流電圧変
換回路104で構成され、谷スイッチ20〜27.60
〜63は第2図のタイミング信号a 、 h″″C″C
動作なお、第2図のタイミング信号a−hは、第1図の
接点の記号に相当し、タイミング信号オンの時対応接点
が可動片に接続されることを示している。 このような回路動作により、第2図に示すように、入力
信号は増幅回路101の出力では11サンプルホ一ルド
回路102の出力ではj1電流電圧変換回路104では
kなる電圧波形となる。これらの波形が、実線のような
波形の場合には、入力信号に対応しない信号が得られて
いることを示しており、点綴のような波形の場合には、
入力信号に対応した信号が得られていることを示してい
る。即ち、信号増幅に歪を生じている。このように、点
線のような波形とならないのは、増幅回路101におい
て、信号増幅(C先だちタイミング信号Cのオンのとき
(タイミング信号a、bともオフのとき)、初期値設定
スイッチ22〜27により、増幅回路の出力は第2図の
iに示すように初期1直0に設定されるが、信号増幅に
切換ったタイミングのとき、初期値設定スイッチのだめ
、初期値設定スイッチのないコンデンサ81,82゜8
7.88に電荷が蓄積される結果、増幅回路としてオフ
セットとなる。この状態での増幅回路の入出力の関係式
は、入力端子1.2に加わる電圧をそれぞれV、、V2
、端子iに得られる電圧をVo、コンデンサ81.82
の容量をCm、コンデンサ83.84の容量’kc、 
、コンデンサ8788の容量(Il−C5、コンデンサ
89.90の容量kct、コンデンサ81.82にそれ
ぞれ蓄積され、オフセットとなる量の差分子 Va t
 t + +コンデンサ87.88にそれぞれ蓄積され
、オフセットとなるfit)差分(ll−vo、t2ト
すルト、・・・・・・・・・(2) で表わされる。即ち、第1項は入力信号V2−■、が設
定利得で増幅される項、第2項、第3項はオフセラ) 
Vott、+tが設定利得で増幅される項である。今、
負のオフセットがある場合を考えると、(I)式から入
力信号は負のオフセラ)k中心に信号増幅がなされるこ
とになる。一方、一般の増幅回路Vi、第3178Iの
ような入出力特注をもっているため、負のオフセラ)7
もつ入力信’Tf V Hが増幅回路に加わると、出力
V。には正側振幅は線形領域で増幅されることになるが
、負側振幅は線形から飽和領域にわたって増幅されるた
め歪を生じた非線形波形V。となり、入力に対応した出
力を線形領域で高精度に得ることができなくなる。この
傾向は、(1)式からもわかるよう罠、増幅回路の利得
が大さい程、。即ち、入力信号とオフセットのレベルに
近づく程、著しく問題となる。この↓うに、増幅回路の
利蒋全定めるコンデンサがリーク等により充放電され、
信号増幅時にドリフi生じ増幅回路が動作範囲からはず
れるのを防止するために設けた初期設定用スイッチが、
過大なオフセラトラ訪発する原因となり、この結果、増
幅回路の線形領域での動作が困難となり、増幅回路の高
精度な信号増幅を妨げる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、広範囲な信号レベルに対応したオU得
設定に対し高精度な信号増幅が可能で、LSI化に適し
た前置増幅器を提供するにおる。 〔発明の概要〕 本発明は、入力信号の極性を周期的に切換える極性切換
回路と、この極性切換回路の出力信号全増幅する増幅回
路と、増幅回路の出力電圧ケ保持するサンプルホールド
回路と、このサンプルホールド回路の出力電圧を極性切
換回路の切換え周期に同期してコンデンサに伝達する電
荷の極性を反−転しながら整流する整流形スイッテトキ
ャパシタ ゛回路とから構成される装置増幅器において
、増幅回路は、演算増幅器と、可変利得設定のだめの入
力及び帰還コンデンサと、コンデンサ対のうち一方、及
び演算増幅器の入力で極性切換回路の出力信号全印加す
る端子に設けた初期値設定用放電スイッチとから成るも
のに、演算増幅器のコンデンサ対の他方に初期値設定用
放電スイッチの影響に除去するだめのスイッチを設け、
初期値設定用放電スイッチと同じタイミングで動作させ
ること?特徴とする。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。第
4図は本発明の一実施例を示し、第5図はその動作タイ
ムチャートである。第4図において、極性切換断路io
oは、2メーク形スイツチ20.21で構成され、増幅
回路101は、コンデンサ81.83及び演算増幅器l
Oで構成される正相増幅器と、コンデンサ82.84及
び演算増幅器11で構成される正相増幅器と、コンデン
 ・す87〜90及び演算増幅器12で構成される差動
増幅器と、各コンデンサの初期値設定用スイッチ22〜
27と、コンデンサ81.82のスイッチ28.29と
から成る。サンプルホールド回路102は、スイ、ツテ
60、コンデンサ70、演算増幅器13で構成され、整
流形スイッチトキャバシタ回路103は、2メーク形の
スイッチ61゜62、及びコンデンサ71で構成され、
更に、電流電圧変換回路104は、コンデンサ72、抵
抗73、及び演算増幅器14で構成される。そして、以
上の各スイッチは、実際にはMOS)シンジスタ等のス
イッチ素子により実現される。 以上の回路の動作音、第5図のタイムチャート金剛いて
説明する。第5図のタイミング信号a〜hは、第4図の
各スイッチ20〜29.60〜62の接点の記号に相当
し、タイミング信号オンの時、対応接点が可動片に接続
されることケ示[7ている。そして、極性切換用のスイ
ッチ20゜21のタイミング信号a、 b (同一周期
を有する)の周波数は、入力信号(図示せず二人刃端1
.2間に印加される)の最高周波数成分より十分高く、
このスイッチングにより入力信号が歪みなく、タイミン
グ信号a、bの周波数近辺の高周波帯域ヘシフトされる
ものとする。従って、第6図の横軸(時間軸)の範囲で
は、入力信号はほぼ直流とみなせる。 そこで、1ず、タイミングa、b(タイミング信号を単
にタイミングと略記する。以下同様)に先立ってタイミ
ングCf時刻t1〜t2 の間オンとし、スイッチ22
〜29をオンとしてコンデンサ81〜84.87〜90
の初期値設定、すなわち、コンデンサにリーク等にエリ
蓄積された電流の放電を行ない、リーク電流の影響を除
去する。 このt、〜t2の間タイミングa、bはともにオフであ
る。続いて、極性切換回路100では時刻t2〜t8出
」はタイミンクa′ff:オン、13〜1゜間はタイミ
ングb全オンとし、この2つの時間区間で入力信号は交
互に極性を反転され、タイミングa、bの周波数近傍の
高周波信号に変調されて、増幅回路101へ入力される
。従って、入力信号側からみた入力インピーダンスは、
演算増幅器10.11の入力インピーダンスに等しくな
り、これはMOS)ランジスタ金演算増幅器10゜11
の初段用に用いれば、十分に大きな値とすることができ
る。 tqq幅回路101の利得は、2つの正相増幅器からな
る第1の増幅段と、差動増幅器から成る第2の増幅段の
利得のわtとなる。第1の増幅段の増幅器の利得01は
、入力コンデンサ81.82の容量r−1帰還コンデン
サ83.84の容量を07とすると、 で表わされ、第2の増幅段の利得02 &よ、入力コン
デンサ87.88の容Iff 盆Cl %帰還コンデン
サ89.90の容量をCfとすると、 で表わされるため、増幅回路101の利得Gは、となる
。従って、増幅回路101全体としては、変調された高
周波信号が2G倍に増幅されて出力される。そして、こ
の出力波形iは、タイミングa、bそれぞれのオン期間
でほぼ、反転した極性(前述のように入力信号の変化は
第5図の範囲では殆んどない)になり、タイミングCの
ところだけ0となる。 次に、この出力電圧iはタイミングdでサンプリングし
てサンプルホールド回路102で保持する。タイミング
dは、タイミングa、bがオフする第5図の時刻tI 
+ 13 r ’4・・・の直前にオンするものとする
と、波形i上の丸印で示した値がサンプルされるので、
サンプルホールド回路102出力は第5図jの波形とな
り、これが整流形スイツチトキャパシタ回路103へ入
力される。 整流形スイツチトキャパシタ回路103は、第5図のタ
イミングC+ f+ −g* hで動作する。このうち
タイミングeとfは常に互いに逆の位相でオンとなり、
タイミングgとhも同様である。しかし、タイミングg
、hは、タイミングaオンの時とタイミングbオンのと
きで逆位相になる。そしてタイミングaオンの間は、タ
イミングe、hが同相、タイミングf1gが同相となる
ので、タイミングe、hオンのとき入力信号iによりコ
ンデンサ71にサンプルされ蓄積された電荷は、続くタ
イミングf1gのとき、入力信号iとは逆極性で電流電
圧変換回路104へ印加される。また、タイミングbオ
ンの間は、タイミングe1gが同相、タイミングf、h
が同相となるので、この場合のスイッチトキャバシタ回
路103は、周知のように、通常の抵抗器と等価になり
、入力信号1と同一極性のサンプルされた信号が電流電
圧変換回路104に印加される。従って、電流電圧変換
回路104の出力には、極性切換回路100でタイミン
グa、bによシ変調され、増幅回路101で増幅された
信号が復調されたものとなり、所要の出力信号が得られ
る。ここで、電流電圧変換回路104は、その帰還ルー
プにコンデンサ72と抵抗73が挿入されており、コン
デンサ71の出力電流ヲXF−滑化し電圧として利用で
きるように変換する。即ち、コンデンサ71の出力電流
′f:1.e。 スイッチトキャバシタ周波数’f:f、コゾデ゛ンサ7
2の容量をCt、抵抗73金RLとし、C1R4>′ 
1/fとすると、電流電圧変換回路104ではIga”
Rtなる電圧に変換される。 この方法によれば、増幅回路101の利得を定める各コ
ンデンサ81〜84.87〜90がり一り等により充放
電され、増幅回路101の線形動作領域からはずれるこ
とを防止するためのスイッチ22〜27の他に、コンデ
ンサ81.82にもスイッチ28.29i設けて実施し
ているため、タイミングCの期間及び切換時(スイッチ
22〜29がオフになるとき)壕で初期値設定全安定に
行ないうる。即ち、初期値スイッチからの影響によるコ
ンデンサ81.82への蓄積電荷をスイッチ28,29
によりキャンセルすること全可能とし、増幅回路として
のオフセットの影響ケ低減しで、増幅回路101の出力
増幅が線形領域で動作しうるようにできる。 なお、以上の説明で、第5図に示しだ各タイミング信号
c −11はそのオン期間が重複気味になっているが、
実際には重複しないようにする方がよい。また、サンプ
ルホールド回路102i用いているので、タイミングg
、hが第5図で述べたようにタイミングa、bに応じて
入れかわるようになっていれば、スイツテトキャパシタ
用のタイミングe−hは極性切換用のタイミングa、b
とは独立に選定できるので、設計上極めて有利である。 しかし、もしタイミングa、bとタイミングC〜11と
を完全に同期させれば、サンプルホールド回路+02’
を省略することができる。才だ、前述の電流電圧変換回
路104も、もし電流出力をそのiff利用する場合に
は省略すればよい。また、増幅回路101の出力変調信
号はサンプルホールド回路102とスイツテトキャパシ
タ103に復調(整流)しているが、これ以外の回路で
も実現できる。 ゛ 以上の実施例によると、(1)式の第2項の最も出
力に影響企及ぼすオフセットの頂金除去することで、増
幅回路の第1の増幅段の利得設定用コンデンサの初期値
設定スイッチによる影響が効果的に除去でき、線形領域
での高精度な信号増幅を行ないうる。更に高精度な信号
増幅を実現するだめの第4図の増幅回路101の部分に
ついての実施例を以下に述べる。 第6図は、第4図の増幅回路101の他の実施例で、第
4図の増幅回路101とは第2の増幅段の入力コンデン
サ87.88にスイッチ30゜31全設りていることが
異なっている。この場合には、増幅回路の第2の増幅段
でもコンデンサへのスイッチによる影響を除去できるの
で、更に高利得の信号増幅でも出力振幅を線形領域内で
力υ作しうる。即ち、第6図では(1)式の第2項、第
3項のオフセットの影響が低減される。  次に、第8図には、本発明のもう一つの実施例として、
増幅回路101の別の基本形を示している。通常、LS
I上のコンデンサ線、第7図の等何回路に示すように、
寄生容量219が付加した一構造となる。このため、本
実施例は、第4図に図示した増幅回路の第1の増幅段の
利得設定の入力容量81.82の接地側を寄生容量99
f!c介して接地する構成にしたものである。この構成
においても、増幅回路の利得は(3)式と同様に表わさ
れ、寄生容量が利得に影響しないことを示しており、こ
の場合もスイッチケ第1の増幅段では入力コンデンサの
両端に、第2の増幅段では入力コンデンサの両端にそれ
ぞれ設けることで、第6図と同様に増幅回路の出力を線
形領域で動作できる。なお、これまでは、利得が一定の
もので説明してきたが、第4図、第6図、第8図等でも
可変利得設定可能な回路構成を実現することができる。 なお、図中105,106は増幅回路の入力端子、10
7は増幅回路の出力端子、30.31はスイッチ、21
8は正規容量である。 〔発明の効果〕 本発明によれば、利得設定コンデンサの初期値設定スイ
ッチの影響を除去できるので、線形領域での高精度な信
号増幅が可能になり、T、SI化に適した前置増幅器を
実現できる。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a preamplifier for amplifying a wide range of signal levels. Regarding suitable preamplifiers. [Background of the Invention] Normally, when dealing with a wide range of input ranges for a wide variety of sensors, it is common to install 1x preamplifiers. In this case, the preamplifier must have a gain that can be set arbitrarily, a very high input impedance, and can perform highly accurate signal amplification. A preamplifier with such characteristics
In order to implement LsI, it is necessary to have a circuit configuration suitable for LSI technology. An example of a circuit to deal with these problems is shown in FIG. A polarity conversion circuit 100 that switches and modulates the polarity of the input signal using a switch 2.0.21, and monolithic capacitors 81 to 8 that are relatively easy to achieve accuracy on an LSI for gain setting.
4, 87 to 90 are all used, switches 22 to 27 are provided to set the initial value of each capacitor, and the modulation signal is set to the first
and an amplifier circuit l that performs amplification r with a two-stage configuration of a second amplification stage.
O1, a sample hold circuit 102 that holds the output signal of the amplifier circuit 101 at the timing of the switch 6υQ, and this holding type EE: a rectifier type switch that demodulates in synchronization with the polarity of the input signal using all the switches 61 and 62 and the capacitor 71. Consisting of a capacitor circuit 103 and a current-voltage conversion circuit 104 that smoothes the charging and discharging current of the capacitor 71 and converts it into a heavy voltage, the valley switches 20 to 27.60
~63 are the timing signals a, h''''C''C in Fig. 2
Operation Note that the timing signals a to h in FIG. 2 correspond to the symbols of the contacts in FIG. 1, and indicate that the corresponding contact is connected to the movable piece when the timing signal is on. Due to this circuit operation, as shown in FIG. 2, the input signal has a voltage waveform of k at the output of the amplifier circuit 101, the output of the 11-sample hold circuit 102, and the j1 current-voltage conversion circuit 104. If these waveforms look like solid lines, it means that a signal that does not correspond to the input signal is obtained, and if the waveforms look like dotted lines,
This shows that a signal corresponding to the input signal is obtained. In other words, distortion occurs in signal amplification. In this way, the reason why the waveform does not look like the dotted line is that in the amplifier circuit 101, when the signal amplification (C advance timing signal C is on (when both timing signals a and b are off), the initial value setting switches 22 to 27 As a result, the output of the amplifier circuit is initially set to 1 and 0 as shown in i in Fig. 2. However, when switching to signal amplification, the output of the initial value setting switch and the capacitor 81 without an initial value setting switch are set. ,82°8
As a result of the charge being accumulated at 7.88, an offset occurs as an amplifier circuit. The input/output relational expression of the amplifier circuit in this state is that the voltages applied to input terminals 1 and 2 are V, V2,
, the voltage obtained at terminal i is Vo, the capacitor 81.82
The capacitance of is Cm, the capacitance of capacitor 83.84'kc,
, the capacitance of the capacitor 8788 (Il-C5, the capacitance kct of the capacitor 89.90, the difference numerator of the amount accumulated in the capacitor 81.82 and resulting in an offset Va t
t + + capacitors 87 and 88 respectively, and the offset becomes the fit) difference (ll-vo, t2 torque, ...... (2). In other words, the first term is The term in which the input signal V2-■ is amplified by the set gain, the second and third terms are off-cellar)
Vott, +t is the term amplified by the set gain. now,
Considering the case where there is a negative offset, the input signal is amplified at the center of the negative offset (k) from equation (I). On the other hand, since it has a custom input/output like the general amplifier circuit Vi, No. 3178I, it has a negative offset
When an input signal 'Tf V H is applied to the amplifier circuit, the output V. The positive amplitude is amplified in the linear region, but the negative amplitude is amplified from the linear to the saturation region, resulting in a distorted nonlinear waveform V. Therefore, it becomes impossible to obtain an output corresponding to the input with high precision in the linear region. As can be seen from equation (1), this tendency is true as the gain of the amplifier circuit increases. That is, the closer the level of the input signal and the offset are, the more serious the problem becomes. In this case, the capacitor specified by the amplifier circuit is charged and discharged due to leakage, etc.
The initial setting switch is provided to prevent drift i from occurring during signal amplification and causing the amplification circuit to deviate from its operating range.
This causes an excessive amount of off-cellarity to occur, and as a result, it becomes difficult for the amplifier circuit to operate in the linear region, which prevents the amplifier circuit from achieving highly accurate signal amplification. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a preamplifier which is capable of highly accurate signal amplification with respect to output settings corresponding to a wide range of signal levels and is suitable for LSI implementation. [Summary of the Invention] The present invention provides a polarity switching circuit that periodically switches the polarity of an input signal, an amplifier circuit that fully amplifies the output signal of the polarity switching circuit, and a sample hold circuit that holds the output voltage of the amplifier circuit. In a device amplifier consisting of a rectifying switched capacitor circuit that rectifies the output voltage of this sample and hold circuit while inverting the polarity of the charge transmitted to the capacitor in synchronization with the switching period of the polarity switching circuit. The circuit consists of an operational amplifier, an input and feedback capacitor for variable gain setting, one of the capacitor pairs, and a discharge switch for initial value setting provided at the terminal to which all output signals of the polarity switching circuit are applied at the input of the operational amplifier. A switch is provided on the other of the pair of capacitors of the operational amplifier to eliminate the influence of the discharge switch for setting the initial value,
Should it operate at the same timing as the discharge switch for initial value setting? Features. [Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 shows an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an operation time chart thereof. In FIG. 4, the polarity switching disconnection io
The amplifier circuit 101 includes a capacitor 81, 83 and an operational amplifier l.
A positive phase amplifier consisting of capacitors 82 and 84 and operational amplifier 11, a differential amplifier consisting of capacitors 87 to 90 and operational amplifier 12, and an initial phase amplifier of each capacitor. Value setting switch 22~
27 and a switch 28.29 of a capacitor 81.82. The sample and hold circuit 102 is composed of a switch 60, a capacitor 70, and an operational amplifier 13, and the rectifying switched capacitor circuit 103 is composed of two-make switches 61 and 62 and a capacitor 71.
Further, the current-voltage conversion circuit 104 includes a capacitor 72, a resistor 73, and an operational amplifier 14. Each of the above-mentioned switches is actually realized by a switching element such as a MOS (MOS) synristor. The operating sound of the above circuit will be explained using the time chart shown in FIG. The timing signals a to h in FIG. 5 correspond to the symbols of the contacts of each switch 20 to 29 and 60 to 62 in FIG. 4, and indicate that the corresponding contact is connected to the movable piece when the timing signal is on. [There are 7. The frequency of the timing signals a and b (having the same period) of the polarity switching switches 20 and 21 is the same as that of the input signal (not shown).
.. sufficiently higher than the highest frequency component of (applied between 2),
It is assumed that by this switching, the input signal is shifted to a high frequency band near the frequencies of the timing signals a and b without distortion. Therefore, in the range of the horizontal axis (time axis) in FIG. 6, the input signal can be considered to be approximately direct current. Therefore, first, prior to timings a and b (timing signals are simply abbreviated as timings. The same applies hereinafter), the switch 22 is turned on between timing Cf and time t1 to t2.
~29 is turned on and capacitors 81~84.87~90
In other words, the current accumulated in the capacitor due to leakage etc. is discharged to remove the influence of the leakage current. During this period from t to t2, timings a and b are both off. Subsequently, in the polarity switching circuit 100, the timing a'ff is on from time t2 to t8, and the timing b is fully on from 13 to 1°, and the polarity of the input signal is alternately inverted during these two time periods. The signal is modulated into a high frequency signal near the frequencies of timings a and b, and is input to the amplifier circuit 101. Therefore, the input impedance seen from the input signal side is
It is equal to the input impedance of operational amplifier 10.11, which is MOS) transistor gold operational amplifier 10°11
If used for the first stage, it can be set to a sufficiently large value. The gain of the tqq width circuit 101 is the sum of the gains of a first amplification stage made up of two positive-phase amplifiers and a second amplification stage made up of a differential amplifier. The gain of the amplifier in the first amplification stage, 01, is expressed as follows, where the capacitance of the input capacitor 81.82 is r-1, and the capacitance of the feedback capacitor 83.84 is 07, and the gain of the second amplification stage is 02 &. Capacity Iff of input capacitor 87.88 Basin Cl % If the capacitance of feedback capacitor 89.90 is Cf, it is expressed as follows, so the gain G of the amplifier circuit 101 is as follows. Therefore, in the amplifier circuit 101 as a whole, the modulated high frequency signal is amplified by a factor of 2G and output. Then, this output waveform i becomes almost inverted in polarity during the ON periods of timings a and b (as mentioned above, there is almost no change in the input signal within the range shown in Figure 5), and at timing C, becomes 0. Next, this output voltage i is sampled at timing d and held in the sample hold circuit 102. Timing d is time tI in FIG. 5 when timings a and b are off.
+ 13 r If it is turned on just before '4..., the value indicated by the circle on waveform i will be sampled, so
The output of the sample and hold circuit 102 has a waveform shown in FIG. The rectifying switched capacitor circuit 103 operates at the timing C+ f+ -g*h shown in FIG. Of these, timings e and f are always turned on with opposite phases to each other,
The same applies to timings g and h. However, the timing
, h have opposite phases when timing a is on and when timing b is on. Then, while timing a is on, timings e and h are in phase, and timing f1g is in phase, so that the charges sampled and accumulated in the capacitor 71 by input signal i when timings e and h are on are the same at the following timing f1g. , are applied to the current-voltage conversion circuit 104 with polarity opposite to that of the input signal i. Also, while timing b is on, timing e1g is in phase, timing f and h
are in phase, so the switched capacitor circuit 103 in this case is equivalent to a normal resistor, as is well known, and a sampled signal with the same polarity as the input signal 1 is applied to the current-voltage conversion circuit 104. be done. Therefore, the output of the current-voltage conversion circuit 104 is a demodulated signal modulated at timings a and b by the polarity switching circuit 100 and amplified by the amplifier circuit 101, and a desired output signal is obtained. Here, the current-voltage conversion circuit 104 has a capacitor 72 and a resistor 73 inserted in its feedback loop, and converts the output current of the capacitor 71 into an XF-slip so that it can be used as a voltage. That is, the output current 'f of the capacitor 71: 1. e. Switched capacitor frequency 'f: f, cosonator 7
The capacitance of 2 is Ct, the resistance is 73 gold RL, and C1R4>'
1/f, in the current-voltage conversion circuit 104, Iga"
It is converted into a voltage Rt. According to this method, the switches 22 to 27 are charged and discharged by each of the capacitors 81 to 84 and 87 to 90 that determine the gain of the amplifier circuit 101, and the switches 22 to 27 are used to prevent the amplifier circuit 101 from deviating from the linear operating region. In addition, since the capacitors 81 and 82 are also provided with switches 28 and 29i, the initial value setting can be made completely stable during the period of timing C and at the time of switching (when switches 22 to 29 are turned off). . In other words, the charges accumulated in the capacitors 81 and 82 due to the influence from the initial value switch are reduced by the switches 28 and 29.
By reducing the influence of offset on the amplifier circuit, the output amplification of the amplifier circuit 101 can operate in a linear region. In addition, in the above explanation, the on periods of the timing signals c-11 shown in FIG. 5 tend to overlap,
It's actually better to avoid duplication. Also, since the sample and hold circuit 102i is used, the timing g
, h are switched according to the timings a and b as described in FIG.
This is extremely advantageous in terms of design since it can be selected independently of the However, if timings a and b and timings C to 11 are completely synchronized, the sample hold circuit +02'
can be omitted. However, the above-mentioned current-voltage conversion circuit 104 can also be omitted if the current output is used as the IF signal. Further, although the output modulation signal of the amplifier circuit 101 is demodulated (rectified) by the sample hold circuit 102 and the switched capacitor 103, it can be realized by other circuits.゛ According to the above embodiment, by removing the top of the offset in the second term of equation (1) that most affects the output, the initial value setting switch of the gain setting capacitor of the first amplification stage of the amplifier circuit can be adjusted. It is possible to effectively eliminate the influence of An embodiment of the amplification circuit 101 shown in FIG. 4, which is intended to achieve even more accurate signal amplification, will be described below. FIG. 6 shows another embodiment of the amplifier circuit 101 shown in FIG. 4, which differs from the amplifier circuit 101 shown in FIG. are different. In this case, since the influence of the switch on the capacitor can be removed even in the second amplification stage of the amplifier circuit, the output amplitude can be controlled within the linear region even in high-gain signal amplification. That is, in FIG. 6, the influence of the offset in the second and third terms of equation (1) is reduced. Next, FIG. 8 shows, as another embodiment of the present invention,
Another basic form of the amplifier circuit 101 is shown. Usually, L.S.
The capacitor line on I, as shown in the equal circuit in Figure 7,
This is a structure in which a parasitic capacitance 219 is added. Therefore, in this embodiment, the ground side of the input capacitors 81 and 82 for setting the gain of the first amplification stage of the amplifier circuit shown in FIG. 4 is connected to the parasitic capacitor 99.
f! The structure is such that it is grounded through C. Even in this configuration, the gain of the amplifier circuit is expressed similarly to equation (3), indicating that parasitic capacitance does not affect the gain. By providing the second amplification stage at both ends of the input capacitor, the output of the amplification circuit can operate in the linear region as in FIG. 6. Although the explanation has been given so far with a constant gain, a circuit configuration in which variable gain can be set can also be realized in FIGS. 4, 6, 8, etc. In the figure, 105 and 106 are input terminals of the amplifier circuit, and 10
7 is the output terminal of the amplifier circuit, 30.31 is the switch, 21
8 is the regular capacity. [Effects of the Invention] According to the present invention, since the influence of the initial value setting switch of the gain setting capacitor can be removed, highly accurate signal amplification in the linear region is possible, and the preamplifier is suitable for T and SI. can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の前置増幅器の回路図、第2図は第1図の
回路の動作タイムチャート、票“3図は一般の前置増幅
器の入出力特性図、第4図は本発明の前置増幅器の一実
施例の回路図、第5図は第4図の実施例の動作タイムチ
ャート、第6図及び第8図はそれぞれ第4図の増幅回路
の他の実施例の回路図、第7図はモノリシックコンデン
サの等価回路図である。 第30 勇 第4霞 第5図 4o−−−−−−一一一一−−−−−−−−−−−−−
−−一一一一拓q品
Figure 1 is a circuit diagram of a conventional preamplifier, Figure 2 is an operation time chart of the circuit in Figure 1, Figure 3 is an input/output characteristic diagram of a general preamplifier, and Figure 4 is a diagram of the circuit of the present invention. A circuit diagram of one embodiment of the preamplifier, FIG. 5 is an operation time chart of the embodiment of FIG. 4, and FIGS. 6 and 8 are circuit diagrams of other embodiments of the amplifier circuit of FIG. 4, respectively. Fig. 7 is an equivalent circuit diagram of a monolithic capacitor.
--1111 Takuq product

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、入力信号を、その極性全周期的な切換タイミング信
号によって切換えて変調信号に変換するための極性切換
回路と、前記変調信号の増幅回路と、この増幅回路の出
力変調信号の復調回路とからなる前置増幅器において、 前記増幅回路は、演算増幅器と、この演算増幅器の利得
?設定するための入力及び帰還用のコンデンサ対と、こ
のコンデンサ対の双方及び前記演算増幅器の前記変調信
号ケ印加する端子に設けた初期値設定用短絡スイッチと
から成ることを特徴とする前置増幅器。 2、 前記復調回路は、前記増幅回路の出力変調信号を
保持するサンプルホールド回路と、このサンプルホール
ド回路の出力信号?コンデンサの充放電のタイミング及
び極性を制御することにより復調するスイツテトキャパ
シタ回路とから構成されることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の前置増幅器。
[Claims] 1. A polarity switching circuit for converting an input signal into a modulation signal by switching the polarity of the input signal using a switching timing signal that changes the polarity of the input signal at all cycles; an amplification circuit for the modulation signal; and an output modulation circuit for the amplification circuit. In a preamplifier consisting of a signal demodulation circuit, the amplification circuit includes an operational amplifier and a gain of the operational amplifier. A preamplifier comprising a pair of input and feedback capacitors for setting, and a short-circuit switch for initial value setting provided at both of the capacitor pair and at a terminal to which the modulation signal of the operational amplifier is applied. . 2. The demodulation circuit includes a sample and hold circuit that holds the output modulation signal of the amplifier circuit, and an output signal of this sample and hold circuit. 2. The preamplifier according to claim 1, further comprising a switched capacitor circuit that performs demodulation by controlling the timing and polarity of charging and discharging a capacitor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6404282B2 (en) 2000-05-12 2002-06-11 Nec Corporation Preamplification circuit

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