CN105051555B - 虚拟电阻电路以及电荷检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种虚拟电阻电路以及电荷检测电路，其具备：第1场效应晶体管(Ma)；与该电特性匹配的电特性的第2场效应晶体管(Mb)；连接了基准电阻元件(Rstd)的一个端部以及第2场效应晶体管的源极端子的分压电路(21)；输出端子与第1场效应晶体管的栅极端子以及第2场效应晶体管的栅极端子连接，分压电路的中点电压被输入到反相输入端子以及正相输入端子的对应的一方，基准电压被输入到其对应的另一方的第1运算放大器(OP1)；和对基准电阻元件的另一个端部输入将第1场效应晶体管的漏极电压反相放大后的电压的第2运算放大器(OP2)。

Description

虚拟电阻电路以及电荷检测电路
技术领域
本发明涉及虚拟电阻电路以及电荷检测电路，特别地，涉及具备用于 弱反相区域的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)的虚拟电阻电路以及使用其 的电荷检测电路。
背景技术
近年来，使用了绝缘体的压电元件的应变仪、加速度传感器等电荷产 生型的传感器即电荷输出传感器正在被广泛使用。在该电荷输出传感器 中，由于检测微小的电荷，因此需要用于对其检测信号进行放大的放大电 路。
此外，近年来，在半导体设备中，伴随着其高功能/高集成化，变得 需要呈现千兆欧姆级的电阻值的电阻元件。
在该状况下，专利文献1涉及检测装置、传感器以及电子设备，公开 了一种具备正相输入端子接地的运算放大器和在运算放大器的输出端子 与反相输入端子之间并联电连接的电阻元件以及电容器的放大电路。
此外，专利文献2涉及微电子集成电路用的千兆欧姆负载电阻，公开 了将MOSFET用于弱反相区域，来得到高电阻元件。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-224230号公报
专利文献2：国际公开第95/25349号
发明内容
-发明要解决的课题-
但是，根据本发明人的研究，在电荷检测电路中，来自电荷输出传感 器的检测信号的频率范围较多达到低频区域，在该情况下，为了降低根据 电阻元件的电阻值(反馈电阻)和电容器的容量(反馈容量)而确定的截 止频率，需要至少搭载几十MΩ以上的高电阻元件。
这里，在专利文献1所公开的结构中，若要搭载几十MΩ以上的高电 阻元件，则电路结构本身变得大型化。此外，关于将其小型化/集成化的 具体结构，没有任何的公开、启示。
另一方面，在专利文献2公开的结构中，公开了将MOSFET用于弱 反相区域来得到高电阻元件，但关于如何将其应用于电荷检测电路的具体 结构，没有任何的公开、启示。
进一步地，根据本发明人的研究，MOSFET在弱反相区域中MOSFET 的电阻值是根据MOSFET的氧化膜容量以及阈值电压、温度等重要因素 而指数性变动的，因此对MOSFET的一系列的制造工序的差别以及电源 电压、温度的变化非常敏感。此外，该弱反相区域中的MOSFET的电阻 值不仅根据栅极电压，还根据漏极电压、源极电压的变动而指数性变动。
因此，在使MOSFET在弱反相区域动作，作为虚拟电阻元件来应用 于电荷检测电路的情况下，为了调整MOSFET的电阻值、即虚拟电阻值 而另外需要栅极电压的调整电路，并且由于在MOSFET的漏极-源极间电 压变化时虚拟电阻值也变动，因此认为作为电阻元件的非线形性强，随着 电源电压的变动等在其输出信号产生波形失真。
换句话说，现状下，处于期待一种排除了设置根据制造工序的差别以 及电源电压、温度的变化来调整场效应晶体管的虚拟电阻值的附加性的调 整电路的必要性，并且能够减少场效应晶体管的电源电压的变动所引起的 波形失真的新的结构的虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路的状况。
本发明经过以上的研究而作出，其目的在于，提供一种排除了设置调 整场效应晶体管的虚拟电阻值的附加性的调整电路的必要性，并且能够减 少场效应晶体管的电源电压的变动所引起的波形失真的虚拟电阻电路以 及使用其的电荷检测电路。
-解决课题的手段-
能够实现以上目的本发明的第1方面是一种虚拟电阻电路，具备：第 1场效应晶体管；第2场效应晶体管，其具有与所述第1场效应晶体管的 电特性匹配的电特性；分压电路，其电连接有基准电阻元件的一个端部以 及所述第2场效应晶体管的源极端子；第1运算放大器，其具有反相输入 端子、正相输入端子、以及与所述第1场效应晶体管的栅极端子及所述第 2场效应晶体管的栅极端子电连接的输出端子，所述分压电路的中点电压 被输入到所述反相输入端子以及所述正相输入端子中的任一方，并且基准 电压被输入到所述反相输入端子以及所述正相输入端子中的另一方；和第 2运算放大器，其对所述基准电阻元件的另一个端部，输入对所述第1场 效应晶体管的漏极端子的漏极电压进行反相放大后的电压，该第1场效应 晶体管的漏极端子与所述第2场效应晶体管的漏极端子电连接。
在该第1方面的结构中，通过具有反相输入端子、正相输入端子、以 及与第1场效应晶体管的栅极端子及第2场效应晶体管的栅极端子电连接 的输出端子，分压电路的中点电压被输入到反相输入端子以及正相输入端 子中的任一方，并且基准电压被输入反相输入端子以及正相输入端子中的 另一方的第1运算放大器的负反馈动作，从而第1场效应晶体管的虚拟电 阻值稳定在规定值。
此外，本发明除了该第1方面，还将以下作为第2方面，还具备绝对 值电路，其对所述第2运算放大器的输入侧端子以及所述第2场效应晶体 管的所述漏极端子输入所述第1场效应晶体管的漏极电压的绝对值电压。
在该第2方面的结构中，通过设置对第2运算放大器的输入侧端子以 及第2场效应晶体管漏极端子输入第1场效应晶体管的漏极电压的绝对值 电压的绝对值电路，从而将第1场效应晶体管的漏极电压变换为绝对值电 压。由此，由于对第2场效应晶体管的漏极端子以及第2运算放大器的输 入侧端子提供正值的电压，因此第1场效应晶体管的虚拟电阻值被稳定地 维持在规定值。
此外，本发明除了该第1方面，还将以下作为第3方面，在与所述第 2运算放大器的所述输入侧端子电连接的所述第2场效应晶体管的所述漏 极端子和所述第1场效应晶体管的漏极端子之间，进一步具备第1电压源。
在该第3方面的结构中，通过在与第2运算放大器的输入侧端子电连 接的第2场效应晶体管的漏极端子和第1场效应晶体管的漏极端子之间设 置规定的电压的第1电压源，从而将第2场效应晶体管的漏极端子以及第2运算放大器的输入侧端子的电压维持在规定值。
此外，本发明除了该第3方面，还将以下作为第4方面，所述第1电 压源是具备PTAT电流源和电阻元件的浮置电压源。
在该第4方面的结构中，通过第1电压源是具备PTAT电流源和电阻 元件的浮置电压源，从而通过将第1场效应晶体管的虚拟电阻值中与漏极 电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消，来自由调整第1场效 应晶体管的虚拟电阻值，并且减少其温度依赖性。
此外，本发明除了该第1至第4方面的任意一个，还将以下作为第5 方面，在将所述第1场效应晶体管的所述栅极端子与所述第2场效应晶体 管的所述栅极端子电连接的电布线，进一步具备第2电压源。
在该第5方面的结构中，通过在将第1场效应晶体管的栅极端子与第 2场效应晶体管的栅极端子电连接的电布线设置规定的电压的第2电压 源，从而利用其电压，典型地调整为使第1场效应晶体管的栅极电压降低， 将第1场效应晶体管的虚拟电阻值典型地自由调整为更大的值。
此外，本发明除了该第5方面，还将以下设为第6方面，所述第2电 压源是具备PTAT电流源和电阻元件的浮置电压源。
在该第6方面的结构中，通过在将第1场效应晶体管的栅极端子与第 2场效应晶体管的栅极端子电连接的电布线设置浮置电压源，从而利用与 其温度成比例的输出电压，调整第1场效应晶体管的栅极电压，通过将第 1场效应晶体管的虚拟电阻值中与栅极电压有关的热电压的变动所引起的 变动部分相抵消，从而自由调整第1场效应晶体管的虚拟电阻值，并且减 少其温度依赖性。
此外，本发明将以下作为第7方面，一种电荷检测电路，具备：第1 至第6的任意一个方面所述的虚拟电阻电路；第3运算放大器，其具有： 与所述第1场效应晶体管的源极端子电连接的反相输入端子、输入基准电 压的正相输入端子、以及与所述第1场效应晶体管的所述漏极端子电连接 的输出端子；和电容器，其电连接在所述第3运算放大器的所述反相输入 端子与所述第3运算放大器的所述输出端子之间以及所述第1场效应晶体 管的所述源极端子与所述第1场效应晶体管的漏极端子之间。
在该第7方面的结构中，结合第1至第6方面的任意一个所述的虚拟 电阻电路的动作，在电荷检测电路的输出信号中，虚拟电阻电路的非线形 性所引起的波形失真被减少。此外，由于第1场效应晶体管的虚拟电阻值 呈现相对较大的值，因此来自电荷输出传感器的低频区域的检测信号也被 第3运算放大器可靠地放大，并从电荷检测电路输出。
-发明效果-
根据以上的本发明的第1方面中的虚拟电阻电路，通过具备第1场效 应晶体管；第2场效应晶体管，其具有与第1场效应晶体管的电特性匹配 的电特性；分压电路，其基准电阻元件的一个端部以及第2场效应晶体管 的源极端子电连接；第1运算放大器，其具有反相输入端子、正相输入端 子、以及与第1场效应晶体管的栅极端子以及第2场效应晶体管的栅极端 子电连接的输出端子，分压电路的中点电压被输入到反相输入端子以及正 相输入端子的对应的一方，并且基准电压被输入到反相输入端子以及正相 输入端子的对应的另一方；和第2运算放大器，其对基准电阻元件的另一 个端部，输入将与第2场效应晶体管的漏极端子电连接的第1场效应晶体 管的漏极端子的漏极电压反相放大后的电压，从而能够排除设置调整第1 场效应晶体管的虚拟电阻值的附加性的调整电路的必要性，并且能够使第1场效应晶体管的虚拟电阻值稳定在规定值。
此外，根据本发明的第2方面中的虚拟电阻电路，通过设置对第2运 算放大器的输入侧端子以及第2场效应晶体管的漏极端子输入第1场效应 晶体管的漏极电压的绝对值电压的绝对值电路，从而能够将第1场效应晶 体管的漏极电压变换为绝对值电压，由此，由于能够对第2场效应晶体管 的漏极端子以及第2运算放大器的输入侧端子提供正值的电压，因此能够 将第1场效应晶体管的虚拟电阻值稳定地维持在规定值。
此外，根据本发明的第3方面中的虚拟电阻电路，通过在与第2运算 放大器的输入侧端子电连接的第2场效应晶体管的漏极端子和第1场效应 晶体管的漏极端子之间设置规定的电压的第1电压源，从而能够将第2场 效应晶体管的漏极端子以及第2运算放大器的输入侧端子的电压维持在规 定值。
此外，根据本发明的第4方面中的虚拟电阻电路，通过第1电压源是 具备PTAT电流源和电阻元件的浮置电压源，从而通过将第1场效应晶体 管的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相 抵消，来自由调整第1场效应晶体管的虚拟电阻值，并且能够减少其温度 依赖性。
此外，根据本发明的第5方面中的虚拟电阻电路，通过在将第1场效 应晶体管的栅极端子与第2场效应晶体管的栅极端子电连接的电布线设置 第2电压源，典型上设置规定的电压的直流电压源，从而能够利用其电压， 典型地调整为使第1场效应晶体管的栅极电压降低，由此，能够典型地将 第1场效应晶体管的虚拟电阻值自由调整为更大的值。
此外，根据本发明的第6方面中的虚拟电阻电路，通过在将第1场效 应晶体管的栅极端子与第2场效应晶体管的栅极端子电连接的电布线设置 浮置电压源，从而能够利用与其温度成比例的输出电压，调整第1场效应 晶体管的栅极电压，通过将第1场效应晶体管的虚拟电阻值中与栅极电压 有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消，从而能够自由调整第1场 效应晶体管的虚拟电阻值，并且减少其温度依赖性。
此外，根据本发明的第7方面中的电荷检测电路，通过具备：第1至 第6方面的任意一个所述的虚拟电阻电路；具有与第1场效应晶体管的源 极端子电连接的反相输入端子、输入基准电压的正相输入端子、以及与第 1场效应晶体管的漏极端子电连接的输出端子的第3运算放大器；和电连 接在第3运算放大器的反相输入端子与第3运算放大器的输出端子之间以 及第1场效应晶体管的源极端子与第1场效应晶体管的漏极端子之间的电 容器，从而结合第1至第4的任意一个所述的虚拟电阻电路的效果，能够 得到虚拟电阻值的非线形性所引起的波形失真被减少了的电荷检测电路 的输出信号。此外，由于第1场效应晶体管的虚拟电阻值能够呈现相对较 大的值，因此来自电荷输出传感器的低频区域的检测信号也能够被第3运 算放大器可靠地放大，并从电荷检测电路输出。进一步地，在这样包含虚拟电阻电路的电荷检测电路中，能够容易地集成化。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图2是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结 构的电路图。
图3是表示本发明的第2实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图4是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结 构的电路图。
图5是表示本发明的第3实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图6是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结 构的电路图。
图7是表示本发明的第4实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图8是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结 构的电路图。
图9是表示本发明的第5实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图10是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的 结构的电路图。
图11是表示本发明的第6实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图12是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的 结构的电路图。
图13是表示本发明的第7实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图14是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的 结构的电路图。
图15是表示本发明的第8实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图16是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的 结构的电路图。
图17是表示本发明的第9实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图18是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的 结构的电路图。
图19是表示本发明的第10实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图20是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的 结构的电路图。
图21是表示本发明的第11实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路 图。
图22是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的 结构的电路图。
具体实施方式
以下，适当地参照附图，来详细地说明本发明的各实施方式中的虚拟 电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
(第1实施方式)
最初，参照图1以及图2来详细地说明本发明的第1实施方式中的虚 拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图1是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外，图 2是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构的电 路图。
〔虚拟电阻电路的结构〕
首先，参照图1，来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路1的结 构。
如图1所示，本实施方式中的虚拟电阻电路1具备：第1场效应晶体 管Ma、和减少第1场效应晶体管Ma的电阻值的变动所引起的波形失真 的失真补偿偏压源2。
第1场效应晶体管Ma典型地是MOSFET，是由n型的MOSFET构 成的晶体管。第1场效应晶体管Ma通过使其在弱反相区域进行动作来作 为虚拟电阻元件而起作用。换句话说，第1场效应晶体管Ma的电阻值是 在该弱反相区域中的虚拟电阻值。
这里，第1场效应晶体管Ma的源极端子S与提供接地端子等的基准 电压的基准电压端子电连接。第1场效应晶体管Ma的漏极端子D是其电 压为漏极电压Vo的端子，详细来讲，与后述的失真补偿偏压源2中的第 2场效应晶体管Mb的漏极端子D以及第2运算放大器OP2的输入侧端子 电连接。此外，第1场效应晶体管Ma的栅极端子G详细来讲与后述的失 真补偿偏压源2中的第1运算放大器OP1的输出端子以及第2场效应晶体 管Mb的栅极端子G电连接。
失真补偿偏压源2具备：分压电路21、第2场效应晶体管Mb、第1 运算放大器OP1和第2运算放大器OP2。
这里，分压电路21由将基准电阻元件Rstd与第2场效应晶体管Mb 电连接的电路构成。基准电阻元件Rstd的一个端部与第2场效应晶体管 Mb的源极端子S电连接，并且基准电阻元件Rstd的另一个端部与第2运 算放大器OP2的输出侧端子电连接。
第2场效应晶体管Mb的电特性与第1场效应晶体管Ma的电特性相 匹配。换句话说，在本实施方式中，第2场效应晶体管Mb典型地是在与 第1场效应晶体管Ma相同的晶片上通过一系列的相同工序被制作为相同 的物性结构的晶体管。也就是说，第2场效应晶体管Mb具有与第1场效 应晶体管相同的极性，典型地是MOSFET，是由n型的MOSFET构成的 晶体管。此外，第2场效应晶体管Mb与第1场效应晶体管Ma同样地， 是在弱反相区域进行动作的晶体管，第2场效应晶体管Mb的电阻值是在 该弱反相区域中的虚拟电阻值。
这里，第2场效应晶体管Mb的源极端子S与基准电阻元件Rstd的一 个端部电连接。第2场效应晶体管Mb的漏极端子D与第2运算放大器 OP2的输入侧端子电连接。此外，第2场效应晶体管Mb的栅极端子G与 第1运算放大器OP1的输出端子以及第1场效应晶体管Ma的栅极端子G 电连接。
第1运算放大器OP1具备：反相输入端子(-)、正相输入端子(+) 以及输出端子。
这里，第1运算放大器OP1的反相输入端子(-)电连接于基准电阻 元件Rstd的一个端部与第2场效应晶体管Mb的源极端子S之间、即分压 电路21的中点电压。第1运算放大器OP1的正相输入端子(+)与提供接 地端子等的规定的基准电压的基准电压端子电连接。此外，第1运算放大 器OP1的输出端子与第1场效应晶体管Ma的栅极端子G以及第2场效应 晶体管Mb的栅极端子G电连接。
第2运算放大器OP2具有将其输入电压反相放大的功能，以-1倍等 规定的负放大率将其输入电压放大。另外，关于第2运算放大器OP2的各 端子的电连接结构，省略其详细的图示，其各端子省略记载为输入侧端子 以及输出侧端子。
这里，在第2运算放大器OP2的输入侧端子电连接有第1场效应晶体 管Ma的漏极端子D以及第2场效应晶体管Mb的漏极端子D，并被施加 漏极电压Vo。第2运算放大器OP2的输出侧端子与基准电阻元件Rstd的 另一个端部电连接。
此外，图中，将电连接基准电阻元件Rstd的另一个端部与第2运算放 大器OP2的输出侧端子的电布线上的部位表示为节点N1。将电连接基准 电阻元件Rstd的一个端部、第2场效应晶体管Mb的源极端子S和第1 运算放大器OP1的反相输入端子(-)的电布线上的部位表示为节点N2， 节点N2的电压是分压电路21的中点电压。此外，将电连接第1场效应晶 体管Ma的栅极端子G、第2场效应晶体管Mb的栅极端子G和第1运算 放大器OP1的输出端子的电布线L1上的部位表示为节点N3。
〔虚拟电阻电路的动作〕
接下来，详细地说明具有以上结构的虚拟电阻电路1的动作。
在具有以上结构的虚拟电阻电路1中，在第1运算放大器OP1的正相 输入端子(+)与接地端子等的基准电压端子电连接，第2运算放大器OP2 的放大率是-1倍等负倍率，第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是正电 压，并且第1场效应晶体管Ma的栅极端子G的电压以及第2场效应晶体 管Mb的栅极端子G的电压比规定值高，即这些虚拟电阻值比规定值小的情况下，研究该虚拟电阻电路1的动作。
在该条件下，对应于节点N2的电压是比漏极电压Vo小的值但是为 正值，正电压被输入到第1运算放大器OP1的反相输入端子(-)。因此， 由于第1运算放大器OP1的输出电压降低，因此节点N3的电压降低，第 2场效应晶体管Mb的栅极电压降低，第2场效应晶体管Mb的虚拟电阻 值增加。由此，节点N2的电压降低。
进一步地，通过利用第1运算放大器OP1持续施加负反馈，从而节点 N2的电压稳定为基准电压。其结果，第1运算放大器OP1的输出电压稳 定从而节点N3的电压稳定，第1场效应晶体管Ma的栅极电压稳定在规 定值。
换句话说，通过第1运算放大器OP1的负反馈动作，第1场效应晶体 管Ma的虚拟电阻值逐渐变大，最终稳定在规定值。另一方面，即使在第 1场效应晶体管Ma的栅极端子G的电压以及第2场效应晶体管Mb的栅 极端子G的电压比规定值低，即这些虚拟电阻值比规定值大的情况下，第 1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值也同样地最终稳定在规定值。
因此，在具有以上结构的虚拟电阻电路1中，第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值被稳定地维持在规定值。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图2，来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电 路1的电荷检测电路100的结构以及动作。
如图2所示，电荷检测电路100具备：虚拟电阻电路1、第3运算放 大器OP3和电容器Cf。
这里，第3运算放大器OP3的正相输入端子(+)与接地端子等的基 准电压端子电连接。第3运算放大器OP3的反相输入端子(-)与第1场 效应晶体管Ma的源极端子S电连接。此外，第3运算放大器OP3的输出 端子与第1场效应晶体管Ma的漏极端子D电连接。电容器Cf在第3运 算放大器OP3的输出端子与其反相输入端子(-)之间以及第1场效应晶 体管Ma的源极端子S与其漏极端子D之间并联电连接。
在具有以上结构的电荷检测电路100中，来自省略图示的电荷输出传 感器的检测信号被输入到第3运算放大器OP3的反相输入端子(-)，由 此作为被放大了的信号而被输出。
此时，通过虚拟电阻电路1，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值稳 定在规定值，因此在从第3运算放大器OP3的反相输入端子(-)输出的 电荷检测电路100的输出信号中，虚拟电阻值的非线形性所引起的波形失 真减少。此外，由于第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值能够呈现相对较 大的值，因此来自电荷输出传感器的低频区域的检测信号也被第3运算放 大器OP3可靠地放大，并从电荷检测电路100输出。进一步地，在这样包 含虚拟电阻电路1的电荷检测电路100中，集成化是容易的。
(第2实施方式)
接下来，参照图3以及图4来详细地说明本发明的第2实施方式中的 虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图3是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外，图 4是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构的电 路图。
如图3以及图4所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路10以及使用 其的电荷检测电路200中，对第1实施方式中的虚拟电阻电路1以及使用 其的电荷检测电路100附加了绝对值电路3的结构是主要的不同点，其余 的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该不同点来进行说明，对相 同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图3来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路10的结 构以及动作。
如图3所示，本实施方式中的虚拟电阻电路10相对于第1实施方式 中的虚拟电阻电路1，进一步在第1场效应晶体管Ma的漏极端子D与第 2场效应晶体管Mb的漏极端子D之间设置了绝对值电路3。
这样在本实施方式中的虚拟电阻电路10中设置绝对值电路3是为了 应付如下的现象。
换句话说，在第1实施方式中的虚拟电阻电路1中，在第1场效应晶 体管Ma的漏极电压Vo不是作为前提的正电压而是负电压的情况下，节 点N2的电压为负，负电压被输入到第1运算放大器OP1的反相输入端子 (-)。因此，由于第1运算放大器OP1的输出电压增加，因此节点N3 的电压增加，第2场效应晶体管Mb的栅极电压增加，第2场效应晶体管 Mb的虚拟电阻值降低。由此，节点N2的电压更加降低。
进一步地，通过利用第1运算放大器OP1来持续施加反馈，从而节点 N2的电压保持负值降低，第1运算放大器OP1的输出电压更加增加，因 此节点N3的电压更加增加，第2场效应晶体管Mb的栅极电压更加继续 增加。其结果，施加正反馈，第2场效应晶体管Mb的虚拟电阻值持续降 低，产生根本不稳定的现象。
因此，在本实施方式中的虚拟电阻电路10中，通过设置有绝对值电 路3，从而即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是负值的情况下也 将其电压变换为正值。由此，能够对第2场效应晶体管Mb的漏极端子D 以及第2运算放大器OP2的输入侧端子与第1实施方式中的电路同样地提 供正值的电压。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路10中，也与第1实施方式 中的虚拟电阻电路1同样地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值稳定地 维持在规定值。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图4来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电路 10的电荷检测电路200的结构以及动作。
如图4所示，本实施方式中的电荷检测电路200除了虚拟电阻电路10， 也与第1实施方式中的电荷检测电路100同样地，具备第3运算放大器 OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路10中，通过设置有绝对值电 路3，从而即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是负值的情况下也 能够将其电压变换为正值，因此与第1实施方式中的虚拟电阻电路1同样 地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值稳定地维持在规定值。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路200中，与第1实施方式中的 电荷检测电路100同样地，从第3运算放大器OP3的反相输入端子(-) 输出的电荷检测电路200的输出信号中，虚拟电阻值的非线形性所引起的 波形失真减少。此外，由于第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值能够呈现 相对较大的值，因此来自电荷输出传感器的低频区域的检测信号也与第1实施方式中的电荷检测电路100同样地，被第3运算放大器OP3可靠地放 大，并从电荷检测电路200输出。
(第3实施方式)
接下来，参照图5以及图6来详细地说明本发明的第3实施方式中的 虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图5是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外，图 6是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构的电 路图。
如图5以及图6所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路20以及使用 其的电荷检测电路300中，对第2实施方式中的虚拟电阻电路10以及使 用其的电荷检测电路200附加直流电压源4的结构是主要的不同点，其余 的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该不同点来进行说明，对相 同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图5来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路20的结 构以及动作。
如图5所示，本实施方式中的虚拟电阻电路20对于第2实施方式中 的虚拟电阻电路10，进一步在将第1场效应晶体管Ma的栅极端子G与第 2场效应晶体管Mb的栅极端子G电连接的电布线L1设置规定电压的直 流电压源4。
详细来讲，直流电压源4的负极端子与第1场效应晶体管Ma的栅极 端子G电连接，并且直流电压源4的正极端子与第2场效应晶体管Mb的 栅极端子G电连接。
在本实施方式中的虚拟电阻电路20中，通过设置这样的直流电压源 4，能够利用其电压，调整为使第1场效应晶体管Ma的栅极电压降低，将 第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的值。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路20中，与第2实施方式中 的虚拟电阻电路10同样地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值能够稳定 地维持在规定值，并且将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为 更大的值。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图6来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电路 20的电荷检测电路300的结构以及动作。
如图6所示，本实施方式中的电荷检测电路300除了虚拟电阻电路20， 也与第2实施方式中的电荷检测电路200同样地，具备第3运算放大器 OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路20中，与第2实施方式中的 虚拟电阻电路10同样地，即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是 负值的情况下也将其电压变换为正值，因此第1场效应晶体管Ma的漏极 电压Vo、即从第1场效应晶体管Ma的漏极端子D输出的输出波形的虚 拟电阻值的非线形性所引起的波形失真减少，并且通过设置直流电压源4，从而将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的值。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路300中，从第3运算放大器 OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路300的输出信号中，与第2 实施方式中的电荷检测电路200同样地，虚拟电阻值的非线形性所引起的 波形失真减少，并且与第2实施方式中的电荷检测电路200相比，来自电 荷输出传感器的更低频区域的检测信号也被第3运算放大器OP3可靠地放 大，并从电荷检测电路300输出。
另外，在本实施方式中的直流电压源4中，也可以根据需要，将直流 电压源4的正极端子与第1场效应晶体管Ma的栅极端子G电连接，并且 将直流电压源4的负极端子与第2场效应晶体管Mb的栅极端子G电连接， 从而将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更小的值。
此外，本实施方式中的直流电压源4当然能够对第1实施方式中的虚 拟电阻电路1以及使用其的电荷检测电路100进行应用。
(第4实施方式)
接下来，参照图7以及图8来详细地说明本发明的第4实施方式中的 虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图7是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外，图8是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构的电 路图。
如图7以及图8所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路30以及使用 其的电荷检测电路400中，对于第3实施方式中的虚拟电阻电路20以及 使用其的电荷检测电路300，将直流电压源4置换为浮置(floating)电压 源5的结构是主要的不同点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中， 着眼于该不同点来进行说明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者 省略其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图7来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路30的结 构以及动作。
如图7所示那样，本实施方式中的虚拟电阻电路30对于第3实施方 式中的虚拟电阻电路20，取代直流电压源4，设置有具备PTAT (Proportional To AbsoluteTemperature，绝对温度成比例)电流源51和 电阻元件R的浮置电压源5。
详细来讲，PTAT电流源51的输出端子与电阻元件R的一个端部以 及第1场效应晶体管Ma的栅极端子G电连接。此外，电阻元件R的另一 个端部与第2场效应晶体管Mb的栅极端子G电连接。
在本实施方式中的虚拟电阻电路30中，通过设置这样的浮置电压源 5，能够利用与其温度成比例的输出电压，调整第1场效应晶体管Ma的栅 极电压，自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值，以使得将第1场 效应晶体管Ma的虚拟电阻值中的热电压的变动所引起的变动部分相抵 消。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路30中，与第3实施方式中 的虚拟电阻电路20同样地，将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调 整为更大的值等，并且通过设置浮置电压源5，自由调整第1场效应晶体 管Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值中的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
另外，图7所示的PTAT电流源51的内部电路是作为一个例子来表 示的，作为PTAT电流源的内部电路，并不限定于此，也可以采用其他公 知的结构。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图8来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电路 30的电荷检测电路400的结构以及动作。
如图8所示，本实施方式中的电荷检测电路400除了虚拟电阻电路30， 也与第3实施方式中的电荷检测电路300同样地，具备第3运算放大器 OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路30中，与第3实施方式中的 虚拟电阻电路20同样地，将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整 为更大的值等，并且通过设置浮置电压源5，自由调整第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值，来减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值中的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路400中，从第3运算放大器 OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路400的输出信号与第3实 施方式中的电荷检测电路300同样地，来自电荷输出传感器的更低频区域 的检测信号被第3运算放大器OP3可靠地放大，并且以虚拟电阻值的非线 形性所引起的波形失真减少了的形态而输出，并且与第3实施方式中的电 荷检测电路300相比，其温度依赖性减少。
另外，本实施方式中的浮置电压源5当然能够对第1实施方式中的虚 拟电阻电路1以及使用其的电荷检测电路100进行应用。
那么，在以上的第2实施方式至第4实施方式中，说明了设置有绝对 值电路3的结构，该绝对值电路3能够置换为浮置电压源。因此，以下， 适当地参照附图来详细说明具有将绝对值电路3置换为浮置电压源的结构 的第5实施方式以后的各实施方式。
(第5实施方式)
首先，参照图9以及图10来详细地说明本发明的第5实施方式中的 虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图9是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外，图 10是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构的 电路图。
如图9以及图10所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路40以及使用 其的电荷检测电路500中，对于第2实施方式中的虚拟电阻电路10以及 使用其的电荷检测电路200，将绝对值电路3置换为浮置电压源6的结构 是主要的不同点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该不 同点来进行说明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图9，来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路40的结 构以及动作。
如图9所示，本实施方式中的虚拟电阻电路40对于第2实施方式中 的虚拟电阻电路10，置换设置在第1场效应晶体管Ma的漏极端子D与第 2场效应晶体管Mb的漏极端子D之间的绝对值电路3，设置了浮置电压 源6。该浮置电压源(漏极侧浮置电压源)6的结构与第4实施方式中说 明的浮置电压源(栅极侧浮置电压源)5的结构相同。
这样，在本实施方式中的虚拟电阻电路40中，设置浮置电压源6与 在第2实施方式中的虚拟电阻电路10设置绝对值电路3同样地，都是为 了即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是负值的情况下也将其电 压设为正值，对于第2场效应晶体管Mb的漏极端子D以及第2运算放大 器OP2的输入侧端子，与第2实施方式中的电路同样地提供正值的电压。
详细来讲，浮置电压源6的负极端子与第1场效应晶体管Ma的漏极 端子D电连接，并且浮置电压源6的正极端子与第2场效应晶体管Mb的 漏极端子D电连接。浮置电压源6的具体结构与第4实施方式中说明的浮 置电压源5的结构相同，虽然省略详细的图示，但如第4实施方式中作为 一个例子来说明的那样，具备PTAT电流源和电阻元件。换句话说，该PTAT电流源的输出端子与该电阻元件的一个端部以及第1场效应晶体管 Ma的漏极端子D电连接，该电阻元件的另一个端部与第2场效应晶体管 Mb的漏极端子D电连接。
这里，浮置电压源6的电压的值Voff需要被设置为比第1场效应晶 体管Ma的漏极电压Vo的振幅的最大值Vmax大的正值(Voff＞Vmax)。
通过设置这样的浮置电压源6，从而即使在第1场效应晶体管Ma的 漏极电压Vo不是作为前提的正电压而是负电压的情况下也能够将其电压 变换为正值，能够对于第2场效应晶体管Mb的漏极端子D以及第2运算 放大器OP2的输入侧端子，与第2实施方式中的电路同样地提供正值的电 压。
进一步地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值不仅相对于通过热电 压而将第1场效应晶体管Ma中的栅极电压规格化的值呈指数变动，而且 相对于通过热电压而将其漏极电压规格化的值也呈指数变动，因此通过设 置输出与热电压成比例的电压值的浮置电压源6，能够调整第1场效应晶 体管Ma的漏极电压，能够自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值， 以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中的热电压的变动所引起的 变动部分相抵消。
因此，通过设置这样的浮置电压源6，能够对于第2场效应晶体管 Mb的漏极端子D以及第2运算放大器OP2的输入侧端子，与第2实施方 式中的电路同样地提供正值的电压，并且能够将与第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵 消。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路40中，与第2实施方式中 的虚拟电阻电路10同样地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值被稳定地 维持在规定值，并且通过设置浮置电压源6，自由调整第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图10来详细说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电路 40的电荷检测电路500的结构以及动作。
如图10所示，本实施方式中的电荷检测电路500除了虚拟电阻电路 40，也与第2实施方式中的电荷检测电路200同样地，具备第3运算放大 器OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路40中，通过设置浮置电压源6， 从而即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是负值的情况下也能够 将其电压变换为正值，因此与第1实施方式中的虚拟电阻电路1同样地， 第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值被稳定地维持在规定值，并且通过设 置浮置电压源6，自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与漏极电压 有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路500中，从第3运算放大器 OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路500的输出信号与第2实 施方式中的电荷检测电路200同样地，来自电荷输出传感器的更低频区域 的检测信号以虚拟电阻值的非线形性所引起的波形失真减少了的形态，被 第3运算放大器OP3可靠地放大并输出。
另外，也能够取代本实施方式中的浮置电压源6，设置电压满足 Voff＞Vmax的直流电压源。在该情况下，虽然不能将第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相 抵消，但即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是负值的情况下也 能够将其电压变换为正值，能够对于第2场效应晶体管Mb的漏极端子D 以及第2运算放大器OP2的输入侧端子，与第2实施方式中的电路同样地 提供正值的电压。
(第6实施方式)
接下来，参照图11以及图12来详细地说明本发明的第6实施方式中 的虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图11是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外， 图12是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构 的电路图。
如图11以及图12所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路50以及使 用其的电荷检测电路600中，对于第5实施方式中的虚拟电阻电路40以 及使用其的电荷检测电路500，附加了直流电压源4的结构是主要的不同 点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该不同点来进行说 明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图11来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路50的结 构以及动作。
如图11所示，本实施方式中的虚拟电阻电路50对于第5实施方式中 的虚拟电阻电路40，进一步在将第1场效应晶体管Ma的栅极端子G与第 2场效应晶体管Mb的栅极端子G电连接的电布线L1设置了直流电压源4。 并且，该直流电压源4的结构与第3实施方式中的相同。
换句话说，在本实施方式中的虚拟电阻电路50中，通过设置这样的 直流电压源4，从而能够利用其电压，调整为使第1场效应晶体管Ma的 栅极电压降低，将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的 值。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路50中，与第5实施方式中 的虚拟电阻电路40同样地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值被自由调 整为使第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的 变动所引起的变动部分相抵消，被稳定地维持在减少了其温度依赖性的规 定值，并且将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的值。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图12来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电 路50的电荷检测电路600的结构以及动作。
如图12所示，本实施方式中的电荷检测电路600除了虚拟电阻电路 50，也与第5实施方式中的电荷检测电路500同样地，具备第3运算放大 器OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路50中，与第5实施方式中的 虚拟电阻电路40同样地，即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是 负值的情况下也将其电压变换为正值，并且自由调整第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消，因此第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo、即从第1场效应晶体管 Ma的漏极端子D输出的输出波形的虚拟电阻值的非线形性以及温度依赖 性所引起的波形失真被减少，并且通过设置直流电压源4，从而将第1场 效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的值。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路600中，在从第3运算放大器 OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路600的输出信号中，与第5 实施方式中的电荷检测电路500同样地，虚拟电阻值的非线形性以及温度 依赖性所引起的波形失真被减少，与第5实施方式中的电荷检测电路500 相比，来自电荷输出传感器的更低频区域的检测信号也被第3运算放大器 OP3可靠地放大，并从电荷检测电路600输出。
(第7实施方式)
接下来，参照图13以及图14来详细地说明本发明的第7实施方式中 的虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图13是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外， 图14是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构 的电路图。
如图13以及图14所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路60以及使 用其的电荷检测电路700中，对于第6实施方式中的虚拟电阻电路50以 及使用其的电荷检测电路600，将直流电压源4置换为浮置电压源5的结 构是主要的不同点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该 不同点来进行说明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说 明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图13来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路60的结 构以及动作。
如图13所示，本实施方式中的虚拟电阻电路60对于第6实施方式中 的虚拟电阻电路50，取代直流电压源4，设置了具备PTAT电流源51和 电阻元件R的浮置电压源5。并且，该浮置电压源(栅极侧浮置电压源) 5的结构与第4实施方式中的相同。
换句话说，在本实施方式中的虚拟电阻电路60中，通过设置这样的 浮置电压源5，从而能够利用与其温度成比例的输出电压，调整第1场效 应晶体管Ma的栅极电压，自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值， 以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中的热电压的变动所引起的 变动部分相抵消。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路60中，与第6实施方式中 的虚拟电阻电路50同样地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值被自由调 整为将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的 变动所引起的变动部分相抵消，被稳定地维持在减少了其温度依赖性的规 定值，并且自由调整为比第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值大的值，并 通过设置浮置电压源5，自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值， 减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与栅 极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图14，来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电 路60的电荷检测电路700的结构以及动作。
如图14所示，本实施方式中的电荷检测电路700除了虚拟电阻电路 60，也与第6实施方式中的电荷检测电路600同样地，具备第3运算放大 器OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路60中，与第6实施方式中的 虚拟电阻电路50同样地，将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整 为更大的值等，并且通过设置浮置电压源5，自由调整第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值中与栅极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路700中，从第3运算放大器 OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路700的输出信号与第6实 施方式中的电荷检测电路600同样地，来自电荷输出传感器的更低频区域 的检测信号被第3运算放大器OP3可靠地放大，并且以虚拟电阻值的非线 形性以及温度依赖性所引起的波形失真减少了的形态而输出，与第6实施 方式中的电荷检测电路600相比较，其温度依赖性被进一步减少。
那么，在以上的各实施方式中，说明了第1场效应晶体管Ma的漏极 电压Vo是正电压的情况，但第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo也可以 是负电压。因此，以下，适当地参照附图，来详细地说明与第1场效应晶 体管Ma的漏极电压Vo是负电压的情况有关的本发明的各实施方式中的 虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
(第8实施方式)
最初，参照图15以及图16来详细地说明本发明的第8实施方式中的 虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图15是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外， 图16是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构 的电路图。
如图15以及图16所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路70以及使 用其的电荷检测电路800中，对于第1实施方式中的虚拟电阻电路1以及 使用其的电荷检测电路100，第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是负电 压是主要的不同点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该 不同点来进行说明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说 明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图15，来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路70的 结构以及动作。
如图15所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路70中，对应于第1场 效应晶体管Ma的漏极电压Vo是负电压的情况，第1运算放大器OP1中 的反相输入端子(-)以及正相输入端子(+)的电连接关系与第1实施方 式中的虚拟电阻电路1不同。换句话说，第1运算放大器OP1的反相输入 端子(-)与提供接地端子等的规定基准电压的基准电压端子电连接，并 且第1运算放大器OP1的正相输入端子(+)通过节点N2被电连接在基 准电阻元件Rstd的一个端部与第2场效应晶体管Mb的源极端子S之间、 即分压电路21的中点电压。其中，第1运算放大器OP1的输出端子与第 1实施方式中的虚拟电阻电路1同样地，通过节点N3电连接在第1场效 应晶体管Ma的栅极端子G以及第2场效应晶体管Mb的栅极端子G。
在具有以上结构的虚拟电阻电路70中，与第1实施方式中的同样地， 在第1场效应晶体管Ma的栅极端子G的电压以及第2场效应晶体管Mb 的栅极端子G的电压比规定值高、即这些虚拟电阻值比规定值小的情况 下，研究该虚拟电阻电路70的动作。
在该条件下，对应于节点N2的电压是基准电压与漏极电压Vo之间 的值、即负值，负电压被输入到第1运算放大器OP1的正相输入端子(+)。 因此，由于第1运算放大器OP1的输出电压降低，因此节点N3的电压降 低，第2场效应晶体管Mb的栅极电压降低，第2场效应晶体管Mb的虚 拟电阻值增加。由此，节点N2的电压降低。
进一步地，通过利用第1运算放大器OP1持续施加负反馈，从而节点 N2的电压稳定为基准电压。其结果，第1运算放大器OP1的输出电压稳 定，从而节点N3的电压稳定，第1场效应晶体管Ma的栅极电压稳定在 规定值。
换句话说，与第1实施方式中的同样地，通过第1运算放大器OP1 的负反馈动作，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值逐渐变大，最终稳定 在规定值。另一方面，即使在第1场效应晶体管Ma的栅极端子G的电压 以及第2场效应品体管Mb的栅极端子G的电压比规定值低，即这些虚拟 电阻值比规定值大的情况下，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值也同样 地最终稳定在规定值。
因此，在具有以上结构的虚拟电阻电路70中，第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值被稳定地维持在规定值。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图16来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电 路70的电荷检测电路800的结构以及动作。
如图16所示，电荷检测电路800除了虚拟电阻电路70，也与第1实 施方式中的电荷检测电路100同样地，具备第3运算放大器OP3和电容器 Cf。
在具有以上结构的电荷检测电路800中，与第1实施方式中的电荷检 测电路100同样地，来自省略了图示的电荷输出传感器的检测信号被输入 到第3运算放大器OP3的反相输入端子(-)，从而作为被放大了的信号 而被输出。
此时，通过虚拟电阻电路70，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值稳 定在规定值，因此在从第3运算放大器OP3的反相输入端子(-)输出的 电荷检测电路800的输出信号中，虚拟电阻值的非线形性所引起的波形失 真减少。此外，由于第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值能够呈现相对较 大的值，因此来自电荷输出传感器的低频区域的检测信号也被第3运算放 大器OP3可靠地放大，并从电荷检测电路800输出。进一步地，在这样包 含虚拟电阻电路70的电荷检测电路800中，集成化是容易的。
(第9实施方式)
接下来，参照图17以及图18来详细地说明本发明的第9实施方式中 的虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图17是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外， 图18是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构 的电路图。
如图17以及图18所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路80以及使 用其的电荷检测电路900中，对于第8实施方式中的虚拟电阻电路70以 及使用其的电荷检测电路800，附加了浮置电压源7的结构是主要的不同 点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该不同点来进行说 明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图17，来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路80的 结构以及动作。
如图17所示，本实施方式中的虚拟电阻电路80对于第8实施方式中 的虚拟电阻电路70，进一步在第1场效应晶体管Ma的漏极端子D与第2 场效应晶体管Mb的漏极端子D之间设置了浮置电压源7。虽然其极性相 反，但该浮置电压源(漏极侧浮置电压源)7的结构与第5实施方式中说 明的浮置电压源6的结构相同。
这里，浮置电压源7的电压的值Voff需要被设定为比第1场效应晶 体管Ma的漏极电压Vo的振幅的最大值Vmax大的值(Voff＞Vmax)。
通过设定这样的浮置电压源7，从而即使在第1场效应晶体管Ma的 漏极电压Vo不是作为前提的负电压而是正值的情况下也能够将其电压变 换为负值，能够对于第2场效应晶体管Mb的漏极端子D以及第2运算放 大器OP2的输入侧端子提供负值的电压。
进一步地，这样的浮置电压源7与第5实施方式中的浮置电压源6同 样地，通过输出与热电压成比例的电压值，从而能够调整第1场效应晶体 管Ma的漏极电压，能够自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值， 以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中的热电压的变动所引起的 变动部分相抵消。
因此，在本实施方式中的虚拟电阻电路80中，第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值被稳定地维持在规定值，并且通过设置这样的浮置电源7， 从而自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性， 以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压 的变动所引起的变动部分相抵消。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图18，来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电 路80的电荷检测电路900。
如图18所示，本实施方式中的电荷检测电路900除了虚拟电阻电路 80，也与第8实施方式中的电荷检测电路800同样地，具备第3运算放大 器OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路80中，通过设置浮置电压源7， 从而即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是正值的情况下也能够 将其电压变换为负值，因此与第8实施方式中的虚拟电阻电路70同样地， 第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值被稳定地维持在规定值，并且通过设 置浮置电压源7，从而自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值，减 少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与漏极 电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路900中，从第3运算放大器 OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路900的输出信号与第8实 施方式中的电荷检测电路800同样地，来自电荷输出传感器的更低频区域 的检测信号以虚拟电阻值的非线形性所引起的波形失真减少了的形态，被 第3运算放大器OP3可靠地放大并输出。
另外，也能够取代本实施方式中的浮置电压源7，设置电压满足 Voff＞Vmax的直流电压源。在该情况下，虽然不能将第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相 抵消，但即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是正值的情况下也 能够将其电压变换为负值，对于第2场效应晶体管Mb的漏极端子D以及 第2运算放大器OP2的输入侧端子，能够与第8实施方式中的电路同样地 提供负值的电压。
(第10实施方式)
接下来，参照图19以及图20来详细地说明本发明的第10实施方式 中的虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图19是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外， 图20是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构 的电路图。
如图19以及图20所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路90以及使 用其的电荷检测电路1000中，对于第9实施方式中的虚拟电阻电路80以 及使用其的电荷检测电路900，附加了直流电压源4的结构是主要的不同 点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼于该不同点来进行说 明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者省略其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图19来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路90的结 构以及动作。
如图19所示，本实施方式中的虚拟电阻电路90对于第9实施方式中 的虚拟电阻电路80，进一步在将第1场效应晶体管Ma的栅极端子G与第 2场效应晶体管Mb的栅极端子G电连接的电布线L1设置了规定的电压 的直流电压源4。该直流电压源4与第3实施方式中的相同。
在本实施方式中的虚拟电阻电路90中，与第3实施方式同样地，通 过设置这样的直流电压源4，从而能够利用其电压，调整为使第1场效应 晶体管Ma的栅极电压降低，将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由 调整为更大的值。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路90中，与第9实施方式中 的虚拟电阻电路80同样地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值被自由调 整为将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的 变动所引起的变动部分相抵消，被稳定地维持在减少了其温度依赖性的规 定值，并且将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的值。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图20，来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电 路90的电荷检测电路1000。
如图20所示，本实施方式中的电荷检测电路1000除了虚拟电阻电路 90，也与第9实施方式中的电荷检测电路900同样地，具备第3运算放大 器OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路90中，与第9实施方式中的 虚拟电阻电路80同样地，即使在第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo是 正值的情况下也将其电压变换为负值，并且自由调整第1场效应晶体管 Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma 的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消，因此第1场效应晶体管Ma的漏极电压Vo、即从第1场效应晶体管 Ma的漏极端子D输出的输出波形的虚拟电阻值的非线形性以及温度依赖 性所引起的波形失真被减少，并且通过设置直流电压源4，从而将第1场 效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的值。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路1000中，在从第3运算放大 器OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路1000的输出信号中，与 第9实施方式中的电荷检测电路900同样地，虚拟电阻值的非线形性以及 温度依赖性所引起的波形失真被减少，并且与第9实施方式中的电荷检测 电路900相比，来自电荷输出传感器的更低频区域的检测信号也被第3运 算放大器OP3可靠地放大，并从电荷检测电路1000输出。
另外，在本实施方式中的直流电压源4中，也可以根据需要，将直流 电压源4的正极端子与第1场效应晶体管Ma的栅极端子G电连接，并且 将直流电压源4的负极端子与第2场效应晶体管Mb的栅极端子G电连接， 将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更小的值。
此外，本实施方式中的直流电压源4当然能够对第8实施方式中的虚 拟电阻电路70以及使用其的电荷检测电路800进行应用。
(第11实施方式)
接下来，参照图21以及图22来详细地说明本发明的第11实施方式 中的虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路。
图21是表示本实施方式中的虚拟电阻电路的结构的电路图。此外， 图22是表示应用了本实施方式中的虚拟电阻电路的电荷检测电路的结构 的电路图。
如图21以及图22所示，在本实施方式中的虚拟电阻电路110以及使 用其的电荷检测电路1100中，对于第10实施方式中的虚拟电阻电路90 以及使用其的电荷检测电路1000，将直流电压源4置换为浮置电压源5 的结构是主要的不同点，其余的结构相同。因此，在本实施方式中，着眼 于该不同点来进行说明，对相同的结构使用相同的符号，并简化或者省略 其说明。
〔虚拟电阻电路的结构以及动作〕
首先，参照图21，来详细地说明本实施方式中的虚拟电阻电路110 的结构以及动作。
如图21所示，本实施方式中的虚拟电阻电路110对于第10实施方式 中的虚拟电阻电路90，取代直流电压源4，而设置了具备PTAT电流源51 和电阻元件R的浮置电压源5。并且，该浮置电压源(栅极侧浮置电压源) 5的结构与第4实施方式中的相同。
换句话说，在本实施方式中的虚拟电阻电路110中，通过设置这样的 浮置电压源5，从而能够利用与其温度成比例的输出电压，调整第1场效 应晶体管Ma的栅极电压，自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值， 以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中的热电压的变动所引起的 变动部分相抵消。
其结果，在本实施方式中的虚拟电阻电路110中，与第10实施方式 中的虚拟电阻电路90同样地，第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值被自由 调整为将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值中与漏极电压有关的热电压 的变动所引起的变动部分相抵消，被稳定地维持在减少了其温度依赖性的 规定值，并且将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调整为更大的值， 并通过设置浮置电压源5，从而自由调整第1场效应晶体管Ma的虚拟电 阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值 中与栅极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分相抵消。
〔电荷检测电路的结构以及动作〕
接下来，参照图22，来详细地说明应用了具有以上结构的虚拟电阻电 路110的电荷检测电路1100。
如图22所示，本实施方式中的电荷检测电路1100除了虚拟电阻电路 110，也与第10实施方式中的电荷检测电路1000同样地，具备第3运算 放大器OP3和电容器Cf。
这里，在本实施方式中的虚拟电阻电路110中，与第10实施方式中 的虚拟电阻电路90同样地，将第1场效应晶体管Ma的虚拟电阻值自由调 整为更大的值等，并且通过设置浮置电压源5，从而自由调整第1场效应 品体管Ma的虚拟电阻值，减少其温度依赖性，以使得将第1场效应晶体 管Ma的虚拟电阻值中与栅极电压有关的热电压的变动所引起的变动部分 相抵消。
因此，在本实施方式中的电荷检测电路1100中，从第3运算放大器 OP3的反相输入端子(-)输出的电荷检测电路1100的输出信号与第10 实施方式中的电荷检测电路1000同样地，来自电荷输出传感器的更低频 区域的检测信号被第3运算放大器OP3可靠地放大，并且以虚拟电阻值的 非线形性以及温度依赖性所引起的波形失真减少了的形态而输出，并且与 第10实施方式中的电荷检测电路1000相比，其温度依赖性被进一步减少。
另外，本实施方式中的浮置电压源5当然能够对第8实施方式中的虚 拟电阻电路70以及使用其的电荷检测电路800进行应用。
另外，在以上的各实施方式中，第1场效应晶体管Ma以及第2场效 应晶体管Mb都是n型的MOSFET，但由于各实施方式的结构原理上能够 与MOSFET的载流子的种类无关地进行应用，因此这些也可以是p型的 MOSFET。在该情况下，将第1运算放大器OP1中的反相输入端子以及正 相输入端子的电连接目的地更换，以使得经由第1运算放大器OP1的负反 馈成立即可。
此外，在以上的各实施方式中，第1场效应晶体管Ma以及第2场效 应晶体管Mb都是MOSFET，但只要是具有相当于在弱反相区域看到的电 特性的电特性的场效应晶体管，就也可以是MOSFET以外的场效应晶体 管。
此外，本发明的结构要素的形状、配置、个数等并不局限于所述的实 施方式，当然能够进行将该结构要素适当地置换为起到同等作用效果的结 构要素等在不脱离发明的主旨的范围内适当的变更。
-工业可用性-
综上所述，在本发明中，能够提供一种排除了设置根据制造工序的差 别以及电源电压、温度的变化来调整场效应晶体管的虚拟电阻值的附加性 的调整电路的必要性，并且能够减少场效应晶体管的电源电压的变动所引 起的波形失真的虚拟电阻电路以及使用其的电荷检测电路，因此期待根据 其通用普遍的特点而能够广泛应用于虚拟电阻电路、电荷检测电路等领域 的发明。

Claims (7)

1.一种虚拟电阻电路，具备：
第1场效应晶体管；
第2场效应晶体管，其具有与所述第1场效应晶体管的电特性匹配的电特性；
分压电路，其电连接有基准电阻元件的一个端部以及所述第2场效应晶体管的源极端子；
第1运算放大器，其具有反相输入端子、正相输入端子、以及与所述第1场效应晶体管的栅极端子及所述第2场效应晶体管的栅极端子电连接的输出端子，所述分压电路的中点电压被输入到所述反相输入端子以及所述正相输入端子中的任一方，并且基准电压被输入到所述反相输入端子以及所述正相输入端子中的另一方；和
第2运算放大器，其对所述基准电阻元件的另一个端部，输入对所述第1场效应晶体管的漏极端子的漏极电压进行反相放大后的电压，该第1场效应晶体管的漏极端子与所述第2场效应晶体管的漏极端子电连接。
2.根据权利要求1所述的虚拟电阻电路，其中，
还具备绝对值电路，其对所述第2运算放大器的输入侧端子以及所述第2场效应晶体管的所述漏极端子输入所述第1场效应晶体管的漏极电压的绝对值电压。
3.根据权利要求1所述的虚拟电阻电路，其中，
在与所述第2运算放大器的输入侧端子电连接的所述第2场效应晶体管的所述漏极端子和所述第1场效应晶体管的漏极端子之间，进一步具备第1电压源。
4.根据权利要求3所述的虚拟电阻电路，其中，
所述第1电压源是具备PTAT电流源和电阻元件的浮置电压源。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的虚拟电阻电路，其中，
在将所述第1场效应晶体管的所述栅极端子与所述第2场效应晶体管的所述栅极端子电连接的电布线，进一步具备第2电压源。
6.根据权利要求5所述的虚拟电阻电路，其中，
所述第2电压源是具备PTAT电流源和电阻元件的浮置电压源。
7.一种电荷检测电路，具备：
权利要求1至6的任意一项所述的虚拟电阻电路；
第3运算放大器，其具有：与所述第1场效应晶体管的源极端子电连接的反相输入端子、输入基准电压的正相输入端子、以及与所述第1场效应晶体管的所述漏极端子电连接的输出端子；和
电容器，其电连接在所述第3运算放大器的所述反相输入端子与所述第3运算放大器的所述输出端子之间以及所述第1场效应晶体管的所述源极端子与所述第1场效应晶体管的漏极端子之间。
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