JP2011254147A - 多入力差動増幅器及び発光素子駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】反転入力信号と非反転入力信号のうちの一方が複数であって、当該複数の入力信号を選択し、この選択した信号と反転入力信号と非反転入力信号のうちの他方との差を増幅することができる多入力差動増幅装置を提供する。
【解決手段】 反転入力端子と非反転入力端子とを有する差動増幅器1と、反転入力端子及び非反転入力端子の一方の入力端子(以下、第1の入力端子)に複数の該第1の入力端子用の入力信号(以下、第1の入力信号)IN-1~IN-3に応じた第1の入力電圧を印加し、かつ反転入力端子及び非反転入力端子の他方の入力端子(以下、第2の入力端子)に、1つの該第2の入力端子用の入力信号(以下、第2の入力信号)IN+に応じた第2の入力電圧を印加する入力部2と、を備え、入力部2は、第1の入力電圧と第2の入力電圧と間のオフセット電圧を補正するよう構成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】 反転入力端子と非反転入力端子とを有する差動増幅器1と、反転入力端子及び非反転入力端子の一方の入力端子(以下、第1の入力端子)に複数の該第1の入力端子用の入力信号(以下、第1の入力信号)IN-1~IN-3に応じた第1の入力電圧を印加し、かつ反転入力端子及び非反転入力端子の他方の入力端子(以下、第2の入力端子)に、1つの該第2の入力端子用の入力信号(以下、第2の入力信号)IN+に応じた第2の入力電圧を印加する入力部2と、を備え、入力部2は、第1の入力電圧と第2の入力電圧と間のオフセット電圧を補正するよう構成されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、多入力間の差を増幅する多入力差動増幅器及びそれを用いた発光素子駆動装置に関する。
通常の差動増幅器は反転入力端子及び非反転入力端子にそれぞれ1つの入力信号が入力される。このような通常の差動増幅器において、当該差動増幅器を構成する電界効果トランジスタのバックゲートの電位を制御することにより、入力オフセットをキャンセルすることが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
図5は特許文献1の図4に示された差動増幅器の構成を示す図である。図5に示すように、この従来の差動増幅器においては、オフセット量を検出し、検出したオフセットをキャンセルするよう、差動増幅器を構成する電界効果トランジスタのバックゲートの電位が制御される。
一方、例えば、特許文献3の図2には、全体として差動増幅器に構成され、複数の反転入力電圧信号が入力されるとともに当該差動増幅器の出力電圧が非反転入力電圧信号として入力される選択回路が開示されている。特許文献3によれば、この構成により、複数の反転入力電圧信号のうち最も低い電圧の信号が選択されてボルテージフォロアを介して出力される。
ところで、差動増幅装置において、反転入力信号と非反転入力信号のうちの一方が複数であって、当該複数の入力信号を好適に選択して、この選択した信号と反転入力信号と非反転入力信号のうちの他方との差を増幅したい場合がある。この場合、反転入力信号と非反転入力信号とをオフセット電圧を生じないようにして増幅する必要がある。
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載された差動増幅器は1入力の差動増幅器であるので、複数の入力信号を入力して選択して増幅することはできない。
また、特許文献3に記載された選択回路は、単に複数の反転入力電圧信号を選択するに過ぎず、選択した信号と外部から入力される非反転入力信号との差を増幅することはできない。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、反転入力信号と非反転入力信号のうちの一方が複数であって、当該複数の入力信号を選択し、この選択した信号と反転入力信号と非反転入力信号のうちの他方との差を増幅することができる多入力増幅装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の多入力差動増幅装置は、反転入力端子と非反転入力端子とを有する差動増幅器と、前記反転入力端子及び前記非反転入力端子の一方の入力端子(以下、第1の入力端子)に複数の該第1の入力端子用の入力信号(以下、第1の入力信号)に応じた第1の入力電圧を印加し、かつ前記反転入力端子及び前記非反転入力端子の他方の入力端子(以下、第2の入力端子)に、1つの該第2の入力端子用の入力信号(以下、第2の入力信号)に応じた第2の入力電圧を印加する入力部と、を備え、前記入力部は、前記第1の入力電圧と前記第2の入力電圧と間のオフセット電圧を補正するよう構成されている。
前記入力部は、前記複数の第1の入力信号に対応する複数の入力回路を備え、それぞれの前記入力回路は、前記第1の入力端子にソースが接続され、かつ対応する前記第1の入力信号がゲートに入力される第1の電界効果トランジスタと、前記第2の入力端子にソースが接続され、かつ前記第2の入力信号がゲートに入力される第2の電界効果トランジスタと、前記第1の電界効果トランジスタのドレイン電流に応じた制御電圧を生成し、かつ該生成された制御電圧を前記第1の電界効果トランジスタのバックゲート及び第2の電界効果トランジスタのバックゲートに印加するよう構成されたバックゲート電位制御回路と、を含んでいてもよい。
前記バックゲート電位制御回路は、前記第1の電界効果トランジスタのドレイン電流が増加すると前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタのドレインとソースとの間のインピーダンスが減少し、前記第1の電界効果トランジスタのドレイン電流が減少すると前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタのドレインとソースとの間のインピーダンスが増加するような制御電圧を生成するよう構成されていてもよい。
前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタがPチャネル型電界効果トランジスタであってもよい。
前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタがNチャネル型電界効果トランジスタであってもよい。
また、本発明の発光素子駆動装置は、複数の発光素子と該複数の発光素子に電流を供給するドライバとが直列に接続された複数の電流経路に電源電圧を印加する電源部と、前記複数の電流経路の前記ドライバに掛かる電圧が前記複数の第1の入力信号として前記入力部に入力され、基準電圧が前記第2の入力信号として前記入力部に入力され、かつ前記差動増幅器から前記基準電圧と前記複数の電流経路の前記ドライバに掛かる電圧との誤差を増幅して出力する上述の多入力差動増幅装置と、前記多入力差動増幅装置の差動増幅器の出力に基づいて前記電源が印加する電源電圧をフィードバック制御する制御部と、を備える。
本発明は以上に説明したように構成され、反転入力信号と非反転入力信号のうちの一方が複数であって、当該複数の入力信号を選択し、この選択した信号と反転入力信号と非反転入力信号のうちの他方との差を増幅することができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る多入力差動増幅器の構成を示す回路図である。
図1は本発明の実施の形態1に係る多入力差動増幅器の構成を示す回路図である。
図1に示すように、本実施の形態1の多入力差動増幅器100Aは、差動増幅器1と入力部2とを備えている。
差動増幅器1は、周知のものを用いることができる。ここで、「差動増幅器」は、所定の増幅器率を有する差動増幅器と実質的に無限大の増幅率を有するオペレーショナルアンプ(operational amplifier)との双方を含む。
入力部2は、本発明の特徴的機能として、反転入力端子及び非反転入力端子の一方の端子(第1の入力端子)用の複数の入力信号(選択及び増幅後当該一方の端子に入力される信号:第1の入力信号)のうちの1つの入力信号と、差動増幅器1の反転入力端子及び非反転入力端子の他方の入力端子(第2の入力端子)用の1つの入力信号(増幅後当該他方の端子に入力される信号:第2の入力信号)との対を選択しながら双方の信号を差動増幅器1の対応する入力端子にそれぞれ入力する機能を有する。
具体的には、入力部2には、第1の入力信号としての複数(ここでは例えば3)の反転入力信号IN−1〜IN−3が入力される。入力部2は、この複数の反転入力信号IN−1〜IN−3に対応する複数(ここでは3)の入力回路3〜5を備えている。
それぞれの入力回路3〜5は、反転入力信号の増幅素子としての第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aと、非反転入力信号の増幅素子としての第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bと、バックゲート電位制御回路3c,4c,5cと、を含んでいる。それぞれの入力回路3〜5の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5a及び第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bは、ここではPチャネル型電界効果トランジスタ(例えばPチャネル型MOSFET)で構成されている。なお、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aと第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bとは実質的に同じサイズの電界効果トランジスタで構成されることが好ましい。
それぞれの入力回路3〜5の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのソースは差動増幅器1の反転入力端子と第1の電流源6とに接続されている。第1の電流源6はここでは正電源Vddに接続され、一定の電流を供給する。また、それぞれの入力回路3〜5の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレインは後述するバックゲート電位制御回路3c,4c,5cの電流−電圧変換素子21(図2参照)を介して接地端子に接続されている。そして、それぞれの入力回路3〜5の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのゲートには対応する反転入力信号IN−1〜IN−3が入力される。
一方、それぞれの入力回路3〜5の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのソースは差動増幅器1の非反転入力端子と第2の電流源7とに接続されている。第2の電流源7はここでは正電源Vddに接続され、一定の電流を供給する。また、それぞれの入力回路3〜5の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのドレインは接地端子に接続されている(接地されている)。そして、それぞれの入力回路3〜5の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのゲートには1つの非反転入力信号IN+が入力される。
それぞれのバックゲート電位制御回路3c,4c,5cは、対応する入力回路3,4,5の第1の電界効果トランジスタの3a,4a,5aのドレイン電流に応じた制御電圧を生成し、かつこの生成された制御電圧を対応する入力回路3〜5の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのバックゲート及び第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのバックゲートに印加するよう構成されている。具体的には、それぞれのバックゲート電位制御回路3c,4c,5cは、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流が増加すると当該第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5a及び第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのドレインとソースとの間のインピーダンス(実質的には抵抗:以下、内部インピーダンスという)が減少し、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流が減少すると当該第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5a及び第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bの内部インピーダンスが増加するような制御電圧を生成するよう構成されている。
図2は図1の多入力差動増幅器におけるバックゲート電位制御回路の構成例を示す回路である。
図2に示すように、バックゲート電位制御回路3c,4c,5cは、対応する入力回路3,4,5の第1の電界効果トランジスタの3a,4a,5aのドレインに接続された電流−電圧変換素子21を備えている。電流−電圧変換素子21は、例えば、ダイオード接続されたNチャネル型電界効果トランジスタ(例えばNチャネル型MOSFET)で構成されている。電流−電圧変換素子21のドレインは対応する入力回路3,4,5の第1の電界効果トランジスタの3a,4a,5aのドレインに接続され(接続点を図2にINで示す)、電流−電圧変換素子21のソースは接地端子に接続されている。また、電流−電圧変換素子21のゲートは自身のドレインに接続されるとともに、電圧−電流変換素子22のゲートに接続されている。電圧−電流変換素子22は、例えば、Nチャネル型電界効果トランジスタ(例えばNチャネル型MOSFET)で構成されている。なお、電流−電圧変換素子21と電圧−電流変換素子22とは実質的に同じサイズの電界効果トランジスタで構成されることが好ましい。電圧−電流変換素子22のソースは接地端子に接続され、電圧−電流変換素子22のドレインは電流−電圧変換素子23を介して正電源Vddに接続されている。電流−電圧変換素子23は、例えば、ダイオード接続されたPチャネル型電界効果トランジスタ(例えばPチャネル型MOSFET)で構成されている。電流−電圧変換素子23のドレインは自身のゲートに接続されるとともに電圧−電流変換素子22のドレインに接続され、電流−電圧変換素子23のソースは正電源Vddに接続されている。そして、電圧−電流変換素子22のドレインと電流−電圧変換素子23のドレインとの接続点OUTの電圧が対応する入力回路3〜5の第1の電界効果トランジスタの3a,4a,5aのバックゲートと第2の電界効果トランジスタの3b,4b,5bのバックゲートとに制御電圧として印加される(図1参照)。なお、電流−電圧変換素子23を抵抗素子で構成しても構わない。
以上の構成を要約すると、正電源Vddに接続された第1の電流源6と接地端子との間に、複数(ここでは3)の入力回路3〜5の反転入力信号増幅用の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aが互いに並列に接続されている。そして、第1の電流源6と複数の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのソースとの接続点が差動増幅器1の反転入力端子に接続されている。また、正電源Vddに接続された第2の電流源7と接地端子との間に、複数の入力回路3〜5の非反転入力信号増幅用の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bが並列に接続されている。そして、第2の電流源7と複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのソースとの接続点が差動増幅器1の非反転入力端子に接続されている。そして、それぞれの入力回路3〜5において、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのゲートに、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3が入力され、第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのゲートに、1つの非反転入力信号IN+が入力されている。また、それぞれの入力回路3〜5において、一対の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5a及び第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのそれぞれのバックゲートに、対応するバックゲート電位制御回路3c,4c,5cから当該第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流に応じた制御電圧が印加される。
[動作]
次に、以上のように構成された多入力差動増幅器の動作を説明する。
次に、以上のように構成された多入力差動増幅器の動作を説明する。
図1及び図2において、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3と1つの非反転入力信号IN+とが入力されると、それぞれの入力回路3〜5において、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aに、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3に応じたドレイン電流が流れ、かつ、第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bに1つの非反転入力信号IN+に応じたドレイン電流が流れる。詳しく説明すると、それぞれの入力回路3〜5において、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aの内部インピーダンスが、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3に応じたものになり、かつ、第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bの内部インピーダンスが非反転入力信号IN+に応じたものになる。これにより、第1の電流源6から供給される一定の電流が、複数の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aに、それぞれの内部インピーダンスに逆比例して分流されて流れる。その結果、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aに、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3に応じたドレイン電流が流れる。この場合、反転入力信号IN−1〜IN−3のうち、最も電圧値の低い(小さい)反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流が最も大きい。また、第2の電流源7から供給される一定の電流が、複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bに、それぞれの内部インピーダンスに逆比例して分流されて流れる。その結果、第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bに1つの非反転入力信号IN+に応じたドレイン電流が流れる。この場合、それぞれの第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのドレイン電流の大きさは実質的に同じである。
複数の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aは互いに並列に接続されているので、第1の電流源6と複数の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのソースとの接続点には、当該複数の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aに共通に、第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧が生成され、この電圧が差動増幅器1の反転入力端子に印加される。これにより、反転入力信号IN−1〜IN−3が、複数の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aで選択されつつ渾然一体となって差動増幅器1の反転入力端子に印加される。
また、複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bは互いに並列に接続されているので、第2の電流源7と複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのソースとの接続点には、当該複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bに共通に、第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧(非反転入力信号が増幅された電圧)が生成され、この電圧が差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。これにより、1つの非反転入力信号IN+が複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bで選択されつつ渾然一体となって差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。
一方、それぞれの入力回路3〜5のバックゲート電位制御回路3c,4c,5cでは、電流−電圧変換素子21の両端に、対応する第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流に応じた電圧が生成され、この電圧が電圧−電流変換素子22のゲートに印加される。これにより、電圧−電流変換素子22に、当該電圧に応じたドレイン電流が流れ、電流−電圧変換素子23の両端にこのドレイン電流に応じた電圧が生成される。これにより、電圧−電流変換素子22と電流−電圧変換素子23との接続点OUTに、対応する第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流が増加するにつれて低くなる電圧が生成される。この接続点OUTの電圧が、対応する第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのバックゲートと対応する第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのバックゲートとに制御電圧として与えられる。
すると、当該第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5a及び当該第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bの閾値電圧はそれぞれ高くなり(第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aはPチャネル型であるので、閾値電圧は負の値である。閾値電圧の絶対値は減少する。)、それぞれの内部インピーダンスが小さくなる。
これにより、複数の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのうち、最も低い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流が増加し、その分、他の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのドレイン電流が減少する。そして、それぞれの第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aにおけるこのドレイン電流の変化が、対応するバックゲート電位制御回路3c,4c,5cにフィードバックされ、最も低い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aの閾値電圧がより高くなってよりドレイン電流が増加し、他の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aの閾値電圧がより低くなってよりドレイン電流が減少する。そして、最終的に、第1の電流源6から供給される電流の大部分(好ましくは全部)が、最も低い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aにドレイン電流として流れる。この状態の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧が差動増幅器1の反転入力端子に印加される。
これにより、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうち、最も低い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3が優先的に選択されて差動増幅器1の反転入力端子に印加される。
一方、複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bは、それぞれの内部インピーダンスが小さくなると、それらのうち、最も低い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aと同じ入力回路3〜5の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのドレイン電流が増加し、その分、他の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのドレイン電流が減少する。そして、最終的に、第2の電流源7から供給される一定の電流の大部分(好ましくは全部)が、最も低い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aと同じ入力回路3〜5の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのドレイン電流として流れる。この状態の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧が差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。
これにより、複数の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのうち、最も低い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3に対応する入力回路3〜5の第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bが選択され、この選択された第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのゲートに入力される非反転信号IN+が当該第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bにより選択されて差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。しかも、同じ入力回路3〜5の第1の電界効果トランジスタ3a,4a,5aのバックゲートと第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bのバックゲートとには同じ制御電圧が印加されるので、バックゲートに制御電圧が印加されて閾値が変化することによって、差動増幅器1の反転入力端子に入力される電圧と差動増幅器1の非反転入力端子人力される電圧との間にオフセットが生じるのが防止される。
ここで、以上に説明した過渡状態は瞬時に経過するので、実際には最終的な状態が発現する。これにより、差動増幅器1から、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうち最も低い電圧値を有するものと非反転信号IN+との差が増幅されて出力される。
以上に説明したように、本実施の形態の多入力差動増幅器によれば、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうちの1つの入力信号(最も電圧値の低い入力信号)と1つの非反転入力信号IN+との対を選択しながら双方の信号の差を増幅して出力する(入力信号の選択と入力信号の差の増幅とを実質的に同時に行う)ことができる。しかも、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうちの1つの入力信号と1つの非反転入力信号IN+との対を選択する際にオフセットが生じるのが防止される。
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2に係る多入力差動増幅器の構成を示す回路図である。
図3は本発明の実施の形態2に係る多入力差動増幅器の構成を示す回路図である。
本実施の形態2の多入力差動増幅器100Bは、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうち、最も高い電圧値(大きい)を有する反転入力信号IN−1〜IN−3が選択されるよう構成されている点が実施の形態1の多入力差動増幅器100Aと異なり、その他の点は実施の形態1の多入力差動増幅器100Aと同じである。
入力部2において、それぞれの入力回路13〜15は、反転入力信号の選択素子としての第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aと、非反転入力信号の選択素子としての第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bと、バックゲート電位制御回路13c,14c,15cと、を含んでいる。それぞれの入力回路13〜15の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15a及び第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bは、ここではNチャネル型電界効果トランジスタ(例えばNチャネル型MOSFET)で構成されている。なお、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aと第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bとは実質的に同じサイズの電界効果トランジスタで構成されることが好ましい。それぞれの入力回路13〜15の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのソースは差動増幅器1の反転入力端子と第1の電流源6とに接続されている。第1の電流源6はここでは接地端子に接続され(接地され)、一定の電流を供給する。また、それぞれの入力回路13〜15の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレインは後述するバックゲート電位制御回路13c,14c,15cの電流−電圧変換素子31(図4参照)を介して正電源Vddに接続されている。そして、それぞれの入力回路13〜15の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのゲートには対応する反転入力信号IN−1〜IN−3が入力される。
一方、それぞれの入力回路13〜15の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのソースは差動増幅器1の非反転入力端子と第2の電流源7とに接続されている。第2の電流源7はここでは接地端子に接続され(接地され)、一定の電流を供給する。また、それぞれの入力回路13〜15の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのドレインは正電源Vddに接続されている。そして、それぞれの入力回路13〜15の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのゲートには1つの非反転入力信号IN+が入力される。
それぞれのバックゲート電位制御回路13c,14c,15cは、対応する入力回路13,14,15の第1の電界効果トランジスタの13a,14a,15aのドレイン電流に応じた制御電圧を生成し、かつこの生成された制御電圧を対応する入力回路13〜15の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのバックゲート及び第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのバックゲートに印加するよう構成されている。具体的には、それぞれのバックゲート電位制御回路13c,14c,15cは、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流が増加すると当該第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15a及び第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bの内部インピーダンスが減少し、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流が減少すると当該第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15a及び第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bの内部インピーダンスが増加するような制御電圧を生成するよう構成されている。
図4は図3の多入力差動増幅器におけるバックゲート電位制御回路の構成例を示す回路である。
図4に示すように、バックゲート電位制御回路13c,14c,15cは、対応する入力回路13,14,15の第1の電界効果トランジスタの13a,14a,15aのドレインに接続された電流−電圧変換素子31を備えている。電流−電圧変換素子31は、例えば、ダイオード接続されたPチャネル型電界効果トランジスタ(例えばPチャネル型MOSFET)で構成されている。電流−電圧変換素子31のドレインは対応する入力回路13,14,15の第1の電界効果トランジスタの13a,14a,15aのドレインに接続され(接続点を図4にINで示す)、電流−電圧変換素子31のソースは正電源Vddに接続されている。また、電流−電圧変換素子31のゲートは自身のドレインに接続されるとともに、電圧−電流変換素子32のゲートに接続されている。電圧−電流変換素子32は、例えば、Pチャネル型電界効果トランジスタ(例えばPチャネル型MOSFET)で構成されている。なお、電流−電圧変換素子31と電圧−電流変換素子32とは同じサイズの電界効果トランジスタで構成されることが好ましい。電圧−電流変換素子32のソースは正電源Vddに接続され、電圧−電流変換素子32のドレインは電流−電圧変換素子33を介して接地端子に接続されている。電流−電圧変換素子33は、例えば、ダイオード接続されたNチャネル型電界効果トランジスタ(例えばNチャネル型MOSFET)で構成されている。電流−電圧変換素子33のドレインは自身のゲートに接続されるとともに電圧−電流変換素子32のドレインに接続され、電流−電圧変換素子33のソースは接地端子に接続されている。そして、電圧−電流変換素子32のドレインと電流−電圧変換素子33のドレインとの接続点OUTの電圧が対応する入力回路13〜15の第1の電界効果トランジスタの13a,14a,15aのバックゲートと第2の電界効果トランジスタの13b,14b,15bのバックゲートとに制御電圧として印加される(図3参照)。なお、電流−電圧変換素子33を抵抗素子で構成しても構わない。
以上の構成を要約すると、接地端子に接続された第1の電流源6と正電源Vddとの間に、複数(ここでは3)の入力回路13〜15の反転入力信号増幅用の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aが互いに並列に接続されている。そして、第1の電流源6と複数の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのソースとの接続点が差動増幅器1の反転入力端子に接続されている。また、接地端子に接続された第2の電流源7と正電源Vddとの間に、複数の入力回路13〜15の非反転入力信号増幅用の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bが並列に接続されている。そして、第2の電流源7と複数の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのソースとの接続点が差動増幅器1の非反転入力端子に接続されている。そして、それぞれの入力回路13〜15において、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのゲートに、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3が入力され、第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのゲートに、1つの非反転入力信号IN+が入力されている。また、それぞれの入力回路13〜15において、一対の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15a及び第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのそれぞれのバックゲートに、対応するバックゲート電位制御回路13c,14c,15cから当該第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流に応じた制御電圧が印加される。
[動作]
次に、以上のように構成された多入力差動増幅器の動作を説明する。
次に、以上のように構成された多入力差動増幅器の動作を説明する。
図3及び図4において、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3と1つの非反転入力信号IN+とが入力されると、それぞれの入力回路13〜15において、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aに、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3に応じたドレイン電流が流れ、かつ、第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bに1つの非反転入力信号IN+に応じたドレイン電流が流れる。詳しく説明すると、それぞれの入力回路13〜15において、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aの内部インピーダンスが、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3に応じたものになり、かつ、第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bの内部インピーダンスが非反転入力信号IN+に応じたものになる。これにより、第1の電流源6により供給される一定の電流が、複数の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aに、それぞれの内部インピーダンスに逆比例して分流されて流れる。その結果、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aに、対応する反転入力信号IN−1〜IN−3に応じたドレイン電流が流れる。この場合、反転入力信号IN−1〜IN−3のうち、最も電圧値の高い(大きい)反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのドレイン電流が最も大きい。また、第2の電流源7により供給される一定の電流が、複数の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bに、それぞれの内部インピーダンスに逆比例して分流されて流れる。その結果、第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bに1つの非反転入力信号IN+に応じたドレイン電流が流れる。この場合、それぞれの第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのドレイン電流の大きさは実質的に同じである。
複数の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aは互いに並列に接続されているので、第1の電流源6と複数の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのソースとの接続点には、当該複数の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aに共通に、第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧が生成され、この電圧が差動増幅器1の反転入力端子に印加される。これにより、反転入力信号IN−1〜IN−3が複数の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aにより選択されつつ渾然一体となって差動増幅器1の反転入力端子に印加される。
また、複数の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bは互いに並列に接続されているので、第2の電流源7と複数の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのソースとの接続点には、当該複数の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bに共通に、第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧が生成され、この電圧が差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。これにより、1つの非反転入力信号IN+が複数の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bにより選択されつつ渾然一体となって差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。
一方、それぞれの入力回路13〜15のバックゲート電位制御回路13c,14c,15cでは、電流−電圧変換素子31の両端に、対応する第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流に応じた電圧が生成され、この電圧が電圧−電流変換素子32のゲートに印加される。これにより、電圧−電流変換素子32に、当該電圧に応じたドレイン電流が流れ、電流−電圧変換素子33の両端にこのドレイン電流に応じた電圧が生成される。これにより、電圧−電流変換素子32と電流−電圧変換素子33との接続点OUTに、対応する第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流が増加するにつれて高くなる電圧が生成される。この接続点OUTの電圧が、対応する第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのバックゲートと対応する第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのバックゲートとに制御電圧として与えられる。
すると、当該第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15a及び当該第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bの閾値電圧はそれぞれ低くなり、それぞれの内部インピーダンスが小さくなる。
これにより、複数の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのうち、最も高い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流が増加し、その分、他の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流が減少する。そして、それぞれの第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aにおけるこのドレイン電流の変化が、対応するバックゲート電位制御回路13c,14c,15cにフィードバックされ、最も高い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aの閾値電圧がより低くなってよりドレイン電流が増加し、他の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aの閾値電圧がより高くなってよりドレイン電流が減少する。そして、最終的に、第1の電流源6により供給される電流の大部分(好ましくは全部)が、最も高い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aにドレイン電流として流れる。この状態の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧が差動増幅器1の反転入力端子に印加される。
これにより、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうち、最も高い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3が優先的に選択されて差動増幅器1の反転入力端子に印加される。
一方、複数の第2の電界効果トランジスタ13a,14a,15aは、それぞれの内部インピーダンスが小さくなると、それらのうち、最も高い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aと同じ入力回路13〜15の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのドレイン電流が増加し、その分、他の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのドレイン電流が減少する。そして、最終的に、第2の電流源7により供給される一定の電流の大部分(好ましくは全部)が、最も高い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3がゲートに入力された第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aと同じ入力回路13〜15の第2の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのドレイン電流として流れる。この状態の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bの内部インピーダンスとドレイン電流との積に応じた電圧が差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。
これにより、複数の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのうち、最も高い電圧値を有する反転入力信号IN−1〜IN−3に対応する入力回路13〜15の第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bが選択され、この選択された第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのゲートに入力される非反転信号IN+が当該第2の電界効果トランジスタ3b,4b,5bにより選択されて差動増幅器1の非反転入力端子に印加される。
しかも、同じ入力回路13〜15の第1の電界効果トランジスタ13a,14a,15aのバックゲートと第2の電界効果トランジスタ13b,14b,15bのバックゲートとには同じ制御電圧が印加されるので、バックゲートに制御電圧が印加されて閾値が変化することによって、差動増幅器1の反転入力端子に入力される電圧と差動増幅器1の非反転入力端子人力される電圧との間にオフセットが生じるのが防止される。
ここで、以上に説明した過渡状態は瞬時に経過するので、実際には最終的な状態が発現する。これにより、差動増幅器1から、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうち最も高い電圧値を有するものと非反転信号IN+との差が増幅されて出力される。
以上に説明したように、本実施の形態の多入力差動増幅器によれば、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうちの1つの入力信号(最も電圧値の高い入力信号)と1つの非反転入力信号IN+との対を選択しながら双方の信号の差を増幅して出力することができる。しかも、複数の反転入力信号IN−1〜IN−3のうちの1つの入力信号と1つの非反転入力信号IN+との対を選択する際にオフセットが生じるのが防止される。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3は、多入力差動増幅器の応用例として実施の形態1の多入力差動増幅器を用いた発光素子駆動装置を例示するものである。
本発明の実施の形態3は、多入力差動増幅器の応用例として実施の形態1の多入力差動増幅器を用いた発光素子駆動装置を例示するものである。
図5は本発明の実施の形態3に係る発光素子駆動装置の構成を示す回路図である。
図5に示すように、本実施の形態の発光素子駆動装置は、電源部41と制御部42と実施の形態1の多入力差動増幅器100Aとを備えている。
電源部41は、例えば、周知の昇圧チョッパで構成されていて、複数の発光素子としてのLED(light-emitting diode)43とこの複数のLED43に所定の定電流を供給するドライバ(定電流源)44とが直列に接続された複数(ここでは、例えば3)の電流経路に電源電圧を印加する。
図1及び図5に示すように、多入力差動増幅器100Aには、複数の電流経路のドライバ44に掛かる電圧が複数の反転入力信号(第1の入力信号)IN−1〜IN−3として入力部2に入力され、基準電圧電源45の基準電圧が非反転入力信号(第2の入力信号)として入力部2に入力される。この基準電圧は、ドライバ44を構成するトランジスタが活性領域で動作することが可能な適宜な電圧に設定される。そして、多入力差動増幅器100Aの差動増幅器1からこの基準電圧と複数の電流経路のドライバ44に掛かる電圧のうちの最も低い電圧との誤差が増幅して出力される。この誤差が制御部42に入力される。
制御部42は、多入力差動増幅器100Aから入力される誤差が小さくなるよう、電源部41から出力される電源電圧をフィードバック制御する。
これにより、複数の電流経路のドライバ44に掛かる電圧のうちの最も低い電圧が基準電圧となるように、電源部41から出力される電源電圧が制御される。その結果、ドライバ44を構成するトランジスタが活性領域で常に動作し、複数の電流経路の複数のLEDに所定の定電流が供給される。このため、多数のLEDを安定して発光させることができる。
(その他の実施の形態)
実施の形態1及び実施の形態2の多入力差動増幅器100A,100Bは、例えば、差動増幅器1を所定の増幅率を有する差動増幅器で構成すると、多入力誤差増幅器として用いることができ、例えば、差動増幅器1をオペレーショナルアンプで構成すると、多入力比較器として用いることができる。
実施の形態1及び実施の形態2の多入力差動増幅器100A,100Bは、例えば、差動増幅器1を所定の増幅率を有する差動増幅器で構成すると、多入力誤差増幅器として用いることができ、例えば、差動増幅器1をオペレーショナルアンプで構成すると、多入力比較器として用いることができる。
なお、上記では、低電圧側の電源として接地端子を例示したが、低電圧側の電源はこれには限定されず、正電源Vddより低い電圧(電位)を与えるものであればよい。
また、上記では、反転入力信号が複数で非反転入力信号が1つである場合を例示したが、非反転入力信号が複数で反転入力信号が1つであってもよい。この場合、例えば、図1及び図3において、複数の第1の電界効果トランジスタ(3a等)のソースを差動増幅器1の非反転入力端子に接続し、複数の第2の電界効果トランジスタ(3b等)のソースを差動増幅器1の反転入力端子に接続すればよい。
また、上記では複数の第1の電界効果トランジスタ(3a等)及び複数の第2の電界効果トランジスタ(3b等)を、それぞれ、定電流源6,7に並列に接続したが、定電流源6,7に代えて一定の抵抗(インピーダンス)を有する抵抗素子等の回路素子を用いてもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明に係る多入力差動増幅器は、反転入力信号と非反転入力信号のうちの一方が複数である場合に、当該複数の入力信号を好適に選択して、この選択した信号と反転入力信号と非反転入力信号のうちの他方との差を増幅する差動増幅器等として有用である。
また、本発明に係る発光素子駆動装置は、多数の発光素子を安定して発光させることができる発光素子駆動装置等として有用である。
1 差動増幅器
2 入力部
3〜5 入力回路
3a,4a,5a 第1の電界効果トランジスタ
3b,4b,5b 第2の電界効果トランジスタ
3c,4c,5c バックゲート電位制御回路
6 第1の電流源
7 第2の電流源
13〜15 入力回路
13a,14a,15a 第1の電界効果トランジスタ
13b,14b,15b 第2の電界効果トランジスタ
13c,14c,15c バックゲート電位制御回路
21,31 電流−電圧変換素子
22,32 電圧−電流変換素子
23,33 電流−電圧変換素子
41 電源部
42 制御部
43 発光素子
44 ドライバ
45 基準電圧電源
100A,100B 多入力差動増幅器
2 入力部
3〜5 入力回路
3a,4a,5a 第1の電界効果トランジスタ
3b,4b,5b 第2の電界効果トランジスタ
3c,4c,5c バックゲート電位制御回路
6 第1の電流源
7 第2の電流源
13〜15 入力回路
13a,14a,15a 第1の電界効果トランジスタ
13b,14b,15b 第2の電界効果トランジスタ
13c,14c,15c バックゲート電位制御回路
21,31 電流−電圧変換素子
22,32 電圧−電流変換素子
23,33 電流−電圧変換素子
41 電源部
42 制御部
43 発光素子
44 ドライバ
45 基準電圧電源
100A,100B 多入力差動増幅器
Claims (6)
- 反転入力端子と非反転入力端子とを有する差動増幅器と、
前記反転入力端子及び前記非反転入力端子の一方の入力端子(以下、第1の入力端子)に複数の該第1の入力端子用の入力信号(以下、第1の入力信号)に応じた第1の入力電圧を印加し、かつ前記反転入力端子及び前記非反転入力端子の他方の入力端子(以下、第2の入力端子)に、1つの該第2の入力端子用の入力信号(以下、第2の入力信号)に応じた第2の入力電圧を印加する入力部と、を備え、
前記入力部は、前記第1の入力電圧と前記第2の入力電圧と間のオフセット電圧を補正するよう構成されている、多入力差動増幅装置。 - 前記入力部は、前記複数の第1の入力信号に対応する複数の入力回路を備え、
それぞれの前記入力回路は、前記第1の入力端子にソースが接続され、かつ対応する前記第1の入力信号がゲートに入力される第1の電界効果トランジスタと、前記第2の入力端子にソースが接続され、かつ前記第2の入力信号がゲートに入力される第2の電界効果トランジスタと、前記第1の電界効果トランジスタのドレイン電流に応じた制御電圧を生成し、かつ該生成された制御電圧を前記第1の電界効果トランジスタのバックゲート及び第2の電界効果トランジスタのバックゲートに印加するよう構成されたバックゲート電位制御回路と、を含む、請求項1に記載の多入力差動増幅装置。 - 前記バックゲート電位制御回路は、前記第1の電界効果トランジスタのドレイン電流が増加すると前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタのドレインとソースとの間のインピーダンスが減少し、前記第1の電界効果トランジスタのドレイン電流が減少すると前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタのドレインとソースとの間のインピーダンスが増加するような制御電圧を生成するよう構成されている、請求項2に記載の多入力差動増幅器。
- 前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタがPチャネル型電界効果トランジスタである、請求項2又は3に記載の多入力差動増幅装置。
- 前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタがNチャネル型電界効果トランジスタである、請求項2又は3に記載の多入力差動増幅装置。
- 複数の発光素子と該複数の発光素子に電流を供給するドライバとが直列に接続された複数の電流経路に電源電圧を印加する電源部と、
前記複数の電流経路の前記ドライバに掛かる電圧が前記複数の第1の入力信号として前記入力部に入力され、基準電圧が前記第2の入力信号として前記入力部に入力され、かつ前記差動増幅器から前記基準電圧と前記複数の電流経路の前記ドライバに掛かる電圧との誤差を増幅して出力する請求項1乃至5のいずれかに記載の多入力差動増幅装置と、
前記多入力差動増幅装置の差動増幅器の出力に基づいて前記電源が印加する電源電圧をフィードバック制御する制御部と、を備える発光素子駆動装置。
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