JP3811152B2 - 演算増幅器並びにこれを用いたサンプルホールド回路及びフィルタ回路 - Google Patents
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できる平衡型構成の演算増幅器を提供することにある。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に従った平衡型構成の演算増幅器を示している。第1及び第2の入力端子IN1,IN2には差動入力信号、すなわち互いに差動関係にある第1及び第2の入力信号がそれぞれ入力される。第1の入力端子IN1からの第1の入力信号は第1の反転増幅回路A1の+入力端子に入力され、第2入力端子IN2からの第2の入力信号は、第2の反転増幅回路A2の+入力端子に入力される。
第3及び第4の反転増幅回路A3,A4の第2の−出力端子の共通接続ノードでは、第2の出力信号−βVo1と第4の出力信号−βVo1が加算される結果、逆相信号成分は相殺され、同相信号成分のみ出力されることにより、擬似同相出力信号Vocが生成される。第3及び第4の反転増幅回路A3,A4の出力が電流信号の場合、各々の第2の−出力端子を接続するだけで第3の出力信号−βVo1と第4の出力信号−βVo1との加算が可能となる。非反転増幅回路A5,A6は、擬似同相出力信号Vocを入力して第1及び第2の反転増幅回路A1,A2の出力、すなわち第3及び第4の反転増幅回路A3,A4の入力に帰還する。
(第1の実施形態の変形例)
図5は、図1に示した演算増幅器を変形した例を示している。図5の演算増幅器では、図1の演算増幅器に対して第5〜第8の反転増幅回路A7〜A10が追加されている。すなわち、第1及び第2反転増幅回路A1,A2の出力端子と第3及び第4の反転増幅回路A3,A4の入力端子端子との間に反転増幅回路A7,A8がそれぞれ接続され、第1及び第2反転増幅回路A1,A2の出力端子間に反転増幅回路A9,A10が逆並列に接続されている。
図8は、本発明の第2の実施形態に従った平衡型構成の演算増幅器を示す。図8の演算増幅器は、図1に示した演算増幅器に対して第3の入力端子IN3と第3及び第4の非反転増幅回路A11,A12が追加されている。第3の入力端子IN3には、第1及び第2の入力端子IN1,IN2に入力される第1及び第2の入力信号の同相成分に対応する同相入力信号Vicが入力される。同相入力信号Vicは、多入力多出力の増幅器を用いて生成することができる。第3の入力端子IN3には、非反転増幅回路A11,A12の+入力端子が接続される。非反転増幅回路A11,A12の+出力端子は、第1及び第2の反転増幅回路A1,A2の−出力端子にそれぞれ接続される。
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に差動利得は反転増幅回路A1(A2)とA3(A4)の利得の積となる。一方、反転増幅回路A1及びA2の出力信号と非反転増幅回路A6及びA7の出力信号とがそれぞれ加算されることにより、同相信号が相殺されるため、同相信号利得は原理的に0となる。従って、内部ノードを増やすことなく同相利得を低減することができる。
図9は、図8の演算増幅器に図5で説明した、同相信号に対して反転増幅回路A1とA2の利得を低減させるための反転増幅回路A7〜A10を追加した演算増幅器を示している。このような構成により、図5の演算増幅器と同様にさらなる同相利得の低減を内部ノードの数を増やすことなく実現できる。
図10は、本発明の第3の実施形態に従った平衡型構成の演算増幅器を示している。図10の演算増幅器では、図1に示した演算増幅器に対して第5の非反転増幅回路A13が追加されている。非反転増幅回路A13は二つの入力端子と二つの出力端子を有し、二つの入力端子は第1及び第2の入力端子IN1,IN2にそれぞれ接続され、二つの出力端子は第1及び第2の反転増幅回路A1,A2の出力端子、すなわち第3及び第4の反転増幅回路A3,A4の入力端子に接続される。図10に示す演算増幅器は、図8に示した演算増幅器のように同相入力信号が外部から与えられず、非反転増幅回路A13によって第1及び第2の入力信号IN1,IN2から同相入力信号を生成する例を示している。
非反転増幅回路A13は多入力・多出力の増幅回路、例えば図11に示すように反転増幅回路Ab1〜Ab5によって構成される。すなわち、反転増幅回路Ab1,Ab2の出力端子が互いに接続され、反転増幅回路Ab3の入力端子に接続される。反転増幅回路Ab3の入出力端子は互いに接続され、増幅器Ab4,Ab5の入力端子に接続される。この構成により、反転増幅回路Ab1,Ab2からの同相信号が互いに加算され、反転増幅回路Ab3を介して反転増幅回路Ab3,Ab5に入力される。反転増幅回路Ab3,Ab5からは、入力信号IN1,IN2の和に比例する信号が出力される。
図12は、図10の演算増幅器に図5で説明した反転増幅回路A7〜A10を追加することによって、同相利得のさらなる低減を図った例を示している。
図13は、図12に示す演算増幅器をMOSトランジスタによって実現した第1の回路図を示している。NMOSトランジスタMN1は反転増幅回路A1に対応し、トランジスタMN2は反転増幅回路A2に対応する。トランジスタMN13_1,MN13_2及びPMOSトランジスタMP13_1,MP13_2,MP5_2,MP6は、非反転増幅回路A13を構成している。ここで、トランジスタMP5_2,MP13_1,MP13_2は非反転増幅回路A5と共用され、トランジスタMP6,MP13_1,MP13_2は非反転増幅回路A6と共用されている。NMOSトランジスタMN7〜MN10及びPMOSMP7〜MP10は、反転増幅回路A7〜A10に各々対応する。
また、これまで説明したように、差動入力信号の二つの信号経路、すなわち入力端子IN1から出力端子OUT1までの経路及び入力端子IN2から出力端子OUT2までの経路においてそれぞれ内部ノードの数を1個で実現でき、これにより差動信号に対する周波数特性を改善できる。
Claims (7)
- 互いに差動関係にある第1及び第2の入力信号をそれぞれ入力する第1及び第2の入力端子と;
前記第1の入力信号を増幅して第1のノードへ出力する第1の反転増幅回路と;
前記第2の入力信号を増幅して第2のノードへ出力する第2の反転増幅回路と;
前記第1のノードへ出力される前記第1の反転増幅回路の出力信号を第1の利得倍した第1の出力信号を第1の出力端子へ出力し、前記第1のノードへ出力される前記第1の反転増幅回路の出力信号を第2の利得倍した第2の出力信号を第3のノードへ出力する第3の反転増幅回路と;
前記第2のノードへ出力される前記第2の反転増幅回路の出力信号を前記第1の利得倍した第3の出力信号を第2の出力端子へ出力し、前記第2のノードへ出力される前記第2の反転増幅回路の出力信号を前記第2の利得倍した第4の出力信号を前記第3のノードへ出力する第4の反転増幅回路と;
前記第3のノードへ出力される前記第2の出力信号と前記第4の出力信号との加算信号を増幅して前記第1のノード及び前記第2のノードに帰還する第1及び第2の非反転増幅回路と
を具備する演算増幅器。 - 前記第1の反転増幅回路の出力信号を増幅して前記第3の反転増幅回路の入力に供給する第5の反転増幅回路と;
前記第2の反転増幅回路の出力信号を増幅して前記第4の反転増幅回路の入力に供給する第6の反転増幅回路と;
前記第1の反転増幅回路の出力信号を増幅して前記第4の反転増幅回路の入力に供給する第7の反転増幅回路と;
前記第2の反転増幅回路の出力信号を増幅して前記第3の反転増幅回路の入力に供給する第8の反転増幅回路と
をさらに具備する請求項1に記載の演算増幅器。 - 前記第1及び第2の入力信号の同相成分に対応する同相入力信号を入力する第3の入力端子と;
前記同相入力信号を増幅して前記第3の反転増幅回路の入力に供給する第3の非反転増幅回路と;
前記同相入力信号を増幅して前記第4の反転増幅回路の入力に供給する第4の非反転増幅回路と
をさらに具備する請求項1または2に記載の演算増幅器。 - 前記第1及び第2の入力信号を受け、前記第1及び第2の入力信号の和に比例した信号を前記第3及び第4の反転増幅回路の入力に供給する第5の非反転増幅回路をさらに具備する請求項1または2に記載の演算増幅器。
- 前記第1及び第2の反転増幅回路は、カスコード構成である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の演算増幅器。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の演算増幅器を用いたサンプルホールド回路。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の演算増幅器を用いたフィルタ回路。
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