JPS58124310A - Variable gain amplifier - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To perform gain control by a digital signal by intermitting the output signal of an amplifier through a switch, smoothing and feeding its output signal back to the amplifier, and varying the opening and closing time ratio of the switch. CONSTITUTION:The output signal V0 of the operational amplifier 13 is intermitted through the switch 14. The switch 14 is turned on and off by a gain control signal 16, whose output pulse signal V'0 is smoothed by a smoothing circuit 15 to feed the smoothed signal VF back to an input of the amplifier 13. When the crest value of the signal V'0 is V0, pulse width is (t), and its period is T, signal VF=(t/T)XV0. When the gain of the open loop of the amplifier 13 is sufficiently large, an input signal VI becomes equal to the feedback signal VF, so VI=VF= (t/T)XV0. Therefore, the gain G of the amplifier 13 is equal to V0/VI=T/t and the gain of the amplifier 13 depends upon the duty ratio of the pulse width of the gain control signal 16.

Description

【発明の詳細な説明】 本究明は可変利得増幅器に係り、特に外部からのディジ
タル信号により利得を設定できるようにするのに好適な
可変利得増幅器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a variable gain amplifier, and particularly to a variable gain amplifier suitable for allowing the gain to be set by an external digital signal.

従来の可変利得増幅器は、その利得側―信１号倉アナロ
グ信号としているものが多い。そのため、近年”＜４し
たディジタル信号により制御される装置に上記の可変利
得増幅器をぞのま一！適用することができなかった。捷
な、ディジタル信号を利得制御信号と１−る可変利得増
幅ｔｍ７も夕）るが、とｆＬは１代ｍｖ直流」層幅器に
適用するには不適当であった。In many conventional variable gain amplifiers, the gain side signal is an analog signal. Therefore, in recent years, it has not been possible to apply the above-mentioned variable gain amplifier to devices controlled by digital signals, which have become smaller than 4. Although tm7 was also used, fL was not suitable for application to the 1st generation mv direct current layer width converter.

次に、従来技術を第１図、第２１７１を用いて簡単に説
明する（特開昭５１−１１４０５４号公報参照）。Next, the prior art will be briefly explained using FIG. 1 and FIG.

紀１図、第２図において、１，２ｉ、ｊ入力端子、３゜
４は出力端子、５は演算増幅器である。１斤、第１図に
おいて、６は可変抵抗素子、７は利得制御信号、８は帰
還抵抗で、可変抵抗素子６の等価抵抗をＲＩＥ、帰還抵
抗８の抵抗イ１１！１をＲ＋　とすると、この増幅器の
利得Ｇは、 で示され、利得制御信号７により１１の値を変化させて
利イｑＧを変化させることができる。In Figures 1 and 2, 1, 2i, and j are input terminals, 3° and 4 are output terminals, and 5 is an operational amplifier. In Fig. 1, 6 is a variable resistance element, 7 is a gain control signal, and 8 is a feedback resistor.If the equivalent resistance of the variable resistance element 6 is RIE, and the resistance I11!1 of the feedback resistor 8 is R+, The gain G of this amplifier is expressed as follows, and the gain qG can be changed by changing the value 11 using the gain control signal 7.

ところで、一般にこのような帰還増幅器においては、演
桝増幅器５の初段の差動増幅器のバイアス［６流による
オフセントをなくすため、第２図に示すように、演算増
幅器５の正相入力端に抵抗９を挿入し、この抵抗９の抵
抗値１（８を、なる仙に選んで、演算増幅器５の正相、
逆相入力端から−４た抵抗のバランスをとるのが普通で
ある。By the way, in general, in such a feedback amplifier, a resistor is connected to the positive phase input terminal of the operational amplifier 5, as shown in FIG. 9 is inserted, and the resistance value of this resistor 9 is 1 (by selecting 8 as the positive phase, the positive phase of the operational amplifier 5,
It is common to balance the resistance by -4 from the negative phase input terminal.

ところが、第２図に示す可変利得増幅器において、利得
Ｇを犬とすると、Ｒｒ　＞ＲＥとなり、正相入力端に挿
入すべき抵抗９の抵抗値Ｒｓは、（２）式より、 ■ＬｓゑＲｏ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（３）となる。ところ
で、Ｒｇ　＝Ｒｇなる抵抗９を挿入したときに、利得Ｇ
を変えると、可変抵抗素子６の値Ｒ０を変えることにな
るので、ＲｓとＲＥのイ１自のバランスがくずれ、バイ
アス亀流によるオフセットを生ずるようになる。したが
って、第２図に示す可変利得増幅器は、高精度、高利得
を要求する低ｍ　Ｖ　ｉｆ流流暢幅器しては不適当であ
ることがわかる。However, in the variable gain amplifier shown in FIG. 2, if the gain G is a dog, then Rr > RE, and the resistance value Rs of the resistor 9 to be inserted at the positive phase input terminal is calculated from equation (2) as follows: ■LsゑRo・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(3) By the way, when the resistor 9 with Rg = Rg is inserted, the gain G
Since changing the value R0 of the variable resistance element 6 changes the balance between Rs and RE, an offset due to the bias current occurs. Therefore, it can be seen that the variable gain amplifier shown in FIG. 2 is inappropriate as a low m V if fluency range amplifier that requires high precision and high gain.

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、ディジタル信号によって利得制御を行うこと
ができ、かつ、低ｍＶｉ血流増幅器に適用可能の可変利
得増幅器（ｒ−提供することにある。The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a variable gain amplifier (r- It is in.

本づろ明の特徴は、出力信号を１υ［絖する開閉器と、
この開閉器で断続された出力信号を平滑する平滑回路と
を設け、この平滑回路で平滑された信号を増幅器の入力
に帰還するようになし、上記開閉器の開、閉の時間の割
合を変えることによって上６己瑠幅器の利得を制御する
購成とした点にある。Honzuromei's features include a switch that outputs an output signal of 1υ[
A smoothing circuit is provided to smooth the output signal intermittent by this switch, and the signal smoothed by this smoothing circuit is fed back to the input of the amplifier, thereby changing the ratio of opening and closing times of the switch. In this way, the gain of the upper six self-circulating devices can be controlled.

以下本発明を第６図、第７図に示した夷ｔ１市例および
第３図〜第５図を用いて詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below with reference to the example shown in FIGS. 6 and 7 and FIGS. 3 to 5.

まず、第３図〜第５図を用いて本発明の基本的原理につ
いて説明する。第３図は本発明の基本的原理を説明する
ためのブロック図である。第３図において、１１は入力
端子、１２は出力端子、１３は演算増幅器、１４は演舞
増幅器１３の出力信号を断続する開閉器、１５は開閉器
１４で断続された信号を平滑する平滑回路、１６は開閉
器１４を開閉する利得制御信号で、第４図はこの利得制
御信号の一例を示す波形図で、周期Ｔ、パルス幅ｔのパ
ルス幅信号を示しである。開閉器１４は、このパルス幅
信号がハイレベルのときオンと７より、ローレベルのと
きオフとなる。なお、この論理が逆でも、パルス幅を変
えれば同じことにな心ので差し支えない。First, the basic principle of the present invention will be explained using FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a block diagram for explaining the basic principle of the present invention. In FIG. 3, 11 is an input terminal, 12 is an output terminal, 13 is an operational amplifier, 14 is a switch that connects and disconnects the output signal of the performance amplifier 13, and 15 is a smoothing circuit that smoothes the signal that is disconnected by the switch 14. 16 is a gain control signal for opening and closing the switch 14, and FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of this gain control signal, showing a pulse width signal having a period T and a pulse width t. The switch 14 is turned on when this pulse width signal is at a high level, and is turned off when it is at a low level. Note that even if this logic is reversed, the same thing can be achieved by changing the pulse width.

出力１６号Ｖ。が第４図に示すパルス幅信号によって駆
切される開閉器１４によって断続されると、その信号Ｖ
≦は、第５図に示すように、波高値■。、パルス幅１１
周期Ｔのパルス幅信号となる。Output No. 16V. When the signal V
≦ is the peak value ■, as shown in FIG. , pulse width 11
This becomes a pulse width signal with period T.

次に、この信号ｖｔを平滑回路１５に導びくと、平滑回
路１５の出力ＶＦは、 ”　　Ｖｏ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（４）となる。Next, when this signal vt is led to the smoothing circuit 15, the output VF of the smoothing circuit 15 is ``Vo''.
・・・・・・・・・・・・(4)

ここで、演算増幅器１３のオーブンループの利得が充分
大であるとすると、入力信号Ｖｒと帰還信号Ｖｒとは等
しくなる。すなわち、 Ｖ　ｒ　＝　Ｖｒ　＝　　Ｖｏ　　　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（５）したがって、第３図に示
す増幅器の利得Ｖ。／Ｖ　！は、となり、利得制御信号
１６であるパルス幅信号のデユーティ比で利得がｉする
ことかわかる。Here, assuming that the gain of the oven loop of the operational amplifier 13 is sufficiently large, the input signal Vr and the feedback signal Vr will be equal. That is, Vr = Vr = Vo...
(5) Therefore, the gain V of the amplifier shown in FIG. /V! It can be seen that the gain is i depending on the duty ratio of the pulse width signal which is the gain control signal 16.

第３図によれば、平滑回路１５として出力抵抗の一定の
ものまたは出力抵抗が零であるものを使うようにすれば
、演算増幅器１３の入力バイアス亀流によるオフセット
バランスは、利得を変えてもくずｒしることがない。ま
た、マイクロプロセッサを搭載した装置に適用する場合
、カラ／り分用いてクロックを数えることによりパルス
幅信号を作ることで、容易に目的を達成することができ
る。According to FIG. 3, if a smoothing circuit 15 with a constant output resistance or zero output resistance is used, the offset balance due to the input bias current of the operational amplifier 13 will be maintained even if the gain is changed. It never crumbles. Furthermore, when applied to a device equipped with a microprocessor, the purpose can be easily achieved by generating a pulse width signal by counting clocks using a clock/division clock.

＠６図は本発明の可変利得増幅器の一実施例を示す回路
図である。第６図において、ｌ、２は入力端子、３，４
は出力端子、５は演算増幅器、２１はアナロクスインチ
、２２はクロックをＲｒ望のパルス幅信号に変換する変
換回路、２３．２４は抵抗、２５はコンデンサである。@6 Figure is a circuit diagram showing an embodiment of the variable gain amplifier of the present invention. In Fig. 6, l, 2 are input terminals, 3, 4
5 is an output terminal, 5 is an operational amplifier, 21 is an analog inch, 22 is a conversion circuit for converting a clock into a desired pulse width signal, 23, 24 is a resistor, and 25 is a capacitor.

コンデンサ２５と抵抗２４とで第３図における平屑回路
１５を構成し７てお・す、時定数ＣＲ，（Ｃｒまコンデ
ンサ２５の呑口ｉ、■丸、＋、を抵抗２４の抵抗１１６
）は、変換回路２２の出力であるパルス幅信号の周優ｊ
′Ｆより光分大きく選んである。The capacitor 25 and the resistor 24 constitute the flat circuit 15 shown in FIG.
) is the frequency of the pulse width signal which is the output of the conversion circuit 22.
'F is chosen to be larger than F.

動作は上記の基本原ｔ！＊！　ｇ；ｉ明のときに述べた
通りである。−また、演算増幅器５の出力抵抗が非常に
小豆いとｆ６と、演′曽−増幅器５の逆相入力端から見
た１自流抵抗ｔ、ｊｌ、Ｉも、に等しくなり、このイ１
６は利何制側１のパルス幅信号によらない。したがって
、演算増幅器５の正相入力端と入力端子１１ｉｆｔにＲ
７に等しい抵抗値の抵抗２３を挿入すれば、演算増幅器
５のバイアス％　？＆によるオフセットのバランスをと
ることができ、しかも、利得を変えてもこのバランスが
くずれることはない。これにともない、演保壇幅器５と
して高梢度のものを使うことにより、低ｍＶｉａ流噌幅
器に適用することができる。The operation is based on the basic principles mentioned above! *! g; As stated in the case of i. - Also, if the output resistance of the operational amplifier 5 is very small, f6 and the current resistance t, jl, I seen from the negative phase input terminal of the operational amplifier 5 will also be equal to, and this i1
6 does not depend on the pulse width signal of the interest control side 1. Therefore, R is applied to the positive phase input terminal of the operational amplifier 5 and the input terminal 11
If a resistor 23 with a resistance value equal to 7 is inserted, the bias of the operational amplifier 5 is %? The offset caused by & can be balanced, and this balance will not be upset even if the gain is changed. Accordingly, by using a high-strength device as the podium width device 5, it can be applied to a low mVia flow width device.

上記した本発明の実施例によれば、低ｍ　ｖ　ｒｔｉｃ
流Ｊ冑輻器としての利得會ディジタル信号により震えめ
ことができるので、以下のような効果がある。According to the embodiments of the present invention described above, low m v rtic
Since the gain can be trembled by the digital signal as a flow detector, the following effects can be obtained.

（１）　　マイクロプロセッサを搭載した装＃に本発明
に保るｏＪ変利イ１冑幅器を通用したコ易合、判イ）ナ
ケ変えるのに、ハードウェアでなく、単にソフトウェア
上で処理できる。(1) It is possible to change the size and width of a device equipped with a microprocessor using the present invention's oJ conversion device, which can be processed simply on software rather than hardware. .

（２）　　’ｉ！ｆＶＣノ校近の工刹フ′ロセス台二市
ｌ］萌Ｉｆるマイク「１プロセンサτ搭載したコノトロ
ーラに本発明に係る可変利得増幅器を通用した場合、セ
ンサーの出Ｊｌをｌｋｊ＆１１ｙ秒込んマ゛・４埋でき
、しかも、ンフトウエア上で第１」得匍］仰ができるの
で、回路変更なしＶＣ各種のセンツーＶＣ対１．［ｑ、
させることができる。(2) 'i! If the variable gain amplifier according to the present invention is applied to a controller equipped with a pro-sensor τ, the output Jl of the sensor will be lkj & 11y second. Since it can be used for 4 hours, and it can be used as the 1st value on software, it can be used as a 1st VC without changing the circuit. [q,
can be done.

なお、第６図のコンデンサ２５と抵抗２４とまりなる平
滑回路１１、別の演算増幅器を使って十（ｑ成するよう
にしてもよく、この場合は、゛ドｍ回路の出力抵抗をほ
ぼ零と−１−ることができ、抵抗２３を挿入する必按が
なくなる。たたし、平滑回１．３に使う演算増幅器の出
力オフセットが問題となるので注意を要する。Note that the smoothing circuit 11, which is the capacitor 25 and the resistor 24 in FIG. -1-, and there is no need to insert the resistor 23. However, the output offset of the operational amplifier used in the smoothing circuit 1.3 poses a problem, so care must be taken.

また、第６図で用いているアナログスイッチ２１＋ｉ一
般に高価であるので、第７図に示すようＫ、第６図のア
ナログスイッチ２１の代りに安価ｌＩＣ化されたＣ−Ｍ
ＯＳバッファ２６を使うようにしてもよい。２７は第１
」得制側）パルス（ｇ号の入力端子である。この場合、
利得制？ｆ＋１パルスイぎ号音反転するようにするなら
ば、２６をＣ−ＩＶＪ　ＯＳイノバータとすることがで
きる。In addition, since the analog switch 21+i used in FIG. 6 is generally expensive, as shown in FIG.
The OS buffer 26 may also be used. 27 is the first
” gain control side) pulse (input terminal of g. In this case,
Gain system? If the f+1 pulse beep is inverted, 26 can be used as a C-IVJ OS inverter.

上記したいす１％の場合も、１氏ｍＶＡ流ｊ胃幅器に＞
１４用できるパルス幅信号による可変利得増幅器を筒中
な回路で構成することができ、第６図と同様のＩ／ＪＪ
果がある。In the case of 1% of the above, the 1 mVA style gastric width device is used.
A variable gain amplifier using a pulse width signal that can be used for
There is fruit.

以上説明したように、本発明によれば、ディジタル信号
によって第１」得訝ｊ御會行うことができ、かつ、低Ｉ
ＴＩ　Ｖ　７流暢幅器に適用可能であり、マイクロプロ
セッサを搭載したコントローラに適用した場合、回路変
更なしに各種のセンサに対応させることができるという
効果がある。As explained above, according to the present invention, it is possible to conduct the first evaluation meeting using digital signals, and also with low I.
It can be applied to the TI V7 fluency meter, and when applied to a controller equipped with a microprocessor, it has the effect of being compatible with various sensors without changing the circuit.

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

第１図、第２図は従来の可変利得増幅器の回路図、第３
図は本発明の可変第１」得増幅器の基本的原理を説明す
るためのブロック図、第４図は第３図の利得制御１ば号
の一例を示す波形図、第５図は第３図の開閉器によって
断続きれた１Ｂ号の波形図、第６図は本発明の可変利得
増幅器の一実砲ＶＩＪを示す回路図、第７図は本発明の
他の大施例葡示す回路図である。 １．２・・・入力端子、３．４・・・出力端子、５・・
・〜ｔ’ｔＲ増幅器、２１・・・アナログスイッチ、２
２・・・変慄回［，２３，２４・・・抵抗、２５・・・
コンデノフ゛、２６・・・Ｃ−ＭＯＳバッファ、２７・
・・利４　制御パルス（Ｓ号の入力端子。 第　１　図 ５ 第２図 案３　口 も４−１２１ 第５詔 第６　固 第　７図Figures 1 and 2 are circuit diagrams of conventional variable gain amplifiers, and Figure 3 is a circuit diagram of a conventional variable gain amplifier.
The figure is a block diagram for explaining the basic principle of the variable gain amplifier of the present invention, FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of the gain control 1 of FIG. 3, and FIG. 6 is a circuit diagram showing an actual gun VIJ of the variable gain amplifier of the present invention, and FIG. 7 is a circuit diagram showing another large embodiment of the present invention. be. 1.2...Input terminal, 3.4...Output terminal, 5...
・~t'tR amplifier, 21... analog switch, 2
2...Change times [, 23, 24... Resistance, 25...
Condenser, 26... C-MOS buffer, 27...
... 4 Control pulse (input terminal of S number. 1st figure 5 2nd design 3 Mouth 4-121 5th edict 6th figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、　出力信号をある割合で入力に帰還するようにした
増幅器において、前６己出力信号をＶｆＴ続する開閉器
と、核間閉器で断続された信号を平滑する′−ト滑回路
とを備え、該平滑回路で平滑された信号を前屈増幅器の
入力に帰還するようになし、前ｎ己開閉器の開、閉の時
間の割合を変えることによって前記増幅器の利得を制御
する構成としたこと全特徴とする可変利得増幅器。1. In an amplifier in which the output signal is fed back to the input at a certain rate, a switch that connects the output signal to the VfT and a '-to slip circuit that smooths the signal interrupted by the internuclear switch are used. The signal smoothed by the smoothing circuit is fed back to the input of the forward bending amplifier, and the gain of the amplifier is controlled by changing the ratio of opening and closing times of the forward bending switch. It is a variable gain amplifier with all the features.