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公開番号2025108871
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024002356
出願日2024-01-11
発明の名称プログラマブルゲインアンプ及び回路装置
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H03F 1/26 20060101AFI20250716BHJP(基本電子回路)
要約【課題】可変のゲインでの増幅と低ノイズ化を実現できるプログラマブルゲインアンプ等の提供。
【解決手段】プログラマブルゲインアンプ50は、入力信号VI1、VI2の入力ノードとノードN1の間に設けられる入力用のスイッチSI1、SI2と、演算増幅器OPと、ノードN1と演算増幅器OPの入力端子T1の間に設けられるサンプリング用のキャパシターCS1と、入力端子T1と出力端子TQ1の間に設けられるフィードバック用のキャパシターCF1と、入力端子T1と出力端子TQ1の間にフィードバック用のキャパシターCF1と並列に設けられたリセット用のスイッチSR1と、入力端子T1と出力端子TQ1の間においてフィードバック用のキャパシターCF1及びリセット用のスイッチSR1と並列に設けられ、直列接続されたノイズキャンセル用のキャパシターCC1及びスイッチSC1を含むノイズキャンセル回路52を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１入力信号と第２入力信号の電圧差を可変のゲインで増幅するプログラマブルゲインアンプであって、
前記第１入力信号の第１入力ノードと第１ノードとの間に設けられる第１入力用スイッチと、
前記第２入力信号の第２入力ノードと前記第１ノードとの間に設けられる第２入力用スイッチと、
演算増幅器と、
前記第１ノードと前記演算増幅器の第１入力端子との間に設けられる第１サンプリング用キャパシターと、
前記演算増幅器の前記第１入力端子と第１出力端子との間に設けられ、前記ゲインに応じて容量値が可変となる第１フィードバック用キャパシターと、
前記第１入力端子と前記第１出力端子との間に、前記第１フィードバック用キャパシターと並列に設けられた第１リセット用スイッチと、
前記第１入力端子と前記第１出力端子との間において前記第１フィードバック用キャパシター及び前記第１リセット用スイッチと並列に設けられ、直列接続された第１ノイズキャンセル用キャパシター及び第１ノイズキャンセル用スイッチを含む第１ノイズキャンセル回路と、
を含むことを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載のプログラマブルゲインアンプにおいて、
サンプリング期間では、前記第１入力用スイッチがオンになり、前記第２入力用スイッチがオフになり、前記第１リセット用スイッチ及び前記第１ノイズキャンセル用スイッチがオンになり、
前記サンプリング期間の後のノイズキャンセル期間では、前記第１リセット用スイッチがオフになり、
前記ノイズキャンセル期間の後の増幅期間では、前記第１入力用スイッチがオフになり、前記第２入力用スイッチがオンになり、前記第１ノイズキャンセル用スイッチがオフになることを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
【請求項３】
請求項１に記載のプログラマブルゲインアンプにおいて、
前記第１入力端子と前記第１出力端子との間において前記第１フィードバック用キャパシターと直列に設けられる第１フィードバック用スイッチを含むことを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のプログラマブルゲインアンプにおいて、
サンプリング期間では、前記第１入力用スイッチがオンになり、前記第２入力用スイッチがオフになり、前記第１リセット用スイッチ、前記第１ノイズキャンセル用スイッチ及び前記第１フィードバック用スイッチがオンになり、
前記サンプリング期間の後のノイズキャンセル期間では、前記第１リセット用スイッチ及び前記第１フィードバック用スイッチがオフになり、
前記ノイズキャンセル期間の後の増幅期間では、前記第１入力用スイッチがオフになり、前記第２入力用スイッチがオンになり、前記第１ノイズキャンセル用スイッチがオフになり、前記第１フィードバック用スイッチがオンになることを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
【請求項５】
請求項１に記載されたプログラマブルゲインアンプにおいて、
前記第１入力ノードと第２ノードとの間に設けられる第３入力用スイッチと、
前記第２入力ノードと前記第２ノードとの間に設けられる第４入力用スイッチと、
前記第２ノードと、前記演算増幅器の第２入力端子との間に設けられる第２サンプリング用キャパシターと、
前記演算増幅器の前記第２入力端子と第２出力端子との間に設けられ、前記ゲインに応じて容量値が可変となる第２フィードバック用キャパシターと、
前記第２入力端子と前記第２出力端子との間に、前記第２フィードバック用キャパシターと並列に設けられた第２リセット用スイッチと、
前記第２入力端子と前記第２出力端子との間に前記第２フィードバック用キャパシター及び前記第２リセット用スイッチと並列に設けられ、直列接続された第２ノイズキャンセル用キャパシター及び第２ノイズキャンセル用スイッチを含む第２ノイズキャンセル回路と、
を含むことを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラマブルゲインアンプにおいて、
サンプリング期間では、前記第１入力用スイッチ及び前記第４入力用スイッチがオンになり、前記第２入力用スイッチ及び前記第３入力用スイッチがオフになり、前記第１リセット用スイッチ、前記第２リセット用スイッチ、前記第１ノイズキャンセル用スイッチ及び前記第２ノイズキャンセル用スイッチがオンになり、
前記サンプリング期間の後のノイズキャンセル期間では、前記第１リセット用スイッチ及び前記第２リセット用スイッチがオフになり、
前記ノイズキャンセル期間の後の増幅期間では、前記第１入力用スイッチ及び前記第４入力用スイッチがオフになり、前記第２入力用スイッチ及び前記第３入力用スイッチがオンになり、前記第１ノイズキャンセル用スイッチ及び前記第２ノイズキャンセル用スイッチがオフになることを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
【請求項７】
請求項５に記載のプログラマブルゲインアンプにおいて、
前記第１入力端子と前記第１出力端子との間において前記第１フィードバック用キャパシターと直列に設けられる第１フィードバック用スイッチと、
前記第２入力端子と前記第２出力端子との間において前記第２フィードバック用キャパシターと直列に設けられる第２フィードバック用スイッチを含むことを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラマブルゲインアンプにおいて、
サンプリング期間では、前記第１入力用スイッチ及び前記第４入力用スイッチがオンになり、前記第２入力用スイッチ及び前記第３入力用スイッチがオフになり、前記第１リセット用スイッチ、前記第２リセット用スイッチ、前記第１ノイズキャンセル用スイッチ、前記第２ノイズキャンセル用スイッチ、前記第１フィードバック用スイッチ及び前記第２フィードバック用スイッチがオンになり、
前記サンプリング期間の後のノイズキャンセル期間では、前記第１リセット用スイッチ、前記第２リセット用スイッチ、前記第１フィードバック用スイッチ及び前記第２フィードバック用スイッチがオフになり、
前記ノイズキャンセル期間の後の増幅期間では、前記第１入力用スイッチ及び前記第４入力用スイッチがオフになり、前記第２入力用スイッチ及び前記第３入力用スイッチがオンになり、前記第１ノイズキャンセル用スイッチ及び前記第２ノイズキャンセル用スイッチがオフになり、前記第１フィードバック用スイッチ及び前記第２フィードバック用スイッチがオンになることを特徴とするプログラマブルゲインアンプ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプログラマブルゲインアンプと、
前記プログラマブルゲインアンプの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の回路装置において、
前記プログラマブルゲインアンプに対して前記第１入力信号又は前記第２入力信号として検出信号を出力するセンサー回路を含むことを特徴とする回路装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、プログラマブルゲインアンプ及び回路装置等に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来よりゲインが可変の増幅を行うプログラマブルゲインアンプが知られている。例えば特許文献１には、入力された画素情報をプログラマブルゲインアンプで増幅し、デジタル値に変換する半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１２－１１４６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プログラマブルゲインアンプにおいては、入力段のキャパシターに生じるｋＴ／Ｃノイズが、増幅器によって増幅されてしまう。このため、ｋＴ／Ｃノイズを小さくするために入力段のキャパシターの容量値をできる限り大きくする必要があるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様は、第１入力信号と第２入力信号の電圧差を可変のゲインで増幅するプログラマブルゲインアンプであって、前記第１入力信号の第１入力ノードと第１ノードとの間に設けられる第１入力用スイッチと、前記第２入力信号の第２入力ノードと前記第１ノードとの間に設けられる第２入力用スイッチと、演算増幅器と、前記第１ノードと前記演算増幅器の第１入力端子との間に設けられる第１サンプリング用キャパシターと、前記演算増幅器の前記第１入力端子と第１出力端子との間に設けられ、前記ゲインに応じて容量値が可変となる第１フィードバック用キャパシターと、前記第１入力端子と前記第１出力端子との間に、前記第１フィードバック用キャパシターと並列に設けられた第１リセット用スイッチと、前記第１入力端子と前記第１出力端子との間において前記第１フィードバック用キャパシター及び前記第１リセット用スイッチと並列に設けられ、直列接続された第１ノイズキャンセル用キャパシター及び第１ノイズキャンセル用スイッチを含む第１ノイズキャンセル回路とを含むプログラマブルゲインアンプに関係する。
【０００６】
本開示の他の態様は、上記に記載のプログラマブルゲインアンプと、前記プログラマブルゲインアンプの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路とを含む回路装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本実施形態のプログラマブルゲインアンプの構成例。
プログラマブルゲインアンプの動作説明図。
サンプリング期間での動作説明図。
ノイズキャンセル期間での動作説明図。
増幅期間での動作説明図。
差動型のプログラマブルゲインアンプの構成例。
差動型のプログラマブルゲインアンプの動作説明図。
サンプリング期間での動作説明図。
ノイズキャンセル期間での動作説明図。
増幅期間での動作説明図。
比較例の構成例。
ノイズ特性例。
本実施形態の回路装置の構成例。
Ａ／Ｄ変換の動作説明図。
電源ノイズの問題の説明図。
プログラマブルゲインアンプとＡ／Ｄ変換回路の動作説明図。
出力ノイズ特性例。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
【０００９】
１．プログラマブルゲインアンプ
図１に本実施形態のプログラマブルゲインアンプ５０の構成例を示す。プログラマブルゲインアンプ５０は、入力信号ＶＩ１と入力信号ＶＩ２の電圧差を可変のゲインで増幅するアンプである。例えば入力信号ＶＩ１、ＶＩ２の電圧をＶ１、Ｖ２とし、ゲインをＧとした場合に、プログラマブルゲインアンプ５０は、Ｖ１－Ｖ２の電圧差をゲインＧで増幅したＧ×（Ｖ１－Ｖ２）の電圧差の信号を出力する。図１ではグランドＧＮＤを基準にして、Ｇ×（Ｖ１－Ｖ２）の電圧の出力信号ＶＱ１が出力される。
【００１０】
プログラマブルゲインアンプ５０は、入力用のスイッチＳＩ１、ＳＩ２と、サンプリング用のキャパシターＣＳ１と、演算増幅器ＯＰと、フィードバック用のキャパシターＣＦ１と、ノイズキャンセル回路５２と、リセット用のスイッチＳＲ１を含む。またプログラマブルゲインアンプ５０はフィードバック用のスイッチＳＦ１を含むことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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