特開 2024-102715 電圧電流変換回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024102715

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】電圧電流変換回路

(51)【国際特許分類】

   G05F 3/24 20060101AFI20240724BHJP

   G05F 1/56 20060101ALI20240724BHJP

【ＦＩ】

G05F3/24 A

G05F1/56 310S

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006789

(22)【出願日】2023-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(72)【発明者】

【氏名】串田 弥音

(72)【発明者】

【氏名】入江 浩一

【テーマコード（参考）】

5H420

5H430

【Ｆターム（参考）】

5H420NB03

5H420NB12

5H420NB16

5H420NB22

5H420NB25

5H420NC02

5H430BB01

5H430BB12

5H430EE04

5H430GG11

5H430HH01

(57)【要約】

【課題】出力電流の非線形の誤差を低減することが可能な電圧電流変換回路を提供する。
【解決手段】本開示に係る電圧電流変換回路１は、第１のオペアンプ２０と、第１のＭＯＳトランジスタ３０と、抵抗回路１０とを備える。抵抗回路１０は、入力電圧に基づいて基準電圧を生成する基準電圧生成回路１２と、入力電圧に基づいて基準電流を生成する基準電流生成回路１３と、第２のオペアンプ１４と、第１の合成抵抗１５と、第２の合成抵抗１６とを備える。第２のオペアンプ１４の非反転入力端子は、第１の合成抵抗１５の一端に接続され、第２のオペアンプ１４の出力端子は、第２のＭＯＳトランジスタ１５２のゲートと、第３のＭＯＳトランジスタ１６２のゲートとに接続され、第１の合成抵抗１５には、基準電流が供給され、第２の合成抵抗１６の一端は、第１のオペアンプ２０の反転入力端子と、第１のＭＯＳトランジスタ３０のソースとに接続されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のオペアンプと、第１のＭＯＳトランジスタと、抵抗回路とを備え、前記第１のオペアンプ、前記第１のＭＯＳトランジスタ及び前記抵抗回路によって負帰還を形成し、前記第１のオペアンプの非反転入力端子に入力される入力電圧に基づいて出力電流を生成する電圧電流変換回路であって、
前記抵抗回路は、
前記入力電圧に基づいて基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記入力電圧に基づいて基準電流を生成する基準電流生成回路と、
前記基準電圧が反転入力端子に接続される第２のオペアンプと、
第１の抵抗と第２のＭＯＳトランジスタとが直列に接続された第１の合成抵抗と、
第２の抵抗と第３のＭＯＳトランジスタとが直列に接続された第２の合成抵抗と、
を備え、
前記第２のオペアンプの非反転入力端子は、前記第１の合成抵抗の一端に接続され、
前記第２のオペアンプの出力端子は、前記第２のＭＯＳトランジスタのゲートと、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲートとに接続され、
前記第１の合成抵抗には、前記基準電流が供給され、
前記第２の合成抵抗の一端は、前記第１のオペアンプの反転入力端子と、前記第１のＭＯＳトランジスタのソースとに接続されている、電圧電流変換回路。

【請求項2】

請求項１に記載の電圧電流変換回路において、
前記基準電圧と前記基準電流との比は一定である、電圧電流変換回路。

【請求項3】

請求項１に記載の電圧電流変換回路において、
前記抵抗回路は、前記入力電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器をさらに備え、
前記基準電圧生成回路は、前記デジタル値に基づいて前記基準電圧の大きさを切り替え、
前記基準電流生成回路は、前記デジタル値に基づいて前記基準電流の大きさを切り替える、電圧電流変換回路。

【請求項4】

請求項３に記載の電圧電流変換回路において、
前記基準電圧生成回路は、前記入力電圧の大きさと前記基準電圧の大きさとの差が所定の範囲以下になるように、前記基準電圧の大きさを切り替え、
前記基準電流生成回路は、前記基準電圧と前記基準電流との比が一定になるように、前記基準電流の大きさを切り替える、電圧電流変換回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電圧電流変換回路に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、入力電圧を電流に変換する電圧電流変換回路が知られている。電圧電流変換回路は、通常、抵抗を用いて電圧を電流に変換する。

【0003】

抵抗として、ＩＣ（Integrated Circuit）内部の抵抗を用いると、製造プロセスに起因する抵抗値のばらつきが大きく、また、温度による抵抗値の変動が大きいため、電圧電流変換の精度が悪くなる。

【0004】

そのため、電圧電流変換回路は、ＩＣ外部の高精度の抵抗を用いて電圧電流変換をすることも多い。この場合、電圧電流変換の精度の問題は解消できる。しかしながら、高精度の抵抗を用いることによるコストの増加、ＩＣ外部の抵抗を接続するためのＩＣピンの追加、ＩＣ外部に抵抗を配置することによる基板面積の増大といった問題が生じる。特に複数の電圧電流変換回路がＩＣに含まれている場合、ＩＣ外部の抵抗が複数個必要になるため、これらの問題がより大きな問題となる。

【0005】

ＩＣ内部において高精度の抵抗を実現する方法として、抵抗値補正機能を有する抵抗回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４６７６６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

電圧電流変換回路において、抵抗値補正機能を有する抵抗回路を用いて、電圧を電流に変換することが考えられる。しかしながら、抵抗値補正機能を有する抵抗回路を用いた場合、出力電流の非線形の誤差に改善の余地があった。

【0008】

そこで、本開示は、出力電流の非線形の誤差を低減することが可能な電圧電流変換回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

幾つかの実施形態に係る電圧電流変換回路は、第１のオペアンプと、第１のＭＯＳトランジスタと、抵抗回路とを備え、前記第１のオペアンプ、前記第１のＭＯＳトランジスタ及び前記抵抗回路によって負帰還を形成し、前記第１のオペアンプの非反転入力端子に入力される入力電圧に基づいて出力電流を生成する電圧電流変換回路であって、前記抵抗回路は、前記入力電圧に基づいて基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記入力電圧に基づいて基準電流を生成する基準電流生成回路と、前記基準電圧が反転入力端子に接続される第２のオペアンプと、第１の抵抗と第２のＭＯＳトランジスタとが直列に接続された第１の合成抵抗と、第２の抵抗と第３のＭＯＳトランジスタとが直列に接続された第２の合成抵抗と、を備え、前記第２のオペアンプの非反転入力端子は、前記第１の合成抵抗の一端に接続され、前記第２のオペアンプの出力端子は、前記第２のＭＯＳトランジスタのゲートと、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲートとに接続され、前記第１の合成抵抗には、前記基準電流が供給され、前記第２の合成抵抗の一端は、前記第１のオペアンプの反転入力端子と、前記第１のＭＯＳトランジスタのソースとに接続されている。このような電圧電流変換回路によれば、出力電流の非線形の誤差を低減することができる。

【0010】

一実施形態に係る電圧電流変換回路において、前記基準電圧と前記基準電流との比は一定であってもよい。これにより、第１の合成抵抗の抵抗値を一定の抵抗値にすることができる。

【0011】

一実施形態に係る電圧電流変換回路において、前記抵抗回路は、前記入力電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器をさらに備え、前記基準電圧生成回路は、前記デジタル値に基づいて前記基準電圧の大きさを切り替え、前記基準電流生成回路は、前記デジタル値に基づいて前記基準電流の大きさを切り替えてもよい。

【0012】

一実施形態に係る電圧電流変換回路において、前記基準電圧生成回路は、前記入力電圧の大きさと前記基準電圧の大きさとの差が所定の範囲以下になるように、前記基準電圧の大きさを切り替え、前記基準電流生成回路は、前記基準電圧と前記基準電流との比が一定になるように、前記基準電流の大きさを切り替えてもよい。これにより、基準電圧の大きさを入力電圧の大きさに近づけることができる。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、出力電流の非線形の誤差を低減することが可能な電圧電流変換回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来の電圧電流変換回路の概略構成を示す図である。

【図2】従来の抵抗回路の概略構成を示す図である。

【図3】比較例に係る電圧電流変換回路の概略構成を示す図である。

【図4A】ＭＯＳトランジスタのＶｄｓ－Ｉｄ特性を示す図である。

【図4B】図４Ａの一部を拡大した図である。

【図5】一実施形態に係る電圧電流変換回路の概略構成を示す図である。

【図6】一実施形態に係る電圧電流変換回路の具体例を示す図である。

【図7】入力電圧ＶｉｎとＡＤ変換器の出力との関係を示す図である。

【図8】変形例に係る電圧電流変換回路の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（電圧電流変換回路）
最初に、従来の基本的な電圧電流変換回路について説明する。図１は、従来の電圧電流変換回路２００の概略構成を示す図である。

【0016】

電圧電流変換回路２００は、オペアンプ２０１と、ＭＯＳトランジスタ２０２と、抵抗２０３とを備える。

【0017】

図１において、Ｖｉｎは、電圧電流変換回路２００への入力電圧である。Ｉｏｕｔは、電圧電流変換回路２００の出力電流である。Ｖａは、抵抗２０３の一端の端子電圧である。

【0018】

オペアンプ２０１は、負帰還により、非反転入力端子に入力される入力電圧Ｖｉｎと、反転入力端子の電圧である端子電圧Ｖａとが同じ電圧になるように、ＭＯＳトランジスタ２０２のゲート電圧を制御する。

【0019】

なお、厳密にいえば、オペアンプ２０１の制御によって、入力電圧Ｖｉｎと端子電圧Ｖａとが完全に同じ電圧になるわけではないが、入力電圧Ｖｉｎと端子電圧Ｖａとは、ほぼ同じ電圧になる。本明細書においては、このような負帰還による制御については、入力電圧Ｖｉｎと端子電圧Ｖａとが「同じ電圧」になると表現することとする。

【0020】

抵抗２０３の抵抗値をＲとすると、抵抗２０３に流れる電流、すなわち出力電流Ｉｏｕｔは、Ｉｏｕｔ＝Ｖａ／Ｒである。また、オペアンプ２０１の制御により、入力電圧Ｖｉｎと端子電圧Ｖａとは、同じ電圧となる。したがって、出力電流Ｉｏｕｔは、以下の式で表される。
Ｉｏｕｔ＝Ｖｉｎ／Ｒ

【0021】

すなわち、入力電圧Ｖｉｎと、抵抗２０３の抵抗値Ｒとに基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを決定することができる。

【0022】

電圧電流変換回路２００において、抵抗２０３をＩＣ内部の抵抗とすると、製造プロセスに起因する抵抗値のばらつきが大きくなり、また、温度による抵抗値の変動が大きくなる。そのため、電圧電流変換回路２００において、抵抗２０３をＩＣ内部の抵抗とすると、電圧電流変換の精度が悪くなる。

【0023】

また、電圧電流変換回路２００において、抵抗２０３に、ＩＣ外部の高精度の抵抗を用いると、電圧電流変換の精度の問題は解消するが、コストの増加、ＩＣピンの追加、基板面積の増大といった問題が生じることとなる。

【0024】

（抵抗回路）
続いて、従来の抵抗回路について説明する。ＩＣ内部において高精度な抵抗を実現するための回路として、抵抗値補正機能を有する抵抗回路が知られている。図２は、抵抗値補正機能を有する従来の抵抗回路３００の概略構成を示す図である。

【0025】

抵抗回路３００は、オペアンプ３１０と、電流源３２０と、第１の合成抵抗３３０と、第２の合成抵抗３４０とを備える。第１の合成抵抗３３０は、抵抗３３１とＭＯＳトランジスタ３３２とが直列に接続された構成である。第２の合成抵抗３４０は、抵抗３４１とＭＯＳトランジスタ３４２とが直列に接続された構成である。

【0026】

図２において、Ｖｒｅｆ１は、ＩＣの内部で生成されている基準電圧である。基準電圧Ｖｒｅｆ１は、オペアンプ３１０の反転入力端子に入力される。Ｉｒｅｆ１は、電流源３２０が生成する基準電流である。Ｉは、第２の合成抵抗３４０に流れる電流である。Ｖａは、第１の合成抵抗３３０の一端の端子電圧である。Ｖｂは、第２の合成抵抗３４０の一端の端子電圧である。

【0027】

抵抗３３１と抵抗３４１とは、同じ形状の抵抗であり、同じ抵抗値を有する。ＭＯＳトランジスタ３３２とＭＯＳトランジスタ３４２とは、同じ形状のＭＯＳトランジスタであり、同じ特性を有する。

【0028】

オペアンプ３１０は、負帰還により、反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ１と、反転入力端子の電圧である端子電圧Ｖａとが同じ電圧になるように、ＭＯＳトランジスタ３３２のゲート電圧を制御する。

【0029】

このとき、ＭＯＳトランジスタ３３２は、ゲート電圧制御の可変抵抗として機能する。また、このとき、ＭＯＳトランジスタ３３２は、線形領域で動作する。

【0030】

ＭＯＳトランジスタ３３２のオン抵抗をＲｏｎ１、抵抗３３１の抵抗値をＲ１、第１の合成抵抗３３０の抵抗値をＲａとすると、第１の合成抵抗３３０の抵抗値Ｒａは、以下の式で表される。
Ｒａ＝Ｒ１＋Ｒｏｎ１＝Ｖａ／Ｉｒｅｆ１

【0031】

ここで、オペアンプ３１０の制御により、基準電圧Ｖｒｅｆ１と端子電圧Ｖａとは、同じ電圧となる。したがって、第１の合成抵抗３３０の抵抗値Ｒａは、以下の式で表される。
Ｒａ＝Ｖｒｅｆ１／Ｉｒｅｆ１

【0032】

また、第２の合成抵抗３４０に含まれるＭＯＳトランジスタ３４２のゲート－ソース間電圧は、第１の合成抵抗３３０に含まれるＭＯＳトランジスタ３３２のゲート－ソース間電圧と等しい。

【0033】

ここで、第２の合成抵抗３４０に流れる電流Ｉと、基準電流Ｉｒｅｆ１とが等しい場合、ＭＯＳトランジスタ３４２の動作状態は、ＭＯＳトランジスタ３３２の動作状態と等しくなる。そうすると、ＭＯＳトランジスタ３４２のオン抵抗は、ＭＯＳトランジスタ３３２のオン抵抗と等しくなる。

【0034】

また、抵抗３４１の抵抗値は、抵抗３３１の抵抗値と等しいため、第２の合成抵抗３４０の抵抗値は、第１の合成抵抗３３０の抵抗値と等しくなる。したがって、第２の合成抵抗３４０の抵抗値をＲｂとすると、第２の合成抵抗３４０の抵抗値Ｒｂは、以下の式で表される。
Ｒｂ＝Ｒａ＝Ｖｒｅｆ１／Ｉｒｅｆ１

【0035】

このように、第２の合成抵抗３４０の抵抗値は、Ｖｒｅｆ１とＩｒｅｆ１とによって決まるため、抵抗３４１の抵抗値のばらつき及びＭＯＳトランジスタ３４２の特性のばらつきの影響を受けない。また、高精度のＶｒｅｆ１及びＩｒｅｆ１を用いれば、第２の合成抵抗３４０の抵抗値を高精度の抵抗値とすることができる。

【0036】

なお、図２に示す抵抗回路３００は、電流源３２０を備えている。電流源３２０が生成する基準電流Ｉｒｅｆ１を高精度の基準電流とするためには、高精度の外付け抵抗が必要である。したがって、抵抗回路３００が高精度の外付け抵抗を完全に不要としているわけではない。しかしながら、ＩＣの内部においては、他の用途で基準電流を生成していることが多いため、その基準電流を活用すれば、抵抗回路３００用に専用の外付け抵抗を設けなくても、基準電流Ｉｒｅｆ１を生成することができる。

【0037】

（比較例）
図３は、比較例に係る電圧電流変換回路４００の概略構成を示す図である。

【0038】

比較例に係る電圧電流変換回路４００は、図１に示した電圧電流変換回路２００の抵抗２０３を、図２に示した抵抗回路３００で置き換えた構成である。

【0039】

比較例に係る電圧電流変換回路４００は、抵抗回路３００の第２の合成抵抗３４０を抵抗として用いることで、ＩＣ外部の高精度の抵抗を用いなくても、ある程度高い精度で電圧電流変換をすることができる。

【0040】

しかしながら、比較例に係る電圧電流変換回路４００は、電圧電流変換した後の出力電流に若干の非線形の誤差がある。以下、電圧電流変換回路４００の出力電流における非線形の誤差について説明する。

【0041】

電圧電流変換回路４００において、入力電圧Ｖｉｎは可変である。入力電圧Ｖｉｎが変動すると、オペアンプ２０１は、非反転入力端子に入力される入力電圧Ｖｉｎと、反転入力端子の電圧である端子電圧Ｖｂとが同じ電圧になるように、ＭＯＳトランジスタ２０２のゲート電圧を制御する。したがって、端子電圧Ｖｂは、入力電圧Ｖｉｎとともに変動する。

【0042】

一方、端子電圧Ｖａは、Ｖｒｅｆ１と同じ電圧であり、一定の電圧である。したがって、端子電圧Ｖｂと端子電圧Ｖａとは、常に等しい電圧となっているわけではない。

【0043】

また、出力電流Ｉｏｕｔは、第２の合成抵抗３４０の抵抗値をＲｂとすると、Ｉｏｕｔ＝Ｖｉｎ／Ｒｂと表される。したがって、出力電流Ｉｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎとともに変動する。

【0044】

一方、電流源３２０が生成する基準電流Ｉｒｅｆ１は、一定の電流である。したがって、出力電流Ｉｏｕｔと基準電流Ｉｒｅｆ１とは、常に等しい電流となっているわけではない。

【0045】

このため、ＭＯＳトランジスタ３４２のオン抵抗であるＲｏｎ２と、ＭＯＳトランジスタ３３２のオン抵抗であるＲｏｎ１とは、常に等しいとは限らない。したがって、第２の合成抵抗３４０の抵抗値であるＲｂと、第１の合成抵抗３３０の抵抗値であるＲａとは、常に等しいとは限らない。

【0046】

ＭＯＳトランジスタ３４２のオン抵抗であるＲｏｎ２と、ＭＯＳトランジスタ３３２のオン抵抗であるＲｏｎ１とが等しいとは限らないことについて、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは、ＭＯＳトランジスタのＶｄｓ－Ｉｄ特性を示す図である。図４Ｂは、図４Ａの一部を拡大した図である。

【0047】

ＭＯＳトランジスタのオン抵抗Ｒｏｎは、Ｒｏｎ＝Ｖｄｓ／Ｉｄである。Ｖｄｓ－Ｉｄ特性が直線であれば、Ｖｄｓ又はＩｄの値にかかわらず、Ｒｏｎは一定である。しかしながら、実際には、Ｖｄｓ－Ｉｄ特性は、図４Ａに示すように曲線である。

【0048】

Ｉｄ＝Ｉｒｅｆ１のときのＶｄｓをＶｄｓ１とすると、オン抵抗Ｒｏｎ１は、Ｒｏｎ１＝Ｖｄｓ１／Ｉｒｅｆ１である。また、Ｉｄ＝ＩｏｕｔのときのＶｄｓをＶｄｓ２とすると、オン抵抗Ｒｏｎ２は、Ｒｏｎ２＝Ｖｄｓ２／Ｉｏｕｔである。

【0049】

図４Ｂを参照すると、オン抵抗Ｒｏｎ１＝Ｖｄｓ１／Ｉｒｅｆ１と、オン抵抗Ｒｏｎ２＝Ｖｄｓ２／Ｉｏｕｔは、異なる抵抗値である。このようなオン抵抗Ｒｏｎ１とオン抵抗Ｒｏｎ２との抵抗値の差は、入力電圧Ｖｉｎと基準電圧Ｖｒｅｆ１との差が大きくなるほど大きくなる。

【0050】

このように、入力電圧Ｖｉｎの大きさが基準電圧Ｖｒｅｆ１の大きさと異なると、ＭＯＳトランジスタ３４２のオン抵抗Ｒｏｎ２とＭＯＳトランジスタ３３２のオン抵抗Ｒｏｎ１とが異なる抵抗値となる。これにより、第２の合成抵抗３４０の抵抗値Ｒｂが一定の抵抗値ではなくなるため、出力電流Ｉｏｕｔには非線形の誤差が生じることになる。

【0051】

（本開示の電圧電流変換回路）
図５は、一実施形態に係る電圧電流変換回路１の概略構成を示す図である。図１を参照して、電圧電流変換回路１の構成及び機能について説明する。

【0052】

電圧電流変換回路１は、抵抗回路１０と、第１のオペアンプ２０と、第１のＭＯＳトランジスタ３０とを備える。図５において、Ｖｉｎは、電圧電流変換回路１への入力電圧である。Ｉｏｕｔは、電圧電流変換回路１の出力電流である。

【0053】

電圧電流変換回路１は、第１のオペアンプ２０と、第１のＭＯＳトランジスタ３０と、抵抗回路１０とによって負帰還を形成する。電圧電流変換回路１は、第１のオペアンプ２０の非反転入力端子に入力される入力電圧Ｖｉｎに基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを生成する。

【0054】

第１のオペアンプ２０の非反転入力端子には入力電圧Ｖｉｎが入力される。第１のオペアンプ２０の反転入力端子は、第１のＭＯＳトランジスタ３０のソースに接続されている。また、第１のオペアンプ２０の反転入力端子は、抵抗回路１０の第２の合成抵抗１６の一端に接続されている。第１のオペアンプ２０の出力端子は、第１のＭＯＳトランジスタ３０のゲートに接続されている。第１のＭＯＳトランジスタ３０は、ＮＭＯＳである。

【0055】

抵抗回路１０は、ＡＤ変換器１１と、基準電圧生成回路１２と、基準電流生成回路１３と、第２のオペアンプ１４と、第１の合成抵抗１５と、第２の合成抵抗１６とを備える。第１の合成抵抗１５は、第１の抵抗１５１と第２のＭＯＳトランジスタ１５２とが直列に接続された構成である。第２の合成抵抗１６は、第２の抵抗１６１と第３のＭＯＳトランジスタ１６２とが直列に接続された構成である。第２のＭＯＳトランジスタ１５２及び第３のＭＯＳトランジスタ１６２は、ＮＭＯＳである。

【0056】

第１の抵抗１５１と第２の抵抗１６１とは、同じ形状の抵抗であり、同じ抵抗値を有する。第２のＭＯＳトランジスタ１５２と第３のＭＯＳトランジスタ１６２とは、同じ形状のＭＯＳトランジスタであり、同じ特性を有する。

【0057】

図５の抵抗回路１０において、Ｖｒｅｆは、基準電圧生成回路１２が生成する基準電圧である。Ｉｒｅｆは、基準電流生成回路１３が生成する基準電流である。Ｖａは、第１の合成抵抗１５の一端の端子電圧である。Ｖｂは、第２の合成抵抗１６の一端の端子電圧である。

【0058】

ＡＤ変換器１１は、入力電圧Ｖｉｎをデジタル値に変換する。ＡＤ変換器１１は、デジタル値に変換した入力電圧Ｖｉｎを、基準電圧生成回路１２及び基準電流生成回路１３に出力する。

【0059】

基準電圧生成回路１２は、ＡＤ変換器１１から供給された、デジタル値に変換された入力電圧Ｖｉｎに基づいて、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。基準電圧生成回路１２は、基準電圧Ｖｒｅｆの大きさが、入力電圧Ｖｉｎの大きさに近い大きさになるように、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。より具体的には、基準電圧生成回路１２は、入力電圧Ｖｉｎの大きさと基準電圧Ｖｒｅｆの大きさとの差が所定の範囲以下になるように、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。

【0060】

基準電流生成回路１３は、ＡＤ変換器１１から供給された、デジタル値に変換された入力電圧Ｖｉｎに基づいて、基準電流Ｉｒｅｆを生成する。基準電流生成回路１３は、基準電圧生成回路１２が生成する基準電圧Ｖｒｅｆと基準電流Ｉｒｅｆとの比が一定になるように、基準電流Ｉｒｅｆを生成する。

【0061】

第２のオペアンプ１４の反転入力端子は、基準電圧生成回路１２に接続されている。第２のオペアンプ１４の反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。第２のオペアンプ１４の非反転入力端子は、第１の合成抵抗１５の一端に接続されている。第２のオペアンプ１４の出力端子は、第２のＭＯＳトランジスタ１５２のゲートと、第３のＭＯＳトランジスタ１６２のゲートとに接続されている。

【0062】

第２のオペアンプ１４は、負帰還により、反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆと、非反転入力端子の電圧である端子電圧Ｖａとが同じ電圧になるように、第２のＭＯＳトランジスタ１５２のゲート電圧を制御する。

【0063】

第１の合成抵抗１５の一端は、基準電流生成回路１３と、第２のオペアンプ１４の非反転入力端子とに接続されている。第１の合成抵抗１５には、基準電流生成回路１３が生成した基準電流Ｉｒｅｆが供給される。

【0064】

このとき、第２のＭＯＳトランジスタ１５２は、ゲート電圧制御の可変抵抗として機能する。また、このとき、第２のＭＯＳトランジスタ１５２は、線形領域で動作する。

【0065】

第２のＭＯＳトランジスタ１５２のオン抵抗をＲｏｎ１、第１の抵抗１５１の抵抗値をＲ１、第１の合成抵抗１５の抵抗値をＲａとすると、第１の合成抵抗１５の抵抗値Ｒａは、以下の式で表される。
Ｒａ＝Ｒ１＋Ｒｏｎ１＝Ｖａ／Ｉｒｅｆ

【0066】

ここで、第２のオペアンプ１４の制御により、基準電圧Ｖｒｅｆと端子電圧Ｖａとは、同じ電圧となる。したがって、第１の合成抵抗１５の抵抗値Ｒａは、以下の式で表される。
Ｒａ＝Ｖｒｅｆ／Ｉｒｅｆ

【0067】

基準電圧Ｖｒｅｆと基準電流Ｉｒｅｆとの比（Ｖｒｅｆ／Ｉｒｅｆ）は一定であるため、第１の合成抵抗１５の抵抗値Ｒａは、常に一定の値となる。すなわち、第１の合成抵抗１５の抵抗値Ｒａは、入力電圧Ｖｉｎの値に関わらず、常に一定の値となる。

【0068】

第２の合成抵抗１６の一端は、第１のオペアンプ２０の反転入力端子と、第１のＭＯＳトランジスタ３０のソースとに接続されている。第２の合成抵抗１６に流れる電流は、そのまま第１のＭＯＳトランジスタ３０に流れ、出力電流Ｉｏｕｔとなる。

【0069】

第２の合成抵抗１６に含まれる第３のＭＯＳトランジスタ１６２のゲート－ソース間電圧は、第１の合成抵抗１５に含まれる第２のＭＯＳトランジスタ１５２のゲート－ソース間電圧と等しい。

【0070】

ここで、第１の合成抵抗１５に含まれる第２のＭＯＳトランジスタ１５２の動作状態と、第２の合成抵抗１６に含まれる第３のＭＯＳトランジスタ１６２の動作状態とがほぼ同じであれば、第２のＭＯＳトランジスタ１５２のオン抵抗Ｒｏｎ１と、第３のＭＯＳトランジスタ１６２のオン抵抗Ｒｏｎ２とは、ほぼ等しくなる。

【0071】

第１のオペアンプ２０は、負帰還により、入力電圧Ｖｉｎと端子電圧Ｖｂとが同じ電圧になるように、第１のＭＯＳトランジスタ３０のゲート電圧を制御する。したがって、第２の合成抵抗１６の一端の端子電圧Ｖｂは、Ｖｂ＝Ｖｉｎである。

【0072】

一方、第２のオペアンプ１４は、負帰還により、基準電圧Ｖｒｅｆと端子電圧Ｖａとが同じ電圧になるように、第２のＭＯＳトランジスタ１５２のゲート電圧を制御する。したがって、第２の合成抵抗１６の一端の端子電圧Ｖａは、Ｖａ＝Ｖｒｅｆである。

【0073】

ここで、基準電圧生成回路１２は、基準電圧Ｖｒｅｆの大きさが、入力電圧Ｖｉｎの大きさに近い大きさになるように、基準電圧Ｖｒｅｆを生成している。したがって、第２の合成抵抗１６の一端の端子電圧Ｖｂと、第１の合成抵抗１５の一端の端子電圧Ｖａとは、ほぼ同じ大きさであり、第１の合成抵抗１５に含まれる第２のＭＯＳトランジスタ１５２の動作状態と、第２の合成抵抗１６に含まれる第３のＭＯＳトランジスタ１６２の動作状態とは、ほぼ同じになる。したがって、第２のＭＯＳトランジスタ１５２のオン抵抗Ｒｏｎ１と、第３のＭＯＳトランジスタ１６２のオン抵抗Ｒｏｎ２とは、ほぼ等しくなる。

【0074】

第２のＭＯＳトランジスタ１５２のオン抵抗Ｒｏｎ１と、第３のＭＯＳトランジスタ１６２のオン抵抗Ｒｏｎ２とが、ほぼ等しいため、第１の合成抵抗１５の抵抗値Ｒａと、第２の合成抵抗１６の抵抗値Ｒｂは、ほぼ等しい。このように、第２の合成抵抗１６の抵抗値Ｒｂは、入力電圧Ｖｉｎの大きさに関わらず、第１の合成抵抗１５の抵抗値Ｒａとほぼ等しい抵抗値であるため、電圧電流変換回路１は、出力電流Ｉｏｕｔの非線形の誤差を低減することができる。

【0075】

以上のような、一実施形態に係る電圧電流変換回路１によれば、出力電流Ｉｏｕｔの非線形の誤差を低減することができる。より具体的には、電圧電流変換回路１の抵抗回路１０が備える基準電圧生成回路１２は、入力電圧Ｖｉｎに基づいて基準電圧を生成する。そのため、第１の合成抵抗１５の第２のＭＯＳトランジスタ１５２の動作状態と、第２の合成抵抗１６の第３のＭＯＳトランジスタ１６２の動作状態を同じ動作状態とすることができる。これにより、第２の合成抵抗の抵抗値Ｒｂを、第１の合成抵抗１５の抵抗値Ｒａと、ほぼ等しい抵抗値とすることができるため、本実施形態に係る電圧電流変換回路１は、出力電流Ｉｏｕｔの非線形の誤差を低減することができる。

【0076】

図３に示した比較例に係る電圧電流変換回路４００と比較すると、比較例に係る電圧電流変換回路４００は、入力電圧Ｖｉｎの大きさに関わらず基準電圧Ｖｒｅｆ１の大きさが固定であったため、第２の合成抵抗３４０の抵抗値が入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて変動し、出力電流Ｉｏｕｔに非線形の誤差が生じていた。これに対し、本実施形態に係る電圧電流変換回路１は、入力電圧Ｖｉｎの値に応じて、基準電圧Ｖｒｅｆの大きさを、入力電圧Ｖｉｎの大きさに近づけるように変動させるため、第２の合成抵抗１６の抵抗値が、入力電圧Ｖｉｎが変動してもほとんど変動しない。したがって、本実施形態に係る電圧電流変換回路１は、出力電流Ｉｏｕｔの非線形の誤差を低減することができる。

【0077】

（電圧電流変換回路の具体例）
図６は、電圧電流変換回路１の具体例の一例を示す図である。なお、図６に示す構成は、電圧電流変換回路１の一例として示すものであり、電圧電流変換回路１は、この構成に限定されるものではない。

【0078】

図６に具体例として示すＡＤ変換器１１は、コンパレータ１１１－１～１１１－３と、デコーダ１１２とを備える。コンパレータ１１１－１～１１１－３は、図６においては、「ＣＭＰ」と表記している。

【0079】

コンパレータ１１１－１は、入力電圧Ｖｉｎと、閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較し、入力電圧Ｖｉｎの大きさが閾値電圧Ｖｔｈ１の大きさ以上であるとき、Ｈｉｇｈ信号を出力する。コンパレータ１１１－２は、入力電圧Ｖｉｎと、閾値電圧Ｖｔｈ２とを比較し、入力電圧Ｖｉｎの大きさが閾値電圧Ｖｔｈ２の大きさ以上であるとき、Ｈｉｇｈ信号を出力する。コンパレータ１１１－３は、入力電圧Ｖｉｎと、閾値電圧Ｖｔｈ３とを比較し、入力電圧Ｖｉｎの大きさが閾値電圧Ｖｔｈ３の大きさ以上であるとき、Ｈｉｇｈ信号を出力する。

【0080】

閾値電圧Ｖｔｈ１～Ｖｔｈ３は、Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ３という関係である。

【0081】

デコーダ１１２は、コンパレータ１１１－１～１１１－３から供給された信号をデコードし、デジタル信号Ｓ１～Ｓ４を出力する。デジタル信号Ｓ１～Ｓ４は、基準電圧生成回路１２が備えるスイッチ１２２－１～１２２－４と、基準電流生成回路１３が備えるスイッチ１３２－１～１３２－４を制御する信号である。

【0082】

図７に、入力電圧Ｖｉｎの大きさと、ＡＤ変換器１１が出力するデジタル信号Ｓ１～Ｓ４との関係を示す。図７において、「１」はＨｉｇｈ信号を示し、「０」はＬｏｗ信号を示す。

【0083】

図６に具体例として示す基準電圧生成回路１２は、電圧源１２１－１～１２１－４と、スイッチ１２２－１～１２２－４とを備える。

【0084】

電圧源１２１－１は、電圧がＶｒｅｆ１の電圧源である。電圧源１２１－２は、電圧がＶｒｅｆ２の電圧源である。電圧源１２１－３は、電圧がＶｒｅｆ３の電圧源である。電圧源１２１－４は、電圧がＶｒｅｆ４の電圧源である。

【0085】

電圧源１２１は、一定の電圧を出力可能な任意の構成の電圧源であってよい。電圧源１２１は、例えば、抵抗分割回路であってよい。

【0086】

Ｖｒｅｆ１～Ｖｒｅｆ４と、Ｖｔｈ１～Ｖｔｈ３との大小関係は以下のように表される。
Ｖｒｅｆ１＜Ｖｔｈ１＜Ｖｒｅｆ２＜Ｖｔｈ２＜Ｖｒｅｆ３＜Ｖｔｈ３＜Ｖｒｅｆ４

【0087】

スイッチ１２２－１～１２２－４のオン／オフは、それぞれ、デジタル信号Ｓ１～Ｓ４によって制御される。デジタル信号Ｓ１が「１」であるとき、スイッチ１２２－１がオンする。デジタル信号Ｓ２が「１」であるとき、スイッチ１２２－２がオンする。デジタル信号Ｓ３が「１」であるとき、スイッチ１２２－３がオンする。デジタル信号Ｓ４が「１」であるとき、スイッチ１２２－４がオンする。

【0088】

このように、入力電圧Ｖｉｎの大きさに基づいて、入力電圧Ｖｉｎの大きさに近い大きさの電圧を出力する電圧源１２１が選択されるように切り替えることにより、基準電圧生成回路１２は、基準電圧Ｖｒｅｆとして、入力電圧Ｖｉｎの大きさに近い大きさの電圧を出力することができる。

【0089】

図６に具体例として示す基準電流生成回路１３は、電流源１３１－１～１３１－４と、スイッチ１３２－１～１３２－４とを備える。

【0090】

電流源１３１－１は、電流がＩｒｅｆ１の電流源である。電流源１３１－２は、電流がＩｒｅｆ２の電流源である。電流源１３１－３は、電流がＩｒｅｆ３の電流源である。電流源１３１－４は、電流がＩｒｅｆ４の電流源である。

【0091】

電流源１３１は、一定の電流を出力可能な任意の構成の電流源であってよい。電流源１３１は、例えば、カレントミラー回路であってよい。

【0092】

Ｉｒｅｆ１～Ｉｒｅｆ４の大きさは、ＶｒｅｆｘとＩｒｅｆｘとの比が常に一定となるように、以下のように設定されている。
Ｖｒｅｆ１／Ｉｒｅｆ１＝Ｖｒｅｆ２／Ｉｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆ３／Ｉｒｅｆ３＝Ｖｒｅｆ４／Ｉｒｅｆ４

【0093】

スイッチ１３２－１～１３２－４のオン／オフは、それぞれ、デジタル信号Ｓ１～Ｓ４によって制御される。デジタル信号Ｓ１が「１」であるとき、スイッチ１３２－１がオンする。デジタル信号Ｓ２が「１」であるとき、スイッチ１３２－２がオンする。デジタル信号Ｓ３が「１」であるとき、スイッチ１３２－３がオンする。デジタル信号Ｓ４が「１」であるとき、スイッチ１３２－４がオンする。

【0094】

このように、入力電圧Ｖｉｎの大きさに基づいて、ＶｒｅｆｘとＩｒｅｆｘとの比が常に一定となるように、電流源１３１が選択されることにより、ＶｒｅｆｘとＩｒｅｆｘとの比は常に一定となる。

【0095】

（変形例）
図８は、変形例に係る電圧電流変換回路１ａの概略構成を示す図である。図８を参照して、変形例に係る電圧電流変換回路１ａについて説明する。

【0096】

変形例に係る電圧電流変換回路１ａは、第１のオペアンプ２０－１～２０－３と、第１のＭＯＳトランジスタ３０－１～３０－３と、抵抗回路１０ａとを備える。

【0097】

変形例に係る電圧電流変換回路１ａは、３本の出力電流を出力できるという点で、図５に示した電圧電流変換回路１と相違する。なお、図８においては、３本の出力電流を出力する構成を示しているが、これは一例である。変形例に係る電圧電流変換回路１ａは、２本の出力電流を出力可能であってもよいし、４本以上の出力電流を出力可能であってもよい。

【0098】

本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。従って、先の記述は例示的であり、これに限定されない。開示の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含される。

【0099】

例えば、上述した各構成部の配置及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の配置及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。

【0100】

例えば、図６に示した電圧電流変換回路１の具体例において、ＡＤ変換器１１が４つのデジタル信号Ｓ１～Ｓ４を出力し、基準電圧生成回路１２が４つの電圧源１２１を切り替え、基準電流生成回路１３が４つの電流源１３１を切り替えるものとして説明した。しかしながら、ＡＤ変換器１１が出力するデジタル信号の数、基準電圧生成回路１２が切り替える電圧源１２１の数、基準電流生成回路１３が切り替える電流源１３１の数は４つに限定されない。ＡＤ変換器１１が出力するデジタル信号の数、基準電圧生成回路１２が切り替える電圧源１２１の数、基準電流生成回路１３が切り替える電流源１３１の数は、任意の個数であってよい。

【0101】

例えば、図５に示した電圧電流変換回路１において、第１の抵抗１５１と第２の抵抗１６１とが、同じ形状の抵抗であり、同じ抵抗値を有するものとして説明した。また、第２のＭＯＳトランジスタ１５２と第３のＭＯＳトランジスタ１６２とが、同じ形状のＭＯＳトランジスタであり、同じ特性を有するものとして説明した。しかしながら、このように同一の形状ではなく、一定の比を有する関係であってもよい。例えば、第２の抵抗１６１が、第１の抵抗１５１と同じ形状の抵抗を２つ並列接続した構成であり、第３のＭＯＳトランジスタ１６２が、第２のＭＯＳトランジスタ１５２と同じ形状のＭＯＳトランジスタを２つ並列接続した構成であってもよい。この場合、出力電流Ｉｏｕｔは２倍になる。

【0102】

例えば、図５に示した電圧電流変換回路１において、第１のＭＯＳトランジスタ３０、第２のＭＯＳトランジスタ１５２及び第３のＭＯＳトランジスタ１６２がＮＭＯＳであるとして説明した。しかしながら、これに限定されず、電圧電流変換回路１は、第１のＭＯＳトランジスタ３０、第２のＭＯＳトランジスタ１５２及び第３のＭＯＳトランジスタ１６２がＰＭＯＳであるような構成であってもよい。

【符号の説明】

【0103】

１、１ａ 電圧電流変換回路
１０、１０ａ 抵抗回路
１１ ＡＤ変換器
１２ 基準電圧生成回路
１３ 基準電流生成回路
１４ 第２のオペアンプ
１５ 第１の合成抵抗
１６ 第２の合成抵抗
２０ 第１のオペアンプ
３０ 第１のＭＯＳトランジスタ
１１１ コンパレータ
１１２ デコーダ
１２１ 電圧源
１２２ スイッチ
１３１ 電流源
１３２ スイッチ
１５１ 第１の抵抗
１５２ 第２のＭＯＳトランジスタ
１６１ 第２の抵抗
１６２ 第３のＭＯＳトランジスタ
２００ 電圧電流変換回路
２０１ オペアンプ
２０２ ＭＯＳトランジスタ
２０３ 抵抗
３００ 抵抗回路
３１０ オペアンプ
３２０ 電流源
３３０ 第１の合成抵抗
３３１ 抵抗
３３２ ＭＯＳトランジスタ
３４０ 第２の合成抵抗
３４１ 抵抗
３４２ ＭＯＳトランジスタ
４００ 電圧電流変換回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】