特許 7405589 増幅装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/38 20060101AFI20231219BHJP

   H03F 3/34 20060101ALI20231219BHJP

   H03F 3/68 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

H03F3/38

H03F3/34 210

H03F3/68

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019224540

(22)【出願日】2019-12-12

(65)【公開番号】P2021093683

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-10-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 大司

【審査官】▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２４４５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６４４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０２５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３６８２６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｆ１／００－Ｈ０３Ｆ３／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力信号を高周波帯域に変調する第１のチョッパ変調器と、
前記第１のチョッパ変調器の出力を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第２のチョッパ変調器と、
前記第２のチョッパ変調器の出力を増幅する第２の増幅器と、
前記第１の増幅器と前記第２のチョッパ変調器との間に入出力が接続され、前記第１の増幅器の出力を負帰還して前記第１の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するノイズリダクションループ回路と、を備え、
前記ノイズリダクションループ回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、
前記ノイズリダクションループ回路の入力を増幅する第３の増幅器と、
前記第３の増幅器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を増幅する第４の増幅器と、を有し、
並列に接続された少なくとも３つの増幅器である第１乃至第３のオートゼロ増幅器を備え、これらのオートゼロ増幅器において前記第２の増幅器と前記第３の増幅器とを切り替えて機能させるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、
それぞれの前記オートゼロ増幅器において、
第１の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第１の相互コンダクタンス増幅器の入力信号を無信号状態としたときに前記第１の相互コンダクタンス増幅器の出力を入力する第２の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第２の相互コンダクタンス増幅器の入力において第１の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を保持するサンプリング容量と、を有し、
前記第２のチョッパ変調器の出力に接続された第１の入力経路及び前記第１の入力経路に入力される信号を前記第２の増幅器として機能する前記オートゼロ増幅器が有する前記第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第１の増幅経路に接続される第１の出力経路と、
前記第１の増幅器の出力と前記第２のチョッパ変調器の入力との間に接続された第２の入力経路及び前記第２の入力経路に入力される信号を前記第３の増幅器として機能する前記オートゼロ増幅器が有する前記第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第２の増幅経路に接続される第２の出力経路と、
前記第１の入力経路及び前記第１の出力経路と、前記第２の入力経路及び前記第２の出力経路との経路切り替えを行うスイッチと、を備える、増幅装置。

【請求項2】

請求項１に記載の増幅装置であって、
それぞれの前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器は、
前記スイッチにより、
前記サンプリング容量により前記校正電圧を保持する校正モードと、
前記第１の入力経路及び前記第１の出力経路に接続され、前記第１の増幅経路の増幅を行う経路１モードと、
前記第２の入力経路及び前記第２の出力経路に接続され、前記第２の増幅経路の増幅を行う経路２モードと、の３つの動作モードに切り替え可能に設けられ、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、
一つの前記オートゼロ増幅器が前記校正モードとなり、
他の一つの前記オートゼロ増幅器が前記経路１モードとなり、
さらに他の一つの前記オートゼロ増幅器が前記経路２モードとなるように、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードを前記校正モード、前記経路１モード、前記経路２モードに順次、前記スイッチにより切り替える、増幅装置。

【請求項3】

請求項２に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記動作モードの組み合わせとして、
前記第１のオートゼロ増幅器が前記経路１モードであり、前記第２のオートゼロ増幅器が前記経路２モードであり、前記第３のオートゼロ増幅器が前記校正モードであるフェイズ１と、
前記第１のオートゼロ増幅器が前記経路２モードであり、前記第２のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第３のオートゼロ増幅器が前記経路１モードであるフェイズ２と、
前記第１のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第２のオートゼロ増幅器が前記経路１モードであり、前記第３のオートゼロ増幅器が前記経路２モードであるフェイズ３と、を有し、複数のフェイズを時系列に切り替える、増幅装置。

【請求項4】

請求項３に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ１乃至前記フェイズ３を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置。

【請求項5】

請求項４に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ１、前記フェイズ２、及び前記フェイズ３を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置。

【請求項6】

請求項４に記載の増幅装置であって、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ３、前記フェイズ２、及び前記フェイズ１を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置。

【請求項7】

請求項１に記載の増幅装置であって、
前記フィルタ回路は、増幅器と容量とにより構成される積分回路を含み、前記第３の増幅器の出力の低周波信号成分を増幅し、高周波信号成分を低減する、増幅装置。

【請求項8】

請求項１に記載の増幅装置であって、
前記第２の増幅器の出力に接続され、入力信号を増幅する１つ以上の増幅器と、位相補償回路とを有する、増幅装置。

【請求項9】

請求項１に記載の増幅装置であって、
前記第１乃至第４の増幅器は、相互コンダクタンス増幅器を含む、増幅装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、増幅装置に関する。

【背景技術】

【0002】

増幅器は、センサ信号等の増幅に広く用いられているが、いくつかの応用例では、増幅器内部のオフセット成分及び低周波雑音成分が非常に小さいことを要求される。従来の増幅器では、オフセット成分及び低周波雑音成分がその要求を満たすことができないため、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法が多く存在している。

【0003】

オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法の一例として、チョッパ安定化増幅器が存在している。チョッパ安定化増幅器は、チョッパ変調器を用いて入力段の増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分のみが高周波帯域に変調するように構成することで、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法である。

【0004】

オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法の他の例として、オートゼロ増幅器が存在している。オートゼロ増幅器は、内蔵している校正回路によって増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法である。一般にオートゼロ増幅器は、スイッチによって入出力を切り替え、校正モードと増幅モードとを交互に動作させる。そのため、一つのオートゼロ増幅器だけでは、校正モードの時に信号を増幅することができない。そこで、例えば非特許文献１に開示されているように、二つのオートゼロ増幅器を用意し、一方のオートゼロ増幅器が校正モードの時、もう片方が増幅モードとなり信号を増幅するように構成されたＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器が採用されている。

【0005】

以上のように、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法の例として、チョッパ安定化増幅器とオートゼロ増幅器とが存在する。しかし、チョッパ安定化増幅器は、オフセット成分及び低周波雑音成分が高周波帯域に変調され、それがリップルノイズとなり、リップルノイズによる高周波雑音成分が生じる課題がある。また、オートゼロ増幅器は、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減するような信号を校正回路がサンプリングする必要があるため、サンプリングの際に生じるエイリアシング雑音が発生し、エイリアシング雑音による低周波雑音成分が生じる課題がある。このため、これらの課題を改善するための手法がいくつか存在している。

【0006】

一例として、特許文献１に開示されているように、チョッパ安定化増幅器とＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器の動作を組み合わせた手法が存在する。この手法を用いた場合、Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器によって発生したエイリアシング雑音は、チョッパ変調器によって高周波帯域に変調されるため、低周波雑音成分を大きく低減できる。また、チョッパ変調器によって高周波帯域に変調されたオフセット成分及び低周波雑音成分は、Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器によって大きく低減される。このため、オフセット成分及び低周波雑音成分が高周波帯域に変調されることによって発生するリップルノイズによる高周波雑音成分も大きく低減することができる。

【0007】

他の例として、特許文献２に開示されているように、チョッパ安定化増幅器の後段にスイッチドキャパシタ型のノッチフィルタを使用する手法が存在する。この手法を用いることによって、チョッパ安定化増幅器によって発生したリップルノイズはノッチフィルタによって低減され、結果としてオフセット成分及び低周波雑音成分だけではなく、高周波雑音も低減することができる。

【0008】

さらに他の例として、特許文献３、特許文献４に開示されているように、フィードバック手法を用いることで、チョッパ安定化増幅器のリップルノイズを低減する手法が存在する。この手法は、リップルノイズをフィードバック回路の入力の増幅器やカップリング容量によって検出した後に、フィードバック回路内部のチョッパ変調器によってリップルノイズをオフセット成分及び低周波雑音成分に復調し、入力段の増幅器の出力に負帰還させるものである。このフィードバックにより、入力段の増幅器によって発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する。この手法により、チョッパ変調器によって変調されるオフセット成分及び低周波雑音成分が低減され、結果としてリップルノイズ、つまり高周波雑音成分を低減できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】米国特許第６４７６６７１号明細書

【文献】米国特許第７２９２０９５号明細書

【文献】米国特許第７７６４１１８号明細書

【文献】米国特許第８１２０４２２号明細書

【非特許文献】

【0010】

【文献】Ion E. Opris and Gregory T.A. Kovacs, “A Rail-to-Rail Ping-Pong Op-Amp”, IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 31, no 9, pp. 1320-1324, Sep. 1996.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

図１１は、チョッパ安定化増幅器を用いた増幅回路の構成例を示す図である。図１１では基本的なチョッパ安定化増幅器の構成を示している。チョッパ安定化増幅器は、チョッパ変調器１００１、増幅器１００２、チョッパ変調器１００３を備える。図１１の構成において、増幅器１００２にはオフセット成分（Ｖoffset）及び低周波雑音成分（１／ｆ noise）が発生する。そこで、チョッパ変調器１００１によって低周波帯域の信号成分を増幅器１００２のオフセット成分及び低周波雑音成分が少ない高周波帯域に変調し、増幅器１００２にて増幅した後、チョッパ変調器１００３によって高周波帯域の信号成分を低周波帯域に復調する。これにより、チョッパ安定化増幅器の全体のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する。しかし、チョッパ変調器１００３によって高周波帯域に変調されたオフセット成分及び低周波雑音成分はリップルノイズとなり、高周波雑音成分が発生する課題が生じる。

【0012】

図１２は、図１１の増幅回路による信号成分、雑音成分及びオフセット成分の時間波形と周波数特性の一例を示す特性図である。図１２では、信号成分、雑音成分、オフセット成分のそれぞれについて、時間波形と周波数分布の変化過程のイメージを示している。図１２において、上段は時間波形、下段は周波数特性をそれぞれ示している。チョッパ変調器１００１及びチョッパ変調器１００３のチョッパ周波数をｆｃｈとする。信号成分は、一度チョッパ変調器１００１によって高周波帯域に変調された後に、増幅器１００２にて増幅され、増幅器１００２のオフセット成分及び低周波雑音成分が加算される。その後、チョッパ変調器１００３を通すことにより信号成分は復調され、オフセット成分及び低周波雑音成分は高周波帯域に変調される。このように、チョッパ安定化増幅器は、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調することによってリップルノイズが発生してしまうため、低雑音化を図るためには、リップルノイズの原因となるオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する必要がある。また、増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するために、Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いる場合、複数のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を設けることによって回路面積及び消費電力を増加させてしまう課題がある。

【0013】

本発明は、オフセット成分及び低周波雑音成分を高精度に低減するとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能な増幅装置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】

【0014】

本発明は、入力信号を高周波帯域に変調する第１のチョッパ変調器と、前記第１のチョッパ変調器の出力を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調する第２のチョッパ変調器と、前記第２のチョッパ変調器の出力を増幅する第２の増幅器と、前記第１の増幅器と前記第２のチョッパ変調器との間に入出力が接続され、前記第１の増幅器の出力を負帰還して前記第１の増幅器において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するノイズリダクションループ回路と、を備え、前記ノイズリダクションループ回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、前記ノイズリダクションループ回路の入力を増幅する第３の増幅器と、前記第３の増幅器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力を増幅する第４の増幅器と、を有し、並列に接続された少なくとも３つの増幅器である第１乃至第３のオートゼロ増幅器を備え、これらのオートゼロ増幅器において前記第２の増幅器と前記第３の増幅器とを切り替えて機能させるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、それぞれの前記オートゼロ増幅器において、第１の相互コンダクタンス増幅器と、前記第１の相互コンダクタンス増幅器の入力信号を無信号状態としたときに前記第１の相互コンダクタンス増幅器の出力を入力する第２の相互コンダクタンス増幅器と、前記第２の相互コンダクタンス増幅器の入力において第１の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を保持するサンプリング容量と、を有し、前記第２のチョッパ変調器の出力に接続された第１の入力経路及び前記第１の入力経路に入力される信号を前記第２の増幅器として機能する前記オートゼロ増幅器が有する前記第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第１の増幅経路に接続される第１の出力経路と、前記第１の増幅器の出力と前記第２のチョッパ変調器の入力との間に接続された第２の入力経路及び前記第２の入力経路に入力される信号を前記第３の増幅器として機能する前記オートゼロ増幅器が有する前記第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第２の増幅経路に接続される第２の出力経路と、前記第１の入力経路及び前記第１の出力経路と、前記第２の入力経路及び前記第２の出力経路との経路切り替えを行うスイッチと、を備える、増幅装置を提供する。

【0015】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、それぞれの前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器は、前記スイッチにより、前記サンプリング容量により前記校正電圧を保持する校正モードと、前記第１の入力経路及び前記第１の出力経路に接続され、前記第１の増幅経路の増幅を行う経路１モードと、前記第２の入力経路及び前記第２の出力経路に接続され、前記第２の増幅経路の増幅を行う経路２モードと、の３つの動作モードに切り替え可能に設けられ、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、一つの前記オートゼロ増幅器が前記校正モードとなり、他の一つの前記オートゼロ増幅器が前記経路１モードとなり、さらに他の一つの前記オートゼロ増幅器が前記経路２モードとなるように、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードを前記校正モード、前記経路１モード、前記経路２モードに順次、前記スイッチにより切り替える、増幅装置を提供する。

【0016】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記動作モードの組み合わせとして、前記第１のオートゼロ増幅器が前記経路１モードであり、前記第２のオートゼロ増幅器が前記経路２モードであり、前記第３のオートゼロ増幅器が前記校正モードであるフェイズ１と、前記第１のオートゼロ増幅器が前記経路２モードであり、前記第２のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第３のオートゼロ増幅器が前記経路１モードであるフェイズ２と、前記第１のオートゼロ増幅器が前記校正モードであり、前記第２のオートゼロ増幅器が前記経路１モードであり、前記第３のオートゼロ増幅器が前記経路２モードであるフェイズ３と、を有し、複数のフェイズを時系列に切り替える、増幅装置を提供する。

【0017】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ１乃至前記フェイズ３を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置を提供する。

【0018】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ１、前記フェイズ２、及び前記フェイズ３を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置を提供する。

【0019】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器は、前記フェイズ３、前記フェイズ２、及び前記フェイズ１を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックによって前記複数のフェイズを切り替える、増幅装置を提供する。

【0020】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記フィルタ回路は、増幅器と容量とにより構成される積分回路を含み、前記第３の増幅器の出力の低周波信号成分を増幅し、高周波信号成分を低減する、増幅装置を提供する。

【0021】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記第２の増幅器の出力に接続され、入力信号を増幅する１つ以上の増幅器と、位相補償回路とを有する、増幅装置を提供する。

【0022】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記第１乃至第４の増幅器は、相互コンダクタンス増幅器を含む、増幅装置を提供する。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、オフセット成分及び低周波雑音成分を高精度に低減するとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能な増幅装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図2】本実施形態の増幅回路による信号成分、雑音成分及びオフセット成分の時間波形と周波数特性の一例を示す特性図である。

【図3】第２の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図4】本実施形態の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の一例を示す図である。

【図5】第３の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図6】第４の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図7】第４の実施形態の増幅回路の具体的な回路構成及びその動作例として、フェイズ１におけるスイッチの接続状態を示す図である。

【図8】第４の実施形態の増幅回路の具体的な回路構成及びその動作例として、フェイズ２におけるスイッチの接続状態を示す図である。

【図9】第４の実施形態の増幅回路の具体的な回路構成及びその動作例として、フェイズ３におけるスイッチの接続状態を示す図である。

【図10】第４の実施形態の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の一例を示す図である。

【図11】チョッパ安定化増幅器を用いた増幅回路の構成例を示す図である。

【図12】図１１の増幅回路による信号成分、雑音成分及びオフセット成分の時間波形と周波数特性の一例を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明に係る増幅装置を具体的に開示した実施形態（以下、「本実施形態」という）について、図面を参照して詳細に説明する。

【0026】

本実施形態では、チョッパ変調器及びオートゼロ増幅器を用いたチョッパ安定化増幅器を含む増幅装置の構成例を例示する。

【0027】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の増幅装置の構成を示す図である。第１の実施形態の増幅装置は、入力端より入力される入力信号Ｖｉｎを高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０１と、チョッパ変調器１０１の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器１０２とを備える。また、増幅装置は、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力の信号成分を低周波帯域に復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０３と、チョッパ変調器１０３にて復調された信号成分を増幅する増幅器１２０とを備える。増幅器１２０の出力が増幅装置の出力端となり、出力信号Ｖｏｕｔが出力される。また、増幅装置は、相互コンダクタンス増幅器１０２とチョッパ変調器１０３との間に入出力が接続されたノイズリダクションループ回路１１０（Noise Reduction Loop）を備える。

【0028】

ノイズリダクションループ回路１１０は、高周波帯域に変調された信号成分を増幅する相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分及び低周波雑音成分を、チョッパ変調器１０３が高周波帯域に変調する前にフィードバックして低減する回路である。この構成により、ノイズリダクションループ回路１１０は、チョッパ変調器１０３の出力に発生するリップルノイズを低減する機能を有する。本明細書では、このような雑音低減機能を有する負帰還ループのフィードバック回路をノイズリダクションループ回路と呼ぶことにする。

【0029】

ノイズリダクションループ回路１１０は、ノイズリダクションループ回路１１０の入力を増幅するオートゼロ増幅器１１１（Autozeroing Amplifier）と、オートゼロ増幅器１１１の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路１１２（Filter）と、フィルタ回路１１２の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器１１３とを有する構成である。ノイズリダクションループ回路１１０は、入出力が負帰還構成となるように相互コンダクタンス増幅器１０２とチョッパ変調器１０３との間に接続することにより、相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するように動作する。ノイズリダクションループ回路１１０によって、チョッパ変調器１０３により変調される相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分及び低周波雑音成分が低減される。したがって、ノイズリダクションループ回路１１０を設けることにより、チョッパ安定化増幅器の出力に本来現れる高周波帯域のリップルノイズが低減される。

【0030】

ただし、ノイズリダクションループ回路１１０の入力段に用いる増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分は、ノイズリダクションループ回路１１０の精度を低下させる。このため、増幅装置の入力段の相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する精度が下がり、結果として、増幅装置の出力にリップルノイズとして現れるおそれがある。このような事情に鑑み、ノイズリダクションループ回路１１０の入力段の増幅器には、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減する工夫が必要となる。そこで本実施形態では、ノイズリダクションループ回路１１０の入力段に用いる増幅器をオートゼロ増幅器１１１として構成し、オフセット成分及び低周波雑音成分を低減することによって、この影響を十分無視できる。

【0031】

図２は、本実施形態の増幅回路による信号成分、雑音成分及びオフセット成分の時間波形と周波数特性の一例を示す特性図である。図２では、信号成分、雑音成分、オフセット成分のそれぞれについて、時間波形と周波数分布の変化過程のイメージを示している。図２において、上段は時間波形、下段は周波数特性をそれぞれ示している。チョッパ変調器１０１及びチョッパ変調器１０３のチョッパ周波数をｆｃｈとする。

【0032】

信号成分は、チョッパ変調器１０１によって高周波帯域に変調された後に、相互コンダクタンス増幅器１０２にて増幅される。その後、チョッパ変調器１０３を通すことにより信号成分は復調され、増幅器１２０にて増幅されて出力される。本実施形態では、ノイズリダクションループ回路１１０によって、図中の破線→実線で示すように、増幅回路の入力段の相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分及び低周波雑音成分が低減される。このため、増幅器１２０の出力において、増幅回路の出力として最終的に出力されるリップルノイズが低減される。

【0033】

前述した特許文献３の手法では、フィードバック回路内部のチョッパ変調器の後段にローパスフィルタ回路とスイッチドキャパシタ型のノッチフィルタを用いることによって、フィードバック回路の入力段の増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分の影響を低減させている。スイッチドキャパシタ型のノッチフィルタを用いる場合、フィードバック回路の安定性設計の自由度が制限される課題がある。また、ノッチフィルタのサンプリング動作が大信号入力時の過渡特性に影響を与えてしまうという課題がある。また、前述した特許文献４の手法では、フィードバック回路の入力段にカップリング容量を用いることによって、フィードバック回路の入力段の増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分の影響を低減させている。カップリング容量を用いる場合、フィードバック回路の入力段のカップリング容量が利得を持たないため、フィードバック回路内部のチョッパ変調器後の増幅器で発生するオフセット成分及び低周波雑音成分の影響が大きくなる。このオフセット成分及び低周波雑音成分は、フィードバック回路の精度を低下させるため、チョッパ安定化増幅器の入力段のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する精度が下がり、結果として、チョッパ安定化増幅器の出力にリップルノイズとして現れるという課題がある。

【0034】

これに対し、本実施形態では、フィードバック回路内部にチョッパ変調器を設けず、相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分をそのままフィードバックしてオフセット成分を低減させる構成としている。本実施形態のように、ノイズリダクションループ回路１１０の入力段に用いる増幅器をオートゼロ増幅器１１１とすることによって、フィードバック回路内部にノッチフィルタ回路を設ける必要がないという利点がある。加えて、ノイズリダクションループ回路１１０の入力段のオートゼロ増幅器１１１において大きな利得をとることができるため、フィードバック回路の後段の増幅器によるオフセット成分及び低周波雑音成分の影響を大きく低減できる利点がある。したがって、増幅回路によって発生する入力オフセット電圧と、１／ｆ雑音による低周波雑音成分とを、精度良く低減させることが可能になる。

【0035】

このように、本実施形態によれば、チョッパ安定化増幅器を含む増幅装置において、増幅装置の出力に本来現れるオフセット成分及び低周波雑音成分とリップルノイズを高精度に低減することが可能な増幅装置を実現できる。

【0036】

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第２の実施形態の増幅装置は、図１に示した本実施形態の増幅装置をより具体的に示す一構成例である。増幅装置は、入力端より入力される入力信号Ｖｉｎを高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０１と、チョッパ変調器１０１の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器１０２とを備える。また、増幅装置は、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力の信号成分を低周波帯域に復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０３と、チョッパ変調器１０３にて復調された信号成分を増幅する増幅器１２０ａとを備える。増幅器１２０ａの出力が増幅装置の出力端となり、出力信号Ｖｏｕｔが出力される。また、増幅装置は、相互コンダクタンス増幅器１０２とチョッパ変調器１０３との間に入出力が接続されたノイズリダクションループ回路１１０を備える。

【0037】

ノイズリダクションループ回路１１０は、ノイズリダクションループ回路１１０の入力を増幅するオートゼロ増幅器１１１と、オートゼロ増幅器１１１の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路１１２と、フィルタ回路１１２の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器１１３とを有する構成である。ノイズリダクションループ回路１１０は、入出力が負帰還構成となるように相互コンダクタンス増幅器１０２とチョッパ変調器１０３との間に接続することにより、相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減するように動作する。

【0038】

ノイズリダクションループ回路１１０のオートゼロ増幅器１１１は、例えばＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いて構成される。オートゼロ増幅器１１１は、増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する機能を有する校正回路を備える。Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器は、並列に接続された二つのオートゼロ増幅回路２１０、２２０を有して構成され、オートゼロ増幅回路２１０、２２０はそれぞれ校正回路として機能する増幅器である。オートゼロ増幅回路２１０は、二系統のスイッチΦ１及びΦ２と、二つの相互コンダクタンス増幅器２１１及び２１２と、サンプリング容量Ｃ２１とを有して構成される。オートゼロ増幅回路２２０は、二系統のスイッチΦ１及びΦ２と、二つの相互コンダクタンス増幅器２２１及び２２２と、サンプリング容量Ｃ２２とを有して構成される。

【0039】

オートゼロ増幅回路２１０は、動作モードとして、校正モードと増幅モードとを有する。校正モードは、相互コンダクタンス増幅器２１１のオフセット成分及び低周波雑音成分をキャンセルするための校正電圧をサンプリングするモードである。校正モードでは、相互コンダクタンス増幅器２１２によって相互コンダクタンス増幅器２１１のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減できるような信号（校正電圧等の校正信号）を、サンプリング容量Ｃ２１によりサンプリングする。増幅モードは、校正信号によりオフセット成分及び低周波雑音成分が低減された相互コンダクタンス増幅器２１１によって、入力信号を増幅するモードである。増幅モードでは、校正モードでサンプリングされた校正信号を印加した相互コンダクタンス増幅器２１２により、相互コンダクタンス増幅器２１１のオフセット成分及び低周波雑音成分が低減された状態となる。そして、このオフセット成分及び低周波雑音成分が低減された相互コンダクタンス増幅器２１１によって入力信号を増幅する。オートゼロ増幅回路２１０は、所定の動作クロックのクロック信号によってスイッチΦ１及びΦ２を切り替えることにより、校正モードと増幅モードとを交互に動作させる。

【0040】

オートゼロ増幅回路２２０もオートゼロ増幅回路２１０と同様に、校正モードと増幅モードとを有する。すなわち、オートゼロ増幅回路２２０は、校正モードにおいて、相互コンダクタンス増幅器２２１のオフセット成分及び低周波雑音成分を相互コンダクタンス増幅器２２２によって低減できるような信号（校正電圧等の校正信号）をサンプリング容量Ｃ２２によってサンプリングする。また、オートゼロ増幅回路２２０は、増幅モードにおいて、オフセット成分及び低周波雑音成分が相互コンダクタンス増幅器２２２の校正信号によって低減された相互コンダクタンス増幅器２２１により、入力信号を増幅する。オートゼロ増幅回路２２０は、所定の動作クロックのクロック信号によってスイッチΦ１及びΦ２を切り替えることにより、校正モードと増幅モードとを交互に動作させる。

【0041】

オートゼロ増幅回路２１０が校正モードにて動作する時、オートゼロ増幅回路２２０は増幅モードで動作し、オートゼロ増幅回路２２０が校正モードにて動作する時、オートゼロ増幅回路２１０は増幅モードで動作する。

【0042】

図４は、本実施形態の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の一例を示す図である。図４において、ＣＨＯＰ及びＣＨＯＰ￣はチョッパ変調器１０１、１０３を駆動する動作クロックとしての相補チョッピングクロック信号の動作波形を示している。ここで、オーバーライン付きのＣＨＯＰ￣は、ＣＨＯＰの反転信号を表すものである。また、φ１及びφ２はオートゼロ増幅回路２１０、２２０のスイッチΦ１、Φ２をそれぞれ駆動する動作クロックに関するクロック信号の動作波形を示している。

【0043】

スイッチΦ１、Φ２を駆動する動作クロックのクロック信号φ１、φ２の周波数は、相補チョッピングクロック信号ＣＨＯＰ及びＣＨＯＰ￣の周波数、すなわちチョッパ変調器１０１、１０３のチョッパ周波数ｆｃｈよりも低い周波数に設定する。ここで、クロック信号φ１、φ２の周波数をオートゼロ周波数ｆａｚとすると、ｆａｚ＜ｆｃｈとし、例えばｆａｚ≒（１／２）×ｆｃｈに設定する。例えば、チョッパ周波数ｆｃｈを約１００ｋＨｚ程度とした場合、オートゼロ周波数ｆａｚは約５０ｋＨｚ程度に設定する。

【0044】

オートゼロ増幅器のエイリアシング雑音は、チョッパ変調器によって高周波成分から低周波成分に変調され、増幅回路の出力として現れるおそれがある。この課題に対して、本実施形態では、オートゼロ増幅器１１１の動作クロックのクロック信号φ１、φ２の周波数をチョッパ周波数ｆｃｈよりも低くすることにより、オートゼロ増幅器１１１のエイリアシング雑音の帯域がチョッパ周波数より低くなる。これによって、オートゼロ増幅器１１１のエイリアシング雑音の高周波成分を発生させないようにできる。

【0045】

オートゼロ増幅器１１１をＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器により構成した場合、オートゼロ増幅器１１１のトランスコンダクタンスｇｍは増幅器の入力段の相互コンダクタンス増幅器１０２と比較して小さな値にでき、オートゼロ増幅器１１１の回路面積及び消費電力を小さく設計することができる。このため、オートゼロ増幅器１１１をＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器としても、増幅装置全体の増幅器の数は増加するが、回路面積及び消費電力の増大が十分小さくなるように設計することができる。

【0046】

ノイズリダクションループ回路１１０のフィルタ回路１１２は、例えば、相互コンダクタンス増幅器３０１と容量Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３とによって構成される積分回路を用いる。フィルタ回路１１２により、オートゼロ増幅器１１１の出力の高周波成分を低減し、低周波成分を相互コンダクタンス増幅器３０１にて増幅して通過させる。そして、フィルタ回路１１２の出力を相互コンダクタンス増幅器１１３にて増幅し、相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分をフィードバックする。

【0047】

チョッパ変調器１０３の後段に設けられる出力段の増幅器１２０ａは、例えば図３のように、３段の増幅器により構成し、増幅装置全体として４段の増幅回路を構成する。増幅器１２０ａは、相互コンダクタンス増幅器１２４、相互コンダクタンス増幅器１２３、増幅器１２１を備える構成である。

【0048】

増幅器１２０ａは、入力を相互コンダクタンス増幅器１２４の入力とし、チョッパ変調器１０３の出力に相互コンダクタンス増幅器１２４が接続される。相互コンダクタンス増幅器１２４の出力には相互コンダクタンス増幅器１２３の入力が接続される。相互コンダクタンス増幅器１２３の出力には増幅器１２１の入力が接続され、増幅器１２１の出力が増幅器１２０ａの出力、すなわち図３の増幅装置の出力端となる。

【0049】

また、増幅器１２０ａには、入れ子型ミラー補償構成となるように接続された位相補償容量Ｃ１１１、Ｃ１１２、Ｃ１２１、Ｃ１２２、Ｃ１３１が設けられる。また、チョッパ変調器１０１の入力と増幅器１２１の入力との間にフィードフォワードアンプとして機能する相互コンダクタンス増幅器１２２が接続される。増幅装置の安定性の更なる向上を図るために、フィードフォワード構成となるように相互コンダクタンス増幅器１２２の出力を増幅器１２１の入力に接続する。これらの位相補償容量Ｃ１１１、Ｃ１１２、Ｃ１２１、Ｃ１２２、Ｃ１３１と相互コンダクタンス増幅器１２２によるフィードフォワードアンプとによって、位相補償回路が構成される。

【0050】

本実施形態によれば、チョッパ安定化増幅器を含む増幅装置において、増幅装置の出力に本来現れるオフセット成分及び低周波雑音成分とリップルノイズを高精度に低減することができる。また、増幅装置を全て連続系の回路で構成でき、ノッチフィルタ回路等を設けない構成にできる。また、本実施形態では、ノイズリダクションループ回路においてオートゼロ増幅器１１１の利得を大きくとることができるため、後段のフィルタ回路１１２の相互コンダクタンス増幅器３０１や相互コンダクタンス増幅器１１３における利得やオフセット成分の影響を小さくできる。さらには相互コンダクタンス増幅器１０２、相互コンダクタンス増幅器１２４、相互コンダクタンス増幅器１２３と増幅器を多段に構成することによって、フィードフォワードアンプとして機能する相互コンダクタンス増幅器１２２のオフセット成分の影響を低減できる。

【0051】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第３の実施形態の増幅装置は、チョッパ変調器１０３の後段に設ける出力段の増幅器の構成を変更した変形例である。

【0052】

図３に示した増幅器１２０ａの構成を用いる場合、相互コンダクタンス増幅器１２４のオフセット成分が無視できない場合がある。第３の実施形態では、出力段の増幅器における相互コンダクタンス増幅器１２４のオフセット成分の影響を低減する一つの手法として、オートゼロ増幅器を設けた増幅器１２０ｃの構成例を示す。

【0053】

チョッパ変調器１０３の後段に設けられる増幅器１２０ｃは、例えば図５のように、３段の増幅器により構成し、増幅装置全体として４段の増幅回路を構成する。増幅器１２０ｃは、オートゼロ増幅器１２４ｃ、相互コンダクタンス増幅器１２３、増幅器１２１を備える構成である。すなわち、図３の構成における相互コンダクタンス増幅器１２４をオートゼロ増幅器１２４ｃにより構成している。

【0054】

オートゼロ増幅器１２４ｃは、例えばＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いて構成される。Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器は、並列に接続された二つのオートゼロ増幅回路４１０、４２０を有して構成され、オートゼロ増幅回路４１０、４２０はそれぞれ校正回路として機能する増幅器である。オートゼロ増幅回路４１０は、二系統のスイッチΦ３及びΦ４と、二つの相互コンダクタンス増幅器４１１及び４１２と、サンプリング容量Ｃ４１とを有して構成される。オートゼロ増幅回路４２０は、二系統のスイッチΦ３及びΦ４と、二つの相互コンダクタンス増幅器４２１及び４２２と、サンプリング容量Ｃ４２とを有して構成される。オートゼロ増幅器１２４ｃの出力には相互コンダクタンス増幅器１２３の入力が接続される。相互コンダクタンス増幅器１２３の出力には増幅器１２１の入力が接続され、増幅器１２１の出力が増幅器１２０ｃの出力、すなわち図５の増幅装置の出力端となる。

【0055】

オートゼロ増幅回路４１０は、オートゼロ増幅回路２１０と同様に、校正モードと増幅モードとを有する。すなわち、オートゼロ増幅回路４１０は、校正モードにおいて、相互コンダクタンス増幅器４１１のオフセット成分及び低周波雑音成分を相互コンダクタンス増幅器４１２によって低減できるような校正信号をサンプリング容量Ｃ４１によってサンプリングする。また、オートゼロ増幅回路４１０は、増幅モードにおいて、オフセット成分及び低周波雑音成分が相互コンダクタンス増幅器４１２の校正信号によって低減された相互コンダクタンス増幅器４１１により、入力信号を増幅する。オートゼロ増幅回路４１０は、所定の動作クロックのクロック信号によってスイッチΦ３及びΦ４を切り替えることにより、校正モードと増幅モードとを交互に動作させる。

【0056】

オートゼロ増幅回路４２０もオートゼロ増幅回路４１０と同様に、校正モードと増幅モードとを有する。すなわち、オートゼロ増幅回路４２０は、校正モードにおいて、相互コンダクタンス増幅器４２１のオフセット成分及び低周波雑音成分を相互コンダクタンス増幅器４２２によって低減できるような校正信号をサンプリング容量Ｃ４２によってサンプリングする。また、オートゼロ増幅回路４２０は、増幅モードにおいて、オフセット成分及び低周波雑音成分が相互コンダクタンス増幅器４２２の校正信号によって低減された相互コンダクタンス増幅器４２１により、入力信号を増幅する。オートゼロ増幅回路４２０は、所定の動作クロックのクロック信号によってスイッチΦ３及びΦ４を切り替えることにより、校正モードと増幅モードとを交互に動作させる。

【0057】

オートゼロ増幅回路４１０が校正モードにて動作する時、オートゼロ増幅回路４２０は増幅モードで動作し、オートゼロ増幅回路４２０が校正モードにて動作する時、オートゼロ増幅回路４１０は増幅モードで動作する。

【0058】

オートゼロ増幅器１２４ｃにおける動作クロックは、図４に示したクロック信号の動作波形を用いる。すなわち、オートゼロ増幅器１２４ｃのスイッチΦ３及びΦ４を駆動する動作クロックのクロック信号φ３、φ４は、オートゼロ増幅器１１１のスイッチΦ１、Φ２を駆動する動作クロックのクロック信号φ１、φ２と同様である。スイッチΦ３及びΦ４を駆動する動作クロックのクロック信号φ３、φ４の周波数は、相補チョッピングクロック信号ＣＨＯＰ及びＣＨＯＰ￣の周波数、すなわちチョッパ変調器１０１、１０３のチョッパ周波数ｆｃｈよりも低い周波数に設定する。これにより、オートゼロ増幅器１２４ｃのエイリアシング雑音の帯域をチョッパ周波数より低くし、オートゼロ増幅器１２４ｃのエイリアシング雑音の高周波成分を発生させないようにする。

【0059】

本実施形態によれば、ノイズリダクションループ回路１１０より後段の増幅器１２０ｃにおいてオートゼロ増幅器１２４ｃを用いることにより、増幅器１２０ｃのオフセット成分及び低周波雑音成分の影響を大きく低減させることができる。この結果、チョッパ安定化増幅器を含む増幅装置全体のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減することが可能になる。

【0060】

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第４の実施形態は、Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を備える増幅回路において、後述するアンプシェアリングオートゼロ増幅器を構成した例である。

【0061】

図５に示した第３の実施形態の増幅回路では、２つのＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を備えており、それぞれに２つずつ合計４つのオートゼロ増幅器が必要となる。このため、回路面積及び消費電力を増加させてしまうことになる。そこで、第４の実施形態の増幅回路は、回路面積及び消費電力を低減させるため、複数のオートゼロ増幅器を含むアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を備える。本明細書では、複数のオートゼロ増幅器の動作を切り替えて複数の入力経路及び複数の出力経路に接続し、オートゼロ増幅器をシェアリング（アンプシェアリング）して機能させる増幅回路をアンプシェアリングオートゼロ増幅器と呼ぶことにする。

【0062】

第４の実施形態の増幅回路は、入力端より入力される差動入力信号Ｖｉｎを高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０１と、チョッパ変調器１０１の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器（第１の増幅器）１０２と、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力の信号成分を低周波帯域に復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０３とを備える。また、増幅回路は、相互コンダクタンス増幅器１０２とチョッパ変調器１０３との間に入出力が接続されたノイズリダクションループ回路１１０を備える。ノイズリダクションループ回路１１０は、入出力が負帰還構成となるように接続され、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力を負帰還して相互コンダクタンス増幅器１０２において発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する。

【0063】

本実施形態の増幅回路は、チョッパ変調器１０３にて復調された主経路の信号成分を増幅する第２の増幅器と、ノイズリダクションループ回路１１０の入力を増幅する第３の増幅器とをそれぞれオートゼロ増幅器によって構成し、これら２つのオートゼロ増幅器の動作を実現するアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を備える。

【0064】

ノイズリダクションループ回路１１０は、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００による第３の増幅器と、第３の増幅器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路１１２（Filter）と、フィルタ回路１１２の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器１１３とを有する構成である。

【0065】

また、増幅回路は、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００による第２の増幅器の後段に、増幅器１２１を備え、増幅器１２１の出力が増幅装置の出力端となり、出力信号Ｖｏｕｔが出力される。

【0066】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、複数の入力経路として、差動信号が入力される２つの入力経路である第１の入力（第１の入力経路、入力経路１）５０１及び第２の入力（第２の入力経路、入力経路２）５０２を有し、複数の出力経路として、２つの出力経路である第１の出力（第１の出力経路、出力経路１）５０３及び第２の出力（第２の出力経路、出力経路２）５０４を有する。ここで、第１の入力５０１から入力される信号を増幅して第１の出力５０３より出力する経路を第１の増幅経路（経路１）、第２の入力５０２から入力される信号を増幅して第２の出力５０４より出力する経路を第２の増幅経路（経路２）と称することにする。アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、複数のオートゼロ増幅器として、ここでは並列に接続された３つのオートゼロ増幅器を備える。なお、複数のオートゼロ増幅器として３つ以上のオートゼロ増幅器を備えていてもよい。

【0067】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、第１の入力５０１がチョッパ変調器１０３の出力に接続され、第２の入力５０２が相互コンダクタンス増幅器１０２の出力とチョッパ変調器１０３の入力との間に接続される。また、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、第１の出力５０３が増幅器１２１の入力に接続され、第２の出力５０４がフィルタ回路１１２の入力に接続される。

【0068】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００の経路１では、主経路の増幅器として、チョッパ変調器１０３の出力を第１の入力５０１より入力して増幅し、第１の出力５０３から出力して増幅器１２１の入力へ供給する。アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００の経路２では、ノイズリダクションループ回路１１０の増幅器として、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力を第２の入力５０２より入力して増幅し、第２の出力５０４から出力してフィルタ回路１１２の入力に供給する。

【0069】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、第１の入力５０１及び第１の出力５０３の経路１と、第２の入力５０２及び第２の出力５０４の経路２とに、３つのオートゼロ増幅器のうちの一つをそれぞれ切り替えて接続する。アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、各オートゼロ増幅器においてスイッチを有し、これらのスイッチをオンオフして切り替えることにより、増幅器の入力経路及び出力経路を切り替える機能を有する。オートゼロ増幅器は、複数の動作モードとして、第１の増幅経路（経路１）の増幅を行う第１の増幅モードである経路１モード（第１の状態）、第２の増幅経路（経路２）の増幅を行う第２の増幅モードである経路２モード（第２の状態）、増幅器の校正を行う校正モード（第３の状態）を有する。

【0070】

次に、図７～図９を用いて、第４の実施形態の増幅回路の具体的な回路構成と動作の一例について説明する。

【0071】

図７は、第４の実施形態の増幅回路の具体的な回路構成及びその動作例として、フェイズ１におけるスイッチの接続状態を示す図である。

【0072】

第４の実施形態のアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、並列に接続された３つのオートゼロ増幅器５１０、オートゼロ増幅器５２０、オートゼロ増幅器５３０を備える。図７の構成例では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００の後段に相互コンダクタンス増幅器１２３、増幅器１２１が設けられる。また、第２の実施形態と同様、入れ子型ミラー補償構成となるように接続された位相補償容量Ｃ１１１、Ｃ１１２、Ｃ１２１、Ｃ１２２、Ｃ１３１と、チョッパ変調器１０１の入力と増幅器１２１の入力との間に接続されフィードフォワードアンプとして機能する相互コンダクタンス増幅器１２２とが設けられる。これらの位相補償容量及びフィードフォワードアンプによって位相補償回路が構成される。

【0073】

第１のオートゼロ増幅器５１０は、増幅器の入力経路及び出力経路を切り替える第１乃至第３のスイッチΦ１、Φ２、Φ３を有する。オートゼロ増幅器５１０は、主経路の入力信号を増幅する内部増幅器としての第１の相互コンダクタンス増幅器５１１を有する。オートゼロ増幅器５１０は、内部増幅器で発生するオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する機能を持つ校正回路を構成する第２の相互コンダクタンス増幅器５１２及びサンプリング容量Ｃ５１を有する。第２のオートゼロ増幅器５２０は、オートゼロ増幅器５１０と同様に、第１乃至第３のスイッチΦ１、Φ２、Φ３、第１の相互コンダクタンス増幅器５２１、第２の相互コンダクタンス増幅器５２２及びサンプリング容量Ｃ５２を有する。第３のオートゼロ増幅器５３０は、オートゼロ増幅器５１０と同様に、第１乃至第３のスイッチΦ１、Φ２、Φ３、第１の相互コンダクタンス増幅器５３１、第２の相互コンダクタンス増幅器５３２及びサンプリング容量Ｃ５３を有する。

【0074】

オートゼロ増幅器５１０は、第１の入力５０１にスイッチΦ１が接続され、第２の入力５０２にスイッチΦ２が接続され、これらのスイッチΦ１、Φ２を介して相互コンダクタンス増幅器５１１の入力が接続される。また、スイッチΦ１、Φ２と相互コンダクタンス増幅器５１１の入力との接続点にはスイッチΦ３が接続され、スイッチΦ３を介して基準電圧源Ｖｒｅｆが接続される。相互コンダクタンス増幅器５１１の出力には、スイッチΦ３が接続され、スイッチΦ３を介してサンプリング容量Ｃ５１、相互コンダクタンス増幅器５１２の入力が接続される。そして、相互コンダクタンス増幅器５１２の出力と相互コンダクタンス増幅器５１１の出力とが互いに接続される。相互コンダクタンス増幅器５１１の出力には、スイッチΦ１及びスイッチΦ２が接続され、スイッチΦ１を介して第１の出力５０３が接続されるとともに、スイッチΦ２を介して第２の出力５０４が接続される。

【0075】

オートゼロ増幅器５２０は、オートゼロ増幅器５１０と同様の構成でスイッチΦ１、Φ２、Φ３の位置を変更したものである。第１の入力５０１及び第１の出力５０３にはそれぞれスイッチΦ３が接続される。第２の入力５０２及び第２の出力５０４にはそれぞれスイッチΦ１が接続される。スイッチΦ３、Φ１と基準電圧源Ｖｒｅｆとの間、及び相互コンダクタンス増幅器５２１の出力とサンプリング容量Ｃ５２との間には、スイッチΦ２が接続される。

【0076】

オートゼロ増幅器５３０は、オートゼロ増幅器５１０と同様の構成でスイッチΦ１、Φ２、Φ３の位置を変更したものである。第１の入力５０１及び第１の出力５０３にはそれぞれスイッチΦ２が接続される。第２の入力５０２及び第２の出力５０４にはそれぞれスイッチΦ３が接続される。スイッチΦ２、Φ３と基準電圧源Ｖｒｅｆとの間、及び相互コンダクタンス増幅器５２１の出力とサンプリング容量Ｃ５２との間には、スイッチΦ１が接続される。

【0077】

各オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０は、入力が第１の入力５０１に接続され出力が第１の出力５０３に接続される第１の状態（経路１モード）と、入力が第２の入力５０２に接続され出力が第２の出力５０４に接続される第２の状態（経路２モード）と、入力が基準電圧源Ｖｒｅｆに接続され出力が開放状態となる第３の状態（校正モード）とを有し、これらの状態をスイッチΦ１、Φ２、Φ３によって切り替え可能に構成される。アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、例えば、オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０のそれぞれのスイッチΦ１、Φ２、Φ３をオンオフ制御する制御部を備える。

【0078】

各オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０は、第１の状態となった場合、校正回路によってオフセット成分及び低周波雑音成分が低減された内部増幅器において、第１の入力５０１に入力される入力信号を増幅し、第１の出力５０３に出力する。また、第２の状態となった場合、校正回路によってオフセット成分及び低周波雑音成分が低減された内部増幅器において、第２の入力５０２に入力される入力信号を増幅し、第２の出力５０４に出力する。また、第３の状態となった場合、内部増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正信号（校正電圧）を校正回路においてサンプリング（保持）する。

【0079】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、各オートゼロ増幅器の動作モードの組合せとして、複数のフェイズを有し、各フェイズを時系列に切り替える。

【0080】

図７に示したフェイズ１では、オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０におけるスイッチΦ１がオン、スイッチΦ２、Φ３がオフとなる。これにより、第１の入力５０１及び第１の出力５０３がオートゼロ増幅器５１０の相互コンダクタンス増幅器５１１に接続され、第２の入力５０２及び第２の出力５０４がオートゼロ増幅器５２０の相互コンダクタンス増幅器５２１に接続され、オートゼロ増幅器５３０が基準電圧源Ｖｒｅｆに接続される。したがって、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、オートゼロ増幅器５１０が第１の状態（経路１モード）、オートゼロ増幅器５２０が第２の状態（経路２モード）、オートゼロ増幅器５３０が第３の状態（校正モード）となる。フェイズ１では、オートゼロ増幅器５１０によって主経路の入力信号が増幅され、オートゼロ増幅器５２０によってノイズリダクションループ回路１１０の入力が増幅され、オートゼロ増幅器５３０において校正電圧がサンプリングされて増幅器の校正が行われる。

【0081】

図８は、第４の実施形態の増幅回路の具体的な回路構成及びその動作例として、フェイズ２におけるスイッチの接続状態を示す図である。

【0082】

フェイズ２では、オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０におけるスイッチΦ２がオン、スイッチΦ１、Φ３がオフとなる。これにより、第１の入力５０１及び第１の出力５０３がオートゼロ増幅器５３０の相互コンダクタンス増幅器５３１に接続され、第２の入力５０２及び第２の出力５０４がオートゼロ増幅器５１０の相互コンダクタンス増幅器５１１に接続され、オートゼロ増幅器５２０が基準電圧源Ｖｒｅｆに接続される。したがって、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、オートゼロ増幅器５３０が第１の状態（経路１モード）、オートゼロ増幅器５１０が第２の状態（経路２モード）、オートゼロ増幅器５２０が第３の状態（校正モード）となる。フェイズ２では、オートゼロ増幅器５３０によって主経路の入力信号が増幅され、オートゼロ増幅器５１０によってノイズリダクションループ回路１１０の入力が増幅され、オートゼロ増幅器５２０において校正電圧がサンプリングされて増幅器の校正が行われる。

【0083】

図９は、第４の実施形態の増幅回路の具体的な回路構成及びその動作例として、フェイズ３におけるスイッチの接続状態を示す図である。

【0084】

フェイズ３では、オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０におけるスイッチΦ３がオン、スイッチΦ１、Φ２がオフとなる。これにより、第１の入力５０１及び第１の出力５０３がオートゼロ増幅器５２０の相互コンダクタンス増幅器５２１に接続され、第２の入力５０２及び第２の出力５０４がオートゼロ増幅器５３０の相互コンダクタンス増幅器５３１に接続され、オートゼロ増幅器５１０が基準電圧源Ｖｒｅｆに接続される。したがって、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、オートゼロ増幅器５２０が第１の状態（経路１モード）、オートゼロ増幅器５３０が第２の状態（経路２モード）、オートゼロ増幅器５１０が第３の状態（校正モード）となる。フェイズ３では、オートゼロ増幅器５２０によって主経路の入力信号が増幅され、オートゼロ増幅器５３０によってノイズリダクションループ回路１１０の入力が増幅され、オートゼロ増幅器５１０において校正電圧がサンプリングされて増幅器の校正が行われる。

【0085】

図１０は、第４の実施形態の増幅回路におけるクロック信号の動作波形の一例を示す図である。図１０において、ＣＨＯＰ及びＣＨＯＰ￣はチョッパ変調器１０１、１０３を駆動する動作クロックとしての相補チョッピングクロック信号の動作波形を示している。ここで、オーバーライン付きのＣＨＯＰ￣は、ＣＨＯＰの反転信号を表すものである。また、φ１、φ２、φ３は各オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０のスイッチΦ１、Φ２、Φ３をそれぞれ駆動する動作クロック（周期的なスイッチ駆動クロック）に関するクロック信号の動作波形を示している。

【0086】

図１０に示すようなオートゼロ増幅器の動作クロックのクロック信号φ１、φ２、φ３により、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００の動作時のフェイズをフェイズ１→フェイズ２→フェイズ３と順に切り替え、入出力経路を切り替えることができる。これにより、３つのオートゼロ増幅器によってアンプシェアリングを行いながら、２つの経路の増幅を行うことが可能である。なお、各フェイズを切り替える順番は、フェイズ３→フェイズ２→フェイズ１のように順序を図示例と逆にしてもよい。また、各フェイズの順序、期間、切り替えタイミングなどは、図示例に限らず、増幅回路の回路設計に応じて適宜設定してよい。

【0087】

なお、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、それぞれのオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０において複数の増幅器を設け、経路１と経路２とで増幅器の相互コンダクタンス値が異なるように構成することも可能である。

【0088】

上述したように、本実施形態の構成によれば、複数のオートゼロ増幅器を切り替えて動作させてアンプシェアリングを行い、主経路とフィードバックループの２つの経路の増幅を高精度に実施することができる。また、２つのＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器の機能を３つのオートゼロ増幅器によって実現できるため、回路面積及び消費電力を増加させることなく、増幅回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。

【0089】

本実施形態の構成によれば、増幅装置の出力に本来現れるオフセット成分及び低周波雑音成分とリップルノイズとを大きく低減できる。本実施形態では、オフセット成分及び低周波雑音成分を大きく低減させた増幅回路を実現でき、チョッパ安定化増幅器を用いたＺｅｒｏ－Ｄｒｉｆｔアンプ等の特性を改善できる。したがって、例えばセンサ信号等を増幅するための高精度な増幅動作を要求される増幅回路、計装アンプ等の増幅装置において、より安定的に、精度良くオフセット成分及び低周波雑音成分を低減することが可能になる。

【0090】

本実施形態では、入力信号を高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０１と、チョッパ変調器１０１の出力を増幅する第１の増幅器としての相互コンダクタンス増幅器１０２と、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力の信号成分を復調し、オフセット成分及び低周波雑音成分を高周波帯域に変調するチョッパ変調器１０３と、チョッパ変調器１０３の出力を増幅する第２の増幅器と、相互コンダクタンス増幅器１０２とチョッパ変調器１０３との間に入出力が接続されるノイズリダクションループ回路１１０とを備える。ノイズリダクションループ回路１１０は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、ノイズリダクションループ回路の入力を増幅する第３の増幅器と、第３の増幅器の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路１１２と、フィルタ回路１１２の出力を増幅する第４の増幅器としての相互コンダクタンス増幅器１１３と、を有する。そして、並列に接続された少なくとも３つの増幅器である第１乃至第３のオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０を備え、これらのオートゼロ増幅器において第２の増幅器と第３の増幅器とを切り替えて機能させるアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を有する。

【0091】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、それぞれのオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０において、入力信号を増幅する第１の相互コンダクタンス増幅器５１１、５２１、５３１と、前記第１の相互コンダクタンス増幅器の入力信号を無信号状態としたときに前記第１の相互コンダクタンス増幅器の出力を入力する第２の相互コンダクタンス増幅器５１２、５２２、５３２と、第２の相互コンダクタンス増幅器の入力において第１の相互コンダクタンス増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する校正電圧を保持するサンプリング容量Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ５３と、を有する。第１乃至第３のオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０は、入力信号を第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第１の増幅経路に接続される第１の入力経路（第１の入力５０１）及び第１の出力経路（第１の出力５０３）と、入力信号を第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する第２の増幅経路に接続される第２の入力経路（第２の入力５０２）及び第２の出力経路（第２の出力５０４）と、第１の入力５０１及び第１の出力５０３と、第２の入力５０２及び第２の出力５０４との経路切り替えを行うスイッチΦ１、Φ２、Φ３と、を備える。

【0092】

ノイズリダクションループ回路１１０によって、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減することにより、増幅装置の出力に本来現れるリップルノイズの発生を抑制できる。このため、精度良くオフセット成分及び低周波雑音成分を低減可能となる。よって、オフセット成分及び低周波雑音成分をより高精度に低減する２段アンプ等の増幅装置を実現できる。また、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００によって、第１乃至第３のオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０のスイッチをオンオフして経路切り替えを行い、第２の増幅器と第３の増幅器とを切り替えて機能させることにより、第２の増幅器と第３の増幅器とのそれぞれにおいてＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を構成できる。これにより、３つのオートゼロ増幅器によって２つのＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器の機能を実現できる。

【0093】

このように、本実施形態では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を、ノイズリダクションループ回路１１０を有する増幅回路において、主経路の第２の増幅器とフィードバックループの第３の増幅器とに適用して構成する。これにより、オートゼロ増幅器による増幅回路によって相互コンダクタンス増幅器１０２の出力のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減し、増幅装置の出力に本来現れるリップルノイズの発生を抑制できる。このため、精度良くオフセット成分及び低周波雑音成分を低減できるとともに、増幅回路の回路面積及び消費電力を低減でき、小型化及び省電力化を図ることができる。よって、オフセット成分及び低周波雑音成分をより高精度に低減する計装アンプ等の増幅装置を実現できる。

【0094】

また、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００は、第１乃至第３のオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０のうち、一つのオートゼロ増幅器がサンプリング容量Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ５３により校正電圧を保持する校正モードとなり、他の一つのオートゼロ増幅器が入力信号を第１の増幅経路において第１の相互コンダクタンス増幅器５１１、５２１、５３１によって増幅する経路１モードとなり、さらに他の一つのオートゼロ増幅器が入力信号を第２の増幅経路において第１の相互コンダクタンス増幅器５１１、５２１、５３１によって増幅する経路２モードとなるように、これら複数の動作モードをスイッチΦ１、Φ２、Φ３により切り替える。これにより、３つのオートゼロ増幅器を順に切り替えて動作させ、３つのオートゼロ増幅器によって２つのＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器の機能を交互に並列的に実現できる。

【0095】

また、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００の各オートゼロ増幅器を駆動する所定の動作クロックは、第１及び第２のチョッパ変調器１０１、１０３を駆動する動作クロックの周波数より低い周波数の動作クロックとする。すなわち、オートゼロ増幅器を駆動する動作クロックのオートゼロ周波数ｆａｚを、チョッパ変調器１０１、１０３を駆動する動作クロックのチョッパ周波数ｆｃｈよりも低くし、ｆａｚ＜ｆｃｈとなるように、例えばｆａｚ≒（１／２）×ｆｃｈに設定する。これにより、オートゼロ増幅器のエイリアシング雑音の帯域がチョッパ周波数より低くなり、高周波成分にオートゼロ増幅器のエイリアシング雑音が発生しないようにオートゼロ増幅器を動作させることができる。

【0096】

また、フィルタ回路１１２は、相互コンダクタンス増幅器３０１と、容量Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３とによって構成される積分回路を含んでよい。フィルタ回路１１２は、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００により構成される第３の増幅器の出力の低周波信号成分を増幅し、高周波信号成分を低減する機能を有する。フィルタ回路１１２によって、高周波信号成分を低減して相互コンダクタンス増幅器１０２のオフセット成分をフィードバックできる。

【0097】

また、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００により構成される第２の増幅器の後段に、入力信号を増幅する１つ以上の増幅器（相互コンダクタンス増幅器１２３、増幅器１２１）と、位相補償回路とを有してよい。位相補償回路は、入れ子型ミラー補償構成となるように接続された位相補償容量Ｃ１１１、Ｃ１１２、Ｃ１２１、Ｃ１２２、Ｃ１３１と、チョッパ変調器１０１の入力と増幅器１２１の入力との間にフィードフォワード構成となるように接続された相互コンダクタンス増幅器１２２とによって構成してよい。これにより、２段アンプ、３段アンプ、４段アンプ、５段アンプ等の多段増幅の増幅装置を構成する場合に、オフセット成分及び低周波雑音成分をより高精度に低減する増幅装置を実現できる。

【0098】

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0099】

本発明は、オフセット成分及び低周波雑音成分を高精度に低減するとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能となる効果を有し、例えばセンサ信号等を増幅する増幅回路、計装アンプ等の増幅装置に有用である。

【符号の説明】

【0100】

１０１、１０３：チョッパ変調器
１０２、１１３、１２２、１２３、１２４、２１１、２１２、２２１、２２２、４１１、４１２、４２１、４２２、５１１、５１２、５２１、５２２、５３１、５３２：相互コンダクタンス増幅器
１１０：ノイズリダクションループ回路
１１１、１２４ｃ、５１０、５２０、５３０：オートゼロ増幅器
１１２：フィルタ回路
１２０、１２０ａ、１２０ｃ、１２１：増幅器
２１０、２２０、４１０、４２０：オートゼロ増幅回路
５００：アンプシェアリングオートゼロ増幅器
５０１：第１の入力
５０２：第２の入力
５０３：第１の出力
５０４：第２の出力
Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３：容量
Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ５３：サンプリング容量
Ｃ１１１、Ｃ１１２、Ｃ１２１、Ｃ１２２、Ｃ１３１：位相補償容量
Φ１、Φ２、Φ３、Φ４：スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】