特許 7440255 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】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/34 20060101AFI20240220BHJP

   H03F 3/38 20060101ALI20240220BHJP

   H03F 3/68 20060101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

H03F3/34 210

H03F3/38

H03F3/68

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019224539

(22)【出願日】2019-12-12

(65)【公開番号】P2021093682

(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】及川 尚人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２８９５６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２８８３３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４７８９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１２－５０２５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９４３３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０８１２０４２２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０７８３４６８５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０８１７９１９５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２００５－５０２２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６５０５９５７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｆ １／００－３／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれは、
入力信号を増幅する第１の相互コンダクタンス増幅器及び第２の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第１及び第２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及び第２の相互コンダクタンス増幅器の双方の出力を入力する一つの第３の相互コンダクタンス増幅器と、
前記第３の相互コンダクタンス増幅器の入力において前記第１及び第２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、
前記入力信号を前記第１の相互コンダクタンス増幅器及び前記第２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の入力経路及び第１の出力経路と、
前記入力信号を前記第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前記第１の入力経路とは別に設けられた第２の入力経路及び前記第１の出力経路とは別に設けられた第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、
前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のうち、
一つのオートゼロ増幅器が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なり、
他の一つのオートゼロ増幅器が前記入力信号を前記第１の増幅経路において前記第１の相互コンダクタンス増幅器及び前記第２の相互コンダクタンス増幅器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前記入力信号を前記第２の増幅経路において前記第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路２モードとなるように、これら複数の動作モードを前記スイッチにより切り替えるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
前記スイッチは、オン時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力し、オフ時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力しない第１乃至第８のスイッチを有し、
前記第１の相互コンダクタンス増幅器は、前記第１のスイッチ乃至前記第３のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続され、
前記第２の相互コンダクタンス増幅器は、前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続され、
前記サンプリング容量は、前記第６のスイッチのスイッチ出力端に接続され、
前記第３の相互コンダクタンス増幅器は、前記第６のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続され、
前記第１乃至前記第３のオートゼロ増幅器のそれぞれは、
前記入力信号として差動信号が入力される第１の入力端子及び第２の入力端子と、
前記入力される差動信号が無信号状態となる同相入力端子と、
前記第８のスイッチのスイッチ出力端に接続された第１の出力端子と、
前記第７のスイッチのスイッチ出力端に接続された第２の出力端子と、をさらに備え、
前記第１の入力端子が前記第１のスイッチ及び前記第４のスイッチのスイッチ入力端に接続され、
前記第２の入力端子が前記第３のスイッチのスイッチ入力端に接続され、
前記同相入力端子が前記第２のスイッチ及び前記第５のスイッチのスイッチ入力端に接続され、
前記第６のスイッチ乃至前記第８のスイッチのスイッチ入力端が前記第１の相互コンダクタンス増幅器乃至前記第３の相互コンダクタンス増幅器の出力に接続され、
前記校正モードにおいては、前記第２のスイッチ、前記第５のスイッチ、及び前記第６のスイッチがオンとなるとともに、前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第７のスイッチ、及び前記第８のスイッチがオフとなり、
前記経路１モードにおいては、前記第１のスイッチ、前記第４のスイッチ、及び前記第８のスイッチがオンとなるとともに、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第５のスイッチ、前記第６のスイッチ、及び前記第７のスイッチがオフとなり、
前記経路２モードにおいては、前記第３のスイッチ、前記第５のスイッチ、及び前記第７のスイッチがオンとなるとともに、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第６のスイッチ、及び前記第８のスイッチがオフとなる、
増幅装置。

【請求項2】

請求項１に記載の増幅装置であって、
前記第１の入力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第１の入力端子が接続され、
前記第２の入力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第２の入力端子が接続され、
前記第１の出力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第１の出力端子が接続され、
前記第２の出力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第２の出力端子が接続された、増幅装置。

【請求項3】

請求項１又は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２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１と、
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２と、
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２モードであるフェイズ３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４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校正モードであるフェイズ５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６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６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、前記フェイズ３、及び前記フェイズ５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４、前記フェイズ６、及び前記フェイズ２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１～６のうちのいずれか一項に記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
入力される差動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差動入力信号を増幅する第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、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第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、増幅装置。

【請求項8】

請求項１～６のうちのいずれか一項に記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
入力される差動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の増幅器の出力に出力が接続され、前記第２のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、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オートコレクションフィードバック回路と、を備え、
前記オートコレクションフィードバック回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、
前記オートコレクションフィードバック回路の差動入力信号を増幅する第３の増幅器と、
前記第３の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第３のチョッパ変調器と、
前記第３のチョッパ変調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、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第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、増幅装置。

【請求項9】

請求項１～６のうちのいずれか一項に記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、
入力される差動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の増幅器の出力に出力が接続され、前記第２のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、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リップルリダクションループ回路と、を備え、
前記リップル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、
前記リップルリダクションループ回路の入力の高周波雑音成分を取り出すカップリング容量と、
前記カップリング容量の出力の差動電流信号を差動電圧信号に変換する抵抗と、
前記抵抗によって変換された差動電圧信号を増幅する第３の増幅器と、
前記第３の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第３のチョッパ変調器と、
前記第３のチョッパ変調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、
前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第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、増幅装置。

【請求項10】

請求項７～９のいずれか一項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。

【請求項11】

請求項７～９のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記第２の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第１の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第１の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路１モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、
前記第２の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、
前記第３の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第２の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第２の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路２モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置。

【請求項12】

請求項７～９のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記第２の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第２の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第２の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路２モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、
前記第２の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、
前記第３の増幅器は、
入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第１の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第１の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路１モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置。

【請求項13】

請求項７～９のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記フィルタ回路は、増幅器と容量とを有して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。

【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。この手法では、チョッパ変調器によって高周波帯域に変調される入力段の増幅器のオフセット成分及び低周波雑音成分をフィードバック回路によって大きく低減し、高周波雑音成分を低減させることができる。更に、上記のフィードバック回路を用いてオフセット成分及び低周波雑音成分を低減する手法において、複数のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いてより高精度な増幅器を実現することも可能である。この場合、フィードバック回路の初段増幅器と、フィードバック回路を用いてオフセット成分及び低周波雑音成分を低減した増幅器の２段目の増幅器とを、Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器により構成する。

【0007】

しかしながら、上記のような複数のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いた構成では、４つのオートゼロ増幅器が必要となり、回路面積及び消費電力を増加させてしまう課題がある。

【0008】

複数のオートゼロ増幅器を用いた他の例として、例えば非特許文献２に開示されているように、並列する２つの増幅経路を３つのオートゼロ増幅器を用いてオートゼロ動作させる手法が存在する。しかし、非特許文献２では、２つの増幅経路の相互コンダクタンス値が同じになってしまうため、設計の自由度が下がってしまう課題をもつ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】米国特許第６４７６６７１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.

【文献】Saket Sakunia, Frerik Witte, Michiel Pertijs and Kofi Makinwa, “A Ping-Pong-Pang Current-Feedback Instrumentation Amplifier with 0.04% Gain Error”, IEEE Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. 60-61, Jun. 2011.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上述したように、増幅回路において、複数のオートゼロ増幅器を用いてより高精度な増幅器を実現しようとすると、回路面積及び消費電力が増加してしまう課題が生じる。また、特許文献１に開示された手法において、フィードバック回路の初段増幅器と、メインの増幅経路の２段目の増幅器とをオートゼロ増幅器により構成する場合、それぞれの増幅経路において適宜相互コンダクタンス値を設定する必要がある。このため、非特許文献２に開示された手法のような並列する２つの増幅経路においてオートゼロ増幅器を切り替える構成を適用することができない。したがって、フィードバック回路を有する複数の増幅経路において、オートゼロ増幅器を用いた高精度化と、回路面積及び消費電力の低減とが求められる。

【0012】

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】

【0013】

本発明は、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、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれは、入力信号を増幅する第１の相互コンダクタンス増幅器及び第２の相互コンダクタンス増幅器と、前記第１及び第２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及び第２の相互コンダクタンス増幅器の双方の出力を入力する一つの第３の相互コンダクタンス増幅器と、前記第３の相互コンダクタンス増幅器の入力において前記第１及び第２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、前記入力信号を前記第１の相互コンダクタンス増幅器及び前記第２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の入力経路及び第１の出力経路と、前記入力信号を前記第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前記第１の入力経路とは別に設けられた第
２の入力経路及び前記第１の出力経路とは別に設けられた第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、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のうち、一つのオートゼロ増幅器が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なり、他の一つのオートゼロ増幅器が前記入力信号を前記第１の増幅経路において前記第１の相互コンダクタンス増幅器及び前記第２の相互コンダクタンス増幅器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前記入力信号を前記第２の増幅経路において前記第１の相互コンダクタンス増幅器によって増幅する経路２モードとなるように、これら複数の動作モードを前記スイッチにより切り替えるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、前記スイッチは、オン時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力し、オフ時にスイッチ入力端に入力された信号をスイッチ出力端に出力しない第１乃至第８のスイッチを有し、前記第１の相互コンダクタンス増幅器は、前記第１のスイッチ乃至前記第３のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続され、前記第２の相互コンダクタンス増幅器は、前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続され、前記サンプリング容量は、前記第６のスイッチのスイッチ出力端に接続され、前記第３の相互コンダクタンス増幅器は、前記第６のスイッチのスイッチ出力端に入力が接続され、前記第１乃至前記第３のオートゼロ増幅器のそれぞれは、前記入力信号として差動信号が入力される第１の入力端子及び第２の入力端子と、前記入力される差動信号が無信号状態となる同相入力端子と、前記第８のスイッチのスイッチ出力端に接続された第１の出力端子と、前記第７のスイッチのスイッチ出力端に接続された第２の出力端子と、をさらに備え、前記第１の入力端子が前記第１のスイッチ及び前記第４のスイッチのスイッチ入力端に接続され、前記第２の入力端子が前記第３のスイッチのスイッチ入力端に接続され、前記同相入力端子が前記第２のスイッチ及び前記第５のスイッチのスイッチ入力端に接続され、前記第６のスイッチ乃至前記第８のスイッチのスイッチ入力端が前記第１の相互コンダクタンス増幅器乃至前記第３の相互コンダクタンス増幅器の出力に接続され、前記校正モードにおいては、前記第２のスイッチ、前記第５のスイッチ、及び前記第６のスイッチがオンとなるとともに、前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第７のスイッチ、及び前記第８のスイッチがオフとなり、前記経路１モードにおいては、前記第１のスイッチ、前記第４のスイッチ、及び前記第８のスイッチがオンとなるとともに、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第５のスイッチ、前記第６のスイッチ、及び前記第７のスイッチがオフとなり、前記経路２モードにおいては、前記第３のスイッチ、前記第５のスイッチ、及び前記第７のスイッチがオンとなるとともに、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第６のスイッチ、及び前記第８のスイッチがオフとなる、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、前記第１の入力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第１の入力端子が接続され、前記第２の入力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第２の入力端子が接続され、前記第１の出力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第１の出力端子が接続され、前記第２の出力経路が、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器のそれぞれの前記第２の出力端子が接続された、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２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１と、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２と、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２モードであるフェイズ３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４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校正モードであるフェイズ５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６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６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３、及び前記フェイズ５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４、前記フェイズ６、及び前記フェイズ２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、上記いずれかに記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、入力される差動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差動入力信号を増幅する第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、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第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、増幅装置を提供する。

【0021】

また、本発明は、上記いずれかに記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、入力される差動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の増幅器の出力に出力が接続され、前記第２のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、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オートコレクションフィードバック回路と、を備え、前記オートコレクションフィードバック回路は、入出力が負帰還構成となるよう接続され、前記オートコレクションフィードバック回路の差動入力信号を増幅する第３の増幅器と、前記第３の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第３のチョッパ変調器と、前記第３のチョッパ変調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、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第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、増幅装置を提供する。

【0022】

また、本発明は、上記いずれかに記載のアンプシェアリングオートゼロ増幅器を有し、入力される差動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の増幅器の出力に出力が接続され、前記第２のチョッパ変調器の出力に入力が接続され、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リップルリダクションループ回路と、を備え、前記リップル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、前記リップルリダクションループ回路の入力の高周波雑音成分を取り出すカップリング容量と、前記カップリング容量の出力の差動電流信号を差動電圧信号に変換する抵抗と、前記抵抗によって変換された差動電圧信号を増幅する第３の増幅器と、前記第３の増幅器の出力の高周波雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調する第３のチョッパ変調器と、前記第３のチョッパ変調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、前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において、前記第１乃至第３のオートゼロ増幅器の動作モードの切り替えによって前記第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、増幅装置を提供する。

【0023】

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。

【0024】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記第２の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第１の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第１の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路１モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、前記第２の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、前記第３の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第２の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第２の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路２モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置を提供する。

【0025】

また、本発明は、上記の増幅装置であって、前記第２の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第２の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第２の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路２モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅する主経路の増幅器であり、前記第２の増幅器の位相補償を行う位相補償回路を備え、前記第３の増幅器は、入力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の前記第１の入力経路に接続され、出力が前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器の第１の出力経路に接続され、入力信号を前記アンプシェアリングオートゼロ増幅器において前記経路１モードとなった前記第１乃至第３のいずれかのオートゼロ増幅器が増幅するフィードバックループの増幅器である、増幅装置を提供する。

【0026】

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、増幅器と容量とを有して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。

【発明の効果】

【0027】

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】

【0028】

【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】第１の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、校正モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。

【図3】第１の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、経路１モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。

【図4】第１の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、経路２モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。

【図5】第１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第１例を示す図である。

【図6】第１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第２例を示す図である。

【図7】第１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第３例を示す図である。

【図8】第２の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図9】第２の実施形態の増幅回路におけるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を模式的に示した機能説明図である。

【図10】第２の実施形態の増幅回路の構成をより具体的に示した図である。

【図11】第３の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図12】第４の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図13】第５の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図14】第６の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図15】第７の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。

【図16】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17】図１６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18】ノイズリダクションループ回路を用いた増幅回路の構成例を示す図である。

【図19】図１８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20】図１８の増幅回路において出力段の増幅器にＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いた増幅回路の構成例を示す図である。

【図21】図２０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。

【発明を実施するための形態】

【0029】

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。

【0030】

（本実施形態の内容に至る経緯）
本実施形態に至る経緯を説明するために、チョッパ変調器及びオートゼロ増幅器（Autozeroing Amplifier）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用いる。

【0031】

図１６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１６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１６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。

【0032】

図１７は、図１６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１７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１７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。

【0033】

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。オフセット成分及び低周波雑音成分を低減するため、発明者は、以下に示すようなノイズリダクションループ（Noise Reduction Loop）回路を有する増幅回路を見出した。

【0034】

図１８は、ノイズリダクションループ回路を用いた増幅回路の構成例を示す図である。図１８の増幅回路は、差動入力の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、増幅回路は、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の出力が増幅回路の出力端となり、出力信号Ｖｏｕｔが出力される。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、相互コンダクタンス増幅器１０２の出力に負帰還構成となるよう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。

【0035】

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。

【0036】

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Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器１１１と、Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇ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。

【0037】

ノイズリダクションループ回路１１０の入力段において、オートゼロ増幅器としてＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器１１１を用いることで、ノイズリダクションループ回路１１０の入力信号をオフセット成分及び低周波雑音成分の影響を少なくして増幅する。Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器１１１の出力は、フィルタ回路１１２によって高周波帯域が低減されることによって、ノイズリダクションループ回路１１０が増幅回路のチョッパ変調器１０１によって高周波帯域に変調された入力信号の増幅に与える影響を低減する。フィルタ回路１１２の出力は、相互コンダクタンス増幅器１１３によって増幅されノイズリダクションループ回路１１０の出力部に出力される。

【0038】

図１９は、図１８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１９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１９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。

【0039】

信号成分は、一度チョッパ変調器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。このとき、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加算されるが、このオフセット成分及び低周波雑音成分は、図中の破線→実線で示すように、ノイズリダクションループ回路１１０によって低減される。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、低減された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。そして、復調された信号成分は増幅器１２０にて増幅されて出力される。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が、ノイズリダクションループ回路１１０を用いることで、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ことができる。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。

【0040】

ここで、増幅回路のさらなる高精度化を図るため、図１８の増幅回路の構成を一部変更し、チョッパ変調器１０３の後段に設ける出力段の増幅器１２０においてＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いることも可能である。

【0041】

図２０は、図１８の増幅回路において出力段の増幅器にＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を用いた増幅回路の構成例を示す図である。図２０の増幅回路は、ノイズリダクションループ回路１１０において２つのオートゼロ増幅回路２１０、２２０によるＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器１１１を有するとともに、チョッパ変調器１０３の後段の二段目の増幅器１２０において、２つのオートゼロ増幅回路４１０、４２０によるＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器１２４を備える。このように二段目の増幅器１２０にＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器１２４を用いることにより、出力段のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減してより高精度な増幅が可能になる。

【0042】

図２１は、図２０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２１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、φ３はオートゼロ増幅回路２１０、２２０、４１０、４２０のスイッチΦ１、Φ３に、φ２、φ４はオートゼロ増幅回路２１０、２２０、４１０、４２０のスイッチΦ２、Φ４にそれぞれ対応し、各スイッチΦ１～Φ４を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。ここでは、スイッチΦ１～Φ４を駆動する動作クロックのクロック信号φ１～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。

【0043】

オートゼロ増幅回路２１０、２２０は、所定の動作クロックのクロック信号φ１、φ２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。また、オートゼロ増幅回路４１０、４２０は、所定の動作クロックのクロック信号φ３、φ４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。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。また、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。

【0044】

図２０の増幅回路は、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。また、増幅回路全体の設計の自由度を上げるため、２つのＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器は、それぞれ異なる相互コンダクタンス値で設計可能とする必要がある。

【0045】

上記の課題を鑑み、本実施形態では、オフセット成分及び低周波雑音成分の低減と、回路面積及び消費電力の低減とを図ることが可能な増幅装置の構成例を以下に示す。

【0046】

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。

【0047】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。本実施形態に係る増幅装置は、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。

【0048】

増幅回路は、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入力経路１（第１の入力経路）及び入力経路２（第２の入力経路）を有し、複数の出力経路として、２つの出力経路である出力経路１（第１の出力経路）及び出力経路２（第２の出力経路）を有する。ここで、入力経路１の第１の入力端子から入力される信号を増幅して出力経路１の第１の出力端子より出力する経路を第１の増幅経路（経路１）、入力経路２の第２の入力端子から入力される信号を増幅して出力経路２の第２の出力端子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５１０、オートゼロ増幅器５２０、オートゼロ増幅器５３０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。

【0049】

第１の実施形態の増幅回路は、それぞれのオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０において、オン時にスイッチ入力端に入力された差動信号をスイッチ出力端に出力し、オフ時にスイッチ入力端に入力された差動信号をスイッチ出力端に出力しない機能を有する第１乃至第８のスイッチΦ１，１～Φ１，８、Φ２，１～Φ２，８、Φ３，１～Φ３，８を備える。また、増幅回路は、入力される差動信号が無信号状態となる同相入力端子（コモン入力端子）Ｖｃｍを備える。同相入力端子Ｖｃｍは、差動信号に対して入力ゼロとなるようなバイアス電圧が印加される端子である。

【0050】

第１のオートゼロ増幅器５１０は、第１の相互コンダクタンス増幅器５１１、第２の相互コンダクタンス増幅器５１２、第３の相互コンダクタンス増幅器５１３、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、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、第３の相互コンダクタンス増幅器５２３、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、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、第３の相互コンダクタンス増幅器５３３、サンプリング容量Ｃ５３を有する。

【0051】

入力経路１は、第１のスイッチΦ１，１、Φ２，１、Φ３，１の入力と、第４のスイッチΦ１，４、Φ２，４、Φ３，４の入力とに接続され、入力経路２は、第３のスイッチΦ１，３、Φ２，３、Φ３，３の入力に接続される。また、同相入力端子Ｖｃｍは、第２のスイッチΦ１，２、Φ２，２、Φ３，２の入力と、第５のスイッチΦ１，５、Φ２，５、Φ３，５の入力とに接続される。

【0052】

それぞれのオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０において、第１の相互コンダクタンス増幅器５１１、５２１、５３１の入力は、それぞれ、第１のスイッチΦ１，１、Φ２，１、Φ３，１の出力と、第２のスイッチΦ１，２、Φ２，２、Φ３，２の出力と、第３のスイッチΦ１，３、Φ２，３、Φ３，３の出力とに接続される。また、第２の相互コンダクタンス増幅器５１２、５２２、５３２の入力は、それぞれ、第４のスイッチΦ１，４、Φ２，４、Φ３，４の出力と、第５のスイッチΦ１，５、Φ２，５、Φ３，５の出力とに接続される。また、第３の相互コンダクタンス増幅器５１３、５２３、５３３の入力は、それぞれ、第６のスイッチΦ１，６、Φ２，６、Φ３，６の出力に接続される。この第３の相互コンダクタンス増幅器５１３、５２３、５３３の入力には、サンプリング容量Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ５３が接続される。

【0053】

また、第１の相互コンダクタンス増幅器５１１、５２１、５３１、第２の相互コンダクタンス増幅器５１２、５２２、５３２、及び第３の相互コンダクタンス増幅器５１３、５２３、５３３の出力は互いに接続され、この出力部が第６のスイッチΦ１，６、Φ２，６、Φ３，６の入力と、第７のスイッチΦ１，７、Φ２，７、Φ３，７の入力と、第８のスイッチΦ１，８、Φ２，８、Φ３，８の入力とに接続される。第８のスイッチΦ１，８、Φ２，８、Φ３，８の出力は出力経路１に接続され、第７のスイッチΦ１，７、Φ２，７、Φ３，７の出力は出力経路２に接続される。

【0054】

オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０は、それぞれ、第１乃至第８のスイッチΦ１，１～Φ１，８、Φ２，１～Φ２，８、Φ３，１～Φ３，８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。例えば、オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０のそれぞれの第１乃至第８のスイッチをオンオフ制御する制御部を備える。オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０は、第１乃至第８のスイッチのオンオフによって複数の動作モードを切り替えて動作可能である。オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０は、複数の動作モードとして、増幅器の校正を行う校正モード、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モードを有する。

【0055】

次に、本実施形態のオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０における各動作モードについて説明する。以下の説明では、３つのオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０を代表して、第１のオートゼロ増幅器５１０における動作を説明する。他の第２のオートゼロ増幅器５２０、第３のオートゼロ増幅器５３０についても同様である。

【0056】

図２は、第１の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、校正モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。オートゼロ増幅器５１０は、校正モードにおいて、第１乃至第８のスイッチΦ１，１～Φ１，８が図２に示す接続状態となる。

【0057】

校正モードでは、第２のスイッチΦ１，２、第５のスイッチΦ１，５、及び第６のスイッチΦ１，６がオン、第１のスイッチΦ１，１、第３のスイッチΦ１，３、第４のスイッチΦ１，４、第７のスイッチΦ１，７、及び第８のスイッチΦ１，８がオフとなる。これにより、第１の相互コンダクタンス増幅器５１１及び第２の相互コンダクタンス増幅器５１２が同相入力端子Ｖｃｍに接続される。校正モードでは、オートゼロ増幅器５１０の校正を行い、第１の相互コンダクタンス増幅器５１１及び第２の相互コンダクタンス増幅器５１２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、第３の相互コンダクタンス増幅器５１３の入力のサンプリング容量Ｃ５１に貯めて保持（サンプリング）する。

【0058】

図３は、第１の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、経路１モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。オートゼロ増幅器５１０は、経路１モードにおいて、第１乃至第８のスイッチΦ１，１～Φ１，８が図３に示す接続状態となる。

【0059】

経路１モードでは、第１のスイッチΦ１，１、第４のスイッチΦ１，４、及び第８のスイッチΦ１，８がオン、第２のスイッチΦ１，２、第３のスイッチΦ１，３、第５のスイッチΦ１，５、第６のスイッチΦ１，６、及び第７のスイッチΦ１，７がオフとなる。これにより、第１の相互コンダクタンス増幅器５１１及び第２の相互コンダクタンス増幅器５１２が入力経路１に接続される。経路１モードでは、校正モードによって校正電圧が保持され、オフセット成分及び低周波雑音成分が低減された第１の相互コンダクタンス増幅器５１１及び第２の相互コンダクタンス増幅器５１２によって、入力経路１に入力される差動信号を増幅し、出力経路１に出力する。この場合、増幅器の相互コンダクタンス値（ｇｍ値）は、相互コンダクタンス増幅器５１１のｇｍ値（Ｇｍ１）と第２の相互コンダクタンス増幅器５１２のｇｍ値（Ｇｍ２）とを足し合わせた値（Ｇｍ１＋Ｇｍ２）となる。

【0060】

図４は、第１の実施形態におけるオートゼロ増幅器の動作例として、経路２モードにおけるスイッチの接続状態を示す図である。オートゼロ増幅器５１０は、経路２モードにおいて、第１乃至第８のスイッチΦ１，１～Φ１，８が図４に示す接続状態となる。

【0061】

経路２モードでは、第３のスイッチΦ１，３、第５のスイッチΦ１，５、及び第７のスイッチΦ１，７がオン、第１のスイッチΦ１，１、第２のスイッチΦ１，２、第４のスイッチΦ１，４、第６のスイッチΦ１，６、及び第８のスイッチΦ１，８がオフとなる。これにより、第１の相互コンダクタンス増幅器５１１が入力経路２に接続される。第２の相互コンダクタンス増幅器５１２は同相入力端子Ｖｃｍに接続される。経路２モードでは、校正モードによって校正電圧が保持され、オフセット成分及び低周波雑音成分が低減された第１の相互コンダクタンス増幅器５１１によって、入力経路２に入力される差動信号を増幅し、出力経路２に出力する。この場合、増幅器の相互コンダクタンス値（ｇｍ値）は、相互コンダクタンス増幅器５１１のｇｍ値（Ｇｍ１）のみとなる。

【0062】

オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０は、複数の増幅器の内一つが経路１モードの時、他の一つが経路２モードとなり、残る一つが校正モードとなるように動作モードを切り替える機能を有する。これらのオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０によって、３つのオートゼロ増幅器を切り替えて動作させるアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００が構成される。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の動作モードを時系列に切り替えて、２つの経路の増幅とオートゼロ増幅器の校正とを交互に行い、アンプシェアリングを実現する機能を有する。このとき、それぞれの動作モードの経路においてｇｍ値を異なる値に設定可能である。なお、第２の相互コンダクタンス増幅器５１２のｇｍ値をゼロ（Ｇｍ２＝０）とし、経路１モード（第１の増幅経路）と経路２モード（第２の増幅経路）のｇｍ値を等しく設定することも可能である。

【0063】

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。以下に、フェイズ１～フェイズ６の６つのフェイズを例示する。

【0064】

フェイズ１は、オートゼロ増幅器５１０が校正モードであり、オートゼロ増幅器５２０が経路２モードであり、オートゼロ増幅器５３０が経路１モードであるようなフェイズである。フェイズ２は、オートゼロ増幅器５１０が経路１モードであり、オートゼロ増幅器５２０が経路２モードであり、オートゼロ増幅器５３０が校正モードであるようなフェイズである。フェイズ３は、オートゼロ増幅器５１０が経路１モードであり、オートゼロ増幅器５２０が校正モードであり、オートゼロ増幅器５３０が経路２モードであるようなフェイズである。

【0065】

フェイズ４は、オートゼロ増幅器５１０が校正モードであり、オートゼロ増幅器５２０が経路１モードであり、オートゼロ増幅器５３０が経路２モードであるようなフェイズである。フェイズ５は、オートゼロ増幅器５１０が経路２モードであり、オートゼロ増幅器５２０が経路１モードであり、オートゼロ増幅器５３０が校正モードであるようなフェイズである。フェイズ６は、オートゼロ増幅器５１０が経路２モードであり、オートゼロ増幅器５２０が校正モードであり、オートゼロ増幅器５３０が経路１モードであるようなフェイズである。

【0066】

図５は、第１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第１例を示す図である。

【0067】

第１例は、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、上記のフェイズ１乃至フェイズ６を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックの一例である。この場合、動作モード切り替えの１周期を６つの区間に分割し、各オートゼロ増幅器において１区間分の校正モード、２区間分の経路１モード、１区間分の校正モード、２区間分の経路２モードを順に切り替える動作となる。この第１例は、校正モードの直後に経路１モード又は経路２モードとなり、校正して直ぐに増幅器として使用するため、校正モードにおいてサンプリングされる校正電圧の誤差を低減でき、オートゼロ増幅器をより高精度に動作させることができる。

【0068】

図６は、第１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第２例を示す図である。

【0069】

第２例は、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、上記のフェイズ１、フェイズ３、フェイズ５を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックの一例である。この場合、動作モード切り替えの１周期を３つの区間に分割し、各オートゼロ増幅器において１区間分の校正モード、１区間分の経路１モード、１区間分の経路２モードを順に切り替える動作となる。この第２例は、スイッチ駆動クロックを単純化でき、各スイッチをオンオフ制御する制御部の構成を簡単にできる。また、校正モードの区間を長くとることができるため、校正モード時にサンプリング容量にチャージする電荷量を大きくでき、ノイズの低減を図ることができる。

【0070】

図７は、第１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第３例を示す図である。

【0071】

第３例は、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、上記のフェイズ４、フェイズ６、フェイズ２を順に切り替える周期的なスイッチ駆動クロックの一例である。この場合、動作モード切り替えの１周期を３つの区間に分割し、各オートゼロ増幅器において１区間分の校正モード、１区間分の経路２モード、１区間分の経路１モードを順に切り替える動作となる。この第３例は、第２例と同様、スイッチ駆動クロックを単純にでき、校正モードの区間を長くとることができるため、制御部の構成の簡素化及びノイズの低減を図ることができる。

【0072】

上述した図２０の増幅回路の構成例のように、Ｐｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を２つ用いる構成では、オートゼロ増幅器が４つ必要となる。これに対し、本実施形態では、オートゼロ増幅器が３つで済むため、増幅回路の回路面積及び消費電力の低減を実現できる。また、本実施形態では、２つの経路を３つのオートゼロ増幅器によって高精度に増幅する際に、２つの経路の相互コンダクタンス値を別々の値に設計できるという利点がある。本実施形態では、入力経路１から出力経路１にかけての相互コンダクタンス値は第１の相互コンダクタンス増幅器の相互コンダクタンス値と第２の相互コンダクタンス増幅器の相互コンダクタンス値とを加算した値となり、入力経路２から出力経路２にかけての相互コンダクタンス値は第１の相互コンダクタンス増幅器の相互コンダクタンス値となる。これにより、増幅装置において、増幅回路全体の設計の自由度を向上でき、増幅回路について柔軟な設計が可能となる。

【0073】

（第２の実施形態）
図８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の実施形態は、前述した第１の実施形態の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を用いた増幅回路の構成に適用した例である。

【0074】

第２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。

【0075】

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。

【0076】

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（Filter）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。

【0077】

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、相互コンダクタンス増幅器１２３、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。

【0078】

また、増幅回路には、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。増幅回路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。

【0079】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、第２の増幅器は、入力が入力経路１に接続され、出力が出力経路１に接続され、第１の増幅経路（経路１）の増幅器となる。すなわち、第２の増幅器は、入力経路１からの差動入力信号を、経路１モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路１より出力する。

【0080】

また、第３の増幅器は、入力が入力経路２に接続され、出力が出力経路２に接続され、第２の増幅経路（経路２）の増幅器となる。すなわち、第３の増幅器は、入力経路２からの差動入力信号を、経路２モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路２より出力する。

【0081】

図９は、第２の実施形態の増幅回路におけるアンプシェアリングオートゼロ増幅器を模式的に示した機能説明図である。

【0082】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、３つのオートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０が時系列で互いに動作モードを切り替えながら動作し、アンプシェアリングによって２系統のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器の機能を実現する。経路１モードのオートゼロ増幅器ＡＺ１は、第２の増幅器としてチョッパ変調器１０３にて復調された主経路の信号を増幅する。経路１モードのオートゼロ増幅器ＡＺ１は、相互コンダクタンス値（ｇｍ値）が２つの相互コンダクタンス増幅器のｇｍ値を足し合わせた値（Ｇｍ１＋Ｇｍ２）となる。経路２モードのオートゼロ増幅器ＡＺ２は、第３の増幅器としてノイズリダクションループ回路１１０に入力されるフィードバックループの信号を増幅する。経路２モードのオートゼロ増幅器ＡＺ２は、相互コンダクタンス値（ｇｍ値）が１つの相互コンダクタンス増幅器のｇｍ値（Ｇｍ１）となる。校正モードのオートゼロ増幅器ＡＺ３は、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電圧をサンプリング容量に保持し、増幅動作時のオフセット成分及び低周波雑音成分がゼロになるように増幅器を校正する。

【0083】

図１０は、第２の実施形態の増幅回路の構成をより具体的に示した図である。図１０では、図８に示した第２の実施形態の増幅回路において、図１に示した第１の実施形態のアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を備えた構成を示している。

【0084】

ノイズリダクションループ回路１１０のフィルタ回路１１２は、容量Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３と、相互コンダクタンス増幅器３０１とを有する積分回路によって構成される。この積分回路により、ノイズリダクションループにおける低周波信号成分を増幅し、高周波信号成分を低減する。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にて増幅してフィードバックする。このように、フィルタ回路１１２によって、高周波信号成分を低減して主経路の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。

【0085】

第２の実施形態では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器を用いて２系統のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を機能させ、ノイズリダクションループ回路を有する増幅回路を構成する。これにより、ノイズリダクションループ回路の入力のオフセットを低減し、増幅回路のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減させ、高精度かつ低雑音化を図ることができるとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能となる。また、フィードバックループにおいて、チョッパ変調器を有しておらず、フィルタ回路にノッチフィルタ等を設ける必要が無く、回路構成を簡略化できる。

【0086】

また、複数の経路において異なる相互コンダクタンス値を設定できるため、増幅回路の主経路とノイズリダクションループとにアンプシェアリングオートゼロ増幅器を適用可能であり、増幅装置の回路設計の自由度を向上できる。第２の実施形態では、増幅回路のノイズリダクションループにおいて主経路よりも小さい相互コンダクタンス値を設定可能である。この場合、ノイズリダクションループの通過帯域を狭くでき、フィルタ回路の容量の値を小さくできる。これにより、増幅回路の小型化を図ることができる。

【0087】

（第３の実施形態）
図１１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の実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、入力経路及び出力経路を入れ替えた構成例である。ここでは、第２の実施形態と異なる部分を主に説明し、同様の構成については説明を省略する。

【0088】

第３の実施形態では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、第２の増幅器は、入力が入力経路２に接続され、出力が出力経路２に接続され、第２の増幅経路（経路２）の増幅器となる。すなわち、第２の増幅器は、入力経路２からの差動入力信号を、経路２モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路２より出力する。

【0089】

また、第３の増幅器は、入力が入力経路１に接続され、出力が出力経路１に接続され、第１の増幅経路（経路１）の増幅器となる。すなわち、第３の増幅器は、入力経路１からの差動入力信号を、経路１モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路１より出力する。

【0090】

第３の実施形態では、第２の実施形態と同様、ノイズリダクションループ回路を有する増幅回路において、アンプシェアリングオートゼロ増幅器を用いて２系統のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を機能させることにより、増幅回路のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減させるともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能となる。また、複数の経路において異なる相互コンダクタンス値を設定でき、増幅回路の主経路においてノイズリダクションループよりも小さい相互コンダクタンス値を設定可能である。

【0091】

（第４の実施形態）
図１２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、前述した第１の実施形態のアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を、オートコレクションフィードバック（Auto Correction Feedback）回路を用いた増幅回路の構成に適用した例である。

【0092】

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１０４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の出力端に出力が接続され、チョッパ変調器１０４の出力端に入力が接続されたオートコレクションフィードバック回路６１０を備える。オートコレクションフィードバック回路６１０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。

【0093】

本実施形態の増幅回路は、チョッパ変調器１０４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、オートコレクションフィードバック回路６１０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。

【0094】

オートコレクションフィードバック回路６１０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雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調するチョッパ変調器６１５と、チョッパ変調器６１５の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路６１２と、フィルタ回路６１２の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器６１３とを有する構成である。

【0095】

オートコレクションフィードバック回路６１０において、第３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するため、チョッパ変調器６１５の後段のフィルタ回路６１２として、ローパスフィルタとスイッチドキャパシタ型のノッチフィルタとが設けられる。チョッパ変調器６１５の出力の高周波信号成分をノッチフィルタによって除去することにより、利得低下を抑制しつつフィードバックループの入力のオフセットを低減できる。なお、オートコレクションフィードバック回路６１０において第３の増幅器をオートゼロ増幅器とすることにより、ノッチフィルタを無くすことも可能である。この場合、ノッチフィルタの周波数特性を考慮しなくて良くなるため、オートコレクションフィードバック回路６１０の安定性設計が容易になる。

【0096】

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、相互コンダクタンス増幅器１２３、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。

【0097】

また、増幅回路には、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。

【0098】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、第２の増幅器は、入力が入力経路１に接続され、出力が出力経路１に接続され、第１の増幅経路（経路１）の増幅器となる。すなわち、第２の増幅器は、入力経路１からの差動入力信号を、経路１モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路１より出力する。

【0099】

また、第３の増幅器は、入力が入力経路２に接続され、出力が出力経路２に接続され、第２の増幅経路（経路２）の増幅器となる。すなわち、第３の増幅器は、入力経路２からの差動入力信号を、経路２モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路２より出力する。

【0100】

第４の実施形態では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器を用いて２系統のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を機能させ、オートコレクションフィードバック回路を有する増幅回路を構成する。これにより、オートコレクションフィードバック回路の入力のオフセットを低減し、増幅回路のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減させ、高精度かつ低雑音化を図ることができるとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能となる。

【0101】

また、複数の経路において異なる相互コンダクタンス値を設定できるため、増幅回路の主経路とオートコレクションフィードバックループとにアンプシェアリングオートゼロ増幅器を適用可能であり、増幅装置の回路設計の自由度を向上できる。第４の実施形態では、増幅回路のオートコレクションフィードバックループにおいて主経路よりも小さい相互コンダクタンス値を設定可能である。

【0102】

（第５の実施形態）
図１３は、第５の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第５の実施形態は、第４の実施形態の変形例であり、入力経路及び出力経路を入れ替えた構成例である。ここでは、第４の実施形態と異なる部分を主に説明し、同様の構成については説明を省略する。

【0103】

第５の実施形態では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、第２の増幅器は、入力が入力経路２に接続され、出力が出力経路２に接続され、第２の増幅経路（経路２）の増幅器となる。すなわち、第２の増幅器は、入力経路２からの差動入力信号を、経路２モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路２より出力する。

【0104】

また、第３の増幅器は、入力が入力経路１に接続され、出力が出力経路１に接続され、第１の増幅経路（経路１）の増幅器となる。すなわち、第３の増幅器は、入力経路１からの差動入力信号を、経路１モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路１より出力する。

【0105】

第５の実施形態では、第４の実施形態と同様、オートコレクションフィードバック回路を有する増幅回路において、アンプシェアリングオートゼロ増幅器を用いて２系統のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を機能させることにより、増幅回路のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減させるともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能となる。また、複数の経路において異なる相互コンダクタンス値を設定でき、増幅回路の主経路においてオートコレクションフィードバックループよりも小さい相互コンダクタンス値を設定可能である。

【0106】

（第６の実施形態）
図１４は、第６の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第６の実施形態は、前述した第１の実施形態のアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を、リップルリダクションループ（Ripple Reduction Loop）回路を用いた増幅回路の構成に適用した例である。

【0107】

第６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１０４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の出力端に出力が接続され、チョッパ変調器１０４の出力端に入力が接続されたリップルリダクションループ回路６２０を備える。リップルリダクションループ回路６２０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。

【0108】

本実施形態の増幅回路は、チョッパ変調器１０４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、リップルリダクションループ回路６２０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。

【0109】

リップルリダクションループ回路６２０は、リップルリダクションループ回路６２０の入力の高周波雑音成分を取り出すカップリング容量Ｃ６１と、カップリング容量Ｃ６１の出力の差動電流信号を差動電圧信号に変換する抵抗Ｒ６１と、抵抗Ｒ６１によって変換された差動電圧信号を増幅する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雑音成分を直流成分及び低周波雑音成分に復調するチョッパ変調器６２５と、チョッパ変調器６２５の出力の高周波信号成分を低減するフィルタ回路６２２と、フィルタ回路６２２の出力を増幅する相互コンダクタンス増幅器６２３とを有する構成である。

【0110】

リップルリダクションループ回路６２０において、第３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するため、フィードバックループの入力段にカップリング容量Ｃ６１が設けられる。また、チョッパ変調器６２５での変調後の相互コンダクタンス増幅器６２３にて発生するオフセット成分及び低周波雑音成分の影響を低減するため、第３の増幅器としてオートゼロ増幅器が用いられる。オートゼロ増幅器によって、フィードバックループのリップル成分及びオフセット成分を低減でき、増幅回路におけるオフセット成分及び低周波雑音成分の影響を削減できる。

【0111】

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、相互コンダクタンス増幅器１２３、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。

【0112】

また、増幅回路には、第２及び第４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。

【0113】

アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、第２の増幅器は、入力が入力経路１に接続され、出力が出力経路１に接続され、第１の増幅経路（経路１）の増幅器となる。すなわち、第２の増幅器は、入力経路１からの差動入力信号を、経路１モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路１より出力する。

【0114】

また、第３の増幅器は、入力が入力経路２に接続され、出力が出力経路２に接続され、第２の増幅経路（経路２）の増幅器となる。すなわち、第３の増幅器は、入力経路２からの差動入力信号を、経路２モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路２より出力する。

【0115】

第６の実施形態では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器を用いて２系統のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を機能させ、リップルリダクションループ回路を有する増幅回路を構成する。これにより、増幅回路のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減させ、高精度かつ低雑音化を図ることができるとともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能となる。

【0116】

また、複数の経路において異なる相互コンダクタンス値を設定できるため、増幅回路の主経路とリップルリダクションループとにアンプシェアリングオートゼロ増幅器を適用可能であり、増幅装置の回路設計の自由度を向上できる。第６の実施形態では、増幅回路のリップルリダクションループにおいて主経路よりも小さい相互コンダクタンス値を設定可能である。

【0117】

（第７の実施形態）
図１５は、第７の実施形態の増幅回路の構成を示す図である。第７の実施形態は、第６の実施形態の変形例であり、入力経路及び出力経路を入れ替えた構成例である。ここでは、第６の実施形態と異なる部分を主に説明し、同様の構成については説明を省略する。

【0118】

第７の実施形態では、アンプシェアリングオートゼロ増幅器５００において、第２の増幅器は、入力が入力経路２に接続され、出力が出力経路２に接続され、第２の増幅経路（経路２）の増幅器となる。すなわち、第２の増幅器は、入力経路２からの差動入力信号を、経路２モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路２より出力する。

【0119】

また、第３の増幅器は、入力が入力経路１に接続され、出力が出力経路１に接続され、第１の増幅経路（経路１）の増幅器となる。すなわち、第３の増幅器は、入力経路１からの差動入力信号を、経路１モードとなったアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００内部のオートゼロ増幅器５１０又はオートゼロ増幅器５２０又はオートゼロ増幅器５３０により増幅し、出力信号を出力経路１より出力する。

【0120】

第７の実施形態では、第６の実施形態と同様、リップルリダクションループ回路を有する増幅回路において、アンプシェアリングオートゼロ増幅器を用いて２系統のＰｉｎｇ－Ｐｏｎｇオートゼロ増幅器を機能させることにより、増幅回路のオフセット成分及び低周波雑音成分を低減させるともに、回路面積及び消費電力を低減させることが可能となる。また、複数の経路において異なる相互コンダクタンス値を設定でき、増幅回路の主経路においてリップルリダクションループよりも小さい相互コンダクタンス値を設定可能である。

【0121】

本実施形態では、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を備えるアンプシェアリングオートゼロ増幅器５００を有する。オートゼロ増幅器５１０、５２０、５３０のそれぞれは、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及び第２の相互コンダクタンス増幅器５１２、５２２、５３２と、第１及び第２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第１及び第２の相互コンダクタンス増幅器の出力を入力する第３の相互コンダクタンス増幅器５１３、５２３、５３３と、第３の相互コンダクタンス増幅器の入力において第１及び第２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。また、入力される差動信号を第１の相互コンダクタンス増幅器及び第２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（入力経路１）及び第１の出力経路（出力経路１）と、入力される差動信号を第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（入力経路２）及び第２の出力経路（出力経路２）と、第１の入力経路及び第１の出力経路と、第２の入力経路及び第２の出力経路との経路切り替えを行うスイッチΦ１，１～Φ１，８、Φ２，１～Φ２，８、Φ３，１～Φ３，８と、を備える。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及び第２の相互コンダクタンス増幅器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により切り替える。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、増幅回路の回路面積及び消費電力の低減を図ることができる。また、２つの経路を３つのオートゼロ増幅器によって高精度に増幅する際に、２つの経路の相互コンダクタンス値を別々の値に設計可能である。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であるとともに、増幅回路全体の設計の自由度を向上できる。

【0122】

また、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、オートコレクションフィードバック回路６１０、リップルリダクションループ回路６２０のいずれかにおいて、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各種の増幅装置を実現できる。

【0123】

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】

【0124】

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】

【0125】

１０１、１０３、１０４、６１５、６２５：チョッパ変調器
１０２、１１３、１２２、１２３、５１１、５１２、５１３、５２１、５２２、５２３、５３１、５３２、５３３、６１３、６２３：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
１１２、６１２：フィルタ回路
１２１：増幅器
５００：アンプシェアリングオートゼロ増幅器
５１０、５２０、５３０：オートゼロ増幅器
６１０：オートコレクションフィードバック回路
６２０：リップルリダクションループ回路
Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３：容量
Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ５３：サンプリング容量
Ｃ６１：カップリング容量
Ｃ１１１、Ｃ１１２、Ｃ１２１、Ｃ１２２、Ｃ１３１：位相補償容量
Φ１，１～Φ１，８、Φ２，１～Φ２，８、Φ３，１～Φ３，８：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】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】