(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ、演算増幅器と、この演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続した積分コンデンサとによって積分回路を構成し、この積分回路により入力電流を積分コンデンサに積分し、上記演算増幅器の出力端子に発生する積分電圧により上記入力電流の値を電圧値に変換する電流−電圧変換回路において、
Ｂ、上記積分コンデンサと上記演算増幅器の入力端子との接続点側に互いに逆向きに接続された一対のダイオードの各一端が接続されたダイオードスイッチと、
Ｃ、このダイオードスイッチを構成する各ダイオードの他端と共通電位点との間に接続した一対の抵抗器と、
Ｄ、上記ダイオードスイッチを構成する一対のダイオードと上記各抵抗器との接続点に一端が接続された一対のリセットスイッチと、
Ｅ、この一対のリセットスイッチの各他端と上記積分回路の出力端子との間に接続した互いに逆極性のバイアス電源と、
によって構成した電流−電圧変換回路。
【請求項２】
請求項１記載の電流−電圧変換回路において、上記バイアス電源はダイオードの順方向電圧降下で発生する電圧を利用した電圧源で構成したことを特徴とする電流−電圧変換回路。
【請求項３】
Ａ、演算増幅器と、この演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続した積分コンデンサとによって積分回路を構成し、この積分回路により入力電流を積分コンデンサに積分し、上記演算増幅器の出力端子に発生する積分電圧により上記入力電流の値を電圧値に変換する電流−電圧変換回路において、
Ｂ、上記積分コンデンサと上記演算増幅器の入力端子との接続点側に互いに逆向きに接続された一対のダイオードの各一端が接続されたダイオードスイッチと、
Ｃ、このダイオードスイッチを構成する各ダイオードの他端と共通電位点との間に接続した一対の抵抗器と、
Ｄ、上記ダイオードスイッチを構成する一対のダイオードと上記各抵抗器との接続点のそれぞれと上記積分回路の出力端子との間に接続されて上記ダイオードスイッチを構成する一対のダイオードと共に、ダイオードブリッジを構成する複数のダイオードと、
Ｅ、このダイオードブリッジをオン、オフ制御し、上記ダイオードブリッジをオンの状態に制御することにより上記積分コンデンサに充電された電荷を放電させるリセットスイッチと、
によって構成した電流−電圧変換回路。
【請求項４】
請求項３記載の電流−電圧変換回路において、上記ダイオードスイッチを構成する各ダイオードと、このダイオードと共に上記ダイオードブリッジを構成するための各ダイオードとの接続点に、ダイオードスイッチの洩れ電流を阻止するための逆流阻止用ダイオードを介挿した構成としたことを特徴とする電流−電圧変換回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は各種の計測器に用いられる電流−電圧変換回路に関し、特にリセット時に発生するオフセット電流を小さくすることができる電流−電圧変換回路を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は特開平５−１２６８６４号公報で提案された電流−電圧変換回路の構成を示す。図中１は積分回路を示す。積分回路１は演算増幅器１Ａと積分コンデンサ１Ｂとによって構成される。積分コンデンサ１Ｂは演算増幅器１Ａの反転入力端子と、出力端子間に接続され、被測定電流源３から出力される被測定電流ｉｘを予め定めた一定の時間Ｔに渡って積分し、積分電圧Ｖ0を得る（図６参照）。この積分電圧Ｖ0はＶ0＝−（ｉｘ／Ｃ１）Ｔで与えられる。尚、Ｃ１は積分コンデンサ１Ｂの容量値。これにより、被測定電流ｉｘはｉｘ＝−Ｖ0・Ｃ１／Ｔで求めることができる。
【０００３】
測定を再開するには積分コンデンサ１Ｂに積分された電荷を放電し、リセットさせる必要がある。このために、積分コンデンサ１Ｂには並列にリセット回路２が接続される。リセット回路２はこの図５に示す例ではダイオードスイッチＳＷDとリセットスイッチＳＷ１と、抵抗器２Ａ、２Ｂとによって構成した場合を示す。
このリセット回路２の特徴とする点は演算増幅器１Ａの入力側にダイオードスイッチＳＷDを配置した点と、ダイオードスイッチＳＷDの他端側を抵抗器２Ｂを通じて共通電位点に接続した点にある。
【０００４】
ダイオードスイッチＳＷDと抵抗器２Ｂとの存在によって以下の利点が得られる。つまり、リセットスイッチＳＷ１に半導体スイッチを用いた場合、半導体スイッチは完全にオフの状態（抵抗値が無限に大きい状態）を得ることはできない。リセットスイッチＳＷ１がオフの状態であっても、抵抗値は有限である。このために、リセットスイッチＳＷ１に半導体スイッチ素子を用いた場合、仮にダイオードスイッチＳＷDが存在しない場合は、その有限な抵抗値を通じてリーク電流が演算増幅器１Ａの入力側に流れ、積分電圧に誤差を与える。
【０００５】
このために、図５に示す回路ではダイオードスイッチＳＷDを挿入し、積分動作中はダイオードスイッチＳＷDの両端側の電位差をほぼ０Ｖの近辺に維持させることにより、ダイオードスイッチＳＷDをオフの状態に維持させ、これによりリーク電流が演算増幅器１Ａの入力側に流れることを阻止したものである。この点で優れた特質を具備している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した電流−電圧変換回路は上述したように、優れた特質を具備している半面、以下のような欠点を持っている。
つまり、リセット動作時はダイオードスイッチＳＷDを構成するダイオードＤａ又はＤｂの何れか一方がオンの状態になって積分コンデンサ１Ｂに充電された電荷を放電させる。その放電回路にはダイオードＤａ又はＤｂの順方向電圧降下ＶFが発生する。従って、積分コンデンサ１Ｂの放電はこの電圧降下ＶFで収束し、積分コンデンサ１ＢにはダイオードＤａ又はＤｂの順方向電圧ＶFが残る（図６参照）。これが出力電圧Ｖ0に重畳してＶ0＋ＶF又はＶ0−ＶFとして出力されてしまう欠点がある。因みにオフセット電圧ＶFがダイオードＤａ、Ｄｂの順方向電圧降下であるものとすると、約０．６Ｖ（６００ｍＶ）となる。
【０００７】
従って、図５に示した電流−電圧変換回路を実用するには出力電圧Ｖ0に重畳するオフセット電圧±ＶFを除去するためのオフセット除去回路を別途用意する必要がある。
この発明の目的はリセット動作後に、出力電圧Ｖ0に重畳するオフセット電圧ＶFを小さくすることができる電流−電圧変換回路を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では、演算増幅器と、この演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続した積分コンデンサとによって積分回路を構成し、この積分回路により入力電流を積分コンデンサに積分し、演算増幅器の出力端子に発生する積分電圧により入力電流の値を電圧値に変換する電流−電圧変換回路において、
積分コンデンサと演算増幅器の入力端子との接続点側に互いに逆向きに接続された一対のダイオードの各一端が接続されたダイオードスイッチと、
このダイオードスイッチを構成する各ダイオードの他端と共通電位点との間に接続した一対の抵抗器と、
ダイオードスイッチを構成する一対のダイオードと各抵抗器との接続点に一端が接続された一対のリセットスイッチと、
この一対のリセットスイッチの各他端と積分回路の出力端子との間に接続した互いに逆極性のバイアス電源と、
によって構成した電流−電圧変換回路を提案する。
【０００９】
この発明の請求項２では、請求項１記載の電流−電圧変換装置において、バイアス電源はダイオードの順方向電圧降下で発生する電圧を利用した電圧源で構成した電流−電圧変換回路を提案する。
この発明の請求項３では、演算増幅器と、この演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続した積分コンデンサとによって積分回路を構成し、この積分回路により入力電流を積分コンデンサに積分し、演算増幅器の出力端子に発生する積分電圧により入力電流の値を電圧値に変換する電流−電圧変換回路において、
積分コンデンサと演算増幅器の入力端子との接続点側に互いに逆向きに接続された一対のダイオードの各一端が接続されたダイオードスイッチと、
このダイオードスイッチを構成する各ダイオードの他端と共通電位点との間に接続した一対の抵抗器と、
ダイオードスイッチを構成する一対のダイオードと各抵抗器との接続点のそれぞれと積分回路の出力端子との間に接続されてダイオードスイッチを構成する一対のダイオードと共にダイオードブリッジを構成する複数のダイオードと、
このダイオードブリッジをオン、オフ制御し、ダイオードブリッジをオンの状態に制御することにより積分コンデンサに充電された電荷を放電させるリセットスイッチと、
によって構成した電流−電圧変換回路を提案する。
【００１０】
この発明の請求項４では、請求項３記載の電流−電圧変換回路において、ダイオードスイッチを構成する各ダイオードとこのダイオードと共にダイオードブリッジを構成するための各ダイオードとの接続点にダイオードスイッチの洩れ電流を阻止するための逆流阻止用ダイオードを介挿した構成とした電流−電圧変換回路を提案する。
作用
この発明による電流−電圧変換回路によれば、リセット時にはバイアス電源の電圧又はダイオードブリッジに発生する電圧によって積分コンデンサの両端間の電位差はほぼ０Ｖの状態に平衡されるから、リセット時に発生するオフセット電圧の値を小さい電圧に制御することができる利点が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明による電流−電圧変換回路の一実施例を示す。図５と対応する部分には同一符号を付して示す。この発明の特徴とする構成はリセット回路２において、ダイオードスイッチＳＷDを構成するダイオードＤａとＤｂの各一端を積分回路１を構成する演算増幅器１Ａの反転入力端子に接続すると共に、各ダイオードＤａとＤｂの他端を抵抗器Ｒ２とＲ４を通じて共通電位点に接続し、更に、各ダイオードＤａ、Ｄｂと抵抗器Ｒ２、Ｒ４の各接続点にリセットスイッチＳＷ１とＳＷ２の各一端を接続し、これらリセットスイッチＳＷ１、ＳＷ２の各他端と積分回路１の出力端子との間にそれぞれ抵抗器Ｒ１とバイアス電圧源２Ｃ及び抵抗器Ｒ３とバイアス電圧源２Ｄの各直列回路を接続した構成とした点である。
【００１２】
バイアス電圧源２Ｃ、２Ｄは抵抗器Ｒ１−リセットスイッチＳＷ１−Ｄａ−Ｄｂ−リセットスイッチＳＷ２−抵抗器Ｒ３によって構成される閉ループ内では順方向に直列接続されるが、接続点Ｊ１とＪ２間では互いに逆並列接続となり、この間の電位差は０Ｖとなる。
つまり、リセットスイッチＳＷ１とＳＷ２がオフの状態では接続点Ｊ１とＪ２の間は開放されているから、積分回路１は
Ｖ0＝−（ｉｘ／Ｃ１）ｔ
で積分動作を実行する。
【００１３】
時間ｔが予め定めた時間Ｔ（図６参照）となった時点でＶ0を測定し、その後リセット動作を行う。リセット動作はリセットスイッチＳＷ１とＳＷ２をオンの状態に制御すればよい。リセットスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンの状態に制御されることによりバイアス電圧源２Ｃと２Ｄのバイアス電圧ｅ１とｅ２がｅ１＋ｅ２となってダイオードＤａとＤｂの直列回路に印加される。
ダイオードＤａとＤｂの順方向導通電圧がＶＤ１、ＶＤ２の場合、
ｅ１＋ｅ２＞ＶＤ１＋ＶＤ２
になるように、バイアス電圧源２Ｃ、２Ｄのバイアス電圧ｅ１とｅ２を設定すればリセットスイッチＳＷ１とＳＷ２をオンにした時点でダイオードＤａとＤｂはオンの状態となる。ダイオードＤａ及びＤｂがバイアス電圧ｅ１とｅ２によってオンの状態に制御されることにより積分コンデンサ１Ｂに充電された電荷はダイオードＤａ又はＤｂの何れか一方を通じて放電され、積分電圧Ｖ0はリセットされる。
【００１４】
ここで、抵抗器Ｒ１、Ｒ３の抵抗値をｒａ、抵抗器Ｒ２、Ｒ４の抵抗値をｒｂ、ダイオードＤａ、Ｄｂの順方向導通電圧をＶＤ１＝ＶＤ２＝ＶＤ、ｅ１＝ｅ２＝ｅとすると、
Ｖ0＝（ｒａ／２）ｉｘ
となる。
抵抗器Ｒ１とＲ３の抵抗値ｒａが充分小さく、ダイオードＤａ、Ｄｂを流れる電流ｉ１とｉ２に対して入力電流ｉｘが充分小さいとき、
Ｖ0≒０
ｉ１≒ｉ２
となる。
【００１５】
すなわち、リセット時に積分回路１に残る出力電圧Ｖ0はほぼ０Ｖであり、オフセット電圧の発生を除去することができる。
また、リセット動作時にダイオードスイッチＳＷDを構成するダイオードＤａ、Ｄｂを流れる電流ｉ１とｉ２が
ｉ１＝ｉ２＝（ｅ−ＶＤ）／ｒａ−ＶＤ／ｒｂ
で一定電流となる。このためにリセット時の積分回路１の入力インピーダンスは入力電流ｉｘの値に関係なく一定値となる。
【００１６】
図２はリセットスイッチＳＷ１、ＳＷ２とバイアス電圧源２Ｃ、２Ｄを具体的に示した実施例を示す。この実施例ではリセットスイッチＳＷ１とＳＷ２にＦＥＴを用い、更にバイアス電圧源２Ｃ、２ＤをダイオードＤ４、Ｄ６とＤ５、Ｄ７の各直列回路によって構成した場合を示す。ダイオードＤ４とＤ６及びＤ５とＤ７はそれぞれ直列接続され、この直列回路に抵抗器Ｒ１とＲ３を通じて常時電流ｉ３を流し、ダイオードＤ４とＤ６の順方向導通電圧によりバイアス電圧ｅ１を発生させ、ダイオードＤ５とＤ７の順方向導通電圧によりバイアス電圧ｅ２を発生させ、これらのバイアス電圧ｅ１とｅ２をリセットスイッチＳＷ１とＳＷ２を構成するＦＥＴの制御電極は共通接続され、この共通接続した制御電極にリセット信号ＲＥＳＥＴを印加する。
【００１７】
リセット信号ＲＥＳＥＴが印加されることにより、リセットスイッチＳＷ１とＳＷ２がオンの状態に制御される。積分コンデンサ１Ｂに充電されている電荷が接続点Ｊ１側が正電位、接続点Ｊ２側が負電位の状態に充電されているものとすると、この場合にはダイオードＤａを通じて積分コンデンサ１Ｂに放電電流が流れ、積分コンデンサ１Ｂの電荷は放電され、積分回路１はリセットされる。また、接続点Ｊ２側が正電位接続点Ｊ１側が負電位に充電されている場合はダイオードＤｂを通じて放電が行われ、積分回路１がリセットされる。
【００１８】
リセットスイッチＳＷ１とＳＷ２を構成するＦＥＴのオン抵抗をＲonとすると、リセット時の出力電圧Ｖ0は、
Ｖ0＝−（Ｒon／２）ｉｘ
となる。
因みに、ＦＥＴのオン抵抗ＲonがＲon＝５０Ω、入力電流ｉｘがｉｘ＝１００μＡであった場合には、
0003705423.tif 000002
となり、従来のオフセット電圧０．６Ｖ（６００ｍＶ）と比較して充分小さいオフセット電圧にすることができる。
【００１９】
図３はこの発明の更に他の実施例を示す。この実施例ではダイオードスイッチＳＷDを構成するダイオードＤａとＤｂをダイオードブリッジに組み込み、このダイオードブリッジをオンの状態に制御することにより積分コンデンサ１Ｂに充電された積分電圧Ｖ0を放電させる構成とした場合を示す。
つまり、ダイオードＤａ、Ｄｂ及びＤ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８により、ダイオードブリッジを構成する。このダイオードブリッジはリセットスイッチＳＷ１とＳＷ２がオフの状態では積分コンデンサ１Ｂに正又は負の如何なる電圧に積分されてもダイオードＤａ、Ｄ３とＤ５、Ｄ７は互いに逆向きに接続されており、また、ダイオードＤｂ、Ｄ４とＤ６、Ｄ８も互いに逆向きに接続されているため、放電することなく、積分動作を実行することができる。
【００２０】
また、この積分モードではダイオードＤａとＤ３の接続点Ｅと、ダイオードＤｂとＤ４の接続点Ｆは抵抗器Ｒ２とＲ４で共通電位に接続されているため、ダイオードＤａとＤｂには電位差が与えられることがなく、オフの状態に制御される。よって積分モードで積分回路１にリセット回路２からリーク電流が流れることを阻止することができる。
一方、リセットスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンの状態に制御された場合は、積分コンデンサ１Ｂに充電されている積分電圧Ｖ0の極性に応じてダイオードＤ３、ＤａとＤ６、Ｄ８を通じて放電する場合と、ダイオードＤ５、Ｄ７及びＤｂ、Ｄ４を通じて放電する場合とが発生し、何れの場合も積分コンデンサ１Ｂに積分された積分電圧Ｖ0は放電される。
【００２１】
つまり、接続点Ｊ１側が正電位に積分された場合にリセットスイッチＳＷ１とＳＷ２がオンになると、ダイオードＤａ、Ｄ３から積分コンデンサ１Ｂを通ってダイオードＤ８、Ｄ６に放電電流が流れ、積分コンデンサ１Ｂに積分された電荷を放電させる。
また、接続点Ｊ１側が負電位に積分された場合にリセットスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンの状態に制御された場合はダイオードＤ５、Ｄ７がオンとなり、接続点Ｊ１側から積分コンデンサ１Ｂを通じてダイオードＤｂ、Ｄ４を通じて放電電流が流れ、積分コンデンサ１Ｂの積分電圧Ｖ0を放電させる。
【００２２】
放電中、ダイオードブリッジを構成するダイオードＤａ、Ｄ３とＤ６、Ｄ８及びＤ５、Ｄ７とＤｂ、Ｄ４の各電圧降下は各ダイオードの順方向電圧がＶFとすると、ダイオードブリッジの各辺の電圧降下は２ＶFとなる。積分コンデンサ１Ｂの放電が終了した時点では各ダイオードＤａ，Ｄｂ及びＤ３〜Ｄ８の全てのダイオードはオンの状態となり、ダイオードブリッジは平衡状態に収束する。従って接続点Ｊ１とＪ２の間の電位差は０Ｖとなり、積分コンデンサ１Ｂの電圧は０Ｖに収束する。
【００２３】
ここで、ダイオードＤ３と、Ｄ４の動作について補足説明する。ダイオードＤ３とＤ４が仮に存在しないとすると、接続点Ｊ１側が正または負の電位に積分されるに従って、ダイオードＤｂまたはＤａを通じてリーク電流が流れ、積分電圧Ｖ0に誤差が発生する不都合が生じる。つまり、接続点Ｊ１側が負の電位に積分されている場合に、ダイオードＤ３が存在しない場合にはＥ点が負電圧となりＤａに逆方向の電圧が印可され、Ｄａを通じてリーク電流が流れる。このリーク電流の発生を阻止するためにダイオードＤ３を接続し、Ｅ点の電位を共通電位とする事によりＤａのリーク電流を阻止する構成としている。
【００２４】
また、ダイオードＤ４も同様に接続点Ｊ１側が正電位に積分された場合にダイオードＤ４が存在しない場合はＦ点が正電位となりＤｂに逆方向の電圧が印可されＤｂにリーク電流が流れてしまうため、このリーク電流を阻止するために、ダイオードＤ４を接続したものである。
従って、これらのダイオードＤ３とＤ４をここでは逆流阻止用ダイオードと呼ぶことにする。また、この逆流阻止用ダイオードＤ３とＤ４を接続したことにより、ダイオードブリッジの他の辺もダイオードＤ５とＤ７及びＤ６とＤ８を２個ずつ直列接続し、ダイオードブリッジの接続点Ｊ１とＪ２の間の電位をほぼ０Ｖに平衡させるように構成したものである。
【００２５】
図４は図３に示したダイオードＤ５、Ｄ７とＤ６、Ｄ８を定電圧ダイオードに書き替えた場合を示す。定電圧ダイオードを使用する場合も、ダイオードブリッジとしてはこれら定電圧ダイオードの順方向電圧を利用してブリッジの接続点Ｊ１とＪ２の間の電圧を０Ｖに平衡させている。定電圧ダイオードを利用した理由は、積分回路１に過大電流が入力された場合に、積分の途中で積分電圧Ｖ0が定電圧ダイオードの定電圧導通電圧に達すると定電圧ダイオードが導通し、積分電圧がそれ以上上昇しないように制限される。これにより、演算増幅器１Ａが飽和に達することを阻止することができるように構成したものである。尚、演算増幅器が飽和に達すると、正常状態に復帰するのに時間が掛かるため、演算増幅器を飽和させることは極力避けることが望ましい。その他の作用効果は図３の実施例と同様である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば電流−電圧変換回路を構成するリセット回路２にリーク電流防止用のダイオードスイッチＳＷDを設けた場合でも、このダイオードスイッチＳＷDが存在しても積分コンデンサ１Ｂの電圧をほぼ０Ｖにリセットさせることができる。
この結果、電流−電圧変換回路の後段側にオフセット電圧除去回路を設ける必要がなく、使い勝手の良い電流−電圧変換回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するための接続図。
【図２】この発明の具体的な実施例を説明するための接続図。
【図３】この発明の変形実施例を説明するための接続図。
【図４】この発明の更に他の変形実施例を説明するための接続図。
【図５】従来の技術を説明するための接続図。
【図６】図５の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
１        積分回路
１Ａ        演算増幅器
１Ｂ        積分コンデンサ
２        リセット回路
ＳＷD         ダイオードスイッチ
ＳＷ１、ＳＷ２        リセットスイッチ
２Ｃ、２Ｄ        バイアス電圧源
Ｄ３、Ｄ４        逆流阻止用ダイオード
【図１】
0003705423.tif 000003
【図２】
0003705423.tif 000004
【図３】
0003705423.tif 000005
【図４】
0003705423.tif 000006
【図５】
0003705423.tif 000007
【図６】
0003705423.tif 000008