(57)【要約】【課題】ゲインを可変に設定する際、帰還容量の切り替えをすることなく周波数帯域が一定に維持された増幅回路を提供することを目的とする。【解決手段】オペアンプＯＰと抵抗素子Ｒｆ，Ｒｉで構成されるフィードバック回路とを備える非反転増幅回路である。オペアンプＯＰのＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２で構成される差動対へのバイアス電流ＩＢを、抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉで設定されるゲインに応じて調整することで、入力信号の振幅レンジに拘わらず所定の振幅レベルに増幅することができる。この場合、帰還容量の容量値を切り替えることなく、周波数帯域を一定に保ち、同じローパスフィルタ特性を介して増幅することができる。【選択図】図２
2015119304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オペアンプ部と、
入力信号の振幅レンジを所定振幅レンジまで非反転増幅、反転増幅、または差動増幅するゲインを設定するフィードバック回路とを備え、
前記オペアンプ部は、
前記フィードバック回路により設定された前記ゲインに応じて、前記入力信号が入力される差動対に供給するバイアス電流を調整するバイアス電流源を備えることを特徴とする増幅回路。
【請求項２】
前記バイアス電流源は、予め、基準ゲインに対するバイアス電流を基準バイアス電流とし、前記ゲインに対する前記バイアス電流を、（基準バイアス電流）×（前記ゲイン／前記基準ゲイン）とすることを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記基準ゲインは、前記入力信号の最小の振幅レンジを最大の振幅レンジに増幅する際に設定されるゲインであることを特徴とする請求項２に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記バイアス電流源は、互いに並列に配置された複数のＭＯＳトランジスタを備え、
前記バイアス電流は、前記複数のＭＯＳトランジスタのうち選択されたＭＯＳトランジスタの各々に流れる電流の総和であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小信号を増幅する増幅回路に関し、特に、ゲインを可変とすることができる増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気センサや加速度センサ等の各種センサから出力されるセンサ信号は微弱な信号であり、また各々に信号の振幅範囲のレンジも異なる場合があるため、センサ信号を増幅回路により増幅するに当たっては、センサの振幅レンジごとに異なるゲインで信号を増幅する必要がある。
【０００３】
増幅回路としては、オペアンプに抵抗素子等を備えるフィードバック回路により負帰還をかけた、いわゆる非反転増幅回路、反転増幅回路、または差動増幅回路が一般的である。ここでオペアンプは、フィードバック回路を備えないオペアンプ自体のゲイン−周波数特性としてオープンループ特性を有している。そのゲイン（オープンループゲイン）は、上記の増幅回路に必要なゲインに比して充分に大きなことが一般的である（例えば、非特許文献１など）。これに対して、フィードバック回路を備えて構成される非反転増幅回路、反転増幅回路、差動増幅回路は、ゲインがセンサ信号に応じた値に調整された特性とされる（以下、クローズドループ特性と称する）。このクローズドループ特性は、遮断周波数以外には極（pole）はないものと仮定すると、遮断周波数以下の周波数帯域ではゲインが設定された値に一定に維持され、遮断周波数以上の周波数帯域では（−２０ｄＢ／ｄｅｃ）でゲインが減衰する、ローパスフィルタ特性を有している。この時、ゲインが減衰する周波数帯域の特性線はゲインの大小にかかわらず同じ特性線である。その結果、設定されたゲインが小さいほど周波数帯域が広がり遮断周波数が高くなるという特性を有することが知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】岡村廸夫著、「定本  ＯＰアンプ回路の設計」、ＣＱ出版社、１９９０年９月１０日（初版）、ｐ．３１−３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
背景技術の増幅回路では、入力されるセンサ信号の振幅範囲のレンジに応じて、フィードバック回路に備えられる抵抗素子等の抵抗比を調整してゲインが設定される。このとき、ゲインの低減分だけ遮断周波数が高周波数側に移動して周波数帯域が拡大してしまう。これにより、増幅する必要のあるセンサ信号の周波数帯域を超えた高い周波数帯域の信号もセンサ信号と同じゲインで増幅されることとなる。不要な周波数帯域の信号成分が増幅されてしまいセンサ信号に対してノイズ源となるおそれがある。増幅された信号においてノイズ帯域が拡大し信号品質が悪化するおそれがあり問題である。
【０００６】
周波数帯域の低減は、オペアンプに接続される帰還容量の容量値を大きくすることで対応することは可能である。しかしながら、ゲインの低減分に応じて大きな帰還容量を接続しなければならず、ゲインの変更に応じて容量値を切り替えなければならない。ゲインに応じた容量値に切り替えるために複数の容量素子を切り替え可能に備えなければならず、ゲイン低減に応じて大きな容量値が必要になることと相まって、容量素子を配置する領域として大きな占有面積を確保する必要があり問題である。
【０００７】
本願に開示される技術は上記の課題に鑑み提案されたものであって、ゲインを可変に設定する際、帰還容量の切り替えをすることなく周波数帯域が一定に維持された増幅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】
【０００８】
本願に開示される技術に係る増幅回路は、オペアンプ部と、入力信号を所定振幅まで非反転増幅、反転増幅、または差動増幅するゲインを設定するフィードバック回路とを備えて構成される。オペアンプ部はバイアス電流源を備え、バイアス電流源が、フィードバック回路により設定されたゲインに応じて、入力信号が入力される差動対に供給するバイアス電流を調整する。
【０００９】
これにより、所定の振幅範囲を有して入力される入力信号の振幅レンジを、後段の信号処理に必要な所定振幅レンジに増幅する増幅回路において、入力信号の振幅レンジが異なる場合でも、増幅回路に備えられるフィードバック回路によりゲインを設定して所定振幅レンジに増幅することができる。入力信号は、振幅レンジに拘わらず、後段の信号処理に供することができる。
【００１０】
この場合、設定されたゲインに応じてオペアンプ部の差動対に供給するバイアス電流を調整して、増幅回路の周波数帯域を一定に保つことができる。入力信号は、振幅レンジに拘わらず、同じローパスフィルタ特性を介して増幅されるため、信号処理される入力信号の周波数帯域を一定とすることができる。設定されたゲインに応じて帰還容量の容量値を切り替えて位相補償を最適化するといった作業が不要となる。また、設定されるゲインごとに容量値を合わせるために容量素子を複数用意することは不要であり、選択された容量素子への接続を切り替える選択手段なども不要である。回路や素子の専有面積を低減することができる。
【００１１】
更に、本願に開示の増幅回路において、バイアス電流源は、予め、基準ゲインに対するバイアス電流を基準バイアス電流とし、ゲインに対するバイアス電流を、（基準バイアス電流）×（ゲイン／基準ゲイン）として調整する構成としてもよい。これにより、基準バイアス電流と設定されたゲインに応じたバイアス電流との関係は、基準ゲインと設定されたゲインとの関係と比例関係にあり、ゲインが変更された場合にもバイアス電流を（基準バイアス電流）×（ゲイン／基準ゲイン）で設定すれば、同じローパスフィルタ特性を維持することができる。
【００１２】
更に、本願に開示の増幅回路において、基準ゲインは、入力信号の最小の振幅レンジを最大の振幅レンジに増幅する際に設定されるゲインであるとしてもよい。これにより、入力信号として想定される最小の振幅レンジを後段の信号処理として想定される最大の振幅レンジに増幅するゲインを基準ゲインとするので、基準ゲインは設定されるゲインのうちの最大値となり、このときの基準バイアス電流も最大値となる。したがって、フィードバック回路により設定されるゲインに応じて、バイアス電流を基準バイアス電流から低減すればよい。設定されるゲインは最大ゲイン以下のゲインであり、それに応じてバイアス電流も基準バイアス電流以下に低減され、消費電流の低減を図ることができる。
【００１３】
更に、本願に開示の増幅回路において、バイアス電流源は、互いに並列に配置された複数のＭＯＳトランジスタを備えて構成され、バイアス電流は、複数のＭＯＳトランジスタのうち選択されたＭＯＳトランジスタの各々に流れる電流の総和であるとの構成とすることもできる。予め、バイアス電流の値に応じて複数のＭＯＳトランジスタを備えておき、設定されるゲインに応じて電流源に供されるＭＯＳトランジスタを選択してやれば、バイアス電流の電流値を調整することができる。この場合、複数のＭＯＳトランジスタは、チャネル幅等のサイズが同一のトランジスタを並列に配置しても、個々にサイズが異なるトランジスタを並列に配置してもよく、また、これらを適宜に組み合わせて配置してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本願に開示される技術に係る増幅回路によれば、オペアンプ部にフィードバック回路が接続された非反転増幅、反転増幅、または差動増幅に係る増幅回路において、フィードバック回路により可変に設定されるゲインに応じてオペアンプ部の差動対のバイアス電流を調整することにより、ゲインに拘わらず、周波数帯域が同じローパスフィルタ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態における増幅回路の一例を示す図である。
【図２】実施形態の非反転増幅回路を示す回路図である。
【図３】実施形態における非反転増幅回路の周波数−ゲイン特性を示す図である。
【図４】実施形態の非反転増幅回路においてバイアス電流とノイズとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１には、オペアンプとフィードバック回路とにより構成される増幅回路の一例を示す。オペアンプを使用した増幅回路として代表的な回路を例示している。（ａ）は非反転増幅回路である。オペアンプＯＰの出力端子と反転入力端子（−）との間にフィードバック用の抵抗素子Ｒｆを備える。また、反転入力端子（−）と接地電位ＧＮＤとの間には抵抗素子Ｒｉが接続される。抵抗素子ＲｆはオペアンプＯＰの出力端子から出力される出力信号を反転入力端子（−）に帰還する。抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉでフィードバック回路を構成している。この回路での入出力応答は、Ｖｏ＝Ｖｉ×（１＋Ｒｆ／Ｒｉ）である。入出力信号の振幅レンジの比で示すゲイン（ＡＶ）は、Ｇ（ＡＶ）＝（１＋Ｒｆ／Ｒｉ）である。
【００１７】
（ｂ）は反転増幅回路である。オペアンプＯＰの出力端子と反転入力端子（−）との間にフィードバック用の抵抗素子Ｒｆを備える。また、反転入力端子（−）と入力信号Ｖｉが入力される端子との間には抵抗素子Ｒｉが接続される。抵抗素子ＲｆはオペアンプＯＰの出力端子から出力される出力信号を反転入力端子に帰還する。抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉでフィードバック回路を構成している。この回路での入出力応答は、Ｖｏ＝−Ｖｉ×（Ｒｆ／Ｒｉ）である。入出力信号の振幅レンジの比で示すゲイン（ＡＶ）は、Ｇ（ＡＶ）＝−（Ｒｆ／Ｒｉ）である。
【００１８】
（ｃ）は差動増幅回路である。オペアンプＯＰの出力端子と反転入力端子（−）との間にフィードバック用の抵抗素子Ｒｆを備える。反転入力端子（−）と入力信号Ｖ２が入力される端子との間には抵抗素子Ｒｉが接続される。また、非反転入力端子（＋）と接地電位ＧＮＤとの間に抵抗素子Ｒｆが接続され、非反転入力端子（＋）と入力信号Ｖ１が入力される端子との間には抵抗素子Ｒｉが接続される。この回路での入出力応答は、Ｖｏ＝（Ｖ１−Ｖ２）×（Ｒｆ／Ｒｉ）である。入出力信号の振幅レンジの比で示すゲイン（ＡＶ）は、Ｇ（ＡＶ）＝（Ｒｆ／Ｒｉ）である。
【００１９】
増幅回路が使用される用途としては、例えば、センサから出力されるセンサ信号の増幅が考えられる。センサから出力されるセンサ信号を増幅して後段の処理回路における信号処理に供するためには、増幅された信号を後段の処理回路での信号処理に適合した所定の振幅レンジにある振幅範囲とする必要がある。一方、センサから出力されるセンサ信号は、検出される物理量に応じてある振幅範囲で出力されるところ、振幅レンジは、センサの特性に応じて異なることが考えられる。例えば、地磁気センサの中には、出力されるセンサ信号は、振幅レンジが小さなレベルに振幅範囲を有する微小信号となる場合がある。これに対して、加速度センサの中には、出力されるセンサ信号の振幅レンジが比較的大きなレベルに振幅範囲を有する信号となる場合があり、地磁気センサから出力されるセンサ信号とは振幅レンジが異なる場合がある。したがって、センサの種別の違いなどにより入力信号の振幅レンジが異なる場合にも、同じ後段の処理回路において信号処理を行うためには、増幅回路において、センサ信号の振幅レンジに応じてゲインを可変に設定する必要がある。
【００２０】
図１の増幅回路では、ゲインの設定を抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉにより可変に行うことができる。しかしながら、増幅回路において抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉによりゲインを設定すると、周波数−ゲイン特性が変化してしまうことが知られている。具体的には、ゲインを低減するほど遮断周波数が高くなり、増幅回路にローパスフィルタの機能も持たせている場合に、周波数帯域が高周波数側に広がってしまうこととなる。これは、増幅回路の周波数−ゲイン特性において、（−２０ｄＢ／ｄｅｃ）の減衰直線は設定されるゲインに拘わらず固定であることによる。設定によりゲインが低減されると、低減されたゲインを有する特性が低周波数側から高周波数側に減衰直線に交差するまで延長され、この交点が設定ゲインに対する遮断周波数となるからである。
【００２１】
増幅回路が奏するローパスフィルタ特性は、後段の処理回路において必要とされる周波数帯域に応じて決定されるべきであり、設定されるゲインが変更されたとしても一定の特性を有することが好ましい。ゲインの低減に応じてローパスフィルタ特性の周波数帯域が広がると、一般的には、有意な信号の周波数帯域より高周波数側の帯域にあるノイズも有意な信号と同様に増幅されてしまい、ノイズ帯域が拡大してしまうおそれがあるからである。
【００２２】
そこで、ゲインの変更によらず、遮断周波数を一定としてローパスフィルタ特性を一定に保つことが望まれる。以下の説明では、増幅回路において設定される最大ゲインを基準ゲインとして、基準ゲインからのゲインの低減比に比例してオペアンプの差動対のバイアス電流を低減することで、これを実現するものである。
【００２３】
以下の説明では、図１（ａ）の非反転増幅回路を例にとり説明する。図２は、非反転増幅回路の回路図を示す。オペアンプＯＰの回路構成として簡単な２段増幅回路を例示する。ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２は差動対であり初段増幅部を構成する。各々のゲート端子は反転入力端子（−）、非反転入力端子（＋）である。ドレイン端子は能動負荷に接続されている。能動負荷は、それぞれ、ダイオード接続されたＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２であり、ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２のドレイン端子が、各々、ＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２のドレイン及びゲート端子に接続されている。
【００２４】
ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２のソース端子は、セレクタＳを介してバイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３に接続される。ここで、バイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３は、それぞれが同じ電流値を供給する電流源であっても、異なる電流値を供給する電流源であってもよい。また、各々の電流源はＭＯＳトランジスタで構成されるものとしてもよい。セレクタＳは、外部より供給されるセレクト信号ＳＥにより、バイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３の何れを接続するかを選択する。後述するように、セレクト信号ＳＥは、非反転増幅回路のゲイン（Ｇ（ＡＶ）＝（１＋Ｒｆ／Ｒｉ））に応じて指令され、設定されたゲインに比例するバイアス電流ＩＢとなるバイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３の組み合わせを選択して、差動対にバイアス電流ＩＢを供給する。選択されたバイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３からの電流値の総和がバイアス電流ＩＢとして差動対に供給される。
【００２５】
２段目の増幅部は、電源電圧ＶＣＣと接地電位ＧＮＤとの間に直列に接続された電流源Ｉ４とＮＭＯＳトランジスタＮ３とで構成されている。ＮＭＯＳトランジスタＮ３のゲート端子は差動対を構成するＰＭＯＳトランジスタＰ２と能動負荷を構成するＮＭＯＳトランジスタＮ２との接続点に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＰ２とＮＭＯＳトランジスタＮ２との接続点から出力される初段増幅部の出力信号は、ＮＭＯＳトランジスタＮ３で反転されて増幅され、電流源Ｉ４とＮＭＯＳトランジスタＮ３との接続点である出力端子（ＯＵＴ）から出力される。
【００２６】
オペアンプＯＰでは、位相補償用の素子として、帰還容量ＣＦＢが、２段増幅部の出力点である出力端子（ＯＵＴ）と初段増幅部の出力点であるＰＭＯＳトランジスタＰ２とＮＭＯＳトランジスタＮ２との接続点との間に接続されている。
【００２７】
オペアンプＯＰの出力端子（ＯＵＴ）と反転入力端子（−）との間には、フィードック回路として、抵抗素子Ｒｆが接続されている。
【００２８】
図３には、周波数−ゲイン特性を示す。ここでは、一例として、６０ｄＢを非反転増幅回路で必要とされる最大ゲインとする。したがって、ゲイン（６０ｄＢ）が基準ゲインである。ゲインが６０ｄＢ、４０ｄＢ、２０ｄＢの３種類について例示している。デシベル（ｄＢ）表記のゲインは、Ｇ（ｄＢ）＝２０×ｌｏｇ（Ｖｏ／Ｖｉ）（ｌｏｇは常用対数）の式により算出される値である。これにより、ゲイン（６０ｄＢ、４０ｄＢ、２０ｄＢ）は、振幅比で表示されるゲイン（ＡＶ）として、１０００倍、１００倍、１０倍に対応する。また、本実施形態では、極は１ポールのみ存在する場合を例示する。
【００２９】
ゲイン特性線１が基準ゲイン（最大ゲイン）での周波数−ゲイン特性である。遮断周波数ｆ０を極Ｐ１とし、周波数ｆ０以下の周波数帯域ＢＷにおいてゲイン（６０ｄＢ）を得る。遮断周波数ｆ０を超える帯域では、周波数−ゲイン特性は、−２０ｄＢ／ｄｅｃで減衰する特性となる。すなわち、周波数が１０倍になると、ゲイン（ｄＢ）で（−２０ｄＢ）、すなわちゲイン（ＡＶ）が１／１０倍に減衰する特性である。周波数帯域ＢＷを有するローパスフィルタ特性を有する。
【００３０】
抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉの抵抗値を調整して、ゲイン（ｄＢ）を（−２０ｄＢ）減じてゲイン（ｄＢ）（４０ｄＢ）とする。すなわち、１０００倍であったゲイン（ＡＶ）を１／１０にしてゲイン（ＡＶ）１００倍とする場合である。この場合、オペアンプＯＰのバイアス電流ＩＢを変更しなければ、周波数−ゲイン特性は、遮断周波数１０・ｆ０を極Ｐ２０とする特性線２０となる。セレクト信号ＳＥにより、バイアス電流ＩＢを基準バイアス電流ＩＢの１／１０倍に設定することにより、遮断周波数ｆ０を極Ｐ２とし、周波数ｆ０以下の周波数帯域ＢＷにおいてゲイン（４０ｄＢ）を得る周波数−ゲイン特性とすることができる。ゲインの低減によっても遮断周波数ｆ０は不変であり、ローパスフィルタ特性における周波数帯域ＢＷを不変に維持することができる。
【００３１】
更に、ゲイン（ｄＢ）を（−２０ｄＢ）減じてゲイン（ｄＢ）（２０ｄＢ）とする。すなわち、１００倍であったゲイン（ＡＶ）を１／１０にしてゲイン（ＡＶ）１０倍とする場合である。この場合、オペアンプＯＰのバイアス電流ＩＢを変更しなければ、周波数−ゲイン特性は、遮断周波数１００・ｆ０を極Ｐ３０とする特性線３０となる。セレクト信号ＳＥにより、バイアス電流ＩＢを基準バイアス電流の１／１００倍に設定することにより、遮断周波数ｆ０を極Ｐ３とし、周波数ｆ０以下の周波数帯域ＢＷにおいてゲイン（２０ｄＢ）を得る周波数−ゲイン特性とすることができる。ゲインの低減によっても遮断周波数ｆ０は不変であり、ローパスフィルタ特性における周波数帯域ＢＷを不変に維持することができる。
【００３２】
以上説明したように、ゲインの設定を変更した場合にも、遮断周波数ｆ０を一定として周波数帯域ＢＷが一定なローパスフィルタ特性とすることができる。設定されるゲインの違いに拘わらずローパスフィルタ特性を一定とすることができ、増幅回路により増幅される信号の周波数帯域を一定にすることができる。ゲインの違いによるノイズ帯域の変化はなく、安定して所望のゲインに増幅することができる。
【００３３】
ここで、オペアンプＯＰの差動対に供給するバイアス電流ＩＢの低減は入力換算ノイズに悪影響を与えるおそれがあるので、ゲインの低減に伴うバイアス電流ＩＢの低減と入力換算ノイズとの関係について検討する。
【００３４】
増幅回路により所定振幅レンジに増幅する場合、入力信号の振幅レンジが小さいほどゲイン（ＡＶ）を大きくし、入力信号の振幅レンジが大きいほどゲイン（ＡＶ）を小さくすることが必要である。この場合、入力信号の振幅レンジが大きなほどノイズの振幅レンジに対する比、すなわち信号雑音比（以下、Ｓ／Ｎ比と略記する）が大きくなり、許容できるＳ／Ｎ比に対して余裕があることとなる。逆に、入力信号の振幅レンジが小さなほどＳ／Ｎ比が小さくなり、許容できるＳ／Ｎ比に対して余裕がなくなる。したがって、図４のノイズ特性線５で表わされるように、設定されるゲイン（ＡＶ）に対する許容ノイズ（Ｖｎ）の関係は、ゲイン（ＡＶ）が大きく入力信号の振幅レンジが小さなほど、許容ノイズ（Ｖｎ）は小さくする必要があり、ゲイン（ＡＶ）が小さくなるにつれて入力信号の振幅レンジが大きくなり、許容ノイズ（Ｖｎ）は大きくすることができる。
【００３５】
一方、設定ゲインの低減に応じてオペアンプＯＰの差動対におけるバイアス電流ＩＢを低減すると、オペアンプＯＰにおけるノイズ（入力換算ノイズ）のレベルが大きくなることが知られている。
【００３６】
図２に記載の回路構成の場合、オペアンプＯＰの入力換算ノイズは、差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２、および能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２の熱ノイズと１／ｆノイズとの、合計４種類であることが知られている。各々のノイズをノイズの有するエネルギーで表わすと、
熱ノイズ：
差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２では、
Ｖｔ＾２＝８／３・ｋ・Ｔ・（１／ｇｍｐ）・ＢＷ・・・（１）
能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２では、
Ｖｔ＾２＝８／３・ｋ・Ｔ・ｇｍｎ／ｇｍｐ＾２・ＢＷ・・・（２）
１／ｆノイズ：
差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２では、
Ｖｆ＾２＝∫｛ｋｐ／（Ｃｏｘ・Ｌ・Ｗ）・（１／ｆ）｝ｄｆ・・・（３）
能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２では、
Ｖｆ＾２＝∫｛ｋｎ／（Ｃｏｘ・Ｌ・Ｗ）・（ｇｍｎ／ｇｍｐ）＾２・（１／ｆ）｝ｄｆ・・・（４）
である。
【００３７】
ここで、ｇｍｐは差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２のコンダクタンス、ｇｍｎは能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２のコンダクタンス、ＢＷはオペアンプＯＰの周波数帯域である。また、Ｃｏｘは、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜を挟んで構成される容量素子の容量値、ＬはＭＯＳトランジスタのチャネル長、ＷはＭＯＳトランジスタのチャネル幅、ｆは入力信号の周波数である。Ｔは絶対温度、ｋはボルツマン定数、ｋｐ、ｋｎは物理定数である。ここで、ＢＷは、バイアス電流ＩＢに比例する（ＢＷ∝ＩＢ）。
【００３８】
また、差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２のコンダクタンスｇｍｐは、ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２が弱反転状態で動作する場合、
ｇｍｐ＝ＩＢ／（ｋ・Ｔ／ｑ）・・・（５）
である。式（５）より、コンダクタンスｇｍｐはバイアス電流ＩＢに比例する（ｇｍｐ∝ＩＢ）。
能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２のコンダクタンスｇｍｎは、
ｇｍｎ＝√（２・ＩＢ・μｎ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ）・・・（６）
である。式（６）より、コンダクタンスｇｍｎはバイアス電流ＩＢの平方根に比例する（ｇｍｎ∝√ＩＢ）。
ここで、ｑは電子の電気量（絶対値）、μｎは電子の移動度である。
【００３９】
以上の関係（ＢＷ∝ＩＢ、ｇｍｐ∝ＩＢ、ｇｍｎ∝√ＩＢ）と式（１）〜（４）とから、電圧値で表した場合の各ノイズとバイアス電流ＩＢとの依存関係は以下のように求められる。
差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２の熱ノイズは、Ｖｔ∝１（依存せず）。
差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２の１／ｆノイズは、Ｖｆ∝１（依存せず）。
能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２の熱ノイズは、Ｖｔ∝√（１／√ＩＢ）。
能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２の１／ｆノイズは、Ｖｆ∝１／√ＩＢ。
【００４０】
差動対のＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２の熱ノイズおよび１／ｆノイズがバイアス電流ＩＢに依存せず、能動負荷のＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２の熱ノイズおよび１／ｆノイズが依存関係を有する。これにより、オペアンプＯＰの入力換算ノイズＶｎは、図４の特性線７に示す関係になる。バイアス電流の増大に応じて一定の値に収束すると共に、バイアス電流ＩＢを低減するに応じて値が増大する。バイアス電流ＩＢの低減に応じて、一定値に収束した値から徐々に値が増大する特性となり、Ｓ／Ｎ比によりバイアス電流に対して許容される入力換算ノイズＶｎの関係を示す特性（特性線５）よりは緩やかな変化となる。図４の特性線７に示す特性である。
【００４１】
これにより、増幅回路のゲイン（ＡＶ）を低減する場合に、周波数帯域ＢＷ（遮断周波数ｆ０）を一定に保つためにオペアンプＯＰのバイアス電流ＩＢを低減することに応じてオペアンプＯＰの入力換算ノイズＶｎの変位は特性線７に応じて増大するが、その増大は、と、Ｓ／Ｎ比で許される入力換算ノイズＶｎの許容値（特性線５）より小さく、ノイズの許容範囲の範囲内でのバイアス電流ＩＢの調整とすることができる。設定されたゲインに対してバイアス電流ＩＢが低減され、消費電流の低減を図ることができると共に、入力換算ノイズＶｎも許容範囲に抑えることができる。
【００４２】
以上詳細に説明したように、実施形態に係る増幅回路によれば、所定の振幅範囲を有して入力される入力信号の振幅レンジを、後段の信号処理に必要な所定振幅レンジに増幅する際、入力信号の振幅レンジが異なる場合でも、増幅回路にフィードバック回路として備えられる抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉの抵抗比に応じてゲインを可変に設定して所定振幅レンジに増幅することができる。入力信号の振幅レンジに拘わらず後段の信号処理には所定の振幅レンジの信号を提供することができる。
【００４３】
この場合、設定されたゲインに比例するバイアス電流ＩＢとなるバイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３の組み合わせを選択すれば、バイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３からの電流値の総和がバイアス電流ＩＢとしてＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２で構成される差動対に供給される。設定されたゲインに応じてオペアンプＯＰの差動対に供給するバイアス電流ＩＢを調整して、増幅回路の遮断周波数ｆ０を一定に保つことができる。入力信号の振幅レンジに拘わらず、増幅回路のローパスフィルタ特性を一定にすることができ、ノイズ帯域を一定に保つことができる。設定されたゲインに応じて帰還容量の容量値を切り替えて位相補償を最適化するといった作業が不要となり、容量素子を複数用意する必要がなく、ゲインに応じて容量素子の接続を切り替えるなどの手段も不要となる。回路や素子の専有面積を低減することができる。
【００４４】
また、増幅回路に設定される最大ゲインを基準ゲインとして、そのときのバイアス電流ＩＢを基準バイアス電流とすれば、設定されるゲインに対するバイアス電流ＩＢを、（基準バイアス電流）×（ゲイン／基準ゲイン）として調整することができる。
【００４５】
ここで、基準ゲインとされる最大ゲインは、入力信号として想定される最小の振幅レンジを後段の信号処理として想定される最大の振幅レンジに増幅するゲインである。このため、抵抗素子Ｒｆ、Ｒｉにより設定されるゲインは基準ゲインから低減される方向に設定すればよく、バイアス電流ＩＢは基準バイアス電流から低減される方向に調整される。ゲインの設定に応じてバイアス電流ＩＢが低減され、消費電流の低減を図ることができる。
【００４６】
また、本願に開示の増幅回路において、バイアス電流源Ｉ１〜Ｉ３は、互いに並列に配置されており、各々をＭＯＳトランジスタで構成することができる。予め、設定されるゲインに応じて想定されるバイアス電流ＩＢを供給可能に複数のＭＯＳトランジスタを備えておき、設定されるゲインに応じてＭＯＳトランジスタを組み合わせて選択してやれば、バイアス電流ＩＢを所望の電流値とすることができる。この場合、個々のＭＯＳトランジスタは、チャネル幅等のサイズが同一のトランジスタを並列に配置しても、個々にサイズが異なるトランジスタを並列に配置してもよく、また、これらを適宜に組み合わせて配置してもよい。
【００４７】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、増幅回路として、非反転増幅回路、反転増幅回路、差動増幅回路の何れにも、本願を適用することができる。
また、オペアンプＯＰとして、ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２が差動対として構成される場合を例示したが、本願はこれに限定されるものではない。ＮＭＯＳトランジスタを差動対とする構成についても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
ＣＦＢ      帰還容量
Ｉ４      電流源
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３      ＮＭＯＳトランジスタ
ＯＰ      オペアンプ
（ＯＵＴ）      出力端子
Ｐ１、Ｐ２      ＰＭＯＳトランジスタ
Ｒｆ、Ｒｉ      抵抗素子
Ｓ      セレクタ
１      ゲイン特性線
５、７、３０      特性線
ＢＷ      周波数帯域
ｆ０      遮断周波数
Ｉ１〜Ｉ３      バイアス電流源
ＩＢ      バイアス電流
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２０、Ｐ３０      極
ＳＥ      セレクト信号
Ｖ１、Ｖ２、Ｖｉ      入力信号
（Ｖｎ）      許容ノイズ
【図１】
2015119304.tif 000003
【図２】
2015119304.tif 000004
【図３】
2015119304.tif 000005
【図４】
2015119304.tif 000006