(57)【要約】【課題】シグナルグランド電位にノイズが重畳された場合でも、このノイズを増幅しない信号増幅回路を提供する。【解決手段】ノイズ増幅器１１０は、シグナルグランド電位ＳＧ１　のノイズを増幅する非反転増幅器である。加算増幅器１２０は、アナログ入力信号Ｖｉｎ　とノイズ増幅器１１０の出力Ｖｏ２　とを加算してなる信号を増幅する反転増幅器である。増幅器１３０は加算増幅器１２０の出力Ｖｏ１　を増幅する反転増幅器である。ノイズ増幅器１１０で増幅されたノイズをアナログ入力信号Ｖｉｎ　に加算した後で増幅することとしたので、このノイズに対するゲインは常に‘１’となり、アナログ入力信号Ｖｉｎ　のみを増幅することができる。【選択図】　　　図１
2004128796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１グランド電位と第２グランド電位との差を増幅するノイズ増幅器と、
アナログ入力信号と前記ノイズ増幅器の出力電位とを重畳し、この重畳電位と前記第１グランド電位との差を増幅する加算増幅器と、
を備えることを特徴とする信号増幅回路。
【請求項２】
前記第１グランド電位が前記ノイズ増幅器および前記加算増幅器のシグナルグランド電位であり、且つ、前記第２グランド電位が零ボルト電位であることを特徴とする請求項１に記載の信号増幅回路。
【請求項３】
前記第１グランド電位が前記ノイズ増幅器および前記加算増幅器のシグナルグランド電位であり、且つ、前記第２グランド電位が前記アナログ入力信号を生成する回路のシグナルグランド電位であることを特徴とする請求項１に記載の信号増幅回路。
【請求項４】
前記第１グランド電位が零ボルト電位であり、且つ、前記第２グランド電位が前記アナログ入力信号を生成する回路のシグナルグランド電位であることを特徴とする請求項１に記載の信号増幅回路。
【請求項５】
前記ノイズ増幅器が、前記第１グランド電位を入力する非反転入力端子と、第１抵抗素子を介して前記第２グランド電位を入力する反転入力端子と、この反転入力端子に第２抵抗素子を介して接続された出力端子とを有する第１オペアンプを備える、非反転増幅器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の信号増幅回路。
【請求項６】
前記加算増幅器が、前記第１グランド電位を入力する非反転入力端子と、第３抵抗素子を介して前記ノイズ増幅器の出力電圧を入力するとともに第４抵抗素子を介して前記アナログ入力信号を入力する反転入力端子と、この反転入力端子に第５抵抗素子を介して接続された出力端子とを有する第２オペアンプを備える反転加算増幅器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の信号増幅回路。
【請求項７】
前記第１〜第５抵抗素子の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５が、下式の関係を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の信号増幅回路。
【数１】
2004128796.tif 000022
【請求項８】
前記加算増幅回路の出力電圧と前記第１グランド電位との差を増幅する、１段または複数段の増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の信号増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アナログ入力信号を増幅する信号増幅回路に関する。この発明は、例えば、マイク入力信号等の、音声信号帯域の微小アナログ信号を増幅するための信号増幅回路に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばマイク入力信号等の微小アナログ信号を増幅する手段として、オペアンプを用いた増幅器が知られている。オペアンプを用いた増幅器としては、反転増幅器や非反転増幅器が知られている。
【０００３】
反転増幅器では、オペアンプの反転入力端子は、入力抵抗を介して、微小アナログ信号を入力する。このオペアンプの非反転入力端子からは、シグナルグランド電位が入力される。そして、このオペアンプの出力端子と反転入力端子とは、帰還抵抗を介して接続される。
【０００４】
また、非反転増幅器では、オペアンプの反転入力端子は、入力抵抗を介して、シグナルグランド電位を入力する。このオペアンプの非反転入力端子からは、微小アナログ信号が入力される。そして、このオペアンプの出力端子と反転入力端子とは、帰還抵抗を介して接続される。
【０００５】
ゲインを非常に大きくしたい場合には、２段以上の反転増幅器或いは非反転増幅器を直列に接続すればよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、オペアンプを用いた増幅器（反転増幅器または非反転増幅器）では、反転入力端子または非反転入力端子の一方から微小アナログ信号が入力され、他方からシグナルグランド電位が入力される。そして、微小アナログ信号とシグナルグランド電位との差が、増幅される。したがって、シグナルグランド電位にノイズが重畳された場合、このノイズもオペアンプによって増幅される。
【０００７】
また、マイク入力信号などの微小アナログ信号は、増幅器の前段に設けられた信号生成回路によって生成される。通常、この信号生成回路は、増幅器と別個のシグナルグランド線を用いて信号を生成する。信号生成回路のシグナルグランド電位にノイズが重畳された場合、この信号生成回路の出力（すなわち微小アナログ信号）にもノイズが重畳される。このノイズも、増幅器のノイズと同様、増幅器のオペアンプによって増幅される。
【０００８】
微小アナログ信号の十分な品質を確保するためには、増幅器や信号生成回路のシグナルグランドラインのノイズが増幅器によって増幅されないようにすることが望ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る信号増幅回路は、第１グランド電位と第２グランド電位との差を増幅するノイズ増幅器と、アナログ入力信号とノイズ増幅器の出力電位とを重畳してこの重畳電位と第１グランド電位との差を増幅する加算増幅器とを備える。
【００１０】
このような構成によれば、ノイズ増幅器で増幅されたノイズを入力信号に重畳した後で差動増幅するので、第１グランド電位または第２グランド電位のノイズを増幅せずに、アナログ入力信号のみを増幅することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、本発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。
【００１２】
第１の実施の形態
以下、第１の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１３】
図１は、この実施の形態に係る信号増幅回路の構成を示す回路図である。図１に示したように、この信号増幅回路１００は、ノイズ増幅器１１０、加算増幅器１２０、増幅器１３０、コンデンサ１４１〜１４３、微小アナログ信号入力端子１５１、シグナルグランド電位入力端子１５２およびアナログ信号出力端子１５３を備えている。
【００１４】
ノイズ増幅器１１０は、シグナルグランド電位のノイズを増幅するための非反転増幅器である。ノイズ増幅器１１０は、オペアンプ１１１と、入力抵抗１１２と、帰還抵抗１１３とを備える。ここで、入力抵抗１１２の抵抗値はＲ１であり、帰還抵抗１１３の抵抗値はＲ２である。オペアンプ１１１の非反転入力端子は、シグナルグランド電位入力端子１５２に接続される。また、オペアンプ１１１の反転入力端子は、入力抵抗１１２を介して、接地される。オペアンプ１１１の出力端子は、帰還抵抗１１３を介して、反転入力端子に接続される。
【００１５】
加算増幅器１２０は、ノイズ増幅器１１０の出力と微小アナログ信号Ｖｉｎ　との和を反転増幅する反転加算増幅器である。加算増幅器１２０は、オペアンプ１２１と、入力抵抗１２２，１２３と、帰還抵抗１２４とを備える。ここで、抵抗素子１２２、１２３、１２４の抵抗値は、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５である。オペアンプ１２１の非反転入力端子は、シグナルグランド電位入力端子１５２に接続される。オペアンプ１２１の反転入力端子は、入力抵抗１２２，１２３の一端にそれぞれ接続される。入力抵抗１２２の他端は、コンデンサ１４１を介して、オペアンプ１１１の出力端子に接続される。入力抵抗１２３の他端は、コンデンサ１４２を介して、微小アナログ信号入力端子１５１に接続される。また、オペアンプ１２１の出力端子は、帰還抵抗１２４を介して、このオペアンプ１２１の反転入力端子に接続される。
【００１６】
増幅器１３０は、加算増幅器１２０で増幅された微小アナログ信号をさらに増幅するための反転増幅器である。増幅器１２０は、オペアンプ１３１と、入力抵抗１３２と、帰還抵抗１３３とを備える。入力抵抗１３２の抵抗値はＲ６であり、帰還抵抗１３３の抵抗値はＲ７である。オペアンプ１３１の非反転入力端子は、シグナルグランド電位入力端子１５２に接続される。また、オペアンプ１３１の反転入力端子は、入力抵抗１３２の一端に接続される。そして、入力抵抗１３２の他端は、コンデンサ１４３を介して、オペアンプ１２１の出力端子に接続される。一方、オペアンプ１３１の出力端子は、帰還抵抗１３３を介して、このオペアンプ１３１の反転入力端子に接続される。さらに、オペアンプ１３１の出力端子は、アナログ信号出力端子１５３に接続される。
【００１７】
ここで、抵抗素子１１２，１１３，１２２，１２３，１２４の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５は、下式（１）を満たすように決定される。これにより、シグナルグランド電位ＳＧ１　に重畳されるノイズのゲインを、‘１’にすることができる（後述）。ここで、‘Ｒ３／／Ｒ４’は、Ｒ３、Ｒ４の合成抵抗である。
【００１８】
【数２】
2004128796.tif 000003
【００１９】
以下、図１に示した信号増幅回路の動作原理を説明する。
【００２０】
ノイズ増幅器１１０は、上述のように、シグナルグランド電位ＳＧ１　を入力端子１５２から入力して、このシグナルグランド電位に重畳されたノイズを増幅する。ノイズ増幅器１１０は、非反転増幅器である。非反転増幅器のゲインは、周知のように、‘１＋（帰還抵抗／入力抵抗）’で与えられる。したがって、ノイズ増幅器１１０のゲインは、１＋Ｒ２／Ｒ１である。したがって、ノイズの振幅をＳＧ１（ＡＣ）　とすると、ノイズ増幅器１１０の出力Ｖｏ２　の交流成分Ｖｏ２（ＡＣ）　は、下式（２）で表される。
【００２１】
【数３】
2004128796.tif 000004
【００２２】
また、加算増幅器１２０は、上述のように、ノイズ増幅器１１０の出力信号Ｖｏ２　と微小アナログ信号の交流成分Ｖｉｎ（ＡＣ）　との和を増幅する。加算増幅器１２０は、反転増幅器を構成している。反転増幅器のゲインは、周知のように、‘−（帰還抵抗／入力抵抗）’で与えられる。
【００２３】
ここで、微小アナログ信号の交流成分Ｖｉｎ（ＡＣ）　の振幅が零であり、オペアンプ１２１の非反転入力ＳＧ１（ＡＣ）　の振幅が零であり、且つ、信号Ｖｏ２（ＡＣ）　の振幅が非零の場合を考える。この場合、加算増幅器１２０は、シグナルグランド電位の振幅がない状態で信号Ｖｏ２（ＡＣ）　を増幅する反転増幅器と等価である。したがって、加算増幅器１２０の出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（３）で表される。
【００２４】
【数４】
2004128796.tif 000005
【００２５】
式（３）に式（２）を代入することにより、下式（４）が得られる。
【００２６】
【数５】
2004128796.tif 000006
【００２７】
さらに、式（４）に式（１）を代入することにより、下式（５）が得られる。
【００２８】
【数６】
2004128796.tif 000007
【００２９】
次に、信号Ｖｉｎ（ＡＣ），Ｖｏ２（ＡＣ）の振幅が零であり且つオペアンプ１２１の非反転入力信号ＳＧ１（ＡＣ）　の振幅が非零の場合を考える。この場合、加算増幅器１２０は、シグナルグランド電位の振幅がない状態で信号ＳＧ１（ＡＣ）　を増幅する非反転増幅器と等価である。したがって、加算増幅器１２０の交流出力Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（６）で表される。
【００３０】
【数７】
2004128796.tif 000008
【００３１】
続いて、信号Ｖｏ２（ＡＣ），ＳＧ１（ＡＣ）の振幅が零であり且つ微小アナログ信号Ｖｉｎ（ＡＣ）　の振幅が非零である場合を考える。この場合、加算増幅器１２０は、シグナルグランド電位の振幅がない状態で微小アナログ信号の交流成分Ｖｉｎ（ＡＣ）　を増幅する反転増幅器である。したがって、加算増幅器１２０の交流出力Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（７）で表される。
【００３２】
【数８】
2004128796.tif 000009
【００３３】
信号Ｖｉｎ（ＡＣ），Ｖｏ２（ＡＣ），ＳＧ１（ＡＣ）　が非零の場合の、加算増幅器１２０の交流出力Ｖｏ１（ＡＣ）　は、式（４）、（５）、（６）の右辺の和で、与えられる。すなわち、交流出力Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（８）で表される。
【００３４】
【数９】
2004128796.tif 000010
【００３５】
式（８）は、加算増幅器１２０が、シグナルグランド電位ＳＧ１　の交流成分ＳＧ１（ＡＣ）　（すなわちシグナルグランド電位ＳＧ１　のノイズ）を増幅せず、微小アナログ信号Ｖｉｎ　の交流成分Ｖｉｎ（ＡＣ）　のみを増幅することを示している。
【００３６】
次に、反転増幅器１３０の出力Ｖｏｕｔについて検討する。
【００３７】
最初に、加算増幅器１２０の出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　が零であり且つシグナルグランド電位交流成分ＳＧ１（ＡＣ）　が非零である場合を考える。この場合、増幅器１３０は、信号ＳＧ１（ＡＣ）　を増幅する非反転増幅器と等価である。したがって、出力交流成分Ｖｏｕｔ（ＡＣ）は、下式（９）で表される。
【００３８】
【数１０】
2004128796.tif 000011
【００３９】
次に、加算増幅器１２０の出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　が非零であり且つシグナルグランド電位交流成分ＳＧ１（ＡＣ）　が零である場合を考える。この場合、増幅器１３０は、信号Ｖｏ１（ＡＣ）　を増幅する反転増幅器である。したがって、出力交流成分Ｖｏｕｔ（ＡＣ）は、下式（１０）で表される。
【００４０】
【数１１】
2004128796.tif 000012
【００４１】
信号Ｖｏ１（ＡＣ）　，ＳＧ１（ＡＣ）　が非零の場合の、増幅器１３０の出力交流成分Ｖｏｕｔ（ＡＣ）は、式（９）、（１０）の右辺の和で与えられる。すなわち、出力交流成分Ｖｏｕｔ（ＡＣ）は、下式（１１）で表される。
【００４２】
【数１２】
2004128796.tif 000013
【００４３】
ここで、式（１１）に式（８）を代入することによってＶｏ１（ＡＣ）　を消去すると、下式（１２）が得られる。
【００４４】
【数１３】
2004128796.tif 000014
【００４５】
式（１２）は、この実施の形態に係る信号増幅回路１００が、シグナルグランド電位ＳＧ１　のノイズＳＧ１（ＡＣ）　を増幅せず、微小アナログ信号Ｖｉｎ　の交流成分Ｖｉｎ（ＡＣ）　のみを増幅することを示している。
【００４６】
次に、この実施の形態に係る信号増幅回路１００の動作シミュレーション結果を、比較用の回路の動作シミュレーション結果と比較しつつ、説明する。
【００４７】
図２は、この実施の形態に係る信号増幅回路１００の動作シミュレーション結果を説明するための図であり、（Ａ）は微小アナログ信号Ｖｉｎ　の波形図、（Ｂ）はシグナルグランド電位ＳＧ１　の波形図、（Ｃ）はノイズ増幅器１１０の出力波形図、（Ｄ）は加算増幅器１２０の出力波形図、（Ｅ）は出力信号Ｖｏｕｔの波形図である。図２（Ａ）〜（Ｅ）において、横軸は時間、縦軸は電圧である。ここで、図２のシミュレーションでは、微小アナログ信号Ｖｉｎを周波数１ｋＨｚ、振幅±１ｍＶのサイン波とした。また、シグナルグランド電位ＳＧ１　は、直流成分を１．５Ｖとし、交流成分（ノイズ）を周波数５ｋＨｚ、振幅±０．５ｍＶとした。さらに、各抵抗素子の抵抗値は、Ｒ１＝２００ｋΩ、Ｒ２＝１００ｋΩ、Ｒ３＝１０ｋΩ、Ｒ４＝２０ｋΩ、Ｒ５＝２００ｋΩ、Ｒ６＝１０ｋΩ、Ｒ７＝５００ｋΩとした。
【００４８】
図３は、比較のための信号増幅回路３００の構成を示す回路図である。図３において、図１と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ、図１の回路と同じものを示している。信号増幅回路３００は、単に２段の反転増幅器をカスケード接続することによって構成された信号増幅回路である。すなわち、信号増幅回路３００は、ノイズ増幅器を備えていない。また、反転増幅器３１０は、被増幅ノイズを加算するための抵抗素子１２２を備えていない点で、図１の加算増幅器１２０と異なる。
【００４９】
図４は、図３に示された信号増幅回路３００のシミュレーション結果を説明するための図であり、（Ａ）は微小アナログ信号Ｖｉｎ　の波形図、（Ｂ）はシグナルグランド電位ＳＧ１　の波形図、（Ｃ）は反転増幅器２１０の出力波形図、（Ｄ）は出力信号Ｖｏｕｔの波形図である。また、図４（Ａ）〜（Ｄ）において、横軸は時間、縦軸は電圧である。図４のシミュレーションでは、微小アナログ信号Ｖｉｎおよびシグナルグランド電位ＳＧ１　として図２の場合と同一の信号を用い、また、抵抗値Ｒ３〜Ｒ７の値も図２の回路と同一とした。
【００５０】
信号増幅回路３００の場合は、微小アナログ信号Ｖｉｎ　にノイズが重畳されていなくても（図４（Ａ）参照）、シグナルグランド電位ＳＧ１　にノイズが重畳されていると（図４（Ｂ）参照）、反転増幅器３１０の出力波形が劣化し（図４（Ｃ）参照）する。そして、反転増幅器３１０の出力信号は、反転増幅器１２０によって増幅され、波形が劣化したまま出力される。
【００５１】
これに対して、この実施の形態に係る信号増幅回路１００の場合は、シグナルグランド電位ＳＧ１　のノイズ（図２（Ｂ）参照）が、ノイズ増幅器１１０によって増幅される（図２（Ｃ）参照）。そして、増幅されたノイズは、加算増幅器１２０内で、微小アナログ信号Ｖｉｎ　（図２（Ａ）参照）に重畳された後、増幅される。このため、加算増幅器１２０の出力Ｖｏ１　は、歪みがほとんど無い波形を有している（図２（Ｄ）参照）。加算増幅器１２０の出力信号Ｖｏ１　は、増幅器１３０によって、さらに増幅される。上述のように、信号増幅回路１００は、ノイズ（図２（Ｂ）参照）を増幅せず、加算増幅器１２０の出力信号Ｖｏ１　のみを増幅する。したがって、信号増幅回路１００のゲインが十分に大きい場合、出力信号Ｖｏｕｔのノイズ成分ＳＧ１（ＡＣ）　は、無視できる大きさになる（図２（Ｅ）参照）。
【００５２】
このように、この実施の形態に係る信号増幅回路１００は、シグナルグランド電位ＳＧ１　のノイズＳＧ１（ＡＣ）　を増幅せず、微小アナログ信号Ｖｉｎ（ＡＣ）　のみを増幅する。したがって、この実施の形態によれば、ノイズの影響が非常に小さい高品質の増幅信号Ｖｏｕｔ（ＡＣ）を生成することができる。
【００５３】
第２の実施の形態
以下、第２の実施の形態について、図５および図６を用いて説明する。
【００５４】
図５は、この実施の形態に係る信号増幅回路の構成を示す回路図である。図５において、図１と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図１の回路と同じものを示している。
【００５５】
この実施の形態に係る信号増幅回路５００は、シグナルグランド電位ＳＧ１，ＳＧ２の両方のノイズを増幅しないように構成されている点で、第１の実施の形態に係る信号増幅回路１００と異なる。ここで、シグナルグランド電位ＳＧ２　とは、微小アナログ信号生成回路（図示せず）のシグナルグランド電位である。
【００５６】
図５の信号増幅回路５００において、ノイズ増幅器１１０の抵抗素子１１２は、一端でオペアンプ１１１の反転入力端子に接続され、且つ、他端でコンデンサ５０１の一端に接続される。そして、コンデンサ５０１の他端は、シグナルグランド電位入力端子５０２に接続される。
【００５７】
第１の実施の形態と同様、抵抗素子１１２，１１３，１２２，１２３，１２４の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５は、上式（１）を満たすように決定される。
【００５８】
次に、図５に示した信号増幅回路の動作原理を説明する。
【００５９】
まず、シグナルグランド電位ＳＧ２　にノイズが重畳され且つシグナルグランド電位ＳＧ１　にはノイズが重畳されない場合について説明する。この場合、ノイズ増幅器１１０は、交流信号ＳＧ（ＡＣ）を増幅する反転増幅器と等価である。したがって、ノイズ増幅器１１０の出力Ｖｏ２　の交流成分Ｖｏ２（ＡＣ）　は、下式（１３）で表される。
【００６０】
【数１４】
2004128796.tif 000015
【００６１】
ここで、微小アナログ信号の交流成分Ｖｉｎ（ＡＣ）　の振幅が零であり、オペアンプ１２１の非反転入力ＳＧ１（ＡＣ）　の振幅が零であり、且つ、信号Ｖｏ２（ＡＣ）　の振幅が非零の場合を考える。この場合、加算増幅器１２０は、信号Ｖｏ２（ＡＣ）　を増幅する反転増幅器と等価である。したがって、加算増幅器１２０の出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（１４）で表される。
【００６２】
【数１５】
2004128796.tif 000016
【００６３】
次に、微小アナログ信号の交流成分Ｖｉｎ（ＡＣ）　にノイズＳＧ２（ＡＣ）　が重畳されており、オペアンプ１２１の非反転入力ＳＧ１（ＡＣ）　の振幅が零であり、且つ、信号Ｖｏ２（ＡＣ）　の振幅が零の場合を考える。この場合、加算増幅器１２０は、交流信号Ｖｉｎ（ＡＣ）＋ＳＧ２（ＡＣ）を増幅する反転増幅器と等価である。したがって、加算増幅器１２０の出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（１５）で表される。
【００６４】
【数１６】
2004128796.tif 000017
【００６５】
シグナルグランド電位ＳＧ１　にノイズが重畳されていない場合、加算増幅器１２０の出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　は、式（１４）、（１５）の右辺の和である。したがって、出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（１６）で表される。
【００６６】
【数１７】
2004128796.tif 000018
【００６７】
ここで、Ｒ３／／Ｒ４は、下式（１７）で表される。この式（１７）を式（１）に代入し、さらに式（１）を変形することにより、下式（１８）を得る。そして、式（１８）を変形することにより、式（１９）が得られる。
【００６８】
【数１８】
2004128796.tif 000019
【００６９】
したがって、式（１６）に式（１９）を代入することにより、加算増幅器１２０の出力交流成分Ｖｏ１（ＡＣ）　は、下式（２０）で表される。
【００７０】
【数１９】
2004128796.tif 000020
【００７１】
式（２０）は、反転増幅器１２０の出力からシグナルグランド電位ＳＧ２　のノイズの影響が完全に排除されることを示している。
【００７２】
シグナルグランド電位ＳＧ１　にノイズが重畳されていない場合、増幅器１３０は、信号Ｖｏ１（ＡＣ）　を増幅する反転増幅器として動作する。したがって、信号増幅回路５００の出力Ｖｏｕｔ（ＡＣ）は、下式（２１）で表される。
【００７３】
【数２０】
2004128796.tif 000021
【００７４】
このように、シグナルグランド電位ＳＧ２　のノイズの影響が完全に排除され、信号増幅回路５００は、微小アナログ信号Ｖｉｎ　のみを増幅する。
【００７５】
次に、シグナルグランド電位ＳＧ１　にノイズが重畳され且つシグナルグランド電位ＳＧ２　にはノイズが重畳されない場合について説明する。この場合、信号増幅回路５００は、第１の実施の形態に係る信号増幅回路１００と等価である。したがって、したがって、出力信号Ｖｏｕｔの交流成分Ｖｏｕｔ（ＡＣ）は、上式（１２）で表される。
【００７６】
以上から、シグナルグランド電位ＳＧ１，ＳＧ２の両方にノイズが重畳されている場合も、信号増幅回路５００の出力交流成分Ｖｏｕｔ（ＡＣ）は、上式（１２）で表されることが解る。すなわち、この実施の形態に係る信号増幅回路５００は、シグナルグランド電位ＳＧ１　を増幅せず、且つ、シグナルグランド電位ＳＧ２　を完全に除去することができる。
【００７７】
次に、この実施の形態に係る信号増幅回路５００の動作シミュレーションの結果を説明する。
【００７８】
図６は、この実施の形態に係る信号増幅回路５００のシミュレーション結果を説明するための図であり、（Ａ）は微小アナログ信号Ｖｉｎ　の波形図、（Ｂ）はシグナルグランド電位ＳＧ２　の波形図、（Ｃ）はノイズ増幅器１１０の出力波形図、（Ｄ）は加算増幅器１２０の出力波形図、（Ｅ）は出力信号Ｖｏｕｔの波形図である。図２（Ａ）〜（Ｅ）において、横軸は時間、縦軸は電圧である。このシミュレーションでは、シグナルグランド電位ＳＣ１　にはノイズが重畳されていないものとした。図６のシミュレーションでは、微小アナログ信号Ｖｉｎを周波数１ｋＨｚ、振幅２ｍＶのサイン波とした。また、シグナルグランド電位ＳＧ２　は、直流成分を１．５Ｖとし、交流成分（ノイズ）を周波数５ｋＨｚ、振幅１ｍＶとした。さらに、各抵抗素子の抵抗値は、Ｒ１＝２００ｋΩ、Ｒ２＝１００ｋΩ、Ｒ３＝１０ｋΩ、Ｒ４＝２０ｋΩ、Ｒ５＝２００ｋΩ、Ｒ６＝１０ｋΩ、Ｒ７＝５００ｋΩとした。
【００７９】
シグナルグランド電位ＳＧ２　にノイズが重畳された場合（図６（Ｂ）参照）、微小アナログ信号Ｖｉｎ　にも、同じノイズが重畳される（図６（Ａ）参照）。シグナルグランド電位ＳＧ２　のノイズは、増幅器１１０によって増幅される（図６（Ｃ）参照）。加算増幅器１２０は、増幅器１１０で増幅されたノイズを微小アナログ信号Ｖｉｎ　に重畳した後、増幅する。これにより、このノイズの影響は、完全に排除される。このため、加算増幅器１２０の出力Ｖｏ１（ＡＣ）　は、歪みがまったく無い波形を有している（図６（Ｄ）参照）。したがって、増幅器１３０の出力信号Ｖｏｕｔにも、ノイズの影響は全く存在しない（図６（Ｅ）参照）。
【００８０】
このように、この実施の形態に係る信号増幅回路５００は、シグナルグランド電位ＳＧ２　の影響を完全に除去することができる。さらに、この実施の形態に係る信号増幅回路５００は、第１の実施の形態に係る信号増幅回路１００と同様、シグナルグランド電位ＳＧ１　のノイズＳＧ１（ＡＣ）　を増幅せず、微小アナログ信号Ｖｉｎ　のみを増幅する。したがって、この実施の形態によれば、ノイズの影響が非常に小さい高品質の増幅信号Ｖｏｕｔ（ＡＣ）を生成することができる。
【００８１】
なお、第２の実施の形態では、オペアンプ１１１の非反転入力端子からシグナルグランド電位ＳＧ１　を入力することとしたが、これに代えて、この非反転入力端子を接地することとしてもよい。この場合には、シグナルグランド電位ＳＧ２　の影響のみを排除する信号増幅回路を得ることができる。
【００８２】
第１、第２の実施の形態では増幅器１３０を１段設けたが、この増幅器１３０が設けられていない場合でもこの発明の効果を得ることができ、また、増幅器１３０を２段以上設けた場合でもこの発明の効果を得ることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る信号増幅回路によれば、ノイズの影響を排除して高品質の増幅を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る信号増幅回路の構成を示す回路図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）ともに、第１の実施の形態に係る信号増幅回路の動作シミュレーション結果を示す信号波形図である。
【図３】比較用の信号増幅回路の構成を示す回路図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）ともに、図３に示された信号増幅回路の動作シミュレーション結果を示す信号波系図である。
【図５】第２の実施の形態に係る信号増幅回路の構成を示す回路図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）ともに、第２の実施の形態に係る信号増幅回路の動作シミュレーション結果を示す信号波形図である。
【符号の説明】
１１０　ノイズ増幅器
１２０　加算増幅器
１３０　増幅器
１１１，１２１，１３１　オペアンプ
１１２，１１３，１２２，１２３，１２４，１３２，１３３　抵抗素子
１４１，１４２，１４３　コンデンサ
１５１　微小アナログ信号入力端子
１５２　シグナルグランド電位入力端子
１５３　アナログ信号出力端子
【図１】
2004128796.tif 000023
【図２】
2004128796.tif 000024
【図３】
2004128796.tif 000025
【図４】
2004128796.tif 000026
【図５】
2004128796.tif 000027
【図６】
2004128796.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月10日(2002.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記ノイズ増幅器が、前記第１グランド電位を入力する非反転入力端子と、第１抵抗素子を介して前記第２グランド電位を入力する反転入力端子と、この反転入力端子に第２抵抗素子を介して接続された出力端子とを有する第１オペアンプを備える、非反転増幅器であり、
前記加算増幅器が、前記第１グランド電位を入力する非反転入力端子と、第３抵抗素子を介して前記ノイズ増幅器の出力電圧を入力するとともに第４抵抗素子を介して前記アナログ入力信号を入力する反転入力端子と、この反転入力端子に第５抵抗素子を介して接続された出力端子とを有する第２オペアンプを備える反転加算増幅器であり、
前記第１〜第５抵抗素子の抵抗値Ｒ１〜Ｒ５が、下式の関係を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の信号増幅回路。
【数１】
2004128796.tif 000029