(57)【要約】【課題】複数の動作状態を有するサンプルホールド回路等において用いられる演算増幅回路において、それぞれの動作状態において安定して高速に動作すること。【解決手段】演算増幅器１の出力端子１１に、負荷としてインピーダンス回路４を、スイッチ手段３を介して接続し、複数の動作状態を有する演算増幅回路の個々の動作状態に応じて、適宜スイッチ手段３の開閉を制御することによって、演算増幅回路の個々の動作状態ごとに最適な負荷が演算増幅器１の出力端子１１に接続される構成とする。【選択図】　　　　図１
2004147058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算増幅器と、
一方の端子が固定電位点に接続されたインピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする演算増幅回路。
【請求項２】
前記演算増幅器の出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続された複数のインピーダンス回路が、それぞれ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の演算増幅回路。
【請求項３】
前記演算増幅器の出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続されたインピーダンス回路の他方の端子が直接、接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の演算増幅回路。
【請求項４】
差動信号を出力する演算増幅器と、
一方の端子が固定電位点に接続された第１のインピーダンス回路と、
前記第１のインピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の非反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第１のスイッチ手段と、
一方の端子が固定電位点に接続された第２のインピーダンス回路と、
前記第２のインピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第２のスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする演算増幅回路。
【請求項５】
差動信号を出力する演算増幅器と、
インピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路の一方の端子と前記演算増幅器の非反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第１のスイッチ手段と、
前記インピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第２のスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする演算増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、演算増幅回路に関し、特にサンプルホールド回路やスイッチトキャパシタ回路に用いられる演算増幅回路に関する。
【０００２】
サンプルホールド回路やスイッチトキャパシタ回路は、スイッチングによる時分割的な制御により、複数の動作状態を有する。これらの回路は、たとえば演算増幅器を用いた帰還回路により構成される。帰還回路において演算増幅器を利用する場合、発振に対する安定性を考慮して設計する必要がある。この安定性は、帰還回路の開ループ利得の周波数特性により決定される。
【０００３】
【従来の技術】
演算増幅器を用いた帰還回路で構成されたサンプルホールド回路やスイッチトキャパシタ回路では、動作状態の変化により回路の構成や負荷が変動するので、帰還回路の開ループ利得の周波数特性は動作状態ごとに異なることがある。このような場合、従来は、図９に示すように、演算増幅器１の出力端子に負荷として、容量素子または容量素子と抵抗素子の組み合わせからなるインピーダンス回路２を接続し、それによって、すべての動作状態でサンプルホールド回路等の安定性が得られるようにしている。
【０００４】
ところで、演算増幅器に位相補償用の容量とスイッチ手段を付加し、スイッチ手段によって演算増幅器に位相補償用の容量が接続された状態と切り離された状態とを切り替える構成のものが公知である（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−６５６０７号公報（第３８頁、第２図、第３図）
【特許文献２】
特開平１−２３５４０３号公報（第１６頁左上欄、第１図（ａ））
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、演算増幅器の出力端子に負荷を単純に接続しただけでは、つぎのような不具合がある。たとえば、サンプルホールド回路等の動作状態において、第１の状態では安定性が高く、第２の状態では安定性が低いとする。この場合、負荷を接続することにより、第２の状態の安定性を確保することは可能である。しかし、その場合、第１の状態に関しては、元々安定していたにもかかわらず、過度に安定性を確保することになるため、演算増幅器の利得帯域幅積やスルーレートが下がり、動作速度が劣化してしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、複数の動作状態を有するサンプルホールド回路等において用いられた場合に、それぞれの動作状態において安定して高速に動作する演算増幅回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる演算増幅回路は、演算増幅器の出力端子に、負荷として１つ以上のインピーダンス回路をそれぞれスイッチ手段を介して並列に接続し、複数の動作状態を有する演算増幅回路の個々の動作状態に応じて、適宜スイッチ手段の開閉が制御される構成であることを特徴とする。この発明によれば、スイッチ手段の制御により、演算増幅回路の個々の動作状態ごとに最適な負荷が演算増幅器の出力端子に接続される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態の説明およびその添付図面において、同一の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる演算増幅回路の構成を示す図である。実施の形態１では、演算増幅器１の出力端子１１に、スイッチ手段３が接続されている。そして、このスイッチ手段３には、負荷となるインピーダンス回路４の一端が接続されている。インピーダンス回路４の他端は、固定電位の印加点、たとえば図示例では接地点に接続されている。
【００１１】
スイッチ手段３は、外部から供給される制御信号により、閉状態と開状態の切り替え制御をおこなう構成となっている。スイッチ手段３の開閉を切り替えるための制御信号としては、たとえば外部のクロック回路から供給されるクロック信号や、所望のタイミングでスイッチ手段３の開閉を切り替えるための制御回路から供給される信号などである。
【００１２】
インピーダンス回路４は、たとえば容量素子で構成されている。あるいは、インピーダンス回路４は、たとえば容量素子と抵抗素子の組み合わせにより構成されていてもよい。なお、図１において、符号１２は反転入力端子であり、符号１３は非反転入力端子である。
【００１３】
実施の形態１によれば、演算増幅回路の第１の状態では安定性が低く、第２の状態では安定性が高いとした場合に、演算増幅回路の第１の動作状態のときに、スイッチ手段３を閉状態にして、演算増幅器１の出力端子１１にインピーダンス回路４を接続させることにより、演算増幅回路の第１の動作状態における安定性を向上させることができる。一方、第２の動作状態のときには、スイッチ手段３を開状態にして、演算増幅器１の出力端子１１と、余剰な負荷となるインピーダンス回路４とを絶縁させることにより、元々安定性の高い第２の動作状態において動作速度が低下するのを防ぐことができる。したがって、演算増幅回路は、個々の動作状態において、安定かつ高速に動作することができる。
【００１４】
なお、演算増幅回路の異なる動作状態の数が３以上であってもよい。その場合には、たとえば図２に示すように、演算増幅器１の出力端子１１に複数のインピーダンス回路４Ａ，４Ｂ，・・・，４Ｃをそれぞれスイッチ手段３Ａ，３Ｂ，・・・，３Ｃを介して並列に接続した構成とすればよい。そして、それらインピーダンス回路４Ａ，４Ｂ，・・・，４Ｃのうち、演算増幅回路の動作状態に応じて、出力端子１１にいずれか一つのインピーダンス回路が接続されるようにすればよい。
【００１５】
動作状態に応じて、出力端子１１にすべてのインピーダンス回路４Ａ，４Ｂ，・・・，４Ｃが接続されない場合を含むようにしてもよい。また、動作状態に応じて、出力端子１１に２以上のインピーダンス回路４Ａ，４Ｂ，・・・，４Ｃが同時に接続されるようにしてもよい。このようにすれば、演算増幅回路は、異なる３以上の動作状態において、安定かつ高速に動作することができる。
【００１６】
また、図３に示すように、演算増幅器１の出力端子１１に、別のインピーダンス回路２が、スイッチ手段を介さずに直接、接続されていてもよい。この構成では、演算増幅回路の第１の動作状態のときに、スイッチ手段３が閉状態になって、演算増幅器１の出力端子１１にインピーダンス回路４と固定のインピーダンス回路２が並列に接続される。一方、第２の動作状態のときに、スイッチ手段３が開状態になり、演算増幅器１の出力端子１１には固定のインピーダンス回路２のみが接続される。この構成でも、演算増幅回路は、異なる動作状態において、安定かつ高速に動作することができる。
【００１７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２にかかる演算増幅回路の構成を示す図である。実施の形態２では、演算増幅器１は差動信号を出力する。そして、演算増幅器１の非反転出力端子１４に、第１のスイッチ手段５を介して、第１のインピーダンス回路６の一端が接続されている。また、演算増幅器１の反転出力端子１５に、第２のスイッチ手段７を介して、第２のインピーダンス回路８の一端が接続されている。第１および第２のインピーダンス回路６，８の他端は、それぞれ固定電位の印加点、たとえば接地点に接続されている。
【００１８】
第１および第２のスイッチ手段５，７は、実施の形態１と同様に、外部の制御回路やクロック回路から供給される制御信号やクロック信号に基づいて、制御される。第１および第２のインピーダンス回路６，８は、容量素子、または容量素子と抵抗素子の組み合わせにより、構成されていてもよい。
【００１９】
実施の形態２によれば、演算増幅回路の第１の動作状態のときに、第１および第２のスイッチ手段５，７を閉状態にして、演算増幅器１の非反転出力端子１４および反転出力端子１５にそれぞれ第１のインピーダンス回路６および第２のインピーダンス回路８を接続させることにより、演算増幅回路の第１の動作状態における安定性を向上させることができる。一方、第２の動作状態のときには、第１および第２のスイッチ手段５，７を開状態にして、演算増幅器１の非反転出力端子１４および反転出力端子１５と、余剰な負荷である第１のインピーダンス回路６および第２のインピーダンス回路８とを絶縁させることにより、元々安定性の高い第２の動作状態において動作速度が低下するのを防ぐことができる。したがって、演算増幅回路は、個々の動作状態において、安定かつ高速に動作することができる。
【００２０】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３にかかる演算増幅回路の構成を示す図である。実施の形態３では、演算増幅器１は差動信号を出力する。そして、インピーダンス回路４の一端は、第１のスイッチ手段５を介して演算増幅器１の非反転出力端子１４に、また、インピーダンス回路４の他端は、第２のスイッチ手段７を介して演算増幅器１の反転出力端子１５に、それぞれ接続されている。
【００２１】
実施の形態３によれば、演算増幅回路の第１の動作状態のときに、第１および第２のスイッチ手段５，７を閉状態にして、演算増幅器１の非反転出力端子１４および反転出力端子１５にインピーダンス回路４を接続させることにより、演算増幅回路の第１の動作状態における安定性を向上させることができる。一方、第２の動作状態のときには、第１および第２のスイッチ手段５，７を開状態にして、演算増幅器１の非反転出力端子１４および反転出力端子１５と、余剰な負荷であるインピーダンス回路４とを絶縁させることにより、元々安定性の高い第２の動作状態において動作速度が低下するのを防ぐことができる。したがって、演算増幅回路は、個々の動作状態において、安定かつ高速に動作することができる。
【００２２】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４にかかる演算増幅回路を適用したサンプルホールド回路の構成の一例を示す図である。演算増幅器１の出力端子には、第１のスイッチ手段３を介して第１のインピーダンス回路４が接続されているとともに、第２のインピーダンス回路２が、インピーダンス回路４に対して並列に接続されている。これらインピーダンス回路２，４は、たとえば回路の安定性を確保するための容量素子で構成されており、それら容量素子の、演算増幅器１の出力端子に接続されていない側の電極は接地されている。なお、インピーダンス回路２，４をそれぞれ構成する容量素子の容量値については後述する。
【００２３】
また、演算増幅器１の出力端子は、第２のスイッチ手段２１を介して、本サンプルホールド回路の駆動対象である負荷２２に接続されている。図６では、負荷２２を容量素子で表している。演算増幅器１の反転入力端子は、容量素子２３を介して、第３のスイッチ手段２４の一端に接続されている。第３のスイッチ手段２４の他端は、本サンプルホールド回路全体の入力端子２５に接続されている。
【００２４】
演算増幅器１の出力を反転入力端子にフィードバックさせるための帰還回路には、第４のスイッチ手段２６が設けられている。演算増幅器１の出力を、容量素子２３を介して、反転入力端子にフィードバックさせるための帰還回路には、第５のスイッチ手段２７が設けられている。また、演算増幅器１の非反転入力端子は、電源２８に接続されている。
【００２５】
図７は、図６に示すサンプルホールド回路のサンプリング時の回路構成を抽出して示す図である。なお、図６に示す動作状態もサンプリング時の状態である。サンプリング時には、第１のスイッチ手段３は閉状態、第２のスイッチ手段２１は開状態、第３のスイッチ手段２４は閉状態、第４のスイッチ手段２６は閉状態、第５のスイッチ手段２７は開状態となる。
【００２６】
したがって、図７に示すように、演算増幅器１の反転入力端子は、容量素子２３を介して回路全体の入力端子２５に接続され、それによって、この入力端子２５に印加された入力電圧に対応した電荷が容量素子２３に充電される。また、演算増幅器１の出力端子は、駆動対象負荷２２から切り離されるとともに、反転入力端子に接続される。このとき、演算増幅器１の出力端子には、第１および第２のインピーダンス回路４，２が並列に接続される。
【００２７】
図８は、図６に示すサンプルホールド回路のホールド時の回路構成を抽出して示す図である。ホールド時には、第１のスイッチ手段３は開状態、第２のスイッチ手段２１は閉状態、第３のスイッチ手段２４は開状態、第４のスイッチ手段２６は開状態、第５のスイッチ手段２７は閉状態となる。
【００２８】
したがって、図８に示すように、演算増幅器１の反転入力端子は、回路全体の入力端子２５から切り離される。また、演算増幅器１の出力端子は、駆動対象負荷２２に接続されるとともに、容量素子２３を介して反転入力端子に接続される。それによって、サンプリング時に容量素子２３に充電された電荷に対応する電圧が、駆動対象負荷２２に印加され、駆動対象負荷２２が駆動される。このとき、演算増幅器１の出力端子には、第２のインピーダンス回路２が接続される。すなわち、第１のインピーダンス回路４は、演算増幅器１の出力端子から切り離されている。
【００２９】
ここで、インピーダンス回路２，４をそれぞれ構成する容量素子の容量値はつぎのように選択される。すなわち、第１のインピーダンス回路４の容量値は、図７から明らかなように、第１のインピーダンス回路４と第２のインピーダンス回路２によりサンプルホールド回路が安定に動作するように選択される。また、第２のインピーダンス回路２の容量値は、図８から明らかなように、第２のインピーダンス回路２と駆動対象負荷２２によりサンプルホールド回路が安定に動作するように選択される。なお、駆動対象負荷２２のみでサンプルホールド回路が安定に動作する場合には、第２のインピーダンス回路２の容量値を０とする。
【００３０】
実施の形態４によれば、サンプリング時には、演算増幅器１の出力端子に第１および第２のインピーダンス回路４，２が接続されるので、サンプルホールド回路のサンプリング時の動作が安定化する。また、ホールド時には、演算増幅器１の出力端子から、不要な第１のインピーダンス回路４が切り離されるので、サンプルホールド回路のホールド時の動作が安定化し、かつその動作速度の低下を防ぐことができる。したがって、このサンプリングホールド回路は、サンプリング動作およびホールド動作のいずれにおいても、安定かつ高速に動作することができる。
【００３１】
以上において本発明は、上述した実施の形態１〜４に限らず、種々変更可能である。たとえば、実施の形態２または３において、図２に示す例と同様に、演算増幅器１の各出力端子１４，１５に、複数のインピーダンス回路４Ａ，４Ｂ，・・・，４Ｃをそれぞれスイッチ手段３Ａ，３Ｂ，・・・，３Ｃを介して並列に接続した構成としてもよい。また、実施の形態２または３において、図２に示す例と同様に、演算増幅器１の各出力端子１４，１５に、固定のインピーダンス回路２が接続されていてもよい。また、本発明は、演算増幅器を用いた帰還回路を複数の動作状態において動作させる構成のサンプルホールド回路やスイッチトキャパシタ回路に適用可能である。
【００３２】
（付記１）演算増幅器と、
一方の端子が固定電位点に接続されたインピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする演算増幅回路。
【００３３】
（付記２）前記演算増幅器の出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続された複数のインピーダンス回路が、それぞれ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段を介して接続されていることを特徴とする付記１に記載の演算増幅回路。
【００３４】
（付記３）前記演算増幅器の出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続されたインピーダンス回路の他方の端子が直接、接続されていることを特徴とする付記１または２に記載の演算増幅回路。
【００３５】
（付記４）差動信号を出力する演算増幅器と、
一方の端子が固定電位点に接続された第１のインピーダンス回路と、
前記第１のインピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の非反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第１のスイッチ手段と、
一方の端子が固定電位点に接続された第２のインピーダンス回路と、
前記第２のインピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第２のスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする演算増幅回路。
【００３６】
（付記５）前記演算増幅器の非反転出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続された複数のインピーダンス回路が、それぞれ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段を介して接続されているとともに、前記演算増幅器の反転出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続された複数のインピーダンス回路が、それぞれ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段を介して接続されていることを特徴とする付記４に記載の演算増幅回路。
【００３７】
（付記６）前記演算増幅器の非反転出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続された第３のインピーダンス回路の他方の端子が直接、接続されているとともに、前記演算増幅器の反転出力端子に、一方の端子が固定電位点に接続された第４のインピーダンス回路の他方の端子が直接、接続されていることを特徴とする付記４または５に記載の演算増幅回路。
【００３８】
（付記７）差動信号を出力する演算増幅器と、
インピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路の一方の端子と前記演算増幅器の非反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第１のスイッチ手段と、
前記インピーダンス回路の他方の端子と前記演算増幅器の反転出力端子との間に接続され、かつ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わる第２のスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする演算増幅回路。
【００３９】
（付記８）前記演算増幅器の非反転出力端子に、複数のインピーダンス回路のそれぞれの一方の端子が、それぞれ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段を介して接続されているとともに、前記演算増幅器の反転出力端子に、前記各インピーダンス回路のそれぞれの他方の端子が、それぞれ外部からの入力信号に基づいて閉状態と開状態が切り替わるスイッチ手段を介して接続されていることを特徴とする付記７に記載の演算増幅回路。
【００４０】
（付記９）前記演算増幅器の非反転出力端子に、第２のインピーダンス回路の一方の端子が直接、接続されているとともに、前記演算増幅器の反転出力端子に、前記第２のインピーダンス回路の他方の端子が直接、接続されていることを特徴とする付記７または８に記載の演算増幅回路。
【００４１】
（付記１０）前記スイッチ手段は、外部から供給されるクロック信号に基づいて、閉状態と開状態が切り替わることを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の演算増幅回路。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、演算増幅器の出力端子と負荷となるインピーダンス回路とを接続するスイッチ手段の制御により、演算増幅回路の個々の動作状態ごとに最適な負荷が演算増幅器の出力端子に接続されるので、個々の動作状態において、演算増幅回路を安定かつ高速に動作させることができる。したがって、この演算増幅回路を用いたサンプルホールド回路やスイッチトキャパシタ回路など、複数の動作状態を有する回路を、安定かつ高速に動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる演算増幅回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる演算増幅回路の他の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる演算増幅回路のさらに他の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる演算増幅回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかる演算増幅回路の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかる演算増幅回路を適用したサンプルホールド回路の構成を示す図である。
【図７】図６に示すサンプルホールド回路のサンプリング時の回路構成を抽出して示す図である。
【図８】図６に示すサンプルホールド回路のホールド時の回路構成を抽出して示す図である。
【図９】従来の演算増幅回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　演算増幅器
２，４，４Ａ，４Ｂ，・・・，４Ｃ　インピーダンス回路
３，３Ａ，３Ｂ，・・・，３Ｃ　スイッチ手段
５　第１のスイッチ手段
６　第１のインピーダンス回路
７　第２のスイッチ手段
８　第２のインピーダンス回路
１１　出力端子
１２　反転入力端子
１３　非反転入力端子
１４　　非反転出力端子
１５　　反転出力端子
【図１】
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【図２】
2004147058.tif 000004
【図３】
2004147058.tif 000005
【図４】
2004147058.tif 000006
【図５】
2004147058.tif 000007
【図６】
2004147058.tif 000008
【図７】
2004147058.tif 000009
【図８】
2004147058.tif 000010
【図９】
2004147058.tif 000011