(57)【要約】【課題】帰還ループ抵抗Ｒｆによる増幅器の負荷を減少するまたは除去する改良されたシャント・シャント帰還電流対電圧変換器を提供する。【解決手段】増幅器（１２）への帰還抵抗（Ｒｆ）の負荷効果を有利に除去する、入力電流（１４）をミラーする増幅器（１２）の出力に与えた補償電流（２２）を含む、シャント・シャント帰還電流電圧変換器（６０）である。増幅器（１２）が帰還抵抗に何らの電流も与えないように、複数個の極性制御スイッチ（６２）と関連して電流ステアＤＡＣ（４０）を利用して、ソース電流またはシンク電流のどちらかを増幅器入力に、相補シンク電流またはソース電流を各々増幅器の出力に与える。従って、増幅器の直流利得が保持される。電流ステアＤＡＣ（４０）はこのアーキテクチャを達成するために整合したソース電流とシンク電流を与える。【選択図】　　　図２
2004015806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧変換器回路において、
入力と出力とを有する増幅器と、
前記入力と前記出力との間に結合されてシャント・シャント電流対電圧変換器を形成する帰還ループと、
前記入力に結合された入力電流と、
前記増幅器が前記帰還ループに電流を与えないように、前記入力電流をミラーし、かつ前記出力に結合された補償電流と、
を含む電圧変換器回路。
【請求項２】
増幅器と帰還ループを有する電圧変換器にシャント・シャント電流を操作する方法において、
増幅器が帰還ループに電流を与えないように、変換器の出力に補償電流を与える段階、
を含む増幅器と帰還ループを有する電圧変換器にシャント・シャント電流を操作する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電流対電圧変換器に一般的に関係し、特にシャント・シャント帰還電流対電圧変換器に関係する。
【０００２】
【従来の技術】
電流対電圧変換器は電子素子を含む多数の応用例で利用されている。電流対電圧変換器のある特定の型式は図１の１０に図示するような、シャント・シャント帰還電流対電圧変換器である。変換器１０は、反転入力、非反転入力、及び出力ｖｏｕｔを有する演算増幅器１２を含む典型的なシャント・シャント帰還電流対電圧変換器である。変換器１０はまた、負荷ＺＬに結合され、帰還抵抗Ｒｆを含む帰還ループを有することが分かる。図示したように、入力電流１４は増幅器１２の反転入力に結合され、値ｉｉｎを有する。
【０００３】
典型的な増幅器１２は、ａｖとして表される電圧利得、入力インピーダンスＺｉ、出力インピーダンスＺｏを有する。帰還ループ利得は以下により表現可能である：
2004015806.tif 000003
認められるように、入力インピーダンスＺｉと負荷ＺＬが容量性である時、直流時のループ利得は以下の式に変換可能である：
2004015806.tif 000004
【０００４】
従って、帰還抵抗Ｒｆの値が出力インピーダンスＺｏと比較して小さい時、帰還抵抗Ｒｆの負荷効果がループ利得を減少させる。ループ利得を保持するために、増幅器は出力段を有して小さい出力インピーダンスＺｏを達成することが可能である。しかしながら、このような従来の出力段を設けることは相当な電力を消費する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
帰還ループ抵抗Ｒｆによる増幅器の負荷を減少するまたは除去する改良されたシャント・シャント帰還電流対電圧変換器が望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、増幅器が帰還ループへ電流を与えず、従って増幅器が帰還Ｒｆを負荷として見ないように、増幅器の入力で電流をミラーする増幅器の出力に与えた補償電流を含むシャント・シャント帰還電流対電圧変換器として技術的利点を達成する。有利な点は、増幅器が帰還ループに何らの電流も与えないように、増幅器出力に与えられた電流が入力の電流をミラーすることである。
【０００７】
１つの望ましい実施例では、相補出力を有する電流ステア・ディジタル対アナログ変換器（ＤＡＣ）を利用し、これらの出力は等値の電流ソース及び電流シンクを含む。増幅器の出力がコモンモードに対して正である時、ＤＡＣは出力シンク電流を増幅器入力に与え、増幅器出力へＤＡＣ出力ソース電流をステアする。逆に、増幅器の出力がコモンモードに対して負である時、ＤＡＣは増幅器入力に出力ソース電流を与え、出力シンク電流を増幅器出力にステア（ｓｔｅｅｒ）する。このように、増幅器が電流を帰還ループに与えず、その結果帰還ループを負荷と見なさず、こうしなければ帰還ループ利得を減少させることの無いように、増幅器の出力が正または負に依存して、ＤＡＣは増幅器入力と出力に相補出力を与える。
【０００８】
一連の極性制御スイッチを利用して、ＤＡＣと増幅器入出力との間の電流を応答的にインターフェースすることが望ましい。これらのスイッチは、出力がコモンモードに対して正または負であるかの関数として増幅器入出力への電流方向を応答的にスイッチする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで図２を参照すると、本発明の望ましい実施例による改良されたシャント・シャント帰還電流対電圧変換器が全体を２０で図示されている。変換器２０は、増幅器の入力に与えられた電流１４、ｉｉｎをミラーする増幅器１２の出力に与えられている別の補償電流２２を含むことが分かる。有利な点は、入力電流１４がソース電流である場合、補償出力電流２２はシンク電流である点である。逆に、図示したように、入力電流１４がシンク電流である場合、出力電流２２は図示のようにソース電流である。有利なことに、入力電流１４をミラーする増幅器１２の出力に別の補償電流２２を与えることにより、帰還抵抗Ｒｆは増幅器１２に対する負荷としては見えなくなり、従って、増幅器１２は帰還ループ、抵抗Ｒｆを通して何ら電流を与えなくなる。このように、帰還ループ直流利得はＴＤＣ＝ａｖとなる。それ故、本発明は、相当な電力を消費する従来技術の欠点を無くした、シャント・シャント帰還電流対電圧変換器で増幅器への帰還ループの負荷効果を減少する他にない方式を提供する。
【００１０】
ここで図３Ａを参照すると、相補出力３２と３４とを有する電流ステア・ディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）が３０に図示されている。一方の電流出力はＸとして表現され、他方の電流出力は相補Ｉ−Ｘである。本実施例では、Ｉはフルスケール電流で、０＜Ｘ＜Ｉである。３２と３４の電流出力の値は３６に示したディジタル入力ＤＩＮにより制御される。
【００１１】
本発明では、２つの対向した等しいＤＡＣ電流出力が望ましい。従って、出力４２と４４に２つの対向した等しいＤＡＣ出力電流を与える改良された電流ステアＤＡＣが図３Ｂの４０に図示されている。対向電流出力を実装するために、４８に図示する定シンク電流Ｉが電流Ｉ−Ｘを有するソース電流５０と直列に置かれる。電流Ｉを有する追加の定電流シンク４８はＤＡＣ４０のフルスケールに正確に整合するようトリム可能である。
【００１２】
ここで図４を参照すると、図示のように、改良されたシャント・シャント帰還電流対電圧変換器２０へ６２で全体を図示する複数個の極性制御スイッチを介してインターフェースされた図３Ｂに図示した電流ステアＤＡＣ４０を含む本発明による全体ＤＡＣアーキテクチャが６０に図示されている。このように、このＤＡＣアーキテクチャ６０は３個の機能ブロック、電流ステアＤＡＣ４０、極性制御スイッチ６２、及び出力バッファまたは変換器２０を有する。電流ステアＤＡＣ４０はディジタル入力ＤＩＮ４６に従って出力４２と４４からソース電流Ｘとシンク電流Ｘを発生する。有利な点は、ソース電流とシンク電流は極性制御スイッチ６２により出力バッファ２０へ選択的に向けられ、ここで電圧ｖｏｕｔに変換される。極性制御スイッチ設定に応じて、出力ｖｏｕｔは正または負のどちらかに振れる。
【００１３】
例えば、ｖｏｕｔスィングがコモンモードに対して正である必要がある場合、スイッチ６２のスイッチＰ１とＰ２は閉じられ、スイッチＭ１とＭ２は開放される。従って、この構成では、スイッチＰ１はＤＡＣ出力シンク電流Ｘを増幅器反転入力にステアし、一方スイッチＰ２はＤＡＣ出力ソース電流Ｘを増幅器出力にステアする。帰還抵抗Ｒｆを通る電流はＤＡＣ４０によってのみ与えられるため、増幅器１２自体は帰還抵抗Ｒｆにより負荷とされない。有利なことは、増幅器１２へのＤＡＣ４０出力電流ソースの負荷が抵抗Ｒｆの負荷より非常に小さい点である。
【００１４】
逆に、出力ｖｏｕｔスィングがコモンモードに対して負である必要がある場合、スイッチＭ１はＤＡＣ出力ソース電流Ｘを増幅器１２反転入力へステアし、スイッチＭ２はＤＡＣ出力シンク電流Ｘを増幅器出力にステアする。
【００１５】
有利なことに、極性制御スイッチ６２は、増幅器出力に与えられる電流が増幅器入力に与えられた電流をミラーして、帰還抵抗Ｒｆが増幅器１２への負荷として見えないように、従って帰還ループ直流利得がＴＤＣ＝ａｖとなるように、出力バッファ１２の入力と出力へ適切な電流を集合的にステアする。有利な点は、このアーキテクチャは増幅器の出力で相対的に小さなミラー電流を利用し、これは殆ど電力を消費しないため、電圧変換器６０に非常に効率的なシャント・シャント帰還電流を与える。
【００１６】
特定の望ましい実施例に関して本発明を記述してきたが、本願を読めば当業者には多数の変更と修正が明らかとなる。それ故、添付の請求の範囲は従来技術に関して出来るだけ広範囲にこのような全ての変更と修正を含むように解釈する意図のものである。
【００１７】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）電圧変換器回路において、
入力と出力とを有する増幅器と、
前記入力と前記出力との間に結合されてシャント・シャント電流対電圧変換器を形成する帰還ループと、
前記入力に結合された入力電流と、
前記増幅器が前記帰還ループに電流を与えないように、前記入力電流をミラーし、かつ前記出力に結合された補償電流と、
を含む電圧変換器回路。
（２）第１項記載の電圧変換器回路において、前記入力電流はシンク電流であり、前記補償電流はソース電流である電圧変換器回路。
（３）第１項記載の電圧変換器回路において、前記入力電流はソース電流であり、前記補償電流はシンク電流である電圧変換器回路。
（４）第１項記載の電圧変換器回路において、前記帰還ループは増幅器を負荷としない抵抗を含む電圧変換器回路。
（５）第１項記載の電圧変換器回路において、前記出力に結合された容量性負荷を更に含む電圧変換器回路。
（６）第１項記載の電圧変換器回路において、前記増幅器はａｖの利得を有し、前記帰還ループもａｖの利得を有する電圧変換器回路。
（７）第１項記載の電圧変換器回路において、前記入力電流と前記補償電流は各々電流ステア・ディジタル・アナログ制御（ＤＡＣ）回路により与えられる電圧変換器回路。
（８）第７項記載の電圧変換器回路において、前記ＤＡＣは前記入力電流として第１電流を、前記補償電流として第２電流を与える電圧変換器回路。
（９）第８項記載の電圧変換器回路において、一方の前記電流がソース電流で前記他方の電流はシンク電流であるように、前記第１電流は前記第２電流の相補である電圧変換器回路回路。
（１０）第７項記載の電圧変換器回路において、前記ＤＡＣ回路を前記増幅器に結合するスイッチをさらに含む電圧変換器回路。
（１１）第１０項記載の電圧変換器回路において、前記スイッチは、前記増幅器出力により与えられる出力信号の極性の関数として動的に設定可能である電圧変換器回路。
（１２）第１１項記載の電圧変換器回路において、前記スイッチは極性制御スイッチとして構成される複数個のスイッチである電圧変換器回路。
（１３）第８項記載の電圧変換器回路において、前記増幅器出力が正の時前記第１電流はシンク電流であり、前記第２電流はソース電流である、電圧変換器回路。
（１４）第８項記載の電圧変換器回路において、前記増幅器出力が負の時前記第１電流はソース電流であり、前記第２電流はシンク電流である、電圧変換器回路。
（１５）第７項記載の電圧変換器回路において、ＤＡＣ入力電流と補償電流は、増幅器への帰還ループの負荷より小さい負荷を増幅器に与える電圧変換器回路。
（１６）第７項記載の電圧変換器回路において、入力電流と補償電流の値はディジタル入力（ＤＩＮ）制御信号により調節可能に設定される電圧変換器回路。
（１７）第１項記載の電圧変換器回路において、増幅器が演算増幅器である電圧変換器回路。
【００１８】
（１８）増幅器と帰還ループを有する電圧変換器にシャント・シャント電流を操作する方法において、
増幅器が帰還ループに電流を与えないように、変換器の出力に補償電流を与える段階、
を含む増幅器と帰還ループを有する電圧変換器にシャント・シャント電流を操作する方法。
（１９）第１８項記載の方法において、増幅器は帰還ループを負荷として見ない方法。
（２０）第１８項記載の方法において、補償電流は増幅器への入力電流をミラーする方法。
【００１９】
（２１）増幅器（１２）への帰還抵抗（Ｒｆ）の負荷効果を有利に除去する、入力電流（１４）をミラーする増幅器（１２）の出力に与えた補償電流（２２）を含む、シャント・シャント帰還電流電圧変換器（６０）である。増幅器（１２）が帰還抵抗に何らの電流も与えないように、複数個の極性制御スイッチ（６２）と関連して電流ステアＤＡＣ（４０）を利用して、ソース電流またはシンク電流のどちらかを増幅器入力に、相補シンク電流またはソース電流を各々増幅器の出力に与える。従って、増幅器の直流利得が保持される。電流ステアＤＡＣ（４０）はこのアーキテクチャを達成するために整合したソース電流とシンク電流を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のシャント・シャント帰還電流対電圧変換器の概略図で、帰還抵抗Ｒｆが増幅器の負荷となり、帰還ループ利得を減少させる傾向がある。
【図２】増幅器が帰還ループに電流を与えず、したがって帰還抵抗Ｒｆが負荷として見えないように、増幅器の入力の電流をミラーする増幅器の出力に与えた補償電流を含む本発明の概略図。
【図３】各々相補出力と対向出力を与える電流ステアＤＡＣのブロック線図。
【図４】本発明によるシャント・シャント帰還電流対電圧変換器へ複数個の極性制御スイッチを介して等しい大きさの電流と相補電流を与える電流ステアＤＡＣを含む全体ＤＡＣアーキテクチャである。
【符号の説明】
２０　シャント・シャント帰還電流対電圧変換器
２２　補償電流
１２　増幅器
１４　入力電流
Ｒｆ　帰還抵抗
３０、４０　電流ステアＤＡＣ
３２、３４　相補出力
４８　定電流シンク
６２　極性制御スイッチ
【図１】
2004015806.tif 000005
【図２】
2004015806.tif 000006
【図３】
2004015806.tif 000007
【図４】
2004015806.tif 000008