(57)【要約】【課題】正常動作する入力信号電圧範囲を広げることが可能な差動増幅回路を提供する。【解決手段】差動信号が入力され、該差動信号を構成する２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路であって、差動信号を構成する２つの信号の平均電圧を検出する平均電圧検出回路２と、差動信号を構成する２つの信号のそれぞれに対応するように設けられ、差動信号を構成する一の信号を、平均電圧検出回路２で検出した平均電圧と等しい電圧降圧して出力する２つの電圧シフト回路３，４と、２つの電圧シフト回路３，４のそれぞれから出力される２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路本体５と、を備えたものである。【選択図】図１
2013090130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動信号が入力され、該差動信号を構成する２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路であって、
前記差動信号を構成する２つの信号の平均電圧を検出する平均電圧検出回路と、
前記差動信号を構成する２つの信号のそれぞれに対応するように設けられ、前記差動信号を構成する一の信号を、前記平均電圧検出回路で検出した平均電圧と等しい電圧降圧して出力する２つの電圧シフト回路と、
前記２つの電圧シフト回路のそれぞれから出力される２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路本体と、
を備えたことを特徴とする差動増幅回路。
【請求項２】
前記平均電圧検出回路は、前記差動信号を構成する２つの信号の平均電圧と等しい電圧のシフト電圧信号を前記両電圧シフト回路にそれぞれ出力するように構成され、
前記各電圧シフト回路は、前記差動信号を構成する一の信号の電圧を、前記シフト電圧信号の電圧と等しい電圧降圧して、前記差動増幅回路本体に出力するように構成される
請求項１記載の差動増幅回路。
【請求項３】
前記平均電圧検出回路は、前記差動信号を構成する２つの信号の平均電圧から、所望の基準電圧を減じた電圧のシフト電圧信号を前記両電圧シフト回路にそれぞれ出力するように構成される
請求項２記載の差動増幅回路。
【請求項４】
前記各電圧シフト回路は、前記差動信号を構成する一の信号の電圧を、前記シフト電圧信号の電圧と等しい電圧降圧すると共に、所望の基準電圧と等しい電圧昇圧して、前記差動増幅回路本体に出力するように構成される
請求項２記載の差動増幅回路。
【請求項５】
前記平均電圧検出回路に電源として供給される正電源、負電源の電圧の絶対値は、前記差動増幅回路本体に電源として供給される正電源、負電源の電圧の絶対値よりも大きい
請求項１〜４いずれかに記載の差動増幅回路。
【請求項６】
前記平均電圧検出回路は、反転増幅回路を２段直列に接続して構成される
請求項１〜５いずれかに記載の差動増幅回路。
【請求項７】
前記電圧シフト回路は、反転増幅回路を２段直列に接続して構成される
請求項１〜６いずれかに記載の差動増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動信号が入力され、該差動信号を構成する２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２に示すように、オペアンプ等を用いた差動増幅回路１２１は、非反転入力端子１２２、反転入力端子１２３、正電源端子１２４、負電源端子１２５、および出力端子１２６の各端子を有しており、非反転入力端子１２２に入力された信号の電圧ＶAと反転入力端子１２３に入力された信号の電圧ＶBとの差（ＶA−ＶB）を増幅して、出力端子１２６から出力するように構成されている。このとき、正電源端子１２４には正電源ＶCCが印加され、負電源端子１２５には負電源ＶEEが印加される。負電源端子１２５は接地される（つまり０Ｖに接続される）場合もある。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１，２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４２７０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１９１３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来の差動増幅回路１２１では、その差動増幅回路１２１に印加されている電源電圧ＶCC，ＶEEにより、入力が許容される電圧ＶA，ＶBの範囲が制限されてしまうという問題がある。
【０００６】
より具体的には、図１３に示すように、従来の差動増幅回路１２１では、入力が許容される電圧ＶA，ＶBの範囲（許容入力信号電圧範囲という）は、正電源端子１２４に印加されている正電源ＶCCから、負電源端子１２５に印加されている負電源ＶEEまでの範囲内に制限される。差動増幅回路１２１の回路構成によっては、正常動作する入力信号電圧範囲はさらに制限され、上述の許容入力信号電圧範囲よりも狭くなる。正常動作する入力信号電圧範囲外の電圧の信号が入力された場合、正常な増幅出力を得ることができなくなる。
【０００７】
一例として、図１４（ａ）に示すようなシミュレーション回路を作成し、差動増幅回路１２１に入力する差動信号の直流電位Ｖ0を変化させた際における、差動増幅回路１２１の出力信号の電圧波形をシミュレーションにより求めた。
【０００８】
このシミュレーション回路では、差動増幅回路１２１として、オペアンプ１４１にリニアテクノロジー社のＬＴＣ１００１Ａを用い、差動増幅回路１２１の反転入力端子１２３とオペアンプ１４１の反転入力端子、および差動増幅回路１２１の非反転入力端子１２２とオペアンプ１４１の非反転入力端子をそれぞれ１ｋΩの抵抗を介して電気的に接続し、かつ、オペアンプ１４１の反転入力端子と出力端子とを１０ｋΩの抵抗を介して電気的に接続し、オペアンプ１４１の非反転入力端子を１０ｋΩの抵抗を介して接地した構造のものを用いた。オペアンプ１４１に印加する電源電圧は±５Ｖとした（つまり、ＶCC＝＋５Ｖ、ＶEE＝−５Ｖとした）。この場合、許容入力信号電圧範囲は−５Ｖ〜５Ｖとなる。
【０００９】
また、このシミュレーション回路では、差動増幅回路１２１の反転入力端子１２３と非反転入力端子１２２に、互いに反転した交流信号を出力する交流信号源１４２，１４３をそれぞれ接続すると共に、両交流信号源１４２，１４３を直流電源１４４に接続し、直流電源１４４で重畳する直流電圧を変化させることで、直流電位Ｖ0を変化させた差動信号を両入力端子１２３，１２２に入力するように構成した。
【００１０】
入力する差動信号の直流電位Ｖ0を４．５Ｖ，５．０Ｖ、５．５Ｖ、６．０Ｖと変化させたときの出力信号の電圧波形のシミュレーション結果を図１４（ｂ）に示す。
【００１１】
図１４（ｂ）に示すように、差動信号の直流電位Ｖ0を許容入力信号電圧範囲内の４．５Ｖとした場合、差動増幅回路１２１は正常に動作し、０Ｖを中心とした正常な電圧波形が得られる。しかし、直流電位Ｖ0が５Ｖを超えて大きくなると、出力信号の直流電位が徐々に低下すると共に、出力信号の振幅が徐々に小さくなっており、正常な増幅出力が得られなくなっていることが分かる。
【００１２】
この問題を解決する方法として、差動増幅回路１２１に印加する電圧を大きく（つまり正電源ＶCC、負電源ＶEEの絶対値を大きく）して、正常動作する入力信号電圧範囲を広げることが考えられる。しかし、差動増幅回路１２１の電源電圧には定格電圧があり、それを超える電源電圧を印加することはできないので、この方法で正常動作する入力信号電圧範囲を広げるには限界がある。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、正常動作する入力信号電圧範囲を広げることが可能な差動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】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、差動信号が入力され、該差動信号を構成する２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路であって、前記差動信号を構成する２つの信号の平均電圧を検出する平均電圧検出回路と、前記差動信号を構成する２つの信号のそれぞれに対応するように設けられ、前記差動信号を構成する一の信号を、前記平均電圧検出回路で検出した平均電圧と等しい電圧降圧して出力する２つの電圧シフト回路と、前記２つの電圧シフト回路のそれぞれから出力される２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路本体と、を備えた差動増幅回路である。
【００１５】
前記平均電圧検出回路は、前記差動信号を構成する２つの信号の平均電圧と等しい電圧のシフト電圧信号を前記両電圧シフト回路にそれぞれ出力するように構成され、前記各電圧シフト回路は、前記差動信号を構成する一の信号の電圧を、前記シフト電圧信号の電圧と等しい電圧降圧して、前記差動増幅回路本体に出力するように構成されてもよい。
【００１６】
前記平均電圧検出回路は、前記差動信号を構成する２つの信号の平均電圧から、所望の基準電圧を減じた電圧のシフト電圧信号を前記両電圧シフト回路にそれぞれ出力するように構成されてもよい。
【００１７】
前記各電圧シフト回路は、前記差動信号を構成する一の信号の電圧を、前記シフト電圧信号の電圧と等しい電圧降圧すると共に、所望の基準電圧と等しい電圧昇圧して、前記差動増幅回路本体に出力するように構成されてもよい。
【００１８】
前記平均電圧検出回路に電源として供給される正電源、負電源の電圧の絶対値は、前記差動増幅回路本体に電源として供給される正電源、負電源の電圧の絶対値よりも大きいとよい。
【００１９】
前記平均電圧検出回路は、反転増幅回路を２段直列に接続して構成されてもよい。
【００２０】
前記電圧シフト回路は、反転増幅回路を２段直列に接続して構成されてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、正常動作する入力信号電圧範囲を広げることが可能な差動増幅回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る差動増幅回路の構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１の差動増幅回路に用いる平均電圧検出回路の一例を示す構成図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１の差動増幅回路に用いる電圧シフト回路の一例を示す構成図である。
【図４】図１の差動増幅回路の電圧シフト回路からの出力電圧をシミュレーションする際のシミュレーション回路を示す図である。
【図５】図４のシミュレーション回路を用い、入力する差動信号の直流電位を変化させた際における、電圧シフト回路から出力される出力電圧の直流成分のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図４のシミュレーション回路を用い、入力する差動信号の直流電位を変化させた際における、電圧シフト回路から出力される出力電圧の電圧波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る差動増幅回路の構成図である。
【図８】図７の差動増幅回路に用いる平均電圧検出回路の一例を示す構成図である。
【図９】図４のシミュレーション回路に図８の平均電圧検出回路を適用した場合の、入力する差動信号の直流電位を変化させた際における、電圧シフト回路から出力される出力電圧の直流成分のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る差動増幅回路の構成図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、図１０の差動増幅回路に用いる電圧シフト回路の一例を示す構成図である。
【図１２】従来の差動増幅回路の構成図である。
【図１３】従来の差動増幅回路において、正常動作する入力信号電圧範囲を説明する図である。
【図１４】（ａ）は、図１２の従来の差動増幅回路の出力信号の電圧波形をシミュレーションする際のシミュレーション回路を示す図であり、（ｂ）は、そのシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る差動増幅回路の構成図である。
【００２５】
図１に示すように、差動増幅回路１は、差動信号が入力され、該差動信号を構成する２つの信号の電圧の差を増幅して出力するものであり、平均電圧検出回路２と、２つの電圧シフト回路３，４と、差動増幅回路本体５と、を備えている。
【００２６】
差動増幅回路本体５は、図１２で説明した従来の差動増幅回路１２１と同じものであり、本発明の差動増幅回路１は、従来より用いられている差動増幅回路本体５の前段に、平均電圧検出回路２と電圧シフト回路３，４とを新たに備えたものである。
【００２７】
平均電圧検出回路２は、差動信号を構成する２つの信号の平均電圧（相加平均）を検出するものである。以下、差動信号を構成する２つの信号の電圧をそれぞれＶA，ＶBとし、電圧ＶAの信号が一方の信号入力端子（非反転入力端子）１１から、電圧ＶBの信号が他方の信号入力端子（反転入力端子）１２から入力されるとする。
【００２８】
差動信号を構成する２つの信号の電圧ＶA，ＶBを平均すると、交流成分が相殺されて直流成分のみを抽出することができる。つまり、平均電圧検出回路２で検出する平均電圧Ｖavr（＝（ＶA＋ＶB）／２）は、入力される差動信号の直流電位と等しくなる（なお、差動信号を構成する２つの信号の直流電位は等しいとする）。
【００２９】
平均電圧検出回路２は、信号入力端子１１，１２と電気的に接続された２つの入力端子２ａ，２ｂと、１つの出力端子２ｃとを有している。本実施の形態では、平均電圧検出回路２は、入力端子２ａ，２ｂから入力された信号、すなわち差動信号を構成する２つの信号の平均電圧Ｖavrと等しい電圧のシフト電圧信号を、出力端子２ｃから両電圧シフト回路３，４に出力するように構成される。
【００３０】
電圧シフト回路３，４は、差動信号を構成する２つの信号のそれぞれに対応するように設けられ、差動信号を構成する一の信号を、平均電圧検出回路２で検出した平均電圧Ｖavrと等しい電圧降圧して出力するものである。なお、平均電圧検出回路２で検出した平均電圧Ｖavrの符号が負のときは、電圧シフト回路３，４では、負の電圧を降圧することになり、結果的に、平均電圧Ｖavrの絶対値と等しい電圧昇圧して出力することになる。
【００３１】
各電圧シフト回路３，４は、差動信号を構成する一の信号の電圧を、シフト電圧信号の電圧と等しい電圧降圧して、差動増幅回路本体５に出力するように構成される。本実施の形態では、シフト電圧信号の電圧は平均電圧Ｖavr（つまり差動信号の直流電位）に等しいので、各電圧シフト回路３，４は、入力された差動信号の直流成分をキャンセルして（直流電位を０Ｖとして）出力することになる。
【００３２】
一方の電圧シフト回路３は、信号入力端子１１と電気的に接続された入力端子３ａと、出力端子３ｂと、平均電圧検出回路２の出力端子２ｃと電気的に接続された基準電圧入力端子３ｃと、を有しており、入力端子３ａから入力された信号の電圧ＶAを、基準電圧入力端子３ｃから入力されたシフト電圧信号の電圧（平均電圧Ｖavr）と等しい電圧降圧した信号、すなわち電圧ＶA’＝（ＶA−Ｖavr）の信号を、出力端子３ｂから出力するように構成される。
【００３３】
同様に、他方の電圧シフト回路４は、信号入力端子１２と電気的に接続された入力端子４ａと、出力端子４ｂと、平均電圧検出回路２の出力端子２ｃと電気的に接続された基準電圧入力端子４ｃと、を有しており、入力端子４ａから入力された信号の電圧ＶBを、基準電圧入力端子４ｃから入力されたシフト電圧信号の電圧（平均電圧Ｖavr）と等しい電圧降圧した信号、すなわち電圧ＶB’＝（ＶB−Ｖavr）の信号を、出力端子４ｂから出力するように構成される。なお、両電圧シフト回路３，４間での特性のばらつきを抑制するため、両電圧シフト回路３，４としては同じ回路構成のものを用いることが望ましい。
【００３４】
差動増幅回路本体５は、２つの電圧シフト回路３，４のそれぞれから出力される２つの信号の電圧の差を増幅して出力するものである。
【００３５】
差動増幅回路本体５は、一方の電圧シフト回路３の出力端子３ｃと電気的に接続された非反転入力端子６、他方の電圧シフト回路４の出力端子４ｃと電気的に接続された反転入力端子７、正電源端子８、負電源端子９、および出力端子１０の各端子を有している。
【００３６】
差動増幅回路本体５は、一方の電圧シフト回路３を介して非反転入力端子６に入力された信号の電圧ＶA’と、他方の電圧シフト回路４を介して反転入力端子７に入力された信号の電圧ＶB’との差（ＶA’−ＶB’）を増幅して、出力端子１０から出力するように構成されている。差動増幅回路本体５の増幅率をＡとすると、出力端子１０から出力される出力信号の電圧Ｖoutは、Ａ・（ＶA’−ＶB’）となる。正電源端子８には正電源ＶCCが印加され、負電源端子９には負電源ＶEEが印加される。なお、負電源端子９は接地されてもよい（つまり０Ｖに接続されてもよい）。
【００３７】
次に、平均電圧検出回路２の具体的な回路構成について図２を用いて説明する。なお、ここで説明する平均電圧検出回路２の回路構成は、あくまで一例であり、平均電圧検出回路２の回路構成はこれに限定されるものではない。
【００３８】
図２（ａ）に示す平均電圧検出回路２は、１つのオペアンプ２１と２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２を用いて構成される。オペアンプ２１の非反転入力端子２２は、抵抗Ｒ１を介して平均電圧検出回路２の入力端子２ａに電気的に接続されると共に、抵抗Ｒ２を介して平均電圧検出回路２の入力端子２ｂに電気的に接続され、オペアンプ２１の反転入力端子２３は、オペアンプ２１の出力端子２４に電気的に接続され、オペアンプ２１の出力端子２４は、平均電圧検出回路２の出力端子２ｃに電気的に接続される。
【００３９】
図２（ａ）の平均電圧検出回路２の出力端子２ｃから出力される電圧Ｖoutは、下式（１）
Ｖout＝（Ｒ２・ＶA＋Ｒ１・ＶB）／（Ｒ１＋Ｒ２）    ・・・（１）
となるので、Ｒ１＝Ｒ２と設定すれば、Ｖout＝（ＶA＋ＶB）／２＝Ｖavrとなり、平均電圧Ｖavrと等しい電圧のシフト電圧信号が出力端子２ｃから出力されることになる。
【００４０】
図２（ｂ）に示す平均電圧検出回路２は、図２（ａ）の平均電圧検出回路２において、オペアンプ２１の非反転入力端子２２を、さらに、コンデンサＣ１を介して接地し、平均電圧検出回路２に低域フィルタの機能を持たせたものである。図２（ｂ）の平均電圧検出回路２によれば、低域フィルタの機能によりリップル成分を低減でき、また、時間平均も含めた平均電圧Ｖavrの出力を得ることができる。
【００４１】
これら図２（ａ），（ｂ）の平均電圧検出回路２では、オペアンプ２１に入力される信号の電圧がオペアンプ２１が正常に動作する範囲内でないと、正常な動作が得られない。つまり、平均電圧検出回路２を正常に動作させるためには、入力端子２ａ，２ｂから入力される電圧ＶA，ＶBがオペアンプ２１が正常動作する電圧範囲内にある必要があり、入力可能な電圧ＶA，ＶBが制限されてしまう。
【００４２】
そのため、図２（ａ），（ｂ）の平均電圧検出回路２を用いる場合は、平均電圧検出回路２（オペアンプ２１）に電源として供給される正電源、負電源の電圧の絶対値を、差動増幅回路本体５に電源として供給される正電源ＶCC、負電源ＶEEの電圧の絶対値よりも大きくする必要がある。換言すれば、平均電圧検出回路２に供給される正電源、負電源の電圧の絶対値を、正電源ＶCC、負電源ＶEEの電圧の絶対値よりも大きくしなければ、正常動作する入力信号電圧範囲を広げるという本発明の効果は得られないことになる。
【００４３】
図２（ｃ）に示す平均電圧検出回路２は、反転増幅回路を２段直列に接続し、反転を２回繰返すことで結果的に非反転の出力を得るように構成したものであり、２つのオペアンプ２１ａ，２１ｂと５つの抵抗Ｒ１〜Ｒ５を用いて構成される。
【００４４】
１段目のオペアンプ２１ａの反転入力端子２３は、抵抗Ｒ１を介して平均電圧検出回路２の入力端子２ａに電気的に接続されると共に、抵抗Ｒ２を介して平均電圧検出回路２の入力端子２ｂに電気的に接続され、オペアンプ２１ａの反転入力端子２３と出力端子２４とが抵抗Ｒ３を介して電気的に接続される。
【００４５】
２段目のオペアンプ２１ｂの反転入力端子２３は、抵抗Ｒ４を介して１段目のオペアンプ２１ａの出力端子２４に電気的に接続され、オペアンプ２１ｂの出力端子２４は、抵抗Ｒ５を介してオペアンプ２１ｂの反転入力端子２３に電気的に接続されると共に、平均電圧検出回路２の出力端子２ｃに電気的に接続される。両オペアンプ２１ａ，２１ｂの非反転入力端子２２は接地される。
【００４６】
図２（ｃ）の平均電圧検出回路２の出力端子２ｃから出力される電圧Ｖoutは、下式（２）
Ｖout＝（ＶA／Ｒ１＋ＶB／Ｒ２）・Ｒ３・Ｒ５／Ｒ４    ・・・（２）
となるので、Ｒ１＝Ｒ２＝２Ｒ３、Ｒ４＝Ｒ５と設定すれば、Ｖout＝（ＶA＋ＶB）／２＝Ｖavrとなる。
【００４７】
図２（ｃ）の平均電圧検出回路２では、オペアンプ２１ａ，２１ｂの反転入力端子２３に信号を入力するように構成しており、通常、オペアンプは反転入力端子２３に入力された電圧を基準として動作するので、図２（ｃ）の平均電圧検出回路２によれば、図２（ａ），（ｂ）の平均電圧検出回路２と比較して、正常動作する入力信号電圧範囲を広げることが可能になる。
【００４８】
図２（ｄ）に示す平均電圧検出回路２は、図２（ｃ）の平均電圧検出回路２において、抵抗Ｒ３と並列にコンデンサＣ１を、抵抗Ｒ５と並列にコンデンサＣ２を接続し、図２（ｂ）の平均電圧検出回路２と同様に、平均電圧検出回路２に低域フィルタの機能を持たせたものである。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２のいずれか一方のみを設けるように構成しても、同様の効果を得ることができる。
【００４９】
次に、電圧シフト回路３の具体的な回路構成について図３を用いて説明する。なお、ここで説明する電圧シフト回路３の回路構成は、あくまで一例であり、電圧シフト回路３の回路構成はこれに限定されるものではない。以下、一方の電圧シフト回路３の回路構成について説明するが、他方の電圧シフト回路４も同じ回路構成である。
【００５０】
図３（ａ）に示す電圧シフト回路３は、１つのオペアンプ３１と４つの抵抗Ｒ６〜Ｒ９を用いて構成される。オペアンプ３１の非反転入力端子３２は、抵抗Ｒ６を介して電圧シフト回路３の入力端子３ａに電気的に接続されると共に、抵抗Ｒ７を介して接地され、オペアンプ３１の反転入力端子３３は、抵抗Ｒ８を介して電圧シフト回路３の基準電圧入力端子３ｃに電気的に接続され、オペアンプ３１の出力端子３４は、抵抗Ｒ９を介してオペアンプ３１の反転入力端子３３に電気的に接続されると共に、電圧シフト回路３の出力端子３ｂに電気的に接続される。
【００５１】
図３（ａ）の電圧シフト回路３の出力端子３ｂから出力される電圧ＶA’は、下式（３）
ＶA’＝｛（Ｒ８＋Ｒ９）・Ｒ７・ＶA｝／｛Ｒ８・（Ｒ６＋Ｒ７）｝
−Ｒ９・Ｖavr／Ｒ８    ・・・（３）
となるので、Ｒ６＝Ｒ７、Ｒ８＝Ｒ９と設定すれば、ＶA’＝ＶA−Ｖavrとなり、差動信号を構成する一の信号の電圧ＶAを、シフト電圧信号の電圧（ここではＶavr）と等しい電圧降圧して出力する電圧シフト回路３を実現できる。
【００５２】
図３（ｂ）に示す電圧シフト回路３は、反転増幅回路を２段直列に接続し、反転を２回繰返すことで結果的に非反転の出力を得るように構成したものであり、２つのオペアンプ３１ａ，３１ｂと５つの抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５を用いて構成される。
【００５３】
１段目のオペアンプ３１ａの反転入力端子３３は、抵抗Ｒ２１を介して電圧シフト回路３の入力端子３ａに電気的に接続され、オペアンプ３１ａの反転入力端子３３と出力端子３４とが抵抗Ｒ２２を介して電気的に接続される。
【００５４】
２段目のオペアンプ３１ｂの反転入力端子３３は、抵抗Ｒ２３を介して１段目のオペアンプ３１ａの出力端子３４に電気的に接続されると共に、抵抗Ｒ２４を介して電圧シフト回路３の基準電圧入力端子３ｃに電気的に接続され、オペアンプ３１ｂの出力端子３４は、抵抗Ｒ２５を介してオペアンプ３１ｂの反転入力端子３３に電気的に接続されると共に、電圧シフト回路３の出力端子３ｂに電気的に接続される。両オペアンプ３１ａ，３１ｂの非反転入力端子３２は接地される。
【００５５】
図３（ｂ）の電圧シフト回路３の出力端子３ｂから出力される電圧ＶA’は、下式（４）
ＶA’＝（Ｒ２２・Ｒ２５・ＶA）／（Ｒ２１・Ｒ２３）
−Ｒ２５・Ｖavr／Ｒ２４    ・・・（４）
となるので、Ｒ２４＝Ｒ２５、Ｒ２２・Ｒ２５＝Ｒ２１・Ｒ２３と設定すれば、ＶA’＝ＶA−Ｖavrとなる。
【００５６】
図３（ｂ）の電圧シフト回路３によれば、図２（ｃ）で説明した平均電圧検出回路２と同様に、図３（ａ）の電圧シフト回路３と比較して、電圧シフト回路３として正常動作する入力信号電圧範囲を広げることが可能になる。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る差動増幅回路１の電圧シフト回路３，４からの出力電圧のシミュレーション結果について説明する。
【００５８】
図１の差動増幅回路１において、平均電圧検出回路２として図２（ａ）の回路構成のものを用い、電圧シフト回路３，４として図３（ａ）の回路構成のものを用いた場合において、電圧シフト回路３，４からの出力電圧ＶA’，ＶB’のシミュレーションを行った。
【００５９】
シミュレーションを行う際の各パラメータは図４のように設定した。すなわち、オペアンプ２１，３１としてリニアテクノロジー社のＬＴＣ１００１Ａを用い、オペアンプ２１に±１０Ｖ、オペアンプ３１に±５Ｖの電源を印加するようにし、各抵抗の抵抗値は、Ｒ１とＲ２を１０ｋΩ、Ｒ６〜Ｒ９を１ｋΩとした。
【００６０】
また、差動増幅回路１の入力端子１１，１２に、互いに反転した交流信号を出力する交流信号源４２，４３をそれぞれ接続すると共に、両交流信号源４２，４３を直流電源４４に接続し、直流電源４４で重畳する直流電圧を変化させることで、直流電位Ｖ0を変化させた差動信号を両入力端子１１，１２に入力するように構成した。
【００６１】
図４のシミュレーション回路を用い、入力する差動信号の直流電位Ｖ0を−１０Ｖ〜＋１０Ｖまで変化させた際における、電圧シフト回路３，４から出力される出力電圧ＶA’，ＶB’の直流成分（つまり、後段の差動増幅回路本体５に入力される差動信号の直流電位）のシミュレーション結果を図５に示す。
【００６２】
図５に示すように、このシミュレーション回路においては、入力する差動信号の直流電位Ｖ0が−８．７Ｖ〜８．７Ｖの場合に、電圧シフト回路３，４から出力される出力電圧ＶA’，ＶB’の直流成分が０Ｖとなっている。なお、直流成分が０Ｖとなる直流電位Ｖ0の範囲は、平均電圧検出回路２が正常に動作する電圧範囲（平均電圧検出回路２の電源電圧により制限される）により制限されている。
【００６３】
また、入力する差動信号の直流電位Ｖ0を８Ｖ，−８Ｖとした場合における、電圧シフト回路３，４から出力される出力電圧ＶA’，ＶB’の電圧波形のシミュレーション結果を図６に示す。
【００６４】
図６に示すように、入力する差動信号の直流電位Ｖ0を８Ｖ，−８Ｖとした場合においては、いずれの場合においても、電圧シフト回路３，４から出力される出力電圧ＶA’，ＶB’の直流成分が０Ｖとなるため、０Ｖを中心とした信号が出力されることが分かる。ここでは交流信号源４２，４３にて正弦波の信号を出力しているため、０Ｖを中心とした正弦波の信号が出力されている。本発明の差動増幅回路１においては、図６に示すような直流電位が０Ｖとなるように電圧シフトされた差動信号が、後段の差動増幅回路本体５に入力されることになる。
【００６５】
本実施の形態の作用を説明する。
【００６６】
本実施の形態に係る差動増幅回路１では、差動信号を構成する２つの信号の平均電圧Ｖavrを検出する平均電圧検出回路２と、差動信号を構成する一の信号を、平均電圧検出回路２で検出した平均電圧Ｖavrと等しい電圧降圧して出力する２つの電圧シフト回路３，４と、２つの電圧シフト回路３，４のそれぞれから出力される２つの信号の電圧の差を増幅して出力する差動増幅回路本体５と、を備えている。
【００６７】
つまり、差動増幅回路１では、入力される差動信号の平均電圧Ｖavrを検出し、差動信号の直流電位を平均電圧Ｖavrに相当する電圧分変化させてから、差動増幅回路本体５に入力するようにしている。
【００６８】
平均電圧検出回路２と電圧シフト回路３，４を差動増幅回路本体５の前段に備えることにより、入力される差動信号の直流電位が変化しても、差動増幅回路本体５に入力される差動信号の直流電位を常に０Ｖとすることが可能になり、その結果、後段の差動増幅回路本体５へ入力される差動信号の電圧を、差動増幅回路本体５の許容入力信号電圧範囲内とすることが可能になる。つまり、本発明によれば、正常動作する入力信号電圧範囲を広げることが可能になる。
【００６９】
さらに、差動増幅回路１で用いる平均電圧検出回路２は、入力される差動信号の直流電位が変動しても追従して動作するため、従来フィルタ等で除去することが困難であった低周波数の同相雑音の影響も低減することが可能になる。
【００７０】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００７１】
図７に示す差動増幅回路７１は、図１の差動増幅回路１において、平均電圧検出回路２に代えて、平均電圧検出回路７２を備えたものである。なお、図７では、差動増幅回路本体５を省略している。
【００７２】
平均電圧検出回路７２は、所望の基準電圧Ｖtが印加される基準電圧入力端子２ｄを備え、差動信号を構成する２つの信号の平均電圧Ｖavrから、所望の基準電圧Ｖtを減じた電圧（Ｖavr−Ｖt）のシフト電圧信号を両電圧シフト回路３，４にそれぞれ出力するように構成される。
【００７３】
各電圧シフト回路３，４では、差動信号を構成する信号の電圧ＶA，ＶBを、シフト電圧信号の電圧と等しい電圧降圧して差動増幅回路本体５に出力するように構成されているので、各電圧シフト回路３，４の出力電圧ＶA’，ＶB’は、それぞれ下式（５），（６）
ＶA’＝ＶA−（Ｖavr−Ｖt）＝（ＶA−Ｖavr）＋Ｖt    ・・・（５）
ＶB’＝ＶB−（Ｖavr−Ｖt）＝（ＶB−Ｖavr）＋Ｖt    ・・・（６）
となり、入力された差動信号の直流電位を０Ｖとした後さらに基準電圧Ｖtと等しい電圧昇圧した信号が、後段の差動増幅回路本体５に出力されることになる。
【００７４】
差動増幅回路７１に用いる平均電圧検出回路７２の回路構成の一例を図８に示す。
【００７５】
図８に示す平均電圧検出回路７２は、図２（ｃ）の平均電圧検出回路２において、２段目のオペアンプ２１ｂの反転入力端子２３を、さらに、抵抗Ｒ６を介して基準電圧入力端子２ｄに電気的に接続したものである。この平均電圧検出回路７２の出力端子２ｃから出力される電圧Ｖoutは、下式（７）
Ｖout＝（ＶA／Ｒ１＋ＶB／Ｒ２）・Ｒ３・Ｒ５／Ｒ４
−Ｖｔ・Ｒ５／Ｒ６    ・・・（７）
となるので、Ｒ１＝Ｒ２＝２Ｒ３、Ｒ４＝Ｒ５＝Ｒ６と設定すれば、Ｖout＝（ＶA＋ＶB）／２−Ｖt＝Ｖavr−Ｖtとなる。
【００７６】
図４のシミュレーション回路において、平均電圧検出回路２に代えて図８の平均電圧検出回路７２を用い、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ５＝Ｒ６＝１０ｋΩ、Ｖt＝２Ｖとした場合における、電圧シフト回路３，４から出力される出力電圧ＶA’，ＶB’の直流成分のシミュレーション結果を図９に示す。
【００７７】
図９に示すように、このシミュレーション回路においては、入力する差動信号の直流電位Ｖ0が−６．６Ｖ〜９．５Ｖの場合に、電圧シフト回路３，４から出力される出力電圧ＶA’，ＶB’の直流成分が、基準電圧Ｖtと等しい２Ｖとなっている。なお、入力できる直流電位Ｖ0の範囲は、基準電圧Ｖtの影響によりプラス側にシフトする。
【００７８】
差動増幅回路７１によれば、平均電圧検出回路７２に基準電圧入力端子２ｄを設けて任意の基準電圧Ｖtを印加することにより、シフト電圧信号の電圧を基準電圧Ｖt分変化させ、電圧シフト回路３，４の出力電圧ＶA’，ＶB’の直流電位をＶtに設定することが可能になる。差動増幅回路７１は、例えば後段に接続される差動増幅回路本体５が片電源である場合（つまり負電源が接地されている場合）など、入力する差動信号の直流電位を０Ｖよりも高くしたい場合に有効に用いることができる。
【００７９】
図１０に示す差動増幅回路１０１は、図１の差動増幅回路１において、電圧シフト回路３、４に代えて、電圧シフト回路１０２，１０３を備えたものである。なお、図１０では、差動増幅回路本体５を省略している。
【００８０】
電圧シフト回路１０２，１０３は、所望の基準電圧Ｖtが印加される第２の基準電圧入力端子３ｄ，４ｄを備え、差動信号を構成する一の信号の電圧を、シフト電圧信号の電圧（つまり平均電圧Ｖavr）と等しい電圧降圧すると共に、所望の基準電圧Ｖtと等しい電圧昇圧して、差動増幅回路本体５に出力するように構成される。
【００８１】
上述の図７の差動増幅回路７１では、平均電圧検出回路２に基準電圧Ｖt分電圧シフトする機能を持たせたが、差動増幅回路１０１では、同様の機能を、電圧シフト回路１０２，１０３に持たせるようにしたものである。
【００８２】
差動増幅回路１０１に用いる電圧シフト回路１０２の回路構成の一例を図１１に示す。以下、一方の電圧シフト回路１０２の回路構成を説明するが、他方の電圧シフト回路１０３も同じ回路構成である。
【００８３】
図１１（ａ）に示す電圧シフト回路１０２は、図３（ｂ）の電圧シフト回路３において、３段目のオペアンプ３１ｃと３つの抵抗Ｒ２６〜Ｒ２８をさらに備えたものである。オペアンプ３１ｃの反転入力端子３３は、抵抗Ｒ２６を介して第２の基準電圧入力端子３ｄに電気的に接続されると共に、抵抗Ｒ２７を介してオペアンプ３１ｃの出力端子３４に電気的に接続され、オペアンプ３１ｃの出力端子３４は、抵抗Ｒ２８を介して２段目のオペアンプ３１ｂの反転入力端子３３に電気的に接続される。オペアンプ３１ｃの非反転入力端子３２は接地される。
【００８４】
図１１（ａ）の電圧シフト回路１０２の出力端子３ｂから出力される電圧ＶA’は、下式（８）
ＶA’＝（Ｒ２２・Ｒ２５・ＶA）／（Ｒ２１・Ｒ２３）
−Ｒ２５・Ｖavr／Ｒ２４
＋Ｒ２５・Ｒ２７・Ｖt／Ｒ２８・Ｒ２６    ・・・（８）
となるので、Ｒ２４＝Ｒ２５、Ｒ２２・Ｒ２５＝Ｒ２１・Ｒ２３、Ｒ２５・Ｒ２７＝Ｒ２６・Ｒ２８と設定すれば、ＶA’＝ＶA−Ｖavr＋Ｖtとなる。
【００８５】
図１１（ｂ）に示す電圧シフト回路１０２は、図１１（ａ）の電圧シフト回路１０２において、３段目のオペアンプ３１ｃと抵抗Ｒ２６，Ｒ２７を省略し、２段目のオペアンプ３１ｂの反転入力端子３３を、抵抗Ｒ２８を介して直接第２の基準電圧入力端子３ｄに電気的に接続したものである。
【００８６】
図１１（ｂ）の電圧シフト回路１０２の出力端子３ｂから出力される電圧ＶA’は、下式（９）
ＶA’＝（Ｒ２２・Ｒ２５・ＶA）／（Ｒ２１・Ｒ２３）
−Ｒ２５・Ｖavr／Ｒ２４
−Ｒ２５・Ｖt／Ｒ２８      ・・・（９）
となるので、Ｒ２４＝Ｒ２５＝Ｒ２８、Ｒ２２・Ｒ２５＝Ｒ２１・Ｒ２３と設定すれば、ＶA’＝ＶA−Ｖavr−Ｖtとなる。この電圧シフト回路１０２では、基準電圧Ｖtと等しい電圧降圧して出力するので、プラス側に電圧シフトしたい場合には、基準電圧Ｖtとして負電圧を印加するとよい。
【００８７】
このように、差動増幅回路１０１によれば、電圧シフト回路１０２，１０３に第２の基準電圧入力端子３ｄ，４ｄを設け、任意の基準電圧Ｖtを入力することにより、電圧シフト回路１０２，１０３から出力される信号、すなわち後段の差動増幅回路本体５に入力する差動信号の直流電位をＶtあるいは−Ｖtに設定することができる。
【００８８】
本発明は上記実施の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で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８９】
１  差動増幅回路
２  平均電圧検出回路
３，４  電圧シフト回路
５  差動増幅回路本体
【図１】
2013090130.tif 000003
【図２】
2013090130.tif 000004
【図３】
2013090130.tif 000005
【図４】
2013090130.tif 000006
【図５】
2013090130.tif 000007
【図６】
2013090130.tif 000008
【図７】
2013090130.tif 000009
【図８】
2013090130.tif 000010
【図９】
2013090130.tif 000011
【図１０】
2013090130.tif 000012
【図１１】
2013090130.tif 000013
【図１２】
2013090130.tif 000014
【図１３】
2013090130.tif 000015
【図１４】
2013090130.tif 000016