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JPH0451086B2 - - Google Patents
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JPH0451086B2 - - Google Patents

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JPH0451086B2
JPH0451086B2 JP5217184A JP5217184A JPH0451086B2 JP H0451086 B2 JPH0451086 B2 JP H0451086B2 JP 5217184 A JP5217184 A JP 5217184A JP 5217184 A JP5217184 A JP 5217184A JP H0451086 B2 JPH0451086 B2 JP H0451086B2
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circuit
capacitor
output voltage
switch
time
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JP5217184A
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Inventor
Mitsuyasu Kido
Tomio Chiba
Hiroyuki Kudo
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はスイツチトキヤパシタ演算回路に係
り、特に、スイツチトキヤパシタ回路の容量比と
スイツチングの周波数の組合せにより所望の増幅
度を得るスイツチトキヤパシタ増幅回路に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a switch capacitor arithmetic circuit, and more particularly to a switch capacitor amplification circuit that obtains a desired amplification degree by combining the capacitance ratio of the switch capacitor circuit and the switching frequency. Regarding circuits.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

最近、第1図に示した抵抗Ra,Rfと演算増算
増幅器OPより構成するような増幅回路をICにて
実現しようとする動きがあるが、このような抵抗
を用いた回路は、回路を集積化する場合、高精度
な抵抗をIC内に作ることは困難である。
Recently, there has been a movement to realize an amplifier circuit using an IC, which consists of the resistors R a and R f and the operational amplifier OP shown in Fig. 1, but the circuit using such resistors is When integrating circuits, it is difficult to create highly accurate resistors within the IC.

これに対して、近年研究開発が進められている
スイツチとキヤパシタによつて等価的に抵抗を実
現するスイツチトキヤパシタ回路の手法によれ
ば、回路を集積化する場合、キヤパシタは抵抗に
比べチツプの面積によつて容量値が決定できるた
め、その値を正確に作ることができる。したがつ
て、精度、温度特性などに対して特性の良い回路
を作る方法として有効である。
On the other hand, according to the switch capacitor circuit method, which has been researched and developed in recent years and which equivalently realizes resistance using a switch and a capacitor, when integrating a circuit, the capacitor has a smaller chip size than the resistor. Since the capacitance value can be determined based on the area, the value can be created accurately. Therefore, it is an effective method for creating a circuit with good characteristics in terms of accuracy, temperature characteristics, etc.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、クロツク周波数の制御によつ
て任意の増幅度を得るIC化に好適なスイツチト
キヤパシタ増幅回路を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a switched capacitor amplifier circuit which is suitable for IC implementation and which obtains an arbitrary amplification degree by controlling the clock frequency.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、演算増幅器、スイツチ及びキヤパシ
タより構成されるスイツチトキヤパシタ形演算回
路において、スイツチトキヤパシタ回路のキヤパ
シタ比及びスイツチングの周波数により任意の増
幅度を求めることを特徴とするものである。その
骨子は、 (1) 演算増幅器の入力側に接続されるスイツチト
キヤパシタ回路をフイードバツク側に接続され
るスイツチトキヤパシタ回路より高速にスイツ
チングする。
The present invention is characterized in that, in a switched capacitor type arithmetic circuit composed of an operational amplifier, a switch, and a capacitor, an arbitrary amplification degree is determined by the capacitance ratio of the switched capacitor circuit and the switching frequency. The main points are: (1) The switched capacitor circuit connected to the input side of the operational amplifier is switched faster than the switched capacitor circuit connected to the feedback side.

(2) さらに、入力側にもつ1つのスイツチトキヤ
パシタ回路を並列接続し、この回路をさらに高
速にスイツチングする。
(2) Furthermore, one switched capacitor circuit on the input side is connected in parallel to switch this circuit even faster.

(3) 上記(2)と同一回路をさらに並列接続し、上記
(2)クロツクの反転したクロツクによりこの回路
をスイツチングする。
(3) The same circuit as in (2) above is further connected in parallel to
(2) This circuit is switched by an inverted clock.

ようにして、スイツチングごとに、フイードバツ
ク容量との比で求まる値を次々に加算し、所望の
増幅度を得るようにしたものである。
In this way, for each switching, the values determined by the ratio to the feedback capacity are added one after another to obtain the desired degree of amplification.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第2図に本発明のスイツチトキヤパシタ演算増
幅器の実施例を示す。図において、S1〜S10はア
ナログスイツチ、C1A,C1B,C2A,C2B,C3はコン
デンサ、OPは演算増幅器、VIは入力電圧、VO
出力電圧である。但し、S1〜S10に付した記号φ
とあるいはととはこのスイツチの駆動が互
いに反転位相の信号により行なわれることを意味
する。
FIG. 2 shows an embodiment of the switched capacitor operational amplifier of the present invention. In the figure, S1 to S10 are analog switches, C1A , C1B , C2A , C2B , and C3 are capacitors, OP is an operational amplifier, V I is an input voltage, and V O is an output voltage. However, the symbol φ attached to S 1 to S 10
and or and means that the switches are driven by signals having mutually inverted phases.

第3図に第2図のそれぞれのスイツチS1〜S10
に加えるモード切換えタイミング制御パルス例
φ,,,を示す。第3図a〜dのタイミン
グ制御パルスのφ,,,の“1”レベルの
時に、それぞれスイツチS1〜S10をON(閉路)す
る。第3図eのT1とT3は制御パルスφとが
“1”レベルの時刻、T2とT4は制御パルスφと
が“1”レベルの時刻、T1′とT3′は制御パルス
とが“1”レベルの時刻、T2′とT4′は制御パル
スとが“1”レベルの時刻をそれぞれ示す。
Figure 3 shows each switch S 1 to S 10 in Figure 2.
An example of mode switching timing control pulses φ, , applied to When the timing control pulses φ, . In Fig. 3e, T 1 and T 3 are the times when the control pulse φ is at the “1” level, T 2 and T 4 are the times when the control pulse φ is at the “1” level, and T 1 ′ and T 3 ′ are the times when the control pulse φ is at the “1” level. T 2 ' and T 4 ' indicate the time when the control pulse is at the "1" level, respectively.

第4図aに第3図のT1及びT3時刻における第
2図の回路状態図を示す。すなわちT1及びT3
刻には、φとが“1”となりとが“0”と
なることにより、アナログスイツチS2,S3,S6
S7,S9がONしアナログスイツチS1,S4,S5
S8,S10がOFFしたままであるので、第2図の回
路は第4図aで示すように、コンデンサC1AとC2A
がOPアンプに接続される。
FIG. 4a shows a circuit state diagram of FIG. 2 at times T 1 and T 3 of FIG. 3. That is, at times T 1 and T 3 , φ becomes "1" and φ becomes "0", so that the analog switches S 2 , S 3 , S 6 ,
S 7 , S 9 are turned on and analog switches S 1 , S 4 , S 5 ,
Since S 8 and S 10 remain OFF, the circuit of Fig. 2 connects capacitors C 1A and C 2A as shown in Fig. 4 a.
is connected to the OP amplifier.

第4図bに第3図のT2及びT4時刻における第
2図の回路状態図に示す。すなわち、スイツチ
S2,S3,S6,S7,S10がONし、スイツチS1,S4
S5,S8,S9がOFFしたままであるので、第4図
aで示す回路に新たに、コンデンサC3が入力端
子とOPアンプの一入力端子間に接続される。
FIG. 4b shows the circuit state diagram of FIG. 2 at times T 2 and T 4 of FIG. 3. In other words, the switch
S 2 , S 3 , S 6 , S 7 , S 10 are turned ON, and switches S 1 , S 4 ,
Since S 5 , S 8 , and S 9 remain OFF, a capacitor C 3 is newly connected to the circuit shown in FIG. 4A between the input terminal and one input terminal of the OP amplifier.

第4図cに第3図のT1′及びT3′時刻における第
2図の回路状態図を示す。すなわち、スイツチ
S1,S4,S5,S8,S9がONし、スイツチS2,S3
S6,S7,S10がOFFしたままであるので、第2図
の回路は第4図cで示すように、コンデンサC1B
2BがOPアンプに接続される。
FIG. 4c shows a circuit state diagram of FIG. 2 at times T 1 ' and T 3 ' of FIG. 3. In other words, the switch
S 1 , S 4 , S 5 , S 8 , S 9 are turned ON, and switches S 2 , S 3 ,
Since S 6 , S 7 , and S 10 remain OFF, the circuit in Figure 2 is connected to the capacitor C 1B as shown in Figure 4 c.
and 2B are connected to the OP amplifier.

第4図dに第3図のT2′及びT4′時刻における第
2図の回路状態図を示す。すなわち、スイツチ
S1,S4,S5,S8,S10がONし、スイツチS2,S3
S6,S7,S9がOFFしたままであるので、第4図
cで示す回路に、新たに、コンデンサC3が入力
端子とOPアンプの一入力端子間に接続される。
FIG. 4d shows a circuit state diagram of FIG. 2 at times T 2 ' and T 4 ' of FIG. 3. In other words, the switch
S 1 , S 4 , S 5 , S 8 , S 10 are turned ON, and switches S 2 , S 3 ,
Since S 6 , S 7 and S 9 remain OFF, a capacitor C 3 is newly connected between the input terminal and one input terminal of the OP amplifier in the circuit shown in FIG. 4c.

また、第2図の回路は、T4′時刻後、再びT1
刻の回路状態に戻る。すなわち、第4図aから第
4図dの状態を繰り返し実行する。
Further, the circuit shown in FIG. 2 returns to the circuit state at time T1 after time T4 '. That is, the states shown in FIGS. 4a to 4d are repeatedly executed.

以上の動作より、第3図で示すクロツクφが
“1”の間、すなわち、第2図の回路でコンデン
サC1A,C2AがOPアンプに接続されている間の出
力電圧は、コンデンサC3が、入力端子とOPアン
プの一入力端子間に接続する回数分、C3とC2A
相対比の分だけ、ポンプアツプしていく。さら
に、第3図で示すクロツクが“1”の間、すな
わち、第2図の回路でコンデンサC1B,C2BがOP
アンプに接続されている間、出力電圧は、コンデ
ンサC3が入力端子とOPアンプの一入力端子間に
接続する回数分、C3とC2Bの相対比の分だけ、ポ
ンプアツプしていく。また、クロツクφが“1”
から“0”、が“0”から“1”に変化すると
きコンデンサC1A,C2Aは放電し、さらにφが
“0”から“1”、が“1”から“0”に変化す
るときに、コンデンサ1B,C2Bが放電することに
より、ポンプアツプはリセツトされおのおの0か
ら始まる。
From the above operation, while the clock φ shown in Fig. 3 is "1", that is, while the capacitors C 1A and C 2A are connected to the OP amplifier in the circuit of Fig. 2, the output voltage is the capacitor C 3 However, the number of times it is connected between the input terminal and one input terminal of the OP amp is pumped up by the relative ratio of C 3 and C 2A . Furthermore, while the clock shown in Fig. 3 is "1", that is, in the circuit of Fig. 2, capacitors C 1B and C 2B are OP.
While connected to the amplifier, the output voltage pumps up by the relative ratio of C 3 and C 2B the number of times capacitor C 3 is connected between the input terminal and one input terminal of the op amp. Also, clock φ is “1”
When φ changes from “0” to “1”, capacitors C 1A and C 2A discharge, and when φ changes from “0” to “1” and from “1” to “0”. Then, by discharging capacitors 1B and C2B , the pump-up is reset and each starts from 0.

次式にクロツクφが“1”の間にn回ポンプア
ツプした出力電圧の一般式を示す。
The following formula shows the general formula for the output voltage pumped up n times while the clock φ is "1".

VOA(n)={C1A/C2A+nC3/C2A}VI ……(1) さらに、クロツクが“1”の間にn回ポンプ
アツプした出力電圧の一般式を示す。
V OA (n)={C 1A /C 2A +nC 3 /C 2A }V I ...(1) Furthermore, the general formula for the output voltage pumped up n times while the clock is "1" is shown.

VOA(n)={C1B/C2B+nC3/C2B}VI ……(2) 上記(1)、(2)式より、各コンデンサ値の相対比及
びポンプアツプする回数を制御することにより、
任意な大きさの出力電圧が得られることがわか
る。従つて、ポンプアツプする回数を制御するこ
とにより、ゲイン制御可能な増幅回路を得られる
ことが容易にわかる。
V OA (n) = {C 1B /C 2B +nC 3 /C 2B }V I ...(2) From equations (1) and (2) above, control the relative ratio of each capacitor value and the number of pump-ups. By doing so,
It can be seen that an output voltage of arbitrary magnitude can be obtained. Therefore, it is easy to see that by controlling the number of times the pump is pumped up, an amplifier circuit whose gain can be controlled can be obtained.

第2図の回路で示す本実施例は、ポンプアツプ
する回数が、φ及びが“1”のときに、それぞ
れ2回であるため、出力電圧は(1)、(2)式より次式
のように表わされる。
In this embodiment shown in the circuit of FIG. 2, the number of times of pumping up is two when φ and is "1", so the output voltage is calculated as follows from equations (1) and (2). is expressed in

VOA(2)={C1A/C2A+2C3/C2A}VI ……(3) VOA(2)={C1B/C2B+2C3/C2B}VI……(4) また、各コンデンサC1A,C1B,C2A,C2B及びポ
ンプアツプさせるコンデンサC3が全て同一の値
とすると、出力電圧は次式で表わされる。
V OA (2)={C 1A /C 2A +2C 3 /C 2A }V I ...(3) V OA (2)={C 1B /C 2B +2C 3 /C 2B }V I ...( 4) Furthermore, if the capacitors C 1A , C 1B , C 2A , C 2B and the pump-up capacitor C 3 all have the same value, the output voltage is expressed by the following equation.

VOA(2)=3・VI ……(5) VOA(2)=3・VI ……(6) また、この値は、ポンプアツプした出力電圧の
最終値である。
V OA (2)=3·V I ……(5) V OA (2)=3·V I ……(6) Also, this value is the final value of the pumped-up output voltage.

第5図に、第2図で示す回路において、ポンプ
アツプする回数を2回とした時、入力が正弦波
VI=sinω t時の出力電圧VOを、制御クロツクと
関係づけて示す。
Figure 5 shows that in the circuit shown in Figure 2, when the number of pumps is 2, the input is a sine wave.
V I =sinω The output voltage V O at time t is shown in relation to the control clock.

すなわち、T1時刻に第2図の回路は、第4図
aとなり、ポンプアツプせず、ゲインがC1AとC2A
の比で決まり、ゲイン1の出力電圧が得られる。
次にT2時刻には、第4図bとなり、コンデンサ
C3によりポンプアツプし、ゲインが2の出力電
圧が得られる。次にT3時刻には第4図aとなり、
ポンプアツプせず、ゲインが2のままの出力電圧
が得られる。次にT4時刻には、第4図bとなり、
コンデンサC3によりポンプアツプし、ゲインが
3の出力電圧が得られる。以下、全てのコンデン
サ値が同じで相対比が1であるので同様にして、
T1′時刻はゲイン1、T2′時刻はポンプアツプして
ゲイン2、T3′時刻はゲイン2、T4′時刻はポンプ
アツプしてゲイン3の出力電圧がそれぞれ得られ
る。
In other words, at time T 1 , the circuit in Figure 2 becomes Figure 4a, with no pump up and gains of C 1A and C 2A .
It is determined by the ratio of , and an output voltage with a gain of 1 is obtained.
Next, at time T 2 , the state becomes Fig. 4 b, and the capacitor
It is pumped up by C 3 and an output voltage with a gain of 2 is obtained. Next, at time T 3 , it becomes Figure 4 a,
An output voltage with a gain of 2 can be obtained without pumping up. Next, at time T 4 , it becomes Figure 4 b,
It is pumped up by capacitor C 3 and an output voltage with a gain of 3 is obtained. Below, all capacitor values are the same and the relative ratio is 1, so do the same thing,
An output voltage with a gain of 1 is obtained at time T1', a gain of 2 is obtained by pumping up at time T2 ', a gain of 2 is obtained at time T3 ', and a gain of 3 is obtained at time T4 '.

また第2図で示す回路のaの部分であるアナロ
グスイツチS9,S10とコンデンサC3のスイツチト
キヤパシタ等価抵抗を、それぞれ第6図a,b,
cの構成のものでも同様に構成できるものであ
る。
In addition, the equivalent resistances of the analog switches S 9 and S 10 and the capacitor C 3 which are part a of the circuit shown in Fig. 2 are shown in Fig. 6 a, b,
The configuration of c can also be constructed in the same way.

第7図は、第2図の回路(点線部)に新たに一
点鎖線のわく内で示す、アナログスイツチS11
S12、コンデンサC4を追加し、が“1”の間に
コンデンサC4が入力端子とOPアンプの一入力端
子間に接続される回路である。すなわち、コンデ
ンサC3と交互に接続される。さらに、サンプル
アンドホールド用のアナログスイツチS12とコン
デンサC3を付加し、任意の出力電圧を抽出でき
るようにしたスイツチトキヤパシタ演算増幅回路
である。
FIG. 7 shows an analog switch S 11 , which is added to the circuit (dotted line) in FIG.
In this circuit, S 12 and capacitor C 4 are added, and while S 12 is “1”, capacitor C 4 is connected between the input terminal and one input terminal of the OP amplifier. That is, it is connected alternately with capacitor C3 . Furthermore, an analog switch S12 for sample-and-hold and a capacitor C3 are added, making it a switch capacitor operational amplifier circuit that can extract any output voltage.

第8図に第7図の回路を動作させる制御クロツ
ク例を示す。また第8図は第3図で示す制御クロ
ツクにさらに、出力をサンプルアンドホールドす
るためのクロツクφSを追加している。
FIG. 8 shows an example of a control clock for operating the circuit of FIG. 7. Further, in FIG. 8, a clock φ S for sampling and holding the output is added to the control clock shown in FIG. 3.

第9図は第8図の制御クロツクによる第7図の
回路の回路状態図を示す。また第9図は、第8図
で示すクロツクが“1”であるT1,T3,T1′,
T3′時刻に、コンデンサC3が入力端子とOPアンプ
の一入力端子間に接続され、クロツクが“1”
であるT2,T4〜T6,T2′,T4′〜T6′時刻に、コ
ンデンサC4が入力端子とOPアンプの一入力端子
間に接続されることにより、常時、コンデンサ
C3かもしくはC4が接続されることを示す。
FIG. 9 shows a circuit state diagram of the circuit of FIG. 7 using the control clock of FIG. 8. Further, FIG. 9 shows the clocks T 1 , T 3 , T 1 ', T 1 ', whose clocks shown in FIG.
At time T 3 ', capacitor C 3 is connected between the input terminal and one input terminal of the OP amplifier, and the clock becomes "1".
By connecting capacitor C 4 between the input terminal and one input terminal of the OP amplifier at times T 2 , T 4 to T 6 , T 2 ′, T 4 ′ to T 6 ′, the capacitor is always
Indicates that C 3 or C 4 is connected.

また第7図の回路は、T6′時刻後、再びT1時刻
の回路状態に戻る。すなわち、第9図aから第9
図fの状態を繰り返し実行する。
Further, the circuit shown in FIG. 7 returns to the circuit state at time T1 after time T6 '. That is, from Figure 9 a to Figure 9
Repeat the state shown in Figure f.

以上の動作より第8図で示す、クロツクφが
“1”の間、すなわち、第7図の回路で第9図の
aからcであるコンデンサC1A,C2AがOPアンプ
に接続されている間の出力電圧は、コンデンサ
C3が、入力とOPアンプの間に接続する回数分、
C3とC2Aの相対比の分だけポンプアツプしてい
く。さらに、コンデンサC4が入力とOPアンプの
間に接続する回数分、C4とC2Aの相対比の分だけ
ポンプアツプしていく。また、第8図で示す、ク
ロツクが“1”の間、すなわち、第7図の回路
でコンデンサC1B,C2BがOPアンプに接続されて
いる第9図のd〜fの間に出力電圧は、クロツク
φが“1”の間と同様に、コンデンサC3及びC4
が入力とOPアンプの間に接続される回数分、C3
及びC4とC2Bの相対比の分だけポンプアツプして
いく。よつて、第7図の回路は、第2図の回路で
ポンプアツプしない時刻があるのに対し、交互に
接続されるコンデンサC3及びC4により、全ての
時刻でポンプアツプし、より高い出力電圧が得ら
れる。
From the above operation, as shown in Fig. 8, while the clock φ is "1", that is, in the circuit of Fig. 7, capacitors C 1A and C 2A , which are a to c in Fig. 9, are connected to the OP amplifier. The output voltage between the capacitor
For the number of times C 3 is connected between the input and the op amp,
Pump up by the relative ratio of C 3 and C 2A . Furthermore, the number of times capacitor C4 is connected between the input and the op amp is pumped up by the relative ratio of C4 and C2A . Also, the output voltage is between d and f in Figure 9 when the clock is "1" as shown in Figure 8, that is, when capacitors C 1B and C 2B are connected to the OP amplifier in the circuit in Figure 7. is the same as when the clock φ is “1”, the capacitors C 3 and C 4
is connected between the input and the op amp, C 3
and pump up by the relative ratio of C 4 and C 2B . Therefore, in the circuit of Fig. 7, the circuit of Fig. 2 pumps up at all times due to the alternately connected capacitors C3 and C4 , whereas the circuit of Fig. 2 does not pump up at all times, resulting in a higher output voltage. can get.

次式に、第7図の回路で、クロツクφが“1”
の間にn回ポンプアツプした出力電圧の一般式を
示す。
In the following equation, in the circuit shown in Figure 7, the clock φ is "1".
The general formula for the output voltage pumped up n times during this period is shown below.

VOB(n)={C1A/C2A+nC3/C2A+nC4/C2A}VI…(
7) さらに、クロツクが“1”の間にn回ポンプ
アツプした出力電圧の一般式を示す。
V OB (n) = {C 1A /C 2A +nC 3 /C 2A +nC 4 /C 2A }V I …(
7) Furthermore, the general formula for the output voltage that is pumped up n times while the clock is "1" is shown.

VOB(n)={C1B/C2B+nC3/C2B+nC4/C2B}VI
…(8) 上記(7)、(8)式より、各コンデンサ値の相対比及
びポンプアツプする回数を制御することにより、
任意な大きさの出力電圧が得られる。また、後段
のサンプルアンドホールド回路より、ポンプアツ
プしていく過程の任意のゲインを抽出することが
できる。
V OB (n) = {C 1B /C 2B +nC 3 /C 2B +nC 4 /C 2B }V I
...(8) From equations (7) and (8) above, by controlling the relative ratio of each capacitor value and the number of pump-ups,
Output voltage of arbitrary magnitude can be obtained. Furthermore, any gain in the pump-up process can be extracted from the sample-and-hold circuit at the subsequent stage.

第7図の回路で示す、本実施例は、C3及びC4
によるポンプアツプ動作回数が2回であるため、
出力電圧は、次式のように表わされる。
In this embodiment, shown in the circuit of FIG. 7, C 3 and C 4
Since the number of pump up operations is 2,
The output voltage is expressed as follows.

VOB(2)={C1A/C2A+2C3/C2A+2C4/C2A}VI …(9) VOB(2)={C1B/C2B+2C3/C2B+2C4/C2B}VI…(1
0) また、各コンデンサが全て同一の値とすると出
力電圧は次式で表わされる。
V OB (2)={C 1A /C 2A +2C 3 /C 2A +2C 4 /C 2A }V I …(9) V OB (2)={C 1B /C 2B +2C 3 /C 2B +2C 4 /C 2B }V I …(1
0) Also, if each capacitor has the same value, the output voltage is expressed by the following formula.

VOB(2)=5・VI ……(11) VOB(2)=5・VI ……(12) また、この値は、ポンプアツプした出力電圧の
最終値である。
V OB (2)=5·V I ……(11) V OB (2)=5·V I ……(12) Also, this value is the final value of the pumped-up output voltage.

第10図に、第7図で示す回路において、入力
が正弦波時の出力電圧を、各時刻T1〜T6と関係
づけて示す。すなわち、T1時刻に第7図の回路
は、第9図のaとなり、C3よりポンプアツプし、
ゲインがC1AとC2Aの比とさらにC3とC2Aの比の和
である2の出力電圧が得られる。次にT2時刻に
は、第9図bとなり、C4よりポンプアツプし、
出力電圧がさらにC4とC2Aの比だけ増加し、ゲイ
ン3の出力電圧が得られる。次にT3時刻には、
第9図aとなり、C3により出力電圧がさらにポ
ンプアツプし、ゲインが4の出力電圧が得られ
る。次にT4時刻ではC4により出力電圧がさらに
ポンプアツプし、ゲイン5の出力電圧が得られ
る。
FIG. 10 shows the output voltage when the input is a sine wave in the circuit shown in FIG. 7 in relation to each time T 1 to T 6 . That is, at time T1 , the circuit in Figure 7 becomes a in Figure 9, pumping up from C3 ,
An output voltage of 2 is obtained whose gain is the sum of the ratio of C 1A and C 2A and also the ratio of C 3 and C 2A . Next, at time T 2 , it becomes Figure 9 b, pumping up from C 4 ,
The output voltage is further increased by the ratio of C 4 and C 2A , resulting in an output voltage with a gain of 3. Then at time T 3 ,
As shown in FIG. 9a, the output voltage is further pumped up by C3 , and an output voltage with a gain of 4 is obtained. Next, at time T4 , the output voltage is further pumped up by C4 , and an output voltage with a gain of 5 is obtained.

以下、T1′時刻からT6′時刻までの出力電圧は、
全てのコンデンサ値が同一とすると、相対比が1
であるために、T1時刻〜T6時刻と全く同様とな
る。
Below, the output voltage from time T 1 ′ to time T 6 ′ is
Assuming all capacitor values are the same, the relative ratio is 1
Therefore, it is exactly the same as time T 1 to time T 6 .

すなわち、T1′時刻はゲイン2、T2′時刻はゲイ
ン3、T3′時刻はゲイン4、T4′時刻はゲイン5の
出力電圧が得られる。
That is, an output voltage with a gain of 2 at time T 1 ', a gain of 3 at time T 2 ', a gain of 4 at time T 3 ', and a gain of 5 at time T 4 ' is obtained.

ここで、T4及びT4′時刻にサンプルアンドホー
ルドすると出力電圧は第11図aに示すように、
ゲイン5の出力電圧波形が抽出でき、また、これ
を連続化することができる。さらに、T1及び
T1′時刻にサンプルアンドホールドすると出力電
圧は、第11図bに示すように、ゲイン2の出力
電圧波形が抽出できる。
Here, if we sample and hold at times T 4 and T 4 ', the output voltage will be as shown in Figure 11a.
An output voltage waveform with a gain of 5 can be extracted, and it can also be made continuous. Furthermore, T 1 and
By sampling and holding at time T 1 ', an output voltage waveform with a gain of 2 can be extracted as shown in FIG. 11b.

第12図は、第2図及び第7図に示す増幅度を
任意に可変できるスイツチトキヤパシタ演算増幅
器において、出力段にアナログスイツチSs1〜Sso
とコンデンサCs1〜Csoを一対したサンプルアンド
ホールド回路を並列に接続した回路構成を示す。
FIG. 12 shows analog switches S s1 to S so in the output stage of the switched capacitor operational amplifier shown in FIGS. 2 and 7 that can arbitrarily vary the amplification degree.
This shows a circuit configuration in which a sample-and-hold circuit including a pair of capacitors C s1 to C so are connected in parallel.

この構成により、ポンプアツプしていく出力電
圧をクロツクφs1〜φsoにより任意の時期に、所望
の出力電圧を抽出でき、1つのスイツチトキヤパ
シタ演算増幅器で、多重の出力電圧が得られる。
With this configuration, a desired output voltage can be extracted at any time from the pumped-up output voltage using the clocks φ s1 to φ so , and multiple output voltages can be obtained with one switched capacitor operational amplifier.

以上述べた、スイツチトキヤパシタ演算増幅器
で、各コンデンサの値を自由に設定し、さらに、
各コンデンサをOPアンプに接続させるスイツチ
を動作させるクロツクを自由に設定することによ
り、高い分解能で出力電圧がポンプアツプするの
で高精度な増幅器を得ることができる。
In the switch capacitor operational amplifier described above, the value of each capacitor can be set freely, and furthermore,
By freely setting the clock that operates the switch that connects each capacitor to the OP amplifier, the output voltage can be pumped up with high resolution, making it possible to obtain a highly accurate amplifier.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、 1 増幅度設定がコンデンサ比及び、電荷を蓄積
する回数で決定できるため、電荷を移動させる
クロツク周波数を可変させることにより、任意
のゲインが得られる。
According to the present invention: 1. Since the amplification degree setting can be determined by the capacitor ratio and the number of times charge is accumulated, an arbitrary gain can be obtained by varying the clock frequency for moving the charge.

2 コンデンサ比が小さくても、クロツク周波数
により、大きな増幅度を得ることができる。
2. Even if the capacitor ratio is small, a large amplification degree can be obtained depending on the clock frequency.

3 さらに半導体集積化に関しては、チツプ面積
が小さくでき、高集積化、小型化、低コスト化
に有効である。
3. Furthermore, with regard to semiconductor integration, the chip area can be reduced, which is effective for high integration, miniaturization, and cost reduction.

また、コンデンサの相対比を1に近づけるこ
とができるので、寄生容量に対して、影響の少
ない回路が実現できる。
Furthermore, since the relative ratio of the capacitors can be brought close to 1, a circuit with less influence on parasitic capacitance can be realized.

などの効果があり、増幅度が容易に可変できるス
イツチトキヤパシタ演算増幅器が得られ、実用上
のメリツトは非常に大きい。
With these effects, a switched capacitor operational amplifier whose amplification degree can be easily varied can be obtained, which has great practical merits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は公知の増幅器、第2図は本発明の増幅
器の全体回路構成、第3図は本発明の増幅器のア
ナログスイツチ制御タイミングパルス例、第4図
は本発明の増幅器の制御タイミングによる各種モ
ード状態図、第5図は入力電圧が正弦波時の出力
電圧例、第6図は本発明の増幅器のアナログスイ
ツチの構成の変形例、第7図は本発明の増幅器の
変形例の全体回路構成、第8図は本発明の変形例
のアナログスイツチ制御タイミングパルス例、第
9図は本発明の変形例の制御タイミングによる各
種モード状態図、第10図は本発明の変形例にお
ける入力電圧が正弦波時の出力電圧例、第11図
は入力電圧が正弦波時の出力電圧をサンプルアン
ドホールドした波形例、第12図は本発明の回路
にサンプルアンドホールド回路を複数、並列に接
続した回路構成例である。 OP……オペアンプ、S……アナログスイツチ、
C……キヤパシタ、VI……入力電圧、Vp……出
力電圧、φ,,,……アナログスイツチ駆
動信号。
Fig. 1 shows a known amplifier, Fig. 2 shows the overall circuit configuration of the amplifier of the present invention, Fig. 3 shows an example of analog switch control timing pulses of the amplifier of the invention, and Fig. 4 shows various control timings of the amplifier of the invention. Mode state diagram, Figure 5 is an example of the output voltage when the input voltage is a sine wave, Figure 6 is a modification of the configuration of the analog switch of the amplifier of the present invention, and Figure 7 is the overall circuit of the modification of the amplifier of the present invention. Configuration, FIG. 8 shows an example of analog switch control timing pulses in a modification of the present invention, FIG. 9 is a diagram of various mode states depending on control timing in a modification of the present invention, and FIG. 10 shows an example of input voltage in a modification of the present invention. An example of the output voltage when the input voltage is a sine wave. Figure 11 is a sample-and-hold waveform example of the output voltage when the input voltage is a sine wave. Figure 12 is a circuit in which multiple sample-and-hold circuits are connected in parallel to the circuit of the present invention. This is a configuration example. OP... operational amplifier, S... analog switch,
C...Capacitor, V I ...Input voltage, Vp ...Output voltage, φ,,,...Analog switch drive signal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 互いに逆連動して開閉される第1と第2のス
イツチより成る直列回路と、第1のスイツチに並
列に設けられたキヤパシタとより成るスイツチト
キヤパシタ回路がオペアンプの入力回路と帰還回
路に夫々2組ずつ並列に設けられ、入力回路と帰
還回路の夫々2組のスイツチトキヤパシタ回路の
一方の第1のスイツチと他方の第2のスイツチと
が連動して開閉するごとくされ、かつ入力回路に
第3のスイツチトキヤパシタ回路を付加しそのス
イツチの開閉周期を他のスイツチトキヤパシタ回
路の開閉周期の1/n(但し、nは整数)とした
ことを特徴とするスイツチトキヤパシタ演算増幅
器。
1. A series circuit consisting of a first and second switch that opens and closes in reverse linkage with each other, and a switch capacitor circuit consisting of a capacitor connected in parallel to the first switch are connected to the input circuit and feedback circuit of the operational amplifier, respectively. Two sets of switch capacitor circuits are provided in parallel, and the first switch of one of the two sets of switch capacitor circuits and the second switch of the other of the input circuit and the feedback circuit are opened and closed in conjunction with each other. A switch capacitor operational amplifier characterized in that a third switch capacitor circuit is added and the opening/closing cycle of the switch is set to 1/n (where n is an integer) of the opening/closing cycle of the other switch capacitor circuits.
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