[發明專利]開關電容器放大電路、電壓放大方法以及紅外線傳感器裝置

在審

• 申請號: 201810413838.1
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108880496A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 矢部幸治
• 申請（專利權）人: 拉碧斯半導體株式會社
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 舒艷君;李洋

提供高速地切換充電以及輸出動作，并消除偏移得到所希望的電壓增益的開關電容器放大電路。包含：運算放大器；第一電容器以及第二電容器，它們各自的一端與運算放大器的負輸入端連接；第一開關電路，其在第一動作時將第一電容器的另一端與信號源連接，在第二動作時將第一電容器的另一端與規定電位連接；第二開關電路，其在第一動作時將第二電容器的另一端與規定電位連接并且將運算放大器的輸出端與負輸入端短路，在第二動作時將第二電容器的另一端與運算放大器的輸出端連接從而經由第二電容器將運算放大器的輸出端與負輸入端連接；以及阻抗轉換電路，其連接在第一開關電路與第一電容器的另一端之間，將信號源的輸出阻抗轉換為規定的阻抗。

技術領域

本發明涉及開關電容器放大電路、電壓放大方法以及紅外線傳感器裝置。

背景技術

對輸入電壓進行放大來生成輸出電壓的運算放大器(Op amp)一般而言包括作為放大級的晶體管對。構成晶體管對的各晶體管有與制造偏差等對應的特性之差(例如，閾值的偏差等)，由此在運算放大器產生偏移電壓。

作為對運算放大器的偏移電壓進行補償的電路，使用開關電容器電路(例如，專利文獻1)。在開關電容器電路中，例如第一電容器(以下，稱為電容器C1)的一端與運算放大器的負輸入端子(反轉輸入端子)連接。電容器C1的另一端經由開關與信號源或者接地電位連接。另外，第二電容器(以下，稱為電容器C2)的一端與運算放大器的負輸入端子連接。電容器C2的另一端經由開關與運算放大器的輸出端子或者接地電位連接。另外，運算放大器的負輸入端子以及輸出端子根據開關的切換而經由電容器C2連接或者不經由電容器C2直接連接。運算放大器的正輸入端子(非反轉輸入端子)與接地電位連接。

在保持與輸入電壓對應的電荷的第一動作時，電容器C1的另一端與信號源連接，電容器C2的另一端與接地電位連接。成為運算放大器的負輸入端子以及輸出端子短路的狀態，所以從運算放大器的輸出端子輸出與偏移電壓相同的電壓。在該狀態下，若將輸入電壓設為Vin，將偏移電壓設為Vos，則在電容器C1(電容：C1)積蓄有Q1＝C1×(Vin+Vos)的電荷。在電容器C2(電容：C2)積蓄有Q2＝C2×Vos的電荷。

另一方面，在輸出放大電壓的第二動作時，電容器C1的另一端與接地電位連接，電容器C2的另一端與運算放大器的輸出端子連接。運算放大器的負輸入端子經由電容器C2與輸出端子連接。在電容器C1積蓄有Q1＝C1×Vos的電荷。在電容器C2積蓄有Q2＝C2×Vos+C1×Vin的電荷。由此，輸出電壓Vout＝(C2/C1)×Vin，消除偏移電壓。若設為C1＝100pF，C2＝1pF，則能夠得到100倍的電壓增益。

專利文獻1：日本特開平6－45875號公報

在上述那樣的開關電容器電路中，供給輸入電壓的信號源必須對電容器C1(例如100pF)進行充放電，所以若信號源的阻抗較高則有不能夠高速地進行開關動作(電荷的充電動作以及放大電壓的輸出動作的切換)這樣的問題。另外，為了得到更高的電壓增益必須進一步增大電容器C1的值，所以必須進一步降低開關速度。

另外，雖然通過減小電容器C2的值，能夠在維持電壓增益的狀態減小電容器C1的值，但若其值過小，則有由于與電容器C2的兩端連接的開關(晶體管)的關漏電流而電容器C2的電荷放電，不能夠得到所希望的電壓增益這樣的問題。

發明內容

本發明是鑒于上述問題點而完成的，目的在于提供能夠高速地進行電荷的充電動作以及放大電壓的輸出動作的切換，并消除偏移得到所希望的電壓增益的開關電容器放大電路。