JP2024064551A - 差動入力差動出力型の反転増幅回路および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波のコモンモード電圧を除去する。【解決手段】信号入力部と信号出力部を備えた反転増幅回路１であって、演算増幅器ＯＰ１～ＯＰ４と、信号入力部間に直列に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２と、接続点Ｐ１と中間電位との間に接続された抵抗Ｒ３とを備え、演算増幅器ＯＰ１は、反転入力端子が抵抗Ｒ４を介して信号入力部に接続されると共に抵抗Ｒ５を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が接続点Ｐ１に接続され、かつ出力端子が信号出力部に接続されて構成され、演算増幅器ＯＰ２は、反転入力端子が抵抗Ｒ６を介して信号入力部に接続されると共に抵抗Ｒ７を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が接続点Ｐ１に接続され、かつ出力端子が信号出力部に接続されて構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、一対の差動入力信号を入力して、その一対の差動入力信号を反転増幅して一対の差動出力信号として出力する差動入力差動出力型の反転増幅回路、およびその差動入力差動出力型の反転増幅回路を備えて物理量を測定する測定装置に関するものである。

一対の差動入力信号を入力して、その一対の差動入力信号を増幅して一対の差動出力信号として出力する差動入力差動出力型の増幅回路として、下記の特許文献に開示された差動入力差動出力型の非反転増幅回路が知られている。

以下、特許文献における第２図の一部を抽出して、図３として説明する。図３に示すように、この従来の非反転増幅回路１Ｘは、信号入力部ＩＳ１Ｘおよび信号入力部ＩＳ２Ｘを介して一対の差動入力信号ＳINX+，ＳINX-を入力して、その一対の差動入力信号ＳINX+，ＳINX-を非反転増幅して一対の差動出力信号ＳOUTX+，ＳOUTX-として信号出力部ＯＳ１Ｘおよび信号出力部ＯＳ２Ｘから出力可能に構成されている。

具体的には、非反転増幅回路１Ｘは、演算増幅器ＯＰ１Ｘ，ＯＰ２Ｘを備えて構成されている。この場合、演算増幅器ＯＰ１Ｘは、非反転入力端子が信号入力部ＩＳ１Ｘに接続され、反転入力端子が抵抗Ｒ１Ｘを介して出力端子に接続され、かつ出力端子が信号出力部ＯＳ１Ｘに接続されて構成されている。また、演算増幅器ＯＰ２Ｘは、非反転入力端子が信号入力部ＩＳ２Ｘに接続され、反転入力端子が抵抗Ｒ２Ｘを介して出力端子に接続され、かつ出力端子が信号出力部ＯＳ２Ｘに接続されて構成されている。また、演算増幅器ＯＰ１Ｘの反転入力端子と演算増幅器ＯＰ２Ｘの反転入力端子との間には、抵抗Ｒ３Ｘが接続されている。

この非反転増幅回路１Ｘでは、演算増幅器ＯＰ１Ｘが、入力した一対の差動入力信号ＳINX+，ＳINX-のうちの一方の差動入力信号ＳINX+を所定の利得で増幅して差動出力信号ＳOUTX+として信号出力部ＯＳ１Ｘから出力する。また、演算増幅器ＯＰ２Ｘが、入力した一対の差動入力信号ＳINX+，ＳINX-のうちの他方の差動入力信号ＳINX-を所定の利得で増幅して差動出力信号ＳOUTX-として信号出力部ＯＳ２Ｘから出力する。この非反転増幅回路１Ｘによれば、演算増幅器を単に対称に２つ配置しただけの簡易な構成でありながら、高周波特性に優れた非反転増幅回路を構成することができる。なお、演算増幅器を対称に２つ配置することにより、反転増幅回路や差動増幅回路を構成することもできる。

特開２０２０－２５２５４号公報（第１６－４８頁、第２図）

ところが、上記従来の非反転増幅回路１Ｘでは、高周波特性に優れた非反転増幅回路を簡易に構成することができるものの、演算増幅器を単に対称に２つ配置しただけの構成のため、差動入力信号ＳINX+，ＳINX-に高周波のコモンモード電圧（同相電圧）が含まれているときに、そのコモンモード電圧を除去することができないという改善点が存在する。

本発明は、かかる改善点に鑑みてなされたものであり、差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して差動出力信号を出力することが可能な差動入力差動出力型の反転増幅回路、およびそのような差動入力差動出力型の反転増幅回路を備えた測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る差動入力差動出力型の反転増幅回路は、第１信号入力部および第２信号入力部を介して入力した一対の差動入力信号を反転増幅して一対の差動出力信号として第１信号出力部および第２信号出力部から出力する差動入力差動出力型の反転増幅回路であって、第１演算増幅器、第２演算増幅器、第３演算増幅器および第４演算増幅器と、前記第１信号入力部および前記第２信号入力部間に直列に接続された第１抵抗および第２抵抗と、前記第１抵抗および前記第２抵抗の互いの接続点と中間電位との間に接続された第３抵抗とを備え、前記第１演算増幅器は、反転入力端子が第４抵抗を介して前記第１信号入力部に接続されると共に第５抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が第１コンデンサを介して前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第１信号出力部に接続されて構成され、前記第２演算増幅器は、反転入力端子が第６抵抗を介して前記第２信号入力部に接続されると共に第７抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が第２コンデンサを介して前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第２信号出力部に接続されて構成され、前記第３演算増幅器は、反転入力端子が第８抵抗を介して前記第１演算増幅器の反転入力端子に接続されると共に第３コンデンサを介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記中間電位に接続され、かつ出力端子が第９抵抗を介して前記第１演算増幅器の非反転入力端子に接続されて構成され、前記第４演算増幅器は、反転入力端子が第１０抵抗を介して前記第２演算増幅器の反転入力端子に接続されると共に第４コンデンサを介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記中間電位に接続され、かつ出力端子が第１１抵抗を介して前記第２演算増幅器の非反転入力端子に接続されて構成されている。

この差動入力差動出力型の反転増幅回路によれば、第１演算増幅器～第４演算増幅器および第１抵抗～第７抵抗を備えて、第１演算増幅器に第３演算増幅器を加えて複合化すると共に第２演算増幅器に第４演算増幅器を加えて複合化したことにより、一対の差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧を除去して一対の差動出力信号として出力することができると共に低周波性能を向上させることができる。

また、本発明に係る差動入力差動出力型の反転増幅回路は、前記第１抵抗および前記第２抵抗の抵抗値が共に値ＲＸに規定され、前記第３抵抗の抵抗値が値ＲＹに規定され、前記第４抵抗および前記第６抵抗の抵抗値が共に値ＲＡに規定され、前記第５抵抗および前記第７抵抗の抵抗値が共に値ＲＢに規定され、かつ（ＲＸ＝２×ＲＹ×（ＲＡ／ＲＢ））の関係式が満たされている。

この差動入力差動出力型の反転増幅回路によれば、第１抵抗～第７抵抗の各抵抗値を上記したように規定したことにより、一対の差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して一対の差動出力信号として出力することができると共に低周波性能を十分に向上させることができる。

また、本発明に係る差動入力差動出力型の反転増幅回路は、前記第８抵抗および前記第１０抵抗の抵抗値が互いに等しく、前記第９抵抗および前記第１１抵抗の抵抗値が互いに等しく、前記第１コンデンサの容量値および前記第２コンデンサの容量値が互いに等しく、かつ前記第３コンデンサの容量値および前記第４コンデンサの容量値が互いに等しく規定されている。

この差動入力差動出力型の反転増幅回路によれば、第８抵抗～第１１抵抗の各抵抗値および第１コンデンサ～第４コンデンサの各容量値を上記したように規定したことにより、一対の差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧をさらに十分に除去して一対の差動出力信号として出力することができると共に低周波性能をさらに十分に向上させることができる。

また、上記目的を達成すべく、本発明に係る差動入力差動出力型の反転増幅回路は、第１信号入力部および第２信号入力部を介して入力した一対の差動入力信号を反転増幅して一対の差動出力信号として第１信号出力部および第２信号出力部から出力する差動入力差動出力型の反転増幅回路であって、第１演算増幅器および第２演算増幅器と、前記第１信号入力部および前記第２信号入力部間に直列に接続された第１抵抗および第２抵抗と、前記第１抵抗および前記第２抵抗の互いの接続点と中間電位との間に接続された第３抵抗とを備え、前記第１演算増幅器は、反転入力端子が第４抵抗を介して前記第１信号入力部に接続されると共に第５抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第１信号出力部に接続されて構成され、前記第２演算増幅器は、反転入力端子が第６抵抗を介して前記第２信号入力部に接続されると共に第７抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第２信号出力部に接続されて構成されている。

この差動入力差動出力型の反転増幅回路によれば、第１演算増幅器および第２演算増幅器、並びに第１抵抗～第７抵抗を備えて上記のように構成したことにより、一対の差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧を除去して一対の差動出力信号として出力することができる。

また、本発明に係る差動入力差動出力型の反転増幅回路は、前記第１抵抗および前記第２抵抗の抵抗値が共に値ＲＸに規定され、前記第３抵抗の抵抗値が値ＲＹに規定され、前記第４抵抗および前記第６抵抗の抵抗値が共に値ＲＡに規定され、前記第５抵抗および前記第７抵抗の抵抗値が共に値ＲＢに規定され、かつ（ＲＸ＝２×ＲＹ×（ＲＡ／ＲＢ））の関係式が満たされている。

この差動入力差動出力型の反転増幅回路によれば、第１抵抗～第７抵抗の各抵抗値を上記したように規定したことにより、一対の差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して一対の差動出力信号として出力することができる。

また、上記目的を達成すべく、本発明に係る測定装置は、上記のいずれかに記載の差動入力差動出力型の反転増幅回路を備え、当該差動入力差動出力型の反転増幅回路から出力される前記一対の差動出力信号に基づいて物理量を測定する。

この測定装置によれば、高周波のコモンモード電圧が除去された一対の差動出力信号に基づいて物理量を測定することにより、その物理量を精度良く測定することができる。

本発明に係る差動入力差動出力型の反転増幅回路によれば、一対の差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して一対の差動出力信号を出力することができる。また、本発明に係る測定装置によれば、物理量を精度良く測定することができる。

反転増幅回路１の回路図である。 反転増幅回路１Ａの回路図である。 従来の非反転増幅回路１Ｘの回路図である。

以下、測定装置および差動入力差動出力型の反転増幅回路の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１に示す測定装置１００は、電流センサＳ、反転増幅回路１および処理部ＰＵを備えて、物理量としての電流を測定可能に構成されている。

電流センサＳは、一例として、特開２０１４－２１５０６５号公報に開示されているような電流センサであって、検出導体（被測定電線）に流れる電流の電流値をゼロフラックス方式（コア、磁電変換部（ホール素子やフラックスゲート素子など）、帰還巻線、電圧電流変換回路、負帰還電流を電圧に変換して出力する検出抵抗回路、および検出抵抗回路から出力される電圧を増幅して出力電圧として出力する増幅回路を備えた方式）で検出する電流センサで構成され、検出導体に流れる電流を検出して一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+として出力する。ただし、この構成に限らず、任意の構成の電流センサを採用することができる。また、電流センサＳは、検出導体をクランプ可能なクランプ型に構成することもできる。

また、反転増幅回路１は、信号入力部ＩＳ１（第１信号入力部）および信号入力部ＩＳ２（第２信号入力部）を介して、電流センサＳから出力された一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+を入力して、その一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+を反転増幅して一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-として信号出力部ＯＳ１（第１信号出力部）および信号出力部ＯＳ２（第２信号出力部）から処理部ＰＵに出力する差動入力差動出力型の反転増幅回路として機能するように構成されている。

具体的には、反転増幅回路１は、第１演算増幅器として機能する高周波特性が良い（例えば、広帯域特性が良い）演算増幅器ＯＰ１、第２演算増幅器として機能する高周波特性が良い（例えば、広帯域特性が良い）演算増幅器ＯＰ２、第３演算増幅器として機能する低周波特性が良い演算増幅器ＯＰ３、および第４演算増幅器として機能する低周波特性が良い演算増幅器ＯＰ４を備えて構成されている。この場合、各演算増幅器ＯＰ１～ＯＰ４は、例えば、中間電位としてのグランド電位に対して絶対値が互いに等しいプラス電圧およびマイナス電圧を電源電圧として作動する。

また、反転増幅回路１は、信号入力部ＩＳ１および信号入力部ＩＳ２間に直列に接続されて第１抵抗として機能する抵抗Ｒ１および第２抵抗として機能する抵抗Ｒ２、並びに、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の互いの接続点Ｐ１と中間電位との間に接続されて第３抵抗として機能する抵抗Ｒ３を備えている。

演算増幅器ＯＰ１は、反転入力端子（第１反転入力端子）が抵抗Ｒ４（第４抵抗）を介して信号入力部ＩＳ１に接続されると共に抵抗Ｒ５（第５抵抗）を介して出力端子（第１出力端子）に接続され、非反転入力端子（第１非反転入力端子）がコンデンサＣ１（第１コンデンサ）を介して接続点Ｐ１に接続され、かつ出力端子（第１出力端子）が信号出力部ＯＳ１に接続されて構成されている。また、演算増幅器ＯＰ２は、反転入力端子（第２反転入力端子）が抵抗Ｒ６（第６抵抗）を介して信号入力部ＩＳ２に接続されると共に抵抗Ｒ７（第７抵抗）を介して出力端子（第２出力端子）に接続され、非反転入力端子（第２非反転入力端子）がコンデンサＣ２（第２コンデンサ）を介して接続点Ｐ１に接続され、かつ出力端子（第２出力端子）が信号出力部ＯＳ２に接続されて構成されている。

また、演算増幅器ＯＰ３は、反転入力端子（第３反転入力端子）が抵抗Ｒ８（第８抵抗）を介して演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に接続されると共にコンデンサＣ３（第３コンデンサ）を介して出力端子（第３出力端子）に接続され、非反転入力端子（第３非反転入力端子）が中間電位に接続され、かつ出力端子（第３出力端子）が抵抗Ｒ９（第９抵抗）を介して演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に接続されて構成されている。また、演算増幅器ＯＰ４は、反転入力端子（第４反転入力端子）が抵抗Ｒ１０（第１０抵抗）を介して演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に接続されると共にコンデンサＣ４（第４コンデンサ）を介して出力端子（第４出力端子）に接続され、非反転入力端子（第４非反転入力端子）が中間電位に接続され、かつ出力端子（第４出力端子）が抵抗Ｒ１１（第１１抵抗）を介して演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子に接続されて構成されている。

この場合、この反転増幅回路１では、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の抵抗値が共に値ＲＸに規定され、抵抗Ｒ３の抵抗値が値ＲＹに規定され、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ６の抵抗値が共に値ＲＡに規定され、抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ７の抵抗値が共に値ＲＢに規定され、かつ（ＲＸ＝２×ＲＹ×（ＲＡ／ＲＢ））の関係式が満たされると共に、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ１０の抵抗値が互いに等しく、抵抗Ｒ９および抵抗Ｒ１１の抵抗値が互いに等しく、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の容量値が互いに等しく、かつコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４の容量値が互いに等しく規定されている。

また、処理部ＰＵは、反転増幅回路１の信号出力部ＯＳ１，ＯＳ２から出力された一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-に基づいて、検出導体に流れる電流の電流値を測定する。具体的には、処理部ＰＵは、一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-をサンプリングして波形データを生成し、その波形データに基づいて、検出導体に流れる電流の電流値を測定する。また、処理部ＰＵは、測定した電流値を示す電流値データを図外の表示部や記憶部に出力することにより、電流値を表示部に表示させたり記憶部に記憶させる。

次に、この測定装置１００および反転増幅回路１の動作について説明する。

最初に、電流センサＳから出力される差動入力信号ＳIN-，ＳIN+が高い周波数の信号（以下、「高周波信号」ともいいます）のときの反転増幅回路１の動作について説明する。差動入力信号ＳIN-，ＳIN+が高周波信号のときには、コンデンサＣ１，Ｃ２のインピーダンスが極めて小さくなるため、反転増幅回路１では、等価的には、接続点Ｐ１と演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子とが短絡し、かつ接続点Ｐ１と演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子とが短絡した回路構成となっている。また、反転増幅回路１では、コンデンサＣ３，Ｃ４のインピーダンスが極めて小さくなるため、等価的には、演算増幅器ＯＰ３，ＯＰ４が機能しない回路構成となる。

したがって、図２に示すように、差動入力信号ＳIN-，ＳIN+が高周波信号のときには、反転増幅回路１は、等価的に反転増幅回路１Ａとして表される。このため、この反転増幅回路１Ａでは、演算増幅器ＯＰ１は、反転入力端子が抵抗Ｒ４Ａを介して信号入力部ＩＳ１に接続されると共に抵抗Ｒ５を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が接続点Ｐ１に接続され、かつ出力端子が信号出力部ＯＳ１に接続されて構成されている。また、反転増幅回路１Ａでは、演算増幅器ＯＰ２は、反転入力端子が抵抗Ｒ６を介して信号入力部ＩＳ２に接続されると共に抵抗Ｒ７を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が接続点Ｐ１に接続され、かつ出力端子が信号出力部ＯＳ２に接続されて構成されている。なお、図２では、電流センサＳおよび処理部ＰＵの図示を省略する。

この反転増幅回路１Ａでは、接続点Ｐ１の電圧Ｖ１は、差動入力信号ＳIN-に重畳する高周波のコモンモード電圧の電圧値をＶCMとしたときに、以下の（１）式で表される。
Ｖ１＝ＶCM／（１＋（ＲＸ／（２×ＲＹ））） ・・・（１）式

また、演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２のオープンループゲインが十分に大きいときには、差動出力信号ＳOUT+の電圧値ＶOUT+は、下記の（２）式で表される。なお、以下、差動入力信号ＳIN-の電圧値をＶIN-とし、差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-の電圧値をそれぞれＶOUT+，ＶOUT-とする。
ＶOUT+＝－（ＲＢ／ＲＡ）×ＶIN-＋（１＋（ＲＢ／ＲＡ））×Ｖ１ ・・・（２）式

ここで、差動入力信号ＳIN-に重畳する高周波のコモンモード電圧を打ち消すためには、電圧値ＶIN-が電圧値ＶCMのときに、電圧値ＶOUT+を０Ｖとする必要があるため、上記（２）式から下記の（３）式が導かれる。
（ＲＢ／ＲＡ）×ＶIN-＝（１＋ＲＢ／ＲＡ）×Ｖ１ ・・・（３）式

また、（１）式および（３）式から下記の（４）式が導かれる。
ＲＸ＝２×ＲＹ×（ＲＡ／ＲＢ） ・・・（４）式

同様にして、差動入力信号ＳIN+に電圧値ＶCMの高周波のコモンモード電圧が重畳したときにも、上記（４）式を満たすときには、差動出力信号ＳOUT-に含まれる高周波のコモンモード電圧の電圧値が０Ｖとなる。

つまり、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+に高周波のコモンモード電圧が重畳したとしても、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を共に値ＲＸに規定し、抵抗Ｒ３の抵抗値を値ＲＹに規定し、抵抗Ｒ４，Ｒ６の抵抗値を共に値ＲＡに規定し、抵抗Ｒ５，Ｒ７の抵抗値を共に値ＲＢに規定し、かつ上記の（４）式の関係式（ＲＸ＝２×ＲＹ×（ＲＡ／ＲＢ））を満たすように、各抵抗Ｒ１～Ｒ７の抵抗値を規定することにより、一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-に含まれる高周波のコモンモード電圧の電圧値を０Ｖとすることができる。言い替えれば、この反転増幅回路１Ａによれば、同相除去比(Common Mode Rejection Ratio)を十分に向上させることができる。

なお、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+の差動入力信号成分については、絶対値が等しくかつ逆極性のため、電圧値ＶIN-が電圧値-ＶIN+となる結果、接続点Ｐ１の電圧Ｖ１が０Ｖとなる。したがって、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+の差動入力信号成分に対する反転増幅回路１Ａの利得は、下記の（５）式および（６）式で表される。この結果、上記の（４）式の関係式を満たすように各抵抗値を規定したとしても、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+の差動入力信号成分に対する利得に影響は与えない。
ＶOUT+＝－（ＲＢ／ＲＡ）×ＶIN- ・・・（５）式
ＶOUT-＝－（ＲＢ／ＲＡ）×ＶIN+ ・・・（６）式

このように、この反転増幅回路１Ａによれば、各抵抗Ｒ１～Ｒ７の各抵抗値を上記の（４）式を満たすように規定したことにより、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-として出力することができる。

次に、図１を参照して、差動入力信号ＳIN-，ＳIN+が直流信号または十分に低い周波数の信号（以下、両者を総称し「直流信号」ともいいます）のときの反転増幅回路１の動作について説明する。

図１に示すように、差動入力信号ＳIN-，ＳIN+が直流信号のときには、コンデンサＣ１，Ｃ３のインピーダンスが極めて大きいため、反転増幅回路１は、演算増幅器ＯＰ１に低周波特性の良い演算増幅器ＯＰ３を加えて複合化反転増幅回路を構成すると共に演算増幅器ＯＰ２に低周波特性の良い演算増幅器ＯＰ４を加えて複合化反転増幅回路を構成する。

この場合、演算増幅器ＯＰ３は、演算増幅器ＯＰ１の低周波特性を向上させ、演算増幅器ＯＰ４は、演算増幅器ＯＰ２の低周波特性を向上させる。具体的には、演算増幅器ＯＰ３は、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子における電圧を高利得で反転増幅して演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子にフィードフォワードすることにより、演算増幅器ＯＰ１の反転端子および非反転端子間に生じるオフセット電圧や１／ｆノイズを打ち消すような負帰還動作を行い、そのオフセット電圧や１／ｆノイズを低減させる。これにより、低周波特性が良い演算増幅器ＯＰ３によって演算増幅器ＯＰ１の低周波特性が補償されて、演算増幅器ＯＰ１の低周波特性が十分に向上する。また、演算増幅器ＯＰ４は、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子における電圧を高利得で反転増幅して演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子にフィードフォワードすることにより、演算増幅器ＯＰ２の反転端子および非反転端子間に生じるオフセット電圧や１／ｆノイズを打ち消すような負帰還動作を行い、そのオフセット電圧や１／ｆノイズを低減させる。これにより、低周波特性が良い演算増幅器ＯＰ４によって演算増幅器ＯＰ２の低周波特性が補償されて、演算増幅器ＯＰ２の低周波特性が十分に向上する。なお、差動入力信号ＳIN-，ＳIN+が直流信号のときの差動入力信号成分に対する反転増幅回路１の利得については、上記した（５）式および（６）式で表される。

次いで、測定装置１００では、処理部ＰＵが、反転増幅回路１（反転増幅回路１Ａ）から出力された一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-に基づいて、上記したように検出導体に流れる電流の電流値を測定する。また、処理部ＰＵは、測定した電流値を示す電流値データを図外の表示部や記憶部に出力することにより、電流値を表示部に表示させたり記憶部に記憶させる。

このように、この反転増幅回路１によれば、演算増幅器ＯＰ１～ＯＰ４および抵抗Ｒ１～Ｒ７を備えて、高周波特性の良い演算増幅器ＯＰ１に低周波特性の良い演算増幅器ＯＰ３を加えて複合化すると共に高周波特性の良い演算増幅器ＯＰ２に低周波特性の良い演算増幅器ＯＰ４を加えて複合化したことにより、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+に含まれている高周波のコモンモード電圧を除去して一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-として出力することができると共に低周波性能を向上させることができる。

また、この反転増幅回路１によれば、各抵抗Ｒ１～Ｒ７の各抵抗値を上記したように規定したことにより、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-として出力することができると共に低周波性能を十分に向上させることができる。

また、この反転増幅回路１によれば、各抵抗Ｒ８～Ｒ１１の各抵抗値および各コンデンサＣ１～Ｃ４の各容量値を上記したように規定したことにより、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+に含まれている高周波のコモンモード電圧をさらに十分に除去して一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-として出力することができると共に低周波性能をさらに十分に向上させることができる。

また、上記の測定装置１００によれば、高周波のコモンモード電圧が除去された一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-に基づいて物理量（本例では電流値）を測定することにより、その物理量を精度良く測定することができる。

なお、本発明は、上記の各実施例に限定されず、適宜変更することができる。例えば、演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２に良好な低周波特性よりも高周波のコモンモード電圧の低減を優先して必要とするときには、演算増幅器ＯＰ３，ＯＰ４、抵抗Ｒ８～Ｒ１１およびコンデンサＣ１～Ｃ４を用いることなく、図２を参照して上記した反転増幅回路１Ａの構成を採用することができる。

この反転増幅回路１Ａによれば、演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２、抵抗Ｒ１～Ｒ７を備えて上記のように構成したことにより、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+に含まれている高周波のコモンモード電圧を除去して一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-として出力することができる。

また、この反転増幅回路１Ａによれば、各抵抗Ｒ１～Ｒ７の各抵抗値を上記したように規定したことにより、一対の差動入力信号ＳIN-，ＳIN+に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して一対の差動出力信号ＳOUT+，ＳOUT-として出力することができる。

また、この反転増幅回路１Ａを備えた測定装置１００によれば、高周波のコモンモード電圧が除去された一対の差動出力信号に基づいて物理量を測定することにより、その物理量を精度良く測定することができる。

また、反転増幅回路１では、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ１０の抵抗値が互いに等しく、抵抗Ｒ９および抵抗Ｒ１１の抵抗値が互いに等しく、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の容量値が互いに等しく、かつコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４の容量値が互いに等しく規定されているが、これらの抵抗やコンデンサに関しては、多少の誤差や相違は許容することができる。また、反転増幅回路１，１Ａにおいて、同相除去比を限りなく大きくするためには、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を限りなく互いに等しく、抵抗Ｒ４，Ｒ６の抵抗値を限りなく互いに等しく、かつ抵抗Ｒ５，Ｒ７の抵抗値を限りなく互いに等しく規定するのが最も好ましいが、所望の大きさの同相除去比を得られる限り、各抵抗の抵抗値に対する誤差は許容することができる。

また、上記の実施例では、反転増幅回路１を電流を測定する測定装置１００に適用した例について説明したが、これに限らず、電圧、温度、圧力、光などの各種の物理量を測定する測定装置に適用することができる。

本願発明によれば、一対の差動入力信号に含まれている高周波のコモンモード電圧を十分に除去して一対の差動出力信号を出力することができる。これにより、本願発明は、このような差動入力差動出力型の反転増幅回路やこのような差動入力差動出力型の反転増幅回路を備えた測定装置に広く適用することができる。

１００ 測定装置
１，１Ａ 反転増幅回路
Ｃ１～Ｃ４ コンデンサ
ＩＳ１，ＩＳ２ 信号入力部
ＯＳ１，ＯＳ２ 信号出力部
ＯＰ１～ＯＰ４ 演算増幅器
Ｐ１ 接続点
Ｒ１～Ｒ１１ 抵抗
ＳIN-，ＳIN+ 差動入力信号
ＳOUT+，ＳOUT- 差動出力信号

Claims (6)

1. 第１信号入力部および第２信号入力部を介して入力した一対の差動入力信号を反転増幅して一対の差動出力信号として第１信号出力部および第２信号出力部から出力する差動入力差動出力型の反転増幅回路であって、
   第１演算増幅器、第２演算増幅器、第３演算増幅器および第４演算増幅器と、
   前記第１信号入力部および前記第２信号入力部間に直列に接続された第１抵抗および第２抵抗と、
   前記第１抵抗および前記第２抵抗の互いの接続点と中間電位との間に接続された第３抵抗とを備え、
   前記第１演算増幅器は、反転入力端子が第４抵抗を介して前記第１信号入力部に接続されると共に第５抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が第１コンデンサを介して前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第１信号出力部に接続されて構成され、
   前記第２演算増幅器は、反転入力端子が第６抵抗を介して前記第２信号入力部に接続されると共に第７抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が第２コンデンサを介して前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第２信号出力部に接続されて構成され、
   前記第３演算増幅器は、反転入力端子が第８抵抗を介して前記第１演算増幅器の反転入力端子に接続されると共に第３コンデンサを介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記中間電位に接続され、かつ出力端子が第９抵抗を介して前記第１演算増幅器の非反転入力端子に接続されて構成され、
   前記第４演算増幅器は、反転入力端子が第１０抵抗を介して前記第２演算増幅器の反転入力端子に接続されると共に第４コンデンサを介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記中間電位に接続され、かつ出力端子が第１１抵抗を介して前記第２演算増幅器の非反転入力端子に接続されて構成されている差動入力差動出力型の反転増幅回路。
2. 前記第１抵抗および前記第２抵抗の抵抗値が共に値ＲＸに規定され、前記第３抵抗の抵抗値が値ＲＹに規定され、前記第４抵抗および前記第６抵抗の抵抗値が共に値ＲＡに規定され、前記第５抵抗および前記第７抵抗の抵抗値が共に値ＲＢに規定され、かつ（ＲＸ＝２×ＲＹ×（ＲＡ／ＲＢ））の関係式が満たされている請求項１記載の差動入力差動出力型の反転増幅回路。
3. 前記第８抵抗および前記第１０抵抗の抵抗値が互いに等しく、前記第９抵抗および前記第１１抵抗の抵抗値が互いに等しく、前記第１コンデンサの容量値および前記第２コンデンサの容量値が互いに等しく、かつ前記第３コンデンサの容量値および前記第４コンデンサの容量値が互いに等しく規定されている請求項２記載の差動入力差動出力型の反転増幅回路。
4. 第１信号入力部および第２信号入力部を介して入力した一対の差動入力信号を反転増幅して一対の差動出力信号として第１信号出力部および第２信号出力部から出力する差動入力差動出力型の反転増幅回路であって、
   第１演算増幅器および第２演算増幅器と、
   前記第１信号入力部および前記第２信号入力部間に直列に接続された第１抵抗および第２抵抗と、
   前記第１抵抗および前記第２抵抗の互いの接続点と中間電位との間に接続された第３抵抗とを備え、
   前記第１演算増幅器は、反転入力端子が第４抵抗を介して前記第１信号入力部に接続されると共に第５抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第１信号出力部に接続されて構成され、
   前記第２演算増幅器は、反転入力端子が第６抵抗を介して前記第２信号入力部に接続されると共に第７抵抗を介して出力端子に接続され、非反転入力端子が前記接続点に接続され、かつ出力端子が前記第２信号出力部に接続されて構成されている差動入力差動出力型の反転増幅回路。
5. 前記第１抵抗および前記第２抵抗の抵抗値が共に値ＲＸに規定され、前記第３抵抗の抵抗値が値ＲＹに規定され、前記第４抵抗および前記第６抵抗の抵抗値が共に値ＲＡに規定され、前記第５抵抗および前記第７抵抗の抵抗値が共に値ＲＢに規定され、かつ（ＲＸ＝２×ＲＹ×（ＲＡ／ＲＢ））の関係式が満たされている請求項４記載の差動入力差動出力型の反転増幅回路。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の差動入力差動出力型の反転増幅回路を備え、当該差動入力差動出力型の反転増幅回路から出力される前記一対の差動出力信号に基づいて物理量を測定する測定装置。

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