JPH01161163A

JPH01161163A - シーケンシャル動作差動電流増幅器

Info

Publication number: JPH01161163A
Application number: JP63236195A
Authority: JP
Inventors: Serge Ramet; セルジュ　ラメ
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SA; SGS Thomson Microelectronics Inc
Current assignee: STMicroelectronics SA; STMicroelectronics lnc USA
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1989-06-23
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: EP0309366B1; JP2824260B2; EP0309366A1; FR2620879A1; US4890014A; DE3868205D1; KR890005978A; FR2620879B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、２つの電流を非常に高粘度に比較するととも
にこれらの電流値の差に比例した電圧出力を供給する差
＃Ｊ電流増幅器に関する。

従来の技術及び発明が解決しようとＪる課題よく知られ
ているように、集積回路を用いて電流を高精度に比較し
ようとするときには、差動増幅器のオフセット電圧によ
る限界がある。このオフセット電圧とは、入力電灯を加
えない時の出力におりる入力端子間の電圧差である。

このオフセット電圧を補償するために、従来よりシーケ
ンシャルモードによって動作Ｊるオートゼロと呼ばれる
増幅器が用いられている。

シーケンシャルモードで動作するこのような増幅比較器
は第１図に示される。同図に示すように、比較される２
つの電流源１１．１２はＭ準低電圧ＶＩＥＥと、互いに
重複しないフェーズφ１及びφ２夫々の期間に閉成され
るスイッチＳ１．Ｓ２どの間に接続され、これらのスイ
ッチＳ１，８２のイｍの端子はノードＮに接続されてい
る。このノードＮは更に抵抗Ｒ１を介して高電圧源Ｖｃ
ｃに、又、コンデンサ−０１を介して差動増幅器Ａ１の
第１の入力（〜）に接続されている。差動増幅器Ａ１の
第２の人力は中間電圧値の電圧源に接続されており、こ
の中間′電圧値は高電圧ＶＣＣを正、低電圧ＶＥＩＥを
負どじた場合に通常グランドレベルとされる。

増幅器△１の入力と出力はスイッチｓ３を介してループ
を形成し、このスイッチ８３は電流源１１が第１のスイ
ッチｓ３を介して接続されるフェーズφ１の期間中に閉
成される。

この回路の動作は以下のようになる。第１のツニーズφ
１の期間中にはスイッチｓ１及びＳ３はオンとされ、ス
イッチＳ２は〕フとされる。このとき電流■１は抵抗Ｒ
１を通って流れ、：コンデンサＣ１は充電されてその電
位はＶＣ（、−Ｒ１１１−ＶＣ８となる。ここでＶｏｓ
は増幅器Ａ１のオフセラ１へ電圧である。

フェーズφ２の期間中に１．１スイツプｓ７及びＳ３は
オフとされ、スイッチＳ２がオンとされる。

このどき電流Ｉ２は抵抗Ｒ１を通って流れ増幅器Ａ１の
出力電圧は、Ｖ＝Ｇ（Ａ１）Ｒ１［１”Ｌ−１２］どなる。ここでＧ（Ａ１）は増幅器Ａ１のオーブンルー
プ利得である。これによってオート・ゼロフェーズと呼
ばれるフェーズφ１では増幅器△１のオフセット電圧は
理論的には完全に補償される。

しかしながらフェーズφ１の終了時において、スイッチ
Ｓ３をＡｌとする操作に固有の誤差がなお存在する。実
際−］二、このスイッチどしてはＭＯ３１ヘランジスタ
が通常用いられ、これをオフとする場合にトランジスタ
のチャンネル中に蓄積されたー　　〇　　− 若干の電荷がコンデンサＣ１上に移動し、この電荷の注
入が誤差の原因となる。

１．５マイク［］アンペア程度の最小電流’　ｍｉｎを
検出しようとする場合には、注入電荷はＱｍｉｎ＝ＣＲ
ＩＩｎ、、以下としな（プればならない。典型的な値ど
してＣ＝　１０ｐＩ、Ｒ＝、−３００Ω、ｌｍ１ｎ＝１
．５μ△とすると：Ｑ　　　−４，５ｘ１ｏ　−１５クーロンｌｎという値が得られる（この電荷は電子電荷の２８、００
０倍に相当する）。実際スイッチＳ３をオフに覆る時に
注入される電荷の量をこのＱｌ、ｌｉｏ以下とするとど
け、たとえ電荷の注入を最少限に抑える回路を用いた場
合であっても不ｂｊ能である。

従って、本発明の１つの目的は差動増幅器のＡノセット
電圧を補償するだ【ノでなく、スイッチをオフにする操
作に固有の電荷注入の影響を最少限に抑え得る差動増幅
器を提供することである。

課題を解決づ−るための手段及びｈ用上記目的及び仙の目的を達成するために、本発明はオフ
セラ１〜電圧補償及びシークンシャル動作を行う差動電
流増幅器を有し、高電圧源と、低電圧源と、中間電圧源
と、高電圧源と接続ノードとの間に接続される第１の抵
抗と、低電圧源と接続ノードとの間に第１のフェーズの
期間中に閉成される第１のスイッチを介して接続される
第１の電流源と、低電圧源と接続ノードどの間に第２の
フェーズの期間中に開成される第２のスイッチを介して
接続される第２の電流源と、第１の入力が第１の」ンデ
ンザを介して上記ノードに接続され、第２の入力が中間
電圧源に接続され、出力が第１のフェーズの期間中に閉
成される第３のスイッチを介して入力に接続される第１
の差動増幅器と、第１の抵抗より大なる値を有し上記ノ
ードと中間電圧源との間に接続された第２の抵抗と、第
１のスイッチが閉成された時点で上記ノード上の電位を
中間電圧源と等しくなるよう第１及び第２フエーズに対
する予備フェーズの期間中に動作するザーボ］ン１へロ
ール手段と、を具備してなる。

本発明の具体例によれば、サーボコント１コール手段は
、第１の抵抗と接続ノードとの間に接続されるバイポー
ラトランジスタと；第１の入力がトランジスタと第１の
抵抗どの接続点に接続され、第２の入力が他端が中間電
圧源に接続された第２のコンデンサに接続され、イの出
力が１−ランジスタのベースに接続される第２の差動増
幅器と：予備フ丁−ズの期間中は第１の増幅器の第１の
入力を中間電圧源に、第１の増幅器の第２の人力を上記
ノードに、そして第１の増幅器の出力を第２の増幅器の
第２の入力に接続するスイッチング手段とよりなる。

本発明の具体例によれば、スイッチング手段は第１の］
ンデンザと接続ノートどの間に接続された第４のスイッ
チと、第１の差動増幅器と中間電圧源どの間の第５のス
イッチと、第１の差動増幅器の第２の入力と接続ノード
との間に接続された第６のスイッチと、第１の差動増幅
器の第１の入力どの中間電圧源との間に接続された第７
のスイッチと、第１の差動増幅器の出力と第２の差動増
幅器の第２の入力どの間に接続された第８のスイッチと
よりなり、上記第４及び第５５のスイッチは予備フェー
ズの期間中はオフとされ他のフェーズの期間中はオンと
され、上記第６．第７及び第８のスイッチは予備フェー
ズの期間中はオンとされ他のフェーズの期間中はオフと
される。

故に、本発明によって微少電流差を測定することができ
る。例えば入力電流が８００μＡから１２８ｍ八まで変
化する範囲において１．５μＡ以下の電流差を検出でき
る（これらの値はアナログ／ディジタルコンバータにお
いて通常用いられる値に対応する）。

上記本発明の目的、特徴、利点及びその伯については、
以下に述べる好ましい実施例の詳しい記述及び図面によ
って明らかとなろう。

実施例第２図において、第１図中で既に示されたものについて
は同様の符号がイリシである。差動増幅器Ａ１、コンデ
ンサＣ１及びスイッチＳ３だりでなく、抵抗Ｒ１、ノー
ドＮ１スイッチＳ１及びＳ２、電流源１１及びＩ２は再
び図示されている。

これに加え、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ王が抵抗
Ｒ１どノードＮの間に接続されている。

このトランジスタのベースは第２の差動増幅器Ａ２の出
力を受け、この第１の入力＜　−４−＞は１ヘランジス
タＴの］レクタと抵抗Ｒ１との接続点に接続され、第２
の入力はコンデンサＣ２の第１の端子に接続され、伯の
端子は接地されている。抵抗Ｒ２はノードＮど中間Ｍ準
電圧に接続されている。。

一方、前述の動作フェーズφ１．φ２の他に更に動作フ
ェーズφＯが設けられ、この期間中にはスイッチＳ１は
閉成され新たに付加されたスイッチ＄４から８８までは
動作される。］ンデンザＣ１どノードＮとの間に接続さ
れたスイッチＳ４、及び増幅器Δ１の第２の入力と中間
電圧（通常はグランド）との間に接続されたスイッチＳ
５はフェーズφ０以外、即ちフェーズφ１及びφ２にお
いて閉成される。これらのスイッチは信号φ＊Ｏによっ
て制御される。スイッチＳ６か８８についいては、フェ
ーズφ０の期間中に閉成される。スイッチ８６は増幅器
Δ１の第２の人力どノードＮとの間に配置され、スイッ
チＳ７は増幅器Ａ１の第１の入力とグランドとの間に接
続され、スイッチＳ８は増幅器Ａ１の出力と増幅器Ａ２
の第２の入力との間に接続されている。

従って、フェーズφＯ以外、即ちフェーズφ１゜φ２の
期間中における配置は、抵抗Ｒ２及び増幅器Ａ２によっ
て制御される１〜ランジスタＴ２が設（）られ、増幅器
Ａ２の第２の入力が」ンデノリＣ２に接続されている点
を除くと、実質的に第１図において開示した７エーズφ
１及びφ２と等しい。予備フェーズφＯの目的は１〜ラ
ンジスタ１−を動作さぜる増幅器Ａ２に作用することに
よって、ノードＮにお【ノる電位をセラ１〜することで
ある。

従って、予備フェーズの期間中は、増幅器Ａ１の入力（
−）はスイッチ７を通して接地され、人力（＋）はスイ
ッチＳ６を介してノードＮに接続され、更にその出力は
スイッチＳ８を介して増幅器Ａ２の入力（−）に接続さ
れている。故に増幅器Ａ１．△２及び１ヘランジスタＴ
の絹は帰還回路を形成する。この回路は増幅器Δ１の人
ツノ（−＋−）が接地されている人力（−）と同電位に
達したときにバランスする。その結果ノードＮ上の電圧
は略接地電位となり、従って抵抗Ｒ２の他の端子が接地
されていることより、この抵抗を通って流れる電流はゼ
ロとなる。即ち、電流源■１からの電流は全て抵抗Ｒ１
を通って流れる。

コンデンサＣ２の機能は増幅器Ａ２の状態、即ちスイッ
チＳ８を開成した後のトランジスタＴのベース電流を維
持することである。

従って、以下で叩解されるようにこれに続くフェーズ、
即ち第１図に示す回路のフェーズφ１に略等しいフェー
ズの期間中は、等しい電流が常に抵抗Ｒ１に流れ、ノー
ドＮは常に接地電位どなっているだろう。このフェーズ
φ１の期間は、上記のように、コンデノリ−Ｃ１が増幅
器△１のオフレットを補償するようにバイアスされる。

同様に第１図で丞される回路のフェーズφ２と略等しい
フェーズφ２の期間中には、増幅器△１の出力における
電圧ＶはＶ−Ｇ　（Ａ１）Ｒ２［１１−１２１と求められる。

＝　１３− 第１図にｄ３いて示された場合との違いは、出力電圧の
設定に介在するのが抵抗Ｒ１ではなく抵抗Ｒ２だという
事実にある。典型的には抵抗Ｒ１は３０Ω、抵抗Ｒ２は
１０００Ω稈度に選ばれる。フェーズφ１の終了時にお
いてスイッチＳ３を間成りると第１図の例にお（プると
同様に同じ分の電荷がコンデンサＣ１に注入される。し
かし増幅器△１の出力におりるこの電荷注入の影響は、
抵抗１（１とＲ２の値の比に相当する分、即ら、上記の
例では３０倍軽減される。従って、電流差測定において
１５ｍＡ程度の精度を得るためには、従来ＭＯＳトラン
ジスタをスイッチオフする場合に注入される電荷を約５
×１０−１５クーロンに制限しなりればならなかったが
、本装置では３０倍即ち１５０×１０−１５ク一ロン以
上の電荷の注入に対しても上記精度を得ることが実現可
能となる。

従って、本発明によれば電流増幅比較器によって得られ
る最少精度をＲ２／Ｒ１の比に応じて３０倍又はそれ以
十向１−させることができる。

更に、ループΔ１．Ａ２．’ｌ−によって実現される−
リーボ］ン１〜［コールの粘度は、イれが２次的な現象
であり、予備）■−ズの後にはオー１ヘゼロフＬ−ズが
続くことから影響を受【ノにくい。

勿論、本発明については当業者にとって明らかな多くの
変更が＋ｉＪ能であり、第１図に示されるタイプの回路
に対して通常加えられる改良は、第２図に示す本発明に
なる回路についでも同様に可能である４、特にスイッチ
Ｓ３として第３図に示すような注入電荷が少ないスイッ
チを用いることができる。

第３図において、スイッチＳ３には信号φ１によって制
御されるＭＯＳ　ｌ−ランジスタ１０が設りられている
５、この１〜ランジスタ１０はＭＯＳ　ｌ〜ランジスタ
１１と１列に接続され、このＭＯＳ　ｌ〜ランジスタ１
１はドレインとソースとがショートされておりダミーＭ
Ｏ８Ｉ−ランジスタと呼ばれ、このグー１へはφ１と相
補的な信号φ＊１を受ける。

１〜ランジスタ１１はそのヂＸ７ンネルの長さ１−２が
１〜ランジスタ１０のチャンネル幅長さ１−１に等しく
、かつぞのヂ１ノンネル幅Ｗ２がトランジスタ１０のチ
ャンネル幅Ｗ１の２倍どなるようなものが選ばれる（Ｊ
：り焙通には２Ｗ１／Ｌ１　＝Ｗ２／［−２）。トラン
ジスタ１０及び１１のリーブス１ヘレー１〜のバイアス
電圧は第３図においで共にＶ「［に等しい。従って１〜
ランジスタ１０どスイッチングＡ）としたとぎに、コン
デンサＣ１に注入されようどする電荷は第１段階として
１〜ランジスタ１１によって補償される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術を説明するための回路図、第２図は本
発明の一実施例の回路図、第３図は電荷注入の少ないスイッチの例を示づ一回路図
である。１０．１１・・・ＭＯＳ　ｌ〜ランジスタ、Ａ１．Ａ２
・・・差動増幅器、Ｒ１，Ｒ２・・・抵抗、丁・・・ト
ランジスタ、ＣＩ、Ｃ２・・・］ンデン１ノ、８１〜Ｓ
８・・・スイッチ、１１．１２・・・電流源、ＶＣＣ・
・・高電圧源、ＶＥＥ・・・低電圧源、Ｎ・・・ノード
、。手醒にネ山手書（方式）平成元年　１月１７［］１、事件の表示昭和６３年　特許願　第２３６１９５月２、発明の名称シーケンシＡ・ル動作差動電流増幅器３、補正を４る者事件どの関係　　特許出願人住所　フランス国　ジせンブイリ　９４．２５０　　ア
ブニコガリニ「二　７番地名称　エスジｌ］−スー１〜ムソン　マイクロ−［レフ
）〜ロニクニＬス’Ｊ３．− 代表者　　ジＡ・ンークロード　ワール４、代理人住所　〒１０２　　東京都千代［］１区麹町５丁目７番
地６、　補正の対象願書９図面及び委任状。７、　補正の内容（１）願書中、出願人の代表者名を別紙のとおり補充す
る。 ■　図面の浄書（内容に変更なし）を別紙のとおり補充
する。 ■　委任状及びその訳文各１通を別紙のどａ３り補充す
る。以　　　−ト

Claims

【特許請求の範囲】

（１）−高電圧源（ＶＣＣ）と； −低電圧源（ＶＥＥ）と； −中間電圧源と； −高電圧源と接続ノード（Ｎ）との間に接続された第１
の抵抗（Ｒ１）と；低電圧源と前記ノードとの間に、第１のフェーズ（φ１
）の期間中閉成される第１のスイッチ（Ｓ１）を介して
接続される第１の電流源（Ｉ１）と； −低電圧源と前記ノードとの間に、第２のフェーズ（φ
２）の期間中閉成される第２のスイッチ（Ｓ２）を介し
て接続される第２の電流源（Ｉ２）と； −第１の入力（−）が第１のコンデンサ（Ｃ１）を介し
て前記ノードに接続され、第２の入力（＋）が中間電圧
源に接続され、出力が第１のフェーズの期間中閉成され
る第３のスイッチ（Ｓ３）によって第１の入力に接続さ
れる第１の差動増幅器（Ａ１）と； −第１の抵抗に比較して大なる値を有し、前記ノードと
中間電圧源との間に接続される第２の抵抗（Ｒ２）と、
； −前記第１及び第２のフェーズに対する予備フェーズ（
φ０）の期間中に動作して第１のスイッチが閉成された
ときに前記ノードの電圧を中間電圧源に等しくし、第１
の抵抗（Ｒ１）を流れる電流を略第１の電流源よりの電
流と等しくするサーボコントロール手段とよりなり、オ
フセット補償及びシーケンシャル動作を行う差動電流増
幅器を備えた電流比較回路。
（２）前記サーボコントロール手段は： −第１の抵抗及び前記ノードとの間に接続されたバイポ
ーラトランジスタ（Ｔ）と； −第１の入力（＋）が前記トランジスタ及び第１の抵抗
との接続点に接続され、第２の入力（−）が他端を中間
電圧源に接続された第２のコンデンサ（Ｃ）の一端に接
続され、出力が前記トランジスタのベースに接続される
第２の差動電流増幅器（Ａ２）と； −予備フェーズの期間中は第１の増幅器の第１の入力を
中間電圧源に、第１の増幅器の第２の入力を前記ノード
に、第１の増幅器の出力を第２の増幅器の第２の入力に
接続するスイッチング手段（Ｓ４〜Ｓ８）と、よりなる請求項１記載の回路。
（３）前記スイッチング手段は； −第１のコンデンサと前記ノードとの間に接続された第
４のスイッチ（Ｓ４）、及び第１の差動増幅器の第２の
入力と中間電圧源との間に接続された第５のスイッチ（
Ｓ５）と； −第１の差動増幅器の第２の入力と前記ノードとの間に
接続された第６のスイッチ（Ｓ６）、第１の差動増幅器
の第１の入力と中間電圧源との間に接続された第７のス
イッチ（Ｓ７）、及び第１の差動増幅器の出力と第２の
差動増幅器の第２の入力との間に接続された第８のスイ
ッチ（Ｓ８）とよりなり、上記第４及び第５のスイッチは予備フェーズの期間中は
開成され、その他のフェーズの期間中は閉成され、上記
第６、第７及び第８のスイッチは予備フェーズの期間中
はオンとされ他のフェーズの期間中はオフとされる請求
項２記載の回路。