[发明专利]开关电容器放大电路、电压放大方法以及红外线传感器装置

说明书

提供高速地切换充电以及输出动作，并消除偏移得到所希望的电压增益的开关电容器放大电路。包含：运算放大器；第一电容器以及第二电容器，它们各自的一端与运算放大器的负输入端连接；第一开关电路，其在第一动作时将第一电容器的另一端与信号源连接，在第二动作时将第一电容器的另一端与规定电位连接；第二开关电路，其在第一动作时将第二电容器的另一端与规定电位连接并且将运算放大器的输出端与负输入端短路，在第二动作时将第二电容器的另一端与运算放大器的输出端连接从而经由第二电容器将运算放大器的输出端与负输入端连接；以及阻抗转换电路，其连接在第一开关电路与第一电容器的另一端之间，将信号源的输出阻抗转换为规定的阻抗。

技术领域

本发明涉及开关电容器放大电路、电压放大方法以及红外线传感器装置。

背景技术

对输入电压进行放大来生成输出电压的运算放大器(Op amp)一般而言包括作为放大级的晶体管对。构成晶体管对的各晶体管有与制造偏差等对应的特性之差(例如，阈值的偏差等)，由此在运算放大器产生偏移电压。

作为对运算放大器的偏移电压进行补偿的电路，使用开关电容器电路(例如，专利文献1)。在开关电容器电路中，例如第一电容器(以下，称为电容器C1)的一端与运算放大器的负输入端子(反转输入端子)连接。电容器C1的另一端经由开关与信号源或者接地电位连接。另外，第二电容器(以下，称为电容器C2)的一端与运算放大器的负输入端子连接。电容器C2的另一端经由开关与运算放大器的输出端子或者接地电位连接。另外，运算放大器的负输入端子以及输出端子根据开关的切换而经由电容器C2连接或者不经由电容器C2直接连接。运算放大器的正输入端子(非反转输入端子)与接地电位连接。

在保持与输入电压对应的电荷的第一动作时，电容器C1的另一端与信号源连接，电容器C2的另一端与接地电位连接。成为运算放大器的负输入端子以及输出端子短路的状态，所以从运算放大器的输出端子输出与偏移电压相同的电压。在该状态下，若将输入电压设为Vin，将偏移电压设为Vos，则在电容器C1(电容：C1)积蓄有Q1＝C1×(Vin+Vos)的电荷。在电容器C2(电容：C2)积蓄有Q2＝C2×Vos的电荷。

另一方面，在输出放大电压的第二动作时，电容器C1的另一端与接地电位连接，电容器C2的另一端与运算放大器的输出端子连接。运算放大器的负输入端子经由电容器C2与输出端子连接。在电容器C1积蓄有Q1＝C1×Vos的电荷。在电容器C2积蓄有Q2＝C2×Vos+C1×Vin的电荷。由此，输出电压Vout＝(C2/C1)×Vin，消除偏移电压。若设为C1＝100pF，C2＝1pF，则能够得到100倍的电压增益。

专利文献1：日本特开平6－45875号公报

在上述那样的开关电容器电路中，供给输入电压的信号源必须对电容器C1(例如100pF)进行充放电，所以若信号源的阻抗较高则有不能够高速地进行开关动作(电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换)这样的问题。另外，为了得到更高的电压增益必须进一步增大电容器C1的值，所以必须进一步降低开关速度。

另外，虽然通过减小电容器C2的值，能够在维持电压增益的状态减小电容器C1的值，但若其值过小，则有由于与电容器C2的两端连接的开关(晶体管)的关漏电流而电容器C2的电荷放电，不能够得到所希望的电压增益这样的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题点而完成的，目的在于提供能够高速地进行电荷的充电动作以及放大电压的输出动作的切换，并消除偏移得到所希望的电压增益的开关电容器放大电路。