專利名稱：放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大裝置。
背景技術(shù)：
在各種領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中，由于在模擬傳感器中檢測出的階段的模擬信號是微小的電流/電壓級別，所以為了放大到該控制系統(tǒng)內(nèi)可處理的級別，而設(shè)置初級的放大裝置(前置放大器)。
這里，作為具有放大裝置的控制系統(tǒng)的一例，在圖12中例示主要作為移動電話的通話端的麥克風(fēng)利用的駐極體電容麥克風(fēng)(以下，為ECM)系統(tǒng)(例如，參照以下所示的專利文獻1)。
ECM系統(tǒng)對于作為具有Vin端子901、Vdd端子902、Gnd端子903的放大裝置的三端子放大裝置900，Vin端子901與導(dǎo)電性薄膜接地的駐極體電容器203的固定電極連接，Vdd端子902經(jīng)由電阻值Rl的負載電阻200與電源線201連接，Gnd端子903接地。
駐極體電容器203通過將導(dǎo)電性薄膜和固定電極對置而構(gòu)成。導(dǎo)電性薄膜預(yù)先通過直流電源(數(shù)10～100V左右)而帶電，聲音信號作為空氣的縱波對導(dǎo)電性薄膜傳輸時產(chǎn)生膜的振動。而且，駐極體電容器203的電容值Cmic(3pF左右)變化，產(chǎn)生對應(yīng)于該電容值Cmic的變化的交流的電壓波形(以下，為交流信號)。該交流信號中，通常直流分量為接地電位，具有數(shù)10mV左右的微小的振幅級別。
三端子放大裝置900包括在柵極連接Vin端子901，在漏極上連接Vdd端子902，在源極上連接Gnd端子903的源極接地的結(jié)型場效應(yīng)晶體管(以下，為J-FET)904；以及用于將在J-FET904的柵極和源極之間布線的信號線間設(shè)置的柵極的電平穩(wěn)定在接地電位的電阻元件905。
這里，作為三端子放大裝置900的輸入部的特性，對于輸入電阻(電阻元件905等)以及輸入電容(J-FET904的寄生電容等)要求以下方面。
首先，在輸入電阻的情況下要求高電阻值。即，由駐極體電容器203和輸入電阻構(gòu)成高通濾波器，為了將處于100Hz左右的可聽頻帶的聲音信號不衰減而輸入三端子放大裝置900，電阻元件905的電阻值需要為數(shù)100M～數(shù)G(Ω)左右。高通濾波器的截止頻率f1在將輸入電阻的電阻值表示為Rin的情況下，由下面的(算式1)決定。
f1＝1/(2×π×Rin×Cmic)...(算式1)例如，在將駐極體電容器203的電容值Cmic設(shè)為3pF，將截止頻率f1設(shè)為50Hz的情況下，輸入電阻的電阻值Rin為1061M(Ω)。
接著，在輸入電容的情況下要求低電容值。即，三端子放大裝置900的輸入電容與駐極體電容器203串聯(lián)連接。因此，在輸入電容的電容值大的情況下，在駐極體電容器203發(fā)生的交流信號被分割，在輸入三端子放大裝置900的階段交流信號的電平可能降低。此外，由于輸入電阻的電阻值大，所以從抑制由輸入電阻和輸入電容的積決定的時間常數(shù)這一點出發(fā)，輸入電容要求低電容。
此外，作為三端子放大裝置900所使用的放大元件，采用在高輸入電阻、低輸入電容、低噪聲的方面平衡良好的源極接地型的J-FET904。在將J-FET904的電導(dǎo)表示為gm，將輸入電容等引起的衰減量表示為ATTin的情況下，源極接地型的J-FET904的放大增益Av由下面的(算式2)決定。
Av＝gm×Rl-ATTin...(算式2)[專利文獻1](日本)特開2003-243944號公報如(算式2)所示，J-FET的放大增益對應(yīng)于J-FET的電導(dǎo)gm而變化。但是，J-FET的電導(dǎo)gm一般有“-50～200”％左右的潛在的偏差，進行電導(dǎo)gm的等級(rank)分類來管理。從而，即使是同一類型的J-FET，由于電導(dǎo)gm的偏差而在J-FET的放大增益中產(chǎn)生偏差，進而，使用J-FET的放大裝置(三端子放大裝置900等)的放大增益中也產(chǎn)生偏差。
進而，如圖13所示，在增加J-FET的放大增益的情況下，也必須增加漏極飽和電流Idss(200μA左右)。由于漏極飽和電流Idss增加消耗電流也增加，所以J-FET的放大增益的增加被消耗電流這一點控制。即，二律背反的關(guān)系在J-FET的放大增益的提高和消耗電流的降低之間成立。
這樣，作為放大裝置使用的放大元件，J-FET在高輸入電阻、低輸入電容、低噪聲的方面平衡良好，但產(chǎn)生難以調(diào)整其放大增益的課題。

發(fā)明內(nèi)容
用于解決上述課題的主要的第一本發(fā)明具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，經(jīng)由外置的第一電阻元件與電源線連接；第三端子，被接地；第二電阻元件，設(shè)置在所述第二端子和所述第三端子之間的信號線間；差動放大器，正電源端子與所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子之間的信號線與所述第三端子之間布線的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第二端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值放大的所述交流信號的電壓波形。
此外，用于解決上述問題的主要的第二本發(fā)明具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，經(jīng)由外置的第一電阻元件與第一電源線連接；第三端子，接地；第四端子，與第二電源線連接；第二電阻元件，設(shè)在布線在所述第二端子和所述第三端子之間的信號線間；差動放大器，正電源端子與所述第四端子連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子之間的信號線，和所述第三端子之間布線的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第二端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值而放大的所述交流信號的電壓波形。
此外，用于解決所述課題的主要的第三本發(fā)明具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，與電源線連接；第三端子，被接地；第一電阻元件以及第二電阻元件，串連連接在所述第二端子和所述第三端子之間布線的信號線間；第四端子，與所述第一電阻元件和所述第二電阻元件之間的信號線連接；差動放大器，正電源端子與所述第二端子連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由所述第一電阻元件和所述第二電阻元件之間的信號線反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子之間的信號線，和所述第三端子之間布線的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第四端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值放大的所述交流信號的電壓波形。
此外，用于解決所述課題的主要的第四本發(fā)明具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，與電源線連接；第三端子，被接地；差動放大器，正電源端于與所述第二端子連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由第一電阻元件反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；第二電阻元件，設(shè)在所述第一電阻元件和所述另一個輸入端子之間的信號線，和所述第三端子之間布線的信號線間；第四端子，與所述差動放大器的輸出連接；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子之間的信號線，和所述第三端子之間布線的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第四端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值放大的所述交流信號的電壓波形。
根據(jù)本發(fā)明可以提供一種容易調(diào)整放大增益的放大裝置。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的ECM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明的一實施方式的三端子放大裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示本發(fā)明的一實施方式的三端子放大裝置的詳細結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是說明N型MOSFET的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示本發(fā)明的一實施方式的三端子放大裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示本發(fā)明的一實施方式的三端子放大裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示本發(fā)明的一實施方式的ECM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示本發(fā)明的一實施方式的四端子放大裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示本發(fā)明的一實施方式的ECM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示本發(fā)明的一實施方式的四端子放大裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是表示本發(fā)明的一實施方式的四端子放大裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖12是表示現(xiàn)有的ECM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖13是表示JFET的Ids比Vgs特性的圖。
具體實施例方式
＝＝＝三端子放大裝置＝＝＝<第一實施方式>
《第三端子放大裝置的結(jié)構(gòu)》圖1是表示使用本申請技術(shù)方案1以及2中記載的“放大裝置”的一實施方式的三端子放大裝置100的ECM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。對三端子放大裝置100的Vin端子101、Vdd端子102、Gnd端子103外置的部件與圖12所示的現(xiàn)有的ECM系統(tǒng)同樣，所以賦予同一標(biāo)號。
圖2是表示三端子放大裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。作為與本申請技術(shù)方案1的對應(yīng)，Vin端子101對應(yīng)于“第一端子”，Vdd端子102對應(yīng)于“第二端子”，Gnd端子103對應(yīng)于“第三端子”，負載電阻200對應(yīng)于“第一電阻元件”，電阻元件104對應(yīng)于“第二電阻元件”，差動放大器105對應(yīng)于“差動放大器”，電阻元件107對應(yīng)于“第三電阻元件”。而且，N型MOSFET106對應(yīng)于本申請技術(shù)方案2中記載的“晶體管”。
Vin端子101是輸入直流分量為接地電位(0電位)的交流信號的端子。交流信號是在駐極體電容器203中發(fā)生的對應(yīng)于聲音信號的交流電壓波形。Vdd端子102是經(jīng)由外置的電阻值Rl的負載電阻200與電源電壓Vdd的電源線201連接的端子。Gnd端子103是接地用的端子。
即，三端子放大裝置100與現(xiàn)有的ECM系統(tǒng)中的現(xiàn)有的三端子放大裝置900為相同的端子結(jié)構(gòu)，沒有必要變更現(xiàn)有的三端子放大裝置900的外置電路，而可以組裝到ECM系統(tǒng)中。
電阻值Rs的電阻元件104設(shè)在Vdd端子102和Gnd端子103之間布線的信號線間。電阻元件104通過與負載電阻200的組合，用于設(shè)定N型MOSFET106的漏極-源極電流Ids。
差動放大器105如下構(gòu)成。首先，正電源端子與Vdd端子102和電阻元件104之間的信號線連接，同時負電源端子與Gnd端子103連接。此外，在非反相輸入端子(“一個輸入端子”)上從Vin端子101輸入交流信號，同時在反相輸入端子(“另一個輸入端子”)上經(jīng)由Vdd端子102和電阻元件104之間的信號線反饋對應(yīng)于交流信號的輸出。即，差動放大器105呈現(xiàn)放大增益為“1”的電壓輸出器結(jié)構(gòu)。
進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間，預(yù)先生成以輸入非反相輸入端子的交流信號的接地電位(直流分量)為基準(zhǔn)的、超過交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓Vb。即，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間不生成正偏移電壓Vb的情況下，在N型MOSFET106的源極和電阻元件104之間，無法原樣再現(xiàn)輸入非反相輸入端子的交流信號。這是因為電阻元件104的一個端子處于接地的狀態(tài)，輸入非反相輸入端子的交流信號作為僅具有正的振幅的半波波形再現(xiàn)。因此，作為在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預(yù)先生成的偏移電壓Vb，超過輸入非反相輸入端子的交流信號的最大放大電平。
N型MOSFET106具有用于控制導(dǎo)通/非導(dǎo)通的柵極(“控制電極”)、與Vdd端子102側(cè)的信號線連接的漏極(“第一電極”)、與電阻元件104側(cè)的信號線連接的源極(“第二電極”)，設(shè)在Vdd端子102和電阻元件104之間的信號線間，呈現(xiàn)所謂源極接地型的結(jié)構(gòu)。從而，N型MOSFET106的放大增益Av可以由‘電阻值Rl/電阻值Rs決定。此外，將差動放大器105的輸出連接到N型MOSFET106的柵極，同時在N型MOSFET106的源極和反相輸入端子之間進行連接，從而將差動放大器105的輸出反饋到非反相輸入端子。
電阻值Rin的電阻元件107設(shè)在Vin端子101和非反相輸入端子之間的信號線，和Gnd端子103之間布線的信號線間。電阻元件107的電阻值Rin為數(shù)100M～數(shù)G(Ω)左右，用于將輸入非反相輸入端子的交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位。該電阻元件107也可以置換為二極管元件。即，二極管元件的陽極/陰極間幾乎沒有電位差，該二極管元件處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。進而，電阻元件107也可以置換為穩(wěn)定地為導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管。作為導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管，例如是對柵極供給電源電壓的N型MOSFET，或柵極接地的P型MOSFET等，可以等價地作為電阻元件處理。
這樣，三端子放大裝置100不是像以往的情況那樣使用J-FET構(gòu)成，而是使用差動放大器105構(gòu)成。而且，三端子放大裝置100在Vdd端子102或Vout端子202產(chǎn)生對應(yīng)于由負載電阻200的電阻值Rl和電阻元件104的電阻值Rs決定的放大增益Av(＝電阻值Rl/電阻值Rs)而放大的交流信號的電壓波形。
由于N型MOSFET106為源極接地型，所以在Vdd端子102或Vout端子202出現(xiàn)的交流信號的電壓波形與輸入非反相輸入端子的階段的交流信號相比相位反轉(zhuǎn)。此外，在Vdd端子102或Vout端子202出現(xiàn)的交流信號的直流分量是從電源電壓Vdd減去負載電阻200的壓降部分(＝(Rl/Rs)·Vb)。
由于在三端子放大裝置100中，不像以往那樣使用J-FET，所以不必考慮任何J-FET的電導(dǎo)gm的偏差。電阻值Rl、Rs的偏差在一般的IC處理(process)的情況下被抑制在“±20％”左右，所以與現(xiàn)有的使用J-FET的情況相比，可以降低放大增益的偏差幅度。
此外，由于在三端子放大裝置100中不需要J-FET的電導(dǎo)gm的等級(rank)分類，所以可以使制造工序數(shù)的降低和成品率穩(wěn)定化。進而，在J-FET中在高溫時容易產(chǎn)生柵極泄漏(gate leak)，這一點也不需要考慮。
進而，在現(xiàn)有的使用J-FET的情況下，由于隨著放大增益的增加，漏極飽和電流Idds也增加，所以根據(jù)消耗電流的觀點而進行放大增益的限制。另一方面，在三端子放大裝置100中，基于負載電阻200的電阻值Rl和電阻元件104的電阻值Rs，減少消耗電流的影響并可以調(diào)整放大增益。
以上，根據(jù)本發(fā)明的三端子放大裝置100，可以容易地調(diào)整放大增益。
《差動放大器》基于圖3說明差動放大器105的詳細的結(jié)構(gòu)。
差動放大器105具有差動晶體管對，該差動晶體管對包括P型MOSFET112(“第一晶體管”)，與用于控制Vin端子101以及非反相輸入端子的導(dǎo)通/非導(dǎo)通的柵極(“第一控制電極”)連接；以及P型MOSFET113(“第二晶體管”)，與用于控制N型MOSFET106和電阻元件104的連接點以及反相輸入端子的導(dǎo)通/非導(dǎo)通的柵極(“第二控制電極”)連接。在差動晶體管對中，互相的源極共同地連接，在該共同源極連接點，連接?xùn)艠O偏置且源極連接到Vdd端子的P型MOSFET110的漏極。此外，在差動晶體管對中，在漏極側(cè)連接由N型MOSFET114、115構(gòu)成的電流鏡電路。
差動放大器105中，柵極偏置且源極連接到Vdd端子102的P型MOSFET111，和柵極與電流鏡電路的輸出(P型MOSFET112和N型MOSFET的連接點)連接且源極連接到Gnd端子103的N型MOSFET116串聯(lián)連接。此外，P型MOSFET111和N型MOSFET116的連接點與N型MOSFET106的柵極連接。
差動放大器105基于上述結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)如下的動作。即，從負載電阻200流入Vdd端子102的電流被分流為N型MOSFET106的漏極-源極電流Ids和向差動放大器105的偏置電流Is，進而偏置電流Is被分流為P型MOSFET110、111各自的漏極-源極電流Ids。
這里，在差動晶體管對中，根據(jù)分別輸入非反相輸入端子(P型MOSFET112的柵極)和反相輸入端子(P型MOSFET113的柵極)的信號電平的比例，分配P型MOSFET110的漏極-源極電流Ids，P型MOSFET112、113中分別流過漏極-源極電流Ids。
由于差動放大器105是電壓輸出器結(jié)構(gòu)，所以分別輸入非反相輸入端子和反相輸入端子的信號的交流分量為同一振幅。此外，分別輸入非反相輸入端子和反相輸入端子的信號的直流分量中，反相輸入端子側(cè)提高預(yù)先生成的偏移電壓Vb。
從而，在差動晶體管對中，與P型MOSFET113相比，P型MOSFET112中流過少了偏移電壓Vb的漏極-源極電流Ids。而且，N型MOSFET116中感應(yīng)起對應(yīng)于該漏極-源極電流Ids的差分的柵極-源極間電壓Vgs。其結(jié)果，在N型MOSFET106的源極和電阻元件104之間的連接點上，呈現(xiàn)與輸入非反相輸入端子的交流信號相同的信號振幅，并且直流分量從接地電位電平移動了偏移電壓Vb的信號。
此外，在N型MOSFET106的源極電壓和電阻元件104之間的連接點出現(xiàn)的信號由電阻元件104變換為電流。這里，N型MOSFET106的漏極經(jīng)由負載電阻200與電源線201連接，負載電阻200中也流過與電阻元件104同樣的電流。其結(jié)果，在Vout端子202上，出現(xiàn)對于輸入非反相輸入端子的交流信號相位反轉(zhuǎn)，并且由于放大增益Av(＝Rl/Rs)而放大了振幅的輸出信號。輸出信號的振幅級別當(dāng)然可由負載電阻200的電阻值Rl調(diào)整。
<偏移電壓Vb>
圖4是在差動放大器105中構(gòu)成差動晶體管對的P型MOSFET112、113的示意圖。
P型MOSFET112、113在N型硅襯底10上形成P型擴散層的漏極11以及源極12。此外，在N型硅襯底10上在漏極11和源極12之間經(jīng)由硅氧化膜形成柵極13。一般，柵極13由柵極長度L和柵極寬度W來設(shè)定該尺寸。
從而，例如，為了使P型MOSFET112、113各個柵極-源極間電壓Vgs自身產(chǎn)生偏離電壓，通過使各個柵極13的尺寸不同可以預(yù)先生成非反相輸入端子和反相輸入端子之間的偏移電壓Vb。具體來說，例如，與P型MOSFET112相比，只要將P型MOSFET113的柵極-源極間電壓Vgs預(yù)先設(shè)定低就可以。從而，與P型MOSFET112相比，通過將P型MOSFET113的柵極寬度W預(yù)先設(shè)定長，或?qū)艠O長度L設(shè)定短，對各個柵極13中的電流密度賦予差，生成要求的偏離電壓Vb。
<第二實施例>
圖5所示的三端子放大裝置100是對圖2所示的三端子放大裝置100新設(shè)置了電阻元件108、109的情況。圖5所示的三端子放大裝置100對應(yīng)于本申請技術(shù)方案3中記載的“放大裝置”。從而，作為與本申請技術(shù)方案3的對應(yīng)，電阻元件108對應(yīng)于“第四電阻元件”，電阻元件109對應(yīng)于“第五電阻元件”。
電阻值Rb的電阻元件108設(shè)在N型MOSFET106的源極和反相輸入端子之間布線的信號線間。電阻值Ra的電阻元件109設(shè)在電阻元件108和反相輸入端子之間的信號線與Gnd端子103之間布線的信號線間。
即，差動放大器105不是放大增益為“1”的電壓輸出器結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)放大增益為“(Ra+Rb)/Ra”的非反相放大器的結(jié)構(gòu)。從而，在將輸入非反相輸入端子的交流信號的振幅設(shè)為X的情況下，在N型MOSFET106的源極和電阻元件104之間的連接點出現(xiàn)的信號的振幅為“(Ra+Rb)/Ra·X”，比圖2所示的三端子放大裝置100的放大增益高。
差動放大器105中，最好原來對差動晶體管對各自的晶體管的偏置相同，偏離電壓Vb的大小在規(guī)格上有限制，以便不產(chǎn)生差動輸出的失真。從而，偏離電壓Vb越低越好。這里，由于圖5所示的三端子放大裝置100可以比圖2所示的三端子放大裝置100的放大增益高，所以可以根據(jù)電阻元件108的電阻值Rb以及電阻元件109的電阻值Ra減少反相輸入端子和非反相輸入端子之間所需的偏移電壓Vb。
<第三實施方式>
在圖2或圖5所示的三端子放大裝置100中，也可以將N型MOSFET106置換為P型MOSFET、NPN型偶極晶體管、PNP型偶極晶體管。圖6表示將圖2所示的三端子放大裝置100中的N型MOSFET106置換為P型MOSFET119的情況。如圖6所示，與N型MOSFET106的情況相比，由于柵極和漏極反轉(zhuǎn)，所以差動放大器105的極性也逆轉(zhuǎn)。
＝＝＝四端子放大裝置＝＝＝<第一實施方式>
圖7是表示使用了本申請技術(shù)方案4以及5中記載的“放大裝置，的一實施方式的四端子放大裝置400的ECM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示四端子放大裝置400的結(jié)構(gòu)的圖。作為與本申請技術(shù)方案4的對應(yīng)，Vin端子401對應(yīng)于“第一端子”，Vdd端子402對應(yīng)于“第二端子”，Gnd端子403對應(yīng)于“第三端子”，Vdd2端子404對應(yīng)于“第四端子”，負載電阻200對應(yīng)于“第一電阻元件”，電阻元件405對應(yīng)于“第二電阻元件”，差動放大器406對應(yīng)于“差動放大器”，電阻元件408對應(yīng)于“第三電阻元件”。而且，N型MOSFET407對應(yīng)于本申請技術(shù)方案5中記載的“晶體管”。
Vin端子401是輸入直流分量為接地電位(0電位)的交流信號的端子。Vdd端子402是經(jīng)由外置的電阻值Rl的負載電阻200與電源電壓Vdd的電源線201連接的端子。Gnd端子403是接地用的端子。Vdd2端子404連接到與電源電壓Vdd獨立的電源電壓Vdd2的電源線206。
電阻值Rs的電阻元件405設(shè)在Vdd端子402和Gnd端子403之間布線的信號線間。
差動放大器406如下構(gòu)成。首先，正電源端子與Vdd2端子404連接，同時負電源端子與Gnd端子403連接。此外，非反相輸入端子(“一個輸入端子”)上從Vin端子401輸入交流信號，同時在反相輸入端子(“另一個輸入端子”)上經(jīng)由Vdd端子402和電阻元件405之間的信號線反饋對應(yīng)于交流信號的輸出。即，差動放大器406呈現(xiàn)電壓輸出器結(jié)構(gòu)。進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預(yù)先產(chǎn)生以輸入非反相輸入端子的交流信號的接地電位(直流分量)為基準(zhǔn)的、超過交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓Vb。
N型MOSFET407具有用于控制導(dǎo)通/非導(dǎo)通的柵極(“控制電極”)；連接到Vdd端子402側(cè)的信號線的漏極(“第一電極”)；以及連接到電阻元件405側(cè)的信號線的源極(“第二電極”)，設(shè)在Vdd端子402和電阻元件405之間的信號線間，呈現(xiàn)所謂源極接地型結(jié)構(gòu)。從而，N型MOSFET407的放大增益Av可以由‘電阻值Rl/電阻值Rs’決定。此外，通過將差動放大器406的輸出連接到N型MOSFET407的柵極，同時在N型MOSFET407的源極和反相輸入端子之間進行連接，將差動放大器406的輸出反饋到反相輸入端子。
電阻值Rin(數(shù)100M～數(shù)G(Ω)左右)的電阻元件408設(shè)在Vin端子401和非反相輸入端子之間的信號線，和Gnd端子403之間布線的信號線間，用于將輸入非反相輸入端子的交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位的目的。與電阻元件107同樣，也可以置換為二極管元件和導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管。
這里，由于四端子放大裝置400與三端子放大裝置100基本上結(jié)構(gòu)相同，所以與三端子放大裝置100的情況同樣得到容易調(diào)整放大增益的效果。在四端子放大裝置400的結(jié)構(gòu)中，與三端子放大裝置100大不相同之處在于設(shè)置Vdd2端子404，進而供給差動放大器406的電源電壓Vdd2的供給線與經(jīng)由負載電阻200供給N型MOSFET407的電源電壓Vdd的供給線獨立。
從而，在三端子放大裝置100的情況下，供給差動放大器105的電流Ib不流過負載電阻200，其結(jié)果，產(chǎn)生的噪聲分量與出現(xiàn)在Vout端子202的波形重疊，但在四端子放大裝置400的情況下，從電源線206流向差動放大器406的電流Ib不流過負載電阻200也可以。因此，在四端子放大裝置400中，源電壓特性優(yōu)良，同時出現(xiàn)在Vout端子202的波形的S/N比被改善。
<第二實施方式>
圖9是表示使用了本申請技術(shù)方案6以及7中記載的“放大裝置”的一實施方式的四端子放大裝置500的ECM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示四端子放大裝置500的結(jié)構(gòu)的圖。作為與本申請技術(shù)方案6的對應(yīng)，Vin端子501對應(yīng)于“第一端子”，Vdd端子502對應(yīng)于“第二端子”，Gnd端子503對應(yīng)于“第三端子”，Vout端子504對應(yīng)于“第四端子”，負載電阻505對應(yīng)于“第一電阻元件”，電阻元件506對應(yīng)于“第二電阻元件”，差動放大器507對應(yīng)于“差動放大器”，電阻元件509對應(yīng)于“第三電阻元件”。而且，N型MOSFET508對應(yīng)于本申請技術(shù)方案7中記載的“晶體管”。
Vin端子501是輸入直流分量為接地電位(0電位)的交流信號的端子。Vdd端子502是與電源電壓Vdd的電源線201連接的端子。Gnd端子503是接地用的端子。Vout端子504是與負載電阻505和電阻元素506的連接點連接的端子。
差動放大器507如下構(gòu)成。首先，正電源端子與Vdd端子502連接，同時負電源端子與Gnd端子503連接。此外，非反相輸入端子(“一個輸入端子”)上從Vin端子501輸入交流信號，同時在反相輸入端子(“另一個輸入端子”)上經(jīng)由負載電阻505和電阻元件506之間的信號線反饋對應(yīng)于交流信號的輸出。即，差動放大器507呈現(xiàn)電壓輸出器結(jié)構(gòu)。進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預(yù)先產(chǎn)生以輸入非反相輸入端子的交流信號的接地電位(直流分量)為基準(zhǔn)的、超過交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓Vb。
N型MOSFET508具有用于控制導(dǎo)通/非導(dǎo)通的柵極(“控制電極”)；連接到負載電阻505側(cè)的信號線的漏極(“第一電極”)；以及連接到電阻元件506側(cè)的信號線的源極(“第二電極”)，設(shè)在負載電阻505和電阻元件506之間的信號線間，呈現(xiàn)所謂源極接地型的結(jié)構(gòu)。從而，N型MOSFET508的放大增益Av可以由‘電阻值Rl/電阻值Rs’決定。此外，通過將差動放大器507的輸出連接到N型MOSFET508的柵極，同時在N型MOSFET508的源極和反相輸入端子之間進行連接，將差動放大器507的輸出反饋到反相輸入端子。
電阻值Rin(數(shù)100M～數(shù)G(Ω)左右)的電阻元件509設(shè)在Vin端子501和非反相輸入端子之間的信號線，和Gnd端子503之間布線的信號線間，用于將輸入非反相輸入端子的交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位的目的。與電阻元件107同樣，也可以置換為二極管元件和導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管。
這里，由于四端子放大裝置500與三端子放大裝置100以及四端子放大裝置400基本上結(jié)構(gòu)相同，所以與三端子放大裝置100以及四端子放大裝置400的情況同樣得到容易調(diào)整放大增益的效果。在四端子放大裝置500的結(jié)構(gòu)中，與三端子放大裝置100以及四端子放大裝置400大不相同之處在于設(shè)置Vout端子504，進而將外置的負載電阻505內(nèi)置。
從而，在四端子放大裝置500的內(nèi)部，可以根據(jù)要求的放大增益預(yù)先設(shè)定負載電阻505的電阻值Rl和電阻元件506的電阻值Rs的比率。此外，負載電阻505的電阻值Rl和電阻元件506的電阻值Rs的比率，通過在CMOS處理(process)中通過將負載電阻505以及電阻元件506鄰接配置等，可以將偏差抑制在百分之幾左右。
<第三實施方式>
圖11是表示本申請技術(shù)方案8中記載的“放大裝置”的一實施方式的四端子放大裝置500的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11所示的四端子放大裝置500是對于圖10所示的四端子放大裝置500省略了負載電阻505、N型MOSFET508、電阻元件506，同時新設(shè)置了電阻元件510、511的情況。作為與本申請技術(shù)方案8的對應(yīng)，電阻元件510對應(yīng)于“第一電阻元件”，電阻元件511對應(yīng)于“第二電阻元件”。
在圖11所示的四端子放大裝置500中，差動放大器507如下構(gòu)成。首先，正電源端子與Vdd端子502連接，同時負電源端子與Gnd端子503連接。此外，非反相輸入端子(“一個輸入端子”)上從Vin端子501輸入交流信號，同時在反相輸入端子(“另一個輸入端子”)上經(jīng)由電阻值Rc的電阻元件510反饋對應(yīng)于交流信號的輸出。此外，將電阻元件510和反相輸入端子之間的信號線經(jīng)由電阻值Rd的電阻元件511與Gnd端子503連接。即，差動放大器507呈現(xiàn)放大增益為“(Rc+Rd)/Rc”的非反相放大器的結(jié)構(gòu)。進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預(yù)先產(chǎn)生以輸入非反相輸入端子的交流信號的接地電位(直流分量)為基準(zhǔn)的、超過交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓Vb。
此外，在圖11所示的四端子放大裝置500中，Vout端子504上直接連接差動放大器507的輸出。
這里，由于圖11所示的四端子放大裝置500可以基于電阻元件510的電阻值Rc以及電阻元件511的電阻值Rd調(diào)整放大增益，所以與上述實施方式同樣得到容易調(diào)整放大增益的效果。此外，在不設(shè)置N型MOSFET508這一點上簡化了結(jié)構(gòu)。
<第四實施方式>
在圖8所示的四端子放大裝置400，和圖10、圖11所示的四端子放大裝置500中，與三端子放大裝置100的情況同樣，也可以將N型MOSFET407、508置換為P型MOSFET、NPN型偶極晶體管、PNP型偶極晶體管的任何一個。在置換為P型MOSFET或PNP型偶極晶體管的情況下，差動放大器406、507的極性反轉(zhuǎn)。
以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但上述實施方式用于使本發(fā)明容易理解，而不是限定解釋本發(fā)明。本發(fā)明主要不脫離其宗旨，可以得到變更/改良，同時本發(fā)明中也包含其等價結(jié)構(gòu)。
例如，三端子放大裝置100、四端子放大裝置400、500不限定為ECM系統(tǒng)的初級放大器的用途。三端子放大裝置100、四端子放大裝置400、500在各種控制系統(tǒng)中，可以用作將模擬傳感器檢測出的模擬信號放大到該控制系統(tǒng)內(nèi)可處理的電平的初級放大器。
權(quán)利要求
1.一種放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，經(jīng)由外置的第一電阻元件與電源線連接；第三端子，被接地；第二電阻元件，設(shè)置在所述第二端子和所述第三端子之間的信號線間；差動放大器，正電源端子與所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子間的信號線與所述第三端子之間的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第二端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值而放大的所述交流信號的電壓波形。
2.如權(quán)利要求1所述的放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有晶體管，該晶體管具有在所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線間用于控制導(dǎo)通/非導(dǎo)通的控制電極、連接到所述第二端子側(cè)的信號線的第一電極、以及連接到所述第二電阻元件側(cè)的信號線的第二電極，通過將所述差動放大器的輸出連接到所述控制電極，同時在所述第二電極和所述另一個輸入端子之間進行連接，從而將所述差動放大器的輸出反饋到所述另一個輸入端子，在所述第二端子產(chǎn)生根據(jù)由所述第一電阻元件的電阻值÷所述第二電阻元件的電阻值確定的放大增益而放大的所述交流信號的電壓波形。
3.如權(quán)利要求2所述的放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有第四電阻元件，設(shè)在所述第二電極和所述另一個輸入端于之間的信號線間；以及第五電阻元件，設(shè)在所述第四電阻元件和所述另一個輸入端子之間的信號線與所述第三端子之間的信號線間，使所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間必要的所述偏移電壓基于所述第四電阻元件以及所述第五電阻元件的電阻值而減少。
4.一種放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，經(jīng)由外置的第一電阻元件與第一電源線連接；第三端子，被接地；第四端子，與第二電源線連接；第二電阻元件，設(shè)在所述第二端子和所述第三端子之間的信號線間；差動放大器，正電源端子與所述第四端子連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子之間的信號線與所述第三端子之間的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第二端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值而放大的所述交流信號的電壓波形。
5.如權(quán)利要求4所述的放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有晶體管，該晶體管在所述第二端子和所述第二電阻元件之間的信號線間具有用于控制導(dǎo)通/非導(dǎo)通的控制電極、連接到所述第二端子側(cè)的信號線的第一電極、連接到所述第二電阻元件側(cè)的信號線的第二電極，通過將所述差動放大器的輸出連接到所述控制電極，同時在所述第二電極和所述另一個輸入端子之間進行連接，將所述差動放大器的輸出反饋到所述另一個輸入端子，在所述第二端子產(chǎn)生根據(jù)由所述第一電阻元件的電阻值÷所述第二電阻元件的電阻值決定的放大增益而放大的所述交流信號的電壓波形。
6.一種放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，與電源線連接；第三端子，被接地；第一電阻元件以及第二電阻元件，串連連接在所述第二端子和所述第三端子之間的信號線間；第四端子，與所述第一電阻元件和所述第二電阻元件之間的信號線連接；差動放大器，正電源端子與所述第二端子連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由所述第一電阻元件和所述第二電阻元件之間的信號線反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子之間的信號線與所述第三端子之間的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第四端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值而放大的所述交流信號的電壓波形。
7.如權(quán)利要求6所述的放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有晶體管，該晶體管在所述第一電阻元件和所述第二電阻元件之間的信號線間具有用于控制導(dǎo)通/非導(dǎo)通的控制電極、連接到所述第一電阻元件側(cè)的信號線的第一電極、連接到所述第二電阻元件側(cè)的信號線的第二電極，通過將所述差動放大器的輸出連接到所述控制電極，同時在所述第二電極和所述另一個輸入端子之間進行連接，將所述差動放大器的輸出反饋到所述另一個輸入端子，在所述第四端子產(chǎn)生根據(jù)由所述第一電阻元件的電阻值÷所述第二電阻元件的電阻值決定的放大增益而放大的所述交流信號的電壓波形。
8.一種放大裝置，其特征在于，該放大裝置具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，與電源線連接；第三端子，被接地；差動放大器，正電源端子與所述第二端子連接，同時負電源端子與所述第三端子連接，反相/非反相輸入端子中，在一個輸入端子上從所述第一端子輸入所述交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由第一電阻元件反饋對應(yīng)于所述交流信號的輸出，在所述一個輸入端子和所述另一個輸入端子之間，預(yù)先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準(zhǔn)的、超過所述交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；第二電阻元件，設(shè)在所述第一電阻元件和所述另一個輸入端子之間的信號線與所述第三端子之間的信號線間；第四端子，與所述差動放大器的輸出連接；以及第三電阻元件，設(shè)在所述第一端子和所述一個輸入端子之間的信號線與所述第三端子之間的信號線間，將輸入所述一個端子的所述交流信號的直流分量穩(wěn)定為接地電位，在所述第四端子生成基于所述第一電阻元件以及所述第二電阻元件的電阻值而放大的所述交流信號的電壓波形。
9.如權(quán)利要求1至8的任何一項所述的放大裝置，其特征在于，所述差動放大器具有差動晶體管，該差動晶體管由與用于控制所述一個輸入端子的導(dǎo)通/非導(dǎo)通的第一控制電極連接的第一晶體管、與用于控制所述另一個輸入端子的導(dǎo)通/非導(dǎo)通的第二控制電極連接的第二晶體管構(gòu)成，使所述第一以及所述第二控制電極各自的尺寸不同而預(yù)先生成所述偏離電壓。
10.如權(quán)利要求1、4、6或8的任何一項所述的放大裝置，其特征在于，將所述第三電阻元件置換為二極管元件或?qū)顟B(tài)的晶體管。
11.如權(quán)利要求1至10的任何一項所述的放大裝置，其特征在于，將所述第一端子與使駐極體電容麥克風(fēng)中的一個電極預(yù)先帶電的駐極體電容器的另一個電極連接，基于聲音信號的所述駐極體電容器的電容值的變化所對應(yīng)的交流信號被輸入所述第一端子。
全文摘要
一種容易地調(diào)整放大增益的放大裝置，具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，經(jīng)由第一電阻元件與電源線連接；接地用的第三端子；第二電阻元件，設(shè)在第二端子和第三端子之間布線的信號線間；差動放大器，在一個輸入端子上從第一端子輸入交流信號，同時在另一個輸入端子上經(jīng)由第二端子和第二電阻元件之間的信號線反饋對應(yīng)于交流信號的輸出，在一個輸入端子和另一個輸入端子之間，預(yù)先生成超過交流信號的最大振幅級別的正偏移電壓；以及第三電阻元件，設(shè)置在第一端子和一個輸入端子之間的信號線與布線在第三端子之間的信號線間，在第二端子生成基于第一電阻元件以及第二電阻元件的電阻值而被放大的交流信號的電壓波形。
文檔編號H03G3/00GK1741374SQ20051008132
公開日2006年3月1日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月26日
發(fā)明者小島弘, 桐由紀 申請人:三洋電機株式會社