JP3612510B2 - Preamplifier circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は前置増幅回路に関し、特にトランスインピーダンス型の前置増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のトランスインピーダンス型前置増幅回路の例としては、特開平9−008563号公報に開示されたものがあり、その回路構成を図4に示している。図4において、入力端子8から入力されるプリアンプ入力信号を増幅して出力する反転増幅器1と、この反転増幅器1から出力された信号をバッファリングして出力端子9へ出力するバッファ回路2と、反転増幅器1の入力とバッファ回路2の出力との間に互いに並列接続されて反転増幅器1の利得を決定するための帰還抵抗3,4とを有している。
【0003】
また、反転増幅器1の入出力間に接続されてこの反転増幅器1の位相補償を行うための位相補償用コンデンサ7と、利得切替入力端子11から入力される利得切替信号に応じて帰還抵抗4の反転増幅器1及びバッファ回路2に対する接続状態をオンオフ制御するFETスイッチ素子5と、同じく利得切替信号に応じて位相補償用コンデンサ7の反転増幅器1に対する接続状態をオンオフ制御するFETスイッチ素子10とを有している。
【0004】
この様に構成された前置増幅回路においては、入力端子8からの入力信号が小レベルの場合には、利得切替信号がローレベルに固定されており、よってFETスイッチ素子5及び10がオフに制御されて、反転増幅器1の利得を制御するための帰還抵抗は抵抗3のみとなると同時に、位相補償用コンデンサ7は開放状態となって放電される。その結果、前置増幅器の利得により大に制御されると共に、位相補償用コンデンサ7による反転増幅器1の位相補償はなされないことになる。
【0005】
一方、入力端子8からの入力信号が大レベルの場合には、利得切替信号はハイレベルとなり、これにより、FETスイッチ素子5及び10がオンに制御される。そのために、反転増幅器1の利得を制御する帰還抵抗は抵抗3,4の並列抵抗となり、入力信号が小レベルの場合に比べて反転増幅器1の利得は小となると同時に、位相補償用コンデンサ7が入力信号により充電されて反転増幅器1の位相補償が行われるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図4に示した従来の前置増幅回路においては、利得切替信号がローレベルからハイレベルへ遷移したときに、位相補償用コンデンサ7に対する充電が開始されることになる。図5はこのときの様子を説明するための動作タイミングチャートの例である。
【0007】
図5に示す如く、入力端子8の入力信号が所定しきい値レベルより小さなレベルの信号から大きなレベルの信号になり、利得切替信号がローレベルからハイレベルに切替るタイミングにおいて、位相補償用コンデンサ7に充電が開始されるが(ノード40の電圧波形参照)、小レベル信号の入力が長時間続くと、位相補償用コンデンサ7の放電量が大きくなり、その後、入力信号が大レベルの信号となって利得切替信号がハイレベルに切替った場合、反転増幅器1に大電流が引込まれることになる。これにより、プリアンプ出力信号に大きなノイズが印加されてしまい、後段の図示せぬ回路等に対して悪影響を及ぼすとう欠点がある。
【0008】
なお、この様な欠点を解決するために、本願出願人により提案中の前置増幅器が、特願2000−140140号明細書に提示されている。図6はこの提案中の回路構成を示しており、図4と同等部分は同一符号にて示している。本例においては、位相補償用コンデンサ7に直列にリセット用のFETスイッチ素子20を追加し、このFETスイッチ素子20をリセット入力端子21から入力されるリセット信号によりオンオフ制御するものである。
【0009】
更に詳述すると、このリセット信号は、入力端子8へ入力信号が供給される直前に必ず一時的にハイレベルとなり、FETスイッチ素子20を一時的にオンとする。これにより、利得切替信号がローレベルに固定されている間も、入力信号が供給される度ごとに、位相補償用コンデンサ7が充電されることになって、位相補償用コンデンサ7の放電量が大きくなることを防いでいるのである。
【0010】
この図6の回路においては、図5に示したノイズの発生は防止されるが、リセット信号を必要とするために、リセット信号発生回路が要求され、リセット信号を有しない装置には不適となる。
【0011】
本発明の目的は、リセット信号発生回路等の余分な付加回路を必要とすることなく、極めて簡単にノイズ抑制をなすことが可能な前置増幅回路を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入力信号を増幅する反転増幅器と、この反転増幅器の出力をバッアァリングするバッファと、前記バッファの出力と前記反転増幅器の入力との間に並列に設けられた第一及び第二の帰還抵抗と、前記反転増幅器の位相補償をなす位相補償用コンデンサと、利得切替信号を入力として利得切替えのためのスイッチとして動作すべく前記第二の抵抗に直列接続された第一のスイッチと、前記利得切替信号を入力として位相補償切替えのためのスイッチとして動作すべく前記位相補償用コンデンサに直列接続された第二のスイッチとを含む前置増幅回路であって、前記利得切替信号によりオンオフ制御される第三のスイッチと、前記第三のスイッチと前記位相補償用コンデンサとに直列接続された充電用抵抗とを含むことを特徴とする前置増幅回路が得られる。
【0015】
そして、前記第三のスイッチは、前記第一及び第二のスイッチがオフの場合にオンとされて前記位相補償用コンデンサを充電することを特徴とし、前記第三のスイッチと、第一及び第二のスイッチとは相補的にオンオフ制御されるスイッチ素子であることを特徴とする。
【0017】
本発明の作用を述べる。本発明では、大信号入力時において、利得切替信号により利得をより小に切替え制御するトランスインピーダンス型前置増幅回路において、リセット信号等の余分な制御信号を必要とすることなく、位相補償用コンデンサ充電回路を追加して、このコンデンサの放電に起因するノイズ発生をなくすようにしている。すなわち、入力信号が小レベルの期間(利得がより大に制御されている期間)に、位相補償用コンデンサが放電されるので、この期間中は、当該コンデンサに対して充電を行うようにする。そのために、利得切替信号が利得を大に制御している期間(ローレベルの期間)は、位相補償用コンデンサへの充電をなすためにオンとなるスイッチ素子と、充電用抵抗とを追加するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。図1は本発明の一実施例の回路構成を示す図であり、図4と同等部分は同一符号にて示している。図1と異なる部分について述べると、位相補償用コンデンサ7と直列に、抵抗31とFETスイッチ素子30とを接続している。この抵抗31とFETスイッチ素子30との直列回路は、FETスイッチ素子10と並列に設けられている。そして、このFETスイッチ素子30のオンオフ制御は利得切替入力端子11に印加される利得切替信号により行われる。
【0019】
このFETスイッチ素子30は他のFETスイッチ素子5及び10とは相補導電型のFETであり、本例においては、FET5及び10がNチャネル型MOSFETであることからFET30はPチャネル型MOSFETにより構成される。また、抵抗31はコンデンサ7と反転増幅器1とを組合わせて帰還増幅器を構成した場合に、利得余裕と位相余裕がある値に選定されるものとする。
【0020】
他の構成については、図4のそれと同等であって、その説明は省略する。
【0021】
図2は図1の回路の動作を示すタイミングチャートの一例である。入力端子8の入力信号レベルが予め定められたしきい値レベル以下の場合には、利得切替入力端子11の電圧(利得切替信号)はローレベルであり、逆に、入力端子8の入力信号にレベルが当該しきい値レベルより大の場合には、ハイレベルである。よって、入力端子8にしきい値以下のレベルの信号が入力される場合には、FETスイッチ素子5及び10はオフ状態、FETスイッチ素子30はオン状態となる。従って、帰還抵抗3のみによって本前置増幅回路のトランスインピーダンス利得が決定される。この場合、位相補償用コンデンサ7は抵抗31を介して充電されているために、電荷がチャージされている状態が続く(図2のノード40の電圧参照)。
【0022】
その後、入力端子8にしきい値より大きいレベルの信号が入力されると、FETスイッチ素子5及び10はオン状態、FETスイッチ素子30はオフ状態となる。よって、トランスインピーダンス利得は帰還抗3と4との並列抵抗により決定される。すなわち、本前置増幅回路の利得は、入力信号がしきい値以下のレベルの場合よりも小となり、よって、本前置増幅回路は飽和動作することなく線形性が保たれるのである。
【0023】
このとき、位相補償用コンデンサ7はFETスイッチ素子10を介して充電される動作になるが、コンデンサ7は充電状態にあってノード40の電圧は低下していないために、利得切替入力端子11の電圧がハイレベルになっても、反転増幅器1に大電流が引込まれることはなく、出力端子9にはノイズが印加されることはなくなる。
【0024】
図3は本発明の他の実施例の回路構成を示す図であり、図1と同等部分は同一符号により示している。図1の回路においては、FETスイッチ素子30として、他のFETスイッチ素子5,10とは異なる導電型(相補型)のMOSFETを用いていたが、図3の実施例では、FETスイッチ素子32として、他のFETスイッチ素子5,10と同一導電型(本例では、Nチャネル型)を用い、このスイッチ素子32のオンオフ制御のために、そのゲートと利得切替入力端子11との間にインバータ33を設けたものである。
【0025】
こうすることにより、FETスイッチ素子32と他のFETスイッチ素子5,10とを、同一の利得切替信号によって相補的にオンオフ制御することが可能となることは明らかである。
【0026】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、利得を大に制御している期間は、位相補償用コンデンサの放電を防止して充電する様に制御することによって、リセット信号等の特別な信号を用いなくても、利得切替信号を用いてコンデンサの充電を維持制御できることになり、極めて簡単な構成でノイズの発生を抑止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】図1の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図3】本発明の他の実施例の回路図である。
【図4】従来のトランスインピーダンス型前置増幅回路の例を示す図である。
【図5】図4の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】本願出願人により提案中のトランスインピーダンス型前置増幅回路を示す図である。
【符号の説明】
1 反転増幅器
2 バッファ回路
3,4 帰還抵抗
5,10,30,32 FETスイッチ素子
7 位相補償用コンデンサ
8 入力端子
9 出力端子
11 利得切替入力端子
31 抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a preamplifier circuit , and more particularly to a transimpedance type preamplifier circuit .
[0002]
[Prior art]
An example of this type of conventional transimpedance type preamplifier circuit is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-008563, and its circuit configuration is shown in FIG. In FIG. 4, an inverting amplifier 1 that amplifies and outputs a preamplifier input signal input from the
[0003]
Further, a
[0004]
In the preamplifier circuit configured in this way, when the input signal from the
[0005]
On the other hand, when the input signal from the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional preamplifier circuit shown in FIG. 4, charging of the
[0007]
As shown in FIG. 5, at the timing when the input signal at the
[0008]
In order to solve such drawbacks, a preamplifier proposed by the applicant of the present application is presented in Japanese Patent Application No. 2000-140140. FIG. 6 shows the proposed circuit configuration, and the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In this example, a reset FET switch element 20 is added in series to the
[0009]
More specifically, this reset signal is always temporarily at a high level immediately before the input signal is supplied to the
[0010]
In the circuit of FIG. 6, the generation of noise shown in FIG. 5 is prevented, but since a reset signal is required, a reset signal generation circuit is required, which is not suitable for a device having no reset signal. .
[0011]
An object of the present invention is to provide a preamplifier circuit capable of suppressing noise very easily without requiring an additional circuit such as a reset signal generation circuit.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an inverting amplifier for amplifying an input signal, a buffer for buffering the output of the inverting amplifier, and a first and a second provided in parallel between the output of the buffer and the input of the inverting amplifier. A feedback compensation resistor, a phase compensation capacitor for phase compensation of the inverting amplifier, a first switch connected in series with the second resistor to operate as a switch for gain switching with a gain switching signal as an input, A preamplifier circuit including a second switch connected in series to the phase compensation capacitor to operate as a switch for phase compensation switching with the gain switching signal as an input, and turned on and off by the gain switching signal and wherein a third switch controlled, to include a charging resistor connected in series with said third switch and the phase compensation capacitor That the preamplifier circuit is obtained.
[0015]
The third switch is turned on when the first and second switches are turned off to charge the phase compensation capacitor, and the third switch, The second switch is a switch element that is complementarily controlled on and off.
[0017]
The operation of the present invention will be described. According to the present invention, in a transimpedance type preamplifier circuit that controls gain switching to a smaller value by a gain switching signal when a large signal is input, a phase compensation capacitor is not required without requiring an extra control signal such as a reset signal. A charging circuit is added to eliminate the noise caused by the discharge of the capacitor. That is, since the phase compensation capacitor is discharged during a period when the input signal is at a low level (a period when the gain is controlled to be larger), the capacitor is charged during this period. Therefore, a switch element that is turned on to charge the phase compensation capacitor and a charging resistor are added during the period when the gain switching signal controls the gain to a large extent (low level period). It is.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. Describing the difference from FIG. 1, a
[0019]
The FET switch element 30 is a complementary conductivity type FET with respect to the other
[0020]
The other configuration is the same as that of FIG. 4 and its description is omitted.
[0021]
FIG. 2 is an example of a timing chart showing the operation of the circuit of FIG. When the input signal level at the
[0022]
Thereafter, when a signal having a level greater than the threshold value is input to the
[0023]
At this time, the
[0024]
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of another embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the circuit of FIG. 1, a MOSFET having a conductivity type (complementary type) different from that of the other
[0025]
By doing so, it is obvious that the FET switch element 32 and the other
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a special signal such as a reset signal is used during the period in which the gain is largely controlled, by controlling so as to prevent the phase compensation capacitor from being discharged. Even without this, it is possible to maintain and control the charging of the capacitor using the gain switching signal, and it is possible to suppress the generation of noise with a very simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the circuit of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a conventional transimpedance type preamplifier circuit;
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the circuit of FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a transimpedance type preamplifier circuit proposed by the applicant of the present application.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記利得切替信号によりオンオフ制御される第三のスイッチと、
前記第三のスイッチと前記位相補償用コンデンサとに直列接続された充電用抵抗とを含むことを特徴とする前置増幅回路。An inverting amplifier for amplifying an input signal; a buffer for buffering the output of the inverting amplifier; first and second feedback resistors provided in parallel between the output of the buffer and the input of the inverting amplifier; A phase compensation capacitor for phase compensation of an inverting amplifier; a first switch connected in series to the second resistor to operate as a switch for gain switching with the gain switching signal as an input; and the gain switching signal. A preamplifier circuit including a second switch connected in series with the phase compensation capacitor to operate as a switch for phase compensation switching as an input,
A third switch that is on / off controlled by the gain switching signal;
A preamplifier circuit comprising: a charging resistor connected in series to the third switch and the phase compensation capacitor.
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2001312312A JP3612510B2 (en) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | Preamplifier circuit |
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| JP2003124750A JP2003124750A (en) | 2003-04-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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