放大電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及放大從傳感器等輸出的信號(hào)的放大電路，特別涉及驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的放大電路。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度傳感器、加速度傳感器等所使用的電容性傳感器元件是靜電電容根據(jù)物理量而發(fā)生變化的元件，該靜電電容的變化一般使用靜電電容一電壓轉(zhuǎn)換電路(也稱為CV轉(zhuǎn)換電路)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
[0003]圖5A?圖5E是表示使用了電容性傳感器元件的傳感器裝置的一例的圖。圖5A表不將電容性傳感器兀件的靜電電容轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的CV轉(zhuǎn)換電路的一般構(gòu)成。圖5B和圖5C表示電容性傳感器元件的驅(qū)動(dòng)電壓VP1、VP2的波形。圖表示開關(guān)SWl的接通斷開的狀態(tài)。圖5E表示檢測(cè)信號(hào)VS的波形。
[0004]傳感器部106的電容性傳感器元件104、105構(gòu)成為靜電電容之差根據(jù)濕度、加速度等的物理量而發(fā)生變化。在串聯(lián)連接的電容性傳感器元件104、105的兩端分別施加反相的驅(qū)動(dòng)電壓VP1、VP2?；诿}沖產(chǎn)生部101的周期性的脈沖信號(hào)，從逆變器電路102和緩沖電路103分別輸出驅(qū)動(dòng)電壓VP1、VP2。電容性傳感器元件104、105的共同連接節(jié)點(diǎn)與構(gòu)成電荷放大器的運(yùn)算放大器107的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。在運(yùn)算放大器107的反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端子之間，電容器108與開關(guān)SWl并聯(lián)連接。在運(yùn)算放大器107的非反轉(zhuǎn)輸入端子，輸入基準(zhǔn)電壓Vref?；鶞?zhǔn)電壓Vref —般設(shè)定成驅(qū)動(dòng)電壓VP1、VP2的高電平與低電平的中間的電壓。運(yùn)算放大器107的輸出信號(hào)(檢測(cè)信號(hào)Vs)在AD轉(zhuǎn)換器109被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) DAT。
[0005]在圖5A所示的傳感器裝置中，開關(guān)SWl接通時(shí)(圖OT)，驅(qū)動(dòng)電壓VP1、VP2中的一方成為高電平，另一方成為低電平(圖5B、圖5C)。此時(shí)，電容器108的兩端的電壓被重置成0，并放電出電荷。在電容性傳感器元件104、105的兩端分別施加幾乎相同的電壓，蓄積與靜電電容對(duì)應(yīng)的電荷。
[0006]在開關(guān)SWl從接通變?yōu)閿嚅_時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓VP1、VP2的電平分別反轉(zhuǎn)。此時(shí)，在電容性傳感器元件104、105的兩端分別施加幾乎相同的電壓，但相對(duì)于開關(guān)SWl接通的情況，電壓的極性相反。在電容性傳感器元件104、105的靜電電容不相同的情況下，由于過(guò)電壓的極性相反，在電容性傳感器元件104、105中蓄積的電荷量的總量發(fā)生變化。與該變化量相當(dāng)?shù)碾姾杀恍罘e到電容器108中。蓄積到電容器108中的電荷與電容性傳感器元件104、105的靜電電容之差成比例，因此，開關(guān)SWl斷開的期間的檢測(cè)信號(hào)Vs成為與電容性傳感器元件104、105的靜電電容之差對(duì)應(yīng)的電壓。靜電電容之差表現(xiàn)為與基準(zhǔn)電壓Vref的差分。通過(guò)周期地將開關(guān)SWl接通時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓VP1、VP2的電平反轉(zhuǎn)，與基準(zhǔn)電壓Vref的差分的極性也周期地反轉(zhuǎn)。
[0007]為了精度良好地檢測(cè)電容性傳感器元件104、105的靜電電容的差，需要減少檢測(cè)信號(hào)Vs所包含的噪聲，優(yōu)選是采樣出盡可能多的檢測(cè)信號(hào)Vs并平均化。然而，在采樣動(dòng)作緩慢時(shí)，得到I個(gè)檢測(cè)結(jié)果所需的時(shí)間變長(zhǎng)，電路的動(dòng)作時(shí)間變長(zhǎng)，因此平均消耗電流增力口。為了抑制平均消耗電流并增加采樣次數(shù)，采樣動(dòng)作的高速化是必要的。所以，對(duì)于CV轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器107，要求在連接了電容負(fù)載的狀態(tài)下進(jìn)行高速的動(dòng)作。
[0008]圖6是表示以往的一般的運(yùn)算放大器的構(gòu)成的圖。圖6所示的運(yùn)算放大器具有:P型的 MOS 晶體管 QlOl、Q102、Q107、Q108 ;N 型的 MOS 晶體管 Q103、Q104、Q105、Q106 ;恒流源111 ;電阻Re ;以及電容器Ce。MOS晶體管Q101、Q102在形成對(duì)的柵極輸入差動(dòng)電壓(VIN+、VIN —)。恒流源111使一定的電流從電源線(VDD)向MOS晶體管Q101、Q102的被共同連接的源極流動(dòng)。在MOS晶體管QlOl的漏極與接地(VSS)之間設(shè)置有MOS晶體管Q103，在MOS晶體管Q102的漏極與接地(VSS)之間設(shè)置有MOS晶體管Q105。MOS晶體管Q104的柵極與MOS晶體管Q103的柵極以及漏極連接，該MOS晶體管Q104的源極與接地(VSS)連接，該MOS晶體管Q104的漏極經(jīng)由MOS晶體管Q107與電源線(VDD)連接。MOS晶體管Q106的柵極與MOS晶體管Q105的柵極以及漏極連接，該MOS晶體管Q106的源極與接地(VSS)連接，該MOS晶體管Q106的漏極經(jīng)由MOS晶體管Q108與電源線(VDD)連接。MOS晶體管Q107的柵極與MOS晶體管Q108的柵極以及漏極連接。電阻Re和電容器Ce串聯(lián)連接在MOS晶體管Q104以及Q107的漏極與MOS晶體管Q102的漏極之間。MOS晶體管Q104以及Q107的漏極成為與負(fù)載連接的輸出(OUT)。
[0009]在MOS晶體管QlOl、Q102中，流動(dòng)具有與差動(dòng)電壓(VIN+、VIN —)對(duì)應(yīng)的差的電流。MOS晶體管Q103和Q104構(gòu)成電流反射鏡電路，因此，在MOS晶體管Q104中將流動(dòng)與MOS晶體管QlOl的電流對(duì)應(yīng)的電流。另一方面，MOS晶體管Q105和Q106、M0S晶體管Q107和Q108也分別構(gòu)成電流反射鏡電路，因此，在MOS晶體管Q107中，將流動(dòng)與MOS晶體管Q102的電流對(duì)應(yīng)的電流。負(fù)載與輸出(OUT)連接時(shí)，在該負(fù)載中流動(dòng)與在MOS晶體管QlOl中流動(dòng)的電流和在MOS晶體管Q102中流動(dòng)的電流之差對(duì)應(yīng)的電流，即，流動(dòng)與差動(dòng)電壓(VIN+、VIN-)對(duì)應(yīng)的電流。
[0010]圖7是表示圖6所示的運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)的增益和相位的頻率特性的圖。在圖7中，“fp—Μ”和“fp — L”分別表示傳遞函數(shù)的極點(diǎn)頻率(pole frequency)。最低的極點(diǎn)頻率fp—M是由相位補(bǔ)償電路(電阻Re與電容器Ce的串聯(lián)電路)設(shè)定的極點(diǎn)頻率，第2低的極點(diǎn)頻率fp — L是由運(yùn)算放大器的輸出電阻和負(fù)載電容(在圖5的例子中，AD轉(zhuǎn)換器109的輸入電容和電容器108的靜電電容)引起的極點(diǎn)頻率?；谙辔谎a(bǔ)償電路的極點(diǎn)頻率fp — M與由負(fù)載電容和輸出電阻引起的極點(diǎn)頻率fp — L相對(duì)應(yīng)、而被設(shè)定成能夠得到充分的相位余量和增益余量。
[0011]在具有圖7所示的傳遞特性的以往的運(yùn)算放大器中，由于通過(guò)由負(fù)載電容和輸出電阻引起的極點(diǎn)頻率fp —L來(lái)決定頻帶的上限，所以具有難以使頻帶進(jìn)一步向高頻擴(kuò)展的問(wèn)題。
[0012]另外，在極點(diǎn)頻率fp — L處于較低的位置的情況下，在要僅通過(guò)相位補(bǔ)償電路的極點(diǎn)頻率fp — M的設(shè)定來(lái)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，還必須降低極點(diǎn)頻率fp — M，導(dǎo)致響應(yīng)明顯變慢。為了避免這種情況，在使構(gòu)成差動(dòng)對(duì)的MOS晶體管Q101、Q102的跨導(dǎo)gm減小而使增益降低時(shí)，產(chǎn)生輸入噪音變大的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的是提供一種在連接有電容負(fù)載的情況下能夠高速地進(jìn)行動(dòng)作的放大電路。
[0014]本發(fā)明的放大電路的特征在于，具有:第I放大級(jí)，包括構(gòu)成差動(dòng)對(duì)的一對(duì)第I晶體管和第2晶體管，并放大對(duì)上述差動(dòng)對(duì)輸入的差動(dòng)信號(hào)；第2放大級(jí)，進(jìn)一步放大在上述第I放大級(jí)被放大后的差動(dòng)信號(hào)；以及輸出電容器，與上述第2放大級(jí)的輸出連接，傳遞函數(shù)中的最低的極點(diǎn)頻率是由上述第2放大級(jí)的輸出電阻和上述輸出電容器的靜電電容引起的極點(diǎn)頻率。
[0015]根據(jù)上述構(gòu)成，由上述輸出電阻和上述輸出電容器的靜電電容引起的極點(diǎn)頻率被設(shè)定成傳遞函數(shù)中的最低的極點(diǎn)頻率。因此，與頻帶的上限受到由輸出電阻和輸出電容器的靜電電容引起的極點(diǎn)頻率的限制的運(yùn)算放大器等進(jìn)行比較，對(duì)頻帶的上限進(jìn)行限制的極點(diǎn)頻率變高，能夠?qū)鬟f函數(shù)中的最低的極點(diǎn)頻率置于更高的頻率。
[0016]優(yōu)