專利名稱：放大裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及放大裝置。
背景技術：
在各種領域的控制系統中，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內可處理的級別，而設置初級的放大裝置(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利用的駐極體電容麥克風(以下，為ECM)系統(例如，參照以下所示的專利文獻1)。
ECM系統對于作為具有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通過將導電性薄膜和固定電極對置而構成。導電性薄膜預先通過直流電源(數10～100V左右)而帶電，聲音信號作為空氣的縱波對導電性薄膜傳輸時產生膜的振動。而且，駐極體電容器203的電容值Cmic(3pF左右)變化，產生對應于該電容值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的源極接地的結型場效應晶體管(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置的柵極的電平穩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100M～數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設為3pF，將截止頻率f1設為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這一點出發，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的放大增益對應于J-FET的電導gm而變化。但是，J-FET的電導gm一般有“-50～200”％左右的潛在的偏差，進行電導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gm的偏差而在J-FET的放大增益中產生偏差，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，但產生難以調整其放大增益的課題。
發明內容
用于解決上述課題的主要的第一本發明具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，經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，預先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準的、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明具有第一端子，輸入交流信號；第二端子，經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，預先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準的、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，預先生成以所述一個輸入端子的電位為基準的、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由第一電阻元件反饋對應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，預先生成以所述一個輸入端子的電位為基準的、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。
根據本發明可以提供一種容易調整放大增益的放大裝置。
圖1是表示本發明的一實施方式的ECM系統的結構的圖。
圖2是表示本發明的一實施方式的三端子放大裝置的結構的圖。
圖3是表示本發明的一實施方式的三端子放大裝置的詳細結構的圖。
圖4是說明N型MOSFET的結構的圖。
圖5是表示本發明的一實施方式的三端子放大裝置的結構的圖。
圖6是表示本發明的一實施方式的三端子放大裝置的結構的圖。
圖7是表示本發明的一實施方式的ECM系統的結構的圖。
圖8是表示本發明的一實施方式的四端子放大裝置的結構的圖。
圖9是表示本發明的一實施方式的ECM系統的結構的圖。
圖10是表示本發明的一實施方式的四端子放大裝置的結構的圖。
圖11是表示本發明的一實施方式的四端子放大裝置的結構的圖。
圖12是表示現有的ECM系統的結構的圖。
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構》圖1是表示使用本申請技術方案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系統的結構的圖。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所示的現有的ECM系統同樣，所以賦予同一標號。
圖2是表示三端子放大裝置100的結構的圖。作為與本申請技術方案1的對應，Vin端子101對應于“第一端子”，Vdd端子102對應于“第二端子”，Gnd端子103對應于“第三端子”，負載電阻200對應于“第一電阻元件”，電阻元件104對應于“第二電阻元件”，差動放大器105對應于“差動放大器”，電阻元件107對應于“第三電阻元件”。而且，N型MOSFET106對應于本申請技術方案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中發生的對應于聲音信號的交流電壓波形。Vdd端子102是經由外置的電阻值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與現有的ECM系統中的現有的三端子放大裝置900為相同的端子結構，沒有必要變更現有的三端子放大裝置900的外置電路，而可以組裝到ECM系統中。
電阻值Rs的電阻元件104設在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，用于設定N型MOSFET106的漏極-源極電流Ids。
差動放大器105如下構成。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”)上經由Vdd端子102和電阻元件104之間的信號線反饋對應于交流信號的輸出。即，差動放大器105呈現放大增益為“1”的電壓輸出器結構。
進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間，預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，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。因此，作為在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預先生成的偏移電壓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具有用于控制導通/非導通的柵極(“控制電極”)、與Vdd端子102側的信號線連接的漏極(“第一電極”)、與電阻元件104側的信號線連接的源極(“第二電極”)，設在Vdd端子102和電阻元件104之間的信號線間，呈現所謂源極接地型的結構。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100M～數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狀態。進而，電阻元件107也可以置換為穩定地為導通狀態的晶體管。作為導通狀態的晶體管，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構成，而是使用差動放大器105構成。而且，三端子放大裝置100在Vdd端子102或Vout端子202產生對應于由負載電阻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。此外，在Vdd端子102或Vout端子202出現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gm的等級(rank)分類，所以可以使制造工序數的降低和成品率穩定化。進而，在J-FET中在高溫時容易產生柵極泄漏(gate leak)，這一點也不需要考慮。
進而，在現有的使用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整放大增益。
以上，根據本發明的三端子放大裝置100，可以容易地調整放大增益。
《差動放大器》基于圖3說明差動放大器105的詳細的結構。
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通/非導通的柵極(“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通/非導通的柵極(“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，連接柵極偏置且源極連接到Vdd端子的P型MOSFET110的漏極。此外，在差動晶體管對中，在漏極側連接由N型MOSFET114、115構成的電流鏡電路。
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基于上述結構，呈現如下的動作。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是電壓輸出器結構，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，反相輸入端子側提高預先生成的偏移電壓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中感應起對應于該漏極-源極電流Ids的差分的柵極-源極間電壓Vgs。其結果，在N型MOSFET106的源極和電阻元件104之間的連接點上，呈現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之間的連接點出現的信號由電阻元件104變換為電流。這里，N型MOSFET106的漏極經由負載電阻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。其結果，在Vout端子202上，出現對于輸入非反相輸入端子的交流信號相位反轉，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然可由負載電阻200的電阻值Rl調整。
<偏移電壓Vb>
圖4是在差動放大器105中構成差動晶體管對的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自身產生偏離電壓，通過使各個柵極13的尺寸不同可以預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預先設定低就可以。從而，與P型MOSFET112相比，通過將P型MOSFET113的柵極寬度W預先設定長，或將柵極長度L設定短，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對應于本申請技術方案3中記載的“放大裝置”。從而，作為與本申請技術方案3的對應，電阻元件108對應于“第四電阻元件”，電阻元件109對應于“第五電阻元件”。
電阻值Rb的電阻元件108設在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”的電壓輸出器結構，呈現放大增益為“(Ra+Rb)/Ra”的非反相放大器的結構。從而，在將輸入非反相輸入端子的交流信號的振幅設為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的大小在規格上有限制，以便不產生差動輸出的失真。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，所以差動放大器105的極性也逆轉。
＝＝＝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系統的結構的圖。
圖8是表示四端子放大裝置400的結構的圖。作為與本申請技術方案4的對應，Vin端子401對應于“第一端子”，Vdd端子402對應于“第二端子”，Gnd端子403對應于“第三端子”，Vdd2端子404對應于“第四端子”，負載電阻200對應于“第一電阻元件”，電阻元件405對應于“第二電阻元件”，差動放大器406對應于“差動放大器”，電阻元件408對應于“第三電阻元件”。而且，N型MOSFET407對應于本申請技術方案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”)上經由Vdd端子402和電阻元件405之間的信號線反饋對應于交流信號的輸出。即，差動放大器406呈現電壓輸出器結構。進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預先產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具有用于控制導通/非導通的柵極(“控制電極”)；連接到Vdd端子402側的信號線的漏極(“第一電極”)；以及連接到電阻元件405側的信號線的源極(“第二電極”)，設在Vdd端子402和電阻元件405之間的信號線間，呈現所謂源極接地型結構。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100M～數G(Ω)左右)的電阻元件408設在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通狀態的晶體管。
這里，由于四端子放大裝置400與三端子放大裝置100基本上結構相同，所以與三端子放大裝置100的情況同樣得到容易調整放大增益的效果。在四端子放大裝置400的結構中，與三端子放大裝置100大不相同之處在于設置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，其結果，產生的噪聲分量與出現在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，源電壓特性優良，同時出現在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系統的結構的圖。
圖10是表示四端子放大裝置500的結構的圖。作為與本申請技術方案6的對應，Vin端子501對應于“第一端子”，Vdd端子502對應于“第二端子”，Gnd端子503對應于“第三端子”，Vout端子504對應于“第四端子”，負載電阻505對應于“第一電阻元件”，電阻元件506對應于“第二電阻元件”，差動放大器507對應于“差動放大器”，電阻元件509對應于“第三電阻元件”。而且，N型MOSFET508對應于本申請技術方案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”)上經由負載電阻505和電阻元件506之間的信號線反饋對應于交流信號的輸出。即，差動放大器507呈現電壓輸出器結構。進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預先產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具有用于控制導通/非導通的柵極(“控制電極”)；連接到負載電阻505側的信號線的漏極(“第一電極”)；以及連接到電阻元件506側的信號線的源極(“第二電極”)，設在負載電阻505和電阻元件506之間的信號線間，呈現所謂源極接地型的結構。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100M～數G(Ω)左右)的電阻元件509設在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通狀態的晶體管。
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基本上結構相同，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整放大增益的效果。在四端子放大裝置500的結構中，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置Vout端子504，進而將外置的負載電阻505內置。
從而，在四端子放大裝置500的內部，可以根據要求的放大增益預先設定負載電阻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的結構的圖。
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，同時新設置了電阻元件510、511的情況。作為與本申請技術方案8的對應，電阻元件510對應于“第一電阻元件”，電阻元件511對應于“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”)上經由電阻值Rc的電阻元件510反饋對應于交流信號的輸出。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呈現放大增益為“(Rc+Rd)/Rc”的非反相放大器的結構。進而，在非反相輸入端子和反相輸入端子之間預先產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調整放大增益，所以與上述實施方式同樣得到容易調整放大增益的效果。此外，在不設置N型MOSFET508這一點上簡化了結構。
<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。
以上，說明了本發明的實施方式，但上述實施方式用于使本發明容易理解，而不是限定解釋本發明。本發明主要不脫離其宗旨，可以得到變更/改良，同時本發明中也包含其等價結構。
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內可處理的電平的初級放大器。
權利要求
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，預先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準的、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通/非導通的控制電極、連接到所述第二端子側的信號線的第一電極、以及連接到所述第二電阻元件側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，在所述第二端子產生根據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，預先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準的、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通/非導通的控制電極、連接到所述第二端子側的信號線的第一電極、連接到所述第二電阻元件側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，在所述第二端子產生根據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，預先生成以所述一個輸入端子的電位為基準的、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通/非導通的控制電極、連接到所述第一電阻元件側的信號線的第一電極、連接到所述第二電阻元件側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，在所述第四端子產生根據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由第一電阻元件反饋對應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，預先生成以所述一個輸入端子的接地電位為基準的、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通/非導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通/非導通的第二控制電極連接的第二晶體管構成，使所述第一以及所述第二控制電極各自的尺寸不同而預先生成所述偏離電壓。
10.如權利要求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導通狀態的晶體管。
11.如權利要求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中的一個電極預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的交流信號被輸入所述第一端子。
全文摘要
一種容易地調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由第二端子和第二電阻元件之間的信號線反饋對應于交流信號的輸出，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 優先權日2004年8月26日
發明者小島弘, 桐由紀 申請人:三洋電機株式會社