放大器以及信号处理装置 |
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| 申请号 | CN201280029737.5 | 申请日 | 2012-06-12 | 公开(公告)号 | CN103797710B | 公开(公告)日 | 2017-09-22 |
| 申请人 | 三菱电机株式会社; | 发明人 | 加贺野未来; 真壁和也; 尾込智和; 中西隆仁; 美浓部正; 伊藤俊; | ||||
| 摘要 | 在 开关 （SW1）被设定为切断、开关（SW2）被设定为接通的情况下，SigOut 端子 （205）的 电压 稳定在基准电压，对电容器（C1）施加偏置电压。开关（SW2）从接通变为切断，由此，利用保持在电容器（C1）的偏置电压，从SigIn端子（201）输入的检测 信号 以基准电压为基准被放大，放大信号从SigOut端子（205）输出。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种放大器，具备： |
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| 说明书全文 | 放大器以及信号处理装置技术领域背景技术[0002] 磁传感器装置是使用具有电阻值根据施加磁场而变化的性质的磁阻效应元件来检测被检测体的磁性图（magnetic pattern）的传感器装置。因为纸币等被检测体所具有的磁性图的磁化量微小，所以，磁阻效应元件的电阻值的变化是微小的。因此，在使用进行桥连接的磁阻元件的磁传感器装置中，从进行桥连接的磁阻效应元件的中点取出的中点电压是微小的，例如，需要以1000倍等的高增益进行放大。 [0003] 从进行桥连接的磁阻效应元件的中点取出的中点电压会由于磁阻效应元件的个体的偏差、电源电压的变动或温度的变动而变动。因此，当以高增益放大中点电压时，导致放大器的饱和，得不到正确的检测波形。因此，在专利文献1和2公开的技术中，除去直流成分，只对变化部分进行放大。此外，在专利文献3至6公开的技术中，除去失调电压（offset voltage），只对变化部分进行放大。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本实开平05－085060号公报； [0007] 专利文献2：日本特开2000－162296号公报； [0008] 专利文献3：日本特开2010－223862号公报； [0009] 专利文献4：日本特开平8－287802号公报； [0010] 专利文献5：日本特开2000－195003号公报； [0011] 专利文献6：日本特开2001－16052号公报。 发明内容[0012] 发明要解决的课题 [0013] 例如，在专利文献1公开的技术中，使用截止频率由静电电容和电阻值决定的高通滤波器除去检测信号的直流信号。但是，在检测信号中包含低频成分的情况下，需要具有μF量级的大的静电电容的电容器，信号处理电路变得大型化。 [0014] 本发明是鉴于上述那样的情况而完成的，其目的在于使能对包含低频成分的输入信号进行放大的放大器和信号处理装置小型化。 [0015] 用于解决课题的方案 [0016] 为了达成上述目的，本发明的放大器具备第一电阻、第一运算放大器、第二电阻、第二运算放大器、第一电容器、第一开关、第三电阻、第二开关以及控制电路。输入信号从信号输入端子经由第一电阻输入到第一运算放大器的反转输入端子。第二电阻的一端与第一运算放大器的反转输入端子连接，另一端与第一运算放大器的输出端子连接。在第二运算放大器的非反转输入端子输入规定的基准电压，第二运算放大器的输出端子与第一运算放大器的非反转输入端子连接。第一电容器的一端与第二运算放大器的反转输入端子连接，另一端与第二运算放大器的输出端子连接。第一开关的一端与第二运算放大器的反转输入端子连接，另一端与第二运算放大器的输出端子连接。第三电阻和第二开关串联连接，一端与第一运算放大器的输出端子连接，另一端与第二运算放大器的反转输入端子连接。控制电路接受放大器控制信号的输入，基于放大器控制信号，以规定的顺序切换第一开关和第二开关的接通（ON）和切断（OFF）。利用控制电路的切换处理，第一运算放大器以基准电压为基准对输入信号进行放大，从与第一运算放大器的输出端子连接的信号输出端子输出放大信号。 [0017] 发明效果 [0019] 图1是示出本发明的实施方式1的放大器的构成例的图。 [0020] 图2是示出实施方式1的放大器的不同的构成例的图。 [0021] 图3是示出实施方式1的放大器的不同的构成例的图。 [0022] 图4是示出实施方式1的信号处理装置的构成例的图。 [0023] 图5是示出实施方式1的信号处理装置进行的信号处理的动作的一个例子的流程图。 [0024] 图6是实施方式1中的开关的状态转变图。 [0025] 图7是示出实施方式1的放大器的SigOut端子的中点电压校正时的电压波形的图。 [0026] 图8是示出实施方式1的放大器的中点电压校正时的频率特性的图。 [0027] 图9是实施方式1中的各控制信号的时序图。 [0028] 图10是示出实施方式1的放大器的通常模式中的信号读出时的频率特性的图。 [0029] 图11是示出实施方式1的信号处理装置中的无用波抑制（unnecessary-wave suppression）的处理的图。 [0030] 图12是示出实施方式1的放大器的SigOut端子的高速模式中的电压波形的图。 [0031] 图13是示出实施方式1的放大器的高速模式中的信号读出时的频率特性的图。 [0032] 图14是示出实施方式1的信号处理装置的不同的构成例的图。 [0033] 图15是示出本发明的实施方式2的信号处理装置具备的差动放大器的中点电压的偏差的图。 [0034] 图16是示出本发明的实施方式3的放大器的构成例的图。 [0035] 图17是实施方式3中的开关的状态转变图。 [0036] 图18是示出本发明的实施方式4的放大器的构成例的图。 [0037] 图19是实施方式4中的开关的状态转变图。 [0038] 图20是本发明的实施方式5的放大器具备的互补型开关的电路图。 [0039] 图21是示出本发明的实施方式6的信号处理装置的构成例的图。 [0040] 图22是示出本发明的实施方式7的信号处理装置的构成例的图。 [0041] 图23是本发明的实施方式8中的各控制信号的时序图。 [0042] 图24是实施方式8中的各控制信号的不同的时序图。 [0043] 图25是本发明的实施方式9中的开关的状态转变图。 [0044] 图26是实施方式9中的开关的状态转变图。 [0045] 图27是实施方式9中的开关的状态转变图。 具体实施方式[0046] 以下，参照附图详细地对本发明的实施方式进行说明。另外，在图中，对相同或等同的部分标注相同的附图标记。 [0047] （实施方式1） [0048] 图1是示出本发明的实施方式1的放大器的构成例的图。使用图1，对本发明的实施方式1的放大器放大输入信号的原理进行说明。放大器20具备由运算放大器（以下，称为“op-amp”）Op1构成的电压跟随放大器202、反转放大器203、DC反馈电路204以及控制电路207。输入信号从作为信号输入端子的SigIn端子201输入，经由电压跟随放大器202输入到反转放大器203。反转放大器203具备的运算放大器Op2（第一运算放大器）的非反转输入端子的电位由DC反馈电路204决定。 [0049] 反转放大器203具备电阻R1（第一电阻）、电阻R2（第二电阻）以及运算放大器Op2。电阻R1位于电压跟随放大器202的输出端子与运算放大器Op2的反转输入端子之间，电阻R2的一端与运算放大器Op2的反转输入端子连接，另一端与运算放大器Op2的输出端子连接。 [0050] DC反馈电路204具备运算放大器Op3（第二运算放大器）、电容器C1（第一电容器）、开关SW1（第一开关）、电阻R3（第三电阻）、开关SW2（第二开关）以及电阻R5、R6。电阻R3和开关SW2串联连接，一端与运算放大器Op2的输出端子连接，另一端与运算放大器Op3的反转输入端子连接。在运算放大器Op3的非反转输入端子输入用电阻R5和电阻R6对直流电源1的电压进行分压的值即基准电压（在图中为RefIn）。 [0051] 例如，将以串联方式连接90个500Ω的电阻而得到的45kΩ的电阻作为串联连接的电阻R5、R6来使用，能通过未图示的开关改变电阻R5、R6各自的电阻值。例如，在情形1的情况下，电阻R5的电阻值为28.5kΩ，电阻R6的电阻值为16.5kΩ。此外，在情形2的情况下，电阻R5的电阻值为22.5kΩ，电阻R6的电阻值为22.5kΩ。当使直流电源1为4.5V时，情形1的情况下的基准电压为1.65V，情形2的情况下的基准电压为2.25V。 [0052] 电容器C1和开关SW1各自的一端与运算放大器Op3的反转输入端子连接，另一端与运算放大器Op3的输出端子连接。运算放大器Op1、Op2、Op3分别与IC用电源206连接。另外，在图1中，对于运算放大器Op2、Op3，省略了向IC用电源206的连接的记载。反转放大器203与DC反馈电路204形成DC钳位放大器。 [0053] 控制电路207接受作为放大器控制信号的NOM信号和CLA信号的输入，将NOM信号发送到开关SW1，将CLA信号发送到开关SW2。开关SW1、SW2分别基于NOM信号、CLA信号的信号电平，切换接通和切断。通过控制电路207的切换处理，以规定的顺序切换开关SW1、SW2的接通和切断，由此，在运算放大器Op2中输入信号被放大，经由作为信号输出端子的SigOut端子205输出放大信号。 [0054] 图2是示出实施方式1的放大器的不同的构成例的图。图2所示的放大器20除了图1所示的放大器20的结构以外，还具备与电阻R2并联连接的电容器C2（第二电容器）。通过设置电容器C2，从而确保反转放大器203的相位余量。 [0055] 图3是示出实施方式1的放大器的不同的构成例的图。图3所示的放大器20除了图2所示的放大器20的结构以外，还具备电阻R4（第四电阻）和开关SW3（第三开关）。电阻R4和开关SW3串联连接，一端与运算放大器Op2的输出端子连接，另一端与运算放大器Op3的反转输入端子连接。图3的放大器20能进行伺服动作，反转放大器203和DC反馈电路204形成DC钳位伺服放大器。另外，在省略了电容器C2的情况下的相位余量满足所要求的性能的情况下，能省略电容器C2而谋求放大器20的小型化。这在后述的实施方式中也是同样的。 [0056] 控制电路207接受作为放大器控制信号的NOM信号、SER信号以及CLA信号的输入，将NOM信号发送到开关SW1，将SER信号发送到开关SW2，将CLA信号发送到开关SW3。开关SW1、SW2、SW3分别基于NOM信号、SER信号、CLA信号的信号电平来切换接通和切断。 [0057] 图4是示出实施方式1的信号处理装置的构成例的图。图4是在磁传感器装置中使用的信号处理装置的例子。信号处理装置具备传感器部100、感测部13、读出控制电路14、放大IC（Integrated Circuit：集成电路）16、差动放大器15、ADC（Analogue-to-Digital Converter：AD变换器）11以及数字信号处理电路（Digital Signal Processor，以下，称为DSP）12。纸币等被检测体在未图示的传送路径上传送。 [0058] 信号处理装置使用进行桥连接的MR（MagnetoResistance effect：磁阻效应）元件2、3作为检测元件，该检测元件检测根据被检测体而变化的规定的物理量，输出电压与规定的物理量的变化对应地变化的检测信号。MR元件2和MR元件3进行桥连接，MR元件2的一端与直流电源1连接，MR元件3的一端接地。MR元件2、3的中点电压作为检测信号被输出。MR芯片 10具备多个进行桥连接的MR元件2、3。传感器部100例如具备呈线状配置的多个MR芯片10。 MR元件2、3在检测区域包含传送路径的至少一部分，能检测由于被检测体通过传送路径而产生的规定的物理量的变化。虽然MR元件2a、3a分别与MR元件2、3的结构相同，但是，在检测区域不包含传送路径的任何部分。 [0059] 放大IC16具备信道放大器（channel amplifier）4、4a、信道开关（channel switch）5、5a、输出放大器6、6a、输出缓冲器7、7a、输出开关8、8a以及信道控制电路9。信道CH1～CH39的信道放大器4分别与MR元件2、3的连接点连接，CH40的信道放大器4a与MR元件2a、3a的连接点连接。多个信道放大器4的输出分别经由信道开关5输入到输出放大器6，信道放大器4a的输出经由信道开关5a输入到输出放大器6a。输出放大器6的输出分别输入到输出缓冲器7，输出放大器6a的输出输入到输出缓冲器7a。输出开关8分别与输出缓冲器7连接，输出开关8a与输出缓冲器7a连接。 [0060] 感测部13感测被检测体向传送路径的进入，将表示被检测体是否进入传送路径的感测信号输出到读出控制电路14。读出控制电路14将信号电平基于感测信号而变化的放大器控制信号发送到信道放大器4和输出放大器6。此外，读出控制电路14将信号电平基于感测信号而变化的信道控制信号即读出控制用的SI信号发送到信道控制电路9和DSP12，将作为信道控制信号的表示读入定时的CLＫ信号发送到信道控制电路9、ADC11和DSP12。 [0061] 信道放大器4具有图1至图3的任一个所示的放大器20。图4中所示的信道放大器4具有的放大器意味着DC钳位放大器或DC钳位伺服放大器。信道放大器4基于从读出控制电路14发送的放大器控制信号按照规定的顺序切换放大器20具备的开关的接通和切断，由此，对检测信号进行放大，输出放大信号。各信道开关5基于信道控制电路9基于SI信号和CLＫ信号输出的开关控制信号按照规定的顺序切换接通和切断。通过以规定的顺序切换各信道开关5的接通和切断，从而例如按每20信道左右，各信道放大器4输出的放大信号以规定的顺序输入到输出放大器6。例如，分别按顺序将CH1～CH39的各信道开关5从切断切换到接通，经过一定时间后切换到切断。 [0062] 输出放大器6具有图1至图3的任一个所示的放大器20。图4中所示的输出放大器6具有的放大器意味着DC钳位放大器或DC钳位伺服放大器。输出放大器6基于从读出控制电路14发送的放大器控制信号以规定的顺序切换放大器20具备的开关的接通和切断，由此，对放大信号进行放大，输出到输出缓冲器7。各输出开关8基于信道控制电路9基于CLＫ信号输出的开关控制信号以规定的顺序切换接通和切断。通过以规定的顺序切换各输出开关8的接通和切断，从而在输出放大器6中放大的放大信号被串行变换（serial conversion）。信道开关5、输出放大器6、输出缓冲器7、输出开关8以及控制电路信道控制电路9进行联动而作为串并联变换部进行动作，从而放大信号被串行变换，作为串行信号（serial signal）的SIG信号被输入到差动放大器15。 [0063] 信道放大器4a是与信道放大器4相同的结构。信道开关5a可以始终设为接通状态，也可以构成为与各信道开关5的接通/切断同步地反复进行接通/切断。输出放大器6a是与输出放大器6相同的结构。输出缓冲器7a是与输出缓冲器7相同的结构。输出开关8a可以始终设为接通状态，也可以构成为与各信道开关8的接通/切断同步地反复进行接通/切断。作为MR元件2a、3a的中点电压的检测信号在信道放大器4a和输出放大器6a中被放大，作为RS信号被输入到差动放大器15。 [0064] 差动放大器15对SIG信号与RS信号的差分进行放大，输出到ADC11。ADC11基于CLＫ信号，对差动放大器15的输出进行数字变换，发送到DSP12。DSP12基于SI信号和CLＫ信号进行规定的信号处理。 [0065] 图5是示出实施方式1的信号处理装置进行的信号处理的动作的一个例子的流程图。图6是实施方式1中的开关的状态转变图。在图6中，在信号处理的各步骤中，用接通或切断表示放大器20具有的各开关的状态，用H（高）或L（低）表示用于控制开关的放大器控制信号的电平。使用图5和图6对信号处理装置的动作进行说明。在此，信道放大器4、4a以及输出放大器6、6a具有图3所示的放大器20。 [0066] 首先，对不使DC反馈电路204进行伺服动作的通常模式进行说明。信道放大器4、4a以及输出放大器6、6a具有的放大器20进行初始调整（步骤S1）。在步骤S1中，信道放大器4、4a以及输出放大器6、6a分别具有的放大器20的开关SW1被设定为接通，开关SW2、SW3被设定为切断。此时，DC反馈电路204成为与电压跟随放大器206相同的结构，基准电压施加在运算放大器Op2的非反转输入端子，将输入到SigIn端子201的信号的DC电位与将电阻R2的电阻值除以电阻R1的电阻值所得到的值相乘后的放大信号从SigOut端子205输出。步骤S1中的基准电压为2.25V。 [0067] 感测部13进行被检测体是否进入到传送路径的感测（步骤S2）。在被检测体没有进入传送路径的情况下（步骤S3：否），继续进行步骤S2的感测处理。在感测到被检测体进入传送路径的情况下（步骤S3：是），感测部13的感测信号成为H电平，开关SW3从切断切换到接通。此外，基准电压变成1.65V。 [0068] 然后，信道放大器4、4a以及输出放大器6、6a具有的放大器20进行中点电压校正（步骤S4）。在放大器20中，开关SW1、SW2被设定为切断、开关SW3被设定为接通的情况下，以SigOut端子205的电压与基准电压1.65V一致的方式施加反馈，因此，SigOut端子205的电压稳定在基准电压的1.65V。图7是示出实施方式1的放大器的SigOut端子的中点电压校正时的电压波形的图。图7的上部示出SigOut端子的电压波形，图7的下部示出CLA信号的变化。在CLA信号为H电平时，开关SW3是接通的状态。例如，当使电容器C1的静电电容为60pF、使电阻R4的电阻值为500Ω时，开关SW3从切断切换到接通之后起在大约20微秒的短的时间，SigOut端子205的电压稳定为1.65V。 [0069] 图8是示出实施方式1的放大器的中点电压校正时的频率特性的图。在上述例子的情况下，放大器20的截止频率的下限为1MHz左右以上，较高，因此，低频成分不能通过放大器20。 [0070] 在步骤S4中，在SigOut端子205的电压稳定在1.65V时，施加在电容器C1的电压作为偏置电压被保持。此后，CLA信号变成L电平，开关SW3从接通切换为切断。图9是实施方式1中的各控制信号的时序图。在感测信号变成H电平之后，CLA信号变成H电平。并且，CLA信号在经过一定时间后变成L电平。 [0071] 信号处理装置进行读出处理（步骤S5）。读出控制电路14以作为信道控制信号的SI信号变成H电平的方式进行控制。如图9所示，在CLA信号经过一定时间后变成L电平之后，SI信号变成H电平。 [0072] 在步骤S5～S9中，开关SW1、SW2、SW3被设定为切断，放大器20利用被电容器C1保持的偏置电压进行动作。储蓄在电容器C1的电荷泄漏到电路等，由此，电容器C1的偏置电压变化。但是，例如，在读取纸币等被检测体的情况下，当传送速度为0.5m/秒～2m/秒时，在100毫秒左右的期间，能保持偏置电压即可。例如，在将使用了MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：MOS场效应晶体管）的运算放大器用于运算放大器Op3的情况下，只要电容器C1的静电电容为几十pF，就能在被检测体的读取所需的时间保持偏置电压。图10是示出实施方式1的放大器的通常模式中的信号读出时的频率特性的图。信号读出时的放大器20的通带变成几Hz～1MHz，能放大低频成分。 [0073] 在步骤S5中，各信道放大器4除去作为各MR元件2、3的中点电压的检测信号的直流成分，以基准电压为基准对检测信号进行放大。各输出放大器6与信道放大器4同样地，通过切换信道开关5的接通和切断，从而对按顺序输入的放大信号除去直流成分，以基准电压为基准进行放大。通过以规定的顺序切换输出开关8的接通和切断，从而如图9的最下部所示，输出放大器6输出的被放大的放大信号按顺序作为SIG信号输入到差动放大器15。图9中的各数字表示信道的号码。 [0074] 此外，信道放大器4a除去作为MR元件2a、3a的中点电压的检测信号的直流成分，以基准电压为基准对检测信号进行放大。输出放大器6a与信道放大器4a同样地，对放大信号除去直流成分，以基准电压为基准进行放大。使输出放大器6a的输出为RS信号。 [0075] 差动放大器15进行无用成分的抑制（步骤S6）。因为MR元件2a、3a的检测区域不包含传送路径的任何部分，所以，CH40的检测信号由直流成分和由于电源电压变动、时钟的干扰等而重叠的无用成分构成。另一方面，CH1～CH39的检测信号由直流成分、交流成分以及无用成分构成。因为MR元件2a、3a与MR元件2、3一同呈线状形成在传感器部100，所以，CH40的检测信号包含的无用成分是与其它信道的检测信号包含的无用成分大致同相的信号。 [0076] 图11是示出实施方式1的信号处理装置中的无用波抑制的处理的图。差动放大器15对SIG信号与RS信号的差分进行放大。如CH1读出期间中的A部分所示，在SIG信号和RS信号的每一个重叠有同相且振幅相同的无用成分的情况下，消除了无用成分的信号从差动放大器15输出。此外，如CH2读出期间中的B部分所示，在SIG信号和RS信号的每一个重叠有同相且振幅相互不同的无用成分的情况下，抑制了无用成分的信号从差动放大器15输出。即，重叠在SIG信号和RS信号的同相的无用成分被差动放大器15抑制，改善了S/N比（Signal-to-Noise ratio：信噪比）的信号从差动放大器15输出。 [0077] ADC11对从差动放大器15输出的信号进行数字变换（步骤S7），发送到DSP12。DSP12保存ADC11输出的数字信号（步骤S8）。在未重复进行根据纸币等被检测体的通过期间所决定的规定的次数的读出处理的情况下（步骤S9：否），返回到步骤S5，重复进行读出处理。在重复进行规定的次数的读出处理的情况下（步骤S9：是），返回到步骤S2，进行纸币的感测处理。信号处理装置反复进行上述的处理。 [0078] DSP12在任意的定时对在上述的信号处理的步骤S8中保存的数字信号进行信号处理，作为磁传感器检测数据而输出。 [0079] 在检测信号的频率特性未集中在几十kHz以上的高频带侧的情况下，放大器20不需要进行后述的使DC反馈电路204进行伺服动作的高速模式中的动作。因此，信道放大器4、4a也可以以具备图1或图2的放大器20的方式构成。在该情况下，在图1或图2的放大器20中，像图5所示的那样与图3的放大器20的开关SW1、SW3同样地分别切换开关SW1、SW2的接通和切断，由此，能像上述那样进行信号处理的动作。 [0080] 接着，对使DC反馈电路204进行伺服动作的高速模式中的动作进行说明。在检测信号包含的频率成分为几十kHz以上的情况下，使信道放大器4、4a具有的放大器20的DC反馈电路204以由电容器C1的静电电容和电阻R3的电阻值决定的时间常数进行伺服动作，由此，能使放大器20的SigOut端子205的电压稳定在基准电压。为了与图5所示的通常模式的步骤S2以后的各步骤进行区分，将高速模式中的各步骤设为步骤S2’～S9’。高速模式的情况下的步骤S1中的开关状态与通常模式相同。 [0081] 在高速模式中，在初始调整结束后，读出控制电路14使SER信号为H电平，在步骤S2’～S9’中，开关SW2被设定为接通。图12是示出实施方式1的放大器的SigOut端子的高速模式中的电压波形的图。在将开关SW1、SW3设定为切断、将开关SW2设定为接通而使DC反馈电路204进行伺服动作的情况下，直到SigOut端子205的电压稳定在1.65V为止需要几百微秒。与通常模式同样地，为了在几十微秒左右的时间使SigOut端子205的电压稳定，在步骤S3’中感测部13检测到被检测体的情况下，需要使感测部13的感测信号为H电平、将开关SW3从切断切换到接通。 [0082] 在高速模式中，放大器20的中点电压校正时的频率特性与图8相同，低频成分不能通过放大器20。此后，CLA信号变成L电平，开关SW3从接通切换到切断。在步骤S5’以后，开关SW1、SW3被设定为切断，开关SW2被设定为接通，因此，SigOut端子205的电压持续稳定在基准电压的状态。图13是示出实施方式1的放大器的高速模式中的信号读出时的频率特性的图。当使电容器C1的静电电容为60pF、电阻R3的电阻值为5MΩ时，放大器20的通带的下限为几十kHz以上，能对检测信号包含的频率成分进行放大。 [0083] 信道放大器4、4a与通常模式同样地，除去检测信号的直流成分，以基准电压为基准放大并输出检测信号。信号处理装置与通常模式同样地，进行后续的处理。 [0084] 输出放大器6、6a具备的放大器20在高速模式的情况下也进行与通常模式的情况同样的动作，DC反馈电路204不进行伺服动作。这是为了避免由于信道放大器4、4a以及信道开关5、5a的动作的偏差而造成的按顺序读入各信道的放大信号时的不稳定的动作。在输出放大器6、6a具备的放大器20中，DC反馈电路204不进行伺服动作，因此，输出放大器6、6a也可以构成为具备图1或图2所示的放大器20。 [0085] 图14是示出实施方式1的信号处理装置的不同的构成例的图。在图4中，输出缓冲器7、7a分别设置在输出放大器6、6a与输出开关8、8a之间，但是，也可以在输出开关8、8a与差动放大器15之间设置输出缓冲器7、7a。因为输出缓冲器7的数量减为一个，所以，能进行信号处理装置的小型化，还能抑制信号处理装置的功耗。此外，能降低输出开关8、8a的接通电阻对差动放大器15的影响。 [0086] 像以上说明的那样，在本实施方式1中，以规定的顺序切换放大器20具备的开关的接通和切断，由此，能除去检测信号的直流成分，以基准电压为基准对检测信号进行放大。在通常模式中，能得到低频成分也被放大的输出，在高速模式中，能以更稳定的状态放大检测信号。此外，通过除去检测信号的直流成分，从而各MR元件2、3的中点电压的偏差被校正，因此，在呈线状配置MR元件2、3的情况下，能从信号处理装置得到稳定的输出。 [0087] 在本实施方式1中，放大器20包含的电容器C1、C2的静电电容为几十pF，较小，可得到安装面积小的小型的放大器20和信号处理装置。此外，因为静电电容小，所以，能作为IC的构成要素，通过与各运算放大器和各电阻一同进行IC芯片化，从而能使放大器20和信号处理装置小型化。 [0088] 在本实施方式1中，以使用MR元件2、2a、3、3a作为检测元件的情况为例进行了说明。实施方式1的结构也能应用于例如像图像传感器装置那样使用具有多个光接收元件的检测元件的信号处理装置。 [0089] （实施方式2） [0090] 图15是示出本发明的实施方式2的信号处理装置具备的差动放大器的中点电压的偏差的图。在图4或图14所示的信号处理装置中，示出使作为信号处理装置整体的增益的总增益固定而使信道放大器4、4a、输出放大器6、6a以及差动放大器15的增益变化的情况下的信号读出时的差动放大器15的输出的中点电压的偏差。 [0091] 在实施方式1的放大器20中，在中点电压校正时，通过运算放大器Op3的动作，以使输入到运算放大器Op3的反转输入端子的SigOut端子205的电压与输入到Op3的非反转输入端子的基准电压相同的方式决定运算放大器Op3的输出电压。虽然运算放大器Op1、Op2的DC偏移（offset）减低，但是，因为运算放大器Op3的DC偏移不被校正，所以，SigOut端子205的电压从基准电压变动运算放大器Op3的DC偏移的量。信道放大器4、4a的输出中的变动在输出放大器6、6a和差动放大器15中被放大。被放大的变动在中点电压校正以后的处理中不被校正。 [0092] 在要实现某个总增益的情况下，如模型3所示，在使信道放大器4、4a的增益比输出放大器6、6a和差动放大器15的增益大的情况下，能抑制上述变动的放大，能抑制差动放大器15的输出的中点电压的偏差。 [0093] 此外，如模型3所示，在使输出放大器6、6a的增益比差动放大器15的增益大的情况下，能抑制由信道放大器4、4a和输出放大器6、6a的DC偏移造成的输出的变动的放大，能抑制差动动放大器15的输出的中点电压的偏差。 [0094] 像以上说明的那样，在本实施方式2中，通过使信道放大器4、4a的增益比输出放大器6、6a和差动放大器15的增益大，从而能减低信号处理装置的输出的变动。 [0095] （实施方式3） [0096] 图16是示出本发明的实施方式3的放大器的构成例的图。实施方式3的信号处理装置的结构与实施方式1相同，信道放大器4、4a具备图16所示的放大器20，输出放大器6、6a具备图1或图2所示的放大器20。图16所示的放大器20除了图2所示的放大器20的结构以外，还具备开关SW3和开关SW4（第四开关）。开关SW3切换运算放大器Op2的输出端子与SigOut端子205之间的连接的接通和切断。开关SW4的一端连接在电压跟随放大器202的输出端子与电阻R1之间，另一端连接在开关SW3与SigOut端子205之间。 [0097] 控制电路207接受作为放大器控制信号的NOM信号、CLA信号、NOM2B信号以及NOM2信号的输入，将NOM信号发送到开关SW1，将CLA信号发送到开关SW2，将NOM2B信号发送到开关SW3，将NOM2信号发送到开关SW4。开关SW1、SW2、SW3、SW4分别基于NOM信号、CLA信号、NOM2B信号以及NOM2信号的信号电平，切换接通和切断。 [0098] 图17是实施方式3中的开关的状态转变图。在初始调整时，信号处理装置的总增益只要有几十倍即可。在初始调整时，如图18所示，使开关SW4接通、使开关SW2、SW3切断，由此，能降低信道放大器4、4a的增益而防止电路的饱和。此外，因为在初始调整时不需要运算放大器Op2、Op3，所以，通过不供给运算放大器Op2、Op3的偏置电流，从而能减低功耗。在初始调整时，开关SW1可以接通，也可以切断。 [0099] 像以上说明的那样，在本实施方式3中，在使信道放大器4、4a的增益比输出放大器6、6a和差动放大器15的增益大的情况下，能在初始调整时防止电路饱和，能降低信号处理装置的功耗。 [0100] （实施方式4） [0101] 图18是示出本发明的实施方式4的放大器的构成例的图。实施方式4的信号处理装置的结构与实施方式1相同，信道放大器4、4a具备图18所示的放大器20，输出放大器6、6a具备图3所示的放大器20。图18所示的放大器20除了图3所示的放大器20的结构以外，还具备开关SW4和开关SW5（第五开关）。开关SW4切换运算放大器Op2的输出端子与SigOut端子205之间的连接的接通和切断。开关SW5的一端连接在电压跟随放大器202的输出端子与电阻R1之间，另一端连接在开关SW4与SigOut端子205之间。 [0102] 控制电路207接受作为放大器控制信号的NOM信号、SER信号、CLA信号、NOM2B信号以及NOM2信号的输入，将NOM信号发送到开关SW1，将SER信号发送到开关SW2，将CLA信号发送到开关SW3，将NOM2B信号发送到开关SW4，将NOM2信号发送到开关SW5。开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5分别基于NOM信号、CLA信号、SER信号、NOM2B信号以及NOM2信号的信号电平，切换接通和切断。 [0103] 图19是实施方式4中的开关的状态转变图。在初始调整时，只要信号处理装置的总增益有几十倍即可。在初始调整时，如图19所示，通过使开关SW5接通、使开关SW2、SW3、SW4切断，从而能降低信道放大器4、4a的增益而防止电路的饱和。此外，因为在初始调整时不需要运算放大器Op2、Op3，所以，通过不施加基准电压，从而能降低功耗。在初始调整时，开关SW1可以接通，也可以切断。 [0104] 像以上说明的那样，在本实施方式4中，在使信道放大器4、4a的增益比输出放大器6、6a和差动放大器15的增益大的情况下，能在初始调整时防止电路饱和，能减低信号处理装置的功耗。 [0105] （实施方式5） [0106] 图20是本发明的实施方式5的放大器具备的互补型开关的电路图。在实施方式5中，作为实施方式1至4的放大器20具备的利用CLA信号来切换接通和切断的开关，使用图20所示的互补型开关。互补型开关是组合了N型MOSFET和P型MOSFET的电路。在SW－CONT端子输入CLA信号，切换VIN－VOUT间的接通和切断。 [0107] 通过使用图20所示那样的互补型开关，从而能抑制起因于中点电压校正时的开关的储蓄在电容器C1的电荷的变动，能抑制SigOut端子205的电压的变动。而且，能降低差动放大器15的输出的中点电压的偏差。 [0108] 像以上说明的那样，在本实施方式5中，使用互补型开关作为利用CLA信号来切换接通和切断的开关，由此，能降低信号处理装置的输出的变动。 [0109] （实施方式6） [0110] 图21是示出本发明的实施方式6的信号处理装置的构成例的图。与图4或图14所示的实施方式1的信号处理装置不同，CH1～CH40的各MR元件2、3在检测区域包括传送路径的至少一部分，CH40的检测信号也经由信道放大器4和信道开关5输入到输出放大器6。而且，CH1～CH40的检测信号包含在SIG信号中。差动放大器15对SIG信号与规定的电压的差分进行放大，发送到ADC11。在检测信号包含的无用成分小的情况或不要求信号处理装置的输出信号的S/N比的改善的情况下，能使用如图21所示的信号处理装置。 [0111] 像以上说明的那样，在本实施方式6中，因为MR芯片10的所有的信道的检测信号包含在SIG信号中，所以，能提高被检测体的分辨率、扩大读取范围。 [0112] （实施方式7） [0113] 图22是示出本发明的实施方式7的信号处理装置的构成例的图。实施方式7的信号处理装置具有的放大IC17具备设置在信道放大器4a与输出放大器6之间的信道开关5和设置在信道放大器4a与输出放大器6a之间的信道开关5b。与信道放大器4a连接的信道开关5利用信道控制电路9输出的开关控制信号来切换接通和切断。信道开关5b利用表示信道放大器4a是否与在检测区域不包括传送路径的任何部分的MR元件2a、3a连接的RSONL信号来切换接通和切断。 [0114] 如图22所示，在信道放大器4a与在检测区域不包括传送路径的任何部分的MR元件2a、3a连接的情况下，信道开关5b被设定为接通。在信道放大器4a与在检测区域包括传送路径的至少一部分的MR元件2、3连接的情况下，信道开关5b被设定为切断。虽然在图中仅CH40的信道放大器4a与信道开关5和信道开关5b连接，但是，对于CH20，也可以做成同样的结构。 在该情况下，能只使用一种MR芯片10构成传感器部100。 [0115] 当在RSONL信号为L电平的情况下使信道开关5b接通、在RSONL信号为H电平的情况下使信道开关5b切断时，通过将RSONL信号的端子上拉（pull up），从而只在信道放大器4a与MR元件2a、3a连接的情况下将该端子接地即可，安装变得容易。通过做成上述那样的结构，从而在存在检测区域不包括传送路径的任何部分的MR元件2a、3a的情况下，差动放大器15对SIG信号与RS信号或规定的电压的差分进行放大并输出，在不存在检测区域不包括传送路径的任何部分的检测元件的情况下，差动放大器15对SIG信号与规定的电压的差分进行放大并输出。 [0116] 像以上说明的那样，在本实施方式7中，能通过一种MR芯片10构成传感器部100，此外，放大IC17的安装也变得容易。 [0117] （实施方式8） [0118] 图23是本发明的实施方式8中的各控制信号的时序图。本实施方式8的信号处理装置是在图4或图14所示的实施方式1的信号处理装置中使控制信道放大器4、4a和输出放大器6、6a的CLA信号分别独立的信号处理装置。如图23所示，构成为在用于控制信道放大器4、4a的CLA信号切断之后，用于控制输出放大器6、6a的CLA信号切断，由此，能使信号处理装置的动作稳定。 [0119] 图24是实施方式8中的各控制信号的不同的时序图。如图24所示，即使构成为在用于控制输出放大器6、6a的CLA信号切断之后，用于控制信道放大器4、4a的CLA信号切断，也能使信号处理装置的动作稳定。 [0120] 像以上说明的那样，在本实施方式8中，因为在不同的定时将用于控制信道放大器4、4a的CLA信号和用于控制输出放大器6、6a的CLA信号切断，所以，能使信号处理装置的动作稳定。 [0121] （实施方式9） [0122] 图25是本发明的实施方式9中的开关的状态转变图。在本实施方式9的信号处理装置中，控制信道放大器4、4a和输出放大器6、6a的CLA信号分别独立，控制输出放大器6、6a的CLA信号始终被设定为切断。 [0123] 在MR元件2、3的中点电压的偏差为能视作偏差不大的规定的范围内的情况下，可以如图25所示那样，构成为将输出放大器6、6a具备的图3所示的放大器20的开关SW1始终设定为接通，将开关SW2、SW3始终设定为切断。即，通过省略图3所示的放大器20的电容器C1、开关SW1、SW2、SW3以及电阻R3、R4，从而能进行放大器20的小型化。同样地，在输出放大器6、6a具备图1或图2所示的放大器20的情况下，通过省略电容器C1、开关SW1、SW2以及电阻R3，从而能进行放大器20的小型化。 [0124] 图26是实施方式9中的开关的状态转变图。关于实施方式3的信号处理装置的输出放大器6、6a具备的放大器20也同样地，可以如图26所示那样，构成为将开关SW1始终设定为接通，将开关SW2始终设定为切断。即，通过省略图1和图2所示的放大器20的电容器C1、开关SW1、SW2以及电阻R3，从而能进行放大器20的小型化。 [0125] 图27是实施方式9中的开关的状态转变图。关于实施方式4的信号处理装置的输出放大器6、6a具备的放大器20也同样地，可以如图27所示那样，构成为将开关SW1始终设定为接通，将开关SW2、SW3始终设定为切断。即，通过省略图3所示的放大器20的电容器C1、开关SW1、SW2、SW3以及电阻R3、R4，从而能进行放大器20的小型化。 [0126] 像以上说明的那样，在本实施方式9中，能进行放大器20和信号处理装置的小型化。 [0127] 上述实施方式全都能在本发明的宗旨的范围内进行各种变形。上述实施方式用于说明本发明，不表示限定本发明的范围。与实施方式相比，本发明的范围由附加的技术方案所示出。在与技术方案内和发明的技术方案均等的范围中完成的各种变形包括在本发明的范围。 [0128] 本申请基于如下的在先申请要求优先权，该在先申请是：2011年6月18日申请的包括说明书、权利要求书、附图以及摘要的日本国专利申请2011－135380号；在2011年7月11日申请的包括说明书、权利要求书、附图以及摘要的日本国专利申请2011－153021号；以及在2012年4月4日申请的包括说明书、权利要求书、附图以及摘要的日本国专利申请2012－085700号。成为其基础的专利申请的公开内容通过参照而作为整体包含在本申请中。 [0129] 产业上的可利用性 [0130] 本发明能优选在能对包括低频成分的输入信号进行放大的放大器和信号处理装置中采用。 [0131] 附图标记说明 [0132] 1：直流电源； [0133] 2、3：MR元件； [0134] 2a、3a：MR元件； [0135] 4：信道放大器； [0136] 4a：信道放大器； [0137] 5：信道开关； [0138] 5a、5b：信道开关； [0139] 6：输出放大器； [0140] 6a：输出放大器； [0141] 7：输出缓冲器； [0142] 7a：输出缓冲器； [0143] 8：输出开关； [0144] 8a：输出开关； [0145] 9：信道控制电路； [0146] 10：MR芯片； [0147] 11：ADC； [0148] 12：数字信号处理电路； [0149] 13：感测部； [0150] 14：读出控制电路； [0151] 15：差动放大器； [0152] 16、17：放大IC； [0153] 20：放大器； [0154] 100：传感器部； [0155] 201：SigIn端子； [0156] 202：电压跟随放大器； [0157] 203：反转放大器； [0158] 204：DC反馈电路； [0159] 205：SigOut端子； [0160] 206：IC用电源； [0161] 207：控制电路； [0162] C1、C2：电容器； [0163] Op1、Op2、Op3：运算放大器； [0164] R1、R2、R3、R4：电阻； [0165] SW1、SW2、SW3、SW4、SW5：开关。 |
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