半導体集積回路装置

本発明による実施形態は、半導体集積回路装置に関する。

従来から演算増幅器(以下、オペアンプともいう)は、DC(Direct Current)オフセット電圧および1/fノイズを発生する場合がある。DC測定または高精度ADC(Analogue Digital Converter)等にオペアンプを用いる場合には、このようなDCオフセット電圧および1/fノイズは無視できない。そこで、DCオフセット電圧および1/fノイズに対処するために、チョッパ安定化を利用したチョッパ型オペアンプがよく用いられる。

しかし、チョッパ型オペアンプのチョッピング動作によって信号が切り替わると、チョッパ型オペアンプに設けられた位相補償容量の電荷状態も遷移する。位相補償容量は比較的大容量であるため、位相補償容量の電荷状態の遷移には長時間がかかる。一方、位相補償容量の電荷状態の遷移を短時間にするためにスルーレートを大きくした場合、消費電力が大きくなってしまう。従って、チョッパ型オペアンプにおいて、消費電力を低く抑えながら、位相補償容量の電荷状態の遷移を短時間ですることが望まれている。

特開2008−67050号公報

低消費電力であり、かつ、信号の切替え時に位相補償容量の電荷状態の遷移時間を短縮できる半導体集積回路装置を提供する。

本実施形態による半導体集積回路装置は、第1および第2の入力部に入力された信号を増幅して第1および第2のノードへ伝達する増幅段、および、第1および第2のノードにおいて増幅段に接続され増幅段において増幅された信号を第1および第2の出力部から出力する出力段を含む演算増幅部を備える。第1のチョッパスイッチ部は、第1および第2の信号を変調して第1および第2の入力部へ入力する。第2のチョッパスイッチ部は、第1および第2の出力部から出力された信号を復調して出力する。第1の位相補償容量は、第1または第2のノードの一方に伝達された信号の位相補償を行う。第2の位相補償容量は、第1または第2のノードの他方に伝達された信号の位相補償を行う。第1の容量切替部は、第1のノードと第1の出力部との間に第1の位相補償容量を接続しかつ第2のノードと第2の出力部との間に第2の位相補償容量を接続する第1の接続状態と、第2のノードと第2の出力部との間に第1の位相補償容量を接続しかつ第1のノードと第1の出力部との間に第2の位相補償容量を接続する第2の接続状態とを切り替える。第1のチョッパスイッチ部は、第1の信号および第2の信号を第1の周波数で交互に前記第1および第2の入力部に入力する。第1の容量切替部は、第1の接続状態と第2の接続状態とを第1の周波数で切り替える。第2のチョッパスイッチ部は、第1および第2の出力部からの信号を第1の周波数で復調して出力する。

第1の実施形態によるチョッパ型オペアンプ装置1の構成の一例を示す図。

第2の実施形態によるチョッパ型オペアンプ装置2の構成の一例を示す図。

第3の実施形態によるチョッパ型オペアンプ装置3の構成の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

(第1の実施形態) 図1は、第1の実施形態によるチョッパ型オペアンプ装置1(以下、単にアンプ装置1ともいう)の構成の一例を示す図である。アンプ装置1は、演算増幅部としてのオペアンプAMPと、第1のチョッパスイッチ部SWch1と、第2のチョッパスイッチ部SWch2と、第1の位相補償容量Cpc1と、第2の位相補償容量Cpc2と、第1の容量切替部SW0とを備えている。

オペアンプAMPは、第1の入力部In1と、第2の入力部In2と、第1の出力部Out1と、第2の出力部Out2と、増幅段A1と、出力段A2とを備えている。第1の入力部In1および第2の入力部In2は、第1のチョッパスイッチ部SWch1から第1の信号(例えば、正側アナログ信号)および第2の信号(例えば、負側アナログ信号)を受け取る。増幅段A1は、第1の入力部In1および第2の入力部In2で受け取った第1の信号と第2の信号との信号差(電圧差)を増幅する。増幅段A1は、例えば、差動増幅回路で形成してよい。増幅段A1の2つの出力は、ノードN1、N2において出力段A2の2つの入力に接続されている。出力段A2は、増幅段A1において増幅された第1の信号および第2の信号を第1および第2の出力部Out1、Out2から出力する。

第1のチョッパスイッチ部SWch1は、アンプ装置1の入力部InP、InNとオペアンプAMPの入力部In1、In2との間に設けられており、スイッチTrch11〜Trch14を備えている。入力部InPには、第1の信号が入力され、入力部InNには、第2の信号が入力されるものとする。スイッチTrch11は、入力部InPと入力部In1との間に接続されている。スイッチTrch12は、入力部InNと入力部In2との間に接続されている。スイッチTrch13は、入力部InPと入力部In2との間に接続されている。スイッチTrch14は、入力部InNと入力部In1との間に接続されている。スイッチTrch11〜Trch14のそれぞれは、例えば、CMOS(Complementally Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタからなるスイッチでよい。

スイッチTrch11、Trch13は、互いに相補にスイッチング動作し、一方がオン状態である場合には他方はオフ状態となる。スイッチTrch12、Trch14も、互いに相補にスイッチング動作し、一方がオン状態である場合には他方はオフ状態となる。スイッチTrch11、Trch12は、同期して同一のスイッチング動作を行い、同時にオン状態または同時にオフ状態となる。スイッチTrch13、Trch14も、同期して同一のスイッチング動作を行い、同時にオン状態または同時にオフ状態となる。同一のスイッチング動作とは、複数のスイッチを全て同時にオン状態にし、または、全て同時にオフ状態にする動作である。スイッチTrch11〜Trch14は、入力部InP、InNに入力される信号の周波数よりも高いチョッピング周波数(第1の周波数)を有する制御信号によってオンおよびオフを繰り返す。これにより、第1のチョッパスイッチ部SWch1は、入力部InPから入力された第1の信号と入力部InNから入力された第2の信号とを第1の周波数で入力部In1とIn2とに交互に入力する。即ち、第1のチョッパスイッチ部SWch1は、第1の信号および第2の信号を第1の周波数で変調して(チョッピングして)オペアンプAMPへ与えることができる。

第2のチョッパスイッチ部SWch2は、オペアンプAMPの出力部Out1、Out2とアンプ装置1の出力部OutN、OutPとの間に設けられており、スイッチTrch21〜Trch24を備えている。スイッチTrch21は、出力部Out1と出力部OutNとの間に接続されている。スイッチTrch22は、出力部Out2と出力部OutPとの間に接続されている。スイッチTrch23は、出力部Out1と出力部OutPとの間に接続されている。スイッチTrch24は、出力部Out2と出力部OutNとの間に接続されている。スイッチTrch21〜Trch24のそれぞれは、例えば、CMOSトランジスタからなるスイッチでよい。

スイッチTrch21、Trch23は、互いに相補にスイッチング動作し、一方がオン状態である場合には他方はオフ状態となる。スイッチTrch22、Trch24も、互いに相補にスイッチング動作し、一方がオン状態である場合には他方はオフ状態となる。スイッチTrch21、Trch22は、同期してスイッチング動作し、同時にオン状態または同時にオフ状態となる。スイッチTrch23、Trch24も、同期してスイッチング動作し、同時にオン状態または同時にオフ状態となる。スイッチTrch21〜Trch24も、チョッピング周波数(第1の周波数)を有する制御信号によってオンおよびオフを繰り返す。即ち、第2のチョッパスイッチ部SWch2は、第1のチョッパスイッチ部SWch1と共通の制御信号で制御され、同期して動作する。これにより、第2のチョッパスイッチ部SWch2は、チョッピングされた第1の信号および第2の信号を増幅後に復調することができる。復調された第1の信号および第2の信号は、それぞれアンプ装置1の出力部OutN、OutPから出力される。即ち、チョッピング周波数によって変調されかつ増幅された第1および第2の信号は、もとの周波数に戻された後に出力部OutN、OutPから出力される。

これにより、例えば、アンプ装置1は、第1のチョッパスイッチ部SWch1において直流信号を第1の周波数で交流信号に変調し、この交流信号を増幅した後に、第2のチョッパスイッチ部SWch2において直流信号に復調することができる。これにより、アンプ装置1は、DCオフセット電圧および1/fノイズを除外しながら信号を増幅することができる。

第1の位相補償容量Cpc1は、増幅段A1の出力ノードN1とオペアンプAMPの出力部Out1との間、または増幅段A1の出力ノードN2とオペアンプAMPの出力部Out2との間に接続され、変調および増幅された第1の信号の位相補償を行う。第2の位相補償容量Cpc2は、増幅段A1の出力ノードN2とオペアンプAMPの出力部Out2との間、または増幅段A1の出力ノードN1とオペアンプAMPの出力部Out1との間に接続され、変調および増幅された第2の信号の位相補償を行う。位相補償は、オペアンプAMPの出力信号とその出力信号をフィードバックしたときの帰還信号との位相差がずれたときに生じる発振を抑制するために行う。

第1の容量切替部SW0は、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の接続を切り替えるために、第1のスイッチ部SW1と、第2のスイッチ部SW2と、第3のスイッチ部SW3と、第4のスイッチ部SW4とを備えている。第1のスイッチ部SW1は、増幅段A1の出力ノード(第1のノード)N1と第1の出力部Out1との間において第1の位相補償容量Cpc1を電気的に接続または切断する。第2のスイッチ部SW2は、増幅段A1の出力ノード(第2のノード)N2と第2の出力部Out2との間において第2の位相補償容量Cpc2を電気的に接続または切断する。第3のスイッチ部SW3は、第2のノードN2と第2の出力部Out2との間において第1の位相補償容量Cpc1を電気的に接続または切断する。第4のスイッチ部SW4は、第1のノードN1と第1の出力部Out1との間において第2の位相補償容量Cpc2を電気的に接続または切断する。

第1のスイッチ部SW1は、第1のスイッチTr1と、第2のスイッチTr2とを備える。第1のスイッチTr1は、第1のノードN1と第1の位相補償容量Cpc1の一端との間に接続されている。第2のスイッチTr2は、第1の位相補償容量Cpc1の他端と第1の出力部Out1との間に接続されている。第1および第2のスイッチTr1、Tr2は互いに同じスイッチング動作をする。

第2のスイッチ部SW2は、第3のスイッチTr3と、第4のスイッチTr4とを備える。第3のスイッチTr3は、第2のノードN2と第2の位相補償容量Cpc2の一端との間に接続されている。第4のスイッチTr4は、第2の位相補償容量Cpc2の他端と第2の出力部Out2との間に接続されている。第3および第4のスイッチTr3、Tr4は互いに同じスイッチング動作をする。

第3のスイッチ部SW3は、第5のスイッチTr5と、第6のスイッチTr6とを備える。第5のスイッチTr5は、第2のノードN2と第1の位相補償容量Cpc1の一端との間に接続されている。第6のスイッチTr6は、第1の位相補償容量Cpc1の他端と第2の出力部Out2との間に接続されている。第5および第6のスイッチTr5、Tr6は互いに同じスイッチング動作をする。

第4のスイッチ部SW4は、第7のスイッチTr7と、第8のスイッチTr8とを備える。第7のスイッチTr7は、第1のノードN1と第2の位相補償容量Cpc2の一端との間に接続されている。第8のスイッチTr8は、第2の位相補償容量Cpc2の他端と第1の出力部Out1との間に接続されている。第7および第8のスイッチTr7、Tr8は互いに同じスイッチング動作をする。

第1から第8のスイッチTr1〜Tr8のそれぞれも、例えば、CMOSトランジスタからなるスイッチでよい。

このような構成を有する第1の容量切替部SW0は、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の接続状態を、第1の接続状態と第2の接続状態とのどちらかに切り替える。第1の接続状態とは、第1の位相補償容量Cpc1を第1のノードN1と第1の出力部Out1との間に接続し、かつ、第2の位相補償容量Cpc2を第2のノードN2と第2の出力部Out2との間に接続した状態である。一方、第2の接続状態とは、第1の位相補償容量Cpc1を第2のノードN2と第2の出力部Out2との間に接続し、かつ、第2の位相補償容量Cpc2を第1のノードN1と第1の出力部Out1との間に接続した状態である。後述するように、第1および第2の接続状態の両方において、第1の位相補償容量Cpc1は第1の信号の位相補償を行いかつ第2の位相補償容量Cpc2は第2の信号の位相補償を行う。

このような第1および第2の接続状態を実現するために、第1のスイッチ部SW1と第3のスイッチ部SW3とは同期しつつ互いに相補にスイッチング動作する。第2のスイッチ部SW2と第4のスイッチ部SW4も同期しつつ互いに相補にスイッチング動作する。また、第1および第2のスイッチ部SW1、SW2は、ともに同期して同一のスイッチング動作(オン/オフ動作)を行う。第3および第4のスイッチ部SW3、SW4は、ともに同期して同一のスイッチング動作(オン/オフ動作)を行う。

例えば、第1の接続状態を実現するために、第1のスイッチ部SW1および第2のスイッチ部SW2がオン状態となり、かつ、第3のスイッチ部SW3および第4のスイッチ部SW4がオフ状態となる。第2の接続状態を実現するために、第3のスイッチ部SW3および第4のスイッチ部SW4がオン状態となり、かつ、第1のスイッチ部SW1および第2のスイッチ部SW2がオフ状態となる。

第1および第2の接続状態の切替え周期は、上記チョッピング周波数(第1の周波数)と同一周波数である。即ち、第1の容量切替部SW0は、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の接続状態を第1の周波数で相補に切り替える。これにより、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2は、それぞれ、第1の信号および第2の信号の位相補償を行う。

(第1の接続状態) 図1に示す接続状態が第1の接続状態とする。この場合、第1のチョッパスイッチ部SWch1において、スイッチTrch11、Trch12がオン状態であり、スイッチTrch13、Trch14がオフ状態である。また、第1の容量切替部SW0において、スイッチTr1〜Tr4がオン状態であり、スイッチTr5〜Tr8がオフ状態である。このような第1の接続状態において、第1のチョッパスイッチSWch1は、入力部InP、InNをそれぞれ入力部In1、In2へ接続し、第1の信号を入力部InPから入力部In1へ伝達し、第2の信号を入力部InNから入力部In2へ伝達する。増幅段A1で増幅された第1の信号および第2の信号は、それぞれノードN1、N2に伝達され、出力部Out1、Out2から出力される。

この場合、ノードN1と出力部Out1との間に接続された第1の位相補償容量Cpc1は、第1の信号を位相補償する。ノードN2と出力部Out2との間に接続された第2の位相補償容量Cpc2は、第2の信号を位相補償する。即ち、第1の接続状態において、第1の位相補償容量Cpc1は、第1の信号を位相補償するために必要な電荷を保持し、第2の位相補償容量Cpc2は、第2の信号を位相補償するために必要な電荷を保持する。

(第2の接続状態) 一方、第2の接続状態では、第1のチョッパスイッチ部SWch1において、スイッチTrch13、Trch14がオン状態であり、スイッチTrch11、Trch12がオフ状態である。また、第1の容量切替部SW0において、スイッチTr5〜Tr8がオン状態であり、スイッチTr1〜Tr4がオフ状態である。このような第2の接続状態において、第1のチョッパスイッチSWch1は、入力部InP、InNをそれぞれ入力部In2、In1へ接続(クロス接続)し、第1の信号を入力部InPから入力部In2へ伝達し、第2の信号を入力部InNから入力部In1へ伝達する。増幅段A1で増幅された第1の信号および第2の信号は、それぞれノードN2、N1に伝達され、出力部Out2、Out1から出力される。

この場合、ノードN2と出力部Out2との間に接続された第1の位相補償容量Cpc1は、第1の信号を位相補償する。ノードN1と出力部Out1との間に接続された第2の位相補償容量Cpc2は、第2の信号を位相補償する。即ち、第2の接続状態においても、やはり、第1の位相補償容量Cpc1は、第1の信号を位相補償するために必要な電荷を保持し、第2の位相補償容量Cpc2は、第2の信号を位相補償するために必要な電荷を保持する。

(第1および第2の接続状態の切替え) ここで、第1の容量切替部SW0のスイッチング周波数は、第1のチョッピングスイッチSWch1のスイッチング周波数(第1の周波数)とほぼ等しい。このため、第1のチョッピングスイッチSWch1のチョッピング動作によって第1の信号と第2の信号との入力部がIn1とIn2とで入れ替わっても、そのチョッピング動作と同期して第1の容量切替部SW0は、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の接続を切り替える。即ち、第1の容量切替部SW0は、第1のチョッピングスイッチSWch1のチョッピング動作に同期して、第1および第2の接続状態を交互に切り替える。従って、第1の信号および第2の信号がチョッピングされているにも関わらず、第1の位相補償容量Cpc1は第1の信号を位相補償し、第2の位相補償容量Cpc2は第2の信号を位相補償する。これにより、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2のそれぞれの電荷状態(電圧状態)は、ほとんど変更する必要が無い。

例えば、第1の容量切替部SW0が第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の接続状態を切り替え無い場合、第1のチョッピングスイッチSWch1のチョッピング動作によって第1の信号と第2の信号との入力部がIn1とIn2とで入れ替わると、それに伴い、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2が位相補償する信号も第1の信号と第2の信号との間で交替する。即ち、第1の信号および第2の信号がチョッピングされていると、第1の位相補償容量Cpc1は第1の信号と第2の信号とを交互に位相補償し、第2の位相補償容量Cpc2は第2の信号と第1の信号とを交互に位相補償する。この場合、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2のそれぞれの電荷状態(電圧状態)は、第2の信号を位相補償する状態と第1の信号を位相補償する状態とで交互に遷移させる必要がある。第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の電荷状態を遷移させるためには、電源からの電力供給を受ける必要がある。ここで、消費電力を低く抑制するためにスルーレート(単位時間あたりの蓄積電荷量)を小さく抑えている場合、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の電荷状態の遷移に長時間がかかる。一方、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2の電荷状態を短時間で遷移させるためにスルーレートを大きくすると、消費電力が大きくなってしまう。

これに対し、本実施形態によるアンプ装置1では、第1および第2の信号がチョッピングされても、第1の位相補償容量Cpc1は第1の信号を継続的に位相補償し、第2の位相補償容量Cpc2は第2の信号を継続的に位相補償する。換言すると、第1および第2の接続状態において、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2はそれぞれ電荷状態を保存したまま信号の位相補償をすることができる。これにより、接続状態の切り替え時に、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2のそれぞれの電荷状態をほとんど変更させる必要が無い。即ち、接続状態の切り替え時に、第1および第2の位相補償容量Cpc1、Cpc2を充放電する必要が無い。従って、本実施形態によるアンプ装置1は、スルーレートを小さくしたままで、第1の接続状態と第2の接続状態との間の電荷遷移(電圧遷移)時間を短くまたは無くすことができる。その結果、本実施形態によるアンプ装置1は、低消費電力のまま、動作速度を速くすることができる。

(第2の実施形態) 図2は、第2の実施形態によるチョッパ型オペアンプ装置2(以下、単にアンプ装置2ともいう)の構成の一例を示す図である。アンプ装置2は、第3の位相補償容量Cpc3と、第4の位相補償容量Cpc4とをさらに備えている。第3の位相補償容量Cpc3は、ノードN1と出力部Out1との間に接続されている。第4の位相補償容量Cpc4は、ノードN2と出力部Out2との間に接続されている。第2の実施形態のその他の構成は、第1の実施形態の対応する構成と同様でよい。

第2の実施形態によれば、第1のチョッパスイッチSWch1および第1の容量切替部SW0のスイッチング動作に関わらず、第3の位相補償容量Cpc3は、ノードN1と出力部Out1との間に定常的に接続されている。第4の位相補償容量Cpc4は、ノードN2と出力部Out2との間に定常的に接続されている。

上述の通り、第1のスイッチ部SW1と第3のスイッチ部SW3とは互いに相補にスイッチング動作し、第2のスイッチ部SW2と第4のスイッチ部SW4とは互いに相補にスイッチング動作する。第1のスイッチ部SW1および第3のスイッチ部SW3は瞬間的に両方ともオフ状態になる期間がある。また、第2のスイッチ部SW2および第4のスイッチ部SW4も瞬間的に両方ともオフ状態になる期間がある。このような場合、第3および第4の位相補償容量Cpc3、Cpc4が無いと、オペアンプAMPが発振するおそれがある。

これに対し、第2の実施形態では、第3の位相補償容量Cpc3はノードN1と出力部Out1との間に定常的に接続されており、第4の位相補償容量Cpc4はノードN2と出力部Out2との間に定常的に接続されている。これにより、第1の接続状態と第2の接続状態との間の遷移において、オペアンプAMPが発振することを抑制することができ、アンプ装置2の動作を安定させることができる。

第2の実施形態のその他の動作は、第1の実施形態の動作と同様である。従って、第2の実施形態は、さらに第1の実施形態の効果をも得ることができる。

(第3の実施形態) 図3は、第3の実施形態によるチョッパ型オペアンプ装置3(以下、単にアンプ装置3ともいう)の構成の一例を示す図である。アンプ装置3は、第1の帰還容量Cfb1と、第2の帰還容量Cfb2と、第2の容量切替部SW10とをさらに備えている。第3の実施形態のその他の構成は、第1または第2の実施形態の対応する構成と同様とすることができる。

第1の帰還容量Cfb1は、出力部Out1の信号を入力部In1へフィードバックし、または、出力部Out2の信号を入力部In2へフィードバックする。第2の帰還容量Cfb2は、出力部Out2の信号を入力部In2へフィードバックし、または、出力部Out1の信号を入力部In1へフィードバックする。

第2の容量切替部SW10は、第5〜第8のスイッチ部SW5〜SW8を含む。第5のスイッチ部SW5は、入力部In1と出力部Our1との間において第1の帰還容量Cfb1を電気的に接続または切断する。第6のスイッチ部SW6は、入力部In2と出力部Out2との間において第2の帰還容量Cfb2を電気的に接続または切断する。第7のスイッチ部SW7は、入力部In2と出力部Out2との間において第1の帰還容量Cfb1を電気的に接続または切断する。第8のスイッチ部SW8は、入力部In1と出力部Out1との間において第2の帰還容量Cfb2を電気的に接続または切断する。

第5のスイッチ部SW5は、第9のスイッチTr9と、第10のスイッチTr10とを備える。第9のスイッチTr9は、入力部In1と第1の帰還容量Cfb1の一端との間に接続されている。第10のスイッチTr10は、第1の帰還容量Cfb1の他端と出力部Out1との間に接続されている。第9および第10のスイッチTr9、Tr10は互いに同じスイッチング動作をする。

第6のスイッチ部SW6は、第11のスイッチTr11と、第12のスイッチTr12とを備える。第11のスイッチTr11は、入力部In2と第2の帰還容量Cfb2の一端との間に接続されている。第12のスイッチTr12は、第2の帰還容量Cfb2の他端と出力部Out2との間に接続されている。第11および第12のスイッチTr11、Tr12は互いに同じスイッチング動作をする。

第7のスイッチ部SW7は、第13のスイッチTr13と、第14のスイッチTr14とを備える。第13のスイッチTr13は、入力部In2と第1の帰還容量Cfb1の一端との間に接続されている。第14のスイッチTr14は、第1の帰還容量Cfb1の他端と出力部Out2との間に接続されている。第13および第14のスイッチTr13、Tr14は互いに同じスイッチング動作をする。

第8のスイッチ部SW8は、第15のスイッチTr15と、第16のスイッチTr16とを備える。第15のスイッチTr15は、入力部In1と第2の帰還容量Cfb2の一端との間に接続されている。第16のスイッチTr16は、第2の帰還容量Cfb2の他端と出力部Out1との間に接続されている。第15および第16のスイッチTr15、Tr16は互いに同じスイッチング動作をする。

第9から第16のスイッチTr9〜Tr16のそれぞれは、例えば、CMOSトランジスタからなるスイッチでよい。

このような構成を有する第2の容量切替部SW10は、第1および第2の帰還容量Cfb1、Cfb2の接続状態を、第3の接続状態と第4の接続状態との間で切り替える。第3の接続状態とは、第1の帰還容量Cfb1を出力部Out1と入力部In1との間に接続し、かつ、第2の帰還容量Cfb2を出力部Out2と入力部In2との間に接続している状態である。第3の接続状態において、第1の帰還容量Cfb1は出力部Out1の出力信号を入力部In1へフィードバックし、第2の帰還容量Cfb2は出力部Out2の出力信号を入力部In2へフィードバックする。第4の接続状態とは、第1の帰還容量Cfb1を出力部Out2と入力部In2との間に接続し、かつ、第2の帰還容量Cfb2を出力部Out1と入力部In1との間に接続している状態である。第4の接続状態において、第1の帰還容量Cfb1は出力部Out2の出力信号を入力部In2へフィードバックし、第2の帰還容量Cfb2は出力部Out1の出力信号を入力部In1へフィードバックする。

このような第3および第4の接続状態を実現するために、第5のスイッチ部SW5と第7のスイッチ部SW7とは同期しつつ互いに相補にスイッチング動作する。第6のスイッチ部SW6と第8のスイッチ部SW8も同期しつつ互いに相補にスイッチング動作する。また、第5および第6のスイッチ部SW5、SW6は、ともに同期して同一のスイッチング動作(オン/オフ動作)を行う。第7および第8のスイッチ部SW7、SW8は、ともに同期して同一のスイッチング動作(オン/オフ動作)を行う。

例えば、第3の接続状態を実現するために、第5のスイッチ部SW5および第6のスイッチ部SW6がオン状態となり、かつ、第7のスイッチ部SW7および第8のスイッチ部SW8がオフ状態となる。第4の接続状態を実現するために、第7のスイッチ部SW7および第8のスイッチ部SW8がオン状態となり、かつ、第5のスイッチ部SW5および第6のスイッチ部SW6がオフ状態となる。

第3および第4の接続状態の切替え周期は、上記チョッピング周波数(第1の周波数)と同一周波数である。即ち、第2の容量切替部SW10は、第1および第2の帰還容量Cfb1、Cfb2の接続状態を第1の周波数で相補に切り替えることによって、第1の信号および第2の信号のフィードバックを行う。

(第3の接続状態) 図3に示す接続状態が第3の接続状態とする。この場合、第1のチョッパスイッチ部SWch1において、スイッチTrch11、Trch12がオン状態であり、スイッチTrch13、Trch14がオフ状態である。また、第2の容量切替部SW10において、スイッチTr9〜Tr12がオン状態であり、スイッチTr13〜Tr16がオフ状態である。このような第3の接続状態において、第1のチョッパスイッチSWch1は、入力部InP、InNをそれぞれ入力部In1、In2へ接続し、第1の信号を入力部InPから入力部In1へ伝達し、第2の信号を入力部InNから入力部In2へ伝達する。オペアンプAMPで増幅された第1の信号および第2の信号は、それぞれ出力部Out1、Out2から出力される。

この場合、出力部Out1と入力部In1との間に接続された第1の帰還容量Cfb1は、第1の信号をフィードバックする。出力部Out2と入力部In2との間に接続された第2の帰還容量Cfb2は、第2の信号をフィードバックする。即ち、第3の接続状態において、第1の帰還容量Cfb1は、第1の信号をフィードバックするために必要な電荷を保持し、第2の帰還容量Cfb2は、第2の信号をフィードバックするために必要な電荷を保持する。

(第4の接続状態) 一方、第4の接続状態では、第1のチョッパスイッチ部SWch1において、スイッチTrch13、Trch14がオン状態であり、スイッチTrch11、Trch12がオフ状態である。また、第2の容量切替部SW10において、スイッチTr13〜Tr16がオン状態であり、スイッチTr9〜Tr12がオフ状態である。このような第4の接続状態において、第1のチョッパスイッチSWch1は、入力部InP、InNをそれぞれ入力部In2、In1へ接続(クロス接続)し、第1の信号を入力部InPから入力部In2へ伝達し、第2の信号を入力部InNから入力部In1へ伝達する。オペアンプAMPで増幅された第1の信号および第2の信号は、それぞれ出力部Out2、Out1から出力される。

この場合、出力部Out2と入力In2との間に接続された第1の帰還容量Cfb1は、第1の信号をフィードバックする。出力部Out1と入力部In1の間に接続された第2の帰還容量Cfb2は、第2の信号をフィードバックする。即ち、第4の接続状態においても、やはり、第1の帰還容量Cfb1は、第1の信号をフィードバックするために必要な電荷を保持し、第2の帰還容量Cfb2は、第2の信号をフィードバックするために必要な電荷を保持する。

(第3および第4の接続状態の切替え) ここで、第2の容量切替部SW10のスイッチング周波数は、第1のチョッピングスイッチSWch1のスイッチング周波数(第1の周波数)とほぼ等しい。このため、第1のチョッピングスイッチSWch1のチョッピング動作によって第1の信号と第2の信号との入力部がIn1とIn2とで入れ替わっても、それと同期して第2の容量切替部SW10は、第1および第2の帰還容量Cfb1、Cfb2の接続を切り替える。即ち、第2の容量切替部SW10は、第1のチョッピングスイッチSWch1のチョッピング動作に同期して、第3および第4の接続状態を交互に切り替える。従って、第1の信号および第2の信号がチョッピングされているにも関わらず、第1の帰還容量Cpc1は第1の信号をフィードバックし、第2の帰還容量Cpc2は第2の信号をフィードバックする。これにより、第1および第2の帰還容量Cfb1、Cfb2のそれぞれの電荷状態(電圧状態)を、ほとんど変更させる必要が無い。

従って、第3の実施形態では、第1および第2の信号がチョッピングされても、第1の帰還容量Cfb1は第1の信号を継続的にフィードバックし、第2の帰還容量Cfb2は第2の信号を継続的にフィードバックする。換言すると、第3および第4の接続状態において、第1および第2の帰還容量Cfb1、Cfb2はそれぞれ電荷状態を保存したまま信号をフィードバックすることができる。これにより、接続状態の切り替え時に、第1および第2の帰還容量Cfb1、Cfb2のそれぞれの電荷状態をほとんど変更させる必要が無い。即ち、接続状態の切り替え時に、第1および第2の帰還容量Cfb1、Cbf2を充放電する必要が無い。従って、第3の実施形態によるアンプ装置3では、スルーレートを小さくしたまま、第3の接続状態と第4の接続状態との間の電荷遷移(電圧遷移)時間を短くまたは無くすことができる。その結果、第3の実施形態によるアンプ装置3は、低消費電力のまま、動作速度を速くすることができる。第3の実施形態によるアンプ装置3は、能動フィルタ等でオペアンプAMPに帰還容量を追加する場合に適用することができる。帰還容量は、例えば、信号の高周波を抑制してローパスフィルタを構成するために設けられる。

第3の実施形態は、第1または第2の実施形態と組み合わせることができる。これにより、第3の実施形態は、第1または第2の実施形態の効果も得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

1〜3・・・アンプ装置、AMP・・・オペアンプ、SWch1・・・第1のチョッパスイッチ部、SWch2・・・第2のチョッパスイッチ部、Cpc1・・・第1の位相補償容量、Cpc2・・・第2の位相補償容量、SW0・・・第1の容量切替部、A1・・・増幅段、A2・・・出力段、In1・・・第1の入力部、In2・・・第2の入力部、Out1・・・第1の出力部、Out2・・・第2の出力部、N1、N2・・・ノード