放大电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及放大从传感器等输出的信号的放大电路，特别涉及驱动电容负载的放大电路。
【背景技术】
[0002]湿度传感器、加速度传感器等所使用的电容性传感器元件是静电电容根据物理量而发生变化的元件，该静电电容的变化一般使用静电电容一电压转换电路(也称为CV转换电路)被转换成电信号。
[0003]图5A?图5E是表示使用了电容性传感器元件的传感器装置的一例的图。图5A表不将电容性传感器兀件的静电电容转换成电信号的CV转换电路的一般构成。图5B和图5C表示电容性传感器元件的驱动电压VP1、VP2的波形。图表示开关SWl的接通断开的状态。图5E表示检测信号VS的波形。
[0004]传感器部106的电容性传感器元件104、105构成为静电电容之差根据湿度、加速度等的物理量而发生变化。在串联连接的电容性传感器元件104、105的两端分别施加反相的驱动电压VP1、VP2。基于脉冲产生部101的周期性的脉冲信号，从逆变器电路102和缓冲电路103分别输出驱动电压VP1、VP2。电容性传感器元件104、105的共同连接节点与构成电荷放大器的运算放大器107的反转输入端子连接。在运算放大器107的反转输入端子与输出端子之间，电容器108与开关SWl并联连接。在运算放大器107的非反转输入端子，输入基准电压Vref。基准电压Vref —般设定成驱动电压VP1、VP2的高电平与低电平的中间的电压。运算放大器107的输出信号(检测信号Vs)在AD转换器109被转换成数字信号 DAT。
[0005]在图5A所示的传感器装置中，开关SWl接通时(图OT)，驱动电压VP1、VP2中的一方成为高电平，另一方成为低电平(图5B、图5C)。此时，电容器108的两端的电压被重置成0，并放电出电荷。在电容性传感器元件104、105的两端分别施加几乎相同的电压，蓄积与静电电容对应的电荷。
[0006]在开关SWl从接通变为断开时，驱动电压VP1、VP2的电平分别反转。此时，在电容性传感器元件104、105的两端分别施加几乎相同的电压，但相对于开关SWl接通的情况，电压的极性相反。在电容性传感器元件104、105的静电电容不相同的情况下，由于过电压的极性相反，在电容性传感器元件104、105中蓄积的电荷量的总量发生变化。与该变化量相当的电荷被蓄积到电容器108中。蓄积到电容器108中的电荷与电容性传感器元件104、105的静电电容之差成比例，因此，开关SWl断开的期间的检测信号Vs成为与电容性传感器元件104、105的静电电容之差对应的电压。静电电容之差表现为与基准电压Vref的差分。通过周期地将开关SWl接通时的驱动电压VP1、VP2的电平反转，与基准电压Vref的差分的极性也周期地反转。
[0007]为了精度良好地检测电容性传感器元件104、105的静电电容的差，需要减少检测信号Vs所包含的噪声，优选是采样出尽可能多的检测信号Vs并平均化。然而，在采样动作缓慢时，得到I个检测结果所需的时间变长，电路的动作时间变长，因此平均消耗电流增力口。为了抑制平均消耗电流并增加采样次数，采样动作的高速化是必要的。所以，对于CV转换电路的运算放大器107，要求在连接了电容负载的状态下进行高速的动作。
[0008]图6是表示以往的一般的运算放大器的构成的图。图6所示的运算放大器具有:P型的 MOS 晶体管 QlOl、Q102、Q107、Q108 ;N 型的 MOS 晶体管 Q103、Q104、Q105、Q106 ;恒流源111 ;电阻Re ;以及电容器Ce。MOS晶体管Q101、Q102在形成对的栅极输入差动电压(VIN+、VIN —)。恒流源111使一定的电流从电源线(VDD)向MOS晶体管Q101、Q102的被共同连接的源极流动。在MOS晶体管QlOl的漏极与接地(VSS)之间设置有MOS晶体管Q103，在MOS晶体管Q102的漏极与接地(VSS)之间设置有MOS晶体管Q105。MOS晶体管Q104的栅极与MOS晶体管Q103的栅极以及漏极连接，该MOS晶体管Q104的源极与接地(VSS)连接，该MOS晶体管Q104的漏极经由MOS晶体管Q107与电源线(VDD)连接。MOS晶体管Q106的栅极与MOS晶体管Q105的栅极以及漏极连接，该MOS晶体管Q106的源极与接地(VSS)连接，该MOS晶体管Q106的漏极经由MOS晶体管Q108与电源线(VDD)连接。MOS晶体管Q107的栅极与MOS晶体管Q108的栅极以及漏极连接。电阻Re和电容器Ce串联连接在MOS晶体管Q104以及Q107的漏极与MOS晶体管Q102的漏极之间。MOS晶体管Q104以及Q107的漏极成为与负载连接的输出(OUT)。
[0009]在MOS晶体管QlOl、Q102中，流动具有与差动电压(VIN+、VIN —)对应的差的电流。MOS晶体管Q103和Q104构成电流反射镜电路，因此，在MOS晶体管Q104中将流动与MOS晶体管QlOl的电流对应的电流。另一方面，MOS晶体管Q105和Q106、M0S晶体管Q107和Q108也分别构成电流反射镜电路，因此，在MOS晶体管Q107中，将流动与MOS晶体管Q102的电流对应的电流。负载与输出(OUT)连接时，在该负载中流动与在MOS晶体管QlOl中流动的电流和在MOS晶体管Q102中流动的电流之差对应的电流，即，流动与差动电压(VIN+、VIN-)对应的电流。
[0010]图7是表示图6所示的运算放大器的传递函数的增益和相位的频率特性的图。在图7中，“fp—Μ”和“fp — L”分别表示传递函数的极点频率(pole frequency)。最低的极点频率fp—M是由相位补偿电路(电阻Re与电容器Ce的串联电路)设定的极点频率，第2低的极点频率fp — L是由运算放大器的输出电阻和负载电容(在图5的例子中，AD转换器109的输入电容和电容器108的静电电容)引起的极点频率。基于相位补偿电路的极点频率fp — M与由负载电容和输出电阻引起的极点频率fp — L相对应、而被设定成能够得到充分的相位余量和增益余量。
[0011]在具有图7所示的传递特性的以往的运算放大器中，由于通过由负载电容和输出电阻引起的极点频率fp —L来决定频带的上限，所以具有难以使频带进一步向高频扩展的问题。
[0012]另外，在极点频率fp — L处于较低的位置的情况下，在要仅通过相位补偿电路的极点频率fp — M的设定来确保系统的稳定性时，还必须降低极点频率fp — M，导致响应明显变慢。为了避免这种情况，在使构成差动对的MOS晶体管Q101、Q102的跨导gm减小而使增益降低时，产生输入噪音变大的问题。
【发明内容】
[0013]本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的是提供一种在连接有电容负载的情况下能够高速地进行动作的放大电路。
[0014]本发明的放大电路的特征在于，具有:第I放大级，包括构成差动对的一对第I晶体管和第2晶体管，并放大对上述差动对输入的差动信号；第2放大级，进一步放大在上述第I放大级被放大后的差动信号；以及输出电容器，与上述第2放大级的输出连接，传递函数中的最低的极点频率是由上述第2放大级的输出电阻和上述输出电容器的静电电容引起的极点频率。
[0015]根据上述构成，由上述输出电阻和上述输出电容器的静电电容引起的极点频率被设定成传递函数中的最低的极点频率。因此，与频带的上限受到由输出电阻和输出电容器的静电电容引起的极点频率的限制的运算放大器等进行比较，对频带的上限进行限制的极点频率变高，能够将传递函数中的最低的极点频率置于更高的频率。
[0016]优