JPH01106607A - 増幅回路配置 - Google Patents

増幅回路配置

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JPH01106607A
JPH01106607A JP63227631A JP22763188A JPH01106607A JP H01106607 A JPH01106607 A JP H01106607A JP 63227631 A JP63227631 A JP 63227631A JP 22763188 A JP22763188 A JP 22763188A JP H01106607 A JPH01106607 A JP H01106607A
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JP
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transistors
transistor
conductivity type
amplifier circuit
circuit arrangement
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JP63227631A
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Inventor
Arnoldus J J Boudewijns
アーノルドウス・ヨハネス・ユリアナ・ボウデウィエインス
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、入力電圧を供給する2つの入力端子を有する
差動増幅器と、出力電流を送出する出力端子を有する差
動・ツー・シングル・エンデッド・コンバータとを具え
る増幅回路配置であうで、前記5ンバータに第1導電形
式の第1及び第2トランジスタを設け、そのソース電極
を第1給電端子に接続しかつそのゲート電極を互に結合
し、第1導電形式の第3及び第4トランジスタを第1及
び第2トランジスタに対しカスコード配置する増幅回路
配置に関する。
この形式の増幅回路配置は一般に、比較的大きい利得及
び比較的広い帯域幅を有する演算増幅器として使用でき
る。かかる回路配置は特に、ビデオ回路、スイッチト・
キャパシタ回路及びサンプルホールド回路において使用
できる。
かかる増幅回路配置は刊行物“Analysis an
dDesign of Analog Integra
ted C1rcutts” P、R,Gray及びR
,G、Meyer著1984 John Wiley 
and  5ons Inc。
753ページ、fig、 12.38から既知である。
この既知の回路配置では差動(デファレンシャル)・ツ
ー・シングルエンプツトコンバータが改良されたウィル
ソン(Wilson)電流ミラーによって構成され、こ
の電流ミラーでは第1トランジスタ及び第3トランジス
タの双方のゲート電極をドレイン電極に接続する。
この増幅回路配置はその出力電圧の振動変化(スイング
)が比較的小さいという欠点を有する。
実際上、出力端子に接続された第4トランジスタのドレ
イン電極は負給電端子に対し1つの閾電圧及び2つの飽
和電圧の和まで駆動できるに過ぎない。
従って本発明の目的は、既知の増幅回路配置に比べ大き
い出力電圧振動変化を有する増幅回路配置を提供するに
ある。かかる目的を達成するため本発明の増幅回路配置
は、第1トランジスタのゲート電極を第3トランジスタ
のドレイン電極に結合し、増幅回路配置が第3及び第4
トランジスタのゲート電極を、1つの閾電圧及び2つの
飽和電圧の和にほぼ等しい電圧においてノモイアスする
バイアス回路を具えたことを特徴とする。本発明の増幅
回路配置においては出力は負給電端子に対し飽和電圧2
つ分まで駆動できる。これにより、既知の増幅回路配置
に比べ通常はぼ1ボルトである1閾電圧分だけ出力電圧
振動変化が増大する。これにより、特に低い給電電圧に
・おける出力電圧振動変化がかなり改善される。
本発明の増幅回路配置の第1実施例は、バイアス回路が
第1導電形式の第5トランジスタを具え、そのソース電
極を第1給電端子に結合しかつそのゲート電極を第3及
び第4トランジスタの共通ゲート電極に結合し、かつ第
5トランジスタのドレイン電極に結合し、このドレイン
電極を第導電流源を介して第2給電端子に結合するよう
構成したことを特徴とする。第5トランジスタのゲート
・ソース電圧は第導電流源により、第1トランジスタの
閾電圧及び飽和電圧及び第2トランジスタの飽和電圧の
和に等しい電圧においてバイアスされるので、出力は少
な(とも飽和電圧2つ分まで駆動できる。
本発明の増幅回路配置の第2実施例は、第1導電形式の
第6トランジスタを第5トランジスタと直列に配設し、
第5トランジスタのゲート電極を第6トランジスタのゲ
ート電極及びドレイン電極に結合するよう構成したこと
を特徴とする。
本発明の増幅回路配置の第3実施例は、差動増幅器が第
1導電形式と反対の第2導電形式の第7及び第8トラン
ジスタを具え、そのゲート電極を入力端子にそれぞれ結
合し、かつそのソース電極を、第2電流源を介して第2
給電端子に結合される共通端子に結合し、°更に、第7
及び第8トランジスタに対し第2導電形式の第9及び第
10トランジスタをカスコード接続するよう構成したこ
とを特徴とする。この実施例は更に、第9及び第10ト
ランジスタのゲート電極を互に結合し、第2導電形式の
第11トランジスタを、第7及び第8トランジスタのソ
ース電極の共通端子と、第9及び第10トランジスタの
共通ゲート電極との間に配設し、第11トランジスタの
ドレイン電極を自己のゲート電極に接続しかつ第3電流
源を介して第1給電端子に接続するよう構成したことを
特徴とする。第9及び第10トランジスタの共通ゲート
電極は第11トランジスタにより第7及び第8トランジ
スタのソース電極の共通端子に対しほぼ一定電圧でバイ
アスされる。
更に本発明の実施例は、第1導電形式の第12トランジ
スタを第11トランジスタと直列に配設し、第12トラ
ンジスタのソース電極を第9及び第10トランジスタの
共通ゲート電極に結合し、かつ第12トランジスタのゲ
ート電極を第2給電端子に結合するよう構成したことを
特徴とする。第12トランジスタに起因して第7及び第
8トランジスタのソース電極の共通端子と、第9及び第
10トランジスタの共通ゲート電極との間の電圧差が大
きい入力電圧範囲にわたりほぼ一定に維持される。
更に本発明の好適例においては、第3電流源を第1導電
形式の第13トランジスタで構成し、そのソース電極を
第1給電端子に結合し、かつそのゲート電極を第5トラ
ンジスタのゲート電極に結合するよう構成したことを特
徴とする。
本発明の増幅回路配置の第4実施例は、増幅回路配置を
第1導電形式の基板上に集積回路として構成し、第7及
び第8トランジスタを、第2給電端子に接続される第2
導電形式の領域に配設し、第9及び第10トランジスタ
を、第7及び第8トランジスタのソース電極に接続され
る第2導電形式の別個の領域に配設し、第7及び第10
トランジスタのゲート電極を第7及び第8トランジスタ
のゲート電極にそれぞれ接続するよう構成したことを特
徴とする。この実施例では、トランジスタの閾電圧がバ
ルク電圧の増大に従って増大するいわゆるバック・ゲー
ト効果が使用される。第7及び第8トランジスタが形成
される領域を、第9及び第10トランジスタが形成され
る領域より高い電圧に結合することにより、第7及び第
8トランジスタは第9及び第10トランジスタより高い
閾電圧を得る。この差を適切に大きくして第9及び第1
0トランジスタのゲート電極を、何等問題を生ずること
なく、第7及び第8トランジスタのゲート電極に結合で
きる。
本発明の増幅回路配置の第5実施例は、増幅回路配置を
第1導電形式の基板上に集積回路として構成し、第7及
び第8トランジスタを、第2給電端子に接続される第2
導電形式の領域に配設し、かつ第9及び第10トランジ
スタを、第7及び第8トランジスタのソース電極の共通
端子に接続される第2導電形式の共通領域に配設し、第
9及び第10トランジスタのゲート電極を第7及び第8
トランジスタのゲート電極に接続するよう構成したこと
を特徴とする。
また第5実施例は、増幅回路配置を第1導電形式の基板
上に集積回路として構成し、第7及び第8トランジスタ
を、第2給電端子に接続される第2導電形式の領域に配
設し、第9及び第10トランジスタを、第7及び第8ト
ランジスタのソース電極の共通端子に接続される第2導
電形式の共通領域に配設し、第9トランジスタのゲート
電極を第10トランジスタのゲート電極及び第7トラン
ジスタのゲート電極に接続するよう構成したことを特徴
とする。
以下図面につき本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の増幅回路配置の第1実施例を示す。本
例は差動対として構成した2つのPチャンネルトランジ
スタT?及びT、を具え、その共通・ノース端子6は電
流源I、を介して正給電端子2に接続する。トランジス
タT、及びT8のゲート電極番オ入力端子を供給するた
め入力端子3及び4に接続する。トランジスタT7及び
τ6に対し2つのPチャンネルトランジスタT9及びT
IGをカスコード接続する。トランジスタT、及びT、
。は共通ゲート電極を有し、この電極はPチャンネルト
ランジスタTllにより共通ソース端子6におけるいわ
ゆる共通モード電圧に対しほぼ一定電圧に維持され、ト
ランジスタT++のドレイン電極はゲート電極に接続し
、かつ本例では、電流源I3を介して負給電端子1に接
続する。
入力端子3及び4間に供給された信号電圧しよ差動増幅
器T7〜T、。により2つの位相反対信号電流に変換さ
れ、この電流は原理的にはトランジスタT、及びT、。
のドレイン電極から導出できる。既知の如く、カスコー
ドトランジスタTq及びTooにより増幅回路配置の帯
域幅が増大され、その理由器よトランジスタT7及びT
、のドレイン・ゲート・キャパシタンスのミラー効果が
除去されるからである。
その他これにより出力インピーダンス従って増幅回路配
置の利得が増大する。
トランジスタT9のドレイン電極は差動・ツー・シング
ルエンデツド・コンバータ10を介してトランジスタT
IGのドレイン電極及び増幅回路配置の出力電極5に結
合し、前記コンバータはトランジスタT9及びT、。の
ドレイン・リードにおける差動信号電流を出力端子にお
けるシングル・エンデ・ンド出力電流に変換する。コン
バータ10は2つのNチャンネルトランジスタT1及び
T2を有し、そのソース電極を給電端子1に接続し、か
つそのゲート電極を互いに接続すると共にトランジスタ
T9のドレイン電極に接続する。2つのNチャンネルト
ランジスタT3及びT4はトランジスタT1及びT2と
カスコード接続する。これらトランジスタのゲート電極
は互に接続すると共に、バイアス回路により大地電位に
対し一定電圧においてバイアスする。バイアス回路はN
チャンネルトランジスタT、で構成し、そのソース電極
を接地し、かつそのゲート電極をドレイン電極に接続す
ると共に、トランジスタT3及びT4の共通ゲート電極
に接続する。トランジスタT、のドレイン電極は電流源
■2を介して正給電端子2に接続する。コンバータ10
のトランジスタT+及びT2はトランジスタT4を流れ
る電流をいわゆるミラー形態で流す電流ミラーを構成す
る。この電流におけるd、C,成分によりトランジスタ
T、。
を流れる電流のd、c、成分が補正され、一方、位相反
対の信号電流により2倍の大きさの出力信号電流が生ず
る。カスコードトランジスタT4及びTIOに起因して
増幅回路配置は高い出力インピーダンス従って大きい利
得を得る。更に、カスコードトランジスタT4及びTl
(1により、出力端子並びにトランジスタT、のゲート
電極及びトランジスタT8のゲート電極間に存在するド
レイン・ゲート・キャパシタンスのミラー効果が除去さ
れる。その結果増幅回路配置は大きい帯域幅を得る。ト
ランジスタT、及びT、により回路配置は対称となり、
出力のd、c、オフセットが減少する。
電流源I2の電流密度及びトランジスタT、の寸法を適
切に選定して、トランジスタTsのゲート・ソース電圧
がトランジスタT4の閾電圧及び飽和電圧及びトランジ
スタT2の飽和電圧の和に等しくなるようにする。飽和
電圧はトランジスタをその飽和範囲にバイアスするに必
要な最小ドレイン・ソース電圧である。トランジスタT
4のゲート・ソース電圧はその閾電圧及びその飽和電圧
の和に等しいから、トランジスタT4のソース電極にお
ける電圧は少なくともトランジスタTtの飽和電圧に等
しくなるので、出力端子5における電圧は少なくともト
ランジスタT2及びT4の飽和電圧の和に等しくできる
。従って2つの飽和電圧まで、即ち、利得を喪失するこ
となく負給電端子lの約400 mVまで駆動できる。
既知の回路配置に比べこれは、約1vの1つの閾電圧だ
け出力電圧の振動変化(スイング)が増大することを意
味し、これは特に、低い給電電圧においてかなりの改善
となる。
第2図は本発明の増幅回路配置の第2実施例を示す、ト
ランジスタT3及びT4の共通ゲート電極をバイアスす
るバイアス回路はトランジスタT、に直列接続したNチ
ャンネルトランジスタテ6を具え、このトランジスタの
ドレイン電極は自己のゲート電極及びトランジスタT、
のゲート電極に接続する。
第1図の増幅回路配置ではトランジスタT、をトランジ
スタT2及びT4を一般に、小さい電流でバイアスして
放散損が小さくなるようにする。所望のバイアス電圧を
実現するためトランジスタTSのチャンネル長さをトラ
ンジスタT2及びT4のチャンネル長さより大きくする
必要がある。プロセス変動に起因して生ずるトランジス
タのチャンネル長さのばらつきはトランジスタT、のゲ
ート・ソース電圧に影響を及ぼし、従ってトランジスタ
T4及びT2のゲート・ソース電圧とは異なる態様でバ
イアス電圧に影響を及ぼす。トランジスタT5をそれぞ
れ短いチャンネル長さを有する2つのトランジスタT。
及びT6に分割することにより、プロセス変動に起因し
て起るバイアス電圧変動がトランジスタT2及びT4の
電圧の変化にほぼ等しくなるので、最小出力電圧の振動
変化がかかるプロセス変動とはほぼ無関係となる。
本例では電流源■、をNチャンネルトランジスタits
で構成すると好適であり、そのソースを接地端子lに接
続し、かつそのゲート電極を大地に対し一定電圧である
トランジスタisのゲート電極に接続する。
第3図は本発明の増幅回路配置の第3実施例を示す。本
例ではPチャンネルトランジスタTll及びNチャンネ
ルトランジスタTIzの直列回路を、共通ソース端子6
と、トランジスタT、及びT1゜の共通ゲート電極との
間に配置し、トランジスタTllのゲート電極を自己の
ドレイン電極に接続し、かつトランジスタTl!のゲー
ト電極を正給電端子2に接続する。トランジスタT、及
びT、。の共通ゲート電極はこの回路配置により大きい
入力d、c、電圧範囲にわたり端子6につき一定電圧に
維持される。
実際上、入力d、c、電圧変動の場合に起るトランジス
タTllのゲート・ソース電圧変動はトランジスタr+
zのドレイン・ソース電圧の反対方向に起る変動によっ
て補正されるので、これら電圧の和はほぼ維持される。
第4図は本発明の増幅回路配置の第4実施例を示す。本
例ではトランジスタT、及びT1゜の共通ゲート電極を
端子6に対しほぼ一定電圧にバイアスする別個のバイア
ス回路を使用する必要がないが、トランジスタT、及び
TIOのゲート電極をトランジスタT7及びT、のゲー
ト電極にそれぞれ接続する。
本例ではトランジスタが形成される容積の大きい材料及
びソース電極間の電圧が増大する際トランジスタの閾電
圧を増大させるいわゆるバック・ゲート効果を使用する
。本例では回路配置はP形基板上に集積化される。トラ
ンジスタT7及びT8は正給電端子2に接続するN形井
戸20に形成され、かつトランジスタT9及びT1゜は
対応するトランジスタのソース電極に接続するN形井戸
30及び4oにそれぞれ接続する。トランジスタT7及
びTllのソース・バルク(bu lk)電圧が高くか
つトランジスタT、及びT、。のバルク電圧はゼロであ
るから、トランジスタT、及びT8の閾電圧はトランジ
スタT、及びTIGの閾電圧より高くなる。これら閾電
圧の差電圧はトランジスタT7及びT、のソース及びド
レイン電極間に存在する。トランジスタT7及びTIl
のソース・バルク電圧は入力d、c、電圧に依存するが
、この電圧差はトランジスタT7及びTIlを飽和状態
に駆動するのに比較的大きい範囲にわたり十分大きいの
で、これらトランジスタは十分大きい電流を流すことが
できる。トランジスタT7及びT8の閾電圧は比較的広
い範囲にわたり例えばほぼ1.4ボルトに等しく、トラ
ンジスタT9及びTIOの閾電圧は1.0ボルトに等し
い。
第5図は本発明の増幅回路配置の第5実施例を示す。本
例ではトランジスタT9及びT、。は別個のN形井戸に
配設せず、共通ソース端子6に接続する1つの共通N形
井戸40に配設する。トランジスタT、及びTIGのゲ
ート電極はトランジスタT、及びT8のゲート電極に接
続する。本例ではトランジスタT、及びT、のソース・
バルク電圧並びにトランジスタT9及びTIOのソース
・バルク電圧の双方が入力d、c、電圧に依存する。従
ってトランジスタT7及びT、のソース・バルク電圧は
トランジスタT、及びTIGのソース・バルク電圧より
大きいので、トランジスタT、及びT、の閾電圧はトラ
ンジスタT、及びTIOの閾電圧より常に大きくなる。
これら電圧の間の電圧差はトランジスタT7及びT8の
ソース及びドレイン電極間に存在し、かつ入力d、c、
電圧の比較的大きい範囲にわたりこれらトランジスタの
飽和電圧より大きいので、これらトランジスタは比較的
大きい電流を流すことができる。第5図の回路配置は極
めて対称性の大きい構成となっている。
本例の回路配置はバッファ増幅器として使用するのに極
めて好適である。
第6図は本発明の増幅回路配置の第6実施例を示す。本
例ではトランジスタT9及びT、。を、トランジスタT
、及びTllのソース電極の共通ソース端子6に結合す
る共通井戸に配設する。トランジスタT、及びTIOの
ゲート電極は互に接続しかつ入力トランジスタT、のゲ
ート電極に接続する。本例は第5図のものとほぼ同じ特
性を有するが、本例のものの方が対称性が少なくなって
いる。
第6図の実施例は反転増幅器として使用するのに特に好
適であり、その場合第1コンデンサを入力端子4に接続
しかつ第2コンデンサを入力端子4及び出力端子5間に
接続する。第5図の実施例をかかる増幅器として使用す
る場合には、トランジスタT1゜のドレイン・ゲート・
キャパシタンスが利得に影響を及ぼす。第6図の実施例
をかかる増幅器として使用した場合には、かかる作用は
起らず、利得は第1及び第2コンデンサのみによって決
まる。
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本
発明の範囲内で種々の変更が可能であることは当業者に
は明らかである。トランジスタT3及びT4の共通ゲー
ト電極をバイスするバイアス回路は、この電圧が少なく
とも1つの閾電圧及び2つの飽和電圧の和に等しければ
、図示したのとは異なる態様において形成できる。また
差動増幅器は図示したのとは異なる任意の態様で構成す
ることもできる。第5及び6図の実施例においてトラン
ジスタT、及びT、。の共通N形井戸をトランジスタT
9のソース電極に接続することもできる。最後に、増幅
回路配置は反対導電形式のトランジスタで構成できるこ
と勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の回路図、第2図は本発明
の第2実施例の回路図、第3図は本発明の第3実施例の
回路図く第4図は本発明の第4実施例の回路図、第5図
は本発明の第5実施例の回路図、第6図は本発明の第6
実施例の回路図である。 1・・・負給電端子    2・・・正給電端子3.4
・・・入力端子   5・・・出力端子6・・・共通ソ
ース端子 10・・・差動・ツー・シングルエンプツト・コンバー
タ 20.30.40・・・N形井戸 FIG、1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入力電圧を供給する2つの入力端子を有する差動増
    幅器と、出力電流を送出する出力端子を有する差動・ツ
    ー・シングル・エンデッド・コンバータとを具える増幅
    回路配置であって、前記コンバータに第1導電形式の第
    1及び第2トランジスタを設け、そのソース電極を第1
    給電端子に接続しかつそのゲート電極を互に結合し、第
    1導電形式の第3及び第4トランジスタを第1及び第2
    トランジスタに対しカスコード配置する増幅回路配置に
    おいて、第1トランジスタのゲート電極を第3トランジ
    スタのドレイン電極に結合し、増幅回路配置が第3及び
    第4トランジスタのゲート電極を、1つの閾電圧及び2
    つの飽和電圧の和にほぼ等しい電圧においてバイアスす
    るバイアス回路を具えたことを特徴とする増幅回路配置
    。 2、バイアス回路が第1導電形式の第5トランジスタを
    具え、そのソース電極を第1給電端子に結合しかつその
    ゲート電極を第3及び第4トランジスタの共通ゲート電
    極に結合し、かつ第5トランジスタのドレイン電極に結
    合し、このドレイン電極を第1電流源を介して第2給電
    端子に結合するよう構成したことを特徴とする請求項1
    に記載の増幅回路配置。 3、第1導電形式の第6トランジスタを第5トランジス
    タと直列に配設し、第5トランジスタのゲート電極を第
    6トランジスタのゲート電極及びドレイン電極に結合す
    るよう構成したことを特徴とする請求項2に記載の増幅
    回路配置。 4、差動増幅器が第1導電形式と反対の第2導電形式の
    第7及び第8トランジスタを具え、そのゲート電極を入
    力端子にそれぞれ結合し、かつそのソース電極を、第2
    電流源を介して第2給電端子に結合される共通端子に結
    合し、更に、第7及び第8トランジスタに対し第2導電
    形式の第9及び第10トランジスタをカスコード接続す
    るよう構成したことを特徴とする請求項1、2又は3に
    記載の増幅回路配置。 5、第9及び第10トランジスタのゲート電極を互に結
    合し、第2導電形式の第11トランジスタを、第7及び
    第8トランジスタのソース電極の共通端子と、第9及び
    第10トランジスタの共通ゲート電極との間に配設し、
    第11トランジスタのドレイン電極を自己のゲート電極
    に接続しかつ第3電流源を介して第1給電端子に接続す
    るよう構成したことを特徴とする請求項4に記載の増幅
    回路配置。 6、第1導電形式の第12トランジスタを第11トラン
    ジスタと直列に配設し、第12トランジスタのソース電
    極を第9及び第10トランジスタの共通ゲート電極に結
    合し、かつ第12トランジスタのゲート電極を第2給電
    端子に結合するよう構成したことを特徴とする請求項5
    に記載の増幅回路配置。 7、第3電流源を第1導電形式の第13トランジスタで
    構成し、そのソース電極を第1給電端子に結合し、かつ
    そのゲート電極を第5トランジスタのゲート電極に結合
    するよう構成したことを特徴とする請求項5又は6に記
    載の増幅回路配置。 8、増幅回路配置を第1導電形式の基板上に集積回路と
    して構成し、第7及び第8トランジスタを、第2給電端
    子に接続される第2導電形式の領域に配設し、第9及び
    第10トランジスタを、第7及び第8トランジスタのソ
    ース電極に接続される第2導電形式の別個の領域に配設
    し、第7及び第10トランジスタのゲート電極を第7及
    び第8トランジスタのゲート電極にそれぞれ接続するよ
    う構成したことを特徴とする請求項4に記載の増幅回路
    配置。 9、増幅回路配置を第1導電形式の基板上に集積回路と
    して構成し、第7及び第8トランジスタを、第2給電端
    子に接続される第2導電形式の領域に配設し、かつ第9
    及び第10トランジスタを、第7及び第8トランジスタ
    のソース電極の共通端子に接続される第2導電形式の共
    通領域に配設し、第9及び第10トランジスタのゲート
    電極を第7及び第8トランジスタのゲート電極に接続す
    るよう構成したことを特徴とする請求項4に記載の増幅
    回路配置。 10、増幅回路配置を第1導電形式の基板上に集積回路
    として構成し、第7及び第8トランジスタを、第2給電
    端子に接続される第2導電形式の領域に配設し、第9及
    び第10トランジスタを、第7及び第8トランジスタの
    ソース電極の共通端子に接続される第2導電形式の共通
    領域に配設し、第9トランジスタのゲート電極を第10
    トランジスタのゲート電極及び第7トランジスタのゲー
    ト電極に接続するよう構成したことを特徴とする請求項
    4に記載の増幅回路配置。
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