JPH0553404B2 - - Google Patents

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JPH0553404B2
JPH0553404B2 JP61284049A JP28404986A JPH0553404B2 JP H0553404 B2 JPH0553404 B2 JP H0553404B2 JP 61284049 A JP61284049 A JP 61284049A JP 28404986 A JP28404986 A JP 28404986A JP H0553404 B2 JPH0553404 B2 JP H0553404B2
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JP
Japan
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amplifier
diodes
voltage
capacitor
coupling
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Kazuo Kato
Hideo Sato
Takashi Sase
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流結合回路に係り、特に、半導体集
積回路などに於ける各種回路を交流結合するに好
適な交流結合回路に関する。
〔従来の技術〕
半導体集積回路は、各種の回路から構成されて
おり、これら回路群のうち多くの回路は互いに相
異なる動作電位で作動するようになつている。こ
のため、互いに相異なる動作電位の回路ブロツク
を結合するに際しては、各回路ブロツクをキヤパ
シタを介して接続することが知られている。この
ようなCR形結合回路としては、イー・デー・エ
ヌ,シーモス ゲーツ イン リニア アプリケ
ーシヨンズ(1973年)第43頁〜第48頁(EDN,
CMOS,gates in linear applications,Mar,
5,1973,PP42−48)に記載されているように、
抵抗Rに線形高抵抗を用いたものが知られてい
る。又、抵抗Rに非線形スイツチを用いたものと
して、アイ・イー・イー・イー・ジヤーナル オ
ブ ソリツド ステート サーキツツ,エス・シ
ー13,1978年6月,第294頁〜298頁(IEEE,
Jounal of solid State Circuits SC−13,June,
1978,PP294−298)に記載されているものが知
られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術のうち前者のものは、抵抗Rとし
て線形高抵抗を用いることによつて信号に対する
時定数を大きくしているので、低周波域の信号ま
で伝送させることはできるが、抵抗Rを構成する
のに大面積の抵抗用チツプを必要とし、又、バイ
アス電源に対しても時定数が大きくなるので、バ
イアスイ電圧の整定時間が長くなるという不具合
があつた。
一方、後者の従来技術は抵抗Rに非線形スイツ
チを用いているので、前者のものよりもバイアス
電圧の整定時間を短くすることはできるが、スイ
ツチによりバイアス電圧を印加しなければなら
ず、連続した信号に適応できないという不具合が
あつた。
本発明は、前記従来の課題に鑑みて為されたも
のであり、その目的は、信号に対する時定数を大
きくし、バアイス電圧に対する時定数を小さくす
ることができる交流結合回路を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、本発明は、第1の
基準電位を有する信号源電圧の前記第1の基準電
位とは異なる第2の基準電位を動作中心とする高
入力インピーダンス増幅器と、前記前記信号源電
圧を前記高入力インピーダンス増幅器の入力側に
導くための結合容量と、前記信号源電圧が大振幅
である場合には低インピーダンスとなり、小振幅
である場合には高インピーダンスとなる非線形イ
ンピーダンス素子と、前記結合容量の前記高入力
インピーダンス増幅器側端子に前記非線形インピ
ーダンス素子を介して前記第2の基準電位に等し
いバイアス電圧を供給するバイアス電源とを有す
ることを特徴とする。
〔作用〕
電源印加時などのようにバイアス電圧が過度的
に変化して非線形インピーダンス素子としての半
導体抵抗素子に非線形領域を越えた電圧が印加さ
れると、半導体抵抗素子が低インピーダンスのイ
ンピーダンス素子として機能し、結合容量が短時
間のうちに充電される。一方、定常動作時に半導
体抵抗素子に非線形領域の電圧(信号源電圧)が
印加されると、半導体抵抗素子が高インピーダン
スのインピーダンス素子として機能し、結合容量
の容量が小さくても信号に対する時定数を大きく
することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。
第1図には、本発明の好適な実施例の構成が示
されている。第1図において、インバータアンプ
10の入力端子12と出力端子13には非線形イ
ンピーダンス素子としてのダイオード31,32
が互いに逆方向に並列接続されている。入力端子
12は結合容量としてのキヤパシタ40を介して
端子11に接続されており、端子11には信号源
200としての電圧源201とバイアス電圧源2
02に接続されている。
ダイオード31,32はインバータアンプ10
のフイードバツク回路を形成すると共にキヤパシ
タ40の充放電回路を形成し、かつ第2図に示さ
れるように、電圧−電流特性が非線形な半導体抵
抗素子で構成されている。ダイオード31,32
の両端に非線形領域を越えた電圧が印加されたと
きにはダイオード31,32に順方向電流が流
れ、ダイオード31,32は低インピーダンスの
インピーダンス素子として機能する。一方、定常
動作時にダイオード31,32に非線形領域の電
圧(信号源電圧)が印加されたときには、ダイオ
ード31,32には極めてわずかな電流した流れ
ないため、ダイオード31,32は高インピーダ
ンスのインピーダンス素子として機能することに
なる。
即ち、ダイオード31,32の整流方程式は次
式によつて表わされる。
ID=IS(eq VO/k T−1) …(1) ここで、ダイオード31,32の微分抵抗をrD
とすると、rD=VT/(ID+IS)、ただしVT=kT/
q,=26mVである。
ISは10-17〜-18Aのオーダであるから、IDが0付
近では1015Ω程度となり、ダオード31,32は
極めて大きな抵抗値の抵抗素子として機能するこ
とになる。
インバータアンプ9は入力インピーダンスの高
い反転形増幅器であり、第3図に示されるよう
に、PチヤネルMOSトランジスタ16とNチヤ
ネルMOSトランジスタ15から構成されている。
そして端子17が電源に接続され、入力端子12
に電源電圧の約1/2のバイアス電圧が印加される
ようになつている。
以上の構成において、インバータアンプ10
に、インバータアンプ10の動作電位(第2の基
準電位)とは異なるレベルの信号源電圧(第1の
基準電位)を出力する信号源200がキヤパシタ
40を介して接続された場合、インバータアンプ
10に電源電圧が印加されると、インバータアン
プ10の入出力間にはダイオード31,32の非
線形領域を越える直流電位差が過渡的に生じる。
そして、入力端子12が出力端子13よりも高電
位となつたときにはダイオード32に電流が流
れ、逆のときにはダイオード31に電流が流れ、
キヤパシタ40が充電される。この結果、キヤパ
シタ40の入力端子12側はインバータアンプ1
0の入出力の電位差がほぼ0になる電圧、即ちイ
ンバータ10のしきい値電圧まで急速に充電され
る。
キヤパシタ40が充電されるとインバータアン
プ10の入出力の電位差がほぼ0Vとなるので、
ダイオード31,32は共に高抵抗の抵抗素子と
して機能することになる。このため、キヤパシタ
40が充電された後の定常状態においては、信号
源200からの交流信号がキヤパシタ40を介し
てインバータアンプ10に入力され、インバータ
アンプ10で所定の増幅度の信号に増幅された後
出力端子13から出力されることになる。
このように、本実施例においては、キヤパシタ
40の容量を小さくしても、交流信号に対して
は、ダイオード31,32が高インピーダンスの
インピーダンス素子として機能し、交流信号に対
する時定数を大きくすることができる。又さらに
バイアス電圧に対してはダイオード31,32が
低インピーダンスのインピーダンス素子として機
能するため、バイアス電圧に対する時定数を小さ
くすることができる。このため、キヤパシタ40
の容量を小さくしても低周波域の信号まで増幅す
ることができると共にバイアス電圧の整定時間を
短くすることができる。さらに、インバータアン
プ10を集積回路に実装する場合でもキヤパシタ
40を小容量のもので構成することができるの
で、小型化を図ることができる。又、インバータ
アンプ10と信号源200とは交流的に結合され
ているので、電源電圧が変動したり、周囲温度が
変動したりしても、直流結合のものよりも動作電
位が変動するのを抑制することができる。
第4図には、インバータアンプ10の動作電位
よりも高電位の動作電位によつて作動する発振器
100に接続する場合の実施例が示されている。
発振器100はトランジスタ111,112,
113,114,ダイオード115,116,抵
抗117,118,コンデンサ120,定電流源
131,132,133を有し、エミツタ結合形
マルチバイブレータを構成している。そしてトラ
ンジスタ113,114のエミツタが結合ダイオ
ード45を介してインバータアンプ10に接続さ
れている。そしてインバータアンプ10の出力側
はCMOSゲート20に接続されている。
本実施例においては、インバータアンプ10と
発振器100とが結合ダイオード45を介して接
続されているが、結合ダイオード45は逆バイア
スされているため、キヤパシタ40と同様結合容
量として機能し、発振器100からの交流信号が
結合ダイオード45を介してインバータアンプ1
0へ供給されるようになつている。即ち、本実施
例において、発振器100の動作電位がインバー
タアンプ10の動作電位より高い場合は、インバ
ータアンプ10と発振器100とを結合ダイオー
ド45を介して接続し、両者の電位差が大きい場
合でも結合ダイオード45の両端を充電すること
によつて直流レベルをシフトし、発振器100の
出力信号をインバータアンプ10で増幅した後
CMOSゲート20を駆動することとしている。
本実施例においては、前記実施例と同様、ダイ
オード31,32が結合ダイオード45と時定数
回路を構成し、信号に対する時定数を大きくし、
バイアス電圧に対する時定数を小さくすることが
できる。又本実施例においては、発振器100と
インバータアンプ10とが交流結合されているの
で、発振器100の直流レベルが変動し発振器1
00の出力信号のデユーテイ比が変化しても、イ
ンバータアンプ10の出力信号のデユーテイ比が
変化するのを抑制することができる。
第5図には、本発明の他の実施例の構成が示さ
れている。
本実施例はアンプ(増幅器)10Aの入力側と
入力端子12との間にキヤパシタ40を挿入する
と共にアンプ10Aの入力側とアースとの間に互
いに並列接続されたダイオード31,32とバイ
アス電源50を挿入したものである。
アンプ10Aの動作電位はバイアス電源50の
電圧によつて設定されており、アンプ10Aに電
圧が印加されダイオード31,32の両端に非線
形領域の電圧が印加されたときにはダイオード3
1,32が低インピーダンスのインピーダンス素
子として機能し、キヤパシタ40が短時間で充電
されるようになつている。一方キヤパシタ40が
充電された後はダイオード31,32の両端の電
圧がほぼ0Vになるので、ダイオード31,32
が高インピーダンスのインピーダンス素子として
機能し、低周波域の信号成分もアンプ10Aによ
つて増幅される。
このように、本実施例においては、バイアス電
圧をアンプ10Aの帰還出力によつて得るのでは
なく、バイアス電源50から得ているのでアンプ
10Aを反転増幅器、非反転増幅器に適用するこ
とができる。
前記実施例においてアンプ10Aの動作電位を
低電圧のもので構成する場合にはバイアス電源5
0を用いなくてもキヤパシタ40、ダイオード3
1,32を交流結合回路として機能させることが
できる。
交流結合回路200の応用としては、第6図に
示されるように、複数のリニヤ回路ブロツク30
1〜306を互いに交流結合させる場合、各回路
ブロツクを交流結合回路201〜205を介して
接続すれば、オーデイオシステムやビデオシステ
ムの集積回路として用いることができる。この場
合、各回路ブロツクの動作電位が異なつたり、機
能が異なつたりする場合でも、各回路ブロツクの
入換えを容易に行うことができ、設計の自由度が
増しICの開発期間を短縮することができる。
又、交流結合回路200の応用としては、第7
図に示されるように、スタツク形の論理回路50
0の入力回路に用いることができる。
即ち、論理回路500が4段のスタツクで構成
され入力I1〜I4に対し、出力O=I1・I2+I3+I4
機能を有している場合、各段の入力回路に交流結
合回路206〜209を挿入すれば、入力I1〜I4
の直流レベルによらずスタツク4段の論理回路と
して機能させることができる。この場合、交流結
合回路206〜209の各直流レベルのシフトは
確実にできるので、スタツク段数を多く、論理回
路500の出力信号の振幅を小さくすることがで
きる。又さらにスタツク1段分の電流を流すだけ
で良いので、電源の利用率を高めることができ、
低消費電力の回路を実現することができる。
なお、前記各実施例において、ダイオード3
1,32としてバイポーラPNダイオードの他に
MOSダイオードやシヨツトキーダイオードを用
いることもできる。又、半導体抵抗素子としての
ダイオードを構成する場合、一対のダイオードを
互いに逆方向に接続するだけでなく、入力信号の
振幅に応じて必要数のダイオードを直列に接続す
るようにすることも可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、結合容
量が小さくても、信号に対する時定数を大きく
し、バイアス電圧に対する時定数を小さくするこ
とができるため、集積回路の小型化に寄与するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図は半導体抵抗素子の電圧−電流特性図、第3図
はインバータアンプ10の具体的構成図、第4図
は本発明の他の実施例を示す構成図、第5図は本
発明のさらに他の実施例の構成図、第6図は本発
明の応用例を示す構成図、第7図は本発明の応用
例を示す構成図である。 10……インバータアンプ、10A……アン
プ、31,32……ダイオード、40……キヤパ
シタ、100……発振器、200〜209……交
流結合回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の基準電位を有する信号源電圧の前記第
    1の基準電位とは異なる第2の基準電位を動作中
    心とする高入力インピーダンス増幅器と、 前記前記信号源電圧を前記高入力インピーダン
    ス増幅器の入力側に導くための結合容量と、 前記信号源電圧が大振幅である場合には低イン
    ピーダンスとなり、小振幅である場合には高イン
    ピーダンスとなる非線形インピーダンス素子と、 前記結合容量の前記高入力インピーダンス増幅
    器側端子に前記非線形インピーダンス素子を介し
    て前記第2の基準電位に等しいバイアス電圧を供
    給するバイアス電源とを有することを特徴とする
    交流結合回路。
JP61284049A 1986-11-28 1986-11-28 交流結合回路 Granted JPS63136804A (ja)

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JPS63136804A JPS63136804A (ja) 1988-06-09
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0819264B2 (ja) * 1988-06-03 1996-02-28 日本ゼオン株式会社 加硫性ゴム組成物
JPH0629755A (ja) * 1992-07-10 1994-02-04 Mitsubishi Electric Corp 前置増幅器

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