JPH0555836A - amplifier - Google Patents
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- JPH0555836A JPH0555836A JP20928891A JP20928891A JPH0555836A JP H0555836 A JPH0555836 A JP H0555836A JP 20928891 A JP20928891 A JP 20928891A JP 20928891 A JP20928891 A JP 20928891A JP H0555836 A JPH0555836 A JP H0555836A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、差動出力タイプの高利得増幅器や
プッシュプル構成の多段増幅器の初段あるいは中間段に
用いて好適な増幅回路を提供することを目的とする。
【構成】 複数段で構成される増幅器1において、少な
くとも初段或いは中間段を構成する増幅段2は、入力信
号の電位変化を差動の電流変化に変換するトランスコン
ダクター2aと、前記トランスコンダクター2aの各々
の出力に接続される(1/gm3)の値を持つ負荷2b及
び2cと、前記トランスコンダクター2aの差動出力を
入力とし正帰還ループを形成するように前記トランスコ
ンダクター2aの差動出力に接続されたgm2のトランス
コンダクタンスを持つ差動入力差動出力のトランスコン
ダクター2dにより構成される。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to provide an amplifier circuit suitable for use in a first stage or an intermediate stage of a differential output type high gain amplifier or a push-pull multistage amplifier. [Structure] In an amplifier 1 composed of a plurality of stages, at least an amplification stage 2 constituting an initial stage or an intermediate stage comprises a transconductor 2a for converting a potential change of an input signal into a differential current change, and the transconductor 2a. Loads 2b and 2c having a value of (1 / g m3 ) connected to the respective outputs, and a differential output of the transconductor 2a so as to form a positive feedback loop with the differential output of the transconductor 2a as an input. And a differential input differential output transconductor 2d having a transconductance of g m2 .
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高利得の増幅器に関す
る。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to high gain amplifiers.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来差動出力タイプの増幅器は、Sudhir
M. Mallyaらが、“Design Procedu-res for a Fully D
ifferential Folded-Dascode CMOS Operational Amplif
ier”、IEEE JSSC Vol.24, Dec, 1989 のFig. 1(第1
の従来例)に示しているように、1段構成をしており、
高利得を実現するために負荷のトランジスタをカスコー
ド接続の構成にしている。この時、カスコード接続して
いるトランジスタのゲート電位を発生させるバイアス回
路が必要となるだけでなく、最大出力振幅が小さくなる
という欠点を有していた。最大出力振幅は、Rinaldo Ca
stelloらが、“A High-Perrormance Micropower Switch
ed- Capacitor Filter”、IEEE JSSCVol.20, Dec, 1985
のFig. 7及びFig. 8(第2の従来例)で説明している
ようなダイナミック・バイアスの手法を用いて改善され
るが、回路規模が大きくなるという欠点があった。2. Description of the Related Art Conventional differential output type amplifiers are Sudhir
M. Mallya et al., “Design Procedu-res for a Fully D
ifferential Folded-Dascode CMOS Operational Amplif
ier ”, IEEE JSSC Vol.24, Dec, 1989, Fig. 1 (1st
As shown in (Conventional example),
In order to realize high gain, the load transistors are cascode-connected. At this time, not only a bias circuit for generating the gate potential of the cascode-connected transistor is required, but also the maximum output amplitude becomes small. Maximum output amplitude is Rinaldo Ca
stello et al., “A High-Perrormance Micropower Switch
ed- Capacitor Filter ”, IEEE JSSC Vol.20, Dec, 1985
Although it can be improved by using the dynamic bias method described in FIGS. 7 and 8 (second conventional example), there is a drawback that the circuit scale becomes large.
【0003】また、従来の2段構成の増幅器は、駆動能
力を上げるために、John A. Fisherが、“A High-Perfo
rmance CMOS Power Amplifier ”、IEEE JSSC Vol.20,D
ec, 1985 のFig. 2(a)で説明しているようなAB級
ソース・フォロワを2段目(出力段)に一般的に用いて
いるが、最大出力振幅が小さくなるという欠点があっ
た。これを避けるために、USP4383223のFig. 2(第3の
従来例)に示されるような、プッシュプル構成が提案さ
れている。しかしながら、第3の従来例の回路では、入
力から、第1の出力トランジスタ18までの経路は2段
構成であるが、入力から、第2のトランジスタ16まで
の経路は1段構成であり、完全なプッシュプル構成とは
なっていない。In addition, in the conventional two-stage amplifier, John A. Fisher has described "A High-Perfo
rmance CMOS Power Amplifier ", IEEE JSSC Vol.20, D
A class AB source follower as explained in Fig. 2 (a) of ec, 1985 is generally used for the second stage (output stage), but it has a drawback that the maximum output amplitude becomes small. .. In order to avoid this, a push-pull configuration as shown in FIG. 2 (third conventional example) of USP4383223 has been proposed. However, in the circuit of the third conventional example, the path from the input to the first output transistor 18 has a two-stage configuration, but the path from the input to the second transistor 16 has a one-stage configuration, and It is not a push-pull configuration.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の差動出力タイプの高利得増幅器やプッシュプル構成
の増幅器に適した初段或いは中間段に用いて好適な増幅
回路は無く、所望の利得や出力振幅を得るためには回路
規模が大きくなったり、また、疑似的なプッシュプル構
成となっていた。As described above, there is no amplifier circuit suitable for the first stage or the intermediate stage suitable for the conventional high gain amplifier of the differential output type or the amplifier of the push-pull structure, and there is no desired amplifier circuit. In order to obtain the gain and output amplitude, the circuit scale becomes large, and a pseudo push-pull configuration is used.
【0005】よって、本発明は差動出力型の高利得増幅
器やプッシュプル増幅器の初段或いは中間段に適した増
幅回路を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide an amplifier circuit suitable for a first stage or an intermediate stage of a differential output type high gain amplifier or push-pull amplifier.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の増幅器は、入力電圧信号のレベルに応じてレベ
ルが相補的に変化する一対の電流出力を正及び負出力端
子から出力するgm1のトランスコンダクタンスを有する
第1トランスコンダクタ2aと、上記第1トランスコン
ダクタの正及び負出力端子と接地間に夫々接続された
(1/gm3)の値を有する第1及び第2負荷2b,2c
と、一対の入力端子が上記記第1トランスコンダクタの
正及び負出力端子に夫々接続されて入力端子間の電圧差
に応じてレベルが相補的に変化する一対の電流出力を発
生するgm2のトランスコンダクタンスを持つ第2トラン
スコンダクタ2dと、上記第2トランスコンダクタの一
対の電流出力の各々を上記第2トランスコンダクタの一
対の入力端子の各々に同相で帰還する正帰還ループとを
備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, the amplifier of the present invention outputs a pair of current outputs whose levels change complementarily in accordance with the level of an input voltage signal from positive and negative output terminals. a first transconductor 2a having a transconductance of m1 and first and second loads 2b having a value of (1 / g m3 ) connected between the positive and negative output terminals of the first transconductor and ground, respectively. 2c
When, in g m @ 2 in which a pair of input terminals to generate a pair of current output whose level changes in a complementary manner according to the voltage difference between the respective connected to the input terminal to the positive and negative output terminal of the Symbol first transconductor A second transconductor 2d having a transconductance, and a positive feedback loop for returning each of the pair of current outputs of the second transconductor to each of the pair of input terminals of the second transconductor in phase. And
【0007】[0007]
【作用】本発明によると、トランスコンダクタ2dは正
帰還のループを形成し、トランスコンダクタ2aのトラ
ンスコンダクタンスをgm1とすると、トランスコンダク
タ2aの入力からトランスコンダクタ2dの出力に至る
dcの伝達特性は±gm1/(gm2−gm3)となる。この
(gm2−gm3)を制御することにより、所望利得の差動
出力が得られる。よって、各差動出力端に出力段を付加
することにより回路規模を著しく増大させることなく容
易に差動出力タイプの高利得増幅器を構成することがで
きる。また、一方の出力を反転及びレベルシフトしてP
チャネルFETP1のゲートに、他方の出力をNチャネ
ルFET N1のゲートに接続し、P1とN1のドレイ
ン同士を接続して簡単にプッシュプル構成を実現でき
る。According to the present invention, the transconductor 2d forms a positive feedback loop, and assuming that the transconductance of the transconductor 2a is g m1 , the transfer characteristic of dc from the input of the transconductor 2a to the output of the transconductor 2d is ± g m1 / (g m2 −g m3 ) By controlling this (g m2 −g m3 ), a differential output with a desired gain can be obtained. Therefore, by adding an output stage to each differential output terminal, a differential output type high gain amplifier can be easily configured without significantly increasing the circuit scale. Also, one output is inverted and level-shifted to P
The push-pull configuration can be easily realized by connecting the other output to the gate of the channel FET P1 and the gate of the N-channel FET N1 and connecting the drains of P1 and N1.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明に係る差動出力型の高利得増幅器
のブロック図を示しており、多段増幅器の例えば初段を
構成する増幅段2は、トランスコンダクタ2a及び2
d、負荷2b及び2cによって構成される。各トランス
コンダクタは、供給される差動入力信号の電位変化を差
動の電流変化に変換する電圧信号−電流信号変換器であ
り、例えば電流出力型差動増幅器によって構成される。
トランスコンダクタ2aの正及び負入力端子間には入力
信号Vin- 及びVin+ による差動入力信号が供給され
る。トランスコンダクタ2aの正及び負出力端子には
(1/gm3)の値を持つ負荷2b及び2cが夫々接続さ
れる。トランスコンダクタ2aの正出力端子にはトラン
スコンダクタ2dの負入力端子及び負出力端子が接続さ
れる。トランスコンダクタ2aの負出力端子にはトラン
スコンダクタ2dの正入力端子及び正出力端子が接続さ
れる。従って、トランスコンダクタ2dはトランスコン
ダクタ2aの差動出力を入力とする正帰還ループを形成
する。また、トランスコンダクタ2aの正及び負出力端
子は増幅器2の出力端子となり、次段の出力増幅器3a
及び3bが夫々接続される。 かかる構成において、ト
ランスコンダクタ2aのトランスコンダクタンスを
gm1、トランスコンダクタ2dのトランスコンダクタン
スをgm2とすると、増幅器2のdcの伝達特性は後述す
るように±gm1/(gm2−gm3)として表される。よっ
て、(gm2−gm3)を制御することによって所望の利得
の差動出力が得られる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of a differential output type high gain amplifier according to the present invention. The amplification stage 2 which constitutes, for example, the first stage of a multistage amplifier includes transconductors 2a and 2a.
d, and loads 2b and 2c. Each transconductor is a voltage signal-current signal converter that converts a potential change of the supplied differential input signal into a differential current change, and is configured by, for example, a current output type differential amplifier.
A differential input signal based on the input signals Vin- and Vin + is supplied between the positive and negative input terminals of the transconductor 2a. Loads 2b and 2c having a value of (1 / g m3 ) are connected to the positive and negative output terminals of the transconductor 2a, respectively. The negative input terminal and the negative output terminal of the transconductor 2d are connected to the positive output terminal of the transconductor 2a. The positive output terminal and the positive output terminal of the transconductor 2d are connected to the negative output terminal of the transconductor 2a. Therefore, the transconductor 2d forms a positive feedback loop having the differential output of the transconductor 2a as an input. Also, the positive and negative output terminals of the transconductor 2a become the output terminals of the amplifier 2, and the output amplifier 3a of the next stage
And 3b are connected respectively. In such a configuration, assuming that the transconductance of the transconductor 2a is g m1 and the transconductance of the transconductor 2d is g m2 , the dc transfer characteristic of the amplifier 2 is ± g m1 / (g m2 −g m3 ) as described later. expressed. Therefore, by controlling (g m2 −g m3 ), a differential output with a desired gain can be obtained.
【0009】トランスコンダクタ2aの両出力に寄生の
コンダクタンスg0があるときは、dcの伝達特性は±
gm1/(gm2−gm3−g0 )となるが、同様に(gm2−
gm3)を制御することにより、利得の調節が可能であ
る。この時はgm2=gm3で利得が最大となる。よって、
出力増幅段3a及び3bを介して増幅段2の差動出力を
取り出すことにより、回路規模を著しく増大させること
なく、また、カスコード接続を用いないので出力振幅を
大きくとれる差動出力タイプの高利得増幅器を構成する
ことが出来る。When the parasitic conductance g 0 is present at both outputs of the transconductor 2a, the transfer characteristic of dc is ±
g m1 / (g m2 −g m3 −g 0 ), but similarly (g m2 −
It is possible to adjust the gain by controlling g m3 ). At this time, the gain becomes maximum at g m2 = g m3 . Therefore,
By taking out the differential output of the amplification stage 2 via the output amplification stages 3a and 3b, the circuit scale is not significantly increased, and since the cascode connection is not used, a high output gain of the differential output type can be obtained. An amplifier can be constructed.
【0010】図2は、増幅器2の等価回路を示してお
り、例えば、“Analysis and Designof Analog Integra
ted Circuits"の第3.4.4 章で紹介されているHalfCircu
it Conceptを用いて導出される。図2において、vidは
差動入力(=Vin+ −Vin- )、vodを差動出力とする
と、 (vod/2)={(−vidgm1/2)+( vidgm2/2)} /(
gm3+g0 )が成立し、dcゲインは、 vod/vid=−gm1/(gm3−gm2+g0 ) により
求められる。よって、コンダクタンスg0 がないときd
cゲインは、−gm1/(gm3−gm2)となり、gm2=g
m3のとき、ゲインは−gm1/g0 で最大になる。FIG. 2 shows an equivalent circuit of the amplifier 2, for example, "Analysis and Design of Analog Integra".
Half Circuits introduced in Chapter 3.4.4 of "Ted Circuits"
It is derived using it Concept. In FIG. 2, when v id is a differential input (= V in + −V in− ), and vod is a differential output, (vod / 2) = {(− v id g m1 / 2) + (v id g m2 / 2)} / (
g m3 + g 0) is established, dc gain is determined by vod / v id = -g m1 / (g m3 -g m2 + g 0). Therefore, when there is no conductance g 0, d
The c gain is -g m1 / (g m3 -g m2 ) and g m2 = g
At m3 , the gain is maximized at -g m1 / g 0 .
【0011】図3は、図1に示した実施例の具体例であ
る。同図において電流源i1 とトランジスタM1 及びM
2 はトランスコンダクタ2aを構成し、ゲート・ドレイ
ン間を接続したトランジスタM3 ,M4 は各々(1/g
m3)の値を持つ負荷2b及び2cを構成している。トラ
ンジスタM5及びM6と電流源i2,i4a, i4bはトラン
スコンダクタ2dを構成している。トランジスタM8 と
電流源i3aは出力段3aを構成し、トランジスタM7 と
電流源i3bは出力段3bを構成している。トランジスタ
M7 のゲート・ドレイン間に接続されたコンデンサCc1
及びトランジスタM8 のゲート・ドレイン間に接続され
たコンデンサCc2はいずれも位相補償用のコンデンサで
ある。FIG. 3 is a concrete example of the embodiment shown in FIG. In the figure, current source i1 and transistors M1 and M1
2 constitutes the transconductor 2a, and the transistors M3 and M4 connecting between the gate and the drain are respectively (1 / g
It constitutes loads 2b and 2c having a value of m3 ). The transistors M5 and M6 and the current sources i2, i4a, i4b form a transconductor 2d. The transistor M8 and the current source i3a form the output stage 3a, and the transistor M7 and the current source i3b form the output stage 3b. A capacitor Cc1 connected between the gate and drain of the transistor M7
Also, the capacitor Cc2 connected between the gate and drain of the transistor M8 is a capacitor for phase compensation.
【0012】このように図1で説明した通り、回路規模
を著しく増大させることなく容易に差動出力タイプの高
利得増幅器を構成することができる。また、出力段3a
あるいは3bのどちらかを省いて単一出力の増幅器とし
て用いることもできる。また、トランスコンダクタ2d
の電流源i4a,i4bは省略することが可能である。As described above with reference to FIG. 1, a differential output type high gain amplifier can be easily constructed without significantly increasing the circuit scale. Also, the output stage 3a
Alternatively, either 3b can be omitted and the amplifier can be used as a single output amplifier. Also, the transconductor 2d
The current sources i4a and i4b can be omitted.
【0013】更に、負荷2b及び2cのコンダクタンス
gm3は、夫々トランジスタM3 及びM4 のgm であり、
トランジスタのチャネルの幅Wと長さLの比であるW/
Lと入力Vin- とVin+とがバランスしたときにトラン
ジスタM3 及びM4 に流れる電流で決定される。トラン
スコンダクタ2dのコンダクタンスgm2はトランジスタ
M5 及びM6 のコンダクタンスgm で、W/Lとトラン
ジスタM5 及びM6 に流れる電流で決定されるので、g
m3とgm2の制御は容易になされる。[0013] In addition, the conductance g m3 of load 2b and 2c is a g m of each of the transistors M3 and M4,
The ratio of the width W and the length L of the transistor channel is W /
It is determined by the current flowing through the transistors M3 and M4 when L and the inputs Vin- and Vin + are balanced. Conductance g m @ 2 of the transconductor 2d in conductance g m of the transistors M5 and M6, since it is determined by the current flowing through the W / L of the transistor M5 and M6, g
The control of m3 and gm2 is easy.
【0014】図3の実施例では、トランスコンダクタ2
aを構成しているトランジスタM1及びM2 のドレイン
に付加する出力コンダクタンスや、トランスコンダクタ
2dを構成しているトランジスタM5及びM6のドレイ
ンに付加する出力コンダクタンスがあるので、gm2=g
m3の時に、図1で説明した通り利得は最大となる。In the embodiment of FIG. 3, the transconductor 2
Since there is an output conductance added to the drains of the transistors M1 and M2 forming the a and an output conductance added to the drains of the transistors M5 and M6 forming the transconductor 2d, g m2 = g
At m3, the gain becomes maximum as described in FIG.
【0015】図4の実施例は、負荷2b及び2cを構成
しているトランジスタM3 、M4 をPチャネルFETで
構成した変形例であり、図3に示された実施例と同様の
効果が得られる。The embodiment of FIG. 4 is a modification in which the transistors M3 and M4 constituting the loads 2b and 2c are P-channel FETs, and the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 3 can be obtained. ..
【0016】図5は、本発明の増幅器をプッシュプル構
成に適用した例を示している。図5において、2つの入
力端子から増幅段2の2つの出力端子に至る2つの信号
経路の利得は等しく、位相は180度異なっている。増
幅段2の一方の出力を反転レベルシフト手段3cを介し
てトランジスタP1 のゲートに接続し、増幅段2の他方
の出力をトランジスタN1 のゲートに接続し、トランジ
スタP1 及びN1 のドレイン同士を接続し、また、トラ
ンジスタP1 及びN1 のソースを各々電源Vdd及びVss
に接続することにより、入力端子からN1 のドレイン
(出力端子)までの経路も、入力端子からP1 のドレイ
ン(出力端子)までの経路も共に2段構成となりプッシ
ュプル構成を容易に実現できる。FIG. 5 shows an example in which the amplifier of the present invention is applied to a push-pull configuration. In FIG. 5, the gains of the two signal paths from the two input terminals to the two output terminals of the amplification stage 2 are equal and the phases are different by 180 degrees. One output of the amplification stage 2 is connected to the gate of the transistor P1 via the inverting level shift means 3c, the other output of the amplification stage 2 is connected to the gate of the transistor N1, and the drains of the transistors P1 and N1 are connected to each other. , And the sources of the transistors P1 and N1 are supplied with power sources Vdd and Vss, respectively.
The connection between the input terminal and the drain of N1 (output terminal) and the path from the input terminal to the drain of P1 (output terminal) have two stages, and the push-pull configuration can be easily realized.
【0017】図6に図5で示した実施例の具体例を示
す。図3で説明したように、トランジスタM1 〜M6 及
び電流源i1,i2,i4a及びi4bで増幅段2を構成してい
る。トランジスタM3c1 とM3c2 は反転レベルシフト手
段3cを構成しており、トランジスタP1 とN1 はプッ
シュプルの出力段を構成している。コンデンサCc3は位
相補償用コンデンサである。FIG. 6 shows a concrete example of the embodiment shown in FIG. As described with reference to FIG. 3, the amplification stage 2 is composed of the transistors M1 to M6 and the current sources i1, i2, i4a and i4b. The transistors M3c1 and M3c2 form an inverting level shift means 3c, and the transistors P1 and N1 form a push-pull output stage. The capacitor Cc3 is a phase compensation capacitor.
【0018】ここで、電流源i1 ,i2 ,i4a及びi4b
により供給される電流I1 ,I2 ,I4a及びI4bを、 I2 /2=I4a=I4b と設定し、また、トランジスタM1 〜M6 (W/L)M1=(W/L)M2 (W/L)M3=(W/L)M4 (W/L)M5=(W/L)M6 で、更に、 [(W/L) M3c1*(W/L) P1/(W/L)M3/(W/L)M3c2]=[(W/L) N1/(W/L)M4] であるので、Vin- =Vin+ の時は、トランジスタM5
,M6 にはI2 /2の等しい電流が流れて電流源i4a
及びi4bに吸入され、トランジスタM1 〜M4 にはI1
/2の等しい電流が流れるので、出力トランジスタN1
及びP1 には、 [(W/L)N1/(W/L)M4]*I1 /2 なる電流が流れている。Here, the current sources i1, i2, i4a and i4b
The currents I1, I2, I4a and I4b supplied by I2 / 2 = I4a = I4b are set and the transistors M1 to M6 (W / L) M1 = (W / L) M2 (W / L) M3 = (W / L) M4 (W / L) M5 = (W / L) M6 , and also [(W / L) M3c1 * (W / L) P1 / (W / L) M3 / (W / L ) M3c2 ] = [(W / L) N1 / (W / L) M4 ], so when Vin- = Vin +, the transistor M5
, M6, a current equal to I2 / 2 flows and current source i4a
And i4b, and I1 is applied to the transistors M1 to M4.
/ 2 equal current flows, so output transistor N1
A current of [(W / L) N1 / (W / L) M4 ] * I1 / 2 flows through P1 and P1.
【0019】Vin- >>Vin+ のときは、電流源i1 か
らの電流I1 は全てトランジスタM2 側に流れ、このと
きトランジスタM5 のゲート電位がトランジスタM6 の
ゲート電位より低いので、トランジスタM4 には、I1
+I2 /2の電流が流れ、トランジスタM3 には電流は
流れない。トランジスタM3 とカレントミラーの関係に
あるトランジスタM5 にも電流は流れず、トランジスタ
P1 には電流は流れない。一方、トランジスタN1 には
[(W/L)N1/(W/L)M4]*(I1 +I2/2)
の電流の電流が流れる。これはVin- =Vin+であると
きの2倍以上の電流値である。When Vin->> Vin +, all the current I1 from the current source i1 flows to the transistor M2 side. At this time, the gate potential of the transistor M5 is lower than the gate potential of the transistor M6.
A current of + I2 / 2 flows, and no current flows through the transistor M3. No current flows through the transistor M5, which has a current mirror relationship with the transistor M3, and no current flows through the transistor P1. On the other hand, the transistor N1 has [(W / L) N1 / (W / L) M4 ] * (I1 + I2 / 2)
The current of the current flows. This is a current value that is more than twice the current value when Vin- = Vin +.
【0020】同様に、Vin- <<Vin+ のときは、トラ
ンジスタN1 には電流は流れず、トランジスタP1 には (W/L)M3c1*(W/L)P1/(W/L)M3/(W
L)M3c2* (I1 +I2 /2) の電流とVin- =Vin+
のときの2倍以上の電流が流れる。トランスコンダクタ
2dの無い、すなわち、トランジスタM5 及びM6 と電
流源i2 ,i4a及びi4bの無い従来の1段構成の増幅器
の場合は、Vin- <<Vin+ のとき、或いはVin- >>
Vin+ のときに、トランジスタP1 あるいはN1 に流れ
る電流はVin- =Vin+ のときの2倍なので、本実施例
によると利得が増大するだけでなく駆動能力も増大でき
るという利点もある。Similarly, when Vin-<< Vin +, no current flows in the transistor N1 and (W / L) M3c1 * (W / L) P1 / (W / L) M3 / (in the transistor P1. W
L) M3c2 * (I1 + I2 / 2) current and Vin- = Vin +
A current more than twice that at the time of flowing. In the case of the conventional one-stage amplifier without the transconductor 2d, that is, without the transistors M5 and M6 and the current sources i2, i4a and i4b, Vin- << Vin + or Vin- >>
At Vin +, the current flowing through the transistor P1 or N1 is twice that at Vin- = Vin +. Therefore, according to this embodiment, not only the gain but also the driving capability can be increased.
【0021】また、Vin- =Vin+ のときに、トランジ
スタP1 あるいはN1 に流れる電流が多くなるが、電流
源i4a及びi4bは、 (I2 /2) >>I4a=I4bとして
良い。また、電流源i4a及びi4bは省略することが可能
である。Further, when Vin- = Vin +, the current flowing through the transistor P1 or N1 increases, but the current sources i4a and i4b may be (I2 / 2) >> I4a = I4b. Further, the current sources i4a and i4b can be omitted.
【0022】図7は、フォールディッド・カスコード構
成の増幅器に本発明を適用した例を示す。図7におい
て、ゲートが接地されているトランジスタM3 ,M4 の
入力インピーダンスが負荷2a,2bに対応している。
こうした場合は、出力振幅に関しては改善できないが、
増幅段が2段構成となるので、より高利得が得られる。
また、図6で説明したように、 (I1 +I2)/2=I5a=I5b と電流源を設定することにより、駆動能力の増大を可能
とする。図7に示すように、ゲート・ドレイン同士を接
続したトランジスタMNL1 ,MNL2をトランジスタ
M3 及びM4 のソース間に差動振幅制限用に接続するこ
とにより動作点のより一層の安定化を図ることもでき
る。FIG. 7 shows an example in which the present invention is applied to an amplifier having a folded cascode structure. In FIG. 7, the input impedances of the transistors M3 and M4 whose gates are grounded correspond to the loads 2a and 2b.
In such cases, the output amplitude cannot be improved, but
Since the amplification stage has a two-stage configuration, higher gain can be obtained.
Further, as described with reference to FIG. 6, by setting the current source as (I1 + I2) / 2 = I5a = I5b, the driving capability can be increased. As shown in FIG. 7, the operating point can be further stabilized by connecting the transistors MNL1 and MNL2 whose gates and drains are connected to each other between the sources of the transistors M3 and M4 for limiting the differential amplitude. ..
【0023】図8に他の増幅器の例を示す。これは、Ri
naldo Casterllo 等が提案した、“A High-Performance
Micropower Switched-Capacitor Filter",IEEE JSSC V
ol.20,Dec.1985 のFig.4に示されるAB級増幅器に本
発明を適用した例である。増幅回路の基本的な動作は上
記文献に述べられている通りである。トランジスタMN
1 、MN2 、MP1 、MP2 はトランスコンダクタ2a
を構成しおり、電流の流出方向と電流の吸込方向の両方
向について、差動出力を有している。トランジスタMN
B1 、MNB2 、MPB1 及びMPB2 と電流源iB1及
びiB2はレベルシフト回路を形成する。このレベルシフ
ト回路はトランスコンダクタ2aのトランジスタMN1
及びMN2 のゲートに入力される差動入力電圧をダイオ
ード2個相当のレベルシフトを行ってトランジスタMP
1 及びMP2 のゲートに与える。トランジスタMP3 と
MP4 はトランスコンダクタ2aの電流の吸込方向の差
動出力側の負荷であり、トランジスタMN3 とMN4 は
電流の流出方向の差動出力側の負荷である。トランジス
タMP3 とMP5 は第1電流ミラー回路、トランジスタ
MP4 とMP6 は第2電流ミラー回路、トランジスタM
N3 とMN5 は第3電流ミラー回路、トランジスタMN
4 とMN6 は第4電流ミラー回路を構成する。第1及び
第3電流ミラー回路の出力差はトランスコンダクタ2a
のMP2 出力端子に正帰還される。第2及び第4電流ミ
ラー回路の出力差はトランスコンダクタ2aのMP1 出
力端子に正帰還される。この結果、第1〜第4電流ミラ
ー回路は帰還回路としてトランスコンダクタ2dと同様
の機能を果たす。コンデンサCc1は位相補償用である。FIG. 8 shows an example of another amplifier. This is Ri
“A High-Performance” proposed by naldo Casterllo and others.
Micropower Switched-Capacitor Filter ", IEEE JSSC V
This is an example in which the present invention is applied to the class AB amplifier shown in FIG. 4 of ol. 20, Dec. 1985. The basic operation of the amplifier circuit is as described in the above document. Transistor MN
1, MN2, MP1 and MP2 are transconductors 2a
The differential output is provided in both the current outflow direction and the current suction direction. Transistor MN
B1, MNB2, MPB1 and MPB2 and the current sources iB1 and iB2 form a level shift circuit. This level shift circuit includes a transistor MN1 of the transconductor 2a.
The differential input voltage input to the gates of MN2 and MN2 is level-shifted by two diodes and the transistor MP
1 and the gate of MP2. The transistors MP3 and MP4 are loads on the differential output side in the current sink direction of the transconductor 2a, and the transistors MN3 and MN4 are loads on the differential output side in the current outflow direction. Transistors MP3 and MP5 are the first current mirror circuit, transistors MP4 and MP6 are the second current mirror circuit, and transistor M
N3 and MN5 are the third current mirror circuit, transistor MN
4 and MN6 form a fourth current mirror circuit. The output difference between the first and third current mirror circuits is the transconductor 2a.
Positive feedback is provided to the MP2 output terminal of. The output difference between the second and fourth current mirror circuits is positively fed back to the MP1 output terminal of the transconductor 2a. As a result, the first to fourth current mirror circuits perform the same function as the transconductor 2d as a feedback circuit. The capacitor Cc1 is for phase compensation.
【0024】この実施例の場合、図5の反転レベルシフ
ト手段3cは必要なく、トランスコンダクタ2aの電流
の流出方向と電流の吸込方向の両側の出力をトランジス
タP1 及びN1 のゲートに各々接続すれば良く、前述し
た実施例と同様の効果が得られる。In the case of this embodiment, the inversion level shift means 3c of FIG. 5 is not necessary, and the outputs of the transconductor 2a on both sides of the current outflow direction and the current suction direction are connected to the gates of the transistors P1 and N1, respectively. It is possible to obtain the same effect as that of the above-described embodiment.
【0025】図9は、図8に示された実施例において正
帰還用のトランスコンダクタ2d及び2eをトランジス
タMP5 とMP6 と、トランスコンダクタ2aのトラン
ジスタMP1 及びMP2 のゲート入力用のレベルシフト
回路を構成している電流源iB1及びiB2からの電流IB1
及びIB2とを用いて変形した例であり、同様の効果が得
られる。FIG. 9 shows a level shift circuit for the positive feedback transconductors 2d and 2e in the embodiment shown in FIG. 8 for the transistors MP5 and MP6 and the gate inputs of the transistors MP1 and MP2 of the transconductor 2a. The current IB1 from the current sources iB1 and iB2
And IB2 are modified examples, and similar effects can be obtained.
【0026】なお、上述した各実施例では、FETを用
いた構成で説明しているが、バイポーラトランジスタを
用いても同様に構成することができる。In each of the above-described embodiments, the FET is used for the description, but a bipolar transistor may be used for the same purpose.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、多段増幅器の初段
あるいは中間段にトランスコンダクタを用いた正帰還ル
ープを有する増幅段を用いることにより、差動出力タイ
プの高利得増幅器や、プッシュプル構成の増幅器を小さ
な回路規模で実現することが可能となる。As described above, by using the amplification stage having the positive feedback loop using the transconductor in the first stage or the intermediate stage of the multistage amplifier, the high gain amplifier of the differential output type and the push-pull configuration are realized. It is possible to realize the amplifier with a small circuit scale.
【図1】本発明の実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1の等価回路を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of FIG.
【図3】図1に示された実施例の具体回路を示す回路
図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific circuit of the embodiment shown in FIG.
【図4】図1に示された実施例の他の具体回路を示す回
路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing another specific circuit of the embodiment shown in FIG.
【図5】本発明をプッシュプル構成の増幅器に適用した
例を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing an example in which the present invention is applied to a push-pull configuration amplifier.
【図6】図5に示された実施例の具体例回路を示す回路
図。6 is a circuit diagram showing a specific example circuit of the embodiment shown in FIG.
【図7】本発明をフォールディド・カスコード構成の増
幅器に適用した例を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing an example in which the present invention is applied to an amplifier having a folded cascode configuration.
【図8】本発明の他の実施例を示す回路図。FIG. 8 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
【図9】本発明の他の実施例を示す回路図。FIG. 9 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
2 増幅段 2a 増幅段を構成するトランスコンダクタ 2b 増幅段を構成する負荷 2c 増幅段を構成する負荷 2d 増幅段を構成する正帰還用のトランスコンダクタ 2f 増幅段に存在する出力コンダクタンス 2g 増幅段に存在する出力コンダクタンス 3a 出力段 3b 出力段 3c 反転レベルシフト手段 P1 プッシュプル構成の出力段を構成するPチャネル
FET N1 プッシュプル構成の出力段を構成するNチャネル
FET P2 プッシュプル構成の出力段を構成するPチャネル
FET N2 プッシュプル構成の出力段を構成するNチャネル
FET Vin+ 正入力端子 Vin- 負入力端子 Vout 出力端子 Vout+ 正出力端子 Vout- 負出力端子 VB バイアス電位2 amplification stage 2a transconductor constituting amplification stage 2b load constituting amplification stage 2c load constituting amplification stage 2d transconductor for positive feedback constituting amplification stage 2f output conductance present in amplification stage 2g present in amplification stage Output conductance 3a Output stage 3b Output stage 3c Inversion level shift means P1 P-channel FET constituting the output stage of push-pull configuration N1 N-channel FET P2 constituting the output stage of push-pull configuration P2 Configuring the output stage of push-pull configuration P-channel FET N2 N-channel FET that constitutes the output stage of push-pull configuration Vin + Positive input terminal Vin- Negative input terminal Vout Output terminal Vout + Positive output terminal Vout- Negative output terminal VB Bias potential
Claims (5)
補的に変化する一対の電流出力を正及び負出力端子から
出力する第1トランスコンダクタと、 前記第1トランスコンダクタの正及び負出力端子と接地
間に夫々接続された第1及び第2負荷と、 一対の入力端子が前記第1トランスコンダクタの正及び
負出力端子に夫々接続されて入力端子間の電圧差に応じ
てレベルが相補的に変化する一対の電流出力を発生する
第2トランスコンダクタと、 前記第2トランスコンダクタの一対の電流出力の各々を
前記第2トランスコンダクタの一対の入力端子の各々に
同相で帰還する正帰還ループと、 を備えることを特徴とする増幅器。1. A first transconductor which outputs a pair of current outputs whose levels change complementarily in accordance with the level of an input voltage signal from positive and negative output terminals, and positive and negative output terminals of the first transconductor. A first and a second load respectively connected between the first and second loads, and a pair of input terminals connected to the positive and negative output terminals of the first transconductor, respectively, so that the levels are complementary according to the voltage difference between the input terminals. A second transconductor that generates a pair of current outputs that change to a positive current; and a positive feedback loop that feeds back each of the pair of current outputs of the second transconductor to each of a pair of input terminals of the second transconductor in phase. An amplifier comprising:
と前記第2トランスコンダクタのコンダクタンス値が異
なることを特徴とする請求項1記載の増幅器。2. The amplifier according to claim 1, wherein the conductance values of the first and second loads and the conductance value of the second transconductor are different from each other.
動トランジスタ対によって構成されることを特徴とする
請求項1記載の増幅器。3. The amplifier according to claim 1, wherein the first and second transconductors are formed by a differential transistor pair.
の電流値と第2端子から第3端子に流れる第2電流路の
電流値とを入力電圧信号のレベルに応じて相補的に変化
させる第1トランスコンダクタと、 前記第1トランスコンダクタの第1及び第2端子と接地
間に夫々接続された第1及び第2負荷と、 前記第1トランスコンダクタの第3及び第4端子と接地
間に夫々接続された第3及び第4負荷と、 前記第1端子に流入する電流と前記第3端子から流出す
る電流の差電流を前記第2若しくは前記第4端子に与
え、前記第2端子に流入する電流と前記第4端子から流
出する電流の差電流を前記第1若しくは前記第3端子に
与える帰還回路を備えたことを特徴とする増幅器。4. A current value of a first current path flowing from the first terminal to the fourth terminal and a current value of a second current path flowing from the second terminal to the third terminal are complementary according to the level of the input voltage signal. A first transconductor that is changed to a first transconductor, first and second loads that are respectively connected between first and second terminals of the first transconductor and ground, and third and fourth terminals of the first transconductor. The third and fourth loads respectively connected between the grounds, and the difference current between the current flowing into the first terminal and the current flowing out from the third terminal is given to the second or fourth terminal, An amplifier comprising a feedback circuit for providing a difference current between a current flowing into a terminal and a current flowing out from the fourth terminal to the first or third terminal.
あるいは制御端子が接地された能動素子であることを特
徴とする請求項1または4記載の増幅器。5. The amplifier according to claim 1, wherein the load is an active element connected to a diode or an active element whose control terminal is grounded.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20928891A JPH0555836A (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20928891A JPH0555836A (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555836A true JPH0555836A (en) | 1993-03-05 |
Family
ID=16570465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20928891A Pending JPH0555836A (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555836A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07249946A (en) * | 1994-01-19 | 1995-09-26 | Japan Radio Co Ltd | Class AB push-pull driving circuit, driving method thereof and class AB electronic circuit using the same |
| JP2004180268A (en) * | 2002-09-30 | 2004-06-24 | Toshiba Corp | Amplifier circuit and liquid crystal display device using the same |
| JP2013012870A (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-17 | Toshiba Corp | Differential amplifier circuit and comparator |
| JP2016149596A (en) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | ローム株式会社 | Differential circuit |
| JP2016149597A (en) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | ローム株式会社 | Differential circuit |
| JP2017076942A (en) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | ローム株式会社 | Chopper stabilization amplifier |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP20928891A patent/JPH0555836A/en active Pending
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