JPH0865064A - トランスコンダクタ - Google Patents

トランスコンダクタ

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JPH0865064A
JPH0865064A JP7195610A JP19561095A JPH0865064A JP H0865064 A JPH0865064 A JP H0865064A JP 7195610 A JP7195610 A JP 7195610A JP 19561095 A JP19561095 A JP 19561095A JP H0865064 A JPH0865064 A JP H0865064A
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アリーニ ロベルト
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カステッロ リナルド
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 アクティブ負荷の出力抵抗を変えることによ
り,トランスコンダクタを内蔵したインテグレータのゲ
インを制御する。 【解決手段】 少なくとも2つの入力端子(I1,I
2)と,少なくとも2つの出力端子(O1,O2)とを
有するトランスコンダクタンス・ステージ(3)により
構成され,前記トランスコンダクタンス・ステージ
(3)の出力端子(O1,O2)に接続されたアクティ
ブ負荷(4)と,前記出力端子(O1,O2)とアクテ
ィブ負荷(4)との間に接続されたアクティブ負荷
(4)用の制御回路(5)とを具備するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,第1の基準電圧と
第2の基準電圧との間に接続され,少なくとも2つの入
力端子と,2つの出力端子を有するトランスコンダクタ
ンス・ステージで構成された,制御されるゲイン・トラ
ンスコンダクタに関するものである。
【0002】また,本発明は,特に,フィルタ・インテ
グレータの実施に関するものであるが,それに限定され
るものではなく,以下の説明は図示の都合上,その応用
例を参照して行うものである。
【0003】
【従来の技術】トランスコンダクタは,基本的には電圧
が制御されたトランスコンダクタンス差動ステージであ
る。これは,インテグレータおよびアクティブ・フィル
タ構成部品および発振器とインピーダンス変換回路を形
成するために用いられる。
【0004】実際のインテグレータは,例えば,図6の
1に一般的に示されているように,通常,負荷キャパシ
タンスCと並列に接続された有限出力抵抗R0 を有する
トランスコンダクタンス・ステージ2によって構成され
る。
【0005】インテグレータ1の変換機能FdT,すな
わち,出力電圧信号V0 のフーリエ変換の入力電圧信号
Viに対する比率は,以下の式(1)によりで求められ
る。すなわち, FdT=Vo/Vi =gm*R0 /(1+j*ω*R0 *C) ・・・(1) である。ここで,gmはトランスコンダクタ2のトラン
スコンダクタンスである。したがって,値の低い出力抵
抗R0 の存在でも,ゲインA=gm*R0 をもたらして
しまい,インテグレータ1の精度を低くしてしまう。
【0006】図7において,AとBにより示されている
のは,理想的なインテグレータと実際の,すなわち,精
度の低いインテグレータの周波数応答を示している。こ
の図から,理想的なインテグレータからの周波数応答は
低い値の脈動(pulsation)ωでダンピングを示すことが
分かる。実際のインテグレータ1の変換機能FdTの相
は, φ(ω)=−arctag ω*R0 *C =−arctag ω/ωD ・・・(2) となり,ここで,ωD = 1/(R0 *C)は,ゲインA
=gm*R0 に対応した脈動である。
【0007】ωO で示され,gm/C比に等しい,作動
時(operating)の脈動では,フェーズφは以下の値を有
している。すなわち, φ(ωO )=−arctag ωO /ωD =−arctag A ・・・(3) である。
【0008】等価脈動ωpに存在し,作動時における脈
動ωO で理想的なトランスコンダクタの極に加えられる
第2の等価極の効果も考慮に入れると,インテグレータ
1の変換機能は,以下のように表現することもできる。
すなわち, Fdt =Vo/Vi =A/((1+j*ω/ωD )*(1+j*ω/ωP )) ・・・(4) である。ここで,A=gm*R0 はトランスコンダクタ
2のゲインであり,ωD=1/(R0 *C)は,このゲ
インに対応する脈動である。
【0009】インテグレータ1のフェーズ・オーバーフ
ローは,作動時における脈動ωO であり, Δφ=φ(ωO )−(−π/2)・・・(5) により求められる差によって示される。
【0010】そして,単純な数学的計算で,以下の式が
求められる。すなわち, Δφ=arctag(ωD /ωO )−arctag(ωD /ωP ) =arctag[(1/A−ωO /ωP )/(1+1/A*ωO /ωP )] ・・・(6) である。
【0011】ゲインが1より大きく,第2の極脈動ωP
が作動時における脈動ωO から離れている場合には,上
記式(6)は以下の形になる。すなわち, Δφ=arctag(1/A−ωO /ωP ) ・・・(7) である。
【0012】上記式(7)は,フェーズ・オーバーフロ
ーΔφが,ゲインAの変動と第2の等価極の周波数位
置,すなわち,脈動ωP の影響を受けることを示してい
る。
【0013】図8には,脈動ωP でゲインAおよび第2
の極を有する(曲線I参照)一般的な,精度の低いイン
テグレータの周波数応答(あるいはボード線図)が示さ
れている。
【0014】図8の曲線IIは,フェーズ・オーバーフ
ローが(AからA’への)ゲインの変動によって起きる
ときに同じインテグレータからの周波数応答を示し,曲
線IIIはゲインAと第2の極ωP が同じパーセントで
変動するインテグレータからの周波数応答を示してい
る。また,曲線IIIは作動時における脈動ωO での曲
線Iと同じフェーズ・オーバーフローΔφを示してい
る。
【0015】脈動ωP での第2の極からの関与(contri
bution) を別にすれば,ゲインAでのフェーズ・オーバ
ーフローΔφの式は以下のようになる。すなわち, Δφ=1/A・・・(8) である。
【0016】ゲインAの,設計値からの偏差は,ユニテ
ィ・インテグレータ・ゲインと共に,脈動ωO でのフェ
ーズ・オーバーフローの変動をもたらすことが上記式
(8)からわかる。
【0017】さらに,インテグレータ1がフィルタの設
計に用いられている場合,フェーズ・オーバーフローの
変動は,すでによく知られていることなので,ここでは
説明を省略するが,四次セルの,いわゆるQ値の精度
(フィルタの実施の重要な部分)を低下させてしまう場
合がある。
【0018】最後に,有限な抵抗R0 の存在は上に述べ
た四次セルの入/出力ゲインGにおける減衰をもたら
す。したがって,このゲイン誤差ΔGは,設計段階で求
められる理想的なゲインを提供するために,設計段階で
補正しなければならない。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上記したように,イン
テグレータ1のゲインAに逆比例するフェーズ・オーバ
ーフローΔφを制限するするためには,特に高いゲイン
Aを有するインテグレータ1の使用が考えられる。こう
した方法で,ゲインAにおける変動は無視できる程度の
強度のフェーズ・オーバーフローを誘発する場合があ
る。
【0020】しかし,これは実際には高い出力抵抗R0
を有するトランスコンダクタ2を設計する必要性を意味
し,これは垂直pnpタイプのトランジスタの使用を不
可能にする一定レベルの高い周波数を用いた技術による
実施を困難にしてしまう。
【0021】低供給電圧用の技術を用いた場合にも同様
の問題が発生し,カスケード構成のPMOSトランジス
タはアクティブな負荷のために用いることができない。
【0022】現在用いられている第2の設計戦略では,
低値センタ(low-value center) あるいは“公称”ゲイ
ンを有するインテグレータの設計が行われ,これはその
公称値から偏差に対する制御されたタイプのゲインであ
る。この方法では,フェーズ・オーバーフローΔφが依
存しているゲインAの偏差は,可能な範囲で最も良くキ
ャンセルすることができる。
【0023】さらに,2つの値,AminとAmaxの
範囲以内にゲインを制限することにより,以下の“公
称”ゲインを有するフィルタの四次セルを提供すること
ができる。すなわち, Anom=2/(1/Amin+1/Amax) ・・・(9) である。これによって,ゲイン誤差ΔGの最少化を図る
ことができる。
【0024】低ゲイン・インテグレータおよびセルを用
いることにより,低い供給電源で作動する単純なアクテ
ィブ負荷および回路技術の利用が可能になる。ほぼ一定
のゲインAを得るために,従来の技術ではトランスコン
ダクタンス・ステージ3のトランスコンダクタンスgm
の変動に従って変動する負荷Lの利用が提案されてき
た。
【0025】この課題は,Baschirotto,R
ezzi,CastelloおよびAliniが“De
sign of High−frequency Bi
MOS continuous−time filte
rs with low output impeda
nce transconductor”の中で述べて
いるように,A/gmに等しい電圧で制御される負荷L
を用いることによって達成される。
【0026】上記トランスコンダクタンス・ステージ3
のトランスコンダクタンスと負荷Lは同じ方向に変動す
るので,ゲインAは電圧および電流レベルと同様の電気
パラメータでは変動しない。
【0027】トランスコンダクタンスgL の変動負荷は
CMOS相補性電界効果トランジスタによって提供され
る。トランジスタ2のゲインは以下の通りとなる。すな
わち, A=gm/gL =2/α・・・(10) である。ここで,αは負荷Lを構成するCMOSトラン
ジスタを流れる分流を示している。
【0028】実際には,こうした方式は,特に,相補性
CMOSトランジスタの実施に影響を及ぼすプロセス・
パラメータの存在から,ゲイン変動を除去することはで
きない。この方式では,本出願人が欧州特許No.92
830140.7において述べているように,補償回路
の利用を必要とする。
【0029】本発明の前提となる技術的課題は,操作お
よび加工条件とは無関係に,被制御ゲイン・インテグレ
ータを作成し,先行技術に伴う上に述べたような制約を
克服するための構造的,機能的特徴を備えたトランスコ
ンダクタンス・ステージを提供できるトランスコンダク
タを得ることを目的とする。すなわち,アクティブ負荷
の出力抵抗を変えることにより,トランスコンダクタを
内蔵したインテグレータのゲインを高精度に制御するこ
とを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに,請求項1に係るトランスコンダクタにあっては,
少なくとも2つの入力端子(I1,I2)と,少なくと
も2つの出力端子(O1,O2)とを有するトランスコ
ンダクタンス・ステージ(3)により構成され,前記ト
ランスコンダクタンス・ステージ(3)の出力端子(O
1,O2)に接続されたアクティブ負荷(4)と,前記
出力端子(O1,O2)とアクティブ負荷(4)との間
に接続されたアクティブ負荷(4)用の制御回路(5)
とを具備するものである。
【0031】また,請求項2に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記アクティブ負荷(4)が,少なくと
も,それぞれ第1および第2の端子(S13,S14,
D13,D14)と制御端子(G13,G14)を有す
る少なくとも一対のトランジスタ(M13,M14)に
より構成され,前記トランジスタ対の前記第1(S1
3,S14)および第2(D13,D14)の端子が相
互に接続されており,前記制御端子(G13,G14)
が制御回路(5)に接続されているものである。
【0032】また,請求項3に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記アクティブ負荷(4)が,それぞれ供
給電圧基準(VD )とトランスコンダクタンス・ステー
ジ(3)の出力端子(O1,O2)に対応する1つとの
間に接続されている第1(8)および第2(9)の負荷
回路により構成されているものである。
【0033】また,請求項4に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記第1および第2の負荷回路(8,9)
は,少なくとも一対の,それぞれの制御端子(G13,
G14;G15,G16)が前記制御回路(5)に対応
する出力端子に接続されている並列に接続されたトラン
ジスタ(M13,M14,M15,M16)により構成
されているものである。
【0034】また,請求項5に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記少なくとも一対のトランジスタ(M1
3,M14)が,p−チャンネルMOSタイプである。
【0035】また,請求項6に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記MOSトランジスタ(M13,M1
4)のドレイン端子(D13,D14)が,トランスコ
ンダクタンス・ステージ(3)の対応する出力端子(O
1)に接続されているものである。
【0036】また,請求項7に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記制御回路(5)が,前記トランスコン
ダクタンス・ステージ(3)の出力端子(O1,O2)
に接続されたコモンモード・フィードバック回路(6)
と,その出力が,前記コモンモード・フィードバック回
路(6)に接続されたDCゲイン調整回路(7)と,前
記DCゲイン調整回路(7)と前記アクティブ負荷
(4)との間に接続された電流ミラー回路部(5a)に
より構成されているものである。
【0037】また,請求項8に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記コモンモード・フィードバック回路
(6)が,少なくとも,それぞれ一対のトランジスタ
(M5,M6;M7,M8)により構成され,少なくと
も,1つの端子(S5,S6;S7,S8)が共通で電
流発生器(A3,A4)に接続され,各対(M5,M
8)のトランジスタの制御端子(G5,G8)がトラン
スコンダクタンス・ステージ(3)の出力端子(O1,
O2)の対応する1つに接続されている一対の差動セル
により構成されているものである。
【0038】また,請求項9に係るトランスコンダクタ
にあっては,前記DCゲイン調整回路(7)が,少なく
とも1つの端子(S9,S10)が共通で,前記コモン
モード・フィードバック回路(6)に接続されている,
少なくとも1つのトランジスタ対(M9,M10)によ
り構成されているものである。
【0039】また,請求項10に係るトランスコンダク
タにあっては,前記トランスコンダクタンス・ステージ
(3),前記アクティブ負荷(4)および前記制御回路
(5)のレプリカである回路部(10)により構成さ
れ,前記レプリカ回路部(10)の出力端子がトランス
コンダクタの制御回路(5)に接続されているものであ
る。
【0040】また,請求項11に係るトランスコンダク
タにあっては,前記レプリカ回路部(10)が,前記ト
ランスコンダクタンス・ステージ(3)のレプリカであ
る第2のトランスコンダクタンス・ステージ(11)に
構成され,その入力端子に対して定電圧が供給されるも
のである。
【0041】また,請求項12に係るトランスコンダク
タにあっては,前記レプリカ回路部(10)が,さら
に,4つの入力端子(I3,I4,I5,I6)と2つ
の出力端子(25,26)とを有する差動アンプ(1
2)を含んでおり,前記差動アンプ(12)の最初の2
つの入力端子(I3,I4)が,前記第2のトランスコ
ンダクタンス・ステージ(11)の出力端子(13,1
4)に接続されており,前記差動アンプ(12)の第2
の入力端子(I5,I6)に対して定電圧が供給される
ものである。
【0042】また,請求項13に係るトランスコンダク
タにあっては,前記レプリカ回路部(10)の内部で,
前記制御回路(5)が,第2のトランスコンダクタンス
・ステージ(11)の出力端子(13,14)に接続さ
れたコモンモード・フィードバック回路(16)と,そ
の出力が前記コモンモード・フィードバック回路(1
6)に接続されたDCゲイン調整回路(17)と,前記
DCゲイン調整回路(17)と前記レプリカのアクティ
ブ負荷(14)との間に接続された電流ミラー回路部
(15)とにより構成されるものである。
【0043】また,請求項14に係るトランスコンダク
タンスにあっては,前記差動アンプ(12)の前記出力
端子(25,26)が,前記DCゲイン調整回路(1
7)および前記制御回路(5)に接続され,所定の電圧
値(Vc)を供給するものである。
【0044】また,請求項15に係るトランスコンダク
タンスにあっては,前記第2のトランスコンダクタンス
・ステージ(11)が,前記トランスコンダクタンス・
ステージ(3)に供給されるものと等しいバイアス電流
によって調整されるトランスコンダクタンス(gm)を
有しているものである。
【0045】以上を要約すると,本発明が依存している
課題解決のための技術的思想は,アクティブ負荷の出力
抵抗を変えることにより,トランスコンダクタを内蔵し
たインテグレータのゲインを制御するというものであ
る。
【0046】こうした技術的思想に基づいて,上記の技
術的課題は,制御回路によって制御されるアクティブ負
荷により構成され,該アクティブ負荷と該制御回路が相
互に接続されると同時に,トランスコンダクタンス・ス
テージの出力に接続されていると特徴づけられるトラン
スコンダクタンス・ステージによって解決される。
【0047】
【発明の実施の形態】以下,この発明に係るトランスコ
ンダクタの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0048】図9には,入力回路部20によって構成さ
れる従来(参考)のトランスコンダクタ2の概略構成が
示されている。この入力回路部20は,そのソース端子
S1およびS2が第1のコモン端子X1に接続されてい
る一対のn−チャンネルMOSトランジスタM1および
M2により構成されている。
【0049】コモン端子X1は,電流I0 の第1の発生
器A1を介して接地されている。n−チャンネルMOS
トランジスタM1およびM2のゲート端子G1およびG
2は,トランスコンダクタ2の入力端子I1およびI2
をぞれぞれ構成する。
【0050】入力回路部20は,一対のバイポーラ・ト
ランジスタT1およびT2によって構成される出力回路
部21に接続されている。具体的には,MOSトランジ
スタM1およびM2のドレイン端子D1およびD2は,
バイポーラ・トランジスタT1およびT2のエミッタ端
子E1およびE2に接続されている。これらのバイポー
ラトランジスタT1およびT2のベース端子B1および
B2は共に第2のコモン端子X2に接続されている。
【0051】相互に直列関係にある,ダイオードDおよ
び抵抗性バイアス素子Rは,第2のコモン端子X2およ
び第1のコモン端子X1との間に接続されている。第2
のコモン端子X2には,同調電流と呼ばれる電流Idの
第2の発生器A2も接続されている。
【0052】バイポーラ・トランジスタT1およびT2
のコレクタ端子C1およびC2はトランスコンダクタ2
の出力端子O1およびO2を構成し,バイアス回路部2
2の一部である,p−チャンネル・タイプの別のMOS
トランジスタM3およびM4のドレイン端子D3および
D4に接続されている。
【0053】トランジスタM3およびM4は,電流反転
構成で相互に接続されており,ソース端子S3およびS
4は供給基準電圧VD に接続され,さらに,ゲート端子
G3およびG4は,制御電圧VC が印加される第3のコ
モン端子X3に共に接続されている。
【0054】第1の近似化として,図9に示したトラン
スコンダクタ2のゲインAの式は,以下の通りである。
すなわち, A=gmNMOS/gdsPMOS・・・(11) である。ここで,gmNMOSはn−チャンネルMOSトラ
ンジスタM1およびM2のトランスコンダクタンスであ
り, gmNMOS=IM [(Vgs−Vth)−vdsNMOS/2)] ・・・(12) の式で求められ,Vgsはゲート・ソース電圧,Vth
は閾値電圧,VdsNMOSはMOSトランジスタM1およ
びM2自体のドレイン・ソース電圧,そして,I M はそ
こを流れる電流である。
【0055】また,式(11)におけるgdsPMOSは,
p−チャンネルMOSトランジスタM3およびM4のド
レイン・ソース・コンダクタンスであり, gdsPMOS=λ*IM /(1+λ*VdsPMOS) ・・・(13) の式で求められる。
【0056】ここで,λはチャンネル変調係数,Vds
PMOSはMOSトランジスタM3およびM4自体のドレイ
ン・ソース電圧であり,IM はトランジスタM1および
M2を流れる電流である。MOSトランジスタM1およ
びM2の電圧VfsNMOSは,同調電圧Idと関連してお
り,ゲインAもこの電流に依存している。一方,Vds
PMOSは,コモン・モード出力電圧を設定する回路によっ
て一定の値に保持されるものである。
【0057】図1に,本発明に係る被制御ゲイン・トラ
ンスコンダクタ20をより図式的に示す。このトランス
コンダクタ20はトランスコンダクタンス・ステージ
3,アクティブ負荷4,制御回路5と,トランスコンダ
クタンス・ステージ3と,信号アース(GND)などの
電圧基準間に接続されたコンデンサCによって構成され
ている。
【0058】アクティブ負荷4と制御回路5は,トラン
スコンダクタンス・ステージ3の出力端子とコンデンサ
Cとの間で並列に接続されている。アクティブ負荷4
は,二重の負荷回路8,9,特に,すべてp−チャンネ
ル・タイプのMOSトランジスタM13,M14および
M15,M16による二重の対によって構成されている
(図3参照)。
【0059】これらの2つのトランジスタ対の1つだ
け,すなわち,トランジスタM13とM14で構成され
た負荷回路8を図2に示す。ソース端子S13およびS
14は供給基準電圧VD に接続されている。ドレイン端
子D13およびD14は相互に接続されている。これら
のMOSトランジスタM13およびM14には,それぞ
れ電流I1 とI2 が流れており,異なったチャンネル長
1 とL2 によって特徴づけられる。
【0060】図2の構成は,以下の式で示されるような
ドレイン−ソース・コンダクタンスgdsを有してい
る。すなわち, gds=λ(L1 )*IM1/(1+λ(L1 )*VdsPMOS) +λ(L2)*IM2/(1+λ(L2 )*VdsPMOS) ・・・(14) である。
【0061】次に,トランスコンダクタ2の回路の好ま
しい実施例を図3に示す。従来のもの(図9参照)と類
似したトランスコンダクタンス・ステージ3と,その出
力端子O1およびO2に接続されたトランスコンダクタ
・コモンモード信号用のコモンモード・フィードバック
回路6によって構成されている。
【0062】コモンモード・フィードバック回路6は,
二重差動回路によって構成され,第1のセルは,そのソ
ース端子S5およびS6が共通で,電流IM を供給して
いる第1の電流発生器A3に接続されているn−チャン
ネル・タイプのMOSトランジスタM5およびM6によ
る第1のMOSトランジスタ対により構成されているこ
とを特徴としている。
【0063】MOSトランジスタM5は,そのゲート端
子G5がトランスコンダクタンス・ステージ3の出力端
子O2に接続されており,一方,そのドレイン端子D5
は供給基準電圧VD に接続されている。
【0064】MOSトランジスタM6は,そのゲート端
子G6が,これもn−チャンネル・タイプで第2のセル
に含まれている第2のMOSトランジスタ対M7および
M8のMOSトランジスタM7のゲート端子G7に接続
されている。
【0065】第2のMOSトランジスタ対M7およびM
8は,そのソース端子S7およびS8が相互に接続され
ると同時に,それぞれ,電流IM を供給する別の第2の
電流発生器A4に接続されている。
【0066】第2のMOSトランジスタM8のゲート端
子G8はトランスコンダクタンス・ステージ3の第1の
出力端子O1に接続され,ドレイン端子D8は供給基準
電圧VD に接続されている。
【0067】MOSトランジスタM6およびM7のドレ
イン端子D6とD7は,それぞれ,ここではDCゲイン
調整回路7に接続されている。コモンモード・フィード
バック回路6とDCゲイン調整回路7とは,図1に示し
た制御回路5の一部を構成するものである。
【0068】DCゲイン調整回路7は,すべてn−チャ
ンネル・タイプのMOSトランジスタM9およびM10
による第1の対,およびMOSトランジスタM11およ
びM12による第2の対により構成されている。
【0069】MOSトランジスタM9およびM10は,
そのソース端子S9およびS10が相互に接続されると
同時に,コモンモード・フィードバック回路6に含まれ
ているMOSトランジスタM6のドレイン端子D6にも
接続されている。
【0070】同様に,MOSトランジスタM11および
M12のソース端子S11およびS12は相互に接続さ
れると同時に,コモンモード・フィードバック回路6に
含まれるMOSトランジスタM7のドレイン端子D7に
も接続されている。
【0071】MOSトランジスタM9およびM12は,
そのゲート端子G9およびG12が相互に接続され,第
1のコモン端子Y1を形成すると共に,そのドレイン端
子D9およびD12も相互に接続され,第2のコモン端
子Y2を形成している。
【0072】MOSトランジスタM10およびM11
は,そのドレイン端子D10およびD11が相互に接続
され,第3のコモン端子Y3を形成すると同時に,その
ゲート端子G10およびG11が相互に接続され,第4
のコモン端子Y4を形成している。
【0073】制御電圧VC は,その高い方の電位が第4
のコモン端子Y4にいくDCゲイン調整回路7のコモン
端子Y4およびY1の間に印加される。コモン端子Y2
およびY3は,制御回路に含まれる電流反転部5aに組
み込まれたp−チャンネル・タイプのMOSトランジス
タM1AおよびM2Aの対に接続されている。
【0074】MOSトランジスタM1Aのゲート端子G
1Aはトランスコンダクタのアクティブ負荷4に組み込
まれたトランジスタ対を構成する負荷回路8,9の両方
に接続されている。より具体的には,ゲート端子G1A
はゲート端子G14およびG15に接続されている。
【0075】MOSトランジスタM2Aのゲート端子G
2Aも,トランスコンダクタのアクティブ負荷4に組み
込まれたトランジスタ対WO構成する負荷回路8,9の
両方に接続されている。特に,このゲート端子G2Aは
ゲート端子G13およびG16に接続されている。
【0076】アクティブ負荷4の第1の負荷回路8を形
成しているp−チャンネルMOSトランジスタM13お
よびM14の対は,そのドレイン端子D13およびD1
4がトランスコンダクタンス・ステージ3の出力端子O
1に接続されている。
【0077】アクティブ負荷4の第2の負荷回路9を形
成するトランジスタM15,M16の第2の対は,その
ドレイン端子D15とD16がトランスコンダクタンス
・ステージ3の出力端子O2に接続されている。
【0078】コモンモード・フィードバック回路6は,
差動信号に対してトランスコンダクタンス・ステージ3
と同じ線形性範囲を有するように選択される。
【0079】以下に,本発明に係るトランスコンダクタ
2の動作について説明する。図3に示すコモンモード・
フィードバック回路6は,トランスコンダクタンス・ス
テージ3の出力端子O1とO2の電圧を所定の値Vcm
に設定する。こうした状態で,MOSトランジスタM6
およびM7に入力される電流は,以下の通りとなる。
【0080】すなわち, I1 =I2 =IM /2・・・(15) である。トランジスタM1AおよびM2Aに流れる電流
の合計は,したがって,I1 +I2 =IM となる。
【0081】制御電圧Vcで動作すると,上記の式(1
4)で示されるような等価ドレイン−ソース・コンダク
タンスgdsが得られる。
【0082】負荷回路8および9内におけるトランジス
タM13,M16とM15およびM16の電流反転部5
a内のMOSトランジスタM2AおよびM1Aに対する
それぞれの電流反転接続により,トランスコンダクタ2
の全体的なアクティブ負荷がトランジスタ対M1Aおよ
びM2Aのドレイン−ソース・コンダクタンスgdsと
まったく同一になる。
【0083】電圧Vcは,図4に示されるような適切な
バイアス・レプリカ回路10によって発生される。バイ
アス・レプリカ回路10は,実際にはトランスコンダク
タンス・ステージ3のレプリカである第2のトランスコ
ンダクタンス・ステージ11により構成されている。し
かし,このトランスコンダクタンス・ステージ11に
は,信号電圧ではなく定電圧ΔVが入力される。
【0084】図4に示した負荷回路18および19は,
負荷回路8および9のレプリカで,アクティブ負荷4を
形成しており,それぞれ,トランスコンダクタンス・ス
テージ11の出力端子13と14に接続されている。
【0085】バイアス・レプリカ回路10に含まれてい
るMOSトランジスタは,図3に示した回路アーキテク
チャの対応するMOSトランジスタと同じ番号で示され
ており,そのレプリカされた機能を示すために“R”が
付加されている。したがって,図4に示した回路部分1
5,16,17は,図3に示した部分5a,6,7とま
ったく対応している。
【0086】回路部分16は回路6と同様,コモンモー
ド・フィードバック回路とみなすことができ,トランス
コンダクタンス・ステージ11のコモンモード電圧Vc
mを制御する。トランスコンダクタンス・ステージ11
の出力端子13と14の間には電位差VOUT が存在し,
このステージ以後は,この電位差を出力電圧と表現す
る。バイアス・レプリカ回路10はさらに,4つの入力
端子I3 ,I4 ,I5 ,I6 および2つの出力端子2
5,26を有する差動アンプ12を含んでいる。
【0087】図5は,4つの入力端子を有する上記差動
アンプ12を具体化した回路を示している。入力端子I
3 およびI4 は,トランスコンダクタンス・ステージの
出力端子13と14にそれぞれ接続されており,入力端
子I5 とI6 はΔV*Aに等しい定電圧を受け取る。こ
こで,Aは求められているゲインである。
【0088】差動アンプ12の出力端子25は,MOS
トランジスタM12RおよびM9Rのゲート端子G12
RおよびG9Rに接続されており,出力端子26はMO
SトランジスタM10RおよびM11Rのゲート端子G
10RおよびG11Rに接続されている。
【0089】出力端子26の電圧と出力端子25の電圧
の差は制御電圧VC を発生し,この制御電圧VC は図3
に示したDCゲイン調整回路7のコモン端子Y4とY1
に印加される。
【0090】DCゲインはフィードバック・オペアンプ
によって設定される。第2のトランスコンダクタンス・
ステージ11からの出力電圧VOUT がΔV*Aの値に等
しいときこのループは安定する。したがって,目標のゲ
インAが得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した被制御ゲイン・トランスコ
ンダクタの構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示したトランスコンダクタ部分の詳細を
示す回路図である。
【図3】図1に示したトランスコンダクタの構成を示す
回路図である。
【図4】図1に示したトランスコンダクタに関連したレ
プリカ回路の構成を示す回路図である。
【図5】図4に示したレプリカ回路の差動アンプ部分の
構成を示す回路図である。
【図6】従来におけるトランスコンダクタを内蔵したイ
ンテグレータを示す回路図である。
【図7】図1に示したインテグレータによる理想的な
(理論的)周波数と実際の周波数を示すグラフである。
【図8】第2の極ゲインおよび脈動変動(パスル変動)
が発生した場合における図6示したイテグレータの周波
数応答を示すグラフである。
【図9】従来におけるトランスコンダクタンス・ステー
ジをより詳細に示す回路図である。
【符号の説明】
3 トランスコンダクタンス・ステージ 4 アクティブ負荷 5 制御回路 6 コモンモード・フィードバック回路 7 DCゲイン調整回路 8 負荷回路 9 負荷回路 10 バイアス・レプリカ回路部 11 第2のトランスコンダクタンス・ステージ 12 差動アンプ 20 トランスコンダクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロベルト アリーニ イタリア国,イ−27049 パビア,ストゥ ラデッラ,ビア ディ ビットリオ 24 (72)発明者 リナルド カステッロ イタリア国,イ−20043 ミラノ,アルコ ーレ,ビア ゴルジ,13 (72)発明者 ジャンフランコ バイ イタリア国,イ−27100 パビア,ビア アレンデ,77/ディ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2つの入力端子と,少なくと
    も2つの出力端子とを有するトランスコンダクタンス・
    ステージにより構成され,前記トランスコンダクタンス
    ・ステージの出力端子に接続されたアクティブ負荷と,
    前記出力端子とアクティブ負荷との間に接続されたアク
    ティブ負荷用の制御回路とを具備することを特徴とする
    トランスコンダクタ。
  2. 【請求項2】 前記アクティブ負荷が,少なくとも,そ
    れぞれ第1および第2の端子と制御端子を有する少なく
    とも一対のトランジスタにより構成され,前記トランジ
    スタ対の前記第1および第2の端子が相互に接続されて
    おり,前記制御端子が制御回路に接続されていることを
    特徴とする請求項1に記載のトランスコンダクタ。
  3. 【請求項3】 前記アクティブ負荷が,それぞれ供給基
    準電圧とトランスコンダクタンス・ステージの出力端子
    に対応する1つとの間に接続されている第1および第2
    の負荷回路により構成されていることを特徴とする請求
    項1に記載のトランスコンダクタ。
  4. 【請求項4】 前記第1および第2の負荷回路は,少な
    くとも一対の,それぞれの制御端子が前記制御回路に対
    応する出力端子に接続されている並列に接続されたトラ
    ンジスタにより構成されていることを特徴とする請求項
    3に記載のトランスコンダクタ。
  5. 【請求項5】 前記少なくとも一対のトランジスタが,
    p−チャンネルMOSタイプであることを特徴とする請
    求項2に記載のトランスコンダクタ。
  6. 【請求項6】 前記MOSトランジスタのドレイン端子
    が,トランスコンダクタンス・ステージの対応する出力
    端子に接続されていることを特徴とする請求項5に記載
    のトランスコンダクタ。
  7. 【請求項7】 前記制御回路が,前記トランスコンダク
    タンス・ステージの出力端子に接続されたコモンモード
    ・フィードバック回路と,その出力が,前記コモンモー
    ド・フィードバック回路に接続されたDCゲイン調整回
    路と,前記DCゲイン調整回路と前記アクティブ負荷と
    の間に接続された電流ミラー回路により構成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のトランスコンダク
    タ。
  8. 【請求項8】 前記コモンモード・フィードバック回路
    が,少なくとも,それぞれ一対のトランジスタにより構
    成され,少なくとも,1つの端子が共通で電流発生器に
    接続され,各対のトランジスタの制御端子がトランスコ
    ンダクタンス・ステージの出力端子の対応する1つに接
    続されている一対の差動セルにより構成されていること
    を特徴とする請求項7に記載のトランスコンダクタ。
  9. 【請求項9】 前記DCゲイン調整回路が,少なくとも
    1つの端子が共通で,前記コモンモード・フィードバッ
    ク回路に接続されている,少なくとも1つのトランジス
    タ対により構成されていることを特徴とする請求項7に
    記載のトランスコンダクタ。
  10. 【請求項10】 前記トランスコンダクタンス・ステー
    ジ,前記アクティブ負荷および前記制御回路のレプリカ
    である回路部により構成され,前記レプリカ回路部の出
    力端子がトランスコンダクタの制御回路に接続されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載のトランスコンダク
    タ。
  11. 【請求項11】 前記レプリカ回路部が,前記トランス
    コンダクタンス・ステージのレプリカである第2のトラ
    ンスコンダクタンス・ステージに構成され,その入力端
    子に対して定電圧が供給されることを特徴とする請求項
    10に記載のトランスコンダクタ。
  12. 【請求項12】 前記レプリカ回路部が,さらに,4つ
    の入力端子と2つの出力端子とを有する差動アンプを含
    んでおり,前記差動アンプの最初の2つの入力端子が,
    前記第2のトランスコンダクタンス・ステージの出力端
    子に接続されており,前記差動アンプの第2の入力端子
    に対して定電圧が供給されることを特徴とする請求項1
    0に記載のトランスコンダクタ。
  13. 【請求項13】 前記レプリカ回路部の内部で,前記制
    御回路が,第2のトランスコンダクタンス・ステージの
    出力端子に接続されたコモンモード・フィードバック回
    路と,その出力が前記コモンモード・フィードバック回
    路に接続されたDCゲイン調整回路と,前記DCゲイン
    調整回路と前記レプリカのアクティブ負荷との間に接続
    された電流ミラー回路部とにより構成されることを特徴
    とする請求項10に記載のトランスコンダクタ。
  14. 【請求項14】 前記差動アンプの前記出力端子が,前
    記DCゲイン調整回路および前記制御回路に接続され,
    所定の電圧値を供給することを特徴とする請求項12に
    記載のトランスコンダクタ。
  15. 【請求項15】 前記第2のトランスコンダクタンス・
    ステージが,前記トランスコンダクタンス・ステージに
    供給されるものと等しいバイアス電流によって調整され
    るトランスコンダクタンスを有していることを特徴とす
    る請求項10に記載のトランスコンダクタ。
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