JP2005354558A - Differential amplification circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、差動増幅回路に関し、特にMOSトランジスタを用いて構成される差動増幅回路に関する。 The present invention relates to a differential amplifier circuit, and more particularly to a differential amplifier circuit configured using MOS transistors.
従来、差動増幅回路の一種として、差動入力型の演算トランスコンダクタンス増幅回路(Operational Transconductance Amplifier Circuit、以下OTA回路と称する)が知られている。図3は基本的なOTA回路の回路図である。 Conventionally, a differential input type operational transconductance amplifier circuit (hereinafter referred to as an OTA circuit) is known as a type of differential amplifier circuit. FIG. 3 is a circuit diagram of a basic OTA circuit.
このOTA回路は第1の差動MOSトランジスタM1、第2の差動MOSトランジスタM2と、第1の差動MOSトランジスタM1のソースに接続された第1の定電流源1(定電流値I0)、第2の差動MOSトランジスタM2のソースに接続された第2の定電流源2(定電流値I0)と、第1の差動MOSトランジスタM1と第2の差動MOSトランジスタM2のソース間に接続された抵抗値Rsを有する抵抗素子3(フローティング抵抗とも呼ばれる)とを備えている。
The OTA circuit includes a first differential MOS transistor M1, a second differential MOS transistor M2, and a first constant current source 1 (constant current value I0) connected to the source of the first differential MOS transistor M1. The second constant current source 2 (constant current value I0) connected to the source of the second differential MOS transistor M2, and between the sources of the first differential MOS transistor M1 and the second differential MOS transistor M2 And a
第1の差動MOSトランジスタM1のゲートには第1の差動入力電圧VINPが印加され、第2の差動MOSトランジスタM2のゲートには第2の差動入力電圧VINNが印加される。第1の差動入力信号VINPと第2の差動入力電圧VINNとは、コモン電位VCMを基準として互いに逆相の電圧である。 The first differential input voltage VINP is applied to the gate of the first differential MOS transistor M1, and the second differential input voltage VINN is applied to the gate of the second differential MOS transistor M2. The first differential input signal VINP and the second differential input voltage VINN are voltages having opposite phases with respect to the common potential VCM.
いま、第1の差動MOSトランジスタM1及び第2の差動MOSトランジスタM2が飽和領域で動作するものとし、差動入力電圧がΔVだけ変化したとすると、VINP=VCM+ΔV、VINN=VCM−ΔVで表される。 Now, assuming that the first differential MOS transistor M1 and the second differential MOS transistor M2 operate in the saturation region, and the differential input voltage changes by ΔV, VINP = VCM + ΔV and VINN = VCM−ΔV. expressed.
また、第1の差動MOSトランジスタM1のソース電位をV1、第2の差動MOSトランジスタM2のソース電位をV2とすると、V1=V0+ΔV、V2=V0−ΔVとなる。このV1,V2の電位差2ΔVによって抵抗素子3には電流IRが流れる。ここで電流IRは、IR=2ΔV/Rsで表される。従って、第1の差動MOSトランジスタM1のドレインである第1の出力端子4から第1の出力電流I0−IRが得られ、第2の差動MOSトランジスタM2のドレインである第2の出力端子5から第2の出力電流I0+IRが得られる。
When the source potential of the first differential MOS transistor M1 is V1, and the source potential of the second differential MOS transistor M2 is V2, V1 = V0 + ΔV and V2 = V0−ΔV. The current IR flows through the
このOTA回路の抵抗素子3は、図4のOTA回路に示すように、第1の差動MOSトランジスタM1と第2の差動MOSトランジスタM2の間に並列接続された2つのMOSトランジスタM3,M4で構成することができる。図4のOTA回路では、差動入力電圧に対する抵抗素子3の線形性を保つために、MOSトランジスタM3のゲートに第2の差動入力電圧VINNが印加され、MOSトランジスタM4のゲートに第1の差動入力電圧VINPが印加されている。
The
OTA回路については例えば、特許文献1,2に記載されている。
ところで、図4のOTA回路を可変ゲイン増幅回路(Variable Gain Amplifier Circuit)に応用するには、抵抗素子3を可変抵抗素子で構成する必要がある。そこで、図5の回路に示すように、直流制御電圧VCNTをオペアンプ6を通してMOSトランジスタM3,4のゲートに印加するとともに、第1の差動入力信号VINPと第2の差動入力電圧VINNのAC成分を、コンデンサと抵抗で構成されるハイパスフィルタ回路7,8を通してあるDC成分に移し変える必要がある。このDC成分がMOSトランジスタM3,M4の線形性を保つ要素となる。
Incidentally, in order to apply the OTA circuit of FIG. 4 to a variable gain amplifier circuit, it is necessary to configure the
しかしながら、このような回路構成ではハイパスフィルタ回路7,8が必要となるので回路規模が大きくなり、また、第1の差動入力信号VINPと第2の差動入力電圧VINNが低周波信号である場合にはハイパスフィルタ回路7,8の定数(抵抗値、コンデンサ値)を大きくする必要があり、このOTA回路をLSIに組み込む場合にLSIのピン数が増えるおそれがある。
However, in such a circuit configuration, the high-
一方、図6に示すように、可変抵抗素子を直流制御電圧VCNTで制御された1つのMOSトランジスタM5で構成することも考えられるが、図7に示すように、第1の差動入力信号VINPと第2の差動入力電圧VINNの振幅変化に応じてV1,V2が変化すると、それに応じてMOSトランジスタM5のソース電位が変動するため、Vsg(ゲートドレイン間電圧)が大きく変化してしまい、抵抗素子としての線形性が悪くなり、差動増幅の線形増幅特性が悪化するという問題がある。 On the other hand, as shown in FIG. 6, the variable resistance element may be composed of one MOS transistor M5 controlled by the DC control voltage VCNT. However, as shown in FIG. 7, the first differential input signal VINP is used. When V1 and V2 change according to the amplitude change of the second differential input voltage VINN, the source potential of the MOS transistor M5 changes accordingly, so that Vsg (gate-drain voltage) changes greatly. There is a problem that the linearity as the resistance element is deteriorated and the linear amplification characteristic of the differential amplification is deteriorated.
そこで、本発明の差動増幅回路は、第1及び第2の差動トランジスタと、前記第1の差動トランジスタの電流経路に接続された第1の定電流源と、前記第2の差動トランジスタの電流経路に接続された第2の定電流源と、前記第1の差動トランジスタと前記第2の差動トランジスタの間に接続された可変抵抗素子と、を備え、前記可変抵抗素子は、直流制御電圧がそれぞれのゲートに共通に印加され、直列接続された複数のMOSトランジスタから成ることを特徴とするものである。 Therefore, a differential amplifier circuit according to the present invention includes first and second differential transistors, a first constant current source connected to a current path of the first differential transistor, and the second differential transistor. A second constant current source connected to the current path of the transistor; and a variable resistance element connected between the first differential transistor and the second differential transistor, the variable resistance element comprising: A DC control voltage is commonly applied to the respective gates, and is composed of a plurality of MOS transistors connected in series.
本発明の差動増幅回路によれば、可変抵抗素子を、直流制御電圧がそれぞれのゲートに共通に印加され、直列接続された複数のMOSトランジスタによって構成したので、可変抵抗素子の抵抗値は差動入力電圧の振幅にあまり依存しなくなり、可変抵抗素子の線形性が保たれ、良好な線形性を有する差動増幅特性が得られる。また、可変抵抗素子の抵抗値は直流制御電圧だけで制御されるので、ハイパスフィルタ回路が不要となり、回路規模も小さくできるという利点を有している。 According to the differential amplifier circuit of the present invention, since the variable resistance element is configured by a plurality of MOS transistors connected in series with a DC control voltage commonly applied to each gate, the resistance value of the variable resistance element is different. It becomes less dependent on the amplitude of the dynamic input voltage, the linearity of the variable resistance element is maintained, and a differential amplification characteristic having good linearity is obtained. Further, since the resistance value of the variable resistance element is controlled only by the DC control voltage, there is an advantage that a high-pass filter circuit is unnecessary and the circuit scale can be reduced.
次に本発明の第1の実施形態に係る差動増幅回路について図面を参照しながら説明する。図1はこの差動増幅回路(OTA回路)の回路図である。この差動増幅回路は、可変ゲイン増幅回路であって、第1の差動MOSトランジスタM1、第2の差動MOSトランジスタM2と、第1の差動MOSトランジスタM1のソースに接続された第1の定電流源11(定電流値I0)、第2の差動MOSトランジスタM2のソースに接続された第2の定電流源12(定電流値I0)と、第1の差動MOSトランジスタM1と第2の差動MOSトランジスタM2のソース間に接続された、可変抵抗素子20とを備える。第1の差動MOSトランジスタM1、第2の差動MOSトランジスタM2はいずれもPチャネル型である。
Next, a differential amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of the differential amplifier circuit (OTA circuit). The differential amplifier circuit is a variable gain amplifier circuit, and includes a first differential MOS transistor M1, a second differential MOS transistor M2, and a first differential MOS transistor M1 connected to a source of the first differential MOS transistor M1. Constant current source 11 (constant current value I0), a second constant current source 12 (constant current value I0) connected to the source of the second differential MOS transistor M2, and a first differential MOS transistor M1 And a
この可変抵抗素子20は、直流制御電圧VCNTがオペアンプ16を通してそれぞれのゲートに共通に印加され、直列接続された12個のPチャネル型MOSトランジスタM3〜M14から成る。
The
第1の差動MOSトランジスタM1のゲートには第1の差動入力電圧VINPが印加され、第2の差動MOSトランジスタM2のゲートには第2の差動入力電圧VINNが印加される。第1の差動入力信号VINPと第2の差動入力電圧VINNとは、コモン電位VCMを基準として互いに逆相の電圧である。 The first differential input voltage VINP is applied to the gate of the first differential MOS transistor M1, and the second differential input voltage VINN is applied to the gate of the second differential MOS transistor M2. The first differential input signal VINP and the second differential input voltage VINN are voltages having opposite phases with respect to the common potential VCM.
いま、第1の差動MOSトランジスタM1及び第2の差動MOSトランジスタM2が飽和領域で動作するものとし、差動入力電圧がΔVだけ変化したとすると、VINP=VCM+ΔV、VINN=VCM−ΔVで表される。 Now, assuming that the first differential MOS transistor M1 and the second differential MOS transistor M2 operate in the saturation region, and the differential input voltage changes by ΔV, VINP = VCM + ΔV and VINN = VCM−ΔV. expressed.
また、第1の差動MOSトランジスタM1のソース電位をV1、第2の差動MOSトランジスタM2のソース電位をV2とすると、V1=V0+ΔV、V2=V0−ΔVとなる。このV1,V2の電位差2ΔVによって可変抵抗素子20には電流IRが流れる。ここで電流IRは、IR=2ΔV/RXで表される。RXは12個のMOSトランジスタM3〜M14で構成される直列抵抗の抵抗値である。
When the source potential of the first differential MOS transistor M1 is V1, and the source potential of the second differential MOS transistor M2 is V2, V1 = V0 + ΔV and V2 = V0−ΔV. A current IR flows through the
第1の差動MOSトランジスタM1のドレインである第1の出力端子14から第1の出力電流I0−IRが得られ、第2の差動MOSトランジスタM2のドレインである第2の出力端子15から第2の出力電流I0+IRが得られる。
A first output current I0-IR is obtained from the
ここで、12個のMOSトランジスタM3〜M14の個々のソースドレイン間電圧Vdsは電位差(V1−V2)がこれらのMOSトランジスタM3〜M14によって分割されることで0V付近になり、これらのMOSトランジスタM3〜M14はいずれも線形領域で動作することになる。この線形領域でのMOSトランジスタの抵抗値をRMOSとすると、これは数1で表される。 Here, the source-drain voltage Vds of the twelve MOS transistors M3 to M14 becomes close to 0V by dividing the potential difference (V1-V2) by these MOS transistors M3 to M14, and these MOS transistors M3 -M14 will all operate in the linear region. If the resistance value of the MOS transistor in this linear region is RMOS, this is expressed by the following equation (1).
12個のMOSトランジスタM3〜M14の接続点の電位(ソース電位)を図1に示すようにV3,V4,V5,・・・V13とすると、これらの電位とV1,V2,ΔVとの関係は図2のようになる。即ち、これらのMOSトランジスタM3〜M14のそれぞれのソース電位は異なり、Vsgもトランジスタ毎に異なる。つまり、数1から個々のMOSトランジスタの抵抗値は異なることとなる。
Assuming that the potentials (source potentials) at the connection points of the 12 MOS transistors M3 to M14 are V3, V4, V5,... V13 as shown in FIG. As shown in FIG. That is, the source potentials of these MOS transistors M3 to M14 are different, and Vsg is also different for each transistor. That is, the resistance value of each MOS transistor is different from
しかしながら、これらMOSトランジスタM3〜M14のソース電位の平均は、ほぼ一定に保たれるので、これらMOSトランジスタM3〜M14で構成される直列抵抗のトータル抵抗値は差動入力電圧(第1の差動入力電圧VINP及び第2の第2の差動入力電圧VINN)の振幅の変化に対してほぼ依存しなくなる。即ち、差動入力電圧に対する可変抵抗素子20の線形性が良好となり、良好な線形性を有する差動増幅特性が得られる。
However, since the average of the source potentials of these MOS transistors M3 to M14 is kept substantially constant, the total resistance value of the series resistors formed by these MOS transistors M3 to M14 is the differential input voltage (first differential). The input voltage VINP and the second differential input voltage VINN) are substantially independent of changes in amplitude. That is, the linearity of the
11 第1の定電流源 12 第2の定電流源 14 第1の出力端子
15 第2の出力端子 16 オペアンプ 20 可変抵抗素子
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WO2008023530A1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Asahi Kasei Emd Corporation | Transconductance amplifier |
US7847635B2 (en) | 2006-08-28 | 2010-12-07 | Asahi Kasei Emd Corporation | Transconductance amplifier |
KR101042255B1 (en) * | 2008-09-05 | 2011-06-17 | 주식회사 동부하이텍 | semiconductor device |
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---|---|---|---|---|
WO2008023530A1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Asahi Kasei Emd Corporation | Transconductance amplifier |
US7768349B2 (en) | 2006-08-21 | 2010-08-03 | Asahi Kasei Emd Corporation | Transconductance amplifier |
JP4855470B2 (en) * | 2006-08-21 | 2012-01-18 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Transconductance amplifier |
US7847635B2 (en) | 2006-08-28 | 2010-12-07 | Asahi Kasei Emd Corporation | Transconductance amplifier |
KR101113378B1 (en) * | 2006-08-28 | 2012-03-13 | 아사히 가세이 일렉트로닉스 가부시끼가이샤 | Transconductance amplifier |
KR101042255B1 (en) * | 2008-09-05 | 2011-06-17 | 주식회사 동부하이텍 | semiconductor device |
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