DD239093B1

DD239093B1 - SMALL SIGNAL AMPLIFIER IN N-CHANNEL MOS-TECHNIK

Info

Publication number: DD239093B1
Application number: DD27809585A
Authority: DD
Inventors: Stephan Dobritz
Original assignee: Mikroelektronik Zt Forsch Tech
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1989-12-06
Also published as: DD239093A1

Description

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kleinsignalverstärker in η-Kanal MOS-Technik mit driftstabilem Arbeitspunkt, hoher Spannungsverstärkung und großem Frequenzbereich zu schaffen, der an seinem Ausgang einen für die Ansteuerung von weiteren MOS-Schaltungen ausreichenden Pegelhub aufweist.The object of the invention is to provide a small signal amplifier in η-channel MOS technology with driftstabilem operating point, high voltage gain and large frequency range, which has at its output sufficient for driving further MOS circuits level.

Bei einem Kleinsignalverstärker in η-Kanal MOS-Technik mit mehreren Verstärkerstufen, die kreuzgekoppelte Differenzverstärker und einen Gegenkopplungszweig vom Ausgang zum Eingang der Schaltung enthalten, sind erfindungsgemäß sechs Differenzverstärker hintereinander verschaltet und mit drei kreuzgekoppelten Differenzverstärkern und einer Gegentaktausgangsstufe verbunden. Die Differenzverstärker bestehen jeweils aus zwei Verstärkertransistoren, zwei Lasttransistoren, sowie einem gemeinsamen Sourcetransistor. Das Gate des ersten Verstärkertransistors ist mit dem ersten Eingang und das Gate des zweiten Verstärkertransistors ist mit dem zweiten Eingang verbunden. Das Drain des ersten Verstärkertransistors und das Gate und der Sourceanschluß des ersten Lasttranistors sind mit dem ersten Ausgang verschaltet. Das Drain des zweiten Verstärkertransistors und das Gate und der Sourceanschluß des zweiten Lasttransistors sind mit dem zweiten Ausgang verbunden. Die sechs Differenzverstärker sind derart hintereinander verschaltet, daß die zweiten Ausgänge jeweils mit dem folgenden ersten Eingang und die ersten Ausgänge jeweils mit dem folgenden zweiten Eingang verbunden sind. Der sechste Differenzverstärker ist mit dem ersten kreuzgekoppelten Differenzverstärker derart verschaltet, daß die Gates des ersten Verstärkertransistors und des zweiten Lasttransistors des ersten kreuzgekoppelten Differenzverstärkers mit dem ersten Ausgang des sechsten Differenzverstärkers verbunden sind. Die Gates des zweiten Verstärkertransistors und des ersten Lasttranistors des ersten kreuzgekoppelten Differenzverstärkers führen zum zweiten Ausgang des sechsten Differenzverstärkers. Der zweite und dritte äquivalent aufgebaute kreuzgekoppelte Differenzverstärker sind nacheinander verschaltet und mit einer an sich bekannten Gegentaktausgangsstufe verbunden. Vom ersten Ausgang des dritten Differenzverstärkers führt ein erster Gegenkopplungszweig mit einem T-Tiefpaß zum zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers führt. Der T-Tiefpaß besteht aus zwei in Reihe geschalteten Enhancementtransistoren, deren Gates verschaltet und mit dem Source eines weiteren Enhancementtransistors, dessen Gate- und Drainanschluß auf Betriebsspannung liegen, verbunden sind und einem Kondensator, der zwischen die Drain-Source-Verbindung der zwei in Reihe geschalteten Enhancementtransistoren und Masse geschaltet ist. Vom zweiten Ausgang des dritten Differenzverstärkers führt ein zweiter Gegenkopplungszweig mit einem weiteren T-Tiefpaß zum ersten Eingang des dritten Differenzverstärkers.In a small signal amplifier in η-channel MOS technology with multiple amplifier stages, the cross-coupled differential amplifier and a negative feedback branch from the output to the input of the circuit, six differential amplifiers according to the invention are connected in series and connected to three cross-coupled differential amplifiers and a push-pull output stage. The differential amplifiers each consist of two amplifier transistors, two load transistors, and a common source transistor. The gate of the first amplifier transistor is connected to the first input and the gate of the second amplifier transistor is connected to the second input. The drain of the first amplifier transistor and the gate and the source of the first load transistor are connected to the first output. The drain of the second amplifier transistor and the gate and the source of the second load transistor are connected to the second output. The six differential amplifiers are connected in series such that the second outputs are each connected to the following first input and the first outputs are each connected to the following second input. The sixth differential amplifier is connected to the first cross-coupled differential amplifier such that the gates of the first amplifier transistor and the second load transistor of the first cross-coupled differential amplifier are connected to the first output of the sixth differential amplifier. The gates of the second amplifier transistor and of the first load transistor of the first cross-coupled differential amplifier lead to the second output of the sixth differential amplifier. The second and third equivalently constructed cross-coupled differential amplifiers are connected in series and connected to a push-pull output stage known per se. From the first output of the third differential amplifier leads a first negative feedback path with a low-pass T pass to the second input of the first differential amplifier leads. The T-low pass consists of two series-connected enhancement transistors whose gates are connected and connected to the source of another enhancement transistor whose gate and drain are at operating voltage, and a capacitor connected between the drain-source connection of the two in series switched enhancement transistors and ground is connected. From the second output of the third differential amplifier, a second negative feedback path leads with another T-low pass to the first input of the third differential amplifier.

Dieser besteht ebenfalls aus zwei in Reihe geschalteten Enhancementtransistoren, deren Gates verschaltet und mit dem Source eines Enhancementtransistors, dessen Gate- und Drainanschluß auf Betriebsspannung liefen, verbunden sind, und einem Kondensator, der ebenfalls zwischen die Drain-Source-Verbindung der zwei in Reihe geschalteten Enhancementtransistoren und Masse geschaltet ist. Die in Reihe geschalteten Enhancementtransistoren derTiefpässe arbeiten in aktiven Bereich, kurz oberhalb der Schwellspannung. Die statische Übertragungskennlinie des Differenzverstärkers wird so gewählt, daß der Arbeitspunktdrift durch Frequenzerhöhung entgegengewirkt wird. Die Gegenkopplung wirkt nur im Bereich der Kleinsignalverstärkung, damit wird Arbeitspunktdrift durch unsymmetrische Aussteuerung im Großsignalbereich verhindert. Die Transistoren der Differenzverstärker sind in ihrem Breiten/Längenverhältnis so konstruiert, daß sich bei Anlegen einer Eingangsspannung an den ersten oder zweiten Eingang, die etwas über der halben Betriebsspannung liegt, ein äquivalenter Pegel an den beiden Ausgängen einstellt. Dies bedeutet, daß sich im statischen Betriebsfall ideal an allen Ein- und Ausgängen der sechs Differenzverstärker die gleichen Pegel einstellen. Durch die Gegenkopplungszweige wird der erwünschte Effekt der Pegelgleichheit an Eingängen und Ausgängen für die ersten vier Differenzverstärker erzwungen, da jede Pegeländerung an den beiden Eingängen des ersten Differenzverstärkers eine verstärkte, gegenphasig wirkende Pegeländerung an den beiden Ausgängen des dritten Differenzverstärkers hervorruft. Diese gegenphasige Pegeländerung wirkt über die in Reihe geschalteten Enhancementtransistoren der Tiefpässe der Gegenkopplungszweige auf die beiden Eingänge des ersten Differenzverstärkers entgegen der Eingangsspannungsänderung und wirkt damit arbeitspunktstabilisierend. Die Gegenkopplungstransistoren vom Enhancementtyp besitzen eine lange, schmale Kanalgeometrie und werden kurz oberhalb ihrer Schwellspannung betrieben. Dies wird durch Pegelabsenkung der Gatespannung der in Reihe geschalteten Enhancementtransistoren derTiefpässe um eine Enhancementschwellspannung erreicht. Somit sind die Enhancementtransistoren hochohmig und bilden zusammen mit den Kondensatoren einen Tiefpaß niedriger Grenzfrequenz. Die untere Grenzfrequenz der Gegenkopplungszweige bestimmt die untere Grenzfrequenz der Verstärkerschaltung.It also consists of two series-connected enhancement transistors, the gates of which are connected and connected to the source of an enhancement transistor whose gate and drain terminals are at operating voltage, and a capacitor which is also connected between the drain-source connection of the two series-connected Enhancement transistors and ground is connected. The series-connected enhancement transistors of the low-pass filters operate in the active region, just above the threshold voltage. The static transfer characteristic of the differential amplifier is chosen so that the operating point drift is counteracted by frequency increase. The negative feedback affects only in the range of small signal amplification, thus operating point drift is prevented by unbalanced modulation in the large signal range. The transistors of the differential amplifiers are constructed in their width / length ratio so that when an input voltage is applied to the first or second input, which is slightly above half the operating voltage, an equivalent level is established at the two outputs. This means that in static operating conditions, the same levels are ideally set at all inputs and outputs of the six differential amplifiers. The negative feedback branches enforce the desired level equality effect on inputs and outputs for the first four differential amplifiers since each level change at the two inputs of the first differential amplifier causes an amplified, reverse phase level change at the two outputs of the third differential amplifier. This antiphase level change acts via the serially connected enhancement transistors of the low-pass filters of the negative feedback branches on the two inputs of the first differential amplifier against the input voltage change and thus acts to stabilize the operating point. The enhancement type negative feedback transistors have a long, narrow channel geometry and are operated just above their threshold voltage. This is achieved by lowering the gate voltage of the series-connected enhancement transistors of the low-pass filters by an enhancement threshold voltage. Thus, the enhancement transistors are high impedance and together with the capacitors form a low pass low cutoff frequency. The lower limit frequency of the negative feedback branches determines the lower limit frequency of the amplifier circuit.

Die hochohmigen Enhancementtransistoren in den Gegenkopplungszweigen haben zum Vorteil die gute Reproduzierbarkeit im technologischen Prozeß und die kleinen parasitären Kapazitäten. Eine an den beiden Eingängen des ersten Differenzverstärkers liegende Wechselspannung wird durch die sechs Differenzverstärker soweit verstärkt, daß die kreuzgekoppelten Differenzverstärker die für die weitere Verstärkung notwendigen Pegel erhalten. Der erste kreuzgekoppelte Differenzverstärker enthält einen Sourcetransistor, bei den folgenden zwei Verstärkerstufen ist dieser aus Gründen der Pegelabsenkung entfallen. Der weiteren Pegelverstärkung und der Verbesserung der Treiberfähigkeit dient die Gegentaktstufe. Die geometrischen Abmessungen der Transistoren eines Differenzverstärkers werden so gewählt, daß bei Großsignalausteuerung die Arbeitspunktspannung nur etwas steigt. Diese Spannungszunahme wirkt der Verkleinerung der Arbeitspunktspannung bei hohen Frequenzen entgegen. Bei Vergrößerung der Signalfrequenz verringert sich die Wechselspannungsverstärkung durch stärkere Wirkung der parasitären Kapazitäten. Zum Erreichen gleicher Ausgangsamplituden muß ein größerer Eingangspegel angelegt werden, das heißt, die Arbeitspunktverschiebung durch Großsignalaussteuerung wirkt entgegen der Arbeitspunktverschiebung durch erhöhte Eingangsfrequenz.The high-impedance enhancement transistors in the negative feedback branches have the advantage of good reproducibility in the technological process and small parasitic capacitance. An alternating voltage applied to the two inputs of the first differential amplifier is amplified by the six differential amplifiers so far that the cross-coupled differential amplifiers receive the necessary level for further amplification. The first cross-coupled differential amplifier contains a source transistor, in the following two amplifier stages this is omitted for reasons of level reduction. The further level gain and the improvement of the drive capability is the push-pull stage. The geometric dimensions of the transistors of a differential amplifier are chosen so that when Großsignalausteuerung the operating point voltage increases only slightly. This voltage increase counteracts the reduction of the operating point voltage at high frequencies. As the signal frequency increases, the AC gain decreases due to the greater effect of the parasitic capacitances. To achieve the same output amplitudes, a larger input level must be applied, that is, the operating point shift by Großsignalaussteuerung counteracts the operating point shift by increased input frequency.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles und zweier Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigenThe invention is explained in more detail with reference to an embodiment and two drawings. Show

Fig. 1: den erfindungsgemäßen Kleinsignalverstärker in η-Kanal MOS-Technik Fig. 2: einen DifferenzverstärkerFig. 1: the small signal amplifier according to the invention in η-channel MOS technology Fig. 2: a differential amplifier

Fig. 2a: den Verlauf der Ausgangsspannung Ua bei kleinemFig. 2a: the course of the output voltage Ua at a small

W „W "

——Transistor 1 Transistor 1

Fig. 2 b: den Verlauf der Ausgangsspannung Ua bei optimalemFig. 2 b: the course of the output voltage Ua at optimal

W von Transistor 1W of transistor 1

Fig. 2 c: den Verlauf der Ausgangsspannung U_A bei großemFig. 2 c: the course of the output voltage U _A at large

W vonTransistoMW by TransistoM

Der Kleinsignalverstärker in η-Kanal MOS-Technik in Fig. 1 besteht aus einem ersten Differenzverstärker D1 mit zwei Verstärkertransistoren 1 und 2, zwei Lasttransistoren 3 und 4, sowie einem gemeinsamen Sourcetransistor 5. Das Gate des Verstärkertransistors 1 ist mit dem ersten Eingang E verbunden, das Gate des Verstärkertransistors 2 mit dem zweiten Eingang EN verbunden. Das Drain des Verstärkertransistors 1 sowie das Gate und Source des Lasttransistors 3 sind mit dem ersten Ausgang A, das Drain des Verstärkertransistors 2 sowie Gate und Source des Lasttransistors 4 sind mit dem zeiten Ausgang AN verbunden. Die Sourceelektroden der Verstärkertransistoren 1 und 2 sowie das Drain des Sourcetranistors 5 sind ebenfalls miteinander verbunden. Gate und Source des Sourcetransistors 5 führen zur Schaltungsmasse, Drain von 3 und 4 zur Betriebsspannung. Die Verstärkertransistoren 1 und 2 sind vom Enhancementtyp, die Lasttransistoren 3 und 4 sowie der Sourcetransistor 5 sind vom Depletiontyp.The small signal amplifier in η-channel MOS technology in Fig. 1 consists of a first differential amplifier D1 with two amplifier transistors 1 and 2, two load transistors 3 and 4, and a common source transistor 5. The gate of the amplifier transistor 1 is connected to the first input E. , the gate of the amplifier transistor 2 is connected to the second input EN. The drain of the amplifier transistor 1 and the gate and source of the load transistor 3 are connected to the first output A, the drain of the amplifier transistor 2 and the gate and source of the load transistor 4 are connected to the time output AN. The source electrodes of the amplifier transistors 1 and 2 and the drain of the source transistor 5 are also connected to each other. Gate and source of the source transistor 5 lead to the circuit ground, drain of 3 and 4 to the operating voltage. The amplifier transistors 1 and 2 are of the enhancement type, the load transistors 3 and 4 and the source transistor 5 are of the depletion type.

Dem Differenzverstärker D1 sind weitere fünf äquivalent aufgebaute Differenzverstärker D2 bis D6 nachgeschaltet, wobei die Ausgänge AN jeweils mit dem Eingang E und die Ausgänge A jeweils mit dem Eingang EN verbunden sind. Dem sechsten Differenzverstärker D6 folgt ein erster kreuzgekoppelter Differenzverstärker mit dem Sourcetransistor 10. Die Gates des Verstärkertransistors 6 und des Lasttransistors 9 sind mit Ausgang Ades Differenzverstärkers D6 verbunden. Die Gates des Verstärkertransistors 7 und des Lasttransistors 8 führen zum Ausgang AN des Differenzverstärkers D 6. Das Drain des Transistors 10 ist mit den Sourceelektroden der Verstärkertransistoren 6 und 7 verbunden. Gate und Source von Transistor 10 befinden sich auf Masse. Das Drain von Transistor 6, sowie das Source von 8 führen zu einem weiteren kreuzgekoppelten Differenzverstärker ohne Sourcetransistor an die Gates des Lasttransistors 14 und des Verstärkertransistors 11. Das Drain von Transistor 7 und das Source von Transistor 9 sind mit dem Gate von Transistor 13 und dem Gate des Verstärkertransistors 12 verbunden. Die Drainelektroden der Transistoren 13 und 14 führen zur Betriebsspannung, die Sourceelektroden der Transistoren 11 und 12 führen zur Masse. Das Source des Lasttransistors 13 und das Drain des Schalttransistors 11 sind mit dem ersten Eingang eines weiteren kreuzgekoppelten Differenzverstärkers ohne Sourcetransistor, den Gates des Lasttransistors 17 und des Verstärkertransistors 12, verbunden. Das Source des Lasttransistors 14 und das Drain des Verstärkertransistors 15 sind mit einem weiteren Eingang des folgenden kreuzgekoppelten Differenzverstärkers, den Gates des Lasttransistors 17 und des Verstärkertransistors 16 verbunden. Die Drainelektroden der Lasttransistoren 17 und 18 sind mit der Betriebsspannung verbunden.The differential amplifier D1 is followed by another five equivalent constructed differential amplifiers D2 to D6, wherein the outputs AN are each connected to the input E and the outputs A are each connected to the input EN. The sixth differential amplifier D6 is followed by a first cross-coupled differential amplifier with the source transistor 10. The gates of the amplifier transistor 6 and the load transistor 9 are connected to the output Ades differential amplifier D6. The gates of the amplifier transistor 7 and of the load transistor 8 lead to the output AN of the differential amplifier D 6. The drain of the transistor 10 is connected to the source electrodes of the amplifier transistors 6 and 7. Gate and source of transistor 10 are grounded. The drain of transistor 6, as well as the source of 8 lead to another cross-coupled differential amplifier without source transistor to the gates of the load transistor 14 and the amplifier transistor 11. The drain of transistor 7 and the source of transistor 9 are connected to the gate of transistor 13 and Gate of the amplifier transistor 12 is connected. The drain electrodes of the transistors 13 and 14 lead to the operating voltage, the source electrodes of the transistors 11 and 12 lead to ground. The source of the load transistor 13 and the drain of the switching transistor 11 are connected to the first input of another cross-coupled differential amplifier without source transistor, the gates of the load transistor 17 and the amplifier transistor 12. The source of the load transistor 14 and the drain of the amplifier transistor 15 are connected to a further input of the following cross-coupled differential amplifier, the gates of the load transistor 17 and the amplifier transistor 16. The drain electrodes of the load transistors 17 and 18 are connected to the operating voltage.

Die Sourceelektroden der Verstärkertransistoren 15 und 16 führen zur Masse. Das Drain des Verstärkertransistors 16 und das Source des Lasttransistors 18 ist mit dem Gate des Verstärkertransistors 19, das Drain des Verstärkertransistors 15 und das Source des Lasttransistors 17 ist mit dem Gate des Lasttransistors 20 verbunden. Das Drain von Transistor 20 ist mit Betriebsspannung und das Source von Transistor 19 ist mit Masse verbunden. Das Drain von Transistor 19 und das Source von Transistor 20 bilden den Ausgang 0. An den Ausgang 0 ist eine Lastkapazität, die die nachgeschalteten Lastschaltungen repräsentiert, geschaltet.The source electrodes of the amplifier transistors 15 and 16 lead to ground. The drain of the amplifier transistor 16 and the source of the load transistor 18 is connected to the gate of the amplifier transistor 19, the drain of the amplifier transistor 15 and the source of the load transistor 17 is connected to the gate of the load transistor 20. The drain of transistor 20 is at operating voltage and the source of transistor 19 is connected to ground. The drain of transistor 19 and the source of transistor 20 form the output 0. At the output 0, a load capacitance, which represents the downstream load circuits, connected.

Die Transistoren 8,9,10,13,14,17,18 sind vom Depletiontyp und die Transistoren 6,7,11,12,15,16 sind vom Enhancementtyp. Die Transistoren 21 bis 26 bilden zusammen mit den Kapazitäten C1 und C 2 die Gegenkopplungszweige. Der erste Ausgang A des Differenzverstärkers D3 ist über die in Reihe geschalteten Transistoren 22 und 21 mit dem zweiten Eingang EN des Differenzverstärkers D1 verbunden. Die in Reihe geschalteten Transistoren 24 und 25 verbinden den zweiten Ausgang AN des Differenzverstärkers D3 mit dem ersten Eingang E des Differenzverstärkers D1. Die Gates von 21 und 22, sowie das Source von 23 bilden einen gemeinsamen Knoten. Gate und Drain von 23 liegen auf Betriebsspannung. Das Drain von 21 und Source von 22 sind über den Kondensator C1 mit Masse verbunden. Die Gates von 24 und 25, sowie das Source von 26 bilden einen gemeinsamen Knoten. Gate und Drain von 26 liegen auf Betriebsspannung. Das Drain von 24 und Source von 25 sind über den Kondensator C2 mit Masse verbunden. Die Transistoren 21 bis 26 sind vom Enhancementtyp.The transistors 8, 9, 10, 13, 14, 17, 18 are of the depletion type and the transistors 6, 7, 11, 12, 15, 16 are of the enhancement type. The transistors 21 to 26 together with the capacitors C1 and C 2 form the negative feedback branches. The first output A of the differential amplifier D3 is connected via the series-connected transistors 22 and 21 to the second input EN of the differential amplifier D1. The series-connected transistors 24 and 25 connect the second output AN of the differential amplifier D3 to the first input E of the differential amplifier D1. The gates of 21 and 22, as well as the source of 23 form a common node. Gate and drain of 23 are at operating voltage. The drain of 21 and source of 22 are connected to ground via capacitor C1. The gates of 24 and 25, as well as the source of 26 form a common node. Gate and drain of 26 are at operating voltage. The drain of 24 and source of 25 are connected to ground via capacitor C2. The transistors 21 to 26 are of enhancement type.

Die Transistoren 1 bis 5 der Verstärkerschaltung sind in ihrem Breiten-/Längenverhältnis so konstruiert, daß sich bei Anlegen einer Eingangsspannung an E bzw. EN, die etwas über der halben Betriebsspannung liegt, ein äquivalenter Pegel an den Ausgängen A, AN einstellt. Dies bedeutet, daß sich im statischen Betriebsfall ideal an allen Ein-und Ausgängen E, EN, AAN der Verstärker D1 bis D6 die gleichen Pegel einstellen. Durch die Gegenkopplungszweige mit den Transistoren 21 bis 26 und den Kondensatoren C1, C 2 wird der erwünschte Effekt der Pegelgleichheit an Eingängen und Ausgängen für die Schaltungen D1 bis D4 erzwungen, da jede Pegeländerung an den Eingängen E, EN des Differenzverstärkers D1 eine verstärkte gegenphasig wirkende Pegeländerung an den Ausgängen A und AN des Differenzverstärkers D3 hervorruft. Diese gegenphasige Pegeländerung wirkt über die Transistoren 21,22,24 und 25 auf die Eingänge E, EN des Differenzverstärkers D1 entgegen der Eingangsspannungsänderung und wirkt damit arbeitspunktstabilisierend. In Ausgestaltung der Erfindung besitzen die Gegenkopplungstransistoren vom Enhancementtyp eine lange, schmale Kanalgeometrie und ihr Arbeitspunkt liegt etwas oberhalb ihrer Schwellspannung. Dies wird durch Pegelabsenkung der Gatespannung von 21 ...25 um eine Enhancementschwellspannung erreicht. Somit sind die Transistoren 21 bis 24 hochohmig und bilden zusammen mit den Kondensatoren C1 bis C 2 einen Tiefpaß niedriger Grenzfrequenz.The transistors 1 to 5 of the amplifier circuit are constructed in their width / length ratio so that when applying an input voltage to E or EN, which is slightly above half the operating voltage, an equivalent level at the outputs A, AN sets. This means that set in static operating case ideal at all inputs and outputs E, EN, AAN of the amplifier D1 to D6, the same level. By the negative feedback branches with the transistors 21 to 26 and the capacitors C1, C 2, the desired effect of level equality at inputs and outputs for the circuits D1 to D4 forced, since each level change at the inputs E, EN of the differential amplifier D1 an amplified antiphase acting Level change at the outputs A and AN of the differential amplifier D3 causes. This antiphase level change acts via the transistors 21,22,24 and 25 to the inputs E, EN of the differential amplifier D1 against the input voltage change and thus acts to stabilize the operating point. In an embodiment of the invention, the enhancement-type negative feedback transistors have a long, narrow channel geometry and their operating point is slightly above their threshold voltage. This is achieved by lowering the gate voltage of 21 ... 25 by an enhancement threshold voltage. Thus, the transistors 21 to 24 are high impedance and form together with the capacitors C1 to C 2 a low pass low cutoff frequency.

Die untere Grenzfrequenz der Gegenkopplungszweige bestimmt die untere Grenzfrequenz der Verstärkerschaltung. Die hochohmigen Enhancementtransistoren im Gegenkopplungszweig haben zum Vorteil die gute Reproduzierbarkeit im technologischen Prozeß und die kleinen parasitären Kapazitäten.The lower limit frequency of the negative feedback branches determines the lower limit frequency of the amplifier circuit. The high-impedance enhancement transistors in the negative feedback branch have the advantage of good reproducibility in the technological process and the small parasitic capacitance.

Eine an den Eingängen E oder EN liegende Wechselspannung wird durch die Differenzverstärker D1 ...D6 soweit verstärkt, daß die kreuzgekoppelten Differenzverstärker, die fürdie weitere Verstärkung notwendigen Pegel erhalten. Dererste kreuzgekoppelte Differenzverstärker enthält einen Sourcetransistor 10, bei den folgenden zwei Verstärkerstufen ist dieser aus Gründen der Pegelabsenkung entfallen. Der weiteren Pegelverstärkung und der Verbesserung der Treiberfähigkeit dient die Gegentaktstufe mit den Transistoren 19 und 20.An AC voltage applied to the inputs E or EN is amplified by the differential amplifiers D1 ... D6 so far that the cross-coupled differential amplifiers receive the necessary levels for further amplification. The first cross-coupled differential amplifier contains a source transistor 10, in the following two amplifier stages this is omitted for reasons of level reduction. The further level gain and the improvement of the drive capability is the push-pull stage with the transistors 19 and 20.

Fig. 2 zeigt einen einzelnen Differenzverstärker, wobei in Fig. 2 a... 2 с die Abhängigkeit der Ausgangsspannung U_A am Ausgang A als Funktion der Eingangsspannung an E bei verschiedenen Geometrien der Transistoren 1 und 2. Die Spannung Uen ist hierbei Parameter.Fig. 2 shows a single differential amplifier, wherein in Fig. 2 a ... 2 с the dependence of the output voltage U _A at the output A as a function of the input voltage to E at different geometries of the transistors 1 and 2. The voltage Uen is this parameter.

Unter der Voraussetzung, daß sich der statische Arbeitspunkt Ua_P nach der Bedingung Ua = Ue einstellt, ist bei Großsignalaussteuerung (Verstärkung) eine Arbeitspunktverschiebung zu erkennen, welche Signalamplituden abhängig und von der Form der Übertragungskennlinie abhängig ist. Fig. 2 a zeigt den Fall, bei dem neben der Verkleinerung der Arbeitspunktspannung Uap durch hohe Frequenzen noch die Verkleinerung durch Großsignalaussteuerung auftritt. Der Arbeitspunkt ist instabil.Assuming that the static operating point Ua _P adjusts according to the condition Ua = Ue, an operating point shift can be detected in the case of large signal amplification (amplification), which signal amplitude depends on and depends on the shape of the transfer characteristic. Fig. 2 a shows the case in which in addition to the reduction of the operating point voltage Uap by high frequencies still the reduction occurs by Großsignalaussteuerung. The operating point is unstable.

Fig. 2 с zeigt den Fall, bei dem die Arbeitspunktverschiebung durch Großsignalaussteuerung die Arbeitspunktspannung sehr erhöht, der Erniedrigung der Arbeitspunktspannung durch Frequenzerhöhung zu sehr entgegenwirkt.Fig. 2 с shows the case in which the operating point shift by Großsignalaussteuerung greatly increases the operating point voltage, counteracting the lowering of the operating point voltage by increasing the frequency too much.

Die geometrischen Abmessungen der Transistoren 1 bis 5 werden so gewählt, daß bei Großsignalsteuerung die Arbeitspunktspannung nur etwas steigt. Diese Spannungszunahme wirkt der Verkleinerung der Arbeitspunktspannung bei hohen Frequenzen entgegen. Bei Vergrößerung der Signalfrequenz verringert sich die Wechselspannungsverstärkung durch stärkere Wirkung der parasitären Kapazitäten. Zum Erreichen gleicher Ausgangsamplituden muß ein größerer Eingangspegel angelegt werden, das heißt, die Arbeitspunktverschiebung durch Großsignalaussteuerung wirkt zusätzlich zur Arbeitspunktverschiebung durch erhöhte Eingangsfrequenz.The geometrical dimensions of the transistors 1 to 5 are chosen so that in large signal control, the operating point voltage increases only slightly. This voltage increase counteracts the reduction of the operating point voltage at high frequencies. As the signal frequency increases, the AC gain decreases due to the greater effect of the parasitic capacitances. To achieve the same output amplitudes, a larger input level must be applied, that is, the operating point shift by Großsignalaussteuerung acts in addition to the operating point shift by increased input frequency.

Fig. 2 b zeigt den optimalen Fall der Arbeitspunktfestlegung.Fig. 2b shows the optimum case of the operating point specification.

Claims

1. Kleinsignalverstärker in n-Kanal-MOS-Technik, unter Verwendung von sechs Differenzverstärkern sowie drei kreuzgekoppelten Differenzverstärkern, wobei eine Gegenkopplung zum Eingang der Schaltung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ausgänge (AN) der in Serie geschalteten Differenzverstärker (D 1 ...D5) jeweils mit dem folgenden ersten Eingang (E) und die ersten Ausgänge (A) jeweils mit dem folgenden zweiten Eingang (EN) des nachfolgenden Differenzverstarkers (D2...D6) verbunden sind, daß weiterhin die Gates des ersten Verstärkertransistors (6) und des zweiten Lasttransistors (9) des ersten kreuzgekoppelten Differenzverstärkers (K 1) mit dem ersten Ausgang (A) und die Gates des zweiten Verstärkertransistors (7) und des ersten Lasttransistors (8) des ersten kreuzgekoppelten Differenzverstärkers (Kl) mit dem zweiten Ausgang (AN) des sechsten Differenzverstärkers (D6) verbunden sind, daß der zweite und dritte kreuzgekoppelte Differenzverstärker (K2; КЗ) in gleicher Art mit dem ersten kreuzgekoppelten Differenzverstärker (K 1) in Serie geschaltet sind und daß vom ersten Ausgang (A) des dritten Differenzverstärkers (D3) ein als T-Tiefpaß realisierter erster Gegenkopplungszweig (T 1) zum zweiten Eingang (EN) des ersten Differenzverstärkers (D 1) und vom zweiten Ausgang (AN) des dritten Differenzverstärkers (D3) ein als T-Tiefpaß realisierter zweiter Gegenkopplungszweig (T2) zum ersten Eingang (E) des ersten Differenzverstarkers (D 1) geschaltet ist.1. Small signal amplifier in n-channel MOS technology, using six differential amplifiers and three cross-coupled differential amplifiers, wherein a negative feedback to the input of the circuit is present, characterized in that the second outputs (AN) of the series-connected differential amplifier (D 1 ... D5) in each case with the following first input (E) and the first outputs (A) are each connected to the following second input (EN) of the following differential amplifier (D2 ... D6), that further the gates of the first amplifier transistor (6) and the second load transistor (9) of the first cross-coupled differential amplifier (K 1) to the first output (A) and the gates of the second amplifier transistor (7) and the first load transistor (8) of the first cross-coupled differential amplifier (Kl) with the second output (AN) of the sixth differential amplifier (D6) are connected, that the second and third cross-coupled differential amplifier (K2; КЗ ) are connected in series with the first cross-coupled differential amplifier (K 1) in series and that from the first output (A) of the third differential amplifier (D3) realized as a T-low pass first negative feedback path (T 1) to the second input (EN) of first differential amplifier (D 1) and from the second output (AN) of the third differential amplifier (D3) a realized as a T-low pass second negative feedback path (T2) to the first input (E) of the first differential amplifier (D 1) is connected.

2. Kleinsignalverstärker nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungszweige (T 1; T2) je zwei in Reihe geschaltete Enhancementtransistoren (21; 22 und 24; 25) und einen Kondensator (C 1; C2) enthalten, wobei zwischen der Betriebsspannung und den Gates der Enhancementtransistoren (21; 22 und 24; 25) je ein von der Betriebsspannung gesteuerter Enhancementtransistor (23; 26) angeordnet ist.2. Small signal amplifier according to item 1, characterized in that the negative feedback branches (T 1; T2) each comprise two series-connected enhancement transistors (21; 22 and 24; 25) and a capacitor (C 1; C2), wherein between the operating voltage and the gates of the enhancement transistors (21; 22 and 24; 25) each have an enhancement transistor (23; 26) controlled by the operating voltage.

3. Kleinsignalverstärker nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt der Enhancementtransistoren (21; 22; 24; 26) etwas oberhalb der Schwellspannung liegt.3. Small signal amplifier according to item 1, characterized in that the operating point of the enhancement transistors (21; 22; 24; 26) is slightly above the threshold voltage.

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Kleinsignalverstarker in η-Kanal MOS-Technik und findet Anwendung in MOS-Schaltkreisen mit Enhancement- und Depletiontransistoren, in denen kleine Signalpegel in großem Frequenzbereich zum Treiben von digitalen und analogen MOS-Schaltungen verstärkt werden.The invention relates to a small-signal amplifier in η-channel MOS technology and finds application in MOS circuits with enhancement and depletion transistors, in which small signal levels in a large frequency range for driving digital and analog MOS circuits are amplified.

Charakteristik der bekannten technischen LosungCharacteristic of the known technical solution

Eine bekannte technische Losung fur einen integrierten MOS-Verstärker wird im ISSCC-Bencht 1983 S 78 beschrieben Dieser MOS-Verstärker besteht aus fünf hintereinander geschalteten Negatoren und zwei kreuzgekoppelten Differenzverstarkern Das Ausgangssignal des vierten Inverters ist mit dem ersten Eingang des ersten kreuzgekoppelten Differenzverstarkers verbunden, das Ausgangssignal des fünften Inverters ist mit dem zweiten Eingang des ersten kreuzgekoppelten Differenzverstarkers verbunden Der erste Ausgang des ersten kreuzgekoppelten Differenzverstarkers ist mit dem ersten Eingang des zweiten kreuzgekoppelten Differenzverstarkers, der zweite Ausgang vom ersten kreuzgekoppelten Differenzverstärker ist mit dem zweiten Eingang vom zweiten kreuzgekoppelten Differenzverstärker verbunden An den Ausgangen vom zweiten kreuzgekoppelten Differenzverstärker hegen ein wahrer und ein negierter Takt an Der zweite Ausgang des zweiten kreuzgekoppelten Differenzverstarkers ist über einen Widerstand von 1 ΜΩ mit dem Eingang des ersten Inverters verbunden Die Nachteile dieser Schaltung sind, daß die Arbeitspunktverschiebungen durch große Signalamplituden auf den Eingang aufgeprägt werden, daß der Tiefpaßcharakter der Gegenkopplung nur durch parasitäre Transistor- und PN-Kapazitaten bestimmt wird, daß dadurch die untere Grenzfrequenz des Verstärkers relativ groß ist und starken Schwankungen unterliegt Fur die Realisierung des hochohmigen Gegenkopplungswiderstandes werden zusatzliche technologische Schritte benotigt. Der beschriebene Verstarker hat nur einen Signaleingang.A known technical solution for an integrated MOS amplifier is described in ISSCC-Bencht 1983 S 78. This MOS amplifier consists of five successive inverters and two cross-coupled differential amplifiers The output signal of the fourth inverter is connected to the first input of the first cross-coupled differential amplifier, the The output of the fifth inverter is connected to the second input of the first cross-coupled differential amplifier. The first output of the first cross-coupled differential amplifier is connected to the first input of the second cross-coupled differential amplifier, the second output from the first cross-coupled differential amplifier is connected to the second input from the second cross-coupled differential amplifier The second output of the second cross-coupled differential amplifier has a true and a negated clock. The second output of the second cross-coupled differential amplifier has a resistor The disadvantages of this circuit are that the operating point shifts are impressed on the input by large signal amplitudes, that the low-pass nature of the negative feedback is determined only by parasitic transistor and PN capacitances, thereby affecting the lower Limit frequency of the amplifier is relatively large and subject to strong fluctuations For the realization of the high-impedance negative feedback resistance additional technological steps are needed. The described amplifier has only one signal input.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kleinsignalverstarker in η-Kanal MOS-Technik mit großem Frequenzbereich mit Enhancement- und Depletiontransistoren ohne zusätzlichen technologischen Aufwand zu entwickeln Die zu entwickelnde Schaltung muß in der Lage sein, zwei voneinander getrennte Signale zu verstarken.The object of the invention is to develop a small signal amplifier in η-channel MOS technology with a wide frequency range with enhancement and depletion transistors without additional technological effort. The circuit to be developed must be able to amplify two separate signals.