JP2000323940A - 全差動増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期状態において、差動増幅器の入力信号が
ダイナミックレンジに無い場合に安定駆動できるように
制御できる全差動増幅器を提供する。 【解決手段】 初期状態において、差動増幅器１１の入
力信号がダイナミックレンジに無い場合に安定駆動する
までの補助電流を与えるスタート回路１７を備える。ス
タート回路１７は、差動増幅器１１が遮断状態となる入
力信号の参照電圧１ｊと第１の入力信号１ａと第２の入
力信号１ｂと比較し、参照電圧１ｊを超えている入力信
号に対応する差動増幅器１１の出力段に対して、電流供
給手段によりスタート補助電流を供給する。なお、差動
増幅器１１の出力段に設けた反転出力増幅器１２、１３
の出力段に信号を供給する形態もある。さらにコモンフ
ィードバック回路１６により負帰還のフィードバック制
御を行えば入力信号を安定させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアナログ信号の増幅
器に適用して有効な技術に関するものであって、例えば
ＰＣＭ信号送信装置やプリアンプなどのオーディオ機器
やセンサー機器などに利用して有効な技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の全差動増幅器について説明
する。

【０００３】アナログ機器の低電圧化や低消費電力化、
信号処理技術の進歩に伴い、全差動増幅器の重要性は年
々高まっている。

【０００４】図９は、従来の全差動増幅器のブロック構
成図、図１０は、図９のブロック構成図の具体的な回路
構成例である。

【０００５】９１及びは差動増幅器、９２は第１の出力
用増幅器、９３は第２の出力用増幅器、９４は第１の抵
抗器、９５は第１の抵抗器と大きさの等しい第２の抵抗
器、９６はコモンモードフィードバック回路である。ま
た１００ａは第１の電源電位、１００ｂは第２の電源電
位、９ａは第１の入力端子、９ｂは第２の入力端子、９
ｃは第１の出力端子、９ｄは第２の出力端子、９ｅは第
３の出力端子、９ｆは第４の出力端子、９ｇは第３の入
力端子、９ｈは第１及び第２の抵抗器の接続点、９ｉは
コモンモードフィードバック回路の出力である。

【０００６】以上のように構成された従来の全差動増幅
器について以下その動作を説明する。

【０００７】差動増幅器９１は、差動増幅器として動作
し、第１の入力端子９ａおよび第２の入力端子９ｂに印
加された入力信号を増幅し、第１の出力端子９ｃおよび
第２の出力端子９ｄから出力する。

【０００８】第１の出力用増幅器９２は、出力端子９ｃ
の信号を更に増幅し第３の出力端子９ｅより出力する。
同様に第２の出力用増幅器９３は出力端子９ｄの信号を
更に増幅し第４の出力端子９ｆより出力する。

【０００９】第１の抵抗器９４は、第２の抵抗器９５と
大きさが等しいので、抵抗器の接続点９ｈには第３の出
力端子と第４の出力端子の中間電位が表れる。

【００１０】コモンモードフィードバック回路９６は抵
抗器の接続点９ｈの電位と第３の入力端子９ｇの電位が
等しくなるよう差動増幅器に対してフィードバック制御
を行う。このフィードバック制御により、第３の出力端
子と第４の出力端子の電位が常に第３の入力端子９ｇの
電位に対して対称となる。

【００１１】このような差動増幅器を用いた増幅回路の
例を図１１に示す。１１ａは差動増幅器の第１の入力端
子で図９及び図１０の第１の入力端子９ａに相当する部
分、１１ｂは差動増幅器の第２の入力端子で図９及び図
１０の第２の入力端子９ｂに相当する部分、１１ｅは差
動増幅器の第３の出力端子で図９及び図１０の第３の出
力端子９ｅに相当する部分、１１ｆは差動増幅器の第４
の出力端子で図９及び図１０の第４の出力端子９ｆに相
当する部分、１１ｇは差動増幅器の第３の入力端子で図
９及び図１０の第３の入力端子９ｇに相当する部分あ
る。

【００１２】さらに、１１１は増幅回路の第１の入力端
子、１１２は増幅回路の第２の入力端子、１１３は第１
の容量、１１４は第２の容量、１１５及び１１６は大き
さの等しい第１及び第２の抵抗器、１１７及び１１８は
大きさの等しい第３及び第４の抵抗器である。図１１の
構成では差動増幅器の第３及び第４の出力端子に負帰還
をかけており、全体として差動反転増幅器を構成してい
る。

【００１３】図１１の増幅回路の出力波形の例を図１２
に示す。第１の抵抗器及び第２の抵抗器とコモンモード
フィードバック回路の制御により第３の出力端子と第４
の出力端子に表れる出力波形は常に第３の入力端子に印
加される電圧に対して上下が対称な波形となり、簡単に
差動出力信号を得ることができる。

【００１４】このような全差動増幅器は、通常のシング
ル信号の場合と同じ信号振幅の出力を２系統持つことで
２倍の出力信号を得ることができる。このため電源電圧
が低い場合でも通常のシングル信号の２倍のダイナミッ
クレンジが得られるので、回路の低電圧化に適してい
る。また回路全体に大きさの等しいノイズが印加された
場合には差動信号としてはノイズの電位差がキャンセル
されるため、増幅器の高精度化にも適している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の構
成では、例えば容量による電圧低下や素子からのリーク
等の原因によって第１及び第２の入力端子の初期電圧が
入力ダイナミックレンジの範囲外となった場合には、電
流源１０１ｃの電流はトランジスタ１０１ａ，１０１ｂ
によって遮断されてしまうため、第１の出力端子及び第
２の出力端子の電位は第２の電源電位１００ｂとなり、
第３の出力端子及び第４の出力端子の電位が入力ダイナ
ミックレンジ以上の高い電位となってしまう。

【００１６】図１３にこの状態を示す。図１３の状態Ａ
は第１及び第２の入力端子の初期電圧が入力ダイナミッ
クレンジの範囲内、状態Ｂは第１及び第２の入力端子の
初期電圧が入力ダイナミックレンジの範囲外となった場
合を示している。状態Ａの場合には回路は動作を開始
し、時間が経過して状態Ａ’となっても安定して動作す
るが、状態Ｂの場合には第３の出力端子及び第４の出力
端子の電位が入力ダイナミックレンジ以上の高い電位と
なってしまうため、負帰還を介して第１及び第２の入力
端子が入力ダイナミックレンジ範囲外に保持されてしま
い、時間が経過しても状態Ｂ’は入力ダイナミックレン
ジ範囲外のままで回路が動作を開始しない。

【００１７】本発明は前記問題点を解決するもので、第
１及び第２の入力端子の初期電圧が入力ダイナミックレ
ンジの範囲外であっても確実に増幅動作を開始すること
ができる全差動増幅器を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の全差動増幅器は、第１および第２の入力信
号を持ち、前記第１の入力信号に対する第１の出力信号
および前記第２の入力信号に対する第２の出力信号を出
力する差動増幅器と、前記差動増幅器が遮断状態となる
前記第１および第２の入力信号の電圧値である参照電圧
と、前記第１および第２の入力信号を入力して前記参照
電圧と比較し、前記第１および第２の入力信号のうち前
記参照電圧を超えている入力信号に対応する前記差動増
幅器の出力段にスタート補助電流を供給する電流供給手
段を備えたスタート回路とを備え、前記差動増幅器が遮
断状態である場合に前記差動増幅器の出力段に前記スタ
ート補助電流を与えることを特徴とする。

【００１９】上記構成により、初期状態において、前記
入力信号が前記参照電圧を超え、前記差動増幅器が遮断
状態になる場合でも前記差動増幅器の出力段に前記スタ
ート補助電流を与え、安定駆動することができる。

【００２０】次に、本発明の全差動増幅器は、前記差動
増幅回路の出力段に、前記差動増幅器の第１の出力信号
を入力として反転増幅である第３の出力信号を出力する
第１の出力増幅器と、前記差動増幅器の第２の出力信号
を入力として反転増幅である第４の出力信号を出力する
第２の出力増幅器とを備え、前記スタート回路の電流供
給手段のスタート補助電流が、前記第１および第２の出
力増幅器の入力段に接続されていることが好ましい。

【００２１】上記構成により、さらに差動増幅回路の出
力段に出力増幅器を備え、前記スタート回路の電流供給
手段により調整された出力を増幅・調整することができ
る。

【００２２】次に、本発明の全差動増幅器は、前記差動
増幅回路の出力段に、前記差動増幅器の第１の出力信号
を入力として反転増幅である第３の出力信号を出力する
第１の出力増幅器と、前記差動増幅器の第２の出力信号
を入力として反転増幅である第４の出力信号を出力する
第２の出力増幅器とを備え、前記スタート回路の電流供
給手段が出力段に反転増幅器を備え、前記スタート回路
の電流供給手段のスタート補助電流が、前記反転増幅器
を介して、前記第１および第２の出力増幅器の出力段に
接続されていることが好ましい。

【００２３】上記構成により、本発明の全差動増幅器
は、差動増幅器の出力段に出力増幅器を備え、初期状態
において、前記入力信号が前記参照電圧を超え、前記差
動増幅器が遮断状態になる場合でも出力増幅器の出力段
に前記スタート補助電流を与え、安定駆動することがで
きる。

【００２４】次に、本発明の全差動増幅器は、前記第３
および第４の出力信号の目標定常電圧であるフィードバ
ック参照電圧と、前記第３および第４の出力信号の中間
電位を入力して前記フィードバック参照電圧と比較し、
前記中間電位が前記フィードバック参照電圧と等しくな
るように前記差動増幅器の入力段に負帰還信号を与える
コモンフィードバック回路を備え、前記差動増幅器の第
１および第２の入力信号を前記フィードバック参照電圧
に漸近安定させることが好ましい。

【００２５】上記構成により、本発明の全差動増幅器
は、初期状態において、前記入力信号が前記参照電圧を
超え、前記差動増幅器が遮断状態になる場合でも回路出
力段の出力を目標定常電圧であるフィードバック参照電
圧に漸近安定させ、安定駆動することができる。

【００２６】次に、前記差動増幅器が、ゲートが前記第
１の入力信号に接続された第１極性の第１のトランジス
タと、ゲートが前記第２の入力信号に接続され、ソース
が前記第１のトランジスタのソースと接続された第１極
性の第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタ及
び第２のトランジスタのソースと第１の電源電位との間
に接続された第１の電流源と、ドレインに前記第１のト
ランジスタのドレインが接続され、ソースに第２の電源
電位が印加された第２極性の第３のトランジスタと、ド
レインに前記第２のトランジスタのドレインが接続さ
れ、ソースに前記第２の電源電位が印加された第２極性
の第４のトランジスタとからなることが好ましい。

【００２７】上記構成により、本発明の全差動増幅器
は、少ない素子数で回路中の差動増幅器を構成すること
ができる。

【００２８】次に、前記スタート回路が、第１の電源電
位と、前記第１の電源電位に接続された電流源と、ソー
スが共通接続され前記電流源に接続された第５〜第８の
トランジスタと、第２の電源電位を備え、前記第５のト
ランジスタのゲートを前記第１の入力信号と接続しドレ
インを前記第２の電源電位に接続し、前記第６のトラン
ジスタのゲートを前記第２の入力信号と接続しドレイン
を前記第２の電源電位に接続し、前記第７のトランジス
タのゲートを前記参照電圧と接続しドレインの出力を前
記第１のスタート補助電流とし、前記第８のトランジス
タのゲートを前記参照電圧と接続しドレインの出力を前
記第２のスタート補助電流とすることが好ましい。

【００２９】上記構成により、本発明の全差動増幅器
は、少ない素子数で回路中のスタート回路を構成するこ
とができる。

【００３０】次に、前記スタート回路が、第１の電源電
位と、前記第１の電源電位に接続された電流源と、ソー
スが共通接続され前記電流源に接続された第５〜第７の
トランジスタと、前記第５〜第７のトランジスタと極性
の異なる第８のトランジスタと、第２の電源電位を備
え、前記第５のトランジスタのゲートを前記第１の入力
信号と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、
前記第６のトランジスタのゲートを前記第２の入力信号
と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、前記
第７のトランジスタのゲートを前記参照電圧と接続しド
レインを前記第８のトランジスタのゲートおよびドレイ
ンに接続し、前記第８のトランジスタのゲートを前記ス
タート補助電流としソースを前記第２の電源電位に接続
することが好ましい。

【００３１】上記構成により、本発明の全差動増幅器
は、少ない素子数で回路中のスタート回路を構成するこ
とができる。

【００３２】さらに、前記コモンモードフィードバック
回路が、前記スタート回路の第５〜第７のトランジスタ
と同じ極性を持つ第９のトランジスタと、前記第８のト
ランジスタと同じ極性を持つ第１０のトランジスタを備
え、前記第９のトランジスタのゲートを前記中間電位と
接続し、ソースを前記電流源と接続し、ドレインを前記
第１０のトランジスタのゲートおよびドレインに接続
し、前記第１０のトランジスタのソースを前記第２の電
源電位と接続し、ドレインを前記第９のドレインと接続
し、ゲートを前記第９のドレインと接続し当該ゲートの
接続点の出力を負帰還信号として前記作動増幅器に与え
ることが好ましい。

【００３３】上記構成により、本発明の全差動増幅器
は、少ない素子数で回路中のコモンフィードバック回路
を構成することができ、さらに、スタート回路と一体的
に形成することができ、また、スタート回路の動作と連
動した負帰還制御を行うことができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下、本発明の実
施形態１について、図１〜図３を用いて説明する。本実
施形態１は、本発明の請求項１、２、４、５、６に記載
の全差動増幅器の実施形態を示している。

【００３５】図１は本実施形態１の回路の概略を表わす
ブロック図、図２は素子構成の例を示した詳細な回路図
である。

【００３６】図１及び図２において、１１は差動増幅器
であり、図２に示すように２つのＰチェンネルＭＯＳと
２つのＮチェンネルＭＯＳにより構成されている。

【００３７】１２と１３は差動増幅器１１の出力段に設
けられた出力増幅器であり、それぞれ第１の出力増幅器
と第２の出力増幅器である。第１の出力増幅器１２の出
力が第３の出力信号に相当し、第２の出力増幅器１３の
出力が第４の出力信号に相当する。１４は第１の抵抗
器、１５は第１の抵抗器と大きさの等しい第２の抵抗器
であり、第１の抵抗器１４と第２の抵抗器１５の接続点
において第３および第４の出力信号の中間電位が得られ
ている。１６はコモンモードフィードバック回路、１７
はスタート回路である。また、図２において、２０ａは
第１の電源電位、２０ｂは第２の電源電位、１ａは第１
の入力信号の入力端子、１ｂは第２の入力信号の入力端
子、１ｃは第１の出力信号の出力端子、１ｄは第２の出
力信号の出力端子、１ｅは第３の出力信号の出力端子、
１ｆは第４の出力信号の出力端子、１ｇはフィードバッ
ク参照電圧の入力端子、１ｈは第１の抵抗器及び第２の
抵抗器の接続点で前記中間電位の出力端子、１ｉはコモ
ンモードフィードバック回路の出力、１ｊはスタート回
路の参照電圧（Ｖrefとする）入力端子である。スター
ト回路の参照電圧Ｖrefとは、後述するようにスタート
回路２７が、スタート動作を実行するか否かの基準とな
る電圧で、第１の入力端子２ａおよび第２の入力端子２
ｂへの入力電圧が参照電圧Ｖrefより大きければ、スタ
ート動作を実行し、参照電圧Ｖrefより小さければスタ
ード動作を実行しない。

【００３８】スタート回路１７は、図２に示すように、
４つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ素子１７ｂ〜１
７ｅにより電流供給手段を構成しており、第１の入力信
号と第２の入力信号を入力し、第１のスタート補助電流
と第２のスタート補助電流を出力する。

【００３９】以下、本実施形態１のスタート回路１７の
動作について説明する。

【００４０】図２において、第１の入力端子１ａ及び第
２の入力端子１ｂから与えられる第１および第２の入力
電圧の双方が、参照電圧入力端子１ｊの参照電圧Ｖref
よりも低い場合には、トランジスタ１７ｂおよび１７ｃ
を介して電流源１７ａの電流は全て第２の電源電位１０
ｂに流れ、スタート回路１７はスタート補助電流を出力
しない。

【００４１】第１の入力端子１ａ及び第２の入力端子１
ｂから与えられる第１及び第２の入力電圧の少なくとも
いずれか一方が、スタート回路１７の参照電圧入力端子
１ｊの参照電圧Ｖrefよりも高い場合には、その入力信
号に対応するトランジスタ１７ｄ、１７ｅを介して電流
源１７ａの電流がスタート補助電流として、第１の出力
端子１ｃ、第２の出力端子１ｄに流れ込む。このスター
ト補助電流は参照電圧Ｖrefよりも高い入力信号に対応
する第１の出力信号、第２の出力信号の電圧を引き上
げ、それが対応する出力段の第１、第２の出力増幅器の
第３の出力信号、第４の出力信号の電位が下がる。

【００４２】以上がスタート回路の動作概略である。

【００４３】次に、図３は全差動増幅器の動作状態の推
移を示したものである。状態Ａは第１及び第２の入力信
号の初期電圧がスタート回路１７の参照電圧Ｖref以下
の場合、状態Ｂは第１及び第２の入力信号の初期電圧が
スタート回路１７の参照電圧Ｖref以上の場合を示して
いる。状態Ａの場合はスタート回路１７は動作せず差動
増幅器１１も安定して動作を開始する。状態Ｂの場合は
スタート回路１７が動作し、参照電圧Ｖref以下になる
まで第３及び第４の出力信号の電圧を引き下げて状態
Ｂ’となり、自律的に入力ダイナミックレンジ内に状態
が遷移し、差動増幅器は安定して動作を開始する。

【００４４】このように本回路構成を用いれば、第１の
入力信号、第２の入力信号がスタート回路が参照する参
照電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合にのみ、出力段の第３の
出力信号及び第４の出力信号の電圧を引き下げることが
できる。さらに、この状態で負帰還をかけて使用すれ
ば、第３の出力端子及び第４の出力端子の電位が下がる
ことにより第１の入力端子及び第２の入力端子の電位も
入力ダイナミックレンジの範囲内に引き下げられるた
め、フィードバック参照電圧を入力ダイナミックレンジ
以下に設定しておけば確実に動作を開始することができ
る。

【００４５】上記実施形態１のスタート回路は構成が簡
単で回路素子数も少なく、回路の小型化に向いた構成と
言える。なお本実施形態１では第１から第４までの入力
端子がＰチャネルトランジスタの場合について説明した
が、入力端子がＮチャネルトランジスタの場合について
も同様に実現できる。

【００４６】（実施形態２）以下、本発明の第２の実施
の形態について、図４〜図５を用いて説明する。本実施
形態２は、本発明の請求項１、３、４、５、７に記載の
全差動増幅器の実施形態を示している。

【００４７】図４は本実施形態２の回路の概略を表わす
ブロック図、図５は素子構成の例を示した詳細な回路図
である。

【００４８】図４及び図５において、差動増幅器１１、
第１の出力増幅器１２、第２の出力増幅器１３、第１の
抵抗器１４、第２の抵抗器１５、コモンモードフィード
バック回路１６はそれぞれ、実施形態１の図１、図２に
おいて同じ番号を付して説明した要素と同様の要素であ
り、ここでの説明は適宜省略する。また、端子も実施形
態１で説明したものと同様のものには同じ番号を付し、
ここでの説明は適宜省略する。４７は、スタート回路で
ある。４ｊはスタート回路の参照電圧が入力される入力
端子である。４２ｆ及び４２ｇは、出力増幅器１２及び
１３の出力段に設けられたスタート補助電流を供給する
ためのトランジスタでスタート補助電流の反転増幅を行
い第３の出力信号および第４の出力信号に信号を供給す
る。

【００４９】以下、スタート回路４７の動作を中心に説
明する。

【００５０】図５において、スタート回路４７は、３つ
ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ４７ｂ〜４７ｄおよび
１つのＮチェンネルＭＯＳトランジスタ４７ｅにより電
流供給手段を構成しており、第１の入力信号と第２の入
力信号を入力し、第１のスタート補助電流と第２のスタ
ート補助電流を出力する。４ｊはスタート回路の参照電
圧（Ｖref）入力端子である。スタート回路の参照電圧
Ｖrefは、実施形態１と同様、スタート回路２７が、ス
タート動作を実行するか否かの基準となる電圧で、第１
の入力端子２ａおよび第２の入力端子２ｂへの入力電圧
が参照電圧Ｖrefより大きければ、スタート動作を実行
し、参照電圧Ｖrefより小さければスタード動作を実行
しない。

【００５１】第１の入力端子１ａの入力電圧及び第２の
入力端子１ｂの入力電圧が参照電圧入力端子４ｊの参照
電圧Ｖrefよりも低い場合、電流源４７ａの電流は全て
トランジスタ４７ｂ及びトランジスタ４７ｃを介して第
２の電源電位４０ｂに流れるため、トランジスタ４７
ｅ、トランジスタ４７ｆ及びトランジスタ４７ｇのゲー
ト電位は第２の電源電位４０ｂに等しくなる。この状態
ではトランジスタ４７ｆ及びトランジスタ４７ｇのドレ
イン・ソース間インピーダンスはハイインピーダンスと
なるため、スタート回路はスタート補助電流を出力しな
い。

【００５２】第１の入力端子１ａ及び第２の入力端子１
ｂから与えられる第１及び第２の入力電圧の少なくとも
いずれか一方が、スタート回路４７の参照電圧入力端子
４ｊの参照電圧Ｖrefよりも高い場合には、電流源４７
ａの電流がスタート補助電流としてトランジスタ４７ｅ
に流れ込む。このスタート補助電流は、出力増幅器１２
および１３の出力段に設けられているトランジスタ４７
ｆ及びトランジスタ４７ｇのゲート電位を引き上げるた
め、トランジスタ４７ｆ及びトランジスタ４７ｇのドレ
イン・ソース間インピーダンスが低くなり、第３の出力
信号及び第４の出力信号の電位が引き下げられる。

【００５３】本実施形態２のスタート回路４７を用いた
全差動増幅器の動作状態の推移の例は実施形態１におい
て示した図３と同様である。

【００５４】このように本回路構成の場合でも、第１の
入力信号、第２の入力信号の入力電圧が参照電圧Ｖｒｅ
ｆよりも高い場合にのみ、第３の出力信号及び第４の出
力信号の電圧を引き下げることができる。この状態で負
帰還をかけて使用すれば、第３の出力信号及び第４の出
力信号の電位が下がることにより第１の入力信号及び第
２の入力信号の電位も入力ダイナミックレンジの範囲内
に引き下げられるため、フィードバック参照電圧を入力
ダイナミックレンジ以下に設定しておけば確実に動作を
開始することができる。

【００５５】上記実施形態２のスタート回路は、回路内
部に対する接続点を持たないため、回路内部の寄生容量
を低く抑えることができる。特に高周波信号を扱う場合
にはこの寄生容量を低く抑える必要があるので、本実施
形態２は高周波信号を扱う全差動増幅器に向いた構成と
言える。なお本実施形態２の全差動増幅器は実施形態１
と同様に、第１から第４までの入力端子がＮチャネルト
ランジスタの場合についても実現できる。

【００５６】（実施形態３）以下、本発明の実施形態３
について、図６〜図８を用いて説明する。本実施形態３
は、本発明の請求項８に記載の全差動増幅器の実施形態
を示している。

【００５７】図６は本実施形態３の回路の概略を表わす
ブロック図、図７は素子構成の例を示した詳細な回路図
である。

【００５８】図６および図７において、差動増幅器１
１、第１の出力増幅器１２、第２の出力増幅器１３、第
１の抵抗器１４、第２の抵抗器１５はそれぞれ、実施形
態１の図１、図２において同じ番号を付して説明した要
素と同様の要素であり、ここでの説明は適宜省略する。
また、端子も実施形態１で説明したものと同様のものに
は同じ番号を付し、ここでの説明は適宜省略する。

【００５９】６０は、スタート回路とコモンモードフィ
ードバック回路を一体化した一体化モジュールである。
図５との対比において明らかなように、第５のトランジ
スタ６７ｂ、第６のトランジスタ６７ｃ、第７のトラン
ジスタ６７ｄ、第８のトランジスタ６７ｅはスタート回
路として機能し、それぞれ図５の第５〜第８のトランジ
スタ４７ｂ〜４７ｅに該当する。第９のトランジスタ６
６ｂ、第１０のトランジスタ６６ｄが一体化モジュール
６０の他の要素との連動によりフィードバック回路とし
て機能する。６ｇは、一体化モジュール参照電圧の入力
端子であり、ここで一体化モジュール参照電圧は、スタ
ート回路としての参照電圧でもあり、また、コモンフィ
ードバック回路としてのフィードバック参照電圧でもあ
る。また、４２ｆ及び４２ｇは、実施形態２において説
明したように、出力増幅器１２及び１３の出力段に設け
られたスタート補助電流を供給するためのトランジスタ
でスタート補助電流の反転増幅を行い第３の出力信号お
よび第４の出力信号に信号を供給する。

【００６０】以下、一体化モジュール６０の動作につい
て説明する。

【００６１】一体化モジュール６０において、第１の入
力信号１ａ、第２の入力信号１ｂ、第３の出力信号１
ｅ、第４の出力信号１ｆから一体化モジュール６０に与
えられるそれぞれの電圧が、いずれも第３の入力端子６
ｇの一体化モジュール参照電圧よりも高い場合、トラン
ジスタ４７ｂ、４７ｃ、６６ｂのゲートに入力される電
圧は一体化モジュール参照電圧よりも高くなり、電流源
４７ａからトランジスタ４７ｂ及び４７ｃ及び６６ｂに
流れる電流が遮断され、その結果、６６ｄのドレイン電
位が下がり、差動増幅器１１に帰還されるコモンモード
フィードバック信号１ｉの電位が引き下げられる。

【００６２】コモンモードフィードバック信号１ｉの電
位が引き下げられると、第１の出力信号１ｃ及び第２の
出力信号１ｄの電位が引き上げられる。第１の出力信号
１ｃ及び第２の出力信号１ｄの電位が引き上げられる
と、トランジスタ１２ｂ，１３ｂを介して第３の出力信
号１ｅ及び第４の出力信号１ｆの電位が引き下げられ
る。このように負帰還によるフィードバック制御が行な
われる。

【００６３】また、トランジスタ４７ｂ及び４７ｃ及び
６６ｂによって遮断された電流がトランジスタ４７ｄ，
４７ｅにスタート補助電流として流れ込むことによりト
ランジスタ４７ｅのドレイン電圧が引き上げられ、４７
ｅと接続されている反転増幅器であるトランジスタ４２
ｆ，４２ｇのゲート電圧も併せて引き上げられるため、
トランジスタ４２ｆ，４２ｇにより第３の出力信号１ｅ
及び第４の出力信号１ｆの電位が引き下げられることと
なる。

【００６４】次に、第１の入力信号１ａ、第２の入力信
号１ｂ、第３の出力信号１ｅ、第４の出力信号１ｆの入
力電圧が一体化モジュールの参照電圧よりも低い場合、
電流源４７ａからトランジスタ４７ｄ，４７ｅに流れ込
む電流が遮断され、トランジスタ４７ｂ，４７ｃ，６６
ｂを介して電流が流れ、その結果、６６ｄのドレイン電
位が上昇し、差動増幅回路１１に帰還されるコモンモー
ドフィードバック信号１ｉの電位が引き上げられる。コ
モンモードフィードバック信号１ｉの電位上昇により第
１の出力信号１ｃ及び第２の出力信号１ｄの電位が引き
下げられる。第１の出力信号１ｃ及び第２の出力信号１
ｄの電位が引き下げられると、トランジスタ１２ｂ，１
３ｂにより第３の出力信号１ｅ及び第４の出力信号１ｆ
の電位が引き上げられる。このように負帰還によるフィ
ードバック制御が行なわれる。

【００６５】またトランジスタ４７ｄ，４７ｅに流れる
電流が遮断されることによりトランジスタ４７ｅのドレ
イン電圧が引き下げられ、接続されているトランジスタ
４２ｆ，４２ｇのゲート電圧も引き下げられるため、ト
ランジスタ４２ｆ，４２ｇを介して第３の出力信号１ｅ
及び第４の出力信号１ｆの電圧が引き上げられる。

【００６６】以上に示すように、この状態で負帰還をか
けて使用すれば、全差動増幅器は第１の入力信号及び第
２の入力信号の電位が一体化モジュール参照電圧と等し
くなるよう動作する。

【００６７】実施形態３の全差動増幅器の状態遷移例を
図８に示す。状態Ａは第１の入力端子１ａ及び第２の入
力端子１ｂの初期電位が一体化モジュール参照電圧入力
端子６ｇの電圧よりも低い場合を示しており、状態Ｂは
第１の入力端子１ａ及び第２の入力端子１ｂの初期電位
が一体化モジュール参照電圧入力端子６ｇの参照電圧よ
りも高い場合を示している。上記第３の出力端子１ｅ及
び第４の出力端子１ｆの電位制御は第１の入力端子１ａ
及び第２の入力端子１ｂの電位が一体化モジュール参照
電圧入力端子６ｇの参照電圧と一致するまで行われるた
め、状態Ａ及び状態Ｂは時間の経過とともに状態Ａ’及
び状態Ｂ’に移行し、一体化モジュール参照電圧入力端
子６ｇの参照電圧と漸近的に一致する。よって一体化モ
ジュール参照電圧入力端子６ｇの参照電圧を入力ダイナ
ミックレンジの範囲内に設定しておけば、全差動増幅器
は、確実に動作を開始することができる。

【００６８】なお本実施形態３では、コモンモードフィ
ードバック回路の出力は差動増幅器１１、第３の出力端
子１ｅおよび第４の出力端子１ｆに接続されているが、
差動増幅器１１、第１の出力端子１ｃおよび第２の出力
端子１ｄに接続する構成も容易に実現できる。また本実
施形態３の全差動増幅器は実施形態１及び実施形態２と
同様に、第１から第３までの入力端子がＮチャネルトラ
ンジスタの場合についても容易に実現できる。

【００６９】

【発明の効果】請求項１、２、４、５、６に記載の本発
明の全差動増幅器によれば、スタート回路を備えること
により第１の入力端子電圧及び第２の入力端子電圧がス
タート回路の参照電圧よりも大きな場合にのみ第１の出
力端子及び第２の出力端子の電位を引き上げ、第３の出
力端子及び第４の出力端子の電位を引き下げる調整を行
う。

【００７０】請求項１、３、４、５、７に記載の本発明
の全差動増幅器によれば、スタート回路を備えることに
より、第１の入力端子電圧及び第２の入力端子電圧がス
タート回路の参照電圧よりも大きな場合にのみ第３の出
力端子及び第４の出力端子の電位を引き下げる調整を行
う。

【００７１】負帰還接続を介して入力端子電圧を常に参
照電圧以下となるよう変化させることができるため、こ
の参照電圧を入力ダイナミックレンジの範囲内に設定す
ることにより、入力電圧の初期状態に寄らず確実に動作
を開始する全差動増幅器が実現できる。

【００７２】請求項４、８に記載の本発明の全作動型増
幅器によれば、コモンフィードバック回路を設けて負帰
還をかけて使用すれば、全差動増幅器は第１の入力端子
及び第２の入力端子の電位が常に参照電圧と等しくなる
よう動作する。この参照電圧を入力ダイナミックレンジ
の範囲内に設定することにより、入力電圧の初期状態に
寄らず確実に動作を開始する全差動増幅器が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の全差動増幅器を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明の実施形態１の全差動増幅器を示す回路
配線図である。

【図３】本発明の実施形態１の全差動増幅器の電位の変
化例を示す図である。

【図４】本発明の実施形態２の全差動増幅器を示すブロ
ック図である。

【図５】本発明の実施形態２の全差動増幅器を示す回路
配線図である。

【図６】本発明の実施形態３の全差動増幅器を示すブロ
ック図である。

【図７】本発明の実施形態３の全差動増幅器を示す回路
配線図である。

【図８】本発明の実施形態３の全差動増幅器の電位の変
化例を示す図である。

【図９】従来の全差動増幅器を示すブロック図である。

【図１０】従来の全差動増幅器を示す回路配線図であ
る。

【図１１】従来の全差動増幅器を用いた増幅回路を示す
回路配線図である。

【図１２】従来の全差動増幅器を用いた増幅回路の出力
波形例を示す図である。

【図１３】従来の全差動増幅器の電位の変化例を示す図
である。

【符号の説明】

１１ 差動増幅器 １２ 第１の出力用増幅器 １３ 第２の出力用増幅器 １４ 第１の抵抗器 １５ 第２の抵抗器 １６ コモンモードフィードバック回路 １７、４７ スタート回路 １ａ 第１の入力端子 １ｂ 第２の入力端子 １ｃ 第１の出力端子 １ｄ 第２の出力端子 １ｅ 第３の出力端子 １ｆ 第４の出力端子 １ｇ フィードバック参照電圧の入力端子 １ｈ 第１の抵抗器と第２の抵抗器の接続点 １ｉ コモンモードフィードバック信号 １ｊ 参照電圧の入力端子 １０ａ 第１の電源電位 １０ｂ 第２の電源電位 １１ｃ，１２ａ，１３ａ，１６ａ，１７ａ，４７ａ 電
流源

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１および第２の入力信号を持ち、前記
   第１の入力信号に対する第１の出力信号および前記第２
   の入力信号に対する第２の出力信号を出力する差動増幅
   器と、 前記差動増幅器が遮断状態となる前記第１および第２の
   入力信号の電圧値である参照電圧と、前記第１および第
   ２の入力信号を入力して前記参照電圧と比較し、前記第
   １および第２の入力信号のうち前記参照電圧を超えてい
   る入力信号に対応する前記差動増幅器の出力段にスター
   ト補助電流を供給する電流供給手段を備えたスタート回
   路とを備え、前記差動増幅器が遮断状態である場合に前
   記差動増幅器の出力段に前記スタート補助電流を与える
   ことを特徴とする全差動増幅器。
2. 【請求項２】 前記差動増幅回路の出力段に、前記差動
   増幅器の第１の出力信号を入力として反転増幅である第
   ３の出力信号を出力する第１の出力増幅器と、前記差動
   増幅器の第２の出力信号を入力として反転増幅である第
   ４の出力信号を出力する第２の出力増幅器とを備え、 前記スタート回路の電流供給手段のスタート補助電流
   が、前記第１および第２の出力増幅器の入力段に接続さ
   れている請求項１に記載の全差動増幅器。
3. 【請求項３】 前記差動増幅回路の出力段に、前記差動
   増幅器の第１の出力信号を入力として反転増幅である第
   ３の出力信号を出力する第１の出力増幅器と、前記差動
   増幅器の第２の出力信号を入力として反転増幅である第
   ４の出力信号を出力する第２の出力増幅器とを備え、 前記スタート回路の電流供給手段が出力段に反転増幅器
   を備え、前記スタート回路の電流供給手段のスタート補
   助電流が、前記反転増幅器を介して、前記第１および第
   ２の出力増幅器の出力段に接続されている請求項１に記
   載の全差動増幅器。
4. 【請求項４】 前記第３および第４の出力信号の目標定
   常電圧であるフィードバック参照電圧と、前記第３およ
   び第４の出力信号の中間電位を入力して前記フィードバ
   ック参照電圧と比較し、前記中間電位が前記フィードバ
   ック参照電圧と等しくなるように前記差動増幅器の入力
   段に負帰還信号を与えるコモンフィードバック回路を備
   え、前記差動増幅器の第１および第２の入力信号を前記
   フィードバック参照電圧に漸近安定させる請求項２また
   は３に記載の全差動増幅器。
5. 【請求項５】 前記差動増幅器が、ゲートが前記第１の
   入力信号に接続された第１極性の第１のトランジスタ
   と、ゲートが前記第２の入力信号に接続され、ソースが
   前記第１のトランジスタのソースと接続された第１極性
   の第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタ及び
   第２のトランジスタのソースと第１の電源電位との間に
   接続された第１の電流源と、ドレインに前記第１のトラ
   ンジスタのドレインが接続され、ソースに第２の電源電
   位が印加された第２極性の第３のトランジスタと、ドレ
   インに前記第２のトランジスタのドレインが接続され、
   ソースに前記第２の電源電位が印加された第２極性の第
   ４のトランジスタとからなる請求項１〜４のいずれか１
   項に記載の全差動増幅器。
6. 【請求項６】 前記スタート回路が、第１の電源電位
   と、前記第１の電源電位に接続された電流源と、ソース
   が共通接続され前記電流源に接続された第５〜第８のト
   ランジスタと、第２の電源電位を備え、 前記第５のトランジスタのゲートを前記第１の入力信号
   と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、 前記第６のトランジスタのゲートを前記第２の入力信号
   と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、 前記第７のトランジスタのゲートを前記参照電圧と接続
   しドレインの出力を前記第１のスタート補助電流とし、 前記第８のトランジスタのゲートを前記参照電圧と接続
   しドレインの出力を前記第２のスタート補助電流とした
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の全差動増幅器。
7. 【請求項７】 前記スタート回路が、第１の電源電位
   と、前記第１の電源電位に接続された電流源と、ソース
   が共通接続され前記電流源に接続された第５〜第７のト
   ランジスタと、前記第５〜第７のトランジスタと極性の
   異なる第８のトランジスタと、第２の電源電位を備え、 前記第５のトランジスタのゲートを前記第１の入力信号
   と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、 前記第６のトランジスタのゲートを前記第２の入力信号
   と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、 前記第７のトランジスタのゲートを前記参照電圧と接続
   しドレインを前記第８のトランジスタのゲートおよびド
   レインに接続し、 前記第８のトランジスタのゲートを前記スタート補助電
   流としソースを前記第２の電源電位に接続した請求項１
   〜３のいずれか１項に記載の全差動増幅器。
8. 【請求項８】 前記スタート回路が、第１の電源電位
   と、前記第１の電源電位に接続された電流源と、ソース
   が共通接続され前記電流源に接続された第５〜第７のト
   ランジスタと、前記第５〜第７のトランジスタと極性の
   異なる第８のトランジスタと、第２の電源電位を備え、 前記第５のトランジスタのゲートを前記第１の入力信号
   と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、 前記第６のトランジスタのゲートを前記第２の入力信号
   と接続しドレインを前記第２の電源電位に接続し、 前記第７のトランジスタのゲートを前記参照電圧と接続
   しドレインを前記第８のトランジスタのゲートおよびド
   レインに接続し、 前記第８のトランジスタのゲートを前記スタート補助電
   流としソースを前記第２の電源電位に接続し、 前記コモンモードフィードバック回路が、前記スタート
   回路の第５〜第７のトランジスタと同じ極性を持つ第９
   のトランジスタと、前記第８のトランジスタと同じ極性
   を持つ第１０のトランジスタを備え、 前記第９のトランジスタのゲートを前記中間電位と接続
   し、ソースを前記電流源と接続し、ドレインを前記第１
   ０のトランジスタのゲートおよびドレインに接続し、 前記第１０のトランジスタのソースを前記第２の電源電
   位と接続し、ドレインを前記第９のドレインと接続し、
   ゲートを前記第９のドレインと接続し当該ゲートの接続
   点の出力を負帰還信号として前記作動増幅器に与える請
   求項７に記載の全作動型増幅器。