JP2002524900A - トランスコンダクタンス補償によるゲイン線形性を有する差動増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エミッタフォロワ対（Ｑ１、Ｑ２）と、第１の差動対（Ｑ３、Ｑ４）と、主差動増幅器（Ｑ５、Ｑ６）とを含む差動増幅器が開示される。エミッタフォロワ対は、入力差動電圧信号をシフトして、シフトされた差動電圧信号を展開させるために入力差動電圧信号を受信するように動作する。第１の差動対は、第１の差動電流を逆にエミッタフォロワ対に与えることにより、エミッタフォロワ対のトランスコンダクタンスが逆に変化して、第１の差動対のトランスコンダクタンスの変化を補償するように構成される。主差動増幅器は、シフトされた差動電圧信号を受信するように結合され、シフトされた差動電圧信号を増幅して出力電圧信号を生成するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、差動増幅器の分野に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、トラ
ンスコンダクタンス補償により線形ゲインを発生する差動増幅器に関する。

【０００２】 （背景技術） ２つの入力信号間の差動電圧を増幅するために、アナログ及びディジタル回路
において差動増幅器が広く使用されている。差動増幅器は、ノイズなどの同相の
入力変化を除去しながら、入力信号間の差のみを増幅することが理想的である。
差動増幅器の重要な応用は、信号がノイズ信号で汚染されている場合である。例
えば、長いケーブルにわたって伝送されるディジタル信号は、信号伝送中に種々
のノイズ信号を拾うことがある。差動増幅器は、ディジタル信号を増幅しながら
、ノイズ信号を除去することにより、元の信号を復元する。

【０００３】 残念ながら、従来の差動増幅器には欠点がいくつかある。例えば、内容全体が
本願明細書に引用されたものとするＤｅＶｅｉｒｍａｎ等の米国特許第５，２８
９，１３６号に記載されているように、全差動増幅器回路の線形動作レンジは制
限されることが多い。その結果、差動増幅器回路は、線形出力を発生するために
狭い範囲の入力電圧しか受け取ることができない。入力電圧が狭い入力電圧レン
ジを外れると、差動増幅器回路は非線形出力を発生する。

【０００４】 さらに、従来の差動増幅器のゲインは、温度の変化に応じて変動することがあ
る。これは、差動増幅器の個々のトランジスタのベース−エミッタ電圧が、温度
変化に非常に反応しやすいためである。ベース−エミッタ電圧がトランジスタの
トランスコンダクタンスに影響を与えるため、差動増幅器のゲインは、このよう
な温度変化が生じた場合に一定又は線形のものでないことがある。このような場
合、従来の差動増幅器のゲインは、温度変化により予測不能となることがある。

【０００５】 さらに、従来の差動増幅器では、最新技術である低電流又は低電圧応用の場合
に十分なゲインが得られないことがある。例えば、最新技術の高速アナログ又は
ディジタル回路では、ダイサイズの縮小化を進めるために電力要求を下げながら
回路の動作を高速化させるように、低電流及び／又は低電圧が用いられることが
多い。従来の差動増幅器では、このような低電流及び／又は低電圧で、高速応用
で適切に動作できるほどの大きさのゲインが得られないことがある。

【０００６】 したがって、広い入力レンジにわたって予測可能な大きい線形ゲインを与える
差動増幅器が望まれる。また、低電流及び低電圧応用においても、このような線
形ゲインを与える差動増幅器が望まれる。

【０００７】 （発明の開示） 広義に言えば、広い入力レンジにわたって線形ゲインを与えるように、トラン
スコンダクタンス補償回路を備えた差動増幅器を提供することで、本発明により
上記の必要性が満たされる。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス又
は方法を含むさまざまな手段で実行可能であることを理解されたい。本発明のい
くつかの実施形態を以下に記載する。

【０００８】 一実施形態において、本発明により、エミッタフォロワ対、第１の差動対及び
主差動増幅器を含む差動増幅器が提供される。エミッタフォロワ対は、入力差動
電圧信号をシフトして、シフトされた差動電圧信号を展開させるために入力差動
電圧信号を受信するように動作する。第１の差動対は、第１の差動電流を逆にエ
ミッタフォロワ対に与えることにより、エミッタフォロワ対のトランスコンダク
タンスが逆に変化して、第１の差動対のトランスコンダクタンスの変化を補償す
るように構成される。主差動増幅器は、シフトされた差動電圧信号を受信するよ
うに結合され、シフトされた差動電圧信号を増幅して出力電圧信号を生成するよ
うに構成される。

【０００９】 別の実施形態において、本発明により、主差動対を備えた差動増幅器にトラン
スコンダクタンス補償回路が提供される。補償回路には、エミッタフォロワ対と
第１の差動対が含まれる。エミッタ補償対は、入力差動電圧信号をシフトして、
シフトされた差動電圧信号を展開させるために入力差動電圧信号を受信するよう
に動作する。第１の差動対は、第１の差動電流を逆にエミッタフォロワ対に与え
ることにより、エミッタフォロワ対のトランスコンダクタンスが逆に変化して、
第１の差動対のトランスコンダクタンスの変化を補償するように構成される。

【００１０】 さらなる別の実施形態において、本発明により、差動増幅器のトランスコンダ
クタンスの変動を補償する方法が提供される。この方法には、（ａ）一対のエミ
ッタフォロワトランジスタにより、差動入力電圧を受けるステップと、（ｂ）ト
ランジスタの一対の差動対により、補償差動電流を逆にエミッタフォロワトラン
ジスタに供給するステップと、（ｃ）エミッタフォロワトランジスタのトランス
コンダクタンスを逆に変化させて、差動対トランジスタのトランスコンダクタン
スの変化を補償するステップと、（ｄ）トランジスタのエミッタフォロワ対によ
り、エミッタフォロワ対のトランスコンダクタンスの変化に応じて、特定の電圧
で差動入力電圧のＤＣ電圧レベルをシフトするステップとが含まれる。

【００１１】 別の実施形態において、差動増幅器用のトランスコンダクタンス補償回路が開
示される。トランスコンダクタンス補償回路には、入力手段と、差動電流出力手
段が含まれる。入力手段は、入力差動電圧信号を受信しシフトして、シフトされ
た差動増幅電圧信号を展開させる。差動電流出力手段は、第１の差動電流を逆に
入力手段に与えることにより、受信シフト手段のトランスコンダクタンスが逆に
変化して、差動電流出力手段のトランスコンダクタンスの変化を補償する。

【００１２】 本発明の差動増幅器により、差動増幅器トランジスタのトランスコンダクタン
スの変動を補償することで、広い入力レンジにわたって大きな線形ゲインが得ら
れるという利点がある。さらに、差動増幅器により、レベルシフト回路を利用し
て低電流及び低電圧の応用でもこのような線形ゲインが得られる。さらに、ゲイ
ンが抵抗器のセットにのみ依存し、差動増幅器にあるトランジスタのトランスコ
ンダクタンスには依存しないため、差動増幅器のゲインは高度に予測可能なもの
である。本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を例示的に説明しながら、
添付の図面を参照して以下の詳細な記載から明らかになるであろう。

【００１３】 （実施形態の詳細な説明） 本発明の以下の詳細な記載において、広い入力レンジにわたって線形ゲインを
得るためにトランスコンダクタンス補償回路を備える差動増幅器の種々の特定の
詳細が、本発明を十分に理解できるように示される。しかしながら、本発明はこ
れらの特定の詳細を用いずに実行されてもよいことは当業者には明らかであろう
。他にも、本発明の態様を不必要に不明確にしないためにも、公知の方法、手順
、部品及び回路を詳細には記載しない。

【００１４】 本発明の差動増幅器により、広い入力電圧レンジにわたって大きく予測可能な
線形ゲインが得られる。差動増幅器には、主差動対と主増幅対に並列に結合され
た副増幅対がある。主増幅対は、第１の増幅電流を展開させ、副差動対は、第２
の差動電流を展開させる。第１の差動電流は一対の負荷抵抗器に与えられて、差
動出力電圧を発生する。一方、第２の増幅電流は、エミッタフォロワ対に逆に与
えられる。逆に与えられた第２の差動電流は、主差動対及び副差動対におけるベ
ース−エミッタの電圧降下の変化を実質的に補償するエミッタフォロワ対のベー
ス−エミッタの電圧降下を発生させるように動作する。この構成では、差動増幅
器の負荷抵抗及びエミッタ直列帰還抵抗の値により、線形ゲインの量が決定され
る。

【００１５】 図１を参照すると、差動増幅器１００には、本発明の一実施形態による主差動
増幅器１０２と、副差動対と、エミッタフォロワ対とが含まれる。主差動増幅器
１０２には、主差動対と、一対の負荷抵抗器Ｒ３及びＲ４と、一対のエミッタ直
列帰還抵抗器Ｒ１及びＲ２と、電流源１０６が含まれる。主差動対には、一対の
トランジスタＱ５及びＱ６が含まれる。トランジスタＱ５及びＱ６は、それぞれ
にベース、コレクタ及びエミッタがあるバイポーラ接合トランジスタであること
が好ましい。トランジスタＱ５及びＱ６のコレクタは、抵抗器Ｒ３及びＲ４にそ
れぞれ結合され、これらの抵抗器は、正の電源電圧の電位＋Ｖに結合される。

【００１６】 トランジスタＱ５及びＱ６のエミッタは、エミッタ直列帰還抵抗器Ｒ１及びＲ
２にそれぞれ結合される。エミッタ直列帰還抵抗器Ｒ１及びＲ２は、接合１０４
で互いに結合される。電流源１０６は、抵抗器Ｒ１及びＲ２の接合１０４と負の
電源電圧の電位−Ｖとの間に結合される。電流源により、抵抗器Ｒ１及びＲ２の
それぞれを流れる一定の電流ＩＲ１及びＩＲ２が得られる。

【００１７】 本発明の好適な実施形態によれば、主差動増幅器は対称になるように構成され
る。さらに詳しく言えば、トランジスタＱ５及びＱ６は、実質的に等しいエミッ
タ領域をもつ同等のトランジスタである。負荷抵抗器Ｒ３及びＲ４も同等の抵抗
器である。同様に、エミッタ直列帰還抵抗器Ｒ１及びＲ２も同等のレジスタであ
る。

【００１８】 主差動増幅器が対称的なものであることによって、電流源１０６の電流Ｉ１は
２つのトランジスタＱ５及びＱ６間に均等に分割される。すなわち、電流ＩＲ１
及びＩＲ２は、ほとんど等しいものであり、各電流は電流源１０６により供給さ
れる電流Ｉ１の約１／２の値のものである。さらに、トランジスタＱ５及びＱ６
のベース電流がおよそ０であるとすれば、トランジスタＱ５及びＱ６のコレクタ
電流ＩＣ５及びＩＣ６はそれぞれ、電流Ｉ−Ｒ１及びＩ−Ｒ２にそれぞれほとん
ど等しい。電流ＩＲ１及びＩＲ２がほとんど等しいものであるため、トランジス
タＱ５及びＱ６のコレクタ電流もほとんど等しいものである。コレクタ電流ＩＣ
５及びＩＣ６により、負荷抵抗器Ｒ３及びＲ４のそれぞれの両端に差動電圧降下
が生じ、出力差動電圧信号Ｖｏｕｔを生成する。本発明では差動出力電圧を用い
るが、当業者であれば、トランジスタＱ５及びＱ６のいずれかのコレクタから出
力電圧を取ってよいことは理解されよう。

【００１９】 副差動対には、一対のトランジスタＱ３及びＱ４が含まれており、これらはベ
ース、エミッタ及びコレクタがあるバイポーラ接合トランジスタであることが好
ましい。トランジスタＱ３及びＱ４は、トランジスタＱ４及びＱ６にそれぞれ並
列に結合され、差動増幅器１００の対称的な構成に配設される。さらに詳しく言
えば、トランジスタＱ３のベースはトランジスタＱ５のベースに結合されて、共
通のベーストランジスタＱ３及びＱ５を形成するのに対して、トランジスタＱ４
のベースはトランジスタＱ６のベースに結合されて、共通ベースのトランジスタ
Ｑ４及びＱ６を形成する。トランジスタＱ３及びＱ４は、同等のエミッタ領域を
有する同等のトランジスタであることが好ましい。

【００２０】 しかしながら、トランジスタＱ３及びＱ４のコレクタは、差動増幅器１００に
おいて交差して結合される。特に、トランジスタＱ３のコレクタは、トランジス
タＱ４及びＱ６の共通ベースに結合されるのに対して、トランジスタＱ４のコレ
クタは、トランジスタＱ３及びＱ５の共通ベースに結合される。

【００２１】 エミッタフォロワ対は、共通ベースに結合されて補償回路を形成し、差動入力
電圧信号Ｖｉｎを受信するように構成した一対のトランジスタＱ１及びＱ２を含
む。トランジスタＱ１及びＱ２は、エミッタ、コレクタ及びベースがあるバイポ
ーラ接合トランジスタであることが好ましい。トランジスタＱ１及びＱ２のコレ
クタは、正の電源電圧の電位＋Ｖに結合される。エミッタフォロワトランジスタ
Ｑ１のエミッタはトランジスタＱ３及びＱ５の共通ベースに結合され、一方エミ
ッタフォロワトランジスタＱ２のエミッタはトランジスタＱ４及びＱ６の共通ベ
ースに結合される。トランジスタＱ１及びＱ２は、ベース端子の両端で差動入力
電圧信号Ｖｉｎを受信する。差動出力電圧信号Ｖｏｕｔは、主差動トランジスタ
対Ｑ５及びＱ６のコレクタの両端で取られる。

【００２２】 トランジスタＱ１及びＱ２は、同等のトランジスタであることが好ましい。さ
らに、同等のトランジスタＱ１及びＱ２は、本発明の好適な実施形態により、同
等のトランジスタＱ３及びＱ４にも整合される。従って、４つのトランジスタＱ
１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４はすべて、実質的に同一のエミッタ領域Ａ１、Ａ２、Ａ
３及びＡ４をそれぞれもつ同等のトランジスタである。

【００２３】 差動増幅器１００の動作を簡潔に説明するために、差動増幅器１００にあるす
べてのトランジスタのベース電流は無視できるものとする。したがって、差動増
幅器１００にある各トランジスタのエミッタ及びコレクタの電流は、同等のもの
であるとされる。当業者であれば、これらの概算は通常実際の結果と実質的に一
致する結果を生じる。

【００２４】 差動増幅器１００において、トランジスタのエミッタ領域は、差動増幅器１０
０の電流Ｉ１の分割を決定する。電流源１０６により供給される電流Ｉ１は、差
動増幅器１００が対称的なものであることにより、抵抗器Ｒ１及びＲ２をそれぞ
れ介して、電流ＩＲ１及びＩＲ２間に均等に分割される。電流ＩＲ１は、電流Ｉ
Ｃ３及びＩＣ５の和であるのに対して、電流ＩＲ２は、電流ＩＣ４及びＩＣ６の
和である。

【００２５】 一実施形態において、トランジスタＱ４及びＱ６は、実質的に同一のエミッタ
領域を有する同等のトランジスタである。同様に、トランジスタＱ３及びＱ５も
実質的に同じエミッタ領域を有する同等のトランジスタである。好適な実施形態
において、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５及びＱ６は、同等のエミ
ッタ領域を有する同等のトランジスタである。このような同等のトランジスタ構
成では、電流ＩＲ１及びＩＲ２は均等に分割される。すなわち、電流ＩＣ３及び
ＩＣ５は等しく、電流ＩＣ４及びＩＣ６は等しい。一方、例えば、トランジスタ
Ｑ６のエミッタ領域Ａ６がＱ４の領域の２倍であれば、電流ＩＲ２の３分の１が
トランジスタＱ４を流れ、残りの電流がトランジスタＱ６を流れる。

【００２６】 差動増幅器１００は２つの差動電流を供給する。すなわち、電流ＩＣ５及びＩ
Ｃ６間の差（例えば、ＩＣ５−ＩＣ６）として定められる主差動電流と、電流Ｉ
Ｃ３及びＩＣ４間の差（例えば、ＩＣ３−ＩＣ４）として定められる副差動電流
である。主差動電流の電流ＩＣ５及びＩＣ６は、負荷抵抗器Ｒ３及びＲ４をそれ
ぞれ流れ、差動出力電圧Ｖｏｕｔを展開する。一方、エミッタフォロワトランジ
スタＱ１及びＱ２のエミッタは、トランジスタＱ４及びＱ３のコレクタにそれぞ
れ交差して接続される。トランジスタを交差して結合することにより、トランジ
スタＱ３及びＱ４が、副差動電流の電流ＩＣ３及びＩＣ４をエミッタフォロワト
ランジスタＱ２及びＱ１にそれぞれフィードバックすることができる。このよう
にして、差動増幅器１００は、副差動電流を逆にエミッタフォロワトランジスタ
Ｑ１及びＱ２に供給する。

【００２７】 エミッタフォロワトランジスタＱ１及びＱ２は、トランジスタＱ５及びＱ６が
線形モードで機能するように、トランジスタＱ３及びＱ４の非線形特性を補償す
ることにより線形回路として機能し得るものである。エミッタフォロワトランジ
スタＱ１及びＱ２は、差動入力電圧ＶｉｎのＤＣ電圧レベルをシフトして、シフ
トされた入力電圧を主差動対（例えば、トランジスタＱ５及びＱ６）と副差動対
（例えば、トランジスタＱ３及びＱ４）のベースに供給する。トランジスタのベ
ース−エミッタ電圧がエミッタ領域とエミッタ電流で通常決定されるため、差動
増幅器１００は、本発明の一実施形態により、同等の電流を同等のトランジスタ
に供給する。さらに詳しく言えば、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４は、
実質的に同一のエミッタ領域Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４をそれぞれが有する同等
のトランジスタである。同等のトランジスタＱ３及びＱ４は、特に、同一のコレ
クタ電流ＩＣ３及びＩＣ４を展開させる。

【００２８】 トランジスタＱ１のエミッタ電流としてコレクタ電流ＩＣ３のフィードバック
は、実質的に同一のベース−エミッタ電圧ＶＢＥ１及びＶＢＥ４を展開させる。
これは、ベース電流が無視できるものとすると、同等のトランジスタＱ１及びＱ
４が実質的に同一の電流ＩＣ３を有するためである。同様に、トランジスタＱ２
のエミッタ電流としてコレクタ電流ＩＣ４のフィードバックは、実質的に同一の
ベース−エミッタ電圧ＶＢＥ２及びＶＢＥ３を発生する。したがって、エミッタ
フォロワトランジスタＱ１及びＱ２は、トランジスタＱ３及びＱ４のベース−エ
ミッタ電圧の変動を補償することで、差動増幅器１００の非線形特性を減少させ
る。好適な実施形態において、このような補償手法により、トランジスタＱ５及
びＱ６のベース−エミッタ電圧ＶＢＥ５及びＶＢＥ６は、ＶＢＥ３及びＶＢＥ４
にそれぞれ等しくさせられる。さらに、トランジスタＱ５及びＱ６がＱ３及びＱ
４に対して同等のトランジスタであれば、トランジスタＱ５及びＱ６のゲインは
実質的に線形である。

【００２９】 トランジスタのベース−エミッタ電圧を補償することにより、差動増幅器１０
０のトランスコンダクタンスｇｍを補償できる。したがって、ゲインは、エミッ
タ直列抵抗器Ｒ１及びＲ２と、負荷インピーダンスＲ３及びＲ４により決定され
てよい。ベース電流と寄生抵抗を無視できるとすると、ゲインは、以下の式によ
り決定される。

【数１】 上記式から分かるように、差動増幅器のゲインは、適切な抵抗とエミッタ領域を
もつ抵抗器及びトランジスタを用いることにより制御可能である。例えば、トラ
ンジスタＡ３、Ａ４、Ａ５及びＡ６のエミッタ領域に依存して、ゲインは上記式
に与えられた因数により低減される。

【００３０】 また、差動増幅器１００は、より大きなゲインを与えるように修正されてよい
。図２は、本発明の一実施形態により、エミッタフォロワトランジスタＱ１及び
Ｑ２のコレクタ電流が負荷抵抗器Ｒ４及びＲ３のそれぞれにフィードバックされ
る差動増幅器２００を示す。コレクタ電流ＩＣ１及びＩＣ２を負荷抵抗器Ｒ４及
びＲ３にのそれぞれにフィードバックすることで、電流がトランジスタＱ５及び
Ｑ６からの差動電流と付加的に重畳することにより、トランスコンダクタンス補
償が得られる。したがって、差動増幅器２００は、このトランスコンダクタンス
補償によりゲインの損失を避ける。差動増幅器２００のゲインは、以下の式によ
り求められる。

【数２】 式（２）から分かるように、差動増幅器２００は、エミッタ領域因数が１である
ため、図１の増幅器よりも大きなゲインを与える。したがって、ゲインは、抵抗
値にのみ依存する。

【００３１】 また、差動増幅器１００は、さらなるレベルシフトを与えるために、さらなる
エミッタフォロワ対を含むものであってよい。例えば、図３は、本発明の一実施
形態により、エミッタフォロワ対と差動対間にさらなるレベルシフトを有する差
動増幅器３００を示す。差動増幅器３００は、主差動対及び副差動対の共通ベー
スとトランジスタＱ１及びＱ２のエミッタフォロワ対との間にさらなるエミッタ
フォロワ対を追加したものである。

【００３２】 さらなるエミッタフォロワ対には、ベース、コレクタ及びエミッタがあるバイ
ポーラ接合トランジスタであることが好ましいトランジスタＱ７及びＱ８を含む
。トランジスタＱ７及びＱ８のベースは、トランジスタＱ１及びＱ２のエミッタ
に結合される。トランジスタＱ７及びＱ８のコレクタは、正の電圧レール＋Ｖに
結合される。トランジスタＱ７のエミッタは、トランジスタＱ３及びＱ５の共通
ベースに結合されるのに対して、トランジスタＱ８のエミッタは、トランジスタ
Ｑ４及びＱ６の共通ベースに結合される。トランジスタＱ７及びＱ８は、実質的
に同等のエミッタ領域をもつ同等のトランジスタであることが好ましい。

【００３３】 また、差動増幅器３００は、トランジスタＱ７及びＱ８のそれぞれのエミッタ
と、負の電圧レール−Ｖの間に結合される一対の電流源１０８及び１１０を与え
る。電流源１０８及び１１０により、エミッタ電流Ｉ２及びＩ３がそれぞれトラ
ンジスタＱ７及びＱ８のそれぞれに供給されて、適切な動作点を設定する。トラ
ンジスタのベース電流を無視できるとすると、エミッタ電流Ｉ２及びＩ３は、ト
ランジスタＱ７及びＱ８のコレクタ電流ＩＣ７及びＩＣ８のそれぞれと等しい。

【００３４】 さらなるエミッタフォロワ対トランジスタＱ７及びＱ８により、差動入力電圧
Ｖｉｎのさらなるレベルシフトが得られる。さらなるレベルシフトにより、トラ
ンジスタＱ３及びＱ４のベースとコレクタ間の電圧が降下するため、出力電圧Ｖ
ｏｕｔの振幅をより大きいものにすることができる。さらに、さらなるエミッタ
フォロワにより、さらなる電流ゲインが得られて、ベース電流に及ぼす差動対ト
ランジスタの影響が低減する。差動増幅器のゲインは、上記式（１）により決定
される。

【００３５】 差動増幅器２００及び３００の特徴を組み合わせてもよい。例えば、図４は、
本発明の一実施形態によるもので、さらなるレベルシフトと、負荷抵抗器Ｒ４及
びＲ３へのエミッタフォロワトランジスタＱ１及びＱ２のコレクタ電流のフィー
ドバックの両方を備えた差動増幅器４００を示す。差動増幅器４００は、図１、
図２及び図３で上述したように動作する。

【００３６】 したがって、本発明の差動増幅器により、差動増幅器トランジスタのトランス
コンダクタンスの変動を補償することによって、広い入力レンジにわたって大き
な線形ゲインが得られる。さらに、差動増幅器により、レベルシフト回路を利用
することにより、低電流及び低電圧の応用においてもこのような線形ゲインが得
られる。さらに、差動増幅器のゲインは、ゲインが抵抗器のセットにのみ依存し
、差動増幅器のトランジスタのトランスコンダクタンスに依存しないため高度に
予測可能である。

【００３７】 本発明をいくつかの好適な実施形態の点から記載してきたが、本発明の範囲内
で行う変更、置換及び同等のものがある。また、本発明の方法及び装置の両方を
実行する別の手段があることにも留意されたい。したがって、添付の請求項は、
本発明の真の趣旨及び範囲内にあるすべての変更、置換及び同等のものを含むも
のとして解釈されることを意図したものである。

【図面の簡単な説明】

本願明細書の一部に組み込まれその一部である添付の図面は、本発明の実施形
態を示すものであり、本願明細書の記載と共に、本発明の原理を説明するための
ものである。

【図１】 本発明の一実施形態による差動増幅器を示す。

【図２】 本発明の一実施形態によるもので、エミッタフォロワトランジスタＱ１及びＱ
２のコレクタ電流がそれぞれ負荷抵抗器Ｒ４及びＲ３にフィードバックされる差
動増幅器を示す。

【図３】 本発明の一実施形態によるエミッタフォロワ対と差動対間にさらなるレベルシ
フトを備える差動増幅器を示す。

【図４】 本発明の一実施形態によるもので、さらなるレベルシフトと、負荷抵抗器Ｒ４
及びＲ３へのエミッタフォロワトランジスタＱ１及びＱ２のコレクタ電流のフィ
ードバックとの両方を備える差動増幅器を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィリップ ジャン ドイツ国 バーグドルフ デー−31303 ドルフストラセ 24 Ｆターム(参考） 5J066 AA01 AA12 CA02 CA21 CA32 CA37 FA01 FA08 HA02 HA25 KA05 KA18 MA01 MA11 MA23 MD01 ND04 ND11 ND25 PD02 5J090 AA01 AA12 CA02 CA21 CA32 CA37 CN01 FA01 FA08 FN12 GN02 GN06 HA02 HA25 KA05 KA18 MA01 MA11 MA23 MN01

Claims (44)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力差動電圧信号をシフトして、シフトされた差動電圧信号
   を展開させるために、入力差動電圧信号を受信するように動作するエミッタフォ
   ロワ対と、 第１の差動電流を逆に前記エミッタフォロワ対に供給することにより、前記エ
   ミッタフォロワ対のトランスコンダクタンスが逆に変化して、第１の差動対のト
   ランスコンダクタンスの変化を補償するように構成された第１の差動対と、 直列接続された第１の抵抗器及び第２の抵抗器とを含み、シフトされた差動電
   圧信号を受信するように結合され、シフトされた差動電圧信号を増幅して、出力
   電圧信号を発生させるように構成した主差動増幅器とを備えることを特徴とする
   差動増幅器。
2. 【請求項２】 前記エミッタフォロア対が、第１のトランジスタと第２のト
   ランジスタとを含み、前記第１の差動対が、第３のトランジスタと第４のトラン
   ジスタとを含み、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのトランス
   コンダクタンスが変化して、前記第４及び第３のトランジスタのトランスコンダ
   クタンスの変動をそれぞれ補償することを特徴とする請求項１に記載の差動増幅
   器。
3. 【請求項３】 前記主差動増幅器が、第５のトランジスタと第６のトランジ
   スタとを含む第２の差動対を含み、前記第２の差動対が、シフトされた差動電圧
   信号を受信して出力信号を発生させるようにされたことを特徴とする請求項２に
   記載の差動増幅器。
4. 【請求項４】 前記第１、第２、第３、第４、第５及び第６のトランジスタ
   が、それぞれにベース、コレクタ及びエミッタがあるバイポーラ接合トランジス
   タであることを特徴とする請求項３に記載の差動増幅器。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２のトランジスタのエミッタが、前記第３及
   び第４のトランジスタのベースにそれぞれ結合され、前記第３及び第５のトラン
   ジスタが、それらのベース及びエミッタで並列に結合され、前記第４及び第６の
   トランジスタが、それらのベース及びエミッタで並列に結合されることを特徴と
   する請求項４に記載の差動増幅器。
6. 【請求項６】 前記第４のトランジスタのコレクタが、前記第１のトランジ
   スタのエミッタに結合され、前記第３のトランジスタのコレクタが、前記第２の
   トランジスタのエミッタに結合されることにより、前記第３及び第４のトランジ
   スタのコレクタ電流が、前記第２及び第１のトランジスタにそれぞれ逆に与えら
   れることを特徴とする請求項５に記載の差動増幅器。
7. 【請求項７】 前記主差動増幅器が、 前記第６及び第６のトランジスタのエミッタ間で直列に結合され、接合で互い
   に結合された第１の抵抗器及び第２の抵抗器と、 前記第１及び第２の抵抗器を流れる電流を供給するために接合に結合された第
   １の電流源と、 前記第５及び第６のトランジスタのコレクタにそれぞれ結合された第１の負荷
   抵抗器及び第２の負荷抵抗器とをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の
   差動増幅器。
8. 【請求項８】 前記第１及び第２の抵抗器が同等の抵抗器であり、前記第１
   及び第２の負荷抵抗器が同等の抵抗器であることを特徴とする請求項７に記載の
   差動増幅器。
9. 【請求項９】 前記第１及び第６のトランジスタのコレクタが結合され、前
   記第２及び第５のトランジスタのコレクタが結合されることを特徴とする請求項
   ７に記載の差動増幅器。
10. 【請求項１０】 前記エミッタフォロワ対と前記第２の差動対との間に結合
    されて、エミッタフォロワ対からシフトされた差動電圧をさらにシフトする副エ
    ミッタフォロワ対をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の差動増幅器
    。
11. 【請求項１１】 前記副エミッタフォロワ対が、第７のトランジスタ及び第
    ８のトランジスタとを含み、前記トランジスタが、ベース、コレクタ及びエミッ
    タがあるバイポーラ接合トランジスタであることを特徴とする請求項１０に記載
    の差動増幅器。
12. 【請求項１２】 前記第７及び第８のトランジスタが、同等のトランジスタ
    であることを特徴とする請求項１１に記載の差動増幅器。
13. 【請求項１３】 前記第７及び第８のトランジスタのベースが、前記第１及
    び第２のトランジスタのエミッタにそれぞれ結合され、前記第７及び第８のトラ
    ンジスタのエミッタが、前記第５及び第６のトランジスタのベースにそれぞれ結
    合されることを特徴とする請求項１２に記載の差動増幅器。
14. 【請求項１４】 前記第７のトランジスタのエミッタに結合される第２の電
    流源と、 前記第８のトランジスタのエミッタに結合される第３の電流源とをさらに備え
    、前記第２及び第３の電流源が、前記第７及び第８のトランジスタのコレクタ電
    流をそれぞれ設定するように動作することを特徴とする請求項１３に記載の差動
    増幅器。
15. 【請求項１５】 前記第１及び第６のトランジスタのコレクタが結合され、
    前記第２及び第５のトランジスタのコレクタが結合されることを特徴とする請求
    項９又は１０に記載の差動増幅器。
16. 【請求項１６】 主差動対がある差動増幅器のトランスコンダクタンス補償
    回路であって、 入力差動電圧信号をシフトして、シフトされた差動電圧信号を展開させるために
    、入力差動電圧信号を受信するように動作するエミッタフォロワ対と、 第１の差動電流を逆に前記エミッタフォロワ対に供給することにより、前記エ
    ミッタフォロワ対のトランスコンダクタンスが逆に変化して、第１の差動対のト
    ランスコンダクタンスの変化を補償するように構成された第１の差動対とを備え
    、 前記主差動対の間に第１の抵抗器及び第２の抵抗器が直列に接続されることを
    特徴とする差動増幅器。
17. 【請求項１７】 前記エミッタフォロア対が、第１のトランジスタと第２の
    トランジスタとを含み、前記第１の差動対が、第３のトランジスタと第４のトラ
    ンジスタとを含み、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのトラン
    スコンダクタンスが変化して、前記第４及び第３のトランジスタのトランスコン
    ダクタンスの変動をそれぞれ補償することを特徴とする請求項１６に記載の差動
    増幅器。
18. 【請求項１８】 前記主差動増幅器が、第５のトランジスタと第６のトラン
    ジスタとを含む第２の差動対を含み、前記第２の差動対が、シフトされた差動電
    圧信号を受信して出力信号を発生させるようにされたことを特徴とする請求項１
    ７に記載の差動増幅器。
19. 【請求項１９】 前記第１、第２、第３、第４、第５及び第６のトランジス
    タが、それぞれにベース、コレクタ及びエミッタがあるバイポーラ接合トランジ
    スタであることを特徴とする請求項１８に記載の差動増幅器。
20. 【請求項２０】 前記第１及び第２のトランジスタのエミッタが、前記第３
    及び第４のトランジスタのベースにそれぞれ結合され、前記第３及び第５のトラ
    ンジスタが、それらのベース及びエミッタで並列に結合され、前記第４及び第６
    のトランジスタが、それらのベース及びエミッタで並列に結合されることを特徴
    とする請求項１９に記載の差動増幅器。
21. 【請求項２１】 前記第４のトランジスタのコレクタが、前記第１のトラン
    ジスタのエミッタに結合され、前記第３のトランジスタのコレクタが、前記第２
    のトランジスタのエミッタに結合されることにより、前記第３及び第４のトラン
    ジスタのコレクタ電流が、前記第２及び第１のトランジスタにそれぞれ逆に与え
    られることを特徴とする請求項５又は２０に記載の差動増幅器。
22. 【請求項２２】 前記第１及び第２のトランジスタのベース−エミッタ電圧
    が変化して、前記第４及び第３のトランジスタのベース−エミッタ電圧の変動を
    それぞれ補償することを特徴とする請求項６又は２１に記載の差動増幅器。
23. 【請求項２３】 前記第１、第２、第３、第４、第５及び第６のトランジス
    タが、同等のトランジスタであることを特徴とする請求項１８に記載の差動増幅
    器。
24. 【請求項２４】 前記主差動増幅器が、 前記第６及び第６のトランジスタのエミッタ間で直列に結合され、接合で互い
    に結合された第１の抵抗器及び第２の抵抗器と、 前記第１及び第２の抵抗器を流れる電流を供給するために接合に結合された第
    １の電流源と、 前記第５及び第６のトランジスタのコレクタにそれぞれ結合された第１の負荷
    抵抗器及び第２の負荷抵抗器とをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載
    の差動増幅器。
25. 【請求項２５】 前記第１及び第２の抵抗器が同等の抵抗器であり、前記第
    １及び第２の負荷抵抗器が同等の抵抗器であることを特徴とする請求項７又は２
    ４に記載の差動増幅器。
26. 【請求項２６】 前記差動増幅器のゲインが、第１の抵抗器の値、第１の負
    荷抵抗器の値、第６のトランジスタのエミッタ領域及び第４のトランジスタのエ
    ミッタ領域により決定されることを特徴とする請求項８又は２５に記載の差動増
    幅器。
27. 【請求項２７】 前記第１及び第２の抵抗器及び前記第１及び第２の負荷抵
    抗器が、プロセス依存のゲインを与えるようにすべて同等のトランジスタである
    ことを特徴とする請求項７又は２５に記載の差動増幅器。
28. 【請求項２８】 前記第５及び第６のトランジスタのコレクタから出力が得
    られることを特徴とする請求項８又は２４に記載の差動増幅器。
29. 【請求項２９】 第５のトランジスタのコレクタから出力が得られることを
    特徴とする請求項７又は２４に記載の差動増幅器。
30. 【請求項３０】 前記エミッタフォロワ対と前記第２の差動対との間に結合
    されて、エミッタフォロワ対からシフトされた差動電圧をさらにシフトする副エ
    ミッタフォロワ対をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の差動増幅
    器。
31. 【請求項３１】 前記副エミッタフォロワ対が、第７のトランジスタ及び第
    ８のトランジスタとを含み、前記トランジスタが、ベース、コレクタ及びエミッ
    タがあるバイポーラ接合トランジスタであることを特徴とする請求項３０に記載
    の差動増幅器。
32. 【請求項３２】 前記第７及び第８のトランジスタが、同等のトランジスタ
    であることを特徴とする請求項３１に記載の差動増幅器。
33. 【請求項３３】 前記第７及び第８のトランジスタのベースが、前記第１及
    び第２のトランジスタのエミッタにそれぞれ結合され、前記第７及び第８のトラ
    ンジスタのエミッタが、前記第５及び第６のトランジスタのベースにそれぞれ結
    合されることを特徴とする請求項３２に記載の差動増幅器。
34. 【請求項３４】 前記第７のトランジスタのエミッタに結合される第２の電
    流源と、 前記第８のトランジスタのエミッタに結合される第３の電流源とをさらに備え
    、前記第２及び第３の電流源が、前記第７及び第８のトランジスタのコレクタ電
    流をそれぞれ設定するように動作することを特徴とする請求項３３に記載の差動
    増幅器。
35. 【請求項３５】 前記第１及び第６のトランジスタのコレクタが結合され、
    前記第２及び第５のトランジスタのコレクタが結合されることを特徴とする請求
    項２４又は３０に記載の差動増幅器。
36. 【請求項３６】 前記第３及び第４のトランジスタのコレクタ電流が、前記
    第１及び第２の抵抗器にそれぞれフィードバックされることを特徴とする請求項
    １５又は３５に記載の差動増幅器。
37. 【請求項３７】 前記差動増幅器のゲインが、第１の抵抗器及び第１の負荷
    抵抗器の値により決定されることを特徴とする請求項９、１５、２７又は３５に
    記載の差動増幅器。
38. 【請求項３８】 前記差動増幅器のゲインが、前記トランジスタのエミッタ
    領域から独立したものであることを特徴とする請求項９、１４、２７又は３３に
    記載の差動増幅器。
39. 【請求項３９】 主差動対がある差動増幅器のトランスコンダクタンス補償
    回路であって、 入力差動電圧信号を受信しシフトして、シフトされた差動電圧信号を展開させ
    るための入力手段と、 第１の差動電流を逆に前記入力手段に供給することによって、前記受信シフト
    手段のトランスコンダクタンスが逆に変化して、差動電流出力手段のトランスコ
    ンダクタンスの変化を補償するための手段と、 前記主差動対の間に第１の抵抗器及び第２の抵抗器が直列に接続されることを
    特徴とする差動増幅器。
40. 【請求項４０】 前記入力手段が、第１のトランジスタと第２のトランジス
    タとを含み、前記差動電流出力手段が、第３のトランジスタと第４のトランジス
    タとを含み、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのトランスコン
    ダクタンスが変化して、前記第４及び第３のトランジスタのトランスコンダクタ
    ンスの変動をそれぞれ補償することを特徴とする請求項３９に記載の差動増幅器
    。
41. 【請求項４１】 前記主差動増幅器が、第５のトランジスタと第６のトラン
    ジスタとを含む第２の差動対を含み、前記第２の差動対が、シフトされた差動電
    圧信号を受信して出力信号を発生させるようにされたことを特徴とする請求項２
    、１７又は４０に記載の差動増幅器。
42. 【請求項４２】 前記第１、第２、第３及び第４のトランジスタが、同等の
    トランジスタであることを特徴とする請求項２、１７又は４０に記載の差動増幅
    器。
43. 【請求項４３】 前記第５及び第６のトランジスタが、同等のトランジスタ
    であることを特徴とする請求項３、１８又は４１に記載の差動増幅器。
44. 【請求項４４】 前記第１、第２、第３、第４、第５及び第６のトランジス
    タが、すべて同等のトランジスタであることを特徴とする請求項３、１８又は４
    １に記載の差動増幅器。