JP2519885B2 - C・mos型電流増幅回路 - Google Patents

C・mos型電流増幅回路

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特に集積回路化されたC・MOS・LSIにおい
て、負荷駆動用の出力段として形成されるC・MOS型電
流増幅回路に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、前記C・MOS型電流増幅回路において、第
1導電型の複数のMOSFETから1つ以上の任意のMOSFET、
および第2導電型の複数のMOSFETから1つ以上の任意の
MOSFETをそれぞれ選択し、選択したすべてのMOSFETを直
列接続すると共に、これらのMOSFETのゲートを共通接続
することにより、駆動される負荷の重さ及び出力信号周
波数に応じて出力段の電流増幅回路の駆動能力を変え、
出力信号の過渡状態で発生する高調波雑音を抑えるよう
にしたものである。
〔従来技術〕
従来のC・MOS・LSIにおいて用いられている出力段の
電流増幅回路を第5図に示す。506はPチヤネルMOS・FE
T、507はNチヤネルMOS・FETであり、それぞれのゲート
は共通接続され、入力端子503より信号を入力する。ま
た、各々のドレインは共通接続され、出力端子504に接
続されている。505は負荷である。この電流増幅回路の
出力インピーダンスは、駆動することが予定されている
負荷の中で最も重い負荷、及び予定されている駆動信号
の中で最も高い周波数により決められる。
〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕
ところが、前記のような電流増幅回路を有するC・MO
S・LSIを汎用LSIとして様々なシステムに使用すると、
システムによつては負荷が予定最大負荷よりも軽くなつ
たり、動作周波数が予定最高動作周波数よりも低くなる
ことがあり、この場合には駆動能力がオーバースペツク
となり、高調波雑音が発生し、回路動作に支障をきたす
ことがある。本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、負荷
と動作周波数に応じて適切な出力インピーダンスが設定
でき、高調波雑音を有効に抑えるC・MOS型電流増幅回
路を提供することを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
本発明のC・MOS型電流増幅回路は、第1に、互いに
電気的に直列接続される第1導電型の複数のMOSFETから
なる第1MOSFTET群と、互いに電気的に直列接続される第
2導電型の複数のMOSFETからなる第2MOSFET群と、前記
第1MOSFET群の各MOSFETのソース・ドレインを短絡又は
非短絡する第1選択手段と、前記第2MOSFET群の各MOSFE
Tのソース・ドレインを短絡又は非短絡する第2選択手
段とを有し、 前記第1選択手段及び前記第2選択手段を選択的に短
絡又は非短絡することにより、前記第1MOSFET群及び前
記第2MOSFET群から選択された数のMOSFETを電気的に直
列接続し、 前記選択されたMOSFETのゲートに共通入力をなし、 前記第1MOSFET群から選択されたMOSFETと前記第2MOSF
ETから選択されたMOSFETとの電気的直列接続点から出力
をなす ことを特徴とする。
また第2に、第1導電型の複数のMOSFETからなる第1M
OSFET群と、第2導電型の複数のMOSFETからなる第2MOSF
ET群と、前記第1MOSFET群から選択された数のMOSFETを
第1電源電位に対して選択的に電気的に直列接続又は非
接続する第1選択手段と、前記第1MOSFET群の各MOSFET
のドレインと出力端子とを接続又は非接続する第2選択
手段と、前記第2MOSFET群から選択された数のMOSFETを
第2電源電位に対して選択的に直列接続又は非接続する
第3選択手段と、前記第2MOSFET群の各MOSFETのドレイ
ンと前記出力端子とを接続又は非接続する第4選択手段
とを有し、 前記第1、第2、第3及び第4選択手段を選択的に接
続又は非接続することにより、前記第1MOSFET群及び前
記第2MOSFET群から選択された数のMOSFETを電気的に直
列接続し、 前記選択されたMOSFETのゲートに共通入力をなし、前
記出力端子から出力をなす ことを特徴とする。
〔作用〕
本発明によれば、選択手段によって、第1MOSFET群か
ら1つ以上の任意のMOSFET、および第2MOSFET群から1
つ以上の任意のMOSFETをそれぞれ選択して直列接続し、
駆動能力を変化させることにより、負荷の重さおよび動
作周波数に応じた駆動能力を持つC・MOS型電流増幅回
路が構成される。
〔実施例〕
以下、本発明について実施例に基づいて詳細に説明す
る。
第1図は本発明によるC・MOS型電流増幅回路図であ
る。101,102は定電圧源、103は信号入力端子、104は信
号出力端子、105は負荷である。106〜109はm個のP・F
ETであり、114〜117はP・FETを選択するm個の選択手
段である。また110〜113はn個のN・FETであり、118〜
121はN・FETを選択するn個の選択手段である。ここ
で、114〜121は選択手段はスイツチとして考えることと
し、具体的な構成については後述する。第1図に示す回
路では、FETの選択はFETと並列に接続されているスイツ
チのON-OFFにより行われる。FETを選択しない場合はス
イツチをONにし、選択する場合はスイツチをOFFにす
る。スイツチをONにすると、ゲートへの印加信号にかか
わらず、FETのドレイン−ソース間が同電位となるた
め、そのFETは電流増幅回路の駆動能力に寄与しないも
のとなる。即ち、非選択FETとなる。一方、スイツチをO
FFにすると、FETのドレイン−ソース間が分離されるた
め、ゲートへの印加信号に従つて通常のFETと同様の動
作を行うことになる。即ち、選択FETとなる。また、こ
のように非選択FETのドレイン−ソース間をスイツチに
より同電位にすることで、選択FETのみ順次互いのソー
ス・ドレインが接続され、FETの直列接続が実現され
る。
次に、P・FET、N・FET共に1個ずつ選択した場合の
回路動作について考える。入力が「L」から「H」へと
ステツプ状に変化すると出力の立下り時間tf(立上り10
%から立下り90%までの時間)は次式で与えられる。
tf=2LC/μNZnCoxVDD×{(αN−0.1)/(1−αN)2
+1/(1−αN)・tanh-1(1−0.1/(1−αN))}
ここで、 μN=N・FETのキヤリアの移動度 L=チヤネル長 Cox=シリコン基板と金属ゲート間の容量 Zn=チヤネル幅 VDD=電源電圧であり、上記「H」レベル VTH=スレシヨールドレベル であり、また負荷は容量負荷とし、 C=容量負荷 である。
従つて、複数のN・FETから1個だけを選択する場
合、各N・FETのチヤネル幅ZNを変えておき、負荷及び
動作周波数に応じてチヤネル幅ZNを選択すれば、より
明らかなようにtfが様々に設定できることがわかる。ま
た、出力の立上り時間trもtfと同様に各P・FETのチヤ
ネル幅Zpを変えておけば様々な値に設定することができ
る。このtr,tfは出力信号の周波数帯域により決まるも
のであるから、tr,tfを様々な値に設定できるというこ
とは高調波雑音を抑える上で有効な手段である。
次に、複数のP・FETあるいはN・FETから2個以上選
択する場合を考える。この場合はバツクゲート効果によ
る影響を無視することはできない。従って、チャンネル
幅は、バックゲート効果を考慮した上で設定する必要が
ある。複数のP・FETあるいは複数のN・FETからそれぞ
れ2個以上選択した場合、Pチャンネル側のチャンネル
長は、選択したP・FETのチャンネル長の和、N・チャ
ンネル側のチャンネル長は、選択したN・FETのチャン
ネル長の和として考えることができ、従つてこの場合に
も、tr,tfを様々な値に設定することが可能となる。こ
のtr,tfの設定値を変えた場合の出力波形を第2図に示
す。201は動作周波数が高く、202は動作周波数が低い場
合であり、201,202共に負荷は共通とする。従来のC・M
OS型電流増幅回路では、202のtr2tf2共にtr1,tf1と等し
くなり、駆動能力が過剰気味となるため、高調波雑音の
影響が無視できない場合もあつたが、本発明の回路で
は、202の信号を扱う場合ではPチヤネル側、Nチヤネ
ル側共に201の信号を扱う場合よりもチヤネル幅を狭く
し、第2図に示す如く、tr1<tr2,tf1<tf2とすること
ができ、従来回路よりも高調波雑音を抑えることができ
るのである。
次にFETの選択手段について説明する。C・MOS・LSI
では信号線の配線はアルミニウムあるいは多結晶シリコ
ン等でなされている。従つて、その配線を形成するため
のフオトマスクをLSI製造工程上で切換えて用いること
により、第1図114〜121の配線を切換えて、FETの選択
を行うことができる。
また、FET選択手段の実施例を第3図に示す。301は選
択あるいは非選択されるP・FET、302はトランスミツシ
ヨンゲート(以下、TGという)、303はインバータ、304
はFET選択制御端子である。304に「H」が入力されると
TG302は非導通となり、P・FET301は選択され、304に
「L」が入力されるとTG302は導通し、P・FET301は非
選択となる。第3図に示す回路では、304端子をLSI外部
から操作することも可能であり、前述のフオトマスクの
切換えが不要となる利点もある。
また、TG302をスイツチとしているため、TG302導通時
のON抵抗は0とはならないが、P・FET301導通時のON抵
抗に比べ、十分小さくとつておけば、前述の駆動能力切
換には何ら問題は生じない。
次に、本発明の第2の実施例を第4図に示す。403は
信号入力端子、404は信号出力端子、405は負荷、406〜4
08はP・FET、409〜411はN・FET、412〜429はFET選択
手段である。第4図では、P,N・FET共に3個ずつの場合
を例に挙げている。本実施例では、FETのドレイン,ソ
ースは全て412〜429により分離されている。そして、FE
Tの選択は、選択FETのドレインを412〜429を介して他の
選択FETのソース、あるいは出力信号端子404と接続し、
ソースを412〜429を介して他の選択FETのドレイン、あ
るいは定電圧源(401,402)と接続することにより行わ
れる。
本実施例のFET選択手段は、第1の実施例と同様であ
る。
尚、第1図,第4図において選択FETと非選択FETのゲ
ートは全て共通に接続してあるが、選択ゲートのみに信
号を入力するように、ゲートにもFET選択手段と同様の
スイツチを設けてもよい。
また、本発明では出力信号のtr,tfを変えるべく、P
チヤネル側の駆動能力とNチヤネル側の駆動能力を変え
ることも可能である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明のC・MOS型電流増幅回路
は、負荷の重さ及び動作周波数に応じて駆動能力を変え
ることができるため、負荷が予定最大負荷よりも軽くな
つたり、あるいは動作周波数が予定最高動作周波数より
も低くなつたりしても、駆動能力を低くし、高調波雑音
を有効に抑えることができる。従つて、デジタル信号を
扱うC・MOS・LSIにとつて本発明は、非常に大きな高調
波雑音対策となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のC・MOS型電流増幅回
路図。 106〜109はP・FET 110〜113はN・FET 114〜121はFETを選択する手段 第2図は本発明のC・MOS型電流増幅回路の出力信号波
形図。 第3図はFET選択手段の実施例を示す回路図。 第4図は本発明の第2の実施例のC・MOS型電流増幅回
路図。 第5図は従来のC・MOS型電流増幅回路図。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに電気的に直列接続される第1導電型
    の複数のMOSFETからなる第1MOSFTET群と、互いに電気的
    に直列接続される第2導電型の複数のMOSFETからなる第
    2MOSFET群と、前記第1MOSFET群の各MOSFETのソース・ド
    レインを短絡又は非短絡する第1選択手段と、前記第2M
    OSFET群の各MOSFETのソース・ドレインを短絡又は非短
    絡する第2選択手段とを有し、 前記第1選択手段及び前記第2選択手段を選択的に短絡
    又は非短絡することにより、前記第1MOSFET群及び前記
    第2MOSFET群から選択された数のMOSFETを電気的に直列
    接続し、 前記選択されたMOSFETのゲートに共通入力をなし、 前記第1MOSFET群から選択されたMOSFETと前記第2MOSFET
    から選択されたMOSFETとの電気的直列接続点から出力を
    なす ことを特徴とするC・MOS型電流増幅回路。
  2. 【請求項2】第1導電型の複数のMOSFETからなる第1MOS
    FET群と、第2導電型の複数のMOSFETからなる第2MOSFET
    群と、前記第1MOSFET群から選択された数のMOSFETを第
    1電源電位に対して選択的に電気的に直列接続又は非接
    続する第1選択手段と、前記第1MOSFET群の各MOSFETの
    ドレインと出力端子とを接続又は非接続する第2選択手
    段と、前記第2MOSFET群から選択された数のMOSFETを第
    2電源電位に対して選択的に直列接続又は非接続する第
    3選択手段と、前記第2MOSFET群の各MOSFETのドレイン
    と前記出力端子とを接続又は非接続する第4選択手段と
    を有し、 前記第1、第2、第3及び第4選択手段を選択的に接続
    又は非接続することにより、前記第1MOSFET群及び前記
    第2MOSFET群から選択された数のMOSFETを電気的に直列
    接続し、 前記選択されたMOSFETのゲートに共通入力をなし、前記
    出力端子から出力をなす ことを特徴とするC・MOS型電流増幅回路。
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