JP4667781B2 - 電流源回路及び差動増幅器 - Google Patents
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Description
そこで、非特許文献1にはカスコード接続を用いて差動増幅器の利得を大きくする発明が開示されている。
図1は、本実施の形態に係る電流源回路の構成を示す回路図である。電流源回路14は、並列接続された電流源ブロック(電流源)11と負性抵抗発生ブロック12から構成されている。
Rout1 = Vout1/IF … (1)
で与えられる。
また、電圧Vout1を印加したときに流れる電流IFは、そのまま抵抗Rne1を流れるので、点aにおける電圧をVaとすると
IF=Va/Rne1 … (2)
で与えられる。
ID=gm・(-Vout1-Va)…(3)
で与えられる電流IDが流れる。ここでgmは、電圧制御電流源21の相互コンダクタンスを表している。
Va=Vout1-R・(IF-ID)…(4)
となる。
Va=(Rne1・(1-gm・R)/(R+(1+gm・R)・Rne1))・Vout1
となる。
Va=(-gm・Rne1)/(1+gm・Rne1)・Vout1
となる。
Va≒−Vout1…(5)
と表される。
Rout1=Vout1/IF≒Vout1/(-Vout1/Rne1)=-Rne1
となる。
Rout = Rcu//-Rne1=Rcu・Rne1/(Rne1-Rcu)…(6)
によって与えられる。
図3は、本実施の形態に係る差動増幅器の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る差動増幅器は実施の形態1の電流源回路14を用いて構成している。また、図3において、点線で示した抵抗は、負荷R1,R2の出力抵抗Rl1,Rl2、及び電圧制御電流源T1,T2の出力抵抗Rin1,Rin2を表している。
Vout1=-gm1・Vin1・(Rin1//Rl1//-Rne1)
となる。ここで、gm1は電圧制御電流源T1の相互コンダクタンスである。
A2=Vout1/Vin1=-gm1・(Rin1//Rl1//-Rne1)
で与えられる。なお、右半分の構成については符号が変わるだけで同様の結果を与えるので説明は省略した。
図5は、本実施の形態に係る差動増幅器の構成を示す回路図である。本実施の形態は、実施の形態2に示した差動増幅器をMOSトランジスタを用いて具体的に構成したものである。
本実施の形態に係る差動増幅器の利得は、
A3 =-gmn1・(rn1//rp1//-rn5)
で与えられる。ここで、gmn1はNMOSトランジスタMn1の相互コンダクタンスを表している。
A3H =-gmn1・(rn1//rp1//-rn5)
で与えられる。そのため、従来の差動増幅器の出力抵抗(rn1//rp1)の大きさとNMOSトランジスタMn5の出力抵抗rn5の大きさを略等しくすることで、利得を向上することができる。また、NMOSトランジスタMn3,Mn4の基板端子を夫々のソースに接続するようにしても同様の効果が得られる。
図7は、本実施の形態に係る差動増幅器の構成を示す回路図である。本実施の形態は、実施の形態2に示した差動増幅器を実施の形態3とは逆の極性のMOSトランジスタを用いて具体的に構成したものである。
A4=-gmp1・(rn1//rp1//-rp3)
で与えられる。ここで、gmp1はPMOSトランジスタMp1の相互コンダクタンスを表している。
A4H=-gmp1・(rn1//rp1//-rp3)
で与えられる。そのため、従来の差動増幅器の出力抵抗(rn1//rp1)の大きさとPMOSトランジスタMp3の出力抵抗rp3の大きさを略等しくすることで、利得を向上することができる。
図9は、本実施の形態に係る差動増幅器の構成を示す回路図である。本実施の形態の負性抵抗発生ブロック12は、実施の形態2の構成に対して回路13,15(第2電流源)が付加されている。その他の構成は実施の形態2と同一であり、実施の形態2と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
A5=-gm1・(Rin1//Rl1//-Rne1//-Rl3)
となる。
図10は、本実施の形態に係る差動増幅器の構成を示す回路図である。本実施の形態は、実施の形態5に示した差動増幅器をMOSトランジスタを用いて具体的に構成したものである。回路13,15が付加されている点以外は、実施の形態3(図5)に示した構成と同様であり、実施の形態3と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
A6 =-gmn1・(rn1//rp1//-rn5//-rp3)
で与えられる。ここで、gmn1はNMOSトランジスタMn1の相互コンダクタンスを表している。
図11は、本実施の形態に係る差動増幅器の構成を示す回路図である。本実施の形態は、実施の形態5に示した差動増幅器を実施の形態6とは逆の極性のMOSトランジスタを用いて具体的に構成したものである。また、回路13,15が付加されている点以外は実施の形態4(図7)と同一であり、実施の形態4と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
A7=-gmp1・(rn1//rp1//-rn3//-rp3)
で与えられる。
A8=gmp1・((gmn1・rn1)rn3//(gmp3・rp3)rp1//-(gmn5・rn5)rn7//-(gmp7・rp7)rp5)
で与えられる。ここで、gmp1,gmp3,gmp7はPMOSトランジスタMp1,Mp3,Mp7の相互コンダクタンスである。そして、gmn1,gmn5はNMOSトランジスタMn1,Mn5の相互コンダクタンスである。またrn1,rn5,rn7はNMOSトランジスタMn1,Mn5,Mn7の出力抵抗を表し、rp1,rp3,rp5,rp7はPMOSトランジスタMp1,Mp3,Mp5,Mp7の出力抵抗をそれぞれ表している。
Claims (13)
- 出力端子と、
前記出力端子に接続され、内部抵抗を有する電流源と、
前記電流源に並列接続され、負性抵抗を発生する負性抵抗発生ブロックと、
を備えることを特徴とする電流源回路。 - 前記負性抵抗発生ブロックは、前記出力端子に接続された電流入力端子と、前記出力端子から出力される出力信号に対して反転した信号である反転出力信号が入力される電圧制御端子を有する電圧制御電流源と、
前記電圧制御電流源の電流出力端子に一端が接続され、他端が接地された内部抵抗を有する第2電流源を備えることを特徴とする請求項1に記載の電流源回路。 - 前記電圧制御電流源は、MOSトランジスタであり、
前記電流源及び前記第2電流源は、飽和領域で動作するMOSトランジスタであることを特徴とする請求項2に記載の電流源回路。 - 出力端子と、
前記出力端子に接続され、内部抵抗を有する第1電流源と、
前記出力端子からの出力信号を反転して反転出力信号を出力する反転増幅器と、
前記出力端子に接続された電流入力端子と、前記反転増幅器の出力に接続され、前記反転出力信号が入力される電圧制御端子を有するMOSトランジスタと、
前記MOSトランジスタの電流出力端子に一端が接続され、他端が接地された内部抵抗を有する第2電流源を備えることを特徴とする電流源回路。 - 差動入力端子と、
前記差動入力端子から入力される差動入力信号を増幅した差動出力信号を出力する差動出力端子と、
を備える差動増幅器であって、
前記差動出力端子に接続され、負性抵抗を発生する負性抵抗発生ブロックを備えることを特徴とする差動増幅器。 - 前記差動出力信号に対して反転した信号である反転差動出力信号を出力する第2差動出力端子をさらに備え、
前記負性抵抗発生ブロックは、前記差動出力端子に接続された電流入力端子と、前記第2差動出力端子に接続され、前記反転差動出力信号が入力される電圧制御端子を有する電圧制御電流源と、
前記電圧制御電流源の電流出力端子に一端が接続され、他端が接地された内部抵抗を有する電流源を備えることを特徴とする請求項5に記載の差動増幅器。 - 前記電圧制御電流源はMOSトランジスタであり、
前記電流源は飽和領域で動作するMOSトランジスタであることを特徴とする請求項6に記載の差動増幅器。 - 前記電圧制御電流源はMOSトランジスタであり、
前記電流源は、トランジスタのカスコード接続を用いて構成されたことを特徴とする請求項6に記載の差動増幅器。 - 差動入力端子と、
前記差動入力端子から入力される差動入力信号を増幅した差動出力信号を出力する第1差動出力端子と、
前記第1差動出力信号に対して反転した信号である反転差動出力信号を出力する第2差動出力端子と、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第1差動出力端子に接続された負荷と、
前記第1差動出力端子に接続された電流入力端子と、前記差動入力端子が接続され、前記差動入力信号が入力される電圧制御端子を有する電圧制御電流源と、
前記電圧制御電流源の前記電流出力端子に一端が接続され、他端が接地された定電流源と、
を備える差動増幅器であって、
前記第1差動出力端子に接続された電流入力端子と、前記第2差動出力端子に接続され、前記反転差動出力信号が入力される電圧制御端子を有するMOSトランジスタと、
前記MOSトランジスタの電流出力端子に一端が接続され、他端が接地された内部抵抗を有する電流源を備えることを特徴とする差動増幅器。 - 前記負性抵抗発生ブロックは、
前記電流源に交流的に並列接続された第2電流源をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の差動増幅器。 - 前記電圧制御電流源はMOSトランジスタであり、
前記電流源及び前記第2電流源は、飽和領域で動作するMOS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。 - 前記電圧制御電流源はMOSトランジスタであり、
前記電流源及び前記第2電流源は、トランジスタのカスコード接続を用いて構成されたことを特徴とする請求項10に記載の差動増幅器。 - 差動入力端子と、
前記差動入力端子から入力される差動入力信号を増幅した差動出力信号を出力する第1差動出力端子と、
前記第1差動出力信号に対して反転した信号である反転差動出力信号を出力する第2差動出力端子と、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第1差動出力端子に接続された負荷と、
前記第1差動出力端子に接続された電流入力端子と、前記差動入力端子が接続され、前記差動入力信号が入力される電圧制御端子を有する電圧制御電流源と、
前記電圧制御電流源の前記電流出力端子に一端が接続され、他端が接地された定電流源と、
を備える差動増幅器であって、
前記第1差動出力端子に接続された電流入力端子と、前記第2差動出力端子に接続され、前記反転差動出力信号が入力される電圧制御端子を有するMOSトランジスタと、
前記MOSトランジスタの電流出力端子に一端が接続され、他端が接地された内部抵抗を有する第1電流源と、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記電流源に接続された第2電流源と、
を備えることを特徴とする差動増幅器。
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