JP5126221B2 - 増幅回路 - Google Patents
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Description
gain=gm・R (式1)
上記の式から、MOSトランジスタの利得は相互コンダクタンスgmを補償することで利得を一定にできる。従って、従来はMOSトランジスタの相互コンダクタンスを補償する相互コンダクタンス補償回路を増幅回路に設けていた。
2 第2のMOSトランジスタ
3 第3のMOSトランジスタ
9 増幅部
15 第1のインダクタ
16 第2のインダクタ
21 第4のMOSトランジスタ
22 第5のMOSトランジスタ
23 第7のMOSトランジスタ
24 第8のMOSトランジスタ
25 第9のMOSトランジスタ
26 第10のMOSトランジスタ
27 第11のMOSトランジスタ
28 第12のMOSトランジスタ
31 第1のVod一定制御回路
32 第2のVod一定制御回路
33 相互コンダクタンス一定制御回路
本発明のバイアス回路を有する増幅回路を図3に示す。図3の増幅回路は増幅部9とそのバイアスを制御する回路から構成する。
相互コンダクタンスgmが設計最小値特性Minのときから、ある状態Aになった場合、どのように利得補償と線形性補償を両立させるのかを以下に説明する。図4は線形性補償を説明するための図で、図5は利得補償を説明するための図である。図4、図5において、設計最小値特性Minは設計時の最も相互コンダクタンスが小さいMOSトランジスタの特性を示す。ある状態Aは製造プロセス後の実際のMOSトランジスタの特性を示す。
係数βは以下の式で表すことができる。
β=(μ・Co・W)/(2L) (式3)
ここでの、μは電子の移動速度、Coは単位面積あたりのゲート絶縁膜の有する容量、Wはゲート絶縁膜の幅、Lはゲート絶縁膜の長さを示している。
図4の特性を基に各特性のポイントを以下に定義する。相互コンダクタンスgmの設計最小値特性Minの特性における相互コンダクタンスgm、電流I、係数β、オーバードライブ電圧Vodをそれぞれ相互コンダクタンスgm0、I0、β0、Vod0と定義する。ある状態Aにおける、相互コンダクタンスgm、電流I、係数β、オーバードライブ電圧Vodをそれぞれgm1、I1、β1、Vod0と定義とする。さらに、特定のオーバードライブ電圧の条件下で、相互コンダクタンスgmの設計最小値特性Minのときに第2のMOSトランジスタ2と第3のMOSトランジスタ3に流れる電流を1、ある状態Aに流れる電流をkと定義する。ある状態Aと設計最小値特性Minのオーバードライブ電圧Vodが同じなのは、オーバードライブ電圧Vod0で一定に制御することを意味している。
式2を基に式6を立てる。
k=(β1/β0)1 (式7)
k=β1/β0 (式8)
式5と式8から、設計最小値特性Minとある状態Aの電流の比は、増幅を行うMOSトランジスタの係数の比と同じである。線形性補償を行うためのオーバードライブ電圧Vod一定にするためには、MOSトランジスタはkの電流が流れれば式8を満足する。
式8を代入し式10とする。
Vod1/Vod0=1/k (式11)
各特性における電流値は式12と式13で表すことができる。
Igm0=β0・Vod02 (式13)
制御に必要な電流は式14で表せる。
式8と式11を式14に代入して式15とする。
Igm1/Igm0=1/k (式16)
式16からオーバードライブ電圧Vodを一定にした場合、相互コンダクタンスgmを補償するためには、MOSトランジスタに1/kの電流が流れれば良いことになる。
上記の電流値の考え方から、オーバードライブ電圧Vodを一定に保つため、第2のVod一定制御回路32にkの電流を流す。この条件下において、相互コンダクタンス一定制御回路33は1/kの電流を流す構成とする。また第1のVod一定制御回路31は増幅を行う線形性補償を行うMOSトランジスタに流れる電流の値を合わせた電流値2kを流す構成する。ただし、本実施例では第6のMOSトランジスタ4と第1のMOSトランジスタ1のミラー比が1のであるため、電流値は2kとなる。しかし、第6のMOSトランジスタ4と第1のMOSトランジスタ1のミラー比を変えればnkとすることもできる。(nはミラー比に合わせた任意の値を取ることができる。)従って、第1のVod一定制御回路31は2kの電流を発生させ、第6のMOSトランジスタ4を介して、第1のMOSトランジスタ1と第12のMOSトランジスタ28にバイアスをミラーリングする。第1のMOSトランジスタ1と第6のMOSトランジスタ4はゲート絶縁膜の幅及び長さが同じものを用いるため、2kの電流が流れる。第12のMOSトランジスタ28はゲート絶縁膜の幅及び長さが第1のMOSトランジスタ1と第6のMOSトランジスタ4とは異なるものを利用することでkの電流が流れる。
Claims (5)
- 出力特性のゲイン補償をするゲイン補償用MOSトランジスタと、出力特性の線形性を補償する線形性補償用MOSトランジスタを備え、該ゲイン補償用MOSトランジスタのソースと該線形性補償用MOSトランジスタのドレインを接続し、該ゲイン補償用MOSトランジスタのドレインを出力とし、該線形性補償用MOSトランジスタのゲートに入力信号を与える増幅部と、
該ゲイン補償用MOSトランジスタのドレイン−ソース間に第1の電流を流し、該線形性補償用MOSトランジスタのドレイン−ソース間に第2の電流を流し、第2の電流は第1の電流の逆数の値となるように第1の電流と第2の電流を制御するバイアス制御回路と
を備えたことを特徴とする増幅回路。 - 請求項1記載の増幅回路において、該バイアス制御回路は該線形性補償用MOSトランジスタのゲート−ソース間電圧から閾値電圧を引いた値を一定に保つ制御をおこなうことを特徴とする増幅回路。
- 請求項1記載の増幅回路において、該バイアス制御回路は、該ゲイン補償用MOSトランジスタのドレイン−ソース間に流れる電流Idsを一定に保つか、相互コンダクタンスGmを一定に保つように第1の電流と第2の電流を制御することを特徴とする増幅回路。
- 請求項1記載の増幅回路において、該増幅部は第2の電流の一部となる第3の電流を作るバイパス部を備え、
第2の電流は第1の電流と第3の電流を加算した電流であることを特徴とする増幅回路。 - 請求項1記載の増幅回路において、該バイアス制御回路は該線形性補償MOSトランジスタのオーバードライブ電圧Vodを一定にするための第1電流源と、
該利得補償MOSトランジスタの相互コンダクタンスGmを一定にするための第2電流源を備えたことを特徴とする増幅回路。
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