JPH07240633A - Semiconductor amplifier - Google Patents

Semiconductor amplifier

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JPH07240633A
JPH07240633A JP6029763A JP2976394A JPH07240633A JP H07240633 A JPH07240633 A JP H07240633A JP 6029763 A JP6029763 A JP 6029763A JP 2976394 A JP2976394 A JP 2976394A JP H07240633 A JPH07240633 A JP H07240633A
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fet
level shift
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Hideshi Tsumura
英志 津村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor amplifier capable of substantially suppressing the fluctuation of a voltage amplification factor against the change of an ambient temperature or the like and performing a high-speed operation. CONSTITUTION:Output loads (5, 6) are connected through cascade-connected electric field-effect transistors (q3, q4) to the electric field effect transistors (q1, q2) constituting a differential pair. Further, input signals (Vin, VBin) are inputted through prescribed level shifting circuits (3, 4) to the gates of the electric field effect transistors (q1, q2) and DC bias circuits (7, 8) for impressing a DC bias voltage (Vref) are connected to the gate of the electric field effect transistors (q3, q4). The DC bias circuits (7, 8) are constituted of elements or circuits provided with a temperature coefficient for cancelling the temperature coefficients of the level shifting circuits (3, 4) and the loads (5, 6).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の分野】本発明は、カスケード接続を用いた差
動増幅回路を有する半導体増幅器に関し、特に、温度変
動に起因する電圧増幅率の変動を低減する半導体増幅器
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor amplifier having a differential amplifier circuit using cascade connection, and more particularly to a semiconductor amplifier which reduces fluctuations in voltage amplification factor due to temperature fluctuations.

【0002】[0002]

【従来の技術】カスケード接続を用いた差動増幅回路を
有する半導体増幅器の従来例を図5と共に説明する。か
かる半導体増幅器は、GaAsMESFETを適用した
SCFL形式の回路で構成されている。まず、差動増幅
回路の構成を説明すると、相互に差動対を構成するME
SFET(以下、単にFETという)Tr1 ,Tr2
共通ソース接点がFET Tr3 のドレインソース路な
いし抵抗Rc1を介して所定電圧VSSの電源に接続される
と共に、FET Tr1 のドレインがそれにカスケード
接続されたFET Tr4 のソースドレイン路ないし負
荷抵抗RL1 を介して所定の駆動電源電圧VDD’の接点
pに接続され、更に、FET Tr2 のドレインがそれ
にカスケード接続されたFET Tr5 のソースドレイ
ン路ないし負荷抵抗RL2 を介して所定の駆動電源電圧
DD’の接点pに接続されている。尚、FET Tr3
は、そのゲートに一定の直流電圧VB が印加されること
によって、ドレインソース路に直流バイアス電流Ic1
流す定電流源として機能している。
2. Description of the Related Art A conventional example of a semiconductor amplifier having a differential amplifier circuit using cascade connection will be described with reference to FIG. Such a semiconductor amplifier is composed of a SCFL type circuit to which a GaAs MESFET is applied. First, the configuration of the differential amplifier circuit will be described. MEs that form a differential pair mutually.
The common source contact of SFETs (hereinafter simply referred to as FETs) Tr 1 and Tr 2 is connected to the power source of a predetermined voltage V SS via the drain source path of the FET Tr 3 or the resistor R c1, and the drain of the FET Tr 1 is It is connected to a contact p of a predetermined drive power supply voltage V DD 'via a source / drain path of a FET Tr 4 cascaded thereto or a load resistor RL 1 , and further, a drain of the FET Tr 2 is cascaded to the FET Tr. It is connected to the contact p of the predetermined driving power supply voltage V DD 'through the source / drain path of 5 or the load resistance RL 2 . In addition, FET Tr 3
Applies a constant DC voltage V B to its gate to function as a constant current source for supplying a DC bias current I c1 to the drain-source path.

【0003】更に、接点pの駆動電源電圧VDD’は、電
源電圧VDD(VDD>VDD’>VSS)に対して順方向に接
続された電力ダイオードDp で設定される順方向電圧V
p 分だけ低い電圧(VDD−Vp )となっている。更に
又、電源電圧VDDとVSS間に分圧抵抗Rb1,Rb2が直列
に接続され、その共通接続接点xに発生する直流バイア
ス電圧Vref が、FET Tr4 ,Tr5 のゲートに印
加されている。このように、かかる差動増幅回路の動作
点は、FET Tr3 によって設定される直流バイアス
電流Ic1と、分圧抵抗Rb1,Rb2によって設定される直
流バイアス電圧Vref 等によって規定されている。
Further, the drive power supply voltage V DD 'of the contact p is set in the forward direction by the power diode D p connected in the forward direction with respect to the power supply voltage V DD (V DD > V DD '> V SS ). Voltage V
The voltage (V DD −V p ) is lower by p . Furthermore, the voltage dividing resistors R b1 and R b2 are connected in series between the power supply voltages V DD and V SS, and the DC bias voltage V ref generated at the common connection contact x is applied to the gates of the FETs Tr 4 and Tr 5 . Is being applied. As described above, the operating point of the differential amplifier circuit is defined by the DC bias current I c1 set by the FET Tr 3 and the DC bias voltage V ref set by the voltage dividing resistors R b1 and R b2 . There is.

【0004】更に、入力信号Vinとそれに逆相関係にあ
る入力信号VBin(即ち、VinとVBinは差動入力信
号)をレベルシフトしてFET Tr1 ,Tr2 のゲー
トに供給するための2個のレベルシフト回路が、FET
Tr6 ,Tr7 ,Tr8 ,Tr9 と抵抗Rc2,Rc3
びレベルシフトダイオードD1 ,D2 ,D3 ,D4 ,D
5 ,D6 で構成されている。
Further, the input signal VinAnd the opposite relationship
Input signal VBin(Ie VinAnd VBinIs the differential input signal
No.) is level-shifted and FET Tr1, Tr2The game
Two level shift circuits for supplying
 Tr6, Tr7, Tr8, Tr9And resistance Rc2, Rc3Over
And level shift diode D1, D2, D3, DFour, D
Five, D6It is composed of.

【0005】即ち、第1のレベルシフト回路は、ゲート
に入力信号Vinが入力されるFETTr6 のドレインが
電源電圧VDDに接続し且つ、そのソースが、順方向に直
列接続されたレベルシフトダイオードD1 ,D2 ,D3
を介してFET Tr8 のドレインに接続し、更に、F
ET Tr8 のゲートに直流電圧VB が印加され且つそ
のソースが抵抗Rc2を介して電源VSSに接続した回路構
成となっている。
That is, in the first level shift circuit, the drain of the FET Tr 6 whose gate receives the input signal V in is connected to the power supply voltage V DD , and the source is connected in series in the forward direction. Diodes D 1 , D 2 , D 3
Connected to the drain of FET Tr 8 via
A direct current voltage V B is applied to the gate of the ET Tr 8 and its source is connected to the power supply V SS via the resistor R c2 .

【0006】第2のレベルシフト回路は、ゲートに入力
信号VBinが入力されるFET Tr7 のドレインが電
源電圧VDDに接続し且つ、そのソースが、順方向に直列
接続されたレベルシフトダイオードD4 ,D5 ,D6
介してFET Tr9 のドレインに接続し、更に、FE
T Tr9 のゲートに直流電圧VB が印加され且つその
ソースが抵抗Rc3を介して電源VSSに接続した回路構成
となっている。
In the second level shift circuit, the drain of the FET Tr 7 whose gate receives the input signal VB in is connected to the power supply voltage V DD , and the source thereof is connected in series in the forward direction. Connect to the drain of FET Tr 9 through D 4 , D 5 , and D 6 , and further
A direct current voltage V B is applied to the gate of T Tr 9 and its source is connected to the power supply V SS via a resistor R c3 .

【0007】そして、FET Tr8 のドレイン接点y
に発生するレベルシフト信号Vin’がFET Tr1
ゲートに入力され、FET Tr9 のドレイン接点zに
発生するレベルシフト信号VBin’がFET Tr2
ゲートに入力される。尚、FET Tr8 は、ゲートに
印加される一定の直流電圧VB で決まるドレインソース
電流Ic2によって、FET Tr6 及びレベルシフトダ
イオードD1 ,D2 ,D3 の直流バイアスを規定し、F
ET Tr9 は、ゲートに印加される一定の直流電圧V
B で決まるドレインソース電流Ic3によって、FET
Tr7 及びレベルシフトダイオードD4 ,D5 ,D6
直流バイアスを規定している。
Then, the drain contact y of the FET Tr 8
Level shift signal V in to be generated 'is input to the gate of the FET Tr 1, the level shift signal VB in which occurs the drain contact z of the FET Tr 9' is input to the gate of the FET Tr 2 in. The FET Tr 8 defines the DC bias of the FET Tr 6 and the level shift diodes D 1 , D 2 and D 3 by the drain source current I c2 determined by the constant DC voltage V B applied to the gate, and F
ET Tr 9 is a constant DC voltage V applied to the gate
With the drain source current I c3 determined by B , the FET
The DC bias of Tr 7 and the level shift diodes D 4 , D 5 and D 6 is specified.

【0008】かかる回路構成の半導体増幅器にあって
は、差動入力信号Vin,VBinを上記第1,第2のレベ
ルシフト回路でレベルシフトしてFET Tr1 ,Tr
2 に差動入力し、FET Tr4 ,Tr5 の両ドレイン
間に設けられている出力接点間に差動出力Vo を出力す
る。このときの電圧増幅率Av は、負荷抵抗RL1 とR
2 の抵抗値がRL1 =RL2 =RLの関係にあり、F
ET Tr1 ,Tr2 の特性が等しく且つ相互コンダク
タンスが共にgm 、更にFET Tr4 ,Trの特性
が等しいものとすると、ほぼ、 A=Vo /(Vin−VBin)=gm ×RL となる。
In the semiconductor amplifier having such a circuit structure, the differential input signals V in and VB in are level-shifted by the first and second level shift circuits, and FET Tr 1 and Tr
2 and differential inputs, and outputs a differential output V o between the output contacts are provided between both the drain of the FET Tr 4, Tr 5. At this time, the voltage amplification factor Av is the load resistances RL 1 and R
The resistance value of L 2 is RL 1 = RL 2 = RL, and F
Assuming that ET Tr 1 and Tr 2 have the same characteristics and both transconductances are g m , and further that FETs Tr 4 and Tr 5 have the same characteristics, then A v = V o / (V in −VB in ) = g m × RL.

【0009】又、このようなSCFL形式の差動増幅回
路を有する半導体増幅器は、バイポーラトランジスタを
適用したECL形式の種々の回路と組み合わせられて、
光通信網中の中継器や送受信装置のような高速処理を必
要とする機器などに適用されている。
A semiconductor amplifier having such an SCFL type differential amplifier circuit is combined with various ECL type circuits to which bipolar transistors are applied.
It is applied to devices that require high-speed processing, such as repeaters and transceivers in optical communication networks.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体増幅器は、環境温度の変化などに従っ
て電圧増幅率Av が変動し易いという欠点があり、特
に、環境温度などが上昇するほど、電圧増幅率Av が低
下するので、小振幅の差動入力信号Din,DBinを処理
することができない場合を生じるという問題があった。
However, such a conventional semiconductor amplifier is disadvantageous in that the voltage amplification factor Av tends to fluctuate according to changes in the ambient temperature. Particularly, as the ambient temperature rises, Since the voltage amplification factor A v decreases, there is a problem in that the small-amplitude differential input signals D in and DB in cannot be processed.

【0011】即ち、この半導体増幅器中のカスケード接
続型の差動増幅回路は、直流バイアス電圧Vref の温度
依存性に較べてレベルシフトダイオードD1 〜D3 等の
温度依存性が大きいので、このアンバランスに起因し
て、FET Tr1 のドレイン・ソース間電圧VDS1
FET Tr4 のドレイン・ソース間電圧VDS4 との電
圧比(VDS4 /VDS1 )が環境温度などの変化に応じて
大きく変動してしまい、電圧増幅率Av の変動を引き起
こす。更に、電圧増幅率Av の変動は、直流バイアス電
圧Vref の温度依存性に較べてレベルシフトダイオード
4 〜D6 等の温度依存性が大きいので、このアンバラ
ンスに起因して、FET Tr2 のドレイン・ソース間
電圧VDS2 とFET Tr5 のドレイン・ソース間電圧
DS5 との電圧比(VDS5 /VDS2 )が環境温度などの
変化に応じて大きく変動することにも原因がある。
That is, since the cascade connection type differential amplifier circuit in this semiconductor amplifier has a greater temperature dependency of the level shift diodes D 1 to D 3 than the temperature dependency of the DC bias voltage V ref. Due to the imbalance, the voltage ratio (V DS4 / V DS1 ) between the drain-source voltage V DS1 of the FET Tr 1 and the drain-source voltage V DS4 of the FET Tr 4 changes according to changes in the environmental temperature. It fluctuates greatly, causing fluctuations in the voltage gain a v. Moreover, variations in the voltage gain A v is a DC bias since the voltage V Temperature dependence of the level such as a shift diode D 4 to D 6 as compared to the temperature dependence of the ref is large, due to this unbalance, FET Tr is caused to fluctuate greatly depending voltage ratio between the drain-source voltage V DS5 between second drain-source voltage V DS2 and FET Tr 5 (V DS5 / V DS2) is the change in environmental temperature .

【0012】光通信網中の中継器などに適用される場合
の具体的な事例を述べれば、数mV程度の小振幅の差動
入力信号Din,DBinを数100mV程度の差動出力信
号V o に増幅することが要求され、更に増幅処理し得る
差動入力信号Din,DBinが小振幅であればあるほど、
最小受信感度の優れた増幅器と言うことができるけれど
も、かかる従来の半導体増幅器は、上述の如く、環境温
度などの上昇に従って電圧増幅率Av が低下するので、
増幅処理し得る差動入力信号Din,DBinの最小振幅レ
ベルをワーストケース(電圧増幅率Av が最低となる場
合)に合わせて決めることとなり、この結果、十分に小
振幅の差動入力信号に対処し得る増幅器を実現すること
が困難であった。因みに、最大電圧増幅率の得られる条
件に合わせてかかる最小振幅レベルを決定すれば、環境
温度などの上昇に伴って、対ノイズ特性が悪化すること
となるので、光通信網の信頼性や伝送品質の低下を招く
こととなる。
When applied to a repeater in an optical communication network
To give a concrete example of, a small-amplitude differential of about several mV
Input signal Din, DBinDifferential output signal of several hundred mV
Issue V oIs required to be amplified and can be further amplified.
Differential input signal Din, DBinThe smaller the amplitude of, the more
It can be said that it is an amplifier with excellent minimum reception sensitivity,
However, such a conventional semiconductor amplifier is
Voltage amplification rate A as the degree increasesvIs reduced,
Differential input signal D that can be amplifiedin, DBinMinimum amplitude of
The bell is the worst case (voltage amplification rate AvWhere is the lowest
It will be decided according to
Realizing an amplifier capable of handling differential input signals of amplitude
Was difficult. By the way, the maximum voltage amplification factor can be obtained.
If you decide the minimum amplitude level according to the situation,
Noise characteristics deteriorate as temperature rises.
As a result, the reliability and transmission quality of the optical communication network will deteriorate.
It will be.

【0013】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、環境温度などの変化に対して電圧増幅率の
変動を大幅に抑制することができ、且つ高速動作が可能
な半導体増幅器を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor amplifier capable of significantly suppressing the fluctuation of the voltage amplification factor with respect to the change of the environmental temperature and capable of high-speed operation. The purpose is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、ソース接点が共通接続されて差動対
を構成する第1,第2の電界効果トランジスタと、前記
ソース接点に接続されて一定電流を流す第1の定電流回
路と、前記第1,第2の電界効果トランジスタの各ドレ
インにカスケード接続される第3,第4の電界効果トラ
ンジスタと、前記第3,第4の電界効果トランジスタの
夫々に接続された負荷と、前記第3,第4の電界効果ト
ランジスタのゲートに直流バイアス電圧を印加する直流
バイアス回路と、差動入力信号を所定電圧分レベルシフ
トして前記第1,第2の電界効果トランジスタのゲート
間に供給するレベルシフト回路とを具備し、前記直流バ
イアス回路は、前記レベルシフト回路の温度係数に対し
てその2分の1の温度係数を有する第1の定電圧発生手
段と、前記負荷に発生する直流の降下電圧と等しい直流
電圧を発生する第2の定電圧発生手段とを有する構成と
した。
In order to achieve such an object, the present invention relates to first and second field effect transistors having source contacts commonly connected to form a differential pair, and the source contacts. A first constant current circuit connected to allow a constant current to flow, third and fourth field effect transistors cascade-connected to the drains of the first and second field effect transistors, and the third and fourth field effect transistors, respectively. Load connected to each of the field effect transistors, a DC bias circuit for applying a DC bias voltage to the gates of the third and fourth field effect transistors, and a differential input signal level-shifted by a predetermined voltage, A level shift circuit for supplying between the gates of the first and second field effect transistors, wherein the DC bias circuit has a half of the temperature coefficient of the level shift circuit. A first constant voltage generating means having a degree coefficients, and configured to have a second constant voltage generating means for generating a DC voltage drop equal to the DC voltage generated in the load.

【0015】尚、前記レベルシフト回路は、偶数個の直
列接続された定電圧発生素子から成り、前記第1の定電
圧発生手段は、該レベルシフト回路の半分の個数の定電
圧発生素子から成り、前記負荷と前記第2の定電圧発生
手段は、共に等しい温度係数を有するインピーダンス素
子から成る構成とした。
The level shift circuit is composed of an even number of constant voltage generating elements connected in series, and the first constant voltage generating means is composed of half the number of constant voltage generating elements of the level shift circuit. The load and the second constant voltage generating means are both composed of impedance elements having the same temperature coefficient.

【0016】更に具体的な態様としては、前記定電圧発
生素子にはダイオードを、前記インピーダンス素子には
抵抗を適用した。
As a more specific mode, a diode is applied to the constant voltage generating element and a resistor is applied to the impedance element.

【0017】[0017]

【作用】このような構成を有する半導体増幅器は、前記
レベルシフト回路が自らの温度係数に依存して発生する
レベルシフト電圧の変化と、第1の定電圧手段が自らの
温度係数に依存して発生する電圧の変化とが相殺され、
同時に、前記負荷が自らの温度係数に依存して発生する
電圧の変化と、第2の定電圧手段が自らの温度係数に依
存して発生する電圧の変化とが相殺される。この結果、
前記カスケード接続される第3,第4の電界効果トラン
ジスタのゲートに印加される直流バイアス電圧の温度に
よる電圧変化が、前記レベルシフト回路及び負荷の温度
による電圧変化に追従することとなり、前記第3,第4
の電界効果トランジスタのドレインソース間電圧に対す
る前記第1,第2の電界効果トランジスタのドレインソ
ース間電圧の比が温度変化に関わらず一定に保たれるの
で、温度変動による電圧増幅率(電圧利得)の少ない半
導体増幅器が実現される。
In the semiconductor amplifier having such a structure, the level shift circuit changes the level shift voltage depending on its own temperature coefficient, and the first constant voltage means depends on its own temperature coefficient. The change in the generated voltage is canceled out,
At the same time, the change in voltage generated by the load depending on its own temperature coefficient and the change in voltage generated by the second constant voltage means depending on its own temperature coefficient are offset. As a result,
The voltage change due to the temperature of the DC bias voltage applied to the gates of the third and fourth field effect transistors connected in cascade follows the voltage change due to the temperature of the level shift circuit and the load. , 4th
Since the ratio of the drain-source voltage of the first and second field-effect transistors to the drain-source voltage of the field-effect transistor is kept constant regardless of temperature change, the voltage amplification factor (voltage gain) due to temperature fluctuation A semiconductor amplifier with less power consumption is realized.

【0018】[0018]

【実施例】本発明の第1の実施例を、本発明の原理と共
に説明する。まず、図1に基いて回路構成を説明する。
相互に差動対を構成するFET q1 ,q2 の共通ソー
ス接点が定電流源(定電流I1 を設定する定電流源)1
を介して電源電圧VSSに接続され、FET q1 のゲー
トには、定電圧素子や定電圧回路などより成るレベルシ
フト回路3を介して入力信号Vinが入力され、FET
2 のゲートには、同様に定電圧素子や定電圧回路など
より成るレベルシフト回路4を介して入力信号(入力信
号Vinと相互に差動関係にある)VBinが入力される。
更に、FETq1 のドレインは、それにカスケード接続
されたFET q3 のソースドレイン路ないし負荷5を
介して電源電圧VDD(VDD>VSS)に接続され、FET
2 のドレインは、それにカスケード接続されたFE
T q4 のソースドレイン路ないし負荷6を介して電源
電圧VDDに接続されている。
The first embodiment of the present invention will be described together with the principle of the present invention. First, the circuit configuration will be described with reference to FIG.
The common source contact of the FETs q 1 and q 2 forming a differential pair mutually is a constant current source (constant current source for setting a constant current I 1 ) 1
Via is connected to a power supply voltage V SS, the gate of the FET q 1, input signal V in through a level shift circuit 3 consisting of such as a constant voltage element and the constant voltage circuit is input, FET
The input signal VB in ( which is in a differential relationship with the input signal V in ) is input to the gate of q 2 via the level shift circuit 4 which is also composed of a constant voltage element and a constant voltage circuit.
Further, the drain of the FET q 1 is connected to the power supply voltage V DD (V DD > V SS ) via the source / drain path or the load 5 of the FET q 3 cascade-connected thereto, and the FET
The drain of q 2 has an FE cascaded to it.
It is connected to the power supply voltage V DD through the source / drain path of T q 4 or the load 6.

【0019】電源電圧VDDとVSSとの間には、所定の定
電流I2 を設定する定電流源2と、その定電流I2 が流
れることによって所定の電圧降下を発生する第1の電圧
発生回路7及び第2の電圧発生回路8とが直列接続され
ている。そして、第2の電圧発生回路8と定電流源2と
の接続接点xに生じる直流バイアス電圧Vref が、FE
T q1 ,q2 のゲートに共通に印加されている。
A constant current source 2 for setting a predetermined constant current I 2 between the power supply voltages V DD and V SS, and a first voltage drop which causes a predetermined voltage drop due to the flow of the constant current I 2 . The voltage generating circuit 7 and the second voltage generating circuit 8 are connected in series. Then, the DC bias voltage V ref generated at the connection contact x between the second voltage generating circuit 8 and the constant current source 2 is FE
It is commonly applied to the gates of T q 1 and q 2 .

【0020】尚、この実施例では、第1,第2の電圧発
生回路7,8によって直流バイアス回路が実現されてい
るが、直流バイアス回路は、第1,第2の電圧発生回路
7,8の両者の特性を有していれば一体の回路構成にし
ても良い。更に、レベルシフト回路3と4、FET q
1 とq2 、FET q3 とq4 、負荷5と6が、同一の
電気的特性及び温度依存性を有して相互に整合性を持つ
素子又は回路となっている。例えば、半導体集積回路装
置(ICなど)で形成する場合には、夫々の素子や回路
の形状や機構学的構造を等しくした設計を行うことによ
って、このような整合性を実現する。又、差動入力信号
in,VBinに対して得られる差動出力信号Vo が電源
電圧VDDとVSSとの動作電圧範囲内で所謂クリッピング
等の波形歪みを生じないように、動作点についての直流
バイアス設計がなされる。
In this embodiment, the DC bias circuit is realized by the first and second voltage generating circuits 7 and 8. However, the DC bias circuit is the first and second voltage generating circuits 7 and 8. If both characteristics are provided, an integrated circuit configuration may be used. Furthermore, the level shift circuits 3 and 4, FET q
The elements 1 and q 2 , the FETs q 3 and q 4 , and the loads 5 and 6 are elements or circuits having the same electrical characteristics and temperature dependences and having mutual compatibility. For example, when a semiconductor integrated circuit device (IC or the like) is used, such matching is achieved by designing the elements and circuits to have the same shape and mechanical structure. Further, the differential output signal V o obtained with respect to the differential input signals V in and VB in operates so that waveform distortion such as so-called clipping does not occur within the operating voltage range of the power supply voltages V DD and V SS. A DC bias design for the points is made.

【0021】そして、差動入力信号Vinが、レベルシフ
ト回路3の定電圧分だけレベルシフトされてFET q
1 のゲートに入力されると共に、差動入力信号VB
inが、レベルシフト回路4の定電圧分だけレベルシフト
されてFET q2 のゲートに入力されることによっ
て、FET q3 ,q4 の各ドレイン間に、増幅された
差動出力信号Vo が発生する。かかる半導体増幅器の電
圧増幅率Av は、負荷5と6の抵抗値を共にZL 、FE
T q1 ,q2 の相互コンダクタンスを共にgm で表わ
すと、 Av =Vo /(Vin−VBin)=gm ×ZL …(1) である。
Then, the differential input signal V in is level-shifted by the constant voltage of the level shift circuit 3 and the FET q
Input to the gate of 1 and differential input signal VB
The in is level-shifted by the constant voltage of the level shift circuit 4 and input to the gate of the FET q 2 , so that the amplified differential output signal V o is applied between the drains of the FETs q 3 and q 4. Occur. The voltage amplification factor A v of such a semiconductor amplifier is such that the resistance values of the loads 5 and 6 are both Z L and FE.
When the transconductances of T q 1 and q 2 are both represented by g m , A v = V o / (V in −VB in ) = g m × Z L (1)

【0022】更に、図1に示す夫々の素子及び回路は、
次に述べる設計条件に従って決められている。まず、レ
ベルシフト回路3と4は共に等しいレベルシフト電圧V
LSに決められており、絶対零度におけるレベルシフト
電圧をVLS0 、温度係数をkLS、絶対温度をTとする
と、 VLS(T)=VLS0 ×(1+kLS×T) …(2) の関係式で表される特性を有している。又、負荷5と6
は共に等しいインピーダンスZL に設定されており、絶
対零度におけるインピーダンスをZL0、温度係数を
ZL、絶対温度をTとすると、 ZL (T)=ZL0×(1+kZL×T) …(3) の関係式で表される特性を有している。又、第1の電圧
発生回路7のインピーダンスをZA 、絶対零度における
インピーダンスをZA0、温度係数をkZA、絶対温度をT
とすると、 ZA (T)=ZA0×(1+kZA×T) …(4) の関係式で表される特性を有している。又、第2の電圧
発生回路8のインピーダンスをZB 、絶対零度における
インピーダンスをZB0、温度係数をkZB、絶対温度をT
とすると、 ZB (T)=ZB0×(1+kZB×T) …(5) の関係式で表される特性を有している。又、接点xの直
流バイアス電圧Vref の、絶対零度における電圧をV
ref0、温度係数をkref 、絶対温度をTとすると、 Vref (T)=Vref0×(1+kref ×T) …(6) の関係式で表される特性を有している。そして、この実
施例では、第1の電圧発生回路7の温度係数kZAとレベ
ルシフト回路3及びレベルシフト回路4の温度係数kLS
が次式(7) の条件を満足し、且つ第2の電圧発生回路8
の温度係数kZBと負荷5及び負荷6の温度係数kZLが次
式(8) の条件を満足するように、上記の回路3,4,
7,8及び負荷5,6が設計されている。 kZA=−(VLS0 ×kLS)/(2×ZA0×I2 ) …(7) kZB=(ZL0×kZL×I1 )/(2×ZB0×I2 ) =(GI ×ZL0×kZL)/(2×ZB0) …(8) 但し、上記式(8) 中の係数GI は、GI =I1 /I2
ある。かかる関係式(7) と(8) を同時に満足するように
図1を設計することにより、環境温度などが変化して
も、FET q2 のドレインソース間電圧VDS2 とFE
T q4 のドレインソース間電圧VDS4 との比(VDS4
/VDS2 )を一定に保つことができるので、電圧利得A
v (=Vo /(Vin−VBin))の変動が大幅に低減さ
れ、最小受信感度の優れた増幅器を実現することができ
る。FET q1とq3 とのドレインソース間電圧の比
(VDS3 /VDS1 )も、上記式(7) と(8)を同時に満足
することによって、温度変動に関わり無く一定に保たれ
る。
Further, the respective elements and circuits shown in FIG.
It is determined according to the design conditions described below. First, the level shift circuits 3 and 4 have the same level shift voltage V.
LS , the level shift voltage at absolute zero is V LS0 , the temperature coefficient is k LS , and the absolute temperature is T. V LS (T) = V LS0 × (1 + k LS × T) (2) It has a characteristic expressed by a relational expression. Also, load 5 and 6
Are set to the same impedance Z L , where Z L0 is the impedance at absolute zero, k ZL is the temperature coefficient, and T is the absolute temperature. Z L (T) = Z L0 × (1 + k ZL × T) ( It has the characteristics represented by the relational expression in 3). Further, the impedance of the first voltage generating circuit 7 is Z A , the impedance at absolute zero is Z A0 , the temperature coefficient is k ZA , and the absolute temperature is T.
Then, it has the characteristic represented by the relational expression of Z A (T) = Z A0 × (1 + k ZA × T) (4). The impedance of the second voltage generating circuit 8 is Z B , the impedance at absolute zero is Z B0 , the temperature coefficient is k ZB , and the absolute temperature is T.
Then, it has the characteristic represented by the relational expression of Z B (T) = Z B0 × (1 + k ZB × T) (5). Further, the voltage at the absolute zero degree of the DC bias voltage V ref of the contact x is V
ref0, the temperature coefficient k ref, when the absolute temperature is T, has a characteristic represented by the equation of V ref (T) = V ref0 × (1 + k ref × T) ... (6). Further, in this embodiment, the temperature coefficient k ZA of the first voltage generating circuit 7 and the temperature coefficient k LS of the level shift circuit 3 and the level shift circuit 4 are set.
Satisfies the condition of the following expression (7), and the second voltage generating circuit 8
So that the temperature coefficient k ZB of and the temperature coefficient k ZL of the load 5 and the load 6 satisfy the condition of the following equation (8).
7, 8 and loads 5, 6 are designed. k ZA = - (V LS0 × k LS) / (2 × Z A0 × I 2) ... (7) k ZB = (Z L0 × k ZL × I 1) / (2 × Z B0 × I 2) = ( G I × Z L0 × k ZL ) / (2 × Z B0) ... (8) where the coefficient G I in the formula (8) is a G I = I 1 / I 2 . By designing FIG. 1 so that the relational expressions (7) and (8) are satisfied at the same time, the drain-source voltage V DS2 of the FET q 2 and the FE
The ratio of T q 4 to the drain-source voltage V DS4 (V DS4
/ V DS2 ) can be kept constant, the voltage gain A
The variation of v (= V o / (V in −VB in )) is significantly reduced, and an amplifier with excellent minimum receiving sensitivity can be realized. The drain-source voltage ratio (V DS3 / V DS1 ) of the FETs q 1 and q 3 is also kept constant regardless of temperature fluctuations by simultaneously satisfying the above expressions (7) and (8).

【0023】次に、上記の関係式(7) と(8) を同時に満
足することによって、最小受信感度の優れた増幅器を実
現することができる理由を理論的に説明する。まず、出
力信号Vo を上記式(3)を用いると共に絶対温度Tの関
数として表すと、 Vo (T)=VDD−ZL (T)×I1 =(VDD−ZL0)×I1 −(kZL×ZL0×I1 )×T …(9) と なる。又、FET q2 のゲートに入力する信号V
in’は、上記式(2) から、 VBin’(T)=VBin+VLS(T) =VBin+VLS0 +kLS×VLS0 ×T …(10) となる。
Next, the reason why an amplifier having an excellent minimum receiving sensitivity can be realized theoretically by simultaneously satisfying the above relational expressions (7) and (8) will be theoretically explained. First, when the output signal V o is expressed as a function of the absolute temperature T using the above equation (3), V o (T) = V DD −Z L (T) × I 1 = (V DD −Z L0 ) × I 1 − (k ZL × Z L0 × I 1 ) × T (9) Also, the signal V input to the gate of the FET q 2
From the equation (2), B in 'is VB in ' (T) = VB in + V LS (T) = VB in + V LS0 + k LS × V LS0 × T (10)

【0024】ここで、FET q2 のドレインソース間
電圧VDS2 とFET q4 のドレインソース間電圧V
DS4 との比(VDS4 /VDS2 )を一定に保つためには、
上記式(6) 中の温度依存性に関わる項(kref ×
ref0)と、上記式(9) 中の温度依存性に関わる項(k
ZL×ZL0×I1 )と、上記式(10)中の温度依存性に関わ
る項(kLS×VLS0 )について、次式(11)の条件を満足
する必要がある。 kref ×Vref0=(kLS×VLS0 −kZL×ZL0×I1 )/2 …(11) 更に、この式(11)の左辺を、上記式(4) と(5) を用いて
表すと、 kref ×Vref0=−kZA×ZA0×I2 −kZB×ZB0×I2 …(12) となる。
Here, the drain-source voltage V DS2 of the FET q 2 and the drain-source voltage V FET of the FET q 4
In order to keep the ratio with DS4 (V DS4 / V DS2 ) constant,
A term (k ref ×
V ref0 ) and the term (k) relating to the temperature dependence in the above equation (9).
ZL × Z L0 × I 1 ) and the term relating to temperature dependence (k LS × V LS0 ) in the above equation (10) need to satisfy the condition of the following equation (11). k ref × V ref0 = (k LS × V LS0 −k ZL × Z L0 × I 1 ) / 2 (11) Further, the left side of this equation (11) is calculated using the above equations (4) and (5). In other words , k ref × V ref0 = −k ZA × ZA 0 × I 2 −k ZB × Z B0 × I 2 (12)

【0025】そして、上記式(11)の右辺第1項の部分
(kLS×VLS0 /2)と上記式(12)の右辺第1項の部分
(−kZA×ZA0×I2 )が等しく、且つ、上記式(11)の
右辺第2項の部分(−kZL×ZL0×I1 /2)と上記式
(12)の右辺第2項の部分(−kZB×ZB0×I2 )が等し
くなるという条件を満足すれば、温度変動に関わらず、
比(VDS4 /VDS2 )を一定に保つことができる直流バ
イアス電圧Vref を発生させることができる。即ち、 kLS×VLS0 /2=−kZA×ZA0×I2 …(13) の関係式から、第1の設計条件である前記式(7) が求ま
り、更に、 −kZL×ZL0×I1 /2=−kZB×ZB0×I2 …(14) の関係式から、第2の設計条件である前記式(8) が求め
られている。そして、これらの第1,第2の設計条件を
同時に満足するように、図1の各構成要素が決められて
いるので、環境温度などの変化に対して、FET q2
のドレインソース間電圧VDS2 とFET q4 のドレイ
ンソース間電圧VDS4 との比(VDS4 /VDS2 )を一定
に保ち、そして、電圧利得Av の変動が大幅に低減さ
れ、最小受信感度の優れた増幅器を実現することができ
る。尚、ここでは、電圧利得Av の温度依存性の補償原
理を、FET q2 とq4 とのドレインソース間電圧の
比(VDS4 /VDS2 )が一定に保たれることを代表して
説明したが、上記式(7) と(8)の条件を満足することに
よって、FET q1 とq3 とのドレインソース間電圧
の比(VDS3 /VDS1 )も一定に保持されることは明ら
かであるので、電圧利得Av の変動が大幅に低減され、
最小受信感度の優れた増幅器を実現することができる。
又、入力信号VBinに対して電圧利得Av が一定に保持
されることを説明したが、入力信号Vinに対する電圧利
得Av の関係で説明することとしても電圧利得Av は一
定に保持される。即ち、相互に差動関係にある入力信号
in,VBinに対する出力信号Vo の電圧利得の温度依
存性が補償されることとなる。
The portion of the first term on the right side of equation (11) (k LS × V LS0 / 2) and the portion of the first term on the right side of equation (12) (−k ZA × Z A0 × I 2 ). equal, and, the second term on the right side portion of the formula (11) (-k ZL × Z L0 × I 1/2) and the formula
If the condition that the second term on the right side of (12) (−k ZB × Z B0 × I 2 ) is satisfied, regardless of temperature fluctuation,
It is possible to generate the DC bias voltage V ref that can keep the ratio (V DS4 / V DS2 ) constant. That is, from the relational expression of k LS × V LS0 / 2 = −k ZA × Z A0 × I 2 (13), the above-mentioned expression (7) which is the first design condition is obtained, and further −k ZL × Z from the relational expression L0 × I 1/2 = -k ZB × Z B0 × I 2 ... (14), the equation is a second design condition (8) is demanded. Since each constituent element of FIG. 1 is determined so as to satisfy these first and second design conditions at the same time, the FET q 2
Maintaining the ratio of the drain-source voltage V DS4 of the drain-source voltage V DS2 and FET q 4 of the (V DS4 / V DS2) constant, and the variation of the voltage gain A v is greatly reduced, the minimum receiver sensitivity An excellent amplifier can be realized. Incidentally, here, the compensation principle of the temperature dependence of the voltage gain A v is represented on the basis that the ratio of the drain-source voltage of the FETs q 2 and q 4 (V DS4 / V DS2 ) is kept constant. As described above, by satisfying the conditions of the above formulas (7) and (8), the ratio of the drain-source voltage of the FETs q 1 and q 3 (V DS3 / V DS1 ) is also kept constant. since it is apparent, variation of the voltage gain a v is greatly reduced,
An amplifier with excellent minimum receiving sensitivity can be realized.
Also has been described that the voltage gain A v with respect to the input signal VB in is kept constant, the voltage gain A v as that described in the relationship between the voltage gain A v for the input signal V in is maintained constant To be done. That is, the temperature dependence of the voltage gain of the output signal V o with respect to the input signals V in and VB in having a differential relationship with each other is compensated.

【0026】次に、第2の実施例を図2に基いて説明す
る。尚、この実施例は第1の実施例に基いた更に具体的
な半導体増幅器であり、図2において図1と同一又は相
当する部分を同一符号で示す。まず回路構成を説明する
と、差動対を構成するFETq1 ,q2 のドレインにF
ET q3 ,q4 がカスケード接続されると共に、抵抗
負荷R1 ,R2 を介して電源VDDに接続されている。F
ET q1 ,q2 の共通ソース接点が、FET q5
ドレインソース路ないし抵抗r1 を介して電源VSSに接
続している。FET q5 は、ゲートに常に印加される
一定電圧VCSによって決まる定電流I1 を流すことによ
り、上記のFET q1 〜q4 及び抵抗負荷R1 ,R2
などから成る差動増幅部の直流バイアスを設定する。よ
って、FET q5 と抵抗r1 によって、図1中の定電
流源1が実現されている。又、負荷抵抗R1 ,R2 は共
に等しい抵抗値RL に設定されており、図1中の負荷
5,6に相当している。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Note that this embodiment is a more specific semiconductor amplifier based on the first embodiment, and in FIG. 2, the same or corresponding parts as in FIG. First, the circuit configuration will be described. In the drains of the FETs q 1 and q 2 that form a differential pair, F
ET q 3 and q 4 are connected in cascade and connected to the power supply V DD via the resistive loads R 1 and R 2 . F
The common source contact of ET q 1 and q 2 is connected to the power supply V SS via the drain-source path of FET q 5 or resistor r 1 . The FET q 5 causes the constant current I 1 determined by the constant voltage V CS constantly applied to the gate to flow, thereby causing the FETs q 1 to q 4 and the resistive loads R 1 and R 2 described above.
Set the DC bias of the differential amplifier that consists of Therefore, the constant current source 1 in FIG. 1 is realized by the FET q 5 and the resistor r 1 . Further, the load resistances R 1 and R 2 are both set to the same resistance value RL , which corresponds to the loads 5 and 6 in FIG.

【0027】図1中の第1の電圧発生回路7は、直列接
続された1個のダイオードDA で実現され、第2の電圧
発生回路8は抵抗RB で実現され、定電流源2は、FE
Tq6 と抵抗r2 で実現されている。即ち、一定電圧V
CSがゲートに印加されたFET q6 のソースが抵抗r
2 を介して電源VSSに接続されることによってそのFE
T q6 に定電流I2 が流れ、この定電流I2 によって
ダイオードDA に所定の順方向電圧が発生すると共に、
抵抗RB には電圧降下が発生する。そして、抵抗RB
FET q6 のドレインとの接続接点xに生じる直流バ
イアス電圧Vref が、FET q3 ,q4 のゲートに印
加されている。
The first voltage generating circuit 7 in FIG. 1 is realized by one diode D A connected in series, the second voltage generating circuit 8 is realized by a resistor R B , and the constant current source 2 is realized. , FE
It is realized by Tq 6 and resistance r 2 . That is, the constant voltage V
The source of the FET q 6 in which CS is applied to the gate is the resistance r
Its FE by being connected to the power supply V SS via 2
A constant current I 2 flows through T q 6 , and a predetermined forward voltage is generated in the diode D A by this constant current I 2 and
A voltage drop occurs in the resistor R B. Then, the DC bias voltage V ref generated at the connection contact x between the resistor R B and the drain of the FET q 6 is applied to the gates of the FETs q 3 and q 4 .

【0028】差動入力信号Vinは、FET q7 と2個
直列に接続されたダイオードD1 ,D2 、FET q8
及び抵抗r3 から成る第1のレベルシフト段を介してF
ETq1 に供給され、差動信号VBinは、FET q9
と2個直列に接続されたダイオードD3 ,D4 、FET
10及び抵抗r4 から成る第2のレベルシフト段を介
してFET q2 に供給される。
The differential input signal V in has two diodes D 1 and D 2 and FET q 8 which are connected in series with the FET q 7.
And via the first level shift stage consisting of resistor r 3 F
The differential signal VB in supplied to ETq 1 is fed to the FET q 9
And two diodes D 3 , D 4 and FET connected in series
It is fed to the FET q 2 through a second level shift stage consisting of q 10 and a resistor r 4 .

【0029】まず、第1のレベルシフト段の構成を述べ
ると、ゲートに差動入力信号Vinが入力されるFET
7 のドレインが電源VDDに接続され、更に、そのソー
スがダイオードD1 ,D2 を介してFET q1 のゲー
トに接続されると共に、FET q8 のドレインソース
路ないし抵抗r3 を介して電源VSSにも接続されてい
る。そして、FET q8 は、ゲートに常に印加される
一定電圧VCSによって定電流I3 を流し、この定電流I
3 によってFET q1 ,q7 及びダイオードD1 ,D
2 の直流バイアスが設定されている。更に、ダイオード
1 ,D2 が、図1中のレベルシフト回路3に相当して
いる。
First, the structure of the first level shift stage will be described. The FET whose gate receives the differential input signal V in
The drain of q 7 is connected to the power supply V DD , and its source is connected to the gate of the FET q 1 through the diodes D 1 and D 2 and the drain-source path of the FET q 8 or the resistor r 3 . Is also connected to the power supply V SS . Then, the FET q 8 causes a constant current I 3 to flow by the constant voltage V CS constantly applied to the gate, and the constant current I 3
FET q 1 by 3, q 7 and diode D 1, D
2 DC bias is set. Further, the diodes D 1 and D 2 correspond to the level shift circuit 3 in FIG.

【0030】次に、第2のレベルシフト段の構成を述べ
ると、ゲートに差動入力信号VBinが入力されるFET
9 のドレインが電源VDDに接続され、更に、そのソ
ースがダイオードD3 ,D4 を介してFET q2 のゲ
ートに接続されると共に、FET q10のドレインソー
ス路ないし抵抗r4 を介して電源VSSにも接続されてい
る。そして、FET q10は、ゲートに常に印加される
一定電圧VCSによって定電流I4 を流し、この定電流I
4 によって、FET q2 ,q9 及びダイオードD3
4 の直流バイアスが設定されている。更に、ダイオー
ドD3 ,D4 が図1中のレベルシフト回路4に相当して
いる。
Next, the structure of the second level shift stage will be described. The FET whose gate receives the differential input signal VB in.
The drain of q 9 is connected to the power supply V DD , and the source thereof is connected to the gate of the FET q 2 through the diodes D 3 and D 4 and the drain-source path of the FET q 10 or the resistor r 4 . Is also connected to the power supply V SS . Then, the FET q 10 causes a constant current I 4 to flow by the constant voltage V CS constantly applied to the gate, and the constant current I 4
4 , the FETs q 2 , q 9 and the diode D 3 ,
The DC bias of D 4 is set. Further, the diodes D 3 and D 4 correspond to the level shift circuit 4 in FIG.

【0031】尚、この実施例では、FET q5
6 ,q8 ,q10と抵抗r1 〜r4 及び一定電圧VCS
例えば周知のカレントミラー回路の構成となっており、
かかるミラー回路構成によって定電流I1 〜I4 が設定
されている。更に、定電流I3 とI4 の電流値が等し
く、定電流I1 とI2 は所定の比例関係(GI =I1
2)に設定されている。又、ダイオードD1 〜D4
びDA は全て機構学的に等しく設計されると共に、FE
T q7 とq9 も機構学的に等しく設計されている。よ
って、第1のレベルシフト段と第2のレベルシフト段
は、電気的特性と温度依存性が共に等しくなっている。
更に、抵抗RB の値は、抵抗負荷の値RL に対して、R
B =RL ×I1 /2×I2 =GI ×RL /2の関係に決
められている。
In this embodiment, FET q 5 ,
The q 6 , q 8 , q 10 and the resistors r 1 to r 4 and the constant voltage V CS have, for example, a well-known current mirror circuit configuration.
The constant currents I 1 to I 4 are set by the mirror circuit configuration. Furthermore, equal current value of the constant current I 3 and I 4, a constant current I 1 and I 2 are predetermined proportional relationship (G I = I 1 /
I 2 ) is set. Further, the diodes D 1 to D 4 and D A are all mechanically designed to be equal and
T q 7 and q 9 are also designed to be mechanistically equivalent. Therefore, the first level shift stage and the second level shift stage have the same electrical characteristics and temperature dependence.
Further, the value of the resistor R B is R with respect to the value R L of the resistive load.
B = are determined to R L × I 1/2 × I 2 = G I × R L / 2 relationship.

【0032】次に、かかる回路構成を有する第2実施例
の作用を説明する。まず、図1中のレベルシフト回路3
に相当するダイオードD1 ,D2 と、図1中の第1の電
圧発生回路7に相当するダイオードDA について考察す
ると、ダイオードD1 ,D2に対するダイオードDA
温度係数の関係が、前記式(7) の条件(第1の条件)を
満足している。即ち、前記式(7) を参照して、ダイオー
ドD1 とD2 の順方向電圧の和をVLS0 、更に、ダイオ
ードD1 とD2 の総合の温度係数をkLS、一方、ダイオ
ードDA の順方向電圧をZA0×I2 、ダイオードDA
温度係数をkZAと対応付けると、VLS0 =−ZA0×I2
より、kZA=kLS/2となる。この実施例では、2個の
ダイオードD1 ,D2 に対して1個のダイオードDA
対応付けられているので、夫々の温度係数の関係が、k
ZA=kLS/2の条件に合致しており、したがって第1の
条件を満足している。又、明らかに、他方のレベルシフ
ト回路4に相当するダイオードD3 ,D4 に対するダイ
オードDA の関係についても第1の条件を満足してい
る。
Next, the operation of the second embodiment having such a circuit configuration will be described. First, the level shift circuit 3 in FIG.
A diode D 1, D 2 which corresponds to, when considered diode D A corresponding to the first voltage generating circuit 7 in FIG. 1, the temperature coefficient of the diode D A for the diodes D 1, D 2 relationship, the The condition (first condition) of Expression (7) is satisfied. That is, referring to the equation (7), the sum of the forward voltages of the diodes D 1 and D 2 is V LS0 , the total temperature coefficient of the diodes D 1 and D 2 is k LS , and the diode D A is When the forward voltage of ZA is associated with Z A0 × I 2 and the temperature coefficient of the diode D A is associated with k ZA , V LS0 = −ZA 0 × I 2
Therefore , k ZA = k LS / 2. In this embodiment, since one diode D A is associated with the two diodes D 1 and D 2 , the temperature coefficient relationship between them is k
The condition of ZA = k LS / 2 is satisfied, and therefore the first condition is satisfied. Further, obviously, the relationship of the diode D A with respect to the diodes D 3 and D 4 corresponding to the other level shift circuit 4 also satisfies the first condition.

【0033】更に、図1中の負荷5,6に相当する負荷
抵抗R1 ,R2 と、図1中の第2の電圧発生回路8に相
当する抵抗RB について考察すると、これらの温度係数
の関係が、前記式(8) の条件(第2の条件)を満足して
いる。即ち、前記式(8) を参照して、負荷抵抗R1 ,R
2 の抵抗値をZL0(=RL )、その温度係数をkZL、抵
抗RB の値をZBO、その温度係数をkZBと対応付ける
と、抵抗R1 ,R2 及びRB はいずれも抵抗素子である
ので、kZL=kZBであり、更に、前述したように、抵抗
値はRB =GI ×RL /2に決められているので、前記
式(8) の条件(第2の条件)を満足している。
Further, considering load resistors R 1 and R 2 corresponding to the loads 5 and 6 in FIG. 1 and a resistor R B corresponding to the second voltage generating circuit 8 in FIG. Relationship satisfies the condition (second condition) of the equation (8). That is, referring to the equation (8), the load resistances R 1 , R
2 of the resistance value Z L0 (= R L), either the temperature coefficient k ZL, the value of Z BO resistor R B, when associating the temperature coefficient k ZB, resistors R 1, R 2 and R B Is also a resistance element, k ZL = k ZB , and as described above, the resistance value is determined to be R B = G I × R L / 2, so the condition (8) The second condition) is satisfied.

【0034】このように、この実施例は、前記の第1,
第2の条件を同時に満足するように構成されているの
で、FET q2 のドレインソース間電圧VDS2 とFE
T q4 のドレインソース間電圧VDS4 との比(VDS4
/VDS2 )及び、FET q1のドレインソース間電圧
DS1 とFET q3 のドレインソース間電圧VDS3
の比(VDS3 /VDS1 )が、温度変動に関わらず一定に
保たれるので、電圧利得の変動が大幅に低減され、最小
受信感度の優れた増幅器を実現することができる。
As described above, this embodiment is the same as the first
Since the second condition is satisfied at the same time, the drain-source voltage V DS2 of the FET q 2 and the FE
The ratio of T q 4 to the drain-source voltage V DS4 (V DS4
/ V DS2) and the ratio of the drain-source voltage V DS3 drain-source voltage V DS1 and FET q 3 of FET q 1 (V DS3 / V DS1) is, so is kept constant regardless of the temperature variation It is possible to realize an amplifier with excellent minimum reception sensitivity, in which fluctuations in voltage gain are significantly reduced.

【0035】次に、第3の実施例を図3と共に説明す
る。尚、この実施例は第2の実施例(図2を参照)の変
形例であり、図3において図2と同一又は相当する部分
は同一符号で示している。そして、この実施例は、定電
流I1 によって直流バイアスされるFET q1 〜q4
と負荷抵抗R1 ,R2 などによって形成されている差動
増幅部を、大電力ダイオードDp1を介して電源電圧VDD
に接続している。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that this embodiment is a modification of the second embodiment (see FIG. 2), and the same or corresponding portions in FIG. 3 as those in FIG. Then, this embodiment, FET q 1 to q 4, which is DC biased by a constant current I 1
The differential amplifier formed by the load resistances R 1 and R 2 is connected to the power supply voltage V DD via the high power diode D p1.
Connected to.

【0036】更に、ダイオードDA にダイオードDp2
直列接続されると共に、レベルシフト回路を構成してい
るダイオードD1 ,D2 に対して、ダイオードDp3が直
列接続され、且つダイオードD3 ,D4 に対して、ダイ
オードDp4が直列接続されている。したがって、大電力
ダイオードDp1に生じる順方向電圧VDp1 による直流バ
イアスのシフト(移動)分を、ダイオードDp2,Dp3
p4によって補償するので、FET q1 〜q5 などに
よる差動増幅部の動作点は、図2に示した第2の実施例
とほぼ同じになっている。更に、抵抗RB と負荷抵抗R
L の関係、及びダイオードD1 ,D2 (若しくはD3
4 )に対するダイオードDA の関係も第2の実施例と
同じ条件に設定されている。
Furthermore, the diode D with the diode D p2 are connected in series to the A, relative to the diode D 1, D 2 constituting the level shift circuit, the diode D p3 are connected in series, and a diode D 3, A diode D p4 is connected in series with D 4 . Therefore, the amount of shift (movement) of the DC bias due to the forward voltage V Dp1 generated in the high power diode D p1 is set to the diodes D p2 , D p3 ,
Since the compensation is performed by D p4 , the operating point of the differential amplifier section including the FETs q 1 to q 5 is almost the same as that of the second embodiment shown in FIG. Furthermore, the resistance R B and the load resistance R
The relationship between L and the diodes D 1 , D 2 (or D 3 ,
The relationship of the diode D A with respect to D 4 ) is also set to the same condition as in the second embodiment.

【0037】この実施例によれば、環境温度などの変化
に関わらず電圧利得を一定に保持することができると共
に、ダイオードDp1を設けたことによって、上記差動増
幅部を構成しているFETを飽和させることなく動作さ
せるので、高周波増幅器を実現することができる。
According to this embodiment, the voltage gain can be kept constant irrespective of changes in the environmental temperature and the diode D p1 is provided, so that the FET constituting the differential amplification section is constituted. Since it operates without being saturated, a high frequency amplifier can be realized.

【0038】次に、第4の実施例を図4と共に説明す
る。尚、この実施例は、図2に示す抵抗負荷R1 ,R2
の代わりに、相互に同一の電気的特性を有するFET
L1とqL2の夫々のゲートソース間を接続して成る能動
負荷を使用すると共に、FETqL1とqL2のソース間に
クランプダイオードDC1とDC2が接続されている。残余
の構成要素は、図2に示す実施例と同じである。したが
って、レベルシフト回路を構成するダイオードD1 とD
2 (若しくはD3 とD4 )に対するダイオードDA の関
係は、前記式(7) に示した第1の条件を満足しており、
更に、FETqL1(若しくはqL2)をソース側から見た
ときのインピーダンスZout に対する抵抗RB の関係
は、前記式(8) に示す第2の条件を満足している。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the resistance loads R 1 and R 2 shown in FIG.
FETs having the same electrical characteristics as each other instead of
Clamp diodes D C1 and D C2 are connected between the sources of FETs q L1 and q L2 while using an active load formed by connecting the respective gate sources of q L1 and q L2 . The remaining components are the same as in the embodiment shown in FIG. Therefore, the diodes D 1 and D constituting the level shift circuit are
The relationship of the diode D A with respect to 2 (or D 3 and D 4 ) satisfies the first condition shown in the equation (7),
Furthermore, the relationship between the resistance R B and the impedance Z out when the FET q L1 (or q L2 ) is viewed from the source side satisfies the second condition shown in the above equation (8).

【0039】この実施例によっても、FET q1 〜q
5 及びqL1,qL2などから成る差動増幅部の電圧利得が
温度変動に関わらず一定に保持される。更に、FET
L1,qL2の能動負荷を用いるので、プレーナ型半導体
製造技術を適用することによって、歩留まりの向上を図
ることができるなどの効果がある。又、クランプダイオ
ードDC1,DC2を設けたことにより、過大な入力信号V
in,VBinが入力されても、出力信号Vo を所定の出力
振幅範囲内に治めることができるので、上記差動増幅部
を構成しているFETを飽和させることの無い高周波増
幅器を実現することができる。
Also according to this embodiment, the FETs q 1 to q
The voltage gain of the differential amplification unit composed of 5 and q L1 , q L2, etc. is kept constant regardless of temperature fluctuations. In addition, FET
Since active loads of q L1 and q L2 are used, there is an effect that the yield can be improved by applying the planar semiconductor manufacturing technique. Also, because the clamp diodes D C1 and D C2 are provided, an excessive input signal V
Even if in and VB in are input, the output signal V o can be controlled within a predetermined output amplitude range, so that a high-frequency amplifier that does not saturate the FETs constituting the differential amplification section is realized. be able to.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ソ
ース接点が共通接続されて差動対を構成する第1,第2
の電界効果トランジスタと、前記ソース接点に接続され
て一定電流を流す第1の定電流回路と、前記第1,第2
の電界効果トランジスタの各ドレインにカスケード接続
される第3,第4の電界効果トランジスタと、前記第
3,第4の電界効果トランジスタの夫々に接続された負
荷と、前記第3,第4の電界効果トランジスタのゲート
に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス回路と、差
動入力信号を所定電圧分レベルシフトして前記第1,第
2の電界効果トランジスタのゲート間に供給するレベル
シフト回路とを具備し、前記直流バイアス回路は、前記
レベルシフト回路の温度係数に対してその2分の1の温
度係数を有する第1の定電圧発生手段と、前記負荷に発
生する直流の降下電圧と等しい直流電圧を発生する第2
の定電圧発生手段とを有する構成としたので、前記レベ
ルシフト回路が自らの温度係数に依存して発生するレベ
ルシフト電圧の変化と、第1の定電圧手段が自らの温度
係数に依存して発生する電圧の変化とが相殺され、同時
に、前記負荷が自らの温度係数に依存して発生する電圧
の変化と、第2の定電圧手段が自らの温度係数に依存し
て発生する電圧の変化とが相殺される。この結果、前記
カスケード接続される第3,第4の電界効果トランジス
タのゲートに印加される直流バイアス電圧の温度による
電圧変化が、前記レベルシフト回路及び負荷の温度によ
る電圧変化に追従することとなり、前記第3,第4の電
界効果トランジスタのドレインソース間電圧に対する前
記第1,第2の電界効果トランジスタのドレインソース
間電圧の比が温度変化に関わらず一定に保たれるので、
温度変動による電圧増幅率(電圧利得)が低減され且つ
最小受信感度の優れた半導体増幅器を提供することがで
きる。更に、差動対を有するECL形式やSCFL形式
の回路構成となっているので、高速の半導体増幅器を提
供することができる。
As described above, according to the present invention, the source contacts are commonly connected to form the differential pair.
Field effect transistor, a first constant current circuit connected to the source contact and flowing a constant current, the first and second
Third and fourth field effect transistors cascade-connected to the respective drains of the field effect transistors, load connected to each of the third and fourth field effect transistors, and the third and fourth field effect transistors. A DC bias circuit for applying a DC bias voltage to the gate of the effect transistor, and a level shift circuit for level-shifting the differential input signal by a predetermined voltage and supplying it between the gates of the first and second field effect transistors. The DC bias circuit includes a first constant voltage generating means having a temperature coefficient that is ½ of the temperature coefficient of the level shift circuit, and a DC voltage equal to the DC drop voltage generated in the load. Second to generate
And the first constant voltage means depends on its own temperature coefficient and the change of the level shift voltage generated by the level shift circuit depending on its own temperature coefficient. The change in the generated voltage is offset, and at the same time, the change in the voltage generated by the load depending on its own temperature coefficient and the change in the voltage generated by the second constant voltage means depending on its own temperature coefficient. And are offset. As a result, the voltage change due to the temperature of the DC bias voltage applied to the gates of the third and fourth field effect transistors connected in cascade follows the voltage change due to the temperature of the level shift circuit and the load. Since the ratio of the drain-source voltage of the first and second field-effect transistors to the drain-source voltage of the third and fourth field-effect transistors is kept constant regardless of temperature change,
It is possible to provide a semiconductor amplifier in which the voltage amplification factor (voltage gain) due to temperature fluctuation is reduced and which has excellent minimum receiving sensitivity. Furthermore, since the circuit configuration is an ECL format or SCFL format having a differential pair, a high speed semiconductor amplifier can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による第1の実施例を示す回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment according to the present invention.

【図2】本発明による第2の実施例を示す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment according to the present invention.

【図3】本発明による第3の実施例を示す回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment according to the present invention.

【図4】本発明による第4の実施例を示す回路図であ
る。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a fourth embodiment according to the present invention.

【図5】従来の半導体増幅器の一例を示す回路図であ
る。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a conventional semiconductor amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…定電流源、3,4……レベルシフト回路、5,
6…負荷、7,8…電圧発生回路、q1 〜q10,qL1
L2…FET、D1 〜D4 ,DA ,Dp1,Dp2,Dp3
p4,DC1,DC2…ダイオード、r1 〜r4 ,RB …抵
抗、R1 ,R2…負荷抵抗。
1, 2 ... Constant current source, 3, 4 ... Level shift circuit, 5,
6 ... load, 7,8 ... voltage generation circuit, q 1 ~q 10, q L1 ,
q L2 ... FET, D 1 to D 4 , D A , D p1 , D p2 , D p3 ,
D p4, D C1, D C2 ... diodes, r 1 ~r 4, R B ... resistor, R 1, R 2 ... load resistor.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソース接点が共通接続されて差動対を構
成する第1,第2の電界効果トランジスタと、前記ソー
ス接点に接続されて一定電流を流す第1の定電流回路
と、前記第1,第2の電界効果トランジスタの各ドレイ
ンにカスケード接続される第3,第4の電界効果トラン
ジスタと、前記第3,第4の電界効果トランジスタの夫
々に接続された負荷と、前記第3,第4の電界効果トラ
ンジスタのゲートに直流バイアス電圧を印加する直流バ
イアス回路と、差動入力信号を所定電圧分レベルシフト
して前記第1,第2の電界効果トランジスタのゲート間
に供給するレベルシフト回路とを具備し、 前記直流バイアス回路は、前記レベルシフト回路の温度
係数に対してその2分の1の温度係数を有する第1の定
電圧発生手段と、前記負荷に発生する直流の降下電圧と
等しい直流電圧を発生する第2の定電圧発生手段とを有
すること、を特徴とする半導体増幅器。
1. A first and a second field effect transistor having source contacts commonly connected to form a differential pair, a first constant current circuit connected to the source contact to flow a constant current, and the first field effect transistor. First and third field effect transistors cascade-connected to the drains of the first and second field effect transistors, loads connected to the third and fourth field effect transistors, and the third and fourth field effect transistors, respectively. A DC bias circuit for applying a DC bias voltage to the gate of the fourth field-effect transistor, and a level shift for level-shifting the differential input signal by a predetermined voltage and supplying it between the gates of the first and second field-effect transistors. A first constant voltage generating means having a temperature coefficient that is ½ of the temperature coefficient of the level shift circuit, and the DC bias circuit is generated in the load. That DC voltage drop equal to the DC voltage to a second constant voltage generating means for generating, semiconductor amplifiers, characterized in.
【請求項2】 前記レベルシフト回路は、偶数個の直列
接続された定電圧発生素子から成り、前記第1の定電圧
発生手段は、該レベルシフト回路の半分の個数の定電圧
発生素子から成り、前記負荷と前記第2の定電圧発生手
段は、共に等しい温度係数を有するインピーダンス素子
から成ることを特徴とする請求項1に記載の半導体増幅
器。
2. The level shift circuit comprises an even number of constant voltage generators connected in series, and the first constant voltage generator comprises half the number of constant voltage generators of the level shift circuit. 2. The semiconductor amplifier according to claim 1, wherein the load and the second constant voltage generating means are both impedance elements having the same temperature coefficient.
【請求項3】 前記定電圧発生素子はダイオードであ
り、前記インピーダンス素子は抵抗であることを特徴と
する請求項2に記載の半導体増幅器。
3. The semiconductor amplifier according to claim 2, wherein the constant voltage generating element is a diode and the impedance element is a resistor.
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