DE102016209018A1

DE102016209018A1 - Mehrstufenverstärker

Info

Publication number: DE102016209018A1
Application number: DE102016209018.6A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Heima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: NERA INNOVATIONS LTD., IE
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US20160352288A1; JP2016225756A; CN106208979B; US9871493B2; CN106208979A; JP6387902B2

Abstract

Ein erster Transistor hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Ein zweiter Transistor hat einen dritten Anschluss, einen vierten Anschluss und einen fünften Anschluss, der elektrisch mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors während einer mit dem ersten Transistor durchgeführten Verstärkung verbunden ist. Eine erste Vorspannungsschaltung ist elektrisch mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors verbunden und führt dem ersten Anschluss eine erste Vorspannung zu, so dass eine Größe der ersten Vorspannung mit einem Schaltungstemperaturanstieg erhöht wird. Eine zweite Vorspannungsschaltung ist elektrisch mit dem dritten Anschluss des zweiten Transistors verbunden und führt dem dritten Anschluss eine zweite Vorspannung zu, so dass die Größe der zweiten Vorspannung mit Bezug auf Schaltungstemperaturänderungen konstant gehalten wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrstufenverstärker.
Technologischer Hintergrund
Eine Technik, die Stromwiederverwendung genannt wird, das heißt eine Technik des vertikalen Stapelns einer Vielzahl von Schaltungen, so dass ein Strom, der in einer Schaltung einer oberen Stufe fließt, in einer Schaltung einer unteren Stufe verwendet wird, ist zur praktischen Verwendung gebracht worden. Üblicherweise ist mit der Reduzierung von Energiezuführspannungen zu CMOS-Schaltungen eine verwandte Technik bereitgestellt worden, bei der eine hochspannungsfeste Energiezuführspannung durch vertikales Stapeln einer Vielzahl von CMOS-Schaltungen verwendet wird. Typische Beispiele für vertikal gestapelte Schaltungen zur Stromwiederverwendung in dem verwandten Stand der Technik sind Speichereinheiten, digitale (logische) Schaltungen und RF-Schaltungen (z. B. LNA+Puffer oder VCO+MIX). Ein Verbrauchsstrom kann durch Ausübung einer Stromwiederverwendung reduziert werden.
Eine Technik zum Ausüben einer Stromwiederverwendung in einem Mehrstufenverstärker, wie beispielsweise offenbart in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-332864 , ist bekannt. Bei diesem Mehrstufenverstärker sind ein Drain eines Verstärkers einer ersten Stufe (verstärkender Transistor einer ersten Stufe) und ein Gate eines Verstärkers einer letzten Stufe (verstärkender Transistor einer letzten Stufe) miteinander verbunden, um eine mehrstufige Verstärkung eines Eingangssignals durchzuführen. Des Weiteren sind von dem Gesichtspunkt einer Stromwiederverwendung eine Source des verstärkenden Transistors der letzten Stufe und das Drain des verstärkenden Transistors der ersten Stufe miteinander verbunden.
Eine Vorspannungsschaltung ist mit jeder einer Vielzahl von Schaltungen verbunden, die vertikal zur Stromwiederverwendung gestapelt sind. In vielen Fällen stellt, wenn eine Schaltung, die eine Vorspannung empfängt, eine Temperaturcharakteristik hat, eine Vorspannungsschaltung die Größe der Vorspannung ein, um eine Verschlechterung der Schaltungscharakteristik mit Temperaturänderungen zu verhindern. In einem Fall, bei dem eine Vielzahl von vertikal gestapelten Schaltungen jeweils Temperaturcharakteristiken haben, stellen Vorspannungsschaltungen die Größen von Stromvorspannungen auf die Schaltungen in oberen und unteren Stufen ein, so dass die Schaltungscharakteristiken sich nicht mit Temperaturänderungen verschlechtern. Bei einer Speichereinheit oder dergleichen werden Schaltungen in einer oberen Stufe und Schaltungen in einer unteren Stufe bei vertikal gestapelten Schaltungen mit Temperaturcharakteristiken betrieben, die zueinander gleich sind. Entsprechend ändern in einer Speichereinheit oder dergleichen eine Vielzahl von Vorspannungsschaltungen Vorspannungen zu einer Schaltung in einer oberen Stufe und einer Schaltung in einer unteren Stufe mit derselben Tendenz mit Bezug auf die Temperaturänderung.
Auf der anderen Seite können bei einem Mehrstufenverstärker Vorspannungen auf eine Weise zugeführt werden, die sich von der oben beschriebenen unterscheidet. Bei einem Mehrstufenverstärker wird ein Signal, das durch einen Verstärker einer ersten Stufe verstärkt wird, in einen Verstärker einer nachfolgenden Stufe eingegeben. Daher wird die Größe des Eingangssignals zwischen dem Verstärker der ersten Stufe und dem Verstärker der nachfolgenden Stufe geändert. Aufgrund dieses Unterschieds sind verschiedene Leistungsfähigkeiten des Verstärkers der ersten Stufe und des Verstärkers der nachfolgenden Stufe erforderlich. Um verschiedenen Leistungsanforderungen zu genügen, ist es erstrebenswert, einer einzelnen bestimmten Leistungsfähigkeit, die der Verstärker der ersten Stufe hat, eine bestimmte Temperaturcharakteristik zu geben, und einer anderen bestimmten Leistungsfähigkeit, die der Verstärker der nachfolgenden Stufe hat, eine andere Temperaturcharakteristik zu geben. Dies ist eine spezifische Bedingung, die irrelevant für die oben beschriebene Speichereinheit oder dergleichen ist. Der oben beschriebenen verwandten Technik mangelt es an einer Berücksichtigung dieses Unterschieds, und es existieren weiterhin Verbesserungspunkte für Mehrstufenverstärker, die eine Stromwiederverwendung verwenden.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit Blick auf das oben beschriebene Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrstufenverstärker bereitzustellen, der einen reduzierten Energieverbrauch und gute Charakteristiken hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Mehrstufenverstärker: einen ersten Transistor, aufweisend einen ersten Anschluss, in den ein Eingangssignal eingegeben wird, und einen zweiten Anschluss, von dem ein Signal, das durch Verstärkung des Eingangssignals erhalten wird, ausgegeben wird; einen zweiten Transistor, aufweisend einen dritten Anschluss, in den das durch den ersten Transistor verstärkte Signal eingegeben wird, einen vierten Anschluss, von dem ein Signal, das durch Verstärkung des Signals, das über den dritten Anschluss empfangen wird, erhalten wird, ausgegeben wird und einen fünften Anschluss, der elektrisch mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors während einer mit dem ersten Transistor durchgeführten Verstärkung verbunden ist; eine erste Vorspannungsschaltung, die elektrisch mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist und eine erste Vorspannung dem ersten Anschluss zuführt, so dass eine Größe der ersten Vorspannung mit einem Schaltungstemperaturanstieg erhöht wird; und eine zweite Vorspannungsschaltung, die elektrisch mit dem dritten Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist und eine zweite Vorspannung dem dritten Anschluss zuführt, so dass die Größe der zweiten Vorspannung bezüglich Änderungen der Schaltungstemperatur konstant gehalten wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Mehrstufenverstärker, der einen reduzierten Energieverbrauch und gute Charakteristiken hat, durch eine Kombination von Stromwiederverwendungstechniken für Mehrstufenverstärker und durch Einstellen von Vorspannungen erhalten werden, um eine durch einen Temperaturanstieg verursachte Verstärkungsreduzierung zu kompensieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung, die ein Kommunikationssystem zeigt, das einen Mehrstufenverstärker gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst.
2 ist ein Blockschaltbild, das den Konverter zeigt, der den Mehrstufenverstärker umfasst.
3 ist ein Schaltbild des Mehrstufenverstärkers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schaltbild des Verstärkers der ersten Stufe, den der Mehrstufenverstärker gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat.
5 ist ein Schaltbild des Verstärkers der letzten Stufe, den der Mehrstufenverstärker gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat.
6 ist ein Schaltbild des Verstärkers der zweiten Stufe, den der Mehrstufenverstärker gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat.
7 ist ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung, die für den Verstärker der ersten Stufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8 ist ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung, die für den Verstärker der letzten Stufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
9 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Zwischenknotenpotenzials des Mehrstufenverstärkers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 und 11 sind Darstellungen, die Temperaturcharakteristiken der Vorspannungen zeigen, die in dem Mehrstufenverstärker gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
12 bis 14 sind Darstellungen, die anderen Beispiele für die Temperaturcharakteristiken der Vorspannungen zeigen, die in dem Mehrstufenverstärker gemäß dem ersten Ausführungs-beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
15 und 16 sind Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs des in 9 gezeigten vertikal gestapelten Mehrstufenverstärkers.
17 und 18 sind Darstellungen zur Erläuterung der Wirkung des Mehrstufenverstärkers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
19 ist ein Schaltbild eines Mehrstufenverstärkers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Mehrstufenverstärkers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
21 und 22 sind Darstellungen, die modifizierte Beispiele für den Mehrstufenverstärker gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
23 ist ein Schaltbild eines Mehrstufenverstärkers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
24 und 25 sind Darstellungen, die modifizierte Beispiele für den Mehrstufenverstärker gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
26 ist ein Schaltbild eines Mehrstufenverstärkers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
27 und 28 sind Darstellungen, die Ausgangs-Temperaturcharakteristiken der ersten und zweiten Stromquelle zeigen, die der Mehrstufenverstärker gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat.
29 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Mehrstufenverstärkers gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
30 bis 32 sind Darstellungen, die modifizierte Beispiele für den Mehrstufenverstärker gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Erstes Ausführungsbeispiel
[Konfiguration einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel]
1 ist eine Darstellung, die ein Kommunikationssystem zeigt, das einen Mehrstufenverstärker 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst. Das in 1 gezeigte Kommunikationssystem hat einen Empfänger 3, einen Tuner 106, der ein Signal von dem Empfänger 3 empfängt, und ein Fernsehgerät 107, das aus einem Videosignal und einem Audiosignal von dem Tuner 106 eine Darstellung auf einem Bildschirm und eine Ausgabe über einen Lautsprecher erzeugt. Der Empfänger 3 hat eine BS-Antenne 4 und einen Konverter 5, der an der BS-Antenne 4 befestigt ist. Ein Signal von einem Sendesatelliten 1 wird mit der BS-Antenne 4 empfangen, die im Freien installiert ist, und über den Konverter 5 und den Tuner 106 auf dem Fernsehgerät 107 dargestellt. Der Mehrstufenverstärker 10 ist in den Konverter 5 eingebaut. Der im Freien installierte Konverter 5 kann einfach durch eine atmosphärische Temperatur beeinflusst werden und die BS-Antenne 4 kann in einer strengen Hochtemperatur- oder Niedrigtemperaturumgebung angeordnet werden. 2 ist ein Blockschaltbild, das den Konverter 5 zeigt, der den Mehrstufenverstärker 10 umfasst. Der Konverter 5 umfasst einen Leistungsverstärker 8, einen Oszillator 7, einen Mischer 6 und den Mehrstufenverstärker 10. Der Mischer 6 gibt an den Mehrstufenverstärker 10 ein Signal aus, das durch Mischung eines Ausgangssignals von dem Leistungsverstärker 8 und einem Signal von dem Oszillator 7 gebildet wird. Während ein Beispiel einer Anwendung des Mehrstufenverstärkers 10 auf das BS-Empfängersystem in der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben wird, kann der Mehrstufenverstärker 10 ebenso bei einem CS-Empfängersystem angewendet werden. Es ist unnötig zu sagen, dass auch ein Übertragungssystem durch einen Einbau des Mehrstufenverstärkers 10 in einen Sender konstruiert werden kann.
3 ist ein Schaltbild des Mehrstufenverstärkers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Mehrstufenverstärker 10 hat einen Verstärker 11 einer ersten Stufe, einen Verstärker 12 einer zweiten Stufe, einen Verstärker 13 einer letzten Stufe, eine Vorspannungsschaltung 31 zum Zuführen einer Stromvorspannung zu dem Verstärker 11 der ersten Stufe und eine Vorspannungsschaltung 32 zum Zuführen einer Stromvorspannung zu dem Verstärker 13 der letzten Stufe und ist eingerichtet, eine dreistufige Verstärkung durchzuführen. Die Verstärker 11 und 12 der ersten Stufe und der zweiten Stufe und der Verstärker 13 der letzten Stufe sind in zwei Stufen vertikal gestapelt, um eine Stromwiederverwendung durchzuführen. Der Verstärker 11 der ersten Stufe und der Verstärker 12 der zweiten Stufe sind mit einem GND-Knoten und einem Zwischenknoten 150 verbunden, während der Verstärker 13 der letzten Stufe mit dem Zwischenknoten 150 und einem Energiezuführknoten Vdd verbunden ist. Bei der vertikal gestapelten Beziehung sind der Verstärker 11 der ersten Stufe und der Verstärker 12 der zweiten Stufe in der "unteren Stufe" angeordnet und der Verstärker 13 der letzten Stufe ist in der "oberen Stufe" angeordnet.
In einer ersten bevorzugten Form des ersten Ausführungsbeispiels ist eine "Einstellschaltung" zur Einstellung der Größe eines Stroms vorgesehen, der durch den Zwischenknoten 150 fließt, so dass eine Potenzialvariation an dem Zwischenknoten 150 eingeschränkt wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel spielt der Verstärker 12 der zweiten Stufe die Rolle dieser Einstellschaltung.
4 ist ein Schaltbild des Verstärkers 11 der ersten Stufe, den der Mehrstufenverstärker 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat. 4 zeigt auch die Vorspannungsschaltung 31 zum Zuführen einer Vorspannung zu dem Verstärker 11 der ersten Stufe als auch den Verstärker 11 der ersten Stufe. Irgendeine von verschiedenen gut bekannten Differenzialverstärkerschaltungen kann vorzugsweise als Verstärker 11 der ersten Stufe verwendet werden. Die in 4 beispielhaft gezeigte Differenzialverstärkerschaltung hat verstärkende Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe, deren Sources miteinander verbunden sind und die Eingangssignale IN+ und IN– haben, die in ihre Gates eingegeben werden, einen verstärkenden Transistor Tr3 der ersten Stufe, der zwischen einem Source-Verbindungspunkt der Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe und einem GND-Knoten vorgesehen ist, und Transistoren Tr4 und Tr5, die zwischen Drains der verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe und dem Zwischenknoten 150 vorhanden sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht der verstärkende Transistor Tr2 der ersten Stufe dem "ersten Transistor" der vorliegenden Erfindung und hat ein Gate, über das er ein Eingangssignal IN+ empfängt, und ein Drain, über das er ein verstärktes Signal OUT‘ ausgibt, das durch Verstärkung von Differenzialeingangssignalen erhalten wird. Der verstärkende Transistor Tr1 der ersten Stufe hat ein Gate, über das er ein Eingangssignal IN– empfängt. Der Source-Verbindungspunkt zwischen den verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe ist mit einem Drain des verstärkenden Transistors Tr3 der ersten Stufe verbunden. Eine Source des verstärkenden Transistors Tr3 der ersten Stufe ist elektrisch mit dem GND-Knoten verbunden. Der Source-Verbindungspunkt zwischen den verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe ist über den verstärkenden Transistor Tr3 der ersten Stufe in dem Ein-Zustand elektrisch mit dem GND-Knoten verbunden, wenn der Verstärker 11 der ersten Stufe arbeitet, um eine Verstärkung eines Eingangssignals durchzuführen. "Verstärkung" kann hier eine Leistungsverstärkung oder eine Spannungsverstärkung sein.
Die Vorspannungsschaltung 31 führt den Gates der verstärkenden Transistoren Tr1, Tr2 und Tr3 der ersten Stufe Stromvorspannungen zu, so dass die Größen der Vorspannungen mit einem Schaltungstemperaturanstieg höher werden. Insbesondere umfasst die Vorspannungsschaltung 31 eine Vorspannungsschaltung 31a und eine Vorspannungsschaltung 31b. Die Transistoren sind verschiedene Objekte, denen Vorspannungen von der Vorspannungsschaltung 31a und der Vorspannungsschaltung 31b zuzuführen sind, und die Werte der den Transistoren zugeführten Vorspannungsspannungen unterscheiden sich voneinander. Die Vorspannungsschaltung 31a und die Vorspannungsschaltung 31b haben jedoch dieselbe Tendenz (das heißt dieselbe Temperaturausgabecharakteristik) bezüglich einer Änderung der Größen der Vorspannungen mit einer Schaltungstemperaturänderung und haben jeweils beispielsweise eine Charakteristik B, die unten mit Bezug auf 11 beschrieben wird. In den Beschreibungen des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels wird daher zur Vereinfachung der Beschreibung eine gemeinsame Temperaturcharakteristik der Vorspannungsschaltung 31a und 31b als eine "Temperaturcharakteristik der Vorspannungsschaltung 31" beschrieben.
Wie in 4 gezeigt, sind die Gates der verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe mit der Vorspannungsschaltung 31a jeweils über Widerstände R1 und R2 verbunden. Insbesondere sind die einen Enden der Widerstände R1 und R2 mit den Gates der verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe verbunden; die anderen Enden der Widerstände R1 und R2 sind miteinander verbunden; und der Punkt dieser Verbindung ist mit der Vorspannungsschaltung 31a verbunden. Die Vorspannungsschaltung 31a legt eine Vorspannungsspannung Vg12 an jeden der Widerstände R1 und R2 an. Auf der anderen Seite ist das Gate des verstärkenden Transistors Tr3 der ersten Stufe über einen Widerstand R3 mit der Vorspannungsschaltung 31b verbunden. Daher legt die Vorspannungsschaltung 31b eine Vorspannungsspannung Vg1 an den Widerstand R3 an. Die Werte der Vorspannungsspannungen Vg1 und Vg12 sind ausgelegt, so dass der Strom, der gleich zu den gesamten Strömen, die durch die verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe fließen, durch den verstärkenden Transistor Tr3 der ersten Stufe fließt. Die Schaltungskonfiguration und der Betrieb des Differenzialverstärkers sind gut bekannt und die Werte der für die Transistoren bereitzustellenden Vorspannungen können auf der Basis einer gut bekannten Technik festgelegt werden. Daher wird keine weitere Beschreibung zu ihnen gemacht.
5 ist ein Schaltbild des Verstärkers 13 der letzten Stufe, den der Mehrstufenverstärker 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat. Der Verstärker 13 der letzten Stufe hat eine Induktionsspule L7, einen Kondensator C7, einen Widerstand R7 und einen verstärkenden Transistor Tr7 einer letzten Stufe. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht der verstärkende Transistor Tr7 der letzten Stufe dem "zweiten Transistor" der vorliegenden Erfindung. Ein Signal OUT", das mit dem Verstärker 11 der ersten Stufe (verstärkende Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe) verstärkt wird und des Weiteren mit dem Verstärker 12 der zweiten Stufe verstärkt wird, wird in ein Gate des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe eingegeben. Von einem Drain des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe wird ein Signal OUT ausgegeben, das erhalten wird durch Verstärkung des Signals OUT", das in das Gate eingegeben wird. Eine Source des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe ist mit dem Zwischenknoten 150 verbunden. Die Source des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe ist über die Transistoren Tr4 und Tr5 elektrisch mit Drains der verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe in dem Ein-Zustand verbunden, wenn der Verstärker 11 der ersten Stufe arbeitet, um eine Signalverstärkung durchzuführen. Eine Vorspannungsspannung Vg2 von der unten beschriebenen Vorspannungsschaltung 32 wird an einen Verbindungspunkt zwischen dem Gate des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe und dem Kondensator C7 angelegt.
6 ist ein Schaltbild des Verstärkers 12 der zweiten Stufe, den der Mehrstufenverstärker 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat. Ein in 6 gezeigter selbstvorspannender CMOS-Inverter wird auf den Verstärker 12 der zweiten Stufe angewendet. Der in 6 gezeigte selbstvorspannende CMOS-Inverter hat ein MOSFET Q1 vom N-Typ und ein MOSFET Q2 vom P-Typ, die (complimentarily) miteinander verbunden sind, einen Widerstand R12 und einen Kondensator C12. Das verstärkte Signal OUT‘, das von dem Verstärker 11 der ersten Stufe ausgegeben wird, wird über den Kondensator C12 in einen Verbindungspunkt zwischen Gates des MOSFET Q2 vom P-Typ und des MOSFET Q1 vom N-Typ eingegeben. Der Widerstand R12 verbindet den Gate-Verbindungspunkt und einen Drain-Verbindungspunkt zwischen dem MOSFET Q2 vom P-Typ und dem MOSFET Q1 vom N-Typ miteinander. Der Drain-Verbindungspunkt zwischen dem MOSFET Q2 vom P-Typ und dem MOSFET Q1 vom N-Typ ist ein Ausgangsanschluss, über den das verstärkte Signal OUT" ausgegeben wird. Dieser Ausgangsanschluss ist elektrisch mit dem Gate des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe verbunden. Der Verstärker 12 der zweiten Stufe verstärkt des Weiteren das in der ersten Stufe verstärkte Signal OUT‘, das über den Eingangsanschluss eingegeben wird, und gibt das in der zweiten Stufe verstärkte Signal OUT" an den Ausgangsanschluss aus.
Der oben beschriebene Verstärker 12 der zweiten Stufe führt einen bevorzugten Schaltungsbetrieb durch, um die Strommenge, die durch den Zwischenknoten 150 fließt, einzustellen, so dass eine Potenzialvariation an dem Zwischenknoten 150 begrenzt wird. Insbesondere ändert der oben beschriebene Verstärker 12 der zweiten Stufe den Strom, der veranlasst wird, dadurch zufließen, auf der Basis des Potenzials an dem Verbindungspunkt, an dem der Zwischenknoten 150 und der Verstärker 12 der zweiten Stufe elektrisch miteinander verbunden sind. Ein größerer Strom kann durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe von dem Zwischenknoten 150 durch eine Erhöhung des Stroms, der zum Fließen durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe veranlasst wird, abgezogen werden. Umgekehrt kann durch Reduzieren des Stroms, der zum Strömen durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe veranlasst wird, der von dem Zwischenknoten 150 abgezogene Strom reduziert werden, um einen Strom hinzuzugeben, der von dem Zwischenknoten 150 in den Verstärker 11 der ersten Stufe fließt. Der Verstärker 12 der zweiten Stufe führt somit einen bevorzugten Schaltungsbetrieb durch, um einen Strom an dem Zwischenknoten 150 auf der Basis des Potenzials an dem Verbindungspunkt hinzuzufügen oder abzuziehen, an dem der Zwischenknoten 150 und der Verstärker 12 der zweiten Stufe elektrisch miteinander verbunden sind.
7 ist ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung (insbesondere der Vorspannungsschaltung 31b), die für den Verstärker 11 der ersten Stufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Vorspannungsschaltung 31b ist über den Widerstand R3 elektrisch mit dem Gate des verstärkenden Transistors Tr3 der ersten Stufe verbunden, um die Vorspannungsspannung Vg1 variabel bereitzustellen. Die Vorspannungsschaltung 31b führt dem Gate des verstärkenden Transistors Tr3 der ersten Stufe eine Stromvorspannung zu, so dass die Größe der Vorspannung mit einem Schaltungstemperaturanstieg anwächst. 7 offenbart ein Beispiel einer Schaltung, die zum Bereitstellen einer solchen Stromvorspannung eingerichtet ist. Die Vorspannungsschaltung 31b hat eine Stromquelle I1, einen Transistor Tr6, der einen Ausgangsstrom hat, der von der Stromquelle I1 in sein Drain eingegeben wird, und der seine Source elektrisch mit einem GND-Knoten verbunden hat, einen Widerstand R6, der sein eines Ende mit einem Gate des Transistors Tr6 verbunden hat, und einen Kondensator C6, der zwischen dem anderen Ende des Widerstands R6 und der Source des Transistors Tr6 angeschlossen ist. Das Gate und das Drain des Transistors Tr6 sind elektrisch kurzgeschlossen. Als Stromquelle I1 wird eine PTAT(proportional-to-absolute-temperature)-Schaltung verwendet, die einen positiven Temperaturkoeffizienten hat. Verschiedene Schaltungskonfigurationen für PTAT-Schaltungen sind bekannt und werden daher nicht in dieser Beschreibung beschrieben.
Wie oben beschrieben, umfasst die Vorspannungsschaltung 31 bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Vorspannungsschaltung 31a und die Vorspannungsschaltung 31b zum Einstellen der Größen der Vorspannungen mit derselben Temperaturcharakteristik (Charakteristik B in dem ersten Ausführungsbeispiel, wie sie unten mit Bezug auf 11 beschrieben ist). Während 7 ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration für die Vorspannungsschaltung 31b zeigt, kann eine Temperaturausgangscharakteristik der Vorspannungsschaltung 31a, welche dieselbe Tendenz wie die Vorspannungsschaltung 31b hat, auch durch Aufnahme der in 7 gezeigten Schaltungskonfiguration in die Vorspannungsschaltung 31a realisiert werden, welche dieselbe wie die Vorspannungsschaltung 31b ist. Auf jeden Fall kann dieselbe Temperaturausgangscharakteristik, wie die der Vorspannungsschaltung 31b, für die Vorspannungsschaltung 31a durch Verwendung einer Schaltungskonfiguration, wie beispielsweise eine PTAT-Schaltung, festgelegt werden. Dies macht es möglich, die Größen der den Gates der verstärkenden Transistoren Tr1 bis Tr3 der ersten Stufe zugeführten Vorspannungen mit derselben Tendenz entsprechend der Schaltungstemperatur zu ändern.
8 ist ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung (Vorspannungsschaltung 32), die für den Verstärker der letzten Stufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Vorspannungsschaltung 32 ist elektrisch mit dem Gate des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe verbunden, um die Vorspannungsspannung Vg2 variabel bereitzustellen. Die Vorspannungsschaltung 32 führt dem Gate des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe eine Stromvorspannung zu, so dass die Größe der Vorspannung mit Bezug auf eine Schaltungstemperaturänderung konstant gehalten wird. 8 zeigt ein Beispiel einer Schaltung, die zum Bereitstellen einer solchen Stromvorspannung eingerichtet ist. Die in 8 gezeigte Schaltung ist dieselbe wie die in 7 gezeigte Vorspannungsschaltung 31b, bis auf dass die Stromquelle I1 gegen eine Stromquelle I2 ausgetauscht ist. Die Stromquelle I2 gibt unbeachtlich einer Temperatur einen Strom konstanter Größe aus. Bei einer Konstruktion der Vorspannungsschaltung 32 kann irgendeine von verschiedenen gut bekannten Referenzspannungsschaltungen verwendet werden und ihre Schaltungskonfiguration wird nicht einschränkend beschrieben; eine Referenzschaltung mit einer Bandlücke kann verwendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel meint "Schaltungstemperatur" die innere Schaltungstemperatur in dem Mehrstufenverstärker 10. Beispielsweise ist, wenn eine Temperaturverteilung in dem Mehrstufenverstärker 10 gegeben ist, die "Schaltungstemperatur" eine typische Temperatur, wie beispielsweise eine Durchschnittstemperatur. Streng genommen ist jede der Temperaturen der verstärkenden Transistoren Tr1, Tr2 und Tr3 der ersten Stufe des Verstärkers 11 der ersten Stufe und die Temperatur des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe des Verstärkers 13 der letzten Stufe wichtig, und die Temperaturen der Transistoren sind nicht genau gleich zueinander. In manchen Fällen gibt es kleine Unterschiede zwischen den Temperaturen. In dem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Temperaturen im Wesentlichen gleich zueinander sind, und sie werden kollektiv als "Schaltungstemperatur" behandelt. Die Schaltungstemperatur hat eine positive Beziehung mit der Temperatur des Mehrstufenverstärkers 10. Als eine Package-Struktur für den Mehrstufenverstärker 10 kann irgendeine von verschiedenen gut bekannten Package-Strukturen in die Stapelung übernommen werden, die beispielsweise, jedoch nicht einschränkend, eine Harzeinkapselung oder ein Metallgehäuse verwendet. In jedem Fall steigen, wenn die Schaltungstemperatur steigt, die Temperaturen der Schaltungselemente, die den Verstärker 11 der ersten Stufe und den Verstärker 13 der letzten Stufe bilden, an und die Ausgangscharakteristiken des Verstärkers 11 der ersten Stufe und des Verstärkers 13 der letzten Stufe ändern sich daher. Beispielsweise variieren die Durchschnitts- und die oberen und unteren Grenzwerte der Schaltungstemperatur in dem Mehrstufenverstärker 10, wenn der Konverter 5 in verschiedenen Bereichen, wie beispielsweise einem Bereich mit kalten Klima, einem Bereich mit warmen Klima und einem brennend heißen Bereich installiert wird. Selbst in einem einzelnen Bereich variiert die Schaltungstemperatur beispielsweise mit einer Änderung einer atmosphärischen Temperatur.
[Betrieb der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel]
9 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Zwischenknotenpotenzials Vmid des Mehrstufenverstärkers 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 10 und 11 sind Darstellungen, die Temperaturcharakteristiken der Vorspannungen zeigen, die in dem Mehrstufenverstärker 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der Betrieb des Mehrstufenverstärkers 10 wird unter Verwendung dieser Darstellungen beschrieben.
Die Temperaturcharakteristiken der Vorspannungen werden zuerst beschrieben. Zur Unterscheidung in der Beschreibung wird der Einfachheit halber die in 10 gezeigte Temperaturcharakteristik auch als "Charakteristik A" und die in 11 gezeigte Temperaturcharakteristik auch als "Charakteristik B" bezeichnet. Eine Referenztemperatur Tref in den Darstellungen ist eine Temperatur, die als Referenz bei einer Bestimmung der Temperaturcharakteristik verwendet wird. Die Referenztemperatur Tref kann bei der Auslegung des Verstärkers auf einen beliebigen Wert festgelegt werden. Beispielsweise kann eine Raumtemperatur, wie beispielsweise eine absolute Temperatur 300 K, als Referenztemperatur Tref verwendet werden. Der Einfachheit halber werden eine Hochtemperaturregion von Temperaturen, die gleich oder höher als die Referenztemperatur Tref sind, auch als "erste Temperaturregion Thigh" und eine Niedrigtemperaturregion unterhalb der Referenztemperatur Tref auch als "zweite Temperaturregion Tlow" bezeichnet.
Mit der in 10 gezeigten Charakteristik A wird die Größe der Vorspannung mit Bezug auf eine Schaltungstemperaturänderung konstant gehalten. Es ist bevorzugt, dass die Vorspannungsschaltung 32 dem Gate des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe die Vorspannung in Übereinstimmung mit der Charakteristik A zuführt, da die Linearität, die eine der Charakteristiken des Verstärkers 13 der letzten Stufe ist, dadurch gut aufrechterhalten wird.
Die in 11 gezeigte Charakteristik B ist derart, dass die Größe der Vorspannung proportional mit einem konstanten Gradienten mit einem Schaltungstemperaturanstieg anwächst. Es ist bevorzugt, dass die Vorspannungsschaltung 31a und die Vorspannungsschaltung 31b dem Gate des multiplizierenden Transistors Tr1 der ersten Stufe die Vorspannung Vg12, dem Gate des multiplizierenden Transistors Tr2 der ersten Stufe die Vorspannung Vg12 und dem Gate des multiplizierenden Transistors Tr3 der letzten Stufe die Vorspannung Vg1 in Übereinstimmung mit der Charakteristik B zuführt, da die Verstärkung, die eine der Charakteristiken des Verstärkers 11 der ersten Stufe ist, dadurch gut aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen verringert sich die Verstärkung des Verstärkers mit einem Temperaturanstieg, wenn die Vorspannung konstant ist. Durch die Vorspannung mit der Charakteristik B wird daher die Vorspannung mit einem Temperaturanstieg erhöht, um die Verringerung der Verstärkung zu kompensieren.
Mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde demonstriert, dass der Mehrstufenverstärker 10, der einen reduzierten Energieverbrauch und gute Charakteristiken hat, durch Kombinieren einer Stromwiederverwendungstechnik mit einem Mehrstufenverstärker und durch Einstellung der Vorspannungen zum Kompensieren einer durch einen Temperaturanstieg verursachten Verstärkungsreduzierung erhalten werden kann. Selbst wenn der Konverter 5 unter irgendeiner von verschiedenen Temperaturbedingungen (beispielsweise einer Hochtemperatur- oder Niedrigtemperaturumgebung, in der die atmosphärische Temperatur sich stark ändert) installiert wird, kann der Mehrstufenverstärker 10 das meiste seiner Verstärkungsleistung erbringen.
In einem Fall, bei dem vertikal gestapelte Schaltungen in einer herkömmlichen Speichereinheit, einer digitalen (logischen) Schaltung oder einer RF-Schaltung (LNA + Puffer oder VCO + MIX) unter dem Gesichtspunkt der Stromwiederverwendung angeordnet sind, werden Stromvorspannung für eine obere Stufe und eine untere Stufe in der vertikalen Stapelung gewöhnlich mit derselben Temperaturcharakteristik zugeführt. Ein Mehrstufenverstärker unterscheidet sich diesbezüglich jedoch und es ist bevorzugt, die Temperaturcharakteristiken der Stromvorspannungen unterschiedlich zu machen, um Charakteristiken zu genügen, die jeweils für erste und nachfolgende Verstärker erforderlich sind.
Ein Unterschiedlichmachen der Temperaturcharakteristiken von Stromvorspannungen für verschiedene Stufen verursacht jedoch ein unten beschriebenes Problem. Zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der Drain-Source-Strom des verstärkenden Transistors Tr3 der ersten Stufe des Verstärkers 11 der ersten Stufe I11 ist; der Drain-Source-Strom der MOSFETs, die den Verstärker 12 der zweiten Stufe bilden, I12 ist; der Drain-Source-Strom des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe I13 ist.
Wenn, wie in 9 gezeigt, der Verstärker 12 der zweiten Stufe nicht vorhanden ist, ist der Betrieb wie unten beschrieben. Da der Verstärker 11 der ersten Stufe und der Verstärker 13 der letzten Stufe eine vertikal gestapelte Stromwiederverwendungsschaltung sind, beeinflussen sich der Strom I11, der durch einen von ihnen fließt, und der Strom I13, der durch den anderen von ihnen fließt, einander gegenseitig.
Der Betrieb in der ersten Temperaturregion Thigh oberhalb der Referenztemperatur Tref in der in 9 gezeigten Schaltung wird betrachtet. Der Strom I13 ist konstant, da die Vorspannungsschaltung 32 die Vorspannung mit der Charakteristik A zuführt. Jedoch wird die Vorspannung, die dem verstärkenden Transistor Tr3 der ersten Stufe des Verstärkers 11 der ersten Stufe gegeben wird, in der ersten Temperaturregion Thigh über der Referenztemperatur Tref erhöht, da die Vorspannungsschaltung 31 (Vorspannungsschaltung 31b) die Vorspannung mit der Charakteristik B zuführt. In diesem Fall sollte der Strom I11 erhöht werden. In diesem Fall tritt ein Phänomen auf, bei dem der Strom I11 vorübergehend größer als der Strom I13 wird und sich das Zwischenknotenpotenzial Vmid verringert. Eine solche Verringerung des Potenzials ist nicht bevorzugt, da das Potenzial an den Zwischenknoten 150 dem Referenzpotenzial für den verstärkenden Transistor Tr7 der ersten Stufe entspricht. Andernfalls begrenzt der Verstärker 13 der letzten Stufe als die obere Stufe in der vertikal gestapelten Schaltung den Strom I11 und es besteht eine Möglichkeit, dass der Verstärker 11 der ersten Stufe als die untere Stufe in der vertikal gestapelten Schaltung versagt, normal zu funktionieren.
Der Betrieb in der zweiten Temperaturregion Tlow unterhalb der Referenztemperatur Tref in der in 9 gezeigten Schaltung wird betrachtet. Die Vorspannungsschaltung 31 macht die Stromvorspannung kleiner, als wenn die Schaltungstemperatur gleich der Referenztemperatur Tref ist. Daraus folgt, dass der Strom I11 reduziert wird, während der Strom I13 konstant ist; ein umgekehrtes Phänomen zu dem oben beschriebenen tritt auf.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung stellt eine technische Idee zum Bereitstellen mancher Stromeinstellfunktion, um den Unterschied zwischen den Strömen I11 und I13 aufzufangen, die in Stufen in einer vertikal gestapelten Schaltung, wie sie beispielsweise in 9 gezeigt ist, fließen. Insbesondere ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Verstärker 12 der zweiten Stufe vorgesehen, der einen Schaltungsbetrieb zum Einstellen des Stroms hat, der durch den Zwischenknoten 150 fließt. Bei dem Ausführungsbeispiel wird eine Auslegung gemacht, so dass I13 = I11 + I12 bei der Referenztemperatur Tref ist, die auf eine bestimmte Temperatur, wie beispielsweise Raumtemperatur, festgelegt ist.
Ein Fall, bei dem die Schaltungstemperatur ansteigt und sich das Zwischenknotenpotenzial Vmid verringert, wird zuerst beschrieben. Der Verstärker 12 der zweiten Stufe ist ein selbstvorspannender CMOS-Inverter. Wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid sich verringert, wird der Drain-Source-Strom I12 durch die MOSFETs Q1 und Q2, die den Verstärker 12 der zweiten Stufe bilden, reduziert. Auch in dem Fall einer Vorspannung mit der in 11 gezeigten Vorspannungscharakteristik B sollte der Strom I11 des Verstärkers 11 der ersten Stufe vergrößert werden, da die Schaltungstemperatur ansteigt. Die Strommenge, die versagt hat, durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe aufgrund der Verringerung des Zwischenknotenpotenzials Vmid zu fließen, wird dadurch veranlasst, durch den Verstärker 11 der ersten Stufe zu fließen. Die Beziehung: I13 = I11 + I12 kann daher aufrechterhalten werden, selbst wenn die Schaltungstemperatur erhöht wird, wodurch das Zwischenknotenpotenzial Vmid konstant aufrechterhalten wird.
Ein Fall, bei dem die Schaltungstemperatur abfällt und das Zwischenknotenpotenzial Vmid ansteigt, wird nachfolgend beschrieben. Wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid ansteigt, wird der Drain-Source-Strom I12 durch die MOSFETS in einer Beziehung erhöht, die umgekehrt zu der oben beschriebenen ist. Auch in dem Fall der Vorspannung mit der in 11 gezeigten Vorspannungscharakteristik B sollte der Strom I11 des Verstärkers 11 der ersten Stufe reduziert werden, da die Schaltungstemperatur abfällt. Wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid ansteigt, enthält der Verstärker 12 der zweiten Stufe dem Verstärker 11 der ersten Stufe einen Strom vor. Die Beziehung: I13 = I11 + I12 kann daher aufrechterhalten werden, wodurch das Zwischenknotenpotenzial Vmid konstant aufrechterhalten wird.
15 und 16 sind Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs des in 9 gezeigten vertikal gestapelten Mehrstufenverstärkers 10. In 15 ist der Betriebspunkt bei der Referenztemperatur Tref durch eine volle runde Markierung angedeutet. Wenn die Schaltungstemperatur ansteigt, erhöht die Vorspannungsschaltung 31 die Vorspannung, so dass der Betriebspunkt zu einem oberen linken Punkt versetzt wird, wie durch einen nach oben gerichteten Pfeil und einen nach links gerichteten Pfeil in 15 angedeutet. Umgekehrt reduziert die Vorspannungsschaltung 31 die Vorspannung, wenn die Schaltungstemperatur abfällt, so dass der Betriebspunkt zu einem niedrigeren rechten Punkt in 15 versetzt wird. Die folgende Beschreibung wird mit Bezug auf 16 gemacht unter Berücksichtigung der Differenz zwischen den Strömen I11 und I13. Die Ordinate von 16 repräsentiert die Differenz zwischen dem Strom durch den Verstärker 11 der ersten Stufe in der unteren Stufe (das heißt dem Strom I11) und dem Strom durch den Verstärker 13 der letzten Stufe in der oberen Stufe (das heißt dem Strom I13) in der in 9 gezeigten vertikal gestapelten Schaltung. In 16 schneidet der Wert auf der Ordinate (der Wert von I11–I13) die Abszisse bei der Referenztemperatur Tref. Die Differenz zwischen I11 und I13 bei der Referenztemperatur Tref wird der Einfachheit halber als Referenzwert I0 bezeichnet.
In der ersten Temperaturregion Thigh oberhalb der Referenztemperatur Tref erhöht die Vorspannungsschaltung 31 die Vorspannung. Daher wird der Strom I11, der für den Verstärker 11 der ersten Stufe benötigt wird, höher in dieser Region als der Referenzwert I0. Auf der anderen Seite ist der Strom, der durch den Verstärker 13 der letzten Stufe fließt, konstant, da die Vorspannung von der Vorspannungsschaltung 32 unabhängig von der Temperatur konstant ist. In der ersten Temperaturregion Thigh wird daher der Wert auf der Ordinate (das heißt der Wert, der durch Subtrahieren des Stroms I13 von dem Strom I11 erhalten wird) größer auf der positiven Seite, wenn die Temperatur, wie in 16 gezeigt, erhöht wird. In dieser Situation wird, wenn der Strom I12 durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe konstant ist, das Zwischenknotenpotenzial Vmid verringert und der Zwischenknoten 150 wird auf dem verringerten Potenzial gehalten. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Strom I12 jedoch entsprechend dem Ausmaß der Verringerung des Zwischenknotenpotenzials Vmid reduziert, wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid sich verringert, da der Verstärker 12 der zweiten Stufe eine selbstvorspannender CMOS-Inverter ist. Die Verringerung des Zwischenknotenpotenzials Vmid kann somit begrenzt werden.
Umgekehrt macht die Vorspannungsschaltung 31 in der zweiten Temperaturregion Tlow unterhalb der Referenztemperatur Tref die Vorspannung geringer als bei der Temperatur Tref. Daher ist der Strom I11, der für den Verstärker 11 der ersten Stufe benötigt wird, kleiner in dieser Region als bei dem Referenzwert I0. Auf der anderen Seite ist der Strom I13, der durch den Verstärker 13 der letzten Stufe fließt, konstant, da die Vorspannung von der Vorspannungsschaltung 32 unabhängig von der Temperatur konstant ist. In der zweiten Temperaturregion Tlow wird daher der Wert auf der Ordinate (das heißt der Wert, der durch Subtrahieren des Strom I13 von dem Strom I11 erhalten wird) größer auf der negativen Seite, wenn die Temperatur, wie in 16 gezeigt, reduziert wird. In dieser Situation steigt, wenn der Strom I12 durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe konstant ist, das Zwischenknotenpotenzial Vmid an und der Zwischenknoten 150 wird nach dem Anstieg auf dem Potenzial gehalten. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch der Strom I12 entsprechend dem Ausmaß des Anstiegs des Zwischenknotenpotenzials Vmid erhöht, wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid ansteigt, da der Verstärker 12 der zweiten Stufe ein selbstvorspannender CMOS-Inverter ist. Der Anstieg des Zwischenknotenpotenzials Vmid kann somit begrenzt werden.
Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel kann ein Anstieg oder eine Reduzierung des Stroms I12, der durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe fließt, wenn die Stromvorspannung für den Verstärker 11 der ersten Stufe erhöht oder verringert wird, hinzugefügt oder abgezogen werden mit Bezug auf den Verstärker 11 der ersten Stufe. Demzufolge kann das Zwischenknotenpotenzial Vmid auf dem konstanten Potenzial gehalten werden. Das heißt, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Verstärker 12 der zweiten Stufe das Zwischenknotenpotenzial Vmid durch Einstellen des Stroms, der durch den Zwischenknoten 150 fließt, stabilisieren kann. Folglich kann der Mehrstufenverstärker, der einen reduzierten Energieverbrauch und gute Charakteristiken hat, mit Stabilität betrieben werden.
Da das Einstellen auf der Basis des Zwischenknotenpotenzials Vmid durchgeführt wird, kann das Zwischenknotenpotenzial Vmid eingestellt werden, selbst wenn eine Variation des Zwischenknotenpotenzials Vmid durch Herstellungsvariationen verursacht wird. Es ist somit möglich, in einem solchen Fall Verwendung von dem Vorteil der Funktion des Einstellens des Zwischenknotenpotenzials Vmid zu machen, als auch in dem Fall, bei dem die Stromvorspannung mit der Temperatur geändert wird.
Wenn die Vorspannungsschaltung 31 die Vorspannung mit einem Temperaturanstieg erhöht, arbeitet der Mehrstufenverstärker 10 beispielsweise wie unten beschrieben. Zuerst wird angenommen, dass in einem ersten Zustand der Strom I11, der durch den Verstärker 11 der ersten Stufe fließt, 10 mA beträgt, der Strom I12, der durch den Verstärker der zweiten Stufe fließt, 20 mA beträgt und der Strom I13, der durch den Verstärker 13 der letzten Stufe fließt, 30 mA beträgt. Als Nächstes wird angenommen, dass die Vorspannungsschaltung 31 die Vorspannung mit einem Temperaturanstieg erhöht, so dass der Strom, der durch den Verstärker 11 der ersten Stufe fließt, 12 mA beträgt. Eine Änderung des Stroms I12, der durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe fließt, um –2 mA von dem ersten Zustand, das heißt eine Änderung des Stroms I12, der durch den Verstärker 12 der zweiten Stufe fließt, auf 18 mA, genügt zum Zuführen des Stroms von +2 mA mehr zu dem Verstärker 11 der ersten Stufe. Gleichzeitig mit diesem Temperaturanstieg wird der Strom, wie bei dem Verstärker 11 der ersten Stufe gesehen, um 20 % erhöht und der Strom, wie bei dem Verstärker 12 der zweiten Stufe gesehen, um 10 % reduziert. Die Stromänderung in dem Verstärker 12 der zweiten Stufe ist sanfter als die Stromänderung in dem Verstärker 11 der ersten Stufe. Das heißt, dass, wenn eine Temperaturänderung auftritt, das Änderungsausmaß des Ausgangsstroms (10 %) in dem Verstärker 12 der zweiten Stufe mit einer Änderung der Vorspannung von der Vorspannungsschaltung 31 geringer ist als das Änderungsausmaß des Ausgangsstroms (20 %) des Verstärkers 11 der ersten Stufe. Zudem ist, während der Verstärker 11 der ersten Stufe ein Differenzialverstärker ist, der Verstärker 12 der zweiten Stufe ein CMOS-Inverter. Es gibt dazwischen einen Unterschied in einer Verstärkungscharakteristik aufgrund des Unterschieds zwischen den Schaltungskonfigurationen. Das Gleichgewicht zwischen den Strömen, die jeweils durch den Verstärker 11 der ersten Stufe und den Verstärker 12 der zweiten Stufe fließen, kann unter Berücksichtigung dieser Punkte eingestellt werden, während Leistungsanforderungen mit Bezug auf den gesamten Mehrstufenverstärker 10 erfüllt werden. Die oben gezeigten numerischen Werte sind lediglich ein konkretes Beispiel, auf das vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt ist.
Ein Vergleich mit der Schaltungskonfiguration, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-332864 offenbart ist, wird zur Beschreibung des Vorteils einer Verwendung eines selbstvorgespannten CMOS-Inverters bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemacht. Ein Strom Is0 wird über einen Widerstand Rs0 von einem Verbindungspunkt, der dem Zwischenknoten in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-332864 entspricht, abgezogen. Die Strommenge, die über den Widerstand Rs0 abgezogen wird, ändert sich linear mit Bezug auf eine Potenzialänderung (ΔV) (das ist I = ΔV/R). Auf der anderen Seite arbeitet der selbstvorspannende CMOS-Inverter in Übereinstimmung mit dem Effektivstromgesetz auf der Basis der Strom-Spannung-Charakteristik der MOSFETs. Das heißt, dass der selbstvorspannende CMOS-Inverter die Menge des abgezogenen Stroms mit der zweiten Potenz einer Potenzialänderung (das ist I ~ ΔV²) ändern kann. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel dient der Verstärker 12 der zweiten Stufe, das heißt der selbstvorspannende CMOS-Inverter, zum Einstellen des Stroms, der durch den Zwischenknoten 150 fließt. Vorteilhafterweise ist daher der Effekt einer Aufrechterhaltung des Zwischenknotenpotenzials Vmid hoch.
17 und 18 sind Darstellungen zur Erläuterung der Wirkung des Mehrstufenverstärkers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 17 ist ein Graph, wenn der Strom, der sich linear mit Bezug auf eine Potenzialänderung (ΔV) ändert, durch Verbinden eines Widerstands mit dem Zwischenknoten 150 abgezogen wurde, wie in dem Fall der Technik gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-332864 . 18 zeigt die Ergebnisse einer Einstellung des Stroms durch den Zwischenknoten 150, die durch Verwendung des selbstvorspannenden CMOS-Inverters durchgeführt wird, was dem Betrieb des Mehrstufenverstärkers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Wie oben beschrieben, kann der selbstvorspannende CMOS-Inverter den Strom mit der zweiten Potenz einer Potenzialänderung (das ist I ~ ΔV²) ändern. Die in 18 gezeigten resultierenden Charakteristiken sind besser als die in 17 gezeigten. Insbesondere hat der Verstärker 11 der ersten Stufe eine positive Temperaturcharakteristik als seine Stromcharakteristik 101. Die tatsächliche Stromcharakteristik 100 des Verstärkers 13 der letzten Stufe hat einen kleinen Gradienten im Vergleich zu der flachen idealen Stromcharakteristik 103 des Verstärkers 13 der letzten Stufe. Mit Bezug auf 17 ändert sich das Zwischenknotenpotenzial um 0,5 V in einer Temperaturregion von –50 °C bis +100 °C. Mit Bezug auf 18 ist die Änderung des Zwischenknotenpotenzials Vmid in demselben Temperaturbereich auf 0,22 V begrenzt.
12 bis 14 sind Darstellungen, die andere Beispiele für die Temperaturcharakteristiken der Vorspannungen zeigen, die in dem Mehrstufenverstärker 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zur Unterscheidung in der Beschreibung wird der Einfachheit halber die in 12 gezeigte Temperaturcharakteristik auch als "Charakteristik C", die in 13 gezeigte Temperaturcharakteristik als "Charakteristik D" und die in 14 gezeigte Temperaturcharakteristik als "Charakteristik E" bezeichnet.
(Charakteristik C)
Mit der in 12 gezeigten Charakteristik C wird die Größe der Vorspannung mit Bezug auf die Schaltungstemperatur in der ersten Temperaturregion Thigh von Temperaturen, die gleich oder höher als die vorgegebene Referenztemperatur Tref sind, konstant gehalten. In der zweiten Temperaturregion Tlow unterhalb der Referenztemperatur Tref wird die Vorspannung mit einer Verringerung der Schaltungstemperatur erhöht. Die Schaltungskonfiguration der Vorspannungsschaltung 32 kann ausgelegt sein, um diese Charakteristik C zu haben. Insbesondere kann eine Temperaturcharakteristik der Stromquelle I2 ausgebildet sein. Ein Effekt einer Verbesserung der Linearität des Verstärkers kann durch Erhöhen der Vorspannung mit einer Reduzierung der Schaltungstemperatur in der zweiten Temperaturregion Tlow auf der niedrigeren Temperaturseite erhalten werden.
(Charakteristik D)
Mit der in 13 gezeigten Charakteristik D wird die Vorspannung mit einem Anstieg der Schaltungstemperatur in der ersten Temperaturregion Thigh von Temperaturen, die gleich oder höher als die vorgegebene Referenztemperatur Tref sind, erhöht. In der zweiten Temperaturregion Tlow unterhalb der Referenztemperatur Tref wird die Vorspannung mit Bezug auf die Schaltungstemperatur konstant gehalten. Die Schaltungskonfiguration der Vorspannungsschaltung 31 kann ausgelegt sein, um diese Charakteristik D zu haben. Insbesondere kann eine Temperaturcharakteristik der Stromquelle I1 ausgebildet sein.
(Charakteristik E)
Mit der in 14 gezeigten Charakteristik E erhöht die Vorspannungsschaltung 31 die Vorspannung mit einem Anstieg der Schaltungstemperatur in der ersten Temperaturregion Thigh von Temperaturen, die gleich oder höher als die vorgegebene Referenztemperatur Tref sind. Mit der Charakteristik E wird in der zweiten Temperaturregion Tlow die Vorspannung bei einer Reduzierung der Schaltungstemperatur erhöht. Das heißt, eine Temperaturcharakteristik wird in einer "V-förmigen" Form auf dem Strom-Temperatur-Charakteristik-Graphen mit einem Untergrenzenspitzenwert bei der Referenztemperatur Tref eingeführt. Die Schaltungskonfiguration der Vorspannungsschaltung 31 kann ausgelegt sein, um diese Charakteristik E zu haben. Insbesondere kann eine Temperaturcharakteristik der Stromquelle I1 ausgebildet werden.
Die Vorspannungsschaltung 32 kann die Größe der Stromvorspannung mit der Charakteristik A (10) oder der Charakteristik C (12) ändern. Die Vorspannungsschaltung 31 kann die Größe der Stromvorspannung mit einer der Charakteristiken B bis D (11, 13, 14) ändern. Somit ist eine Kombination von "Charakteristik A" und "einer der Charakteristiken B, D und E" oder eine Kombination der "Charakteristik C" und "einer der Charakteristiken B, D und E" möglich.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann der Verstärker 12 der zweiten Stufe den Strom auf der Basis des Zwischenknotenpotenzials Vmid einstellen. Mit irgendeiner Auswahl aus den oben beschriebenen Charakteristiken A bis E als die Charakteristiken der Vorspannungsschaltung 31 und der Vorspannungsschaltung 32 kann daher eine Variation des Zwischenknotenpotenzials Vmid begrenzt werden.
Bei der Auslegung der Vorspannungsschaltungen, die bestimmte der Charakteristiken C bis E haben, können geeignete von verschiedenen gut bekannten Techniken verwendet werden, wie beispielsweise die oben genannte PTAT-Referenz und eine Bandlücken-Referenz. Daher werden konkrete Schaltungskonfigurationen, Auslegungsparameter von Schaltungselementen etc. nicht beschrieben.
Zweites Ausführungsbeispiel
19 ist ein Schaltbild eines Mehrstufenverstärkers 110 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Mehrstufenverstärker 110 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird durch Ergänzung einer Einstellschaltung 130 ausgebildet, während der Verstärker 12 der zweiten Stufe entfernt wird. Das heißt, dass bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ein zweistufiger Verstärker ausgebildet wird. In anderen Beziehungen ist die Konfiguration des mit dem zweiten Ausführungsbeispiel bereitgestellten Verstärkers dieselbe wie die des Verstärkers 10 gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Verschiedene Modifikationen, die oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, können ebenso auf dieselbe Weise mit Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel gemacht werden. Dieselben Modifikationen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden nicht beschrieben. Da eine Konfiguration bereitgestellt wird, die ähnlich zu der bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist, werden Vorspannungen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenso mit der Vorspannungsschaltung 31 eingestellt, um eine Verstärkungsreduzierung aufgrund eines Temperaturanstiegs zu kompensieren. Der Mehrstufenverstärker, der einen reduzierten Energieverbrauch und gute Charakteristiken hat, kann daher wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels erhalten werden.
Die Einstellschaltung 130 führt einen bevorzugten Schaltungsbetrieb durch, um die Strommenge einzustellen, die durch den Zwischenknoten 150 fließt, so dass eine Potenzialvariation an dem Zwischenknoten 150 begrenzt wird, wie es der Verstärker 12 der zweiten Stufe bei dem ersten Ausführungsbeispiel tut. Insbesondere führt die Einstellschaltung 130 einen bevorzugten Schaltungsbetrieb durch, um einen Strom an dem Zwischenknoten 150 auf der Basis des Potenzials an dem Verbindungspunkt, an dem der Zwischenknoten 150 und die Anpassungsschaltung 130 elektrisch miteinander verbunden sind, hinzuzufügen oder abzuziehen.
Die Einstellschaltung 130 hat eine Stromaddierschaltung 131 und eine Stromabzugschaltung 132. Die Stromaddierschaltung 131 umfasst einen Transistor 121 einer oberen Stufe (der dritte Transistor gemäß der vorliegenden Erfindung) und einen Operationsverstärker 133 einer oberen Stufe. Der Transistor 121 der oberen Stufe hat ein Drain, ein Gate und eine Source, die elektrisch mit dem Energieversorgungspotenzial zu verbinden ist. Ein positiver Eingang des Operationsverstärkers 133 der oberen Stufe ist elektrisch mit dem Zwischenknoten 150 verbunden. Eine Ausgabe von dem Operationsverstärker 133 der oberen Stufe wird dem Gate des Transistors 121 der oberen Stufe zugeführt.
Die Stromabzugschaltung 132 umfasst einen Transistor 122 einer unteren Stufe (der vierte Transistor gemäß der vorliegenden Erfindung) und einen Operationsverstärker 134 einer unteren Stufe. Der Transistor 122 der unteren Stufe hat ein Drain, das elektrisch mit dem Drain des Transistors 121 der oberen Stufe verbunden ist, eine Source, die elektrisch mit dem GND-Knoten, das heißt mit dem Referenzpotenzial, zu verbinden ist, und ein Gate. Der Verbindungspunkt zwischen dem Drain des Transistors 121 der oberen Stufe und dem Drain des Transistors 122 der unteren Stufe ist elektrisch mit dem Zwischenknoten 150 verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 134 der unteren Stufe ist elektrisch mit dem Zwischenknoten 150 verbunden. Die Referenzspannung Vref wird an einen negativen Eingang des Operationsverstärkers 134 der unteren Stufe angelegt. Eine Ausgabe von dem Operationsverstärker 134 der unteren Stufe wird dem Gate des Transistors 122 der unteren Stufe zugeführt.
20 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Mehrstufenverstärkers 110 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Transistor 121 der oberen Stufe dient als Schalter zur Steuerung einer elektrischen Leitung zwischen dem Energieversorgungsknoten Vdd und dem Zwischenknoten 150 und stellt die Strommenge ein, die an dem Zwischenknoten 150 hinzugefügt wird. Der Transistor 122 der unteren Stufe dient als Schalter zum Steuern einer elektrischen Leitung zwischen dem Zwischenknoten 150 und dem GND-Knoten und stellt die Strommenge ein, die von dem Zwischenknoten 150 abgezogen wird. Wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid von der Referenzspannung Vref abweicht, öffnet einer der Operationsverstärker den Schalter, um es der erforderlichen Strommenge zu erlauben, zu fließen, bis das Zwischenpotenzial (3) im Wesentlichen gleich der Referenzspannung (4) ist.
21 und 22 sind Darstellungen, die modifizierte Beispiele für den Mehrstufenverstärker 110 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen. Zu einem in 21 gezeigten Mehrstufenverstärker 111 und einem in 22 gezeigten Mehrstufenverstärker 112 werden ein Verstärker 120 einer zweiten Stufe und eine Vorspannungsschaltung 33 zugefügt, wodurch eine dreistufige Verstärkung ermöglicht wird. Der Verstärker 120 der zweiten Stufe ist jedoch nicht der Verstärker 12 (selbstvorspannender CMOS-Inverter) der zweiten Stufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, aber eine Kombination beispielsweise einer Schaltung, wie sie beispielsweise in 4 oder 5 gezeigt ist, mit einer Vorspannungsschaltung 33, wie sie in 6 gezeigt ist. Die Ausgabecharakteristik der Vorspannungsschaltung 33 ist beispielsweise dieselbe wie die der Vorspannungsschaltung 31.
Mit Bezug auf 21 ist die Anzahl von Stufen, in denen die Komponenten gestapelt sind, drei. Die Verbindungsbeziehung, wenn die Komponenten vertikal gestapelt und in drei Stufen verbunden sind, kann derart sein, dass jede der elektrischen Verbindung zwischen dem Verstärker 11 der ersten Stufe und dem Verstärker 120 der zweiten Stufe und der elektrischen Verbindung zwischen dem Verstärker 120 der zweiten Stufe und dem Verstärker 13 der letzten Stufe dieselbe ist wie die Verbindungsbeziehung, wenn der Verstärker 11 der ersten Stufe und der Verstärker 13 der letzten Stufe, wie in 19 gezeigt, verbunden sind. In diesem Fall werden zwei Einstellschaltungen verwendet, die jeweils identisch mit der in 19 gezeigten Einstellschaltung 130 sind. Das heißt, Einstellschaltungen 130a und 130b werden bereitgestellt. Mit der Einstellschaltung 130a wird ein Potenzial Vmid1 an einem ersten Zwischenknoten 151, an dem der Verstärker 11 der ersten Stufe und der Verstärker 120 der zweiten Stufe miteinander verbunden sind, eingestellt, um gleich einer Referenzspannung Vref1 zu sein. Mit der Einstellschaltung 130b wird ein Potenzial Vmid2 an einem zweiten Zwischenknoten 152, an dem der Verstärker 120 der zweiten Stufe und der Verstärker 13 der letzten Stufe miteinander verbunden sind, eingestellt, um gleich zu einer Referenzspannung Vref2 zu sein.
Mit Bezug auf 22 ist die Zahl der Stufen, in denen die Komponenten gestapelt sind, zwei. Dies entspricht einer Form, die statt des Verstärkers 12 der zweiten Stufe bei dem ersten Ausführungsbeispiel den Verstärker 120 der zweiten Stufe hat.
Drittes Ausführungsbeispiel
23 ist ein Schaltbild eines Mehrstufenverstärkers 210 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Mehrstufenverstärker 210 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird durch Ersetzen der Einstellschaltung 130 durch eine Einstellschaltung 50 ausgebildet, die eine Diodenreihenschaltung 51 einer oberen Stufe und eine Diodenreihenschaltung 52 einer unteren Stufe umfasst. In anderen Beziehungen ist die Konfiguration des Verstärkers, der in dem dritten Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird, dieselbe wie die des Mehrstufenverstärkers 110 gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Verschiedene Modifikationen, die oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, können auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemacht werden. Auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden Vorspannungen mit der Vorspannungsschaltung 31 eingestellt, wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels, um eine Verstärkungsreduzierung aufgrund eines Temperaturanstiegs zu kompensieren. Der Mehrstufenverstärker, der einen reduzierten Energieverbrauch und gute Charakteristiken hat, kann daher wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels erhalten werden.
Die Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe und die Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe führen einen bevorzugten Schaltungsbetrieb durch, um die Strommenge einzustellen, die durch den Zwischenknoten 150 fließt, so dass eine Potenzialvariation an dem Zwischenknoten 150 begrenzt wird, wie es der Verstärker 12 der zweiten Stufe bei dem ersten Ausführungsbeispiel oder die Einstellschaltung 130 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel tut. Insbesondere führen die Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe und die Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe einen bevorzugten Schaltungsbetrieb durch, um einen Strom an dem Zwischenknoten 150 auf der Basis des Potenzials an dem Verbindungspunkt hinzuzufügen oder abzuziehen, an dem der Zwischenknoten 150 und die Diodenreihenschaltungen 51 und 52 der oberen Stufe und der unteren Stufe elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe wird durch elektrisches Verbinden einer Vielzahl von Dioden miteinander in einer Durchlassrichtung gebildet und entspricht der Stromabzugschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe wird durch elektrisches Verbinden einer Vielzahl von Dioden miteinander in der Durchlassrichtung gebildet und entspricht der Stromaddierschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Anodenende der Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe und dem Kathodenende der Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe ist elektrisch mit dem Zwischenknoten 150 verbunden. Das Kathodenende der Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe ist elektrisch mit den Sources der verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe verbunden. Die Sources der verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe sind elektrisch mit einem Referenzpotenzialanschluss verbunden, während der Verstärker 11 der ersten Stufe wie oben beschrieben arbeitet. Das Anodenende der Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe ist elektrisch mit dem Drain des verstärkenden Transistors Tr7 der letzten Stufe verbunden.
Wenn sich das Zwischenknotenpotenzial Vmid verringert, wird die Potenzialdifferenz zwischen entgegengesetzten Enden der Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe größer. Wenn die Potenzialdifferenz zwischen entgegengesetzten Enden der Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe gleich oder größer als die Summe der Durchlassspannungen von allen Dioden wird, welche die Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe bilden, fließt ein Strom durch die Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe. Der Strom wird dadurch an dem Zwischenknoten 150 hinzugefügt. Nachdem der Strom zu fließen begonnen hat, kann eine größere Strommenge an den Zwischenknoten 150 hinzugefügt werden, wenn das Potenzial an dem Zwischenknoten 150 geringer ist. Wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid ansteigt, wird die Potenzialdifferenz zwischen entgegengesetzten Enden der Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe größer. Wenn die Potenzialdifferenz zwischen entgegengesetzten Enden der Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe gleich oder größer als die Summe der Durchlassspannungen von allen Dioden wird, welche die Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe bilden, fließt ein Strom durch die Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe. Demzufolge wird der Strom von dem Zwischenknoten 150 abgezogen. Nachdem der Strom zu fließen begonnen hat, kann eine größere Strommenge von dem Zwischenknoten 150 abgezogen werden, wenn das Potenzial an dem Zwischenknoten 150 höher ist.
Durch eine Verwendung hiervon, kann ein Hinzufügen oder ein Abziehen eines Stroms an dem Zwischenknoten 150 durchgeführt werden, wenn das Zwischenknotenpotenzial Vmid von einer vorab bestimmten Spannung abweicht. Jede von der Spannung, wenn ein Strom durch die Diodenreihenschaltung 52 der unteren Stufe fließt, und der Spannung, wenn ein Strom durch die Diodenreihenschaltung 51 der oberen Stufe fließt, kann auf den gewünschten Wert mittels der Durchlassspannung der Dioden und der Anzahl von in Reihe geschalteten Dioden eingestellt werden. Jedoch ist die einstellbare Spannung begrenzt auf ein ganzes Vielfaches der Durchlassspannung.
24 und 25 sind Darstellungen, die modifizierte Beispiele (Mehrstufenverstärker 211 und 212) für den Mehrstufenverstärker 210 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen. Bei jedem modifizierten Beispiel werden der Verstärker 120 der zweiten Stufe und die Vorspannungsschaltung 33 hinzugefügt und es wird eine dreistufige Verstärkung durchgeführt. Mit Bezug auf 24 ist die Anzahl von Stufen, in denen die Komponenten gestapelt sind, drei, wie in dem in 21 gezeigten Fall. Mit Bezug auf 25 ist die Anzahl von Stufen, in denen die Komponenten gestapelt sind, zwei, wie in dem in 22 gezeigten Fall. Der Mehrstufenverstärker 211 in 24 hat eine Einstellschaltung 53, die Diodenreihenschaltungen 54, 55 und 56 hat, die in drei Stufen gestapelt sind.
Viertes Ausführungsbeispiel
26 ist ein Schaltbild eines Mehrstufenverstärkers 310 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Mehrstufenverstärker 310 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird durch Ersetzen der Einstellschaltung 130 durch eine Einstellschaltung 420 gebildet. In anderen Beziehungen ist die Konfiguration des Verstärkers, der mit dem vierten Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird, dieselbe wie die des Mehrstufenverstärkers 110 gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Verschiedene Modifikationen, wie sie oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, können ebenso bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemacht werden. Auch bei dem vierten Ausführungsbeispiel werden Vorspannungen mit der Vorspannungsschaltung 31 eingestellt, um eine Verstärkungsreduzierung aufgrund eines Temperaturanstiegs zu kompensieren. Der Mehrstufenverstärker, der einen reduzierten Energieverbrauch und gute Charakteristiken hat, kann daher wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels erhalten werden.
Die Einstellschaltung 420 führt einen bevorzugten Schaltungsbetrieb durch, um die Strommenge, die durch den Zwischenknoten 150 fließt, einzustellen, so dass eine Potenzialvariation an dem Zwischenknoten 150 begrenzt wird, wie es der Verstärker 12 der zweiten Stufe bei dem ersten Ausführungsbeispiel, die Einstellschaltung 130 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel und die Einstellschaltung 50 bei dem dritten Ausführungsbeispiel tut. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich jedoch von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel in den folgenden Aspekten. Bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel werden ein Hinzufügen und ein Abziehen eines Stroms an dem Zwischenknoten 150 auf eine Rückkopplungsart auf der Basis des Potenzials an dem Verbindungspunkt zu dem Zwischenknoten 150 durchgeführt. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird die Einstellschaltung 420 hinzugefügt, die einen Stromhinzufüge-/Stromabzugbetrieb durchgeführt, umgekehrt zu dem Betrieb der Vorspannungsschaltung 31, im Gegensatz zu der Vorspannungsschaltung 31, welche die Vorspannung mit Bezug auf die Schaltungstemperatur ändert.
Wie in 26 gezeigt, umfasst die Einstellschaltung 420 eine vertikal gestapelte Schaltung, die eine erste Stromquelle 421, die in einer oberen Stufe vorgesehen ist, und eine zweite Stromquelle 422, die in einer unteren Stufe vorgesehen ist, aufweist. Ein Verbindungspunkt zwischen der ersten Stromquelle 421 und der zweiten Stromquelle 422 ist elektrisch mit dem Zwischenknoten 150 verbunden.
27 und 28 sind Darstellungen, die Ausgabetemperaturcharakteristiken der ersten und der zweiten Stromquelle 421 und 422 zeigen, die der Mehrstufenverstärker 310 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat. Die erste Stromquelle 421 gibt einen Strom an den Zwischenknoten 150 aus. Wie in 27 gezeigt, erhöht die erste Stromquelle 421 den Strom, der in den Zwischenknoten 150 fließt, wenn die Schaltungstemperatur erhöht wird, wenn die Schaltungstemperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Referenztemperatur Tref ist. Die erste Stromquelle 421 fügt dadurch den Strom an dem Zwischenknoten 150 hinzu.
Auf der anderen Seite ist die zweite Stromquelle 422 elektrisch mit dem Zwischenknoten 150 verbunden und zieht einen Strom von dem Zwischenknoten 150 ab. Wie in 28 gezeigt, erhöht die zweite Stromquelle 422 den Ausgangsstromwert, wenn die Schaltungstemperatur sich verringert, wenn die Schaltungstemperatur kleiner als die Referenztemperatur Tref ist. Die zweite Stromquelle 422 zieht dadurch den Strom von dem Zwischenknoten 150 ab, während der Strom erhöht wird, wenn sich die Schaltungstemperatur verringert.
29 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Mehrstufenverstärkers 310 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem Fall, bei dem der Betrieb der ersten Stromquelle 421 und der Betrieb der zweiten Stromquelle 420 kombiniert werden, fügt die erste Stromquelle 421 einen größeren Strom auf der höheren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref zu, so dass ein Strommangel in dem Verstärker 11 der ersten Stufe begrenzt werden kann. Auch die zweite Stromquelle 422 zieht einen größeren Strom auf der niedrigeren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref ab, so dass es einem Überstrom ermöglicht wird, über den GND-Knoten zu entfliehen. Demzufolge kann die Größe des Stroms, der durch den Zwischenknoten 150 fließt, dazu tendieren, monoton mit einem Temperaturanstieg durch sowohl die erste Temperaturregion Thigh als auch die zweite Temperaturregion Tlow, wie in der Graph von 29 gezeigt, sich zu erhöhen.
Das Bereitstellen von zwei Stromquellen, die verschiedene Charakteristiken auf der höheren Temperaturseite und der niedrigeren Temperaturseite haben, für die Einstellschaltung 420, stellt auch den folgenden Vorteil sicher. In der Hochtemperaturregion, wie sie über der in 29 gezeigten Referenztemperatur Tref definiert ist, wird ein Strom von dem Energieversorgungsknoten Vdd erzeugt und dem Zwischenknoten 150 zugeführt. In dieser Region wird daher der gesamte Verbrauchsstrom erhöht. Auf der anderen Seite verursacht die zweite Stromquelle 422 in der niedrigeren Temperaturregion lediglich, dass ein Überstrom zu dem GND-Knoten fließt, wobei die erste Stromquelle 421 nicht betrieben wird. Da die erste Stromquelle 421 nicht betrieben wird, ist der Verbrauchsstrom insgesamt konstant. Wie oben beschrieben, wird der Strom, der durch den Zwischenknoten 150 fließt, allein auf der Seite der höheren Temperaturregion relativ zu der Referenztemperatur Tref erhöht, wenn das Potenzial an dem Zwischenknoten 150 eingestellt wird, wodurch ein Stromeinsparen auf der Seite der niedrigeren Temperaturregion ermöglicht wird.
30 und 31 sind Darstellungen, die modifizierte Beispiele für den Mehrstufenverstärker 310 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen. Jeder von einem in 30 gezeigten Mehrstufenverstärker 311 und einem in 31 gezeigten Mehrstufenverstärker 312 hat einen Verstärker 120 der zweiten Stufe und die dazu hinzugefügte Vorspannungsschaltung 33 und führt eine dreistufige Verstärkung durch. Mit Bezug auf 30 ist die Anzahl von Stufen, in denen Komponenten gestapelt sind, zwei, wie in dem in 22 gezeigten Fall. Mit Bezug auf 31 ist die Anzahl von Stufen, in denen Komponenten gestapelt sind, drei, wie bei dem in 21 gezeigten Fall. Eine Einstellschaltung 450, die in der in 31 gezeigten Anordnung vorhanden ist, hat Stromquellen 451 und 452, die in zwei Stufen vertikal gestapelt sind. Die Stromquelle 451 kann dieselbe Temperaturcharakteristik haben wie die der oben mit Bezug auf 26 beschriebenen Stromquelle 421, und die Stromquelle 452 kann dieselbe Temperaturcharakteristik haben wie die der oben mit Bezug auf 26 beschriebenen Stromquelle 422. Die Charakteristiken können festgelegt sein, so dass die hinzugefügten Strommengen und die abgezogenen Strommengen an den Zwischenknoten 151 und 152 in solchen Richtungen geändert werden, um Variationen der Zwischenknotenpotenziale Vmid1 und Vmid2 zu begrenzen.
Wie oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben, kann die Vorspannungsschaltung 32 die Charakteristik A (10) oder die Charakteristik C (12) als ihre Ausgabecharakteristik haben, und die Vorspannungsschaltung 31 kann eine der Charakteristiken B bis D (11, 13, 14) als ihre Ausgabecharakteristik haben. Eine Kombination von "Charakteristik A" und "einer der Charakteristiken B, D und E" oder eine Kombination von "Charakteristik C" und "einer der Charakteristiken B, D und E" ist möglich. Modifikationen der Einstellschaltung 420 begleiten Modifikationen der Vorspannungsschaltung 31 und die Vorspannungsschaltung 32 wird unten beschrieben.
In einem Fall, bei dem eine Kombination von Charakteristik A und Charakteristik B vorgesehen ist, ist der Betrieb auf der höheren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref derselbe wie der bei dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel. Bei dem Betrieb auf der niedrigeren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref ist ein Stromabzug, der eine Temperaturänderung begleitet, unnötig, da jede der Vorspannungen von den Vorspannungsschaltungen 31 und 32 konstant ist. Entsprechend kann ein Stromhinzufügen mit der Stromquelle 421 allein in der ersten Temperaturregion Thigh auf der höheren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref durchgeführt werden, und die Stromquelle 422 kann von der Einstellschaltung 420 entfernt werden.
In einem Fall, bei dem eine Kombination von Charakteristik A und Charakteristik E vorgesehen ist, ist der Betrieb in der ersten Temperaturregion Thigh auf der höheren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref derselbe wie der in dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel. Auf der anderen Seite unterscheidet sich der Betrieb in der zweiten Temperaturregion Tlow auf der niedrigeren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref von dem des vierten Ausführungsbeispiels. Das heißt, die Vorspannungsschaltung 31 arbeitet mit Charakteristik E und sollte daher bewirken, dass ein größerer Strom von dem Zwischenknoten 150 in den Verstärker 11 der ersten Stufe fließt, wenn sich die Temperatur verringert, während die Vorspannungsschaltung 32 die Vorspannung konstant aufrechterhält. In dem Fall, bei dem die Kombination von Charakteristik A und Charakteristik E vorgesehen ist, wird daher ein Strom, der mit einer Temperaturverringerung relativ zu der Referenztemperatur Tref immer unzureichender wird, in der zweiten Temperaturregion Tlow vergrößert. Beispielsweise kann die Stromquelle 422 statt der in 28 gezeigten Charakteristik eine in 32 gezeigte Charakteristik haben. Wenn die Stromquelle 422 eine solche Charakteristik hat, begrenzt sie einen Abzug eines Stroms, wenn sich die Temperatur in der zweiten Temperaturregion Tlow verringert, wodurch ermöglicht wird, einen Strom als Überangebot an dem Zwischenknoten 150 bereitzustellen und den Überstrom dem Verstärker 11 der ersten Stufe zuzuführen.
In einem Fall, bei dem eine Kombination von Charakteristik C und Charakteristik B vorgesehen ist, ist der Betrieb auf der höheren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref derselbe wie der in dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel. Auf der anderen Seite ist der Betrieb auf der niedrigeren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref derart, dass, wenn sich die Temperatur verringert, die Vorspannungsschaltung 32 die Vorspannung erhöht und die Vorspannungsschaltung 31 die Vorspannung verringert mit einer Temperaturverringerung. Aufgrund dessen wird ein Überstrom an dem Zwischenknoten 150 im Vergleich mit dem vierten Ausführungsbeispiel erhöht. Es ist bevorzugt, die Stromquelle 422 mit einer höher festgelegten Stromänderungsrate (steilerer Gradient) im Vergleich zu der in 28 gezeigten Charakteristik zu verwenden, um einen solchen Überstrom zu veranlassen, zu dem ND-Knoten zu fließen.
In einem Fall, bei dem eine Kombination von Charakteristik C und Charakteristik D vorgesehen ist, kann die in 26 gezeigte Schaltung verwendet werden. In dem Fall, bei dem eine Kombination von Charakteristik C und Charakteristik D vorgesehen ist, ist der Betrieb auf der höheren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref derselbe wie der bei dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel. Der Betrieb auf der niedrigeren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref ist derart, dass, wenn sich die Schaltungstemperatur verringert, die Vorspannung zu dem Verstärker 13 der ersten Stufe vergrößert wird und die Strommenge, die zum Fließen in den Zwischenknoten 150 zu veranlassen ist, wird vergrößert. Auf der anderen Seite ist der Strom, der von dem Zwischenknoten 150 dem Verstärker 11 der ersten Stufe (genauer der Drain-Source-Strom der verstärkenden Transistoren Tr1 und Tr2 der ersten Stufe) zuzuführen ist, konstant, da die Vorspannung zu dem Verstärker 11 der ersten Stufe auf der niedrigeren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref konstant ist. Daher wird die Überstrommenge an dem Zwischenknoten 150 erhöht, wenn die Temperatur reduziert wird. Dieser Überstrom kann veranlasst werden, über die Stromquelle 422 zu dem GND-Knoten zu fließen. Dieser Betrieb ist derselbe wie der Betrieb der in 26 gezeigten Schaltung.
In einem Fall, bei dem eine Kombination von Charakteristik C und Charakteristik E vorgesehen ist, ist der Betrieb auf der höheren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref derselbe wie der bei dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel. Der Betrieb auf der niedrigeren Temperaturseite der Referenztemperatur Tref ist derart, dass sowohl die Vorspannung zu dem Verstärker 11 der ersten Stufe als auch die Vorspannung zu dem Verstärker 13 der letzten Stufe ähnlich zueinander erhöht werden, wenn sich die Schaltungstemperatur verringert. Demzufolge werden sowohl der Strom, der zum Fließen in den Zwischenknoten 150 zu veranlassen ist, als auch der Strom, der von dem Zwischenknoten 150 abzuziehen ist, erhöht und der Zwischenknoten 150 wird stabil. Daher wird der Betrieb der Einstellschaltung 420 nicht auf der niedrigeren Temperaturseite benötigt; die Stromquelle 422 kann von der Einstellschaltung 420 entfernt werden.
Offensichtlich viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind möglich im Lichte der obigen Lehren. Es soll daher verstanden sein, dass die Erfindung innerhalb des Rahmens der anhängenden Ansprüche auf andere Weise als die speziell beschriebene ausgeführt werden kann.
Die vollständige Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-109040 , eingereicht am 28. Mai 2015, umfassend eine Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und eine Zusammenfassung, auf der die Übereinkunftspriorität der vorliegenden Erfindung basiert, wird in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin eingebunden.
Bezugszeichenliste

1: Sendesatellit
3: Empfänger
4: BS-Antenne
5: Konverter
6: Mischer
7: Oszillator
8: Leistungsverstärker
10: Mehrstufenverstärker
11: Transistor
12: Einstellschaltung
13: Transistor
31: Vorspannungsschaltung
31a: Vorspannungsschaltung
31b: Vorspannungsschaltung
32: Vorspannungsschaltung
33: Vorspannungsschaltung
50: Einstellschaltung
51: Diodenreihenschaltung
52: Diodenreihenschaltung
53: Einstellschaltung
54: Diodenreihenschaltung
55: Diodenreihenschaltung
56: Diodenreihenschaltung
100: Stromcharakteristik
101: Stromcharakteristik
103: Stromcharakteristik
106: Tuner
107: Fernsehgerät
110: Mehrstufenverstärker
111: Mehrstufenverstärker
112: Mehrstufenverstärker
120: Verstärker
121: Transistor
122: Transistor
130: Einstellschaltung
130a: Einstellschaltung
130b: Einstellschaltung
131: Stromaddierschaltung
132: Stromabzugschaltung
133: Operationsverstärker
134: Operationsverstärker
150: Zwischenknoten
151: Zwischenknoten
152: Zwischenknoten
311: Mehrstufenverstärker
312: Mehrstufenverstärker
420: Einstellschaltung
421: Stromquelle
422: Stromquelle
450: Einstellschaltung
451: Stromquelle
452: Stromquelle
C6: Kondensator
C7: Kondensator
C12: Kondensator
GND: GND-Knoten
I1: Stromquelle
I2: Stromquelle
I11: Strom
I12: Strom
I13: Strom
IN+: Eingangssignal
IN–: Eingangssignal
L7: Induktionsspule
OUT: Signal
OUT': Signal
OUT'': Signal
R1: Widerstand
R2: Widerstand
R3: Widerstand
R4: Widerstand
R6: Widerstand
R7: Widerstand
R12: Widerstand
Q1: MOSFET
Q2: MOSFET
Vdd: Energieversorgungsknoten
Vmid: Zwischenknotenpotential
Vmid1: Zwischenknotenpotential
Vmid2: Zwischenknotenpotential
Vg1: Vorspannungsspannung
Vg2: Vorspannungsspannung
Vg12: Vorspannungsspannung
Vref: Referenzspannung
Vref1: Referenzspannung
Vref2: Referenzspannung
Tr1: Transistor
Tr2: Transistor
Tr3: Transistor
Tr4: Transistor
Tr5: Transistor
Tr6: Transistor
Tr7: Transistor
Tref: Referenztemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-332864 [0003, 0064, 0064, 0065]
JP 2015-109040 [0102]

Claims

Mehrstufenverstärker, aufweisend: • einen ersten Transistor (11), aufweisend einen ersten Anschluss, in den ein Eingangssignal eingegeben wird, und einen zweiten Anschluss, von dem ein Signal ausgegeben wird, das durch eine Verstärkung des Eingangssignals erhalten wird; • einen zweiten Transistor (13), aufweisend einen dritten Anschluss, in den das Signal, das durch den ersten Transistor (11) verstärkt worden ist, eingegeben wird, einen vierten Anschluss, über den ein Signal ausgegeben wird, das durch Verstärkung des Signals, das über den dritten Anschluss empfangen wird, erhalten wird, und einen fünften Anschluss, der elektrisch mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors (11) während einer mit dem ersten Transistor (11) durchgeführten Verstärkung verbunden ist; • eine erste Vorspannungsschaltung (31), die elektrisch mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors (11) verbunden ist und die eine erste Vorspannung dem ersten Anschluss zuführt, so dass eine Größe der ersten Vorspannung mit einem Schaltungstemperaturanstieg vergrößert wird; und • eine zweite Vorspannungsschaltung (32), die elektrisch mit dem dritten Anschluss des zweiten Transistors (13) verbunden ist und die eine zweite Vorspannung dem dritten Anschluss zuführt, so dass die Größe der zweiten Vorspannung mit Bezug auf Schaltungstemperaturänderungen konstant gehalten wird.
Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend eine Einstellschaltung (12, 50, 53, 130, 130a, 130b, 420, 450), die eine Strommenge einstellt, die durch einen Zwischenknoten fließt, mit dem der zweite Anschluss und der fünfte Anschluss elektrisch verbunden sind, so dass eine Potenzialvariation an dem Zwischenknoten begrenzt wird. Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 2, wobei die Einstellschaltung (12, 50, 53, 130, 130a, 130b) ein Hinzufügen oder ein Abziehen eines Stroms an dem Zwischenknoten auf der Basis eines Potenzials an einem Verbindungspunkt durchführt, an dem der Zwischenknoten und die Einstellschaltung (12, 50, 53, 130, 130a, 130b) elektrisch miteinander verbunden sind.
Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 3, wobei die Einstellschaltung (12) einen selbstvorspannenden CMOS-Inverter aufweist, der einen Eingangsanschluss, der elektrisch mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors (11) verbunden ist und einen Ausgangsanschluss, der elektrisch mit dem dritten Anschluss des zweiten Transistors (13) verbunden ist, aufweist, wobei der selbstvorspannende CMOS-Inverter ein Signal verstärkt, das in den Eingangsanschluss eingegeben worden ist, und das verstärkte Signal über den Ausgangsanschluss ausgibt.
Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 2, wobei die Einstellschaltung (50, 53, 130, 130a, 130b) umfasst: eine Stromaddierschaltung (51, 131), die, wenn das Potenzial an dem Zwischenknoten gleich oder niedriger als ein vorgegebener Wert ist, einen Strom, der an dem Zwischenknoten hinzugefügt wird, erhöht, wenn das Potenzial an dem Zwischenknoten reduziert wird; und eine Stromabzugschaltung (52, 132), die, wenn das Potenzial an dem Zwischenknoten den vorgegebenen Wert überschreitet, einen Strom, der von dem Zwischenknoten abgezogen wird, erhöht, wenn das Potenzial an dem Zwischenknoten erhöht wird.
Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 5, wobei die Stromaddierschaltung (131) aufweist: einen dritten Transistor (121), der ein erstes Drain, ein erstes Gate und eine erste Source, die elektrisch mit einem Energiezuführpotenzial zu verbinden ist, aufweist; und einen ersten Operationsverstärker (133), aufweisend einen positiven Eingang, der elektrisch mit dem Zwischenknoten verbunden ist, und einen negativen Eingang, an den eine vorgegebene Referenzspannung angelegt wird, wobei der erste Operationsverstärker eine Ausgabe an das erste Gate anlegt, wobei die Stromabzugschaltung (132) aufweist: einen vierten Transistor (122), aufweisend ein zweites Drain, das elektrisch mit der ersten Drain verbunden ist, eine zweite Source, die elektrisch mit einem Referenzpotenzial zu verbinden ist, ein zweites Gate und einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten Drain und dem zweiten Drain, der elektrisch mit dem Zwischenknoten verbunden ist; und einen zweiten Operationsverstärker (134), aufweisend einen positiven Eingang, der elektrisch mit dem Zwischenknoten verbunden ist, und einen negativen Eingang, an den die Referenzspannung angelegt wird, wobei der zweite Operationsverstärker eine Ausgabe an das zweite Gate anlegt.
Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 5, wobei der erste Transistor (11) einen weiteren Anschluss hat, der elektrisch mit einem Referenzpotenzialanschluss verbunden ist; wobei die Stromabzugschaltung (52) eine Diodenreihenschaltung einer unteren Stufe aufweist, die durch elektrisches Verbinden einer Vielzahl von Dioden miteinander in einer Durchlassrichtung ausgebildet ist; wobei die Stromaddierschaltung (51) eine Diodenreihenschaltung einer oberen Stufe aufweist, die durch elektrisches Verbinden einer Vielzahl von Dioden miteinander in einer Durchlassrichtung gebildet ist; wobei ein Verbindungspunkt zwischen einem Anodenende der Diodenreihenschaltung der unteren Stufe und einem Kathodenende der Diodenreihenschaltung der oberen Stufe elektrisch mit dem Zwischenknoten verbunden ist; wobei ein Kathodenende der Diodenreihenschaltung der unteren Stufe elektrisch mit dem weiteren Anschluss des ersten Transistors (11) verbunden ist; und wobei ein Anodenende der Diodenreihenschaltung der oberen Stufe elektrisch mit dem vierten Anschluss des zweiten Transistors (13) verbunden ist.
Mehrstufenverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Vorspannungsschaltung (31) die erste Vorspannung erhöht, wenn die Schaltungstemperatur in einer ersten Temperaturregion einer Temperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Referenztemperatur ansteigt, und die Größe der ersten Vorspannung mit Bezug auf die Schaltungstemperatur in einer zweiten Temperaturregion einer Temperatur unterhalb der Referenztemperatur konstant hält oder die erste Vorspannung erhöht, wenn die Schaltungstemperatur sich in der zweiten Temperaturregion verringert, und wobei die zweite Vorspannungsschaltung (32) die Größe der zweiten Vorspannung über die erste Temperaturregion und die zweite Temperaturregion konstant aufrecht erhält.
Mehrstufenverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Vorspannungsschaltung (32) die Größe der Vorspannung mit Bezug auf die Schaltungstemperatur in einer ersten Temperaturregion einer Temperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Referenztemperatur konstant aufrechterhält, und die Vorspannung erhöht, wenn die Schaltungstemperatur sich in einer zweiten Temperaturregion einer Temperatur unterhalb der Referenztemperatur verringert, und wobei die erste Vorspannungsschaltung (31) die Größe der ersten Vorspannung erhöht, wenn die Schaltungstemperatur in der ersten Temperaturregion höher wird, und die erste Vorspannung in der zweiten Temperaturregion ändert mit einer von einer ersten Tendenz zur Reduzierung der Größe der Vorspannung, wenn die Schaltungstemperatur geringer wird, einer zweiten Tendenz zur konstanten Aufrechterhaltung der Größe der ersten Vorspannung mit Bezug auf die Schaltungstemperatur, und einer dritten Tendenz zur Erhöhung der Größe der ersten Vorspannung, wenn sich die Schaltungstemperatur verringert.
Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 2, wobei die Einstellschaltung (420) eine Stromquelle (421, 422) aufweist, die elektrisch mit dem Zwischenknoten verbunden ist, und wobei die Stromquelle (421, 422) einen Ausgangsstrom ändert, so dass der Strom, der in den Zwischenknoten fließt, erhöht wird, wenn die Schaltungstemperatur ansteigt.
Mehrstufenverstärker gemäß Anspruch 10, wobei die Stromquelle (421, 422) aufweist: eine erste Stromquelle (421), die einen Strom an den Zwischenknoten ausgibt und den Strom, der in den Zwischenknoten fließt, erhöht, wenn die Schaltungstemperatur höher wird, wenn die Schaltungstemperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Referenztemperatur ist; und eine zweite Stromquelle (421), die elektrisch mit dem Zwischenknoten verbunden ist, und die einen Strom von dem Zwischenknoten durch Erhöhen eines Ausgangsstromwertes abzieht, wenn die Schaltungstemperatur höher wird, wenn die Schaltungstemperatur geringer als die Referenztemperatur ist.