JP2001223546A - 多段信号増幅回路 - Google Patents

多段信号増幅回路

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JP2001223546A
JP2001223546A JP2000030931A JP2000030931A JP2001223546A JP 2001223546 A JP2001223546 A JP 2001223546A JP 2000030931 A JP2000030931 A JP 2000030931A JP 2000030931 A JP2000030931 A JP 2000030931A JP 2001223546 A JP2001223546 A JP 2001223546A
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amplifier
differential signal
input
pair
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Takanari Maruyama
隆也 丸山
Hisayasu Sato
久恭 佐藤
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
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    • H03F3/45479Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • H03F3/45928Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection using IC blocks as the active amplifying circuit
    • H03F3/45968Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection using IC blocks as the active amplifying circuit by offset reduction
    • H03F3/45973Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection using IC blocks as the active amplifying circuit by offset reduction by using a feedback circuit

Abstract

(57)【要約】 【課題】 差動信号アンプ3(1),・・・,3(n+
1)を多段接続した場合には、前段のアンプの直流オフ
セット成分などに起因する直流成分により後段の差動信
号アンプのダイナミックレンジが不足してしまうことが
ある。そして、これを解決した従来の回路では差動信号
アンプに直接接続されたフィルタへの入力抵抗が大きく
なるようにその抵抗素子の値を高くする必要があり、そ
の結果集積回路として形成した場合にレイアウト面積が
大きくなってしまうなどの課題があった。 【解決手段】 検知アンプ4と、ローパスフィルタ6
と、補償電流生成アンプ5とでフィードバックループを
構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、差動入力信号を
多段接続された複数の差動信号アンプで差動増幅して差
動出力信号を出力する多段信号増幅回路に係り、特に、
多段接続された各差動信号アンプにおける直流オフセッ
トなどを効果的に抑制しつつ、集積回路において当該回
路を少ないレイアウト面積にて実現することができる多
段信号増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の多段信号増幅回路の機能構
成を示すブロック図である。図において、13はそれぞ
れ差動信号アンプである。そして、この多段信号増幅回
路では、この複数の差動信号アンプ13,・・・,13
が多段に接続されており、最初の差動信号アンプ13に
入力された差動入力信号を差動増幅して最後の差動信号
アンプ13から差動出力信号として出力する。
【0003】図6はこのような従来の多段信号増幅回路
における問題点を説明するための説明図である。同図
(a)は例えば初段の差動信号アンプ13の入出力特性
図、同図(b)は例えば最終段の差動信号アンプ13の
入出力特性図である。また、それぞれの図において、1
4は差動信号アンプ13への入力電圧軸、15は差動信
号アンプ13の出力電圧軸、16はそれぞれ差動信号ア
ンプ13の電圧増幅特性曲線、17は時間軸、18は入
力電圧波形、19は時間軸、20は出力電圧波形、21
は2つの電圧増幅特性曲線のクロスポイント、22は出
力電圧波形の直流成分の振幅である。そして、各差動信
号アンプ13では実際には同図に示すように、トランジ
スタの特性ばらつき等によってクロスポイント21が入
力電圧0Vの位置からずれた位置(電圧)となることが
あり、このようなずれによって出力電圧波形に直流オフ
セット成分が生じることになる。また、電圧増幅特性曲
線のうち、入力電圧に応じて出力電圧がリニアに変化し
ている領域が非飽和領域であり、この非飽和領域に対応
する入力電圧範囲が信号増幅に用いることができるダイ
ナミックレンジとなる。
【0004】そして、このように複数の差動信号アンプ
13,・・・,13を直列多段に接続した場合、前段の
差動信号アンプ13の出力電圧波形の直流成分は後段の
差動信号アンプ13において信号成分と同様に増幅され
てしまうので、同図(b)に示すように例えば最終段の
差動信号アンプ13においてはこの直流成分が飛躍的に
増大した状態で入力されることになる。そして、この直
流成分の電圧振幅が差動信号アンプ13の入力電圧のダ
イナミックレンジに近づいてしまうと、本来の信号はダ
イナミックレンジを超えた範囲にて増幅されることとな
り、つまり全く信号成分が増幅されなくなってしまうこ
とになる。
【0005】そこで、特開平6−196947号公報な
どにおいてはこの複数の差動信号アンプを直列に接続す
る場合の上記直流成分の問題を解消するための技術が開
示されている。図7はこの従来の他の多段信号増幅回路
の機能構成を示すブロック図である。図において、23
は複数の差動信号アンプが直列に接続されてなる増幅回
路、24は抵抗素子および容量素子からなるローパスフ
ィルタ、25は直流オフセット補償回路である。そし
て、この従来の他の多段信号増幅回路では、増幅回路2
3の出力をローパスフィルタ24でフィルタリングして
その直流電圧成分(低周波成分)を抽出し、直流オフセ
ット補償回路25がその直流電圧成分を所定の増幅率で
増幅して増幅回路23の入力に戻すことで当該直流電圧
成分が補償されるように制御するものである。従って、
直流電圧成分がダイナミックレンジと同等の電圧レベル
となってしまうことはなく、信号成分を増幅することが
できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の他の多段信号増
幅回路は以上のように構成されているので、増幅回路2
3の出力を最初にローパスフィルタ24でフィルタリン
グすることとなり、このローパスフィルタ24の入力イ
ンピーダンスを高くする必要がある。そのため、抵抗素
子の値を大きくする必要が生じ、抵抗素子のサイズが大
きくなって半導体基板などの上でこの回路を実現した場
合にはそのレイアウト面積が非常に大きくなってしまう
などの課題があった。
【0007】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、前段の差動信号アンプの出力に含
まれる直流電圧成分が後段の差動信号アンプの入力ダイ
ナミックレンジと同等の電圧レベルとなってしまうこと
を防止しつつ、しかも、従来よりも少ないレイアウト面
積にて半導体基板上に集積回路として形成することがで
きる多段信号増幅回路を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る多段信号
増幅回路は、互いの出力が入力となるように多段に接続
された複数の差動信号アンプを備え、最初の差動信号ア
ンプに入力された差動入力信号を差動増幅して最後の差
動信号アンプから差動出力信号を出力する多段信号増幅
回路において、入力端子側から数えて二段目以降の差動
信号アンプの差動出力が入力され、それを差動増幅して
オフセット検知用差動信号を出力する検知アンプと、当
該オフセット検知用差動信号の直流成分のみを通過させ
るローパスフィルタと、このローパスフィルタの出力が
入力され、これに基づいてオフセット補償差動電流を、
検知アンプに接続された上記差動信号アンプよりも前の
差動信号アンプに入力する補償電流生成アンプとを設け
たものである。
【0009】この発明に係る多段信号増幅回路は、検知
アンプが、エミッタ同士が互いに接続された一対のnp
nトランジスタと、そのエミッタと低圧側電源との間に
接続された定電流源と、各npnトランジスタのコレク
タと高圧側電源との間に接続された一対の抵抗素子とか
らなり、ローパスフィルタが、上記一対の抵抗素子と、
各抵抗素子に並列に接続された複数の容量素子とからな
るものである。
【0010】この発明に係る多段信号増幅回路は、検知
アンプが、エミッタ同士が互いに接続された一対のpn
pトランジスタと、そのエミッタと高圧側電源との間に
接続された定電流源と、各pnpトランジスタのコレク
タと低圧側電源との間に接続された一対の抵抗素子とか
らなり、ローパスフィルタが、上記一対の抵抗素子と、
各抵抗素子に並列に接続された複数の容量素子とからな
るものである。
【0011】この発明に係る多段信号増幅回路は、互い
の出力が入力となるように多段に接続された複数の差動
信号アンプを備え、最初の差動信号アンプに入力された
差動入力信号を差動増幅して最後の差動信号アンプから
差動出力信号を出力する多段信号増幅回路において、二
対のトランジスタ、各トランジスタ対の一方のコレクタ
同士が共通に接続された一対の抵抗素子、各トランジス
タのエミッタに接続された抵抗素子、および、各トラン
ジスタ対毎に当該一対の抵抗素子と高圧側電源あるいは
低圧側電源との間に設けられた2つの定電流源からな
り、各トランジスタ対の一方のベース同士が上記定電流
源とは異なる低圧側電源あるいは高圧側電源に接続され
るとともに、入力端子側から数えて二段目以降の差動信
号アンプの差動出力が各トランジスタ対の他方のベース
に入力され、それを差動増幅してオフセット検知用差動
信号を出力する検知アンプと、このオフセット検知用差
動信号が入力され、これに基づいてオフセット補償差動
電流を、検知アンプに接続された上記差動信号アンプよ
りも前の差動信号アンプに入力する補償電流生成アンプ
とを設けたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による多
段信号増幅回路の機能構成を示すブロック図である。図
において、1は多段信号増幅回路への差動入力信号が入
力される一対の入力端子、2は多段信号増幅回路の差動
出力信号を出力する一対の出力端子、3は(n+1)個
の差動信号アンプ3(1),・・・,3(n+1)が多
段に接続され、最初の差動信号アンプ3(1)に入力さ
れた差動入力信号を差動増幅して最後の差動信号アンプ
3(n+1)から差動出力信号として出力する増幅回
路、4は入力端子1側から数えてn段目の差動信号アン
プ3(n)の差動出力が入力され、それを差動増幅して
オフセット検知用差動信号を出力する検知アンプ、5は
このオフセット検知用差動信号が入力され、これに基づ
いてオフセット補償差動電流を第i段の差動信号アンプ
3(i)に入力する補償電流生成アンプ、6はそれぞれ
検知アンプ4から補償電流生成アンプ5までの間のオフ
セット検知用差動信号の信号経路に設けられ、低周波成
分(直流成分)を通過させるローパスフィルタである。
但し、n,iは正の整数であり且つ「i<n」が成立す
る。
【0013】また、同図において、Va(in)は入力
端子1から初段の差動信号アンプ3(1)に入力される
一方の差動入力信号の電圧、Vb(in)は入力端子1
から初段の差動信号アンプ3(1)に入力される他方の
差動入力信号の電圧、Va(x)は第x段の差動信号ア
ンプ3(x)の一方の差動出力の電圧、Vb(x)は他
方の差動出力の電圧、Va(dec)は検知アンプ4か
ら出力される一方の差動出力の電圧、Vb(dec)は
検知アンプ4から出力される他方の差動出力の電圧を意
味する。但し、xは(n+1)以下の正の整数である。
Icomp1およびIcomp2はそれぞれ上記オフセ
ット補償差動電流である。
【0014】図2はこの発明の実施の形態1による多段
信号増幅回路の素子構成例(n=3)を示すブロック図
である。図において、7はそれぞれ定電流源、8はそれ
ぞれnpnトランジスタ、9はそれぞれ抵抗素子、10
はそれぞれ容量素子である。
【0015】そして、この多段信号増幅回路において、
各差動信号アンプ3(x)は、1対のnpnトランジス
タ8,8のエミッタ同士を接続し、そのエミッタと図示
外の低圧側電源との間に1つの定電流源7を接続し、更
に各npnトランジスタ8のコレクタと高圧側電源との
間にそれぞれ抵抗素子9が配設された所謂差動アンプ構
造に形成されている。この差動アンプは、一対のnpn
トランジスタ8,8のベースに入力される信号の間で電
位差が生じると、それに応じたバランスで一対のnpn
トランジスタ8,8のコレクタに電流が流れ、このコレ
クタ電流によって各抵抗素子9に電圧が発生し、それぞ
れの電圧が差動増幅出力電圧として出力される。また、
上記電位差が大きければ大きいほど2つの抵抗素子8,
8に発生する電位差も大きくなる。
【0016】検知アンプ4は、上記差動アンプ構造を基
本としつつ各抵抗素子9に並列に容量素子10が接続さ
れた構造となっている。従って、一対のnpnトランジ
スタ8,8のベース電位差に応じて上記差動信号アンプ
と同様にコレクタ電流が流れ、このコレクタ電流によっ
て各抵抗素子9にオフセット検知用差動信号の電圧が生
成される。また、一対のnpnトランジスタ8,8のベ
ース電位差が変化した場合には、それに応じて各npn
トランジスタ8にはコレクタ電流が流れるものの、過度
状態においてはそのコレクタ電流の一部が容量素子10
の充放電に利用されることになるので、オフセット検知
用差動信号の電圧はこの抵抗素子9と容量素子10との
時定数に応じた時間の後に当該コレクタ電流を抵抗素子
9に流した場合の電圧に安定することになる。逆にいえ
ば、この時定数できまる応答特性よりも速い速度で差動
増幅信号が変化した場合には、入力においてそのような
変化があったにもかかわらずオフセット検知用差動信号
の電圧は安定したままとなり、この抵抗素子9と容量素
子10とは、一対のnpnトランジスタ8,8のベース
電位差の電圧変化のうち低周波成分のみに応じてオフセ
ット検知用差動信号の電圧を変化させるローパスフィル
タ6として機能することになる。このようにローパスフ
ィルタ6は差動アンプの負荷抵抗素子9を用いて検知ア
ンプ4に一体化されている。
【0017】補償電流生成アンプ5は、初段の差動信号
アンプ3(1)の抵抗素子9を自身の抵抗素子として利
用した上記差動アンプ構造となっている。従って、一対
のnpnトランジスタ8,8のベースにオフセット検知
用差動信号が入力されると、差動信号アンプ3(x)と
同様にこの信号の電位差に応じたコレクタ電流が生成さ
れる。その結果、初段の差動信号アンプ3(1)の各抵
抗素子9には、当該初段の差動信号アンプ3(1)のn
pnトランジスタ8により生成されたコレクタ電流に、
この補償電流生成アンプ5のnpnトランジスタ8によ
り生成されたコレクタ電流が加算された電流が流れ、そ
れに応じた電圧を発生することになる。
【0018】次に動作について説明する。一対の入力端
子1,1に差動入力信号が入力されると、これを初段の
差動信号アンプ3(1)が増幅し、この差動出力を第二
段の差動信号アンプ3(2)が増幅し、この差動出力を
第三段の差動信号アンプ3(3)が増幅し、この差動出
力を第四段の差動信号アンプ3(4)が増幅し、この第
四段の差動信号アンプ3(4)の差動出力が一対の出力
端子2,2から出力される。なお、Va(in)>Vb
(in)の関係にある場合には、Va(1)<Vb
(1)、Va(2)>Vb(2)、Va(3)<Vb
(3)、Va(4)>Vb(4)の電圧関係となり、逆
の入力電圧関係であれば全て逆の電圧関係となる。
【0019】また、検知アンプ4は第二段の差動信号ア
ンプ3(2)の差動出力が入力され、これの直流成分
(低周波成分)を組み込まれたローパスフィルタ6で抽
出しつつ増幅し、これを補償電流生成アンプ5へ出力す
る。なお、Va(2)>Vb(2)の関係にある場合に
は、Va(dec)<Vb(dec)の電圧関係とな
り、逆の入力電圧関係であれば逆の電圧関係となる。
【0020】補償電流生成アンプ5は検知アンプ4の差
動出力が入力され、これらの電位差に応じてオフセット
補償差動電流を初段の差動信号アンプ3(1)の抵抗素
子9に流す。なお、Va(dec)<Vb(dec)の
関係にある場合には、Icomp1<Icomp2の電
流関係となり、逆の入力電圧関係であれば逆の電流関係
となる。
【0021】従って、第二段の差動信号アンプ3(2)
の差動出力に、例えばVa(1)<Vb(1)となるよ
うなオフセットによって直流的にVa(2)>Vb
(2)の関係となるような電位差が生じた場合には、そ
れに応じてIcomp1<Icomp2の電流関係とな
るオフセット補償差動電流が初段の差動信号アンプ3
(1)の一対の抵抗素子9,9に流れる。その結果、こ
の電流によってVa(1)よりもVb(1)の方が大き
く低下するので、最終的には直流的にはVa(2)=V
b(2)の関係となるように第二段の差動信号アンプ3
(2)の差動出力が補償されることになる。
【0022】それゆえ、例えば初段の差動信号アンプ3
(1)の本来の差動出力においては直流オフセット電圧
成分があったとしても、第二段の差動信号アンプ3
(2)の差動出力は直流的には同一電圧となるように補
償されるので、この初段の差動信号アンプ3(1)の本
来の差動出力における直流オフセット電圧成分が第三の
差動信号アンプ3(3)において増幅されてしまうこと
は無く、当該初段の直流オフセット電圧成分によって最
終段(第4段)の差動信号アンプ3(4)の入力におい
てそのダイナミックレンジ(非飽和領域)を越えてしま
うことはなくなり、入力端子1,1に入力された差動入
力信号の交流成分を増幅して出力端子2,2から出力す
ることができる効果がある。
【0023】また、このような多段信号増幅回路の構成
であれば、検知アンプ4は、差動信号アンプ3(2)の
出力をまず差動増幅アンプのnpnトランジスタ8で受
け、その後にフィルタリングしているので、当該差動増
幅アンプの高い入力インピーダンスによって差動信号ア
ンプ3(2)自体の出力が変化してしまうことを効果的
に抑制することができる。従って、従来のように検知ア
ンプ4を、最初にローパスフィルタでフィルタリング
し、その後で差動増幅アンプで受けるように構成した場
合のように、入力インピーダンスを確保するために抵抗
素子9の値を大きくする必要が無くなり、その結果最適
なサイズ(値)にて抵抗素子9や容量素子10を作りこ
むことができ、つまりこれら抵抗素子9や容量素子10
を最小のレイアウト面積となるように作りこむことがで
き、ひいては、従来に比べて小さいレイアウト面積にて
同等の増幅特性を得ることができる効果がある。
【0024】なお、図1に示すように、オフセット補償
差動電流がフィードバックされる差動信号アンプ3
(i)から検知アンプ4に対して出力する差動信号アン
プ3(n)までの全体の区間増幅率をA、検知アンプ4
と補償電流生成アンプ5とによるフィードバックゲイン
をB、差動信号アンプ3(i−1)の抵抗素子9(出力
抵抗)の抵抗値をR、当該抵抗素子9に本来の入力電圧
に基づいて流れる電流をI1,I2、差動信号アンプ3
(n)の差動出力電圧をVout(但し、Vout=V
a(n)−Vb(n))、検知アンプ4から補償電流生
成アンプ5までのフィードバック系の直流オフセット電
圧をΔVとすると、式1から式3が成立し、これをVo
utについて整理すると式4が得られる。
【0025】 Va(i−1)−Vb(i−1) = {Vcc−R(I1−Icomp1)} −{Vcc−R(I2−Icomp2)} = R{(I2−I1)−(Icomp2−Icomp1)}・・・ 式1 Vout = Va(n)−Vb(n) = A{Va(i−1)−Vb(i−1)} ・・・ 式2 Icomp1−Icomp2 = (B/R)(Vout+ΔV) ・・・ 式3 Vout = R(I1−I2)/(B−1/A)−ΔV/(1−1/(A×B)) ・・・ 式4
【0026】従って同式からも明らかなように、検知ア
ンプ4から補償電流生成アンプ5までのフィードバック
ゲインBを大きくすればするほど、第1項(差動信号ア
ンプ3(i−1)の出力に含まれる直流成分による寄与
項)が小さくなり、これにより差動信号アンプ3(n+
1)に入力される直流成分が抑制されることになる。な
お、第2項は検知アンプ4から補償電流生成アンプ5ま
でのフィードバック系の直流オフセットに起因する直流
成分であり、これは段数の増加に応じて飛躍的に大きく
なってしまうものではないので、差動信号アンプ3(n
+1)のダイナミックレンジと同程度の電圧となってし
まうものではない。その結果、この実施の形態1では直
流オフセットを効果的に抑制することができる。
【0027】また、この実施の形態では、検知アンプ4
には第二段の差動信号アンプ3(2)の差動出力を入力
する例で説明したが、第三段の差動信号アンプ3(3)
の差動出力を入力するように構成してもよい。この場
合、Va(1)とVb(1)との電位差に対するVa
(dec)とVb(dec)との電位差の大小関係が上
記例とは逆になるので、例えばVa(dec)およびV
b(dec)の補償電流生成アンプ5に対する接続、あ
るいは、Icomp1およびIcomp2の初段の差動
信号アンプ3(1)に対する接続などを逆にする必要が
ある。
【0028】実施の形態2.図3はこの発明の実施の形
態2による多段信号増幅回路の素子構成例(n=3)を
示すブロック図である。図において、11はpnpトラ
ンジスタである。
【0029】そして、この多段信号増幅回路において、
検知アンプ4は、1対のpnpトランジスタ11,11
のエミッタ同士を接続し、そのエミッタと図示外の高圧
側電源との間に1つの定電流源7を接続し、更に各pn
pトランジスタ11,11のコレクタと低圧側電源との
間にそれぞれ抵抗素子9が配設された所謂差動アンプ構
造を基本とする構造に形成されている。この検知アンプ
4は、一対のpnpトランジスタ11,11のベースに
差動増幅信号が入力され、それらの信号の間で電位差が
生じると、それに応じたバランスで一対のpnpトラン
ジスタ11,11のコレクタに電流が流れ、このコレク
タ電流によって各抵抗素子9に電圧が発生し、それぞれ
の電圧が差動増幅出力電圧として出力される。また、上
記電位差が大きければ大きいほど2つの抵抗素子9,9
に発生する電位差も大きくなる。
【0030】また、当該検知アンプ4は、上記差動アン
プ構造を基本としつつ各抵抗素子9に並列に容量素子1
0が接続された構造となっている。従って、実施の形態
1と同様に、この抵抗素子9と容量素子10とは一対の
pnpトランジスタ11,11のベース電圧の電圧変化
のうち低周波成分のみに応じてオフセット検知用差動信
号の電圧を変化させるローパスフィルタ6として機能す
るので、オフセット検知用差動信号の電圧は、この抵抗
素子9と容量素子10との時定数に応じた時間だけ遅れ
て、一対のpnpトランジスタ11,11のベースに入
力される差動増幅信号の電位差の変化に追従して変化す
る。これ以外の構成は実施の形態1と同様であり説明を
省略する。
【0031】次に動作について説明する。検知アンプ4
は第二段の差動信号アンプ3(2)の差動出力が入力さ
れ、これの直流成分(低周波成分)を抽出して増幅し、
これを補償電流生成アンプ5へ出力する。なお、Va
(2)>Vb(2)の関係にある場合には、Va(de
c)>Vb(dec)の電圧関係となり、逆の入力電圧
関係であれば逆の電圧関係となる。
【0032】従って、第二段の差動信号アンプ3(2)
の差動出力に、例えばVa(1)<Vb(1)となるよ
うなオフセットによって直流的にVa(2)>Vb
(2)の関係となるような電位差が生じた場合には、そ
れに応じてIcomp1<Icomp2の電流関係とな
るオフセット補償差動電流が初段の差動信号アンプ3
(1)の一対の抵抗素子9,9に流れる。その結果、こ
の電流によってVa(1)よりもVb(1)の方が大き
く低下するので、最終的には直流的にはVa(2)=V
b(2)の関係となるように第二段の差動信号アンプ3
(2)の差動出力が補償されることになる。これ以外の
動作は実施の形態1と同様であり説明を省略する。
【0033】それゆえ、実施の形態1と同様に、前段の
差動信号アンプ3(2)の直流オフセット電圧成分など
によって、後段の差動信号アンプ3(4)の入力におい
てそのダイナミックレンジを越えてしまうことなく、入
力端子1,1に入力された差動入力信号の交流成分を増
幅して出力端子2,2から出力することができる効果が
ある。しかも、従来のように入力インピーダンスを確保
するために抵抗素子9の値を大きくする必要が無いので
従来に比べて小さいレイアウト面積にて形成することが
できる効果がある。
【0034】また、この実施の形態では、検知アンプ4
においてpnpトランジスタ11を用いているので、一
般に同一半導体基板上に形成されるpnpトランジスタ
11の周波数特性はnpnトランジスタ8のそれよりも
特性が悪い(高周波追従特性が低い)ので、検知アンプ
4の差動アンプ構造それ自体でもローパスフィルタ効果
が得られる。そして、その分だけ抵抗素子9や容量素子
10の値を小さくすることができ、これらを実施の形態
1よりも更に小さく形成することができる効果もある。
【0035】実施の形態3.図4はこの発明の実施の形
態3による多段信号増幅回路の素子構成例(n=3)を
示すブロック図である。図において、12は検知アンプ
である。そして、この多段信号増幅回路において、検知
アンプ12は、2対のnpnトランジスタ8,8,8,
8のコレクタが共通の1組の抵抗素子9,9に接続さ
れ、一方の抵抗素子9に接続された2つのnpnトラン
ジスタ8,8のベース同士が高圧側電源に共通に接続さ
れ、各対のnpnトランジスタ8,8のエミッタはそれ
ぞれが抵抗素子9を介して各対毎に共通の定電流源7に
接続され、更に、各対の残りのベースに差動増幅信号が
入力された構造となっている。
【0036】そして、これら2対のnpnトランジスタ
8,・・・,8の全てが線形増幅特性(増幅率k)であ
ると仮定すると共に、定電流源7の電流値を共にIe
e、一方の入力電圧を直流電圧と交流電圧とが重畳され
た「Vdc+Vac」、他方の入力電圧を交流電圧のみ
からなる「−Vac」とした場合、一方の入力電圧が印
加されるnpnトランジスタ8のコレクタ電流は式5、
その対のnpnトランジスタ8のコレクタ電流は式6、
他方のnpnトランジスタ8のコレクタ電流は式7、そ
の対のnpnトランジスタ8のコレクタ電流は式8とな
る。また、各上記結線に基づき上記入力電圧が印加され
るnpnトランジスタ8,8のコレクタに接続された抵
抗素子9に流れる電流は下記式9、他方の抵抗素子9に
流れる電流は下記式10となる。その結果、この検知ア
ンプ12から出力されるオフセット検知用差動信号に
は、入力の交流成分(つまり差動入力信号に基づく信号
成分)が相殺されて直流成分(つまり差動信号アンプに
よる直流オフセット成分など)のみに基づく信号が出力
されることになる。なお、ここでは2対のnpnトラン
ジスタ8,・・・,8の全てが線形増幅特性(増幅率
k)であると仮定した説明となっているが、これらの特
性が非線形増幅特性であったとしても交流成分の抑制効
果が生じることには変わりがない。
【0037】 I1= k・(Vdc+Vac)+Iee/2 ・・・式5 I2=−k・(Vdc+Vac)+Iee/2 ・・・式6 I3= k・(−Vac)+Iee/2 ・・・式7 I4=−k・(−Vac)+Iee/2 ・・・式8 I5=I1+I3= k・(Vdc) ・・・式9 I6=I2+I4=−k・(Vdc) ・・・式10
【0038】なお、入力電圧が印加されるnpnトラン
ジスタ8,8に対応する抵抗素子9の電圧がVa(de
c)として出力され、他方の抵抗素子9の電圧はVb
(dec)として出力される。従って、第二段の差動信
号アンプ3(2)の差動出力に、例えばVa(1)<V
b(1)となるようなオフセットによって直流的にVa
(2)>Vb(2)の関係となるような電位差が生じた
場合には、それに応じてIcomp1<Icomp2の
電流関係となるオフセット補償差動電流が初段の差動信
号アンプ3(1)の一対の抵抗素子9,9に流れること
になる。これ以外の構成および動作は実施の形態1と同
様であり説明を省略する。
【0039】それゆえ、実施の形態1と同様に、前段の
差動信号アンプ3(1)の直流オフセット電圧成分など
によって、後段の差動信号アンプ3(4)の入力におい
てそのダイナミックレンジを越えてしまうことなく、入
力端子1,1に入力された差動入力信号の交流成分を増
幅して出力端子2,2から出力することができる効果が
ある。しかも、従来のように入力インピーダンスを確保
するために抵抗素子の値を大きくする必要が無いので従
来に比べて小さいレイアウト面積にて形成することがで
きる効果がある。
【0040】また、この実施の形態では、容量素子10
を用いずに検知アンプ12から交流成分がキャンセルさ
れたオフセット検知用差動信号を出力しているので、し
かもそのために時定数を考慮することなく抵抗素子9の
値を小さくすることができるので、実施の形態1よりも
更に小さいレイアウト面積にて回路を構成することがで
きる効果もある。
【0041】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、互い
の出力が入力となるように多段に接続された複数の差動
信号アンプを備え、最初の差動信号アンプに入力された
差動入力信号を差動増幅して最後の差動信号アンプから
差動出力信号を出力する多段信号増幅回路において、入
力端子側から数えて二段目以降の差動信号アンプの差動
出力が入力され、それを差動増幅してオフセット検知用
差動信号を出力する検知アンプと、当該オフセット検知
用差動信号の直流成分のみを通過させるローパスフィル
タと、このローパスフィルタの出力が入力され、これに
基づいてオフセット補償差動電流を、検知アンプに接続
された上記差動信号アンプよりも前の差動信号アンプに
入力する補償電流生成アンプとを設けたので、検知アン
プに対して差動出力を出力する差動信号アンプの出力に
おいて直流成分のオフセットが無くなるように制御する
ことになる。その結果、オフセット補償差動電流が入力
された差動信号アンプから検知アンプに対して差動出力
を出力する差動信号アンプまでの間において生じた直流
オフセットを抑制することができる効果がある。
【0042】またこれと同時に、差動信号アンプの差動
出力はまず検知アンプに入力されるので、必然的にこの
入力インピーダンスは高い。その結果、ローパスフィル
タにおいて抵抗素子や容量素子を使用したとしてもその
値を決定するに当たって入力インピーダンスなどを考慮
する必要が無く、これらのサイズ(値)を小さくして従
来のものよりも少ないレイアウト面積にて実現すること
ができる効果がある。
【0043】この発明によれば、検知アンプが、エミッ
タ同士が互いに接続された一対のnpnトランジスタ
と、そのエミッタと低圧側電源との間に接続された定電
流源と、各npnトランジスタのコレクタと高圧側電源
との間に接続された一対の抵抗素子とからなり、ローパ
スフィルタが、上記一対の抵抗素子と、各抵抗素子に並
列に接続された複数の容量素子とからなるので、この検
知アンプとローパスフィルタとで抵抗素子を共通化して
更に少ないレイアウト面積にて実現することができる効
果がある。
【0044】この発明によれば、検知アンプが、エミッ
タ同士が互いに接続された一対のpnpトランジスタ
と、そのエミッタと高圧側電源との間に接続された定電
流源と、各pnpトランジスタのコレクタと低圧側電源
との間に接続された一対の抵抗素子とからなり、ローパ
スフィルタが、上記一対の抵抗素子と、各抵抗素子に並
列に接続された複数の容量素子とからなるので、検知ア
ンプそれ自体でもローパスフィルタ効果が得られ、その
分、抵抗素子や容量素子の値を小さくして更に少ないレ
イアウト面積にて実現することができる効果がある。
【0045】この発明によれば、互いの出力が入力とな
るように多段に接続された複数の差動信号アンプを備
え、最初の差動信号アンプに入力された差動入力信号を
差動増幅して最後の差動信号アンプから差動出力信号を
出力する多段信号増幅回路において、二対のトランジス
タ、各トランジスタ対の一方のコレクタ同士が共通に接
続された一対の抵抗素子、各トランジスタのエミッタに
接続された抵抗素子、および、各トランジスタ対毎に当
該一対の抵抗素子と高圧側電源あるいは低圧側電源との
間に設けられた2つの定電流源からなり、各トランジス
タ対の一方のベース同士が上記定電流源とは異なる低圧
側電源あるいは高圧側電源に接続されるとともに、入力
端子側から数えて二段目以降の差動信号アンプの差動出
力が各トランジスタ対の他方のベースに入力され、それ
を差動増幅してオフセット検知用差動信号を出力する検
知アンプと、このオフセット検知用差動信号が入力さ
れ、これに基づいてオフセット補償差動電流を、検知ア
ンプに接続された上記差動信号アンプよりも前の差動信
号アンプに入力する補償電流生成アンプとを設けたの
で、検知アンプに対して差動出力を出力する差動信号ア
ンプの出力において直流成分のオフセットを無くなるよ
うに制御することになる。その結果、オフセット補償差
動電流が入力された差動信号アンプから検知アンプに対
して差動出力を出力する差動信号アンプまでの間におい
て生じた直流オフセットを抑制することができる効果が
ある。
【0046】またこれと同時に、差動信号アンプの差動
出力はまず検知アンプに入力されるので、必然的にこの
入力インピーダンスは高く、しかも、二対のトランジス
タにて交流成分を相殺することで直流成分を抽出してい
るので、ローパスフィルタリングのための抵抗素子や容
量素子を全く使用することなく実現することができ、以
上のものよりも更に少ないレイアウト面積にて実現する
ことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による多段信号増幅
回路の機能構成を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による多段信号増幅
回路の素子構成例(n=3)を示すブロック図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による多段信号増幅
回路の素子構成例(n=3)を示すブロック図である。
【図4】 この発明の実施の形態3による多段信号増幅
回路の素子構成例(n=3)を示すブロック図である。
【図5】 従来の多段信号増幅回路の機能構成を示すブ
ロック図である。
【図6】 従来の多段信号増幅回路における問題点を説
明するための説明図である。
【図7】 従来の他の多段信号増幅回路の機能構成を示
すブロック図である。
【符号の説明】
1 入力端子、2 出力端子、3 増幅回路、3
(1),・・・,3(n+1) 差動信号アンプ、4
検知アンプ、5 補償電流生成アンプ、6 ローパスフ
ィルタ、7 定電流源、8 npnトランジスタ、9
抵抗素子、10 容量素子、11 pnpトランジス
タ、12 検知アンプ。
フロントページの続き Fターム(参考) 5J066 AA01 AA12 AA62 CA13 CA15 CA92 FA15 FA17 HA02 HA29 KA02 KA43 MA08 MA13 ND01 ND23 PD02 TA01 TA02 5J091 AA01 AA12 AA62 CA13 CA15 CA92 FA15 FA17 HA02 HA29 KA02 KA43 MA08 MA13 TA01 TA02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いの出力が入力となるように多段に接
    続された複数の差動信号アンプを備え、最初の差動信号
    アンプに入力された差動入力信号を差動増幅して最後の
    差動信号アンプから差動出力信号を出力する多段信号増
    幅回路において、 入力端子側から数えて二段目以降の差動信号アンプの差
    動出力が入力され、それを差動増幅してオフセット検知
    用差動信号を出力する検知アンプと、 当該オフセット検知用差動信号の直流成分のみを通過さ
    せるローパスフィルタと、 このローパスフィルタの出力が入力され、これに基づい
    てオフセット補償差動電流を、検知アンプに接続された
    上記差動信号アンプよりも前の差動信号アンプに入力す
    る補償電流生成アンプとを設けた多段信号増幅回路。
  2. 【請求項2】 検知アンプは、エミッタ同士が互いに接
    続された一対のnpnトランジスタと、そのエミッタと
    低圧側電源との間に接続された定電流源と、各npnト
    ランジスタのコレクタと高圧側電源との間に接続された
    一対の抵抗素子とからなり、 ローパスフィルタは、上記一対の抵抗素子と、各抵抗素
    子に並列に接続された複数の容量素子とからなることを
    特徴とする請求項1記載の多段信号増幅回路。
  3. 【請求項3】 検知アンプは、エミッタ同士が互いに接
    続された一対のpnpトランジスタと、そのエミッタと
    高圧側電源との間に接続された定電流源と、各pnpト
    ランジスタのコレクタと低圧側電源との間に接続された
    一対の抵抗素子とからなり、 ローパスフィルタは、上記一対の抵抗素子と、各抵抗素
    子に並列に接続された複数の容量素子とからなることを
    特徴とする請求項1記載の多段信号増幅回路。
  4. 【請求項4】 互いの出力が入力となるように多段に接
    続された複数の差動信号アンプを備え、最初の差動信号
    アンプに入力された差動入力信号を差動増幅して最後の
    差動信号アンプから差動出力信号を出力する多段信号増
    幅回路において、 二対のトランジスタ、各トランジスタ対の一方のコレク
    タ同士が共通に接続された一対の抵抗素子、各トランジ
    スタのエミッタに接続された抵抗素子、および、各トラ
    ンジスタ対毎に当該一対の抵抗素子と高圧側電源あるい
    は低圧側電源との間に設けられた2つの定電流源からな
    り、各トランジスタ対の一方のベース同士が上記定電流
    源とは異なる低圧側電源あるいは高圧側電源に接続され
    るとともに、入力端子側から数えて二段目以降の差動信
    号アンプの差動出力が各トランジスタ対の他方のベース
    に入力され、それを差動増幅してオフセット検知用差動
    信号を出力する検知アンプと、 このオフセット検知用差動信号が入力され、これに基づ
    いてオフセット補償差動電流を、検知アンプに接続され
    た上記差動信号アンプよりも前の差動信号アンプに入力
    する補償電流生成アンプとを設けた多段信号増幅回路。
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