JP2002076798A - インピーダンス変換回路 - Google Patents

インピーダンス変換回路

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JP2002076798A
JP2002076798A JP2000253674A JP2000253674A JP2002076798A JP 2002076798 A JP2002076798 A JP 2002076798A JP 2000253674 A JP2000253674 A JP 2000253674A JP 2000253674 A JP2000253674 A JP 2000253674A JP 2002076798 A JP2002076798 A JP 2002076798A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 差動入力部における入力段MOSトランジス
タのゲート容量による入力信号への影響を少なくして、
精度の高い出力信号を得ること。 【解決手段】 このインピーダンス変換回路は、高イン
ピーダンスを有する一対の電圧出力回路10,14より
交互に出力される電圧信号Va,Vbを一対の差動入力部
26,48に高入力インピーダンスでそれぞれ入力し
て、出力部62より低出力インピーダンスで負荷(図示
せず)に出力する。一方の差動入力部26が電圧出力回
路10からの入力電圧Vaに対して差動増幅動作を行っ
ている時、他方の差動入力部48ではスタンバイ用の定
電流回路78がオン(通電)状態にあり、入力段正極側
のPMOSトランジスタ50には定電流源80からの定
電流Io/2が飽和状態で供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インピーダンス変
換回路に係り、特にMOSトランジスタで構成されるイ
ンピーダンス変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図12に、この種のインピーダンス変換
回路の従来例を示す。このインピーダンス変換回路は、
高インピーダンスを有する一対の電圧出力回路100,
104より交互に出力される電圧信号va,vbを一対の
差動入力部112,122に高入力インピーダンスでそ
れぞれ入力して、出力部132より低出力インピーダン
スで負荷(図示せず)に出力するように構成されてい
る。
【0003】電圧出力回路100,104はたとえば電
荷再分配型D/Aコンバータの出力コンデンサ102,
106からなり、各コンデンサ102,106よりD/
A変換の結果として得られるアナログの出力電圧va,
vbが開閉スイッチ108,110を介して交互に与え
られる。
【0004】図示の状態では、スイッチ108がオフ
(開)状態、スイッチ110がオン(閉)状態で、定電
流源118が切換スイッチ120により差動入力部12
2側に切り換えられており、一対のNMOSトランジス
タ128,130は差動入力部122の電流ミラー回路
として動作し、出力部132のノードNoutにはコンデ
ンサ106からの入力電圧vbと対応する(理想的には
等しい)出力電圧voutが得られる。出力部132は、
正極側電源電圧端子Vddと負極側電源電圧端子Vssとの
間に直列接続された定電流源134および駆動用のNM
OSトランジスタ136で構成され、ノードNoutが出
力端子として負荷に接続されるとともに両差動入力部1
12,122における入力段負極側のPMOSトランジ
スタ116,126のゲート端子に接続されている。
【0005】コンデンサ102にD/A変換結果のアナ
ログ電圧vaが得られると、所定のタイミングでスイッ
チ108がオン状態になり、コンデンサ102の電圧v
aが差動入力部112における入力段正極側のPMOS
トランジスタ114のゲート端子に与えられる。次い
で、定電流源118が切換スイッチ120により差動入
力部112側に切り換えられる。また、スイッチ110
がオフ状態になる。これにより、NMOSトランジスタ
128,130は差動入力部112の電流ミラー回路と
して動作し、出力部132のノードNoutにはコンデン
サ102からの入力電圧vaと対応する(理想的には等
しい)出力電圧voutが得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなインピー
ダンス変換回路では、ドライブ能力をほとんど持たない
各電圧出力回路100,104(コンデンサ102,1
06)からの電圧va,vbが各差動入力部112,12
2における入力段正極側のPMOSトランジスタ11
4,124のゲート端子に入力または転送された時に、
各コンデンサ102,106の容量Ca,Cbと各PMO
Sトランジスタ114,124のゲート容量(ゲート端
子と基板との間の容量)CGとの間で無視できないほど
大きな電荷の移動または分配が起こって、各入力電圧v
a,vbの値が変わってしまい、結果として出力部132
の出力ノードNoutに得られる各出力電圧voutが各入力
電圧va,vbの本来の値からずれる(オフセットする)
という問題がある。
【0007】さらに、差動入力部112,122間で切
換が行われた直後に、入力電圧va,vbを入力している
各入力段正極側のPMOSトランジスタ114,124
に定電流源118からの電流が流れ始めると、基板電位
つまりゲート電極と対向する基板領域の電位が変化し
て、ゲート容量CGに電荷が出入りする。このこともゲ
ート容量CGを通じて入力電圧va,vbを変動させる原
因となり、ひいては出力電圧voutのオフセットを拡大
させる原因となっていた。
【0008】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、差動入力部における入力段MOSトランジスタ
のゲート容量による入力信号への影響を少なくして、精
度の高い出力信号を得るようにしたインピーダンス変換
回路を提供することを目的とする。
【0009】本発明の別の目的は、高インピーダンスの
電圧出力または保持回路からの入力信号に対しても低オ
フセットで精度の高い出力信号を得るようにしたインピ
ーダンス変換回路を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第1のインピーダンス変換回路は、差動
接続された第1および第2のMOSトランジスタと、前
記第1および第2のMOSトランジスタに第1の電流を
ほぼ2等分して供給するための第1の定電流回路とを含
む差動入力部と、電気的負荷に接続され、前記差動入力
部の出力信号を増幅して前記負荷に供給する出力部と、
前記出力部より得られる出力信号を前記第2のMOSト
ランジスタのゲート端子に帰還させる帰還回路と、前記
第1のMOSトランジスタに前記第1の電流のほぼ1/
2の電流値を有する第2の電流を供給するための第2の
定電流回路と、所望の電圧レベルを有する入力信号が前
記第1のMOSトランジスタのゲート端子に入力するに
先立って前記第1の定電流回路をオフ状態にするととも
に前記第2の定電流回路をオン状態にして前記第1のM
OSトランジスタに前記第2の電流を供給させ、前記入
力信号が前記第1のMOSトランジスタのゲート端子に
入力した後に前記第1の定電流回路をオン状態に切り換
えるとともに前記第2の定電流回路をオフ状態に切り換
えて、前記第1および第2のMOSトランジスタに前記
第1の電流をほぼ2等分して供給させる制御回路とを有
する構成とした。
【0011】上記の構成においては、入力信号が第1の
MOSトランジスタのゲート端子に入力してゲート電位
が変動しても、第2の電流により第1のMOSトランジ
スタのゲート容量への電荷の出入りを阻止して、入力信
号への影響を防ぐことができる。そして、入力信号に対
して第1の定電流回路がオン状態になっても第1のMO
Sトランジスタに流れる電流は変わらないため、ゲート
容量の電荷は一定に維持され、入力信号に影響すること
はない。
【0012】上記第1のインピーダンス変換回路におい
て、好ましくは、前記第1のMOSトランジスタに前記
第2の電流を供給するに先立って前記第1のMOSトラ
ンジスタのゲート端子にリセット用の所定の基準電圧を
与えるリセット回路を有する構成としてよい。かかるリ
セット機能により、該ゲート端子回りの浮遊容量の影響
を少なくすることができる。
【0013】本発明の第2のインピーダンス変換回路
は、差動接続された第1および第2のMOSトランジス
タと、前記第1および第2のMOSトランジスタに第1
の電流をほぼ2等分して供給するための第1の定電流回
路とを含む第1の差動入力部と、差動接続された第3お
よび第4のMOSトランジスタと、前記第3および第4
のMOSトランジスタに前記第1の電流とほぼ等しい電
流値を有する第2の電流をほぼ2等分して供給するため
の第2の定電流回路とを含む第2の差動入力部と、電気
的負荷に接続され、前記第1または第2の差動入力部の
出力信号を増幅して前記負荷に供給する出力部と、前記
出力部より得られる出力信号を前記第2のMOSトラン
ジスタのゲート端子に帰還させる第1の帰還回路と、前
記出力部より得られる出力信号を前記第4のMOSトラ
ンジスタのゲート端子に帰還させる第2の帰還回路と、
前記第1のMOSトランジスタに前記第1の電流のほぼ
1/2の電流値を有する第3の電流を供給するための第
3の定電流回路と、前記第3のMOSトランジスタに前
記第2の電流のほぼ1/2の電流値を有する第4の電流
を供給するための第4の定電流回路と、所望の電圧レベ
ルを有する第1の入力信号が前記第1のMOSトランジ
スタのゲート端子に入力するに先立って前記第1の定電
流回路をオフ状態にするとともに前記第2の定電流回路
をオン状態にして前記第1のMOSトランジスタに前記
第2の電流を供給させ、前記入力信号が前記第1のMO
Sトランジスタのゲート端子に入力した後に前記第1の
定電流回路をオン状態に切り換えるとともに前記第2の
定電流回路をオフ状態に切り換えて、前記第1および第
2のMOSトランジスタに前記第1の電流をほぼ2等分
して供給させる第1の制御回路と、所望の電圧レベルを
有する第2の入力信号が前記第3のMOSトランジスタ
のゲート端子に入力するに先立って前記第2の定電流回
路をオフ状態にしたまま前記第4の定電流回路をオン状
態にして前記第3のMOSトランジスタに前記第4の電
流を供給させ、前記入力信号が前記第3のMOSトラン
ジスタのゲート端子に入力している状態の下で前記第2
の定電流回路をオン状態に切り換えるとともに前記第4
の定電流回路をオフ状態に切り換えて、前記第3および
第4のMOSトランジスタに前記第1の電流をほぼ2等
分して供給させる第2の制御回路と、前記第1の差動入
力部の出力信号と前記第2の差動入力部の出力信号とを
選択的に切り換えて前記出力部に供給させる第3の制御
回路とを有する構成とした。
【0014】上記の構成においては、前段の回路より交
互に与えられる第1および第2の入力信号をそれぞれ入
力する第1および第2の差動入力部の第1および第3の
MOSトランジスタについて上記第1のインピーダンス
変換回路と同様の作用が奏されることにより、該MOS
トランジスタのゲート容量による入力信号への影響を無
くし、精度の高い出力電圧を得ることができる。
【0015】上記第2のインピーダンス変換回路におい
て、好ましくは、前記第1および第2の差動入力部が共
通の電流ミラー回路を含む構成であってよい。第1およ
び第2の差動入力部は選択的または相補的に動作するた
め、共通の電流ミラー回路を切り換えて共有することが
できる。
【0016】本発明のインピーダンス変換回路は、特に
入力信号が高インピーダンスの電圧出力または保持回路
より与えられるアプリケーションにおいて大なる利点を
有する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図11を参照して本
発明の好適な実施形態を説明する。
【0018】図1および図2を参照して本発明で用いる
技法の要点を説明する。図1に示す定電流回路は、正極
側電源電圧端子Vddと負極側電源電圧端子Vssとの間に
定電流源1、PMOSトランジスタ2およびNMOSト
ランジスタ3を直列に接続したものである。図2に、こ
の定電流回路におけるPMOSトランジスタ2およびN
MOSトランジスタ3のデバイス構造を示す。P型シリ
コン基板4の主面にNウエル5およびPウエル6を並べ
て形成し、Nウエル5内にPMOSトランジスタ2を、
Pウエル6内にNMOSトランジスタ3をそれぞれ形成
している。
【0019】PMOSトランジスタ2は、ソース端子と
基板(Nウエル5)とを相互に接続してなり、インピー
ダンス変換回路の差動入力部における入力段正極側のト
ランジスタであってよい。NMOSトランジスタ3は、
ドレイン端子とゲート端子とを相互接続してなり、定電
流源1と協働してPMOSトランジスタ2に一定の電流
Iを流すための定電流回路を構成している。
【0020】PMOSトランジスタ2においては、ゲー
ト電極とそれと対向する基板側対向電極との間に一定の
ゲート容量CGが存在する。このゲート電極(端子)に
は、前段の電圧出力または保持回路(図示せず)より所
望の電圧レベルを有するアナログの電圧信号Vinが与え
られる。
【0021】いま、PMOSトランジスタ2に飽和領域
で電流(ドレイン電流)Iが流れているとする。この
時、ゲート・ソース間の電圧VGSは電流Iの大きさに依
存して一義的に決まる。したがって、たとえば入力信号
inが入力してゲート電極の電位が変化すると、電流I
が一定に維持される限りゲート・ソース間電圧VGSも一
定に維持されるようにPMOSトランジスタ2が動作す
る。つまり、ゲート電極の電位変化分をキャンセルする
ように基板側対向電極の電位(ノードN1の電位VN1
を変化させるように動作する。したがって、次の式
(1)が成り立つ。 VN1=Vin+VGS ‥‥‥(1)
【0022】一方、ゲート容量CGに蓄えられる電荷Q
は次式(2)で与えられる。 Q=(VN1−Vin)CG ‥‥‥(2)
【0023】式(2)に式(1)を代入すると、次の式
(3)が得られる。 Q=VGSG ‥‥‥(3)
【0024】このように、定電流Iが流れているPMO
Sトランジスタ2のゲート容量CGに保持される電荷Q
はゲート電圧または入力電圧Vinに依存せず一定であ
り、ゲート容量CGに電荷の出入りが生ずることはな
い。入力段PMOSトランジスタ2のゲート容量CG
電荷の出入りが生じないということは、前段の電圧出力
または保持回路からみるとゲート容量CGの見掛け上の
値が限りなく小さく、事実上無視できるということであ
る。なお、PMOSトランジスタ2をNMOSトランジ
スタに置き換えた回路構成も可能である。
【0025】本発明では、上記のようなMOSトランジ
スタ(2)の特性をインピーダンス変換回路の中で利用
する。つまり、入力信号が入力段MOSトランジスタの
ゲート端子に入力される時点の前後で該MOSトランジ
スタに一定の電流Iを流し続けることにより、該MOS
トランジスタのゲート容量による入力信号への影響を無
くし、ひいては入出力オフセットを少なくするようにし
ている。
【0026】図3に、本発明の一実施形態によるインピ
ーダンス変換回路の構成を示す。このインピーダンス変
換回路は、高インピーダンスを有する一対の電圧出力回
路10,14より交互に出力される電圧信号Va,Vbを
一対の差動入力部26,48に高入力インピーダンスで
それぞれ入力して、出力部62より低出力インピーダン
スで負荷(図示せず)に出力するように構成されてい
る。
【0027】電圧出力回路10,14はたとえば電荷再
分配型D/Aコンバータの出力コンデンサ12,16か
らなり、各コンデンサ12,16よりD/A変換の結果
として得られるアナログの出力電圧Va,Vbが開閉スイ
ッチ18,20を介して交互に与えられる。
【0028】このインピーダンス変換回路において、第
1の差動入力部26は、差動接続された一対のPMOS
トランジスタ28,30と、差動入力中にこれらのPM
OSトランジスタ28,30に所定の定電流Ioをほぼ
2等分して供給するための差動増幅用の定電流回路32
とを有している。ここで、定電流回路32は、正極側電
源電圧端子Vdd側から上記定電流Ioを供給する定電流
源34と、一対のNMOSトランジスタ36,38から
なる電流ミラー回路40とで構成されている。定電流源
34の電流出力端子は、スイッチ42を介して両PMO
Sトランジスタ28,30のソース端子および基板(対
向電極)に接続可能となっている。NMOSトランジス
タ36,38は、それぞれのドレイン端子がスイッチ4
4,46を介してPMOSトランジスタ28,30のド
レイン端子に接続されるとともに、それぞれのソース端
子が負極側電源電圧端子Vssに接続され、それぞれのゲ
ート端子が相互接続されるとともにスイッチ46を介し
てPMOSトランジスタ30のドレイン端子に接続可能
となっている。
【0029】第2の差動入力部48は、差動接続された
一対のPMOSトランジスタ50,52と、差動入力中
にこれらのPMOSトランジスタ50,52に上記と同
じ大きさの定電流Ioをほぼ2等分して供給するための
差動増幅用の定電流回路54とを有している。ここで、
定電流回路54は、上記の定電流源34と電流ミラー回
路40とで構成されている。定電流源34の電流出力端
子は、スイッチ56を介して両PMOSトランジスタ5
0,52のソース端子および基板(対向電極)に接続可
能となっている。電流ミラー回路40のNMOSトラン
ジスタ36,38は、それぞれのドレイン端子がスイッ
チ58,60を介してPMOSトランジスタ50,52
のドレイン端子に接続可能となっている。
【0030】このように、第1および第2の差動入力部
26,48における定電流回路32,54は共通の定電
流源34と電流ミラー回路40とで構成されており、ス
イッチ(42,44,46)、(56,58,60)を
切り換えて定電流回路32,54のどちらかを選択的ま
たは排他的に動作させるようにしている。より詳細に
は、第1の差動入力部26を動作させるときは、スイッ
チ(42,44,46)をオン(閉)状態にするととも
にスイッチ(56,58,60)をオフ(開)状態にす
ることで、定電流回路32をオン(通電)状態、定電流
回路54をオフ(非通電)状態とする。また、第2の差
動入力部48を動作させるときは、スイッチ(42,4
4,46)をオフ(開)状態にするとともにスイッチ
(56,58,60)をオン(閉)状態にすることで、
定電流回路32をオフ(非通電)状態、定電流回路54
をオン(通電)状態とするようになっている。
【0031】出力部62は、正極側電源電圧端子Vddと
負極側電源電圧端子Vssとの間に直列接続された定電流
源64および駆動用のNMOSトランジスタ66で構成
され、定電流源64とNMOSトランジスタ66との間
のノードNoutが出力端子として負荷に接続されるとと
もに、両差動入力部26,48における負極側のPMO
Sトランジスタ30,52のゲート端子にスルーの帰還
回路を介して接続されている。
【0032】このインピーダンス変換回路には、第1お
よび第2の差動入力部26,48に、それぞれの差動入
力動作が開始する前に入力段正極側のPMOSトランジ
スタ28,50に上記定電流Ioのほぼ1/2の大きさ
の定電流Io/2を流すためのスタンバイ用定電流回路
68,78が設けられている。これらのスタンバイ用定
電流回路68,78は図1の定電流回路に相当するもの
である。
【0033】第1の差動入力部26側のスタンバイ用定
電流回路68は、正極側電源電圧端子Vddと負極側電源
電圧端子Vssとの間で入力段正極側のPMOSトランジ
スタ28と選択的に直列接続可能な定電流源70および
NMOSトランジスタ72で構成されている。定電流源
70は正極側電源電圧端子Vdd側から上記定電流Io/
2を与えるものであり、その電流出力端子はスイッチ7
4を介してPMOSトランジスタ28のソース端子およ
び基板(対向電極)に接続可能となっている。NMOS
トランジスタ72は、ドレイン端子がスイッチ76を介
してPMOSトランジスタ28のドレイン端子に接続可
能であり、ソース端子が負極側電源電圧端子Vssに接続
され、ゲート端子とドレイン端子とが相互接続されてい
る。
【0034】このスタンバイ用定電流回路68をオン
(通電)状態にするには、両スイッチ74,76をオン
(閉)状態にすればよい。スタンバイ用定電流回路68
をオフ(非通電)状態にするには、両スイッチ74,7
6をオフ(開)状態にすればよい。
【0035】第2の差動入力部48側のスタンバイ用定
電流回路78は、正極側電源電圧端子Vddと負極側電源
電圧端子Vssとの間で入力段正極側のPMOSトランジ
スタ50と選択的に直列接続可能な定電流源80および
NMOSトランジスタ82を有している。定電流源80
も正極側電源電圧端子Vdd側から上記定電流Io/2を
与えるものであり、その電流出力端子はスイッチ84を
介してPMOSトランジスタ50のソース端子および基
板(対向電極)に接続可能となっている。NMOSトラ
ンジスタ82では、ドレイン端子がスイッチ86を介し
てPMOSトランジスタ50のドレイン端子に接続可能
となっており、ソース端子が負極側電源電圧端子Vssに
接続され、ゲート端子とドレイン端子とが相互接続され
ている。
【0036】両スイッチ84,86をオン(閉)状態に
することでスタンバイ用定電流回路78をオン(通電)
状態に切り換え、両スイッチ84,86をオフ(開)状
態にすることでスタンバイ用定電流回路78をオフ(非
通電)状態に切り換えられるようになっている。
【0037】図4に、この実施形態において電圧出力回
路10,14を与える電荷再分配型D/Aコンバータの
回路構成例を示す。このD/Aコンバータには同一の値
(C)に設定されたキャパシタンスを有する3個のコン
デンサ80,12,16が含まれており、その中のコン
デンサ12,16がD/A変換結果のアナログ出力電圧
Va,Vbを保持ないし出力する出力コンデンサであり、
電圧出力回路10,14を構成している。コンデンサ8
0は、一方の電極がスイッチ82を介して論理値“1”
の基準電位Vddに接続可能であるとともにスイッチ84
を介して論理値“0”の基準電位Vssに接続可能であ
り、他方の電極が基準電位Vssに定常的に接続されてい
る。
【0038】コンデンサ12の一方の端子は、スイッチ
86を介してコンデンサ80の一方の電極に接続される
とともにスイッチ22を介して基準電位Vcomに接続さ
れ、さらにはスイッチ18を介してインピーダンス変換
回路の第1の差動入力部26(図3)に接続される。コ
ンデンサ12の他方の端子は基準電位Vssに接続され
る。
【0039】コンデンサ16の一方の端子は、スイッチ
90を介してコンデンサ80の一方の電極に接続される
とともにスイッチ24を介して基準電位Vcomに接続さ
れ、さらにはスイッチ20を介してインピーダンス変換
回路の第2の差動入力部48(図3)に接続される。コ
ンデンサ16の他方の端子は基準電位Vssに接続され
る。
【0040】このD/Aコンバータでは、入力ディジタ
ル信号の各バイナリコード[Dm‥‥D1D0]に対し
て、以下のような手順でスイッチ82,84,90,1
8,20,20,24のオン(閉)/オフ(開)を制御
して、出力コンデンサ12,16の一方にD/A変換結
果のアナログ出力電圧VaもしくはVbを得るようにして
いる。なお、以下の手順の中で特に言及しないスイッチ
はオフ状態にあるものとする。
【0041】(1) 先ず、スイッチ22,18をそれ
ぞれオンにして出力コンデンサ12の充電電圧(電荷)
を基準電圧Vcomにリセットする。その後、スイッチ2
2,18をそれぞれオフにする。
【0042】(2) 入力バイナリコードの最下位ビッ
トD0に対して、そのビットの論理値が“1”
(“0”)のときはスイッチ82(84)をオンにし、
コンデンサ80を基準電位Vddでチャージ(基準電位V
ssでディスチャージ)する。その後、当該スイッチ82
(84)をオフにする。
【0043】(3) スイッチ86をオンにしてコンデ
ンサ80に蓄積されている電荷を第1および第2のコン
デンサ80,12間で各1/2に分配させる。その後、
スイッチ86をオフにする。
【0044】(4) 上記(2)、(3)の動作を最上位
ビットDmまで上位の各ビットD1,D2,‥‥に対して
繰り返す。
【0045】(5) 最上位ビットに対する上記(3)の
動作の後にスイッチ24,20をそれぞれオンにしてコ
ンデンサ16の充電電圧(電荷)を基準電圧Vcomにリ
セットする。その後、スイッチ24,20をそれぞれオ
フにする。
【0046】(6) スイッチ18をオンにして、コン
デンサ12の充電電圧Vaを上記入力バイナリコードに
対応するアナログ出力電圧Vaとして出力する。
【0047】(7) 次の入力バイナリコードに対し
て、コンデンサ12をコンデンサ16に置き換えるとと
もにスイッチ86,18をスイッチ90,20にそれぞ
れ置き換えて、上記の動作(1)〜(6)を繰り返し、最
終的にコンデンサ16に得られる充電電圧をD/A変換
結果のアナログ出力電圧Vbとして出力する。
【0048】図5に、上記D/Aコンバータ(図4)お
よびインピーダンス変換回路(図3)における各部のス
イッチを制御し、ひいては全体の動作シーケンスを制御
するための制御回路を示す。この制御回路は、D/A変
換を受けるべき入力ディジタル信号の各バイナリコード
DATA[Dm‥‥D1D0]を一定周期のタイミングパ
ルスTP1に応動して入力(ラッチ)し、D/A変換用
クロックDACCLKおよびシステムクロックSCLKを基に所定
のシーケンスで各スイッチ(82,84,‥‥、86,
90,22,24,‥18,20)を各対応する制御信
号Sによって制御する。
【0049】図6に、図3のインピーダンス変換回路お
よび前段のD/Aコンバータ出力回路10,14におけ
る各スイッチの具体的構成例を示す。D/Aコンバータ
出力回路10,14において、スイッチ18,20はC
MOSトランスミッションゲートで構成され、スイッチ
22,24はそれぞれPMOSトランジスタで構成され
る。インピーダンス変換回路において、スイッチ42,
56,74,84はそれぞれPMOSトランジスタで構
成され、スイッチ44,46,58,60,76,86
はそれぞれNMOSトランジスタで構成される。
【0050】次に、図7〜図11につきこの実施形態に
おけるインピーダンス変換回路の動作シーケンスを説明
する。なお、図7のタイミング図において、スイッチ類
(18,20‥‥)のHレベルはオン(閉)状態を示
し、Lレベルはオフ(開)状態を示す。
【0051】図8に、タイミングパルスTP1がアクテ
ィブ(Hレベル)になる前の時点たとえば図7の時点t
0における各部の状態を示す。
【0052】この時、D/Aコンバータ出力回路10,
14においては、一方の信号転送用スイッチ18はオン
状態、他方の信号転送用スイッチ20はオフ状態にあ
り、リセット用スイッチ22,24はどちらもオフ状態
にある。D/Aコンバータ(図4)内では、一方の出力
コンデンサ12が前回の入力バイナリコードに対応する
アナログ出力電圧Vaをフローティング状態で保持して
おり、他方の出力コンデンサ16は今回(現時)の入力
バイナリコードに対するデコーディングに使用されてい
る。
【0053】インピーダンス変換回路においては、第1
の差動入力部26側でスイッチ42,44,46がそれ
ぞれオン状態になっていて差動増幅用の定電流回路32
が通電し、入力段の両PMOSトランジスタ28,30
には定電流源34からの定電流Ioを2等分した電流Io
/2がそれぞれ流れ、D/Aコンバータ出力回路10
(コンデンサ12)からの電圧Vaと出力部62からの
出力電圧Voutとに対して差動入力ないし増幅動作が行
われている。出力部62では、第1の差動入力部26か
らの出力信号(ノードNaの電圧)に応動して駆動用の
NMOSトランジスタ66が非飽和状態で動作し、ノー
ドNoutより入力電圧Vaにほぼ等しい出力電圧Voutが
出力される。
【0054】一方、第2の差動入力部48側は、スイッ
チ56,58,60がそれぞれオフ状態になっていて第
2の差動入力部48の差動増幅用定電流回路54が非通
電状態にあり、出力部62から遮断されている。しか
し、スイッチ86がオン状態になっていてスタンバイ用
の定電流回路78は通電している。これにより、第2の
差動入力部48における入力段正極側のPMOSトラン
ジスタ50には、定電流源80からの定電流Io/2が
飽和状態で流れ続けている。これにより、PMOSトラ
ンジスタ50のゲート・ソース間電圧VGCは定電流Io
/2に対応する一定値に維持されている。
【0055】図9に、上記のような時点t0の後でタイ
ミングパルスTP1が最初にアクティブ(Hレベル)に
なった時点(図7の時点ta1)における各部の状態を示
す。この場面では、タイミングパルスTP1がアクティ
ブ(Hレベル)になる直前のD/A変換用クロックDACC
LKのタイミングでコンデンサ80,16間の電荷再分配
によるデコーディングが終了し、出力コンデンサ16に
はD/A変換の結果となるアナログ電圧Vbが充電され
ている。
【0056】タイミングパルスTP1がHレベルになる
と、その立ち上がりエッジのタイミングで信号転送用ス
イッチ20がオン状態となり、出力コンデンサ16の電
圧Vbがスイッチ20を介して第2の差動入力部48に
おける入力段正極側のPMOSトランジスタ50のゲー
ト端子に転送される。この時、PMOSトランジスタ5
0においては、スタンバイ用定電流回路78により定電
流Io/2が飽和状態で流れているため、図1の回路と
同様の原理により、出力コンデンサ16からの電圧Vb
によってゲート電極の電位が変化してもゲート容量への
電荷の出入りは殆どなく、非常に高い入力インピーダン
スを維持し、入力電圧Vbをそのままの値に保持する。
この間、第1の差動入力部26は出力コンデンサ12か
らの電圧Vaに対して上記の差動入力ないし増幅動作を
継続しており、出力部62からの出力電圧Voutは電圧
Vaにほぼ等しい値を維持している。
【0057】タイミングパルスTP1がLレベルになる
と(図7の時点ta2)、インピーダンス変換回路におい
ては、第1の差動入力部26側でスイッチ42,44,
46がそれぞれオフ状態になって差動増幅用の定電流回
路32が非通電状態に切り換わると同時に、第2の差動
入力部48側でスイッチ56,58,60がそれぞれオ
ン状態になって差動増幅用の定電流回路54が通電状態
に切り換わる。さらに、第1の差動入力部26側でスイ
ッチ76がオン状態になってスタンバイ用の定電流回路
68が通電状態に切り換わると同時に、第2の差動入力
部48側でスイッチ86がオフ状態になってスタンバイ
用の定電流回路78が非通電状態に切り換わる。一方、
D/Aコンバータ出力回路10においてリセット用スイ
ッチ22がオン状態になる。
【0058】図10に、この時(時点ta2)の各部の状
態を示す。インピーダンス変換回路においては、第2の
差動入力部48側で差動増幅用の定電流回路54が通電
することにより、入力段の両PMOSトランジスタ5
0,52には定電流源34からの定電流Ioを2等分し
た電流Io/2がそれぞれ流れ、D/Aコンバータ出力
回路14(コンデンサ16)からの電圧Vbと出力部6
2からの出力電圧Voutとに対して差動入力ないし増幅
動作が行われる。出力部62では、第2の差動入力部4
8からの出力信号(ノードNbの電圧)に応動して駆動
用のNMOSトランジスタ66が非飽和状態で動作し、
ノードNoutより入力電圧Vbにほぼ等しい出力電圧Vou
tが出力される。第2の差動入力部48の入力段正極側
のPMOSトランジスタ50においては、スタンバイ用
定電流回路78からの定電流Io/2が途切れるもの
の、それと入れ替わりに差動増幅用定電流回路54によ
り同じ大きさの定電流Io/2が流れるため、定電流の
連続性が実質的に保たれ、ゲート容量における電荷の出
入りは殆どなく、入力信号Vbの値に影響を与えること
はない。したがって、入力電圧Vbの本来の値にほぼ等
しい低オフセットの出力電圧Voutが得られる。
【0059】一方、第1の差動入力部26側は、差動増
幅用定電流回路32が非通電状態で、出力部62から遮
断される。しかし、スタンバイ用の定電流回路68が通
電することにより、第1の差動入力部26における入力
段正極側のPMOSトランジスタ28には、定電流源7
0からの定電流Io/2が飽和状態で流れ始める。D/
Aコンバータ出力回路10ではリセット用スイッチ22
がオン状態になることにより、リセット用の基準電圧V
comがコンデンサ12に供給されると同時に、信号転送
用スイッチ18を介してPMOSトランジスタ28のゲ
ート端子にも与えられる。この基準電圧Vcomは、PM
OSトランジスタ28を飽和状態でオン状態に維持でき
る任意の値、つまりVcom<Vdd−Vt(しきい値)に設
定されてよい。このように、差動増幅終了直後に入力段
正極側のPMOSトランジスタ28(50)のゲート電
位を一定の基準電圧にリセットすることで、信号転送経
路上の浮遊容量の影響(バラツキ)を少なくすることが
できる。
【0060】上記のようにして、タイミングパルスTP
1の周期でD/Aコンバータ出力回路10,14からの
出力電圧Va,Vbを交互に切り換えるとともに、インピ
ーダンス変換回路において第1および第2の差動入力部
26,48を相補的に交互に動作させる。D/Aコンバ
ータ出力回路10(14)においては、上記のような基
準電圧Vcomによる出力コンデンサ12(16)のリセ
ットが終了した時点(図7の時点ta3)で、図11に示
すようにリセット用スイッチ22および信号転送用スイ
ッチ18の双方をオフ状態に切り換えて、当該出力コン
デンサ12を次のバイナリコードに対するデコーディン
グに使用する。
【0061】上記したように、本実施形態においては、
高インピーダンスのD/Aコンバータ出力回路10,1
4より交互に与えられるD/A変換結果のアナログ電圧
Va,Vbに対して、インピーダンス変換回路において電
圧Va,Vbをそれぞれ入力する第1および第2の差動入
力部26,48の入力段正極性MOSトランジスタ2
8,50がゲート容量の影響をキャンセルして非常に高
い入力インビーダンスを保証するので、精度の高い出力
電圧Voutを得ることができる。
【0062】また、本実施形態においては、スタンバイ
用の定電流回路68,78の消費電流は差動増幅用定電
流回路32,54の消費電流電力と比較して1/2以下
であり、従来一般のインピーダンス変換回路を2個並列
使用する場合よりも消費電流の総量は少なくて済む。
【0063】なお、スタンバイ用の定電流回路68,7
8は、前段の電圧出力または保持回路より新規入力電圧
が転送される直前に該当の入力段正極性PMOSトラン
ジスタ28,50に飽和状態で定電流を供給しておけば
よいので、動作開始をぎりぎりまで遅らせることもでき
る。
【0064】上記した実施形態における各部の構成、特
に差動入力部26,48、定電流回路32,54、出力
部62、前段の電圧出力回路10,14等の回路構成は
一例であり、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が
可能である。また、上記実施形態のようなD/Aコンバ
ータへのアプリケーションも一例であって、種々のアプ
リケーションが可能であり、たとえば演算増幅器として
非反転増幅回路を構成することも可能である。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のインピー
ダンス変換回路によれば、差動入力部における入力段M
OSトランジスタのゲート容量による入力信号への影響
を少なくして、精度の高い出力信号を得ることができ
る。特に、高インピーダンスの電圧出力または保持回路
からの入力信号に対しても、低オフセットで精度の高い
出力信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の技法の要点を説明するための回路図で
ある。
【図2】図1の回路の要部のデバイス構造例を示す断面
図である。
【図3】一実施形態によるインピーダンス変換回路の構
成を示す回路図である。
【図4】実施形態において電圧出力回路を与える電荷再
分配型D/Aコンバータの回路構成例を示す回路図であ
る。
【図5】実施形態において各部のスイッチおよび動作シ
ーケンスを制御するための制御回路を示す図である。
【図6】実施形態における各部のスイッチの具体的構成
例を示す回路図である。
【図7】実施形態の動作シーケンスにおける各部のタイ
ミングを示す図である。
【図8】実施形態の動作シーケンスにおける第1の状態
を示す図である。
【図9】実施形態の動作シーケンスにおける第2の状態
を示す図である。
【図10】実施形態の動作シーケンスにおける第3の状
態を示す図である。
【図11】実施形態の動作シーケンスにおける第4の状
態を示す図である。
【図12】従来のインピーダンス変換回路の構成を示す
回路図である。
【符号の説明】
10,14 電圧出力回路 12,16 コンデンサ 18,20 信号転送用スイッチ 22,24 リセット用スイッチ 26,48 差動入力部 28,30 入力段PMOSトランジスタ 32,54 差動増幅用定電流回路 34,70,80 定電流源 36,38,(40) NMOSトランジスタ(電流
ミラー回路) 42,44,46,56,58,60,76,86
スイッチ 50,52 入力段PMOSトランジスタ 62 出力部 68,78 スタンバイ用定電流回路
フロントページの続き Fターム(参考) 5J022 AB03 BA03 CF02 CF04 CF05 CG01 5J066 AA03 AA12 AA51 CA13 CA74 FA18 HA10 HA29 HA38 KA02 KA05 KA09 KA19 MA13 QA02 TA01 TA06 5J091 AA03 AA12 AA51 CA13 CA74 FA18 HA10 HA29 HA38 KA02 KA05 KA09 KA19 MA13 QA02 TA01 TA06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 差動接続された第1および第2のMOS
    トランジスタと、前記第1および第2のMOSトランジ
    スタに第1の電流をほぼ2等分して供給するための第1
    の定電流回路とを含む差動入力部と、 電気的負荷に接続され、前記差動入力部の出力信号を増
    幅して前記負荷に供給する出力部と、 前記出力部より得られる出力信号を前記第2のMOSト
    ランジスタのゲート端子に帰還させる帰還回路と、 前記第1のMOSトランジスタに前記第1の電流のほぼ
    1/2の電流値を有する第2の電流を供給するための第
    2の定電流回路と、 所望の電圧レベルを有する入力信号が前記第1のMOS
    トランジスタのゲート端子に入力するに先立って前記第
    1の定電流回路をオフ状態にするとともに前記第2の定
    電流回路をオン状態にして前記第1のMOSトランジス
    タに前記第2の電流を供給させ、前記入力信号が前記第
    1のMOSトランジスタのゲート端子に入力している状
    態の下で前記第1の定電流回路をオン状態に切り換える
    とともに前記第2の定電流回路をオフ状態に切り換え
    て、前記第1および第2のMOSトランジスタに前記第
    1の電流をほぼ2等分して供給させる制御回路とを有す
    るインピーダンス変換回路。
  2. 【請求項2】 前記第1のMOSトランジスタに前記第
    2の電流を供給するに先立ち、前記第1のMOSトラン
    ジスタのゲート端子にリセット用の所定の基準電圧を与
    えるリセット回路を有する請求項1に記載のインピーダ
    ンス変換回路。
  3. 【請求項3】 差動接続された第1および第2のMOS
    トランジスタと、前記第1および第2のMOSトランジ
    スタに第1の電流をほぼ2等分して供給するための第1
    の定電流回路とを含む第1の差動入力部と、 差動接続された第3および第4のMOSトランジスタ
    と、前記第3および第4のMOSトランジスタに前記第
    1の電流とほぼ等しい電流値を有する第2の電流をほぼ
    2等分して供給するための第2の定電流回路とを含む第
    2の差動入力部と、 電気的負荷に接続され、前記第1または第2の差動入力
    部の出力信号を増幅して前記負荷に供給する出力部と、 前記出力部より得られる出力信号を前記第2のMOSト
    ランジスタのゲート端子に帰還させる第1の帰還回路
    と、 前記出力部より得られる出力信号を前記第4のMOSト
    ランジスタのゲート端子に帰還させる第2の帰還回路
    と、 前記第1のMOSトランジスタに前記第1の電流のほぼ
    1/2の電流値を有する第3の電流を供給するための第
    3の定電流回路と、 前記第3のMOSトランジスタに前記第2の電流のほぼ
    1/2の電流値を有する第4の電流を供給するための第
    4の定電流回路と、 所望の電圧レベルを有する第1の入力信号が前記第1の
    MOSトランジスタのゲート端子に入力するに先立って
    前記第1の定電流回路をオフ状態にするとともに前記第
    2の定電流回路をオン状態にして前記第1のMOSトラ
    ンジスタに前記第2の電流を供給させ、前記入力信号が
    前記第1のMOSトランジスタのゲート端子に入力した
    後に前記第1の定電流回路をオン状態に切り換えるとと
    もに前記第2の定電流回路をオフ状態に切り換えて、前
    記第1および第2のMOSトランジスタに前記第1の電
    流をほぼ2等分して供給させる第1の制御回路と、 所望の電圧レベルを有する第2の入力信号が前記第3の
    MOSトランジスタのゲート端子に入力するに先立って
    前記第2の定電流回路をオフ状態にしたまま前記第4の
    定電流回路をオン状態にして前記第3のMOSトランジ
    スタに前記第4の電流を供給させ、前記入力信号が前記
    第3のMOSトランジスタのゲート端子に入力している
    状態の下で前記第2の定電流回路をオン状態に切り換え
    るとともに前記第4の定電流回路をオフ状態に切り換え
    て、前記第3および第4のMOSトランジスタに前記第
    1の電流をほぼ2等分して供給させる第2の制御回路
    と、 前記第1の差動入力部の出力信号と前記第2の差動入力
    部の出力信号とを選択的に切り換えて前記出力部に供給
    させる第3の制御回路とを有するインピーダンス変換回
    路。
  4. 【請求項4】 前記第1および第2の差動入力部が共通
    の電流ミラー回路を含む請求項3に記載のインピーダン
    ス変換回路。
  5. 【請求項5】 各々の前記入力信号が高インピーダンス
    の電圧出力または保持回路より与えられる請求項1〜4
    のいずれかに記載のインピーダンス変換回路。
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