JP2003032053A - 低入力インピーダンス増幅器 - Google Patents
低入力インピーダンス増幅器Info
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
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- H03F3/34—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
- H03F3/343—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
端子VCCとアース端子の間で直列に接続される第1ト
ランジスタT1と第2トランジスタT2を備える。本発
明によると、第1トランジスタT1の転送端子は、第2
トランジスタT2のバイアス端子に接続され、増幅器C
Dの入力を形成して、第1トランジスタT1のバイアス
端子は、基準電位端子に接続される。本発明による増幅
器CDは、低入力インピーダンスおよび低同相モード出
力レベルを有する。
Description
部、特に電流増幅器に関する。このような増幅器は、ス
イッチングマトリックスにおいて好適に使用され、これ
らのスイッチングマトリックスは、N個の信号入力とP
個の信号入力を有する回路または回路アセンブリであ
り、特性として、P個の出力の各々が、コマンドでN個
の入力の各々に接続可能である。
長さを有する電流路が、入力と出力を接続するために用
いられ、その長さは、入力と出力の数が大きいほど、し
たがって、考察中のマトリックスの複雑性が増すほど、
長くなる。一般に、マトリックスの入力と出力間でデー
タを伝達するために、電圧信号よりはむしろ電流信号を
使用することが選択される。実際は、電流路の長さは、
データを伝送する電圧信号の交流素子の振幅に対して無
視できない電圧降下をもたらす抵抗や静電容量の損失を
発生するような長さになっている。
クスは、現在、集積回路の形で実現され、それを通過す
る電流信号は、一般に比較的低振幅で、たいていの場
合、マイクロアンペアのオーダである。したがって、そ
のような電流信号は、マトリックスの外側の素子によっ
て使用されるように増幅される。しかし、各出力端子
は、多数の電流路に接続されて、これらの電流路は、か
なりの寄生抵抗および容量を有し、前記出力端子から見
てかなりの負荷を形成するので、信号損失を最小にする
ために、増幅器が、電流信号を、それが出力端子で使用
可能になる前に、増幅して、低入力インピーダンスを示
すことが必要である。
能な信号が、このマトリックスの上流に位置している素
子によって有効に使用されるためには、増幅器ができる
限り低い同相モード出力レベル(common-mode output l
evel)を示すように、すなわち、その出力端子の残留電
位の値が最低限であるように、増幅器を構成することが
望ましい。これにより、マトリックスの下流に配置され
た素子の入力段の飽和リスクを制限することによって、
出力信号の交流素子に対して最大限の変更範囲をセーブ
でき、これが、前記信号で伝達される情報を表わす。
端子とをそれぞれ有し、第1電源端子と第2電源端子の
間で直列に接続される第1トランジスタと第2トランジ
スタとを備え、さらに、前記第1電源端子と前記第1ト
ランジスタの転送端子の間に挿入される第1抵抗器を備
え、前記第1トランジスタの転送端子が前記第2トラン
ジスタのバイアス端子に接続されて、当該増幅器の入力
を形成し、前記第1トランジスタのバイアス端子が基準
電位端子に接続されることを特徴とする増幅器を提案す
ることで、上記の必要条件を満たすことを目的とする。
よる増幅器が、特に、第1および第2トランジスタの転
送端子とバイアス端子の間でそれぞれ確立された接続の
ために、低入力インピーダンスを示すことが証明され
る。
とに対する様々な解決策が考察可能である。
2トランジスタと共にカレントミラーとして配置される
第3トランジスタをさらに備え、前記第3トランジスタ
の転送端子が当該増幅器の出力を形成する。
と第3トランジスタの寸法比を選択することによって、
増幅器のゲインを調整できる。
アとして配置される第3トランジスタをさらに備え、こ
の第3トランジスタの転送端子が当該増幅器の出力を形
成し、バイアス端子が前記第2トランジスタの転送端子
に接続される。
を組み込むフォロアのバイアスパラメータを選択するこ
とによって、増幅器のゲインの調整が可能になる。
出力を分離する電流路はどれも2つ以上のトランジスタ
を含むことはなく、このことが、増幅器の出力で低同相
モードレベルを保証することが、以下の説明からわか
る。
ジスタと前記第2トランジスタの間に挿入される第2抵
抗器を好適に備える。
電圧降下が、フォロアがその入力で受信するより大きな
信号エクスカーションを可能にし、したがって、フォロ
アが送信しようとしていたものより大きな変動範囲の出
力信号を可能にする。
し、すなわち、その入力と出力は非対称信号を送受信す
るものである。多数の増幅器では、差動信号と対称構造
を、特に、当該構造の両側でそれぞれ対称である構成素
子によって生成される寄生調波補償(compensating par
asitic harmonics)手段を用いて、ノイズ源とノイズベ
クトルを除去するという目的で、用いることが好まし
い。
子と基準端子とをそれぞれ有する第1トランジスタと第
2トランジスタと第3トランジスタと第4トランジスタ
であって、一方で前記第1トランジスタと前記第3トラ
ンジスタが、他方で前記第2トランジスタと前記第4ト
ランジスタが第1電源端子と第2電源端子の間で直列に
接続される第1トランジスタと第2トランジスタと第3
トランジスタと第4トランジスタとを備え、さらに、前
記第1電源端子と前記第1および第2トランジスタの転
送端子の間にそれぞれ挿入される第1抵抗器と第2抵抗
器とを備え、前記第1および第2トランジスタの転送端
子が前記第3および第4トランジスタのバイアス端子に
それぞれ接続されて、当該増幅器の差動入力を形成し、
前記第1および第2トランジスタのバイアス端子が基準
電位端子に一緒に接続され、前記第3トランジスタと前
記第4トランジスタが一緒に差動ペアを形成することを
特徴とする増幅器を提案する。
に、あまりノイズが無く、上述の非対称型増幅器と同じ
オーダの入力インピーダンスを示す。
に、前記第3トランジスタと前記第4トランジスタと共
にカレントミラーとしてそれぞれ配置される第5トラン
ジスタと第6トランジスタとをさらに備え、前記第5お
よび第6トランジスタの転送端子が当該増幅器の差動出
力を形成する。
ンジスタと第5トランジスタの、他方では第4トランジ
スタと第6トランジスタの寸法比を選択することによっ
て、増幅器のゲインを調整できる。
に差動出力ペアを形成する第5トランジスタと第6トラ
ンジスタとをさらに備え、この第5および第6トランジ
スタの転送端子が当該増幅器の差動出力を形成し、バイ
アス端子が前記第3および第4トランジスタの転送端子
に接続される。
イアスパラメータを選択することによって、増幅器のゲ
インの調整が可能になる。
のアースから分離するどんな電流路も2つ以上のトラン
ジスタを含むことはなく、このことが、増幅器の出力で
低同相モードレベルを保証することが、以下の説明から
わかる。
記第1トランジスタと前記第3トランジスタの間に、他
方で前記第2トランジスタと前記第4トランジスタの間
にそれぞれ挿入される第3抵抗器と第4抵抗器とを好適
に備える。
下を発生し、この電圧降下が、差動出力ペアがその入力
で受信するより大きい差動信号のエクスカーションを可
能にし、したがって、前記差動ペアが送信しようとして
いたものより大きな変動範囲の出力信号を可能にする。
の転送端子の間に追加抵抗器を挿入することが可能であ
る。
および第2トランジスタを通過する電流の一部を偏向で
き、その電流は、第3および第4トランジスタの寸法が
大きい場合には、大きい。このことにより、第1および
第2トランジスタに対して、強い電流でそれらが損傷を
受けるというリスクを冒すことなく、より小さな寸法を
選択できる。
に、スイッチングマトリックスで使用されるように適合
されている。したがって、本発明は、さらに、N個の信
号入力とP個の信号出力を示すスイッチングマトリック
スに関し、そのマトリックスにおいて、前記信号出力の
各々が、少なくとも上述の一つの増幅器を含む少なくと
も一つの電流路を介して、信号入力の各々に接続可能で
ある。
な例として、以下に記載される実施形態を参照して、説
明される。
を示す。この増幅器CDは、第1トランジスタT1と第
2トランジスタT2を備える。これらのトランジスタ
は、ここでは、バイポーラ型トランジスタであり、ベー
スとコレクタとエミッタとを有し、それらは、それぞれ
バイアス端子と転送端子と基準端子とを形成する。第1
トランジスタT1と第2トランジスタT2の主電流路
が、それらのコレクタ・エミッタ接合部によって形成さ
れ、ここではエネルギー源VCCと増幅器CDのアース
の形をとる第1電源端子と第2電源端子の間で、直列に
接続される。ここで示される増幅器CDは、さらに、第
1電源端子VCCと第1トランジスタT1の転送端子間
に挿入される第1抵抗器R1を備え、第1トランジスタ
T1の転送端子は、第2トランジスタT2のバイアス端
子に接続されて増幅器CDの入力を形成し、その増幅器
CDの入力は、入力電圧Vinと入力電流Iinを受信
するものである。第1トランジスタT1のバイアス端子
は、基準電位端子、この場合は、第1電源端子VCCに
接続される。
T2の小さな交流信号によって、二つの等価回路図を思
い浮かべることで、増幅器CDが入力インピーダンスZ
in=Vin/Iinを示し、これはR1/(1+gm
0.R1)に等しい第1近似値であり、ここで、gm0
は、電流製造技術において、27°でVt/It=26
mA/Vを有するIt/Vtに等しいトランジスタT1
とT2のトランスコンダクタンスである、ことが容易に
証明される。
大きい場合、これは第1抵抗器R1の大きさのオーダが
1オームを超える場合であるが、増幅器CDの入力イン
ピーダンスZinの値は、1/gm0=26mΩに近
い。
構成を示し、それは、第2トランジスタT2と共にカレ
ントミラーとして配置される第3トランジスタT3から
出される出力電流Ioutを生成し、第3トランジスタ
の転送端子が増幅器CDの出力OUTを形成するもので
ある。
T2と第3トランジスタT3の寸法比を選択することに
よって、増幅器CDのゲインを調整できる。したがっ
て、第3トランジスタT3が第2トランジスタのk倍の
大きさならば、Iout=k.Itであり、ここで、I
tは第2トランジスタT2を通過するようになっている
電流である。
成を示し、それは、フォロアとして配置される第3トラ
ンジスタT3から出される出力電流Ioutを生成し、
その第3トランジスタの転送端子が増幅器CDの出力O
UTを形成し、そのバイアス端子が第2トランジスタT
2の転送端子に接続されるものである。第2抵抗器R2
は、第1トランジスタT1と第2トランジスタT2の間
に挿入される。この第2抵抗器R2が電圧降下R2.I
tを発生し、この電圧降下が、サーバがその入力で受信
する信号Vs=VCC−(R1+R2)のエクスカーシ
ョンの増大を可能にし、したがって、フォロアが送信し
ようとしていたものより大きな変動範囲の出力信号Io
utを可能にする。このような構成によって、例えば、
前記フォロアにバイアスをかけようとする第3抵抗器R
3の値を調節することによって、第3トランジスタTを
組み込むフォロアのバイアスパラメータを選択すること
で、増幅器CDのゲインを調整できる。
構成において、出力OUTを増幅器CDのアースから分
離するどんな電流路も2つ以上のトランジスタを含むこ
とはなく、このことが、増幅器CDの出力で、低い同相
モードレベルを保証する。
す。この増幅器CDは、第1トランジスタT1、第2ト
ランジスタT2、第3トランジスタT3、第4トランジ
スタT4を備える。これらのトランジスタは、ここで
は、バイポーラ型トランジスタであり、したがって、ベ
ースとコレクタとエミッタとを有し、それらは、それぞ
れバイアス端子と転送端子と基準端子とを形成する。第
1トランジスタT1と第3トランジスタT3の主電流路
が一方で、第2トランジスタT2と第4トランジスタT
4の主電流路が他方で、それらのコレクタ・エミッタ接
合部によって形成され、ここではエネルギー源VCCと
増幅器CDのアースの形をとる第1電源端子と第2電源
端子の間で、直列に接続される。この増幅器CDは、さ
らに、第1電源端子VCCと第1トランジスタT1およ
び第2トランジスタT2の転送端子の間にそれぞれ挿入
される第1抵抗器R1と第2抵抗器R2を備え、第1ト
ランジスタT1および第2トランジスタT2の転送端子
は、第3トランジスタT3および第4トランジスタT4
のバイアス端子にそれぞれ接続されて、対称増幅器CD
の差動入力(IN+、IN−)を形成し、第1トランジ
スタT1および第2トランジスタT2のバイアス端子
は、ここでは第1電源端子VCCの形をとる基準電位端
子に、一緒に接続され、第3トランジスタT3と第4ト
ランジスタT4は、一緒に差動ペアを形成し、ここでは
第1電流源I1によってバイアスがかけられる。
を示し、すなわち、対称信号(Iin+、Iin−)と
(Io+、Io−)をそれぞれ送受信するための差動入
力(IN+、IN−)と差動出力(OUT+、OUT
−)を有する。このような構造により、当業者にとって
周知の手法にしたがって、当該構造の両側でそれぞれ対
称である構成素子によって生成される寄生調波補償手段
を用いて、特にノイズ源とノイズベクトルを除去でき
る。このような増幅器は、二つの入力端子IN+とIN
−と、非対称構造の記載で示されたものの2倍の振幅を
有する入力信号(Vin+、Vin−)と(Iin+、
Iin−)の間で直列に接続されているように見える上
述のような二つの非対称構造を用いるが、この増幅器の
入力インピーダンスZinは、前記非対称構造と同じオ
ーダである。
1の構成を示し、第3トランジスタT3と第4トランジ
スタT4と共にカレントミラーとしてそれぞれ配置され
る第5トランジスタT5と第6トランジスタT6から出
される差動出力電流(Io+、Io−)を生成し、第5
および第6トランジスタの転送端子が増幅器CDの差動
出力OUTを形成するものである。このような構成によ
り、一方で第3トランジスタT3と第5トランジスタT
5の、他方で第4トランジスタT4と第6トランジスタ
T6の寸法比を選択することによって、増幅器CDのゲ
インを調整できる。
2の構成を示し、一緒に差動出力ペアを形成する第5ト
ランジスタT5と第6トランジスタT6から出される差
動出力電流(Io+、Io−)を生成し、第5および第
6トランジスタの転送端子が増幅器CDの差動出力OU
Tを形成し、バイアス端子が第3トランジスタT3およ
び第4トランジスタT4の転送端子に接続されるもので
ある。このような構成により、例えば、前記差動ペアに
バイアスをかけようとする第2電流源I2によって供給
される電流を調整することによって、差動出力ペア(T
5、T6)のバイアスパラメータを選択することで、増
幅器CDのゲインを調整できる。
トランジスタT1と第3トランジスタT3の間と、第2
トランジスタT2と第4トランジスタT4の間にそれぞ
れ挿入される。これらの第3抵抗器R3と第4抵抗器R
4は、それぞれ電圧降下R3.It+とR4.It−を
発生し、この電圧降下が、差動出力ペア(T5、T6)
がその入力で受信するより大きい差動信号(Vs+、V
s−)のエクスカーションを可能にし、したがって、前
記差動ペアが送信しようとしていたものより大きな変動
範囲の出力信号(Io+、Io−)を可能にする。
ンジスタT2の転送端子の間に追加抵抗器Rtを挿入す
る場合がある。
トランジスタT1と第2トランジスタT2を通過する電
流(It+、It−)の一部を偏向でき、その電流は、
第3トランジスタT3と第4トランジスタT4の寸法が
大きい場合には、重要である。このことにより、第1ト
ランジスタT1と第2トランジスタT2に対して、強い
電流でそれらが損傷を受けるというリスクを冒すことな
く、より小さな寸法を選択できる。
構成において、出力OUTを対称増幅器CDのアースか
ら分離する電流路のどれもが2つ以上のトランジスタを
含むことはなく、このことは、増幅器CDの出力で、低
い同相モードレベルを保証する。
タが、すべてバイポーラ型である場合は、これらの全て
又は一部を、それぞれが関連トランジスタのバイアス端
子と転送端子と基準端子を形成する、ゲートとドレイン
とソースとを有するMOS型トランジスタで代用するこ
とは、完全に実行可能である。
N)とP個の信号出力(OUT1〜OUTP)を有する
スイッチングマトリックスを示し、このマトリックスで
は、信号出力OUTi(i=1〜P)の各々が信号入力
(IN1〜INN)の各々に、少なくとも上述の一つの
増幅器CDを含む少なくとも一つの電流路を介して接続
され得る。実際に所定の構成でマトリックスの入力を出
力に接続する電流路の選択は、制御信号CNTの値を選
択することによって実現される。
i(i=1〜N)のどれか一つから来る電流信号を、そ
れが出力端子OUTi(i=1〜P)で使用可能になる
前に、増幅する。各出力端子OUTi(i=1〜P)
は、大きな負荷をもたらす多数の電流路に接続されてい
るので、本発明による増幅器CDの低入力インピーダン
スによって、増幅器CDが接続される入力端子INiで
収集された情報を良好にリカバリできる。さらに、増幅
器CDの出力信号の低同相モードレベルにより、マトリ
ックスMTXの下流に配置される素子の入力段の飽和リ
スクを制限しながら、出力端子OUTi(i=1〜P)
に存在している信号の交流素子に対して最大限の変動範
囲を提供できる。
電気図である。
電気図である。
気図である。
気図である。
トリックスを示す部分機能図である。
Claims (10)
- 【請求項1】増幅器であって、 バイアス端子と転送端子と基準端子とをそれぞれ有し、
第1電源端子と第2電源端子の間に直列に接続される第
1トランジスタと第2トランジスタとを備え、さらに前
記第1電源端子と前記第1トランジスタの転送端子の間
に挿入される第1抵抗器を備え、 前記第1トランジスタの転送端子が前記第2トランジス
タのバイアス端子に接続されて、当該増幅器の入力を形
成し、前記第1トランジスタのバイアス端子が基準電位
端子に接続されることを特徴とする増幅器。 - 【請求項2】請求項1に記載の増幅器であって、 前記第2トランジスタと共にカレントミラーとして配置
される第3トランジスタをさらに備え、前記第3トラン
ジスタの転送端子が当該増幅器の出力を形成することを
特徴とする増幅器。 - 【請求項3】請求項1に記載の増幅器であって、 フォロアとして配置される第3トランジスタをさらに備
え、この第3トランジスタの転送端子が当該増幅器の出
力を形成し、バイアス端子が前記第2トランジスタの転
送端子に接続されることを特徴とする増幅器。 - 【請求項4】請求項3に記載の増幅器であって、 前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの間に挿
入される第2抵抗器をさらに備えることを特徴とする増
幅器。 - 【請求項5】増幅器であって、 バイアス端子と転送端子と基準端子とをそれぞれ有する
第1トランジスタと第2トランジスタと第3トランジス
タと第4トランジスタであって、一方で前記第1トラン
ジスタと前記第3トランジスタが、他方で前記第2トラ
ンジスタと前記第4トランジスタが第1電源端子と第2
電源端子の間で直列に接続される第1トランジスタと第
2トランジスタと第3トランジスタと第4トランジスタ
とを備え、さらに前記第1電源端子と前記第1および第
2トランジスタの転送端子の間にそれぞれ挿入される第
1抵抗器と第2抵抗器とを備え、 前記第1および第2トランジスタの転送端子が前記第3
および第4トランジスタのバイアス端子にそれぞれ接続
されて、当該増幅器の差動入力を形成し、前記第1およ
び第2トランジスタのバイアス端子が基準電位端子に一
緒に接続され、前記第3トランジスタと前記第4トラン
ジスタが一緒に差動ペアを形成することを特徴とする増
幅器。 - 【請求項6】請求項5に記載の増幅器であって、 前記第3トランジスタと前記第4トランジスタと共にカ
レントミラーとしてそれぞれ配置される第5トランジス
タと第6トランジスタとをさらに備え、前記第5および
第6トランジスタの転送端子が当該増幅器の差動出力を
形成することを特徴とする増幅器。 - 【請求項7】請求項5に記載の増幅器であって、 共に差動ペアを形成する第5トランジスタと第6トラン
ジスタとをさらに備え、この第5および第6トランジス
タの転送端子が当該増幅器の差動出力を形成し、バイア
ス端子が前記第3および第4トランジスタの転送端子に
接続されることを特徴とする増幅器。 - 【請求項8】請求項7に記載の増幅器であって、 一方で前記第1トランジスタと前記第3トランジスタの
間に、他方で前記第2トランジスタと前記第4トランジ
スタの間にそれぞれ挿入される第3抵抗器と第4抵抗器
とをさらに備えることを特徴とする増幅器。 - 【請求項9】請求項5に記載の増幅器であって、 前記第1および第2トランジスタの転送端子の間に挿入
される抵抗器をさらに備えることを特徴とする増幅器。 - 【請求項10】N個の信号入力とP個の信号出力を有す
るスイッチングマトリックスであって、 前記信号出力の各々が、少なくとも請求項1に記載の一
つの増幅器を含む少なくとも一つの電流路を介して、信
号入力の各々に接続可能であることを特徴とするスイッ
チングマトリックス。
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