JP2004153400A

JP2004153400A - 電圧増幅回路

Info

Publication number: JP2004153400A
Application number: JP2002314218A
Authority: JP
Inventors: Shiro Tsunai; 史郎綱井
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-27
Also published as: CN1256804C; US20040104776A1; US7002413B2; CN1499711A

Abstract

【課題】第１反転増幅器を前段として、これに直流接続された第２反転増幅器を有する電圧増幅回路では、特に第２反転増幅器において、入力信号を忠実に増幅し出力することが出来ないという問題がある。
【解決手段】本発明の電圧増幅回路は、第１反転増幅器における増幅動作の開始入力電圧を、第２反転増幅器の開始入力電圧より低い電圧に設定することで安定的に動作する増幅率の大きな増幅回路が得られる。さらに好ましい実施例として２段目の反転増幅器の開始入力電圧、及びクランプ電圧の設定を実質的に同一の回路構成要素で設定させるように構成することで、製造上の変動に連動させ、動作マージンを広げ、製造上の変動、使用上の電源電圧の変動に対して安定的に動作する増幅率の大きな電圧増幅回路を得ることが出来る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧増幅回路に関し、複数の反転増幅器を直流接続して構成した電圧増幅回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者は特願２００１−２０４３６７により電圧増幅回路を提案しているが、増幅率を大きくするには多段増幅器を直流接続するのが好ましい。従来のこの種の電圧増幅回路を、図８と図９を用いて、説明する。
【０００３】
図８に示す電圧増幅回路は、信号入力端子１と、クランプコンデンサＣ１と、同じ特性を有する反転増幅器が直流接続された反転増幅器１１及び１２と、信号出力端子２と、クランプ回路１３とから構成されている。Ｖｉｎは信号入力端子１に入力される入力信号である。クランプコンデンサＣ１は、外部と電圧増幅回路とをＤＣ的に遮断し、入力信号Ｖｉｎの交流成分を入力節点Ｎ１に伝達する。反転増幅器１１は入力節点Ｎ１の電圧Ｖ１を増幅し、反転増幅器１２に出力する。反転増幅器１２は入力された反転増幅器１１の出力節点Ｎ２の電圧Ｖ２を増幅し、信号出力端子２に出力信号Ｖｏｕｔとして出力する。クランプ回路１３は制御信号端子３に与えられた制御信号φＣＬＰが活性化された期間にスイッチトランジスタＭ５がオンし、クランプ電圧源Ｅ１の電圧を、入力節点Ｎ１にクランプ電圧Ｖｃとして与えＤＣバイアスとする。制御信号φＣＬＰが不活性化された期間にスイッチトランジスタＭ５がオフするとともに入力信号Ｖｉｎが入力され増幅動作を行う。制御信号φＣＬＰは一定間隔に活性化される制御信号である。
【０００４】
図９には、反転増幅器１１及び反転増幅器１２の入力電圧と出力電圧との関係を示している。図９の第１象限には初段となる反転増幅器１１の入出力特性を、第２象限には２段目となる反転増幅器１２の入出力特性を示す。初段の反転増幅器１１においては、クランプ電圧Ｖｃをセンタとして入力信号Ｖｉｎの交流成分が重畳された入力電圧Ｖ１を増幅し、出力電圧Ｖ２として出力する。次段の反転増幅器１２はＶ２を入力とし、増幅して信号出力端子２から出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【０００５】
ここで入力電圧に対して一定の増幅率を有し出力電圧を出力する領域（図９においてＡで示す。）を増幅動作領域と呼ぶ。これらの構成においては、増幅回路として良好な特性を得るために、初段の入力バイアス電圧であるクランプ電圧Ｖｃは反転増幅器１１における動作領域のセンタに設定されている。従って初段の反転増幅器１１においては入力信号Ｖｉｎを忠実に増幅し、同じ波形を出力することができる。しかし、次段となる反転増幅器１２においては、入力信号Ｖ２は動作領域の入力電圧範囲より大きな電圧を含むため、その部分に対しては増幅できず、ほぼ一定の出力電圧となり、入力と同じ波形を忠実に増幅し出力することが出来ない。
【０００６】
このような問題を解決するため、特開平７−１６２７６０においては第２の反転増幅器の増幅動作領域をセンタリングするため、第１と第２の反転増幅器の間にクランプコンデンサを挿入し、第２の反転増幅器の入力にクランプ回路よりクランプ電圧を与えている。しかしこの手法は直流接続された電圧増幅回路には採用できない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１６２７６０（特許公報第２５８６３９３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の反転増幅器が直流接続された増幅回路では、特に次段の反転増幅器において、入力信号を忠実に増幅し出力することが出来ないという問題があり、この問題は高い増幅率の増幅回路においてさらに顕著にあらわれるため高い増幅率の電圧増幅回路を得ることが困難であった。本発明の課題は、このような問題点を解決し、安定的に動作し、かつ高い増幅率を有する電圧増幅回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１反転増幅器を前段として、これに直流接続された第２反転増幅器を有する電圧増幅回路においては、第１反転増幅器における増幅動作の開始入力電圧は第２反転増幅器における増幅動作の開始入力電圧より低い電圧とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の電圧増幅回路においては、第１反転増幅器の入力にクランプ電圧を供給するクランプ回路をさらに有し、該クランプ回路を構成する負荷側トランジスタと、第２反転増幅器のドライバートランジスタとは実質的に同一の閾値を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１反転増幅器を前段として、これに直流接続された第２反転増幅器を有する電圧増幅回路においては、ドレインとゲートが第１電位に接続された第１トランジスタと、ゲートが入力節点に、ソースが第２電位にそれぞれ接続された第２トランジスタとを有し、第１のトランジスタのソースと第２トランジスタのドレインとを接続し出力とする第１反転増幅器と、ドレインとゲートが第１電位に接続された第３トランジスタと、ゲートが第１反転増幅器の出力に、ソースが第２電位にそれぞれ接続された第４トランジスタとを有し、第３トランジスタのソースと第４トランジスタのドレインとを接続して出力とする第２反転増幅器とを有し、第４トランジスタの閾値は前記第２トランジスタの閾値より大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の電圧増幅回路においては、クランプ節点にクランプ電圧を出力するクランプ回路をさらに有し、該クランプ回路は、ドレインとゲートが第１電位に共通接続された第６及び第８トランジスタと、ドレインとゲートが第６及び第８トランジスタのソースに、ソースが第２電位に共通接続された第７及び第９トランジスタとを有し、第６及び第８トランジスタのソースと第７及び第９トランジスタのゲート及びドレインがクランプ節点に接続され、クランプ回路はゲートを制御信号端子に、ドレイン又はソースを第１反転増幅器の入力節点に、ソース又はドレインをクランプ節点に接続された第５トランジスタをさらに有し、第４トランジスタと前記第８トランジスタの閾値は実質的に等しいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電圧増幅回路においては、ドレインを第１電位に、ゲートを第２反転増幅器の出力に接続された第１０トランジスタと、ゲートを第１反転増幅器の出力に、ソースを第２電位に接続された第１１トランジスタとを有し、第１０トランジスタのソースと第１１トランジスタのドレインとを接続し、出力とする非反転増幅器を付加したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の電圧増幅回路においては、第１電位との接続点に電源供給制御用のトランジスタを挿入し、制御信号が活性時にはクランプ回路に第１電位を供給し、制御信号が非活性時には増幅部に第１電位を供給することを特徴とする。
【００１５】
これらの構成とすることで安定的に動作させることが可能で、高い増幅率を有する電圧増幅回路を得られ、さらに製造上のパラメータが変動した場合、電圧増幅回路における増幅動作の開始入力電圧の変動に対して、クランプ電圧も増幅動作の開始入力電圧の変動に追随して変動させることにより、製造上の変動要因の影響を最小限にし、安定的に動作させることが可能な電圧増幅回路を得ることが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて、本発明の詳細を説明する。
【００１７】
（実施例１）図１は本発明における電圧増幅回路の第１実施例の回路図を示したものである。本発明は、クランプコンデンサＣ１と，反転増幅器１４と反転増幅器１５とからなる増幅部と、クランプ回路１６とで構成されている。
【００１８】
クランプコンデンサＣ１の一端は信号入力端子１に、他端は入力節点Ｎ１となる反転増幅器１４の入力とクランプ回路１６の出力に接続されている。初段となる反転増幅器１４はトランジスタＭ６，Ｍ７で構成され、信号を反転させるドライバートランジスタＭ７はソースを接地電位ＧＮＤに、ゲートを入力節点Ｎ１に、ドレインをトランジスタＭ６のソースに接続されている。トランジスタＭ６はゲートとドレインを電源電位ＶＤＤに接続され、ソースはトランジスタＭ７のドレインに共通接続（出力節点Ｎ２）され、反転増幅器１４として増幅した電圧Ｖ２を出力する。
【００１９】
次段となる反転増幅器１５はトランジスタＭ８，Ｍ９で構成され、信号を反転させるドライバートランジスタＭ９はソースを接地電位ＧＮＤに、ゲートを反転増幅器１４の出力である出力節点Ｎ２に，ドレインをトランジスタＭ８のソースに接続されている。トランジスタＭ８はゲートとドレインを電源電位ＶＤＤに接続され、ソースはトランジスタＭ９のドレインに共通接続され信号出力端子２とし、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００２０】
クランプ回路１６はスイッチトランジスタＭ１０と、トランジスタＭ１１〜Ｍ１４からなる定電圧発生部とで構成されている。定電圧発生部の負荷側のトランジスタＭ１１はゲート及びドレインを電源電位ＶＤＤに接続され、ソースはトランジスタＭ１２のゲートとドレインと接続されている。トランジスタＭ１２のソースは接地電位ＧＮＤに接続されている。負荷側のトランジスタＭ１３はゲート及びドレインは電源電位ＶＤＤに接続され、ソースはトランジスタＭ１４のゲートとドレインと接続されている。トランジスタＭ１４のソースは接地電位ＧＮＤに接続されている。トランジスタＭ１１とＭ１３のソースと、トランジスタＭ１２とＭ１４のゲート及びドレインは全て共通接続されクランプ節点Ｎｃを形成し、定電圧となるクランプ電圧Ｖｃを供給する。スイッチトランジスタＭ１０はゲートを制御信号端子３に、ソース又はドレインとなる一端をクランプ節点Ｎｃに、ドレイン又はソースとなる他端は入力節点Ｎ１に接続され、クランプ電圧Ｖｃを入力節点Ｎ１に供給する。
【００２１】
図１において、Ｖｉｎは信号入力端子１に入力される入力信号であり、クランプコンデンサＣ１は外部と電圧増幅回路とをＤＣ的に遮断し、入力信号の交流成分のみを反転増幅器１４の入力に伝達する。反転増幅器１４は、入力節点Ｎ１にクランプ電圧と入力信号の交流成分とが重畳された電圧Ｖ１が入力され、増幅し、出力節点Ｎ２に出力電圧Ｖ２を出力する。反転増幅器１５は入力された反転増幅器１４の出力Ｖ２を増幅し信号出力端子２に出力信号Ｖｏｕｔとして出力する。
【００２２】
クランプ回路１６はクランプ節点Ｎｃに定電圧となるＶｃを発生させ、制御信号端子３に与えられた制御信号φＣＬＰによりスイッチトランジスタＭ１０をオンオフさせ、入力節点Ｎ１にクランプ電圧Ｖｃとして与える。制御信号φＣＬＰが活性化された期間にスイッチトランジスタＭ１０がオンすることでクランプ電圧Ｖｃを、入力節点Ｎ１にＤＣバイアスとして与える。制御信号φＣＬＰが不活性化された期間にはスイッチトタンジスタＭ１０がオフし、入力節点Ｎ１に入力信号Ｖｉｎが入力され増幅動作を行う。制御信号φＣＬＰは一定間隔に活性化される制御信号である。
【００２３】
ここで、反転増幅器１４のトランジスタＭ７の特性は第１の特性を有するものであり、反転増幅器１５のトランジスタＭ９と、クランプ回路１６のトランジスタＭ１３の特性はともに第２の特性を有するものとする。ここでいうトランジスタの特性のうち、もっとも重要な特性は閾値電圧であり、次に重要な特性はトランジスタのゲート長であり、その他の特性は任意とする。さらに、トランジスタＭ７の閾値電圧はトランジスタＭ９とＭ１３の閾値電圧より小さく設定する。本願の実施例においては、反転増幅器１４のトランジスタＭ７の閾値電圧はＶｔ１であり、反転増幅器１５のトランジスタＭ９と、クランプ回路１６のトランジスタＭ１３の閾値電圧はともにＶｔ１よりも大きいＶｔ２を有するものである。さらに好適な実施例としては、反転増幅器１５のトランジスタＭ９と、クランプ回路１６のトランジスタＭ１３のゲート長は等しい。また上記以外の各トランジスタのゲート幅等は増幅器の増幅率等により決定されるものである。
【００２４】
図２，図３、図４を参照して、図１の増幅回路の動作を説明する。図２に反転増幅器１４及び１５におけるそれぞれの入出力特性、図３には反転増幅器１４と反転増幅器１５を直流接続した場合の入出力特性、図４には図３において反転増幅器１５のトランジスタＭ９の閾値電圧が変動した場合の入出力特性を示す。ここで、反転増幅器１４の入力となる入力節点Ｎ１の電圧をＶ１、反転増幅器１４の出力であり、かつ反転増幅器１５の入力となる出力節点Ｎ２の電圧をＶ２、反転増幅器１５の出力となる信号出力端子２の電圧をＶｏｕｔ、クランプ回路から供給されるクランプ電圧をＶｃとする。
【００２５】
図２に反転増幅器１４及び１５におけるそれぞれの入出力特性を示す。反転増幅器１４のトランジスタＭ７の閾値電圧をＶｔ１とすれば、入力電圧Ｖ１がＶｔ１まではトランジスタＭ７はオフとなり一定の電圧を出力電圧Ｖ２として出力する。入力電圧がＶｔ１より大きくなると増幅動作領域となり増幅動作を行う。ここで入力電圧Ｖｔ１を増幅動作の開始入力電圧とする。さらに入力電圧がＶｄ１と大きくなるとトランジスタＭ７が三極管動作領域となり、出力電圧はほぼ一定の電圧となり、増幅動作をしなくなる。この入力電圧Ｖｄ１を増幅動作の終止入力電圧とする。従って増幅動作領域は入力電圧（Ｖｔ１〜Ｖｄ１）の範囲となる。反転増幅器１５においては、トランジスタＭ９の閾値電圧をＶｔ２とすれば、同様に入力電圧（Ｖｔ２〜Ｖｄ２）の範囲が増幅動作領域となる。この場合Ｖｔ１＜Ｖｔ２であるため反転増幅器１５の増幅動作領域は、反転増幅器１４の増幅動作領域よりその差分（Ｖｔ２−Ｖｔ１）だけ入力電圧範囲が大きい方にシフトする。
【００２６】
図３には反転増幅器１４と反転増幅器１５を直流接続した図１の構成における入出力特性を示す。図３の第１象限に反転増幅器１４、第２象限に反転増幅器１５の入出力特性を示す。反転増幅器１４の増幅動作領域のセンタになるようにクランプ電圧Ｖｃが供給され、クランプ電圧Ｖｃに入力信号が重畳された入力電圧Ｖ１が入力され、増幅された電圧Ｖ２が反転増幅器１５に伝達される。反転増幅器１５は、増幅動作の開始入力電圧（Ｖｔ２）が反転増幅器１４の開始入力電圧（Ｖｔ１）より高く設定されているため、増幅された大振幅の電圧Ｖ２が入力されても増幅動作領域内であり、入力電圧を忠実に増幅して出力することができる。
【００２７】
図４には図３において反転増幅器１５のドライバートランジスタＭ９と、クランプ回路の負荷側トランジスタＭ１３の閾値電圧が半導体製造時の製造パラメータの変動により高めに変動した場合の入出力特性を示す。同じ特性（ここでは閾値電圧）を有する反転増幅器１５のドライバートランジスタＭ９と、クランプ回路の負荷側トランジスタＭ１３の閾値電圧がＶｔ２からＶｔ２’と高めに変動した場合について説明する。反転増幅器１５のドライバートランジスタＭ９の閾値が高くなりその変化分だけ増幅動作の開始入力電圧はＶｔ２からＶｔ２’と高くなり、増幅動作領域は開始入力電圧の変動分に相当して変動する。
【００２８】
一方クランプ回路においては負荷側に使用されているトランジスタＭ１３の閾値が同様に大きくなるため、クランプ電圧の設定電圧は（Ｖｔ２’−Ｖｔ２）の差分に相当してＶｃからＶｃ’と低くなる。電圧増幅回路の動作としては、クランプ電圧がＶｃ’と低くなることで反転増幅器１４の出力電圧は高い電圧を出力する方向に変動するが、反転増幅器１５の開始入力電圧と、増幅動作領域とが高い入力電圧に対応できるように変動することで、製造パラメータの変動に対応させている。
【００２９】
このように反転増幅器１５のドライバートランジスタＭ９と、クランプ回路の負荷側トランジスタＭ１３の特性（ここでは閾値電圧）を同じとすることでクランプ電圧の変動と反転増幅器の動作領域の変動に対する影響を打ち消し合い、反転増幅器１５の増幅動作領域はセンタ付近となり充分な振幅を増幅することが出来る。閾値電圧が低い方向に変動した場合は逆に、クランプ電圧は高めの電圧となり、反転増幅器１４の出力は低めの電圧、反転増幅器１５の増幅動作の開始入力電圧は低めに変動することで、製造パラメータの影響を打ち消すことで入力電圧を忠実に増幅して出力することができる。
【００３０】
このようにクランプ回路のクランプ電圧を決める回路構成を、反転増幅器の増幅動作の開始入力電圧を決める回路構成と実質的に同一の回路構成を有するようにする。これらの構成とすることで、製造上の変動に対して開始入力電圧の変動に追随してクランプ電圧を変動させ、製造パラメータの影響を打ち消すことが出来、動作範囲が広く、安定的に動作する電圧増幅回路が得られる。また、製造上の変動に対しても動作範囲が広く、安定的に動作することは電源電圧が低い場合にも広い動作マージンが得られることになり、低電圧においても増幅率の大きな増幅回路を得ることが可能となる。
【００３１】
今まで、トランジスタＭ７，Ｍ９及びＭ１３の特性に関して説明したが、上記以外のトランジスタの特性は特に限定される必要はなく、第３の特性を有したトランジスタであってもよく、所要の特性が得られるように設定すればよい。しかし、チップサイズ、及び製造工程を考えた場合には第１の特性を有するトランジスタで構成することが好ましい。また、これらの特性のうち閾値電圧を異ならせる場合には製造上のパラメータであるゲート絶縁膜厚、閾値電圧制御のための不純物注入条件を異ならせる等により達成される。
【００３２】
本実施例では、トランジスタＭ９とＭ１３の閾値電圧をトランジスタＭ７の閾値電圧より大きな電圧とすることで課題を解決していますが、トランジスタＭ９とＭ１３を同じ閾値Ｖｔ１とし、ソース側にダイオード接続した閾値電圧Ｖｔ１のトランジスタをさらに挿入した回路構成の場合における閾値電圧は２Ｖｔ１となる。この回路構成によっても閾値電圧を大きくしたことと同様な効果が得られる。このようにトランジスタＭ９とＭ１３の代わりに閾値電圧を高く設定できる回路構成であれば本発明を適用できる。従って本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない実施例の変形においてもこの発明に含まれる。
【００３３】
以上述べたように、本発明の電圧増幅回路は、増幅回路が直流接続され、初段の反転増幅器１４の増幅動作開始入力電圧を、２段目の反転増幅器１５の増幅動作開始入力電圧より低い電圧に設定することで安定的に増幅動作する電圧増幅回路が得られる。さらに増幅動作の開始入力電圧を設定する回路構成と、クランプ電圧の設定する回路構成とを実質的に同一の回路構成を有するように構成させることで製造上の変動に対して増幅動作の開始入力電圧の変動とクランプ電圧の変動とを連動させる構成としている。これらの構成により、増幅動作の開始入力電圧の変動に追随してクランプ電圧を変動させることで、製造上の変動、使用上の電源電圧の変動に対して安定的に動作する増幅率の大きな増幅回路が得られる。
【００３４】
（第２実施例）図５は本発明の第２実施例を示したものである。第１図と同一の箇所は同一の符号をつけて説明を省略する。第２実施例は第１実施例におけるクランプ回路１６を構成するトランジスタＭ１２とトランジスタＭ１４とを、ひとつのトランジスタＭ１５にまとめ、クランプ回路１７を構成している。第１実施例におけるクランプ回路１６を構成するトランジスタＭ１２とトランジスタＭ１４は第１の特性を有するトランジスタであるので、第２実施例では縮退を行い、実質的に同一の効果を持つ大きさにして一つのトランジスタとしている点が第１実施例と異なる。図５に示すように同じ特性を有するトランジスタであれば、縮退を行うことにより、ひとつのトランジスタにまとめることも可能である。例えば、図１のトランジスタＭ１２、Ｍ１４の閾値電圧及びゲート長Ｌが同じである場合、図５のトランジスタＭ１５のゲート幅ＷはトランジスタＭ１２、Ｍ１４のゲート幅の和を用いることが可能である。実際には、ＳＰＩＣＥ等の回路シミュレータを用いて実質的に同一の特性を持つゲート長Ｌ、ゲート幅Ｗを算定することが可能である。これらの構成においても安定的に動作する増幅率の大きな増幅回路が得られる。
【００３５】
（第３実施例）図６は本発明第３実施例である。第５図と同一の箇所は同一の符号をつけて説明を省略する。図５（第２実施例）との違いは、２段の反転増幅器１４，１５の後にさらに非反転増幅器１８を設けている点である。従って反転増幅器１４，１５と非反転増幅器１８で増幅部が構成されている。この非反転増幅器１８を加えることにより、さらに高速でかつ増幅率の高い電圧増幅回路を実現することが可能となる。非反転増幅器１８は第１の特性を有するトランジスタＭ１６と第２の特性を有するトランジスタＭ１７とにより構成されている。トランジスタＭ１６はドレインを電源電位ＶＤＤに、ゲートを反転増幅器１５の出力に、ソースはトランジスタＭ１７のドレインに接続され信号を出力する。トランジスタＭ１７のゲートは第１段目の反転増幅器１４の出力節点Ｎ２に接続されており、ソースはＧＮＤ端子に接続されている。この非反転増幅器１８は第２段目の反転増幅器１５と同じ入力電圧で増幅動作を開始する。トランジスタＭ１６はソースフォロワとして動作しており、この非反転増幅器１８のゲインは１．２倍から１．５倍程度である。この非反転増幅器１８を加えることにより、さらに高速でかつ増幅率の高い電圧増幅回路を実現することが可能となる。
【００３６】
（第４実施例）図７は本発明第４実施例である。第６図と同一の箇所は同一の符号をつけて説明を省略する。図６（第３実施例）との違いは、電源電位ＶＤＤとの接続点に電源供給制御用のトランジスタＭ１８，Ｍ１９を挿入している点である。トランジスタＭ１８はクランプ回路１７への電源電位の供給を制御し、トランジスタＭ１９は増幅部を構成する反転増幅器１４，１５及び増幅器１８への電源電位の供給を制御する。
【００３７】
トランジスタＭ１８はドレインを電源電位ＶＤＤに、ゲートを制御信号端子３に、ソースをクランプ回路１７のトランジスタＭ１１，Ｍ１３の各ゲート及びドレインに接続されている。トランジスタＭ１９はドレインを電源電位ＶＤＤに、ゲートを制御信号端子３に接続されたインバータ回路ＩＮＶ１の出力に、ソースをトランジスタＭ６，Ｍ８、Ｍ１６の各ゲート及びドレインにそれぞれ接続されている。インバータ回路ＩＮＶ１は制御信号ΦＣＬＰを入力として反転した信号を出力する。
【００３８】
制御信号φＣＬＰは一定間隔に活性化される制御信号であり、制御信号ΦＣＬＰが活性化時にはトランジスタＭ１８はオン状態となり、クランプ回路へ電源電位ＶＤＤを供給し、トランジスタＭ１９はオフ状態で、反転増幅器１４，１５及び増幅器１８からなる増幅部へは電源電位ＶＤＤは供給されない。制御信号ΦＣＬＰが非活性化時にはトランジスタＭ１８はオフ状態で、クランプ回路へ電源電位ＶＤＤは供給されず、トランジスタＭ１９はオン状態となり、反転増幅器１４，１５及び増幅器１８へ電源電位ＶＤＤが供給され、増幅動作を行う。
【００３９】
電源供給制御用トランジスタを制御することでクランプ回路と増幅部とには交互に電源電位が供給されることになり、消費電流が削減でき、低消費電流で、増幅率の高い電圧増幅回路を実現することが可能となる。図７においては第３実施例の電圧増幅回路に電源供給制御用トランジスタを適用したが第１実施例及び第２実施例に適用できるのは勿論である。
【００４０】
本発明の電圧増幅回路は、反転増幅器が直流接続され、前段である反転増幅器の増幅動作の開始入力電圧は次段となる反転増幅器の増幅動作の開始入力電圧より低い電圧に設定し、さらにクランプ電圧を設定する回路構成と、次段となる反転増幅器の増幅動作の開始入力電圧を設定する回路構成とを実質的に同一の回路構成を有すことで、製造上の変動に追従させるものであればすべて適用でき、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない実施例の変形においてもこの発明に含まれる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電圧増幅回路は、増幅回路が直流接続され、初段の反転増幅器における増幅動作の開始入力電圧を、２段目の反転増幅器の開始入力電圧より低い電圧に設定することで安定的に動作する増幅率の大きな増幅回路が得られる。さらに好ましい実施例として２段目の反転増幅器の開始入力電圧、及びクランプ電圧の設定を実質的に同一の回路構成要素で設定させるように構成することで、製造上の変動に連動させ、動作マージンを広げ、製造上の変動、使用上の電源電圧の変動に対して安定的に動作する増幅率の大きな電圧増幅回路を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回路図である。
【図２】本発明の第１実施例の入出力特性図である。
【図３】本発明の第１実施例の増幅段を連結した入出力特性図である。
【図４】図３において特性が変動した場合の説明図である。
【図５】本発明における第２実施例の回路図である。
【図６】本発明における第３実施例の回路図である。
【図７】本発明における第４実施例の回路図である。
【図８】従来技術の電圧増幅器の回路図である。
【図９】従来技術の電圧増幅器の入出力特性図である。
【符号の説明】
１：信号入力端子
２：信号出力端子
３：制御信号端子
１１，１２、１４，１５：反転増幅器
１３、１６，１７：クランプ回路
１８：非反転増幅器
Ｃ１：クランプコンデンサ
Ｅ１：クランプ電圧源
Ｍ１〜Ｍ１９：トランジスタ
ＩＮＶ１：インバータ回路

Claims

第１反転増幅器を前段として、これに直流接続された第２反転増幅器を有する電圧増幅回路において、前記第１反転増幅器における増幅動作の開始入力電圧は前記第２反転増幅器における増幅動作の開始入力電圧より低い電圧とすることを特徴とする電圧増幅回路。
前記第１反転増幅器の入力にクランプ電圧を供給するクランプ回路をさらに有し、該クランプ回路を構成する負荷側トランジスタと、前記第２反転増幅器のドライバートランジスタとは実質的に同一の閾値を有することを特徴とする請求項１記載の電圧増幅回路。
第１反転増幅器を前段として、これに直流接続された第２反転増幅器を有する電圧増幅回路において、ドレインとゲートが第１電位に接続された第１トランジスタと、ゲートが入力節点に、ソースが第２電位にそれぞれ接続された第２トランジスタとを有し、前記第１のトランジスタのソースと前記第２トランジスタのドレインとを接続し出力とする前記第１反転増幅器と、
ドレインとゲートが前記第１電位に接続された第３トランジスタと、ゲートが前記第１反転増幅器の出力に、ソースが前記第２電位にそれぞれ接続された第４トランジスタとを有し、前記第３トランジスタのソースと前記第４トランジスタのドレインとを接続して出力とする前記第２反転増幅器とを有し、前記第４トランジスタの閾値は前記第２トランジスタの閾値より大きいことを特徴とする電圧増幅回路。
クランプ節点にクランプ電圧を出力するクランプ回路をさらに有し、該クランプ回路は、ドレインとゲートが前記第１電位に共通接続された第６及び第８トランジスタと、ドレインとゲートが前記第６及び第８トランジスタのソースに、ソースが前記第２電位に共通接続された第７及び第９トランジスタとを有し、前記第６及び第８トランジスタのソースと前記第７及び第９トランジスタのゲート及びドレインが前記クランプ節点に接続され、
前記クランプ回路は、ゲートを制御信号端子に、ドレイン又はソースを前記第１反転増幅器の入力節点に、ソース又はドレインを前記クランプ節点に接続された第５トランジスタをさらに有し、前記第４トランジスタと前記第８トランジスタの閾値は実質的に等しいことを特徴とする請求項３記載の電圧増幅回路。
ドレインを前記第１電位に、ゲートを前記第２反転増幅器の出力に接続された第１０トランジスタと、ゲートを前記第１反転増幅器の出力に、ソースを前記第２電位に接続された第１１トランジスタとを有し、第１０トランジスタのソースと第１１トランジスタのドレインとを接続し、出力とする非反転増幅器を付加したことを特徴とする請求項３乃至４の何れか一項に記載の電圧増幅回路。
前記第１電位との接続点に電源供給制御用のトランジスタを挿入し、制御信号が活性時にはクランプ回路に前記第１電位を供給し、制御信号が非活性時には増幅部に前記第１電位を供給することを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載の電圧増幅回路。