JP2005086489A - Amplifier circuit, and semiconductor integrated circuit employing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、差動信号を取り扱うことができる増幅回路、およびその増幅回路を用いた半導体集積装置に関するものである。 The present invention relates to an amplifier circuit capable of handling differential signals, and a semiconductor integrated device using the amplifier circuit.
近年、半導体集積回路(LSI)では高速に信号処理ができるようになり、それに伴い、半導体集積回路間の通信で使用される信号またはネットワークで伝送される信号として差動信号を使用するケースが多くなってきた。また、その差動信号は、EMC(電磁気妨害)の影響などを考慮して小振幅であり、伝送経路において劣化などの影響を受けるので、受信側で増幅する必要がある。 In recent years, semiconductor integrated circuits (LSIs) have become capable of high-speed signal processing, and as a result, there are many cases in which differential signals are used as signals used for communication between semiconductor integrated circuits or signals transmitted over a network. It has become. In addition, the differential signal has a small amplitude in consideration of the influence of EMC (electromagnetic interference) and the like, and is affected by deterioration in the transmission path. Therefore, it is necessary to amplify on the receiving side.
このような理由から、信号の伝送系では差動増幅回路を使用するのが一般的になってきたが、差動増幅回路はオフセットが生じると利得が大幅に低下し、良い増幅特性が得られない。
差動増幅回路は、デバイスのパラメータ等のばらつきにより、一般にオフセット成分を持っている。また、通信する信号によってもオフセット成分が発生する。それは、通信データの内容は「0」または「1」が連続する場合があり、LSI間の通信などでACカップリング(交流結合)した後はオフセットが生じやすいからである。そこで、通信においては、信号の品質を向上させるために信号変換し、「0」や「1」が連続しないようにしているが、それでもオフセットが生じてしまう。
For this reason, it has become common to use differential amplifier circuits in signal transmission systems. However, when differential amplifier circuits cause an offset, the gain is greatly reduced and good amplification characteristics are obtained. Absent.
A differential amplifier circuit generally has an offset component due to variations in device parameters and the like. An offset component is also generated depending on a signal to be communicated. This is because the content of communication data may be “0” or “1” continuously, and an offset is likely to occur after AC coupling (AC coupling) by communication between LSIs. Therefore, in communication, signal conversion is performed in order to improve signal quality so that “0” and “1” do not continue, but an offset still occurs.
そこで、図7に示すような入力バッファ回路1、プリアンプ回路2、および出力バッファ回路3からなる従来の差動増幅回路では、図示のように、オフセット制御回路4を設けている。
このオフセット制御回路4は、通常、抵抗とコンデンサからなる低域通過フィルタを用いてプリアンプ回路2の出力信号に含まれるオフセット成分の差を取り出し、これを入力バッファ回路1に帰還することにより、オフセット成分を抑制するようになっている。
Therefore, in the conventional differential amplifier circuit including the
This
ここで、抵抗RとコンデンサCとからなる低域通過フィルタのカットオフ周波数fcは、次の(1)式となる。
fc=1/(2π・R・C)・・・・(1)
ところで、オフセット成分は直流成分に近いため、高域の交流成分(高周波成分)である通信信号に影響を与えないようにするためには、低域通過フィルタのカットオフ周波数を低くする必要がある。このためには、(1)式によれば、抵抗とコンデンサの各値で決まる時定数を大きくする必要がある。
Here, the cut-off frequency fc of the low-pass filter including the resistor R and the capacitor C is expressed by the following equation (1).
fc = 1 / (2π · R · C) (1)
By the way, since the offset component is close to the direct current component, it is necessary to lower the cut-off frequency of the low pass filter so as not to affect the communication signal which is the high frequency alternating current component (high frequency component). . For this purpose, according to the equation (1), it is necessary to increase the time constant determined by each value of the resistor and the capacitor.
しかし、図6に示す差動増幅回路を集積回路化する場合において、上記の低域通過フィルタを構成するコンデンサや抵抗の各値を大きくするためには、集積回路の面積も大きくなるという不具合がある。
このような不具合を解消する差動増幅回路として、例えば、図8に示すもの(非特許文献1参照)と、図9に示すもの(特許文献1参照)とが知られている。
However, when the differential amplifier circuit shown in FIG. 6 is integrated, in order to increase the values of the capacitors and resistors that constitute the low-pass filter, there is a problem that the area of the integrated circuit increases. is there.
As a differential amplifier circuit that solves such a problem, for example, the one shown in FIG. 8 (see Non-Patent Document 1) and the one shown in FIG. 9 (see Patent Document 1) are known.
図8に示す差動増幅回路は、図示のように、差動増幅回路5と、差動増幅回路6とからなり、オフセット制御回路7を備えている。
差動増幅回路5は、差動対のMOSトランジスタM1、M2と、出力抵抗R1、R2と、電流源I1とからなる。オフセット制御回路7は、抵抗R3、R4およびコンデンサC1からなる低域通過フィルタ8と、MOSトランジスタM3、M4と、定電流源I2とから構成される。
The differential amplifier circuit shown in FIG. 8 includes a differential amplifier circuit 5 and a differential amplifier circuit 6 as shown in the figure, and includes an offset control circuit 7.
The differential amplifier circuit 5 includes a differential pair of MOS transistors M1 and M2, output resistors R1 and R2, and a current source I1. The offset control circuit 7 includes a low-pass filter 8 including resistors R3 and R4 and a capacitor C1, MOS transistors M3 and M4, and a constant current source I2.
このような構成からなるオフセット制御回路7では、低域通過フィルタ8で差動増幅回路6の出力信号に含まれるオフセット成分を取り出し、これをMOSトランジスタM3、M4を介して差動増幅回路6の入力側に負帰還させて、オフセットを抑制するようになっている。
一方、図9に示す差動増幅回路は、図8に示すオフセット制御回路7を、図示のようにオフセット制御回路9に置き換えたものである。
In the offset control circuit 7 configured as described above, an offset component included in the output signal of the differential amplifier circuit 6 is extracted by the low-pass filter 8 and is extracted from the differential amplifier circuit 6 via the MOS transistors M3 and M4. Negative feedback is provided to the input side to suppress the offset.
On the other hand, the differential amplifier circuit shown in FIG. 9 is obtained by replacing the offset control circuit 7 shown in FIG. 8 with an offset control circuit 9 as shown.
このオフセット制御回路9は、低域通過フィルタ10Aと、低域通過フィルタ10Bと、MOSトランジスタM3、M4と、定電流源I2とを備えている。低域通過フィルタ10Aは、抵抗R5、コンデンサC2、およびP型のMOSトランジスタM5、M6からなり、低域通過フィルタ10Bは、抵抗R6、コンデンサC3、およびP型のMOSトランジスタM7、M8からなる。
ところが、図8のオフセット制御回路7では、低域通過フィルタ8が抵抗R3、R4およびコンデンサC1からなり、コンデンサC1が1つで構成されるために効率的なフィルタを構成している。
しかし、それでも、低域通過フィルタ8でカットする信号の周波数が低いために、抵抗R3、R4が高抵抗になる上に、コンデンサC1が大容量になってしまう。このため、抵抗R3、R4やコンデンサC1を集積回路化する場合には、これらが回路全体のうちの相当の面積を占有して大型化してしまう。その大型化を避ける場合には、コンデンサを外付けとしている。
However, in the offset control circuit 7 of FIG. 8, the low-pass filter 8 is composed of resistors R3 and R4 and a capacitor C1, and the capacitor C1 is composed of one, so that an efficient filter is configured.
However, since the frequency of the signal cut by the low-pass filter 8 is still low, the resistors R3 and R4 become high resistance, and the capacitor C1 has a large capacity. For this reason, when the resistors R3 and R4 and the capacitor C1 are formed as an integrated circuit, they occupy a considerable area of the entire circuit and become large. In order to avoid the increase in size, a capacitor is externally attached.
一方、図9のオフセット制御回路9では、低域通過フィルタ10A、10Bにおいてミラー効果を利用して大きな容量を実現でき、同じ時定数を得るためには、低域通過フィルタ10A、10Bのコンデンサの容量値と抵抗の抵抗値とを小さくすることができる。
しかし、これを実現するために、MOSトランジスタを使用するが、MOSトランジスタの相互コンダクタンス(gm)はバイポーラトランジスタなどに比べると小さい。このため、ミラー容量を大きくするためにMOSトランジスタの利得を大きくしようとすると、そのMOSトランジスタのサイズを大きくしなければならず、この結果、回路構成が大きくなりその面積が大きくなるという不具合がある。
On the other hand, in the offset control circuit 9 of FIG. 9, in the low-
However, in order to realize this, a MOS transistor is used, but the mutual conductance (gm) of the MOS transistor is smaller than that of a bipolar transistor or the like. For this reason, in order to increase the gain of a MOS transistor in order to increase the mirror capacitance, the size of the MOS transistor must be increased. As a result, there is a problem in that the circuit configuration increases and the area increases. .
ところで、オフセットの検出制御を行うために、上記のように低域通過フィルタを使用せずに新たな回路の出現が望まれるが、その場合に簡易な構成により実現することが望まれる。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、オフセットの検出制御のための回路を簡易な構成で実現できる増幅回路、およびそれを利用した半導体集積装置を提供することにある。
By the way, in order to perform offset detection control, the appearance of a new circuit is desired without using a low-pass filter as described above, but in that case, it is desired to realize it with a simple configuration.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an amplifier circuit capable of realizing a circuit for detecting and controlling an offset with a simple configuration, and a semiconductor integrated device using the same, in view of the above points.
さらに、本発明の他の目的は、オフセットの検出に必要な回路において、コンデンサの小容量化が図れ、集積回路化の際に全体として小面積化が実現可能な増幅回路、およびそれを利用した半導体集積装置を提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to use an amplifier circuit capable of reducing the capacitance of a circuit necessary for detecting an offset and realizing a reduction in the area as a whole when integrated circuits are used. The object is to provide a semiconductor integrated device.
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のように構成した。
すなわち、第1の発明は、正負の入力端子と正負の出力端子を有し、入力信号の差動増幅が可能な増幅回路において、前記負の出力端子の出力信号のピーク値に追従する第1信号を生成するとともに、前記正の出力端子の出力信号のピーク値に追従する第2信号を生成するピークホールド回路と、差動対からなる第1トランジスタおよび第2トランジスタを含む差動増幅回路とを備え、前記第1トランジスタの入力制御端子に前記ピークホールド回路の生成する第1信号を供給するとともに、前記第1トランジスタの出力を前記増幅回路の正の入力端子に供給するように構成し、前記第2トランジスタの入力制御端子に前記ピークホールド回路の生成する第2信号を供給するとともに、前記第2トランジスタの出力を前記増幅回路の負の入力端子に供給するように構成し、かつ、前記ピークホールド回路は、前記増幅回路の負の出力端子の出力信号を受けて動作する第1バッファ回路と、前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を受けて動作する第2バッファ回路と、前記第1バッファ回路の出力端子と前記第2バッファ回路の出力端子の両端に接続されるコンデンサと、を備え、前記第1バッファ回路の出力端子の出力を前記第1信号として取り出し、前記第2バッファ回路の出力端子の出力を前記第2信号として取り出すように構成した。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, each invention is configured as follows.
That is, according to a first aspect of the present invention, there is provided an amplifier circuit having a positive and negative input terminal and a positive and negative output terminal and capable of differentially amplifying an input signal. A peak hold circuit that generates a signal and generates a second signal that follows the peak value of the output signal of the positive output terminal; and a differential amplifier circuit that includes a first transistor and a second transistor formed of a differential pair; A first signal generated by the peak hold circuit is supplied to an input control terminal of the first transistor, and an output of the first transistor is supplied to a positive input terminal of the amplifier circuit. The second signal generated by the peak hold circuit is supplied to the input control terminal of the second transistor, and the output of the second transistor is supplied to the negative input of the amplifier circuit. A first buffer circuit that operates in response to an output signal from a negative output terminal of the amplifier circuit; and an output signal from a positive output terminal of the amplifier circuit. And a capacitor connected to both ends of the output terminal of the first buffer circuit and an output terminal of the second buffer circuit, and an output of the output terminal of the first buffer circuit Is taken out as the first signal, and the output of the output terminal of the second buffer circuit is taken out as the second signal.
第2の発明は、第1の発明の増幅回路において、前記第1バッファ回路は、第1MOSトランジスタおよび第1定電流回路を電源とグランドとの間に直列に接続し、前記第1MOSトランジスタの入力端子に前記増幅回路の負の出力端子の出力信号を入力させ、かつ前記第1MOSトランジスタと前記第1定電流回路の共通接続部から出力を取り出すようにし、前記第2バッファ回路は、第2MOSトランジスタおよび第2定電流回路を電源とグランドとの間に直列に接続し、前記第1MOSトランジスタの入力端子に前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を入力させ、かつ前記第2MOSトランジスタと前記第2定電流回路の共通接続部から出力を取り出すようにした。 According to a second invention, in the amplifier circuit of the first invention, the first buffer circuit has a first MOS transistor and a first constant current circuit connected in series between a power source and a ground, and the input of the first MOS transistor The output signal of the negative output terminal of the amplifier circuit is input to the terminal, and the output is taken out from a common connection part of the first MOS transistor and the first constant current circuit. The second buffer circuit includes a second MOS transistor And a second constant current circuit connected in series between the power source and the ground, the output signal of the positive output terminal of the amplifier circuit is input to the input terminal of the first MOS transistor, and the second MOS transistor and the second MOS transistor The output is taken out from the common connection part of the two constant current circuits.
第3の発明は、第2の発明の増幅回路において、前記第1定電流回路および前記第2定電流回路は、MOSトランジスタをカスケード接続する回路、またはMOSトランジスタをカスケード接続する回路と増幅器とを組み合わせた回路により、それぞれ構成するようにした。
第4の発明は、第2の発明の増幅回路において、 前記第1定電流回路および前記第2定電流回路を、それぞれ抵抗に置き換えるようにした。
According to a third invention, in the amplifier circuit of the second invention, the first constant current circuit and the second constant current circuit include a circuit in which MOS transistors are cascade-connected, or a circuit in which MOS transistors are cascade-connected and an amplifier. Each circuit is configured by a combined circuit.
According to a fourth invention, in the amplifier circuit of the second invention, the first constant current circuit and the second constant current circuit are each replaced with a resistor.
第5の発明は、正負の入力端子と正負の出力端子を有し、入力信号の差動増幅が可能な増幅回路において、前記負の出力端子の出力信号のボトム値に追従する第1信号を生成するとともに、前記正の出力端子の出力信号のボトム値に追従する第2信号を生成するボトムホールド回路と、差動対からなる第1トランジスタおよび第2トランジスタを含む差動増幅回路とを備え、前記第1トランジスタの入力制御端子に前記ボトムホールド回路の生成する第1信号を供給するとともに、前記第1トランジスタの出力を前記増幅回路の正の入力端子に供給するように構成し、前記第2トランジスタの入力制御端子に前記ボトムホールド回路の生成する第2信号を供給するとともに、前記第2トランジスタの出力を前記増幅回路の負の入力端子に供給するように構成し、かつ、前記ボトムホールド回路は、前記増幅回路の負の出力端子の出力信号を受けて動作する第1バッファ回路と、前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を受けて動作する第2バッファ回路と、前記第1バッファ回路の出力端子と前記第2バッファ回路の出力端子の両端に接続されるコンデンサと、を備え、前記第1バッファ回路の出力端子の出力を前記第1信号として取り出し、前記第2バッファ回路の出力端子の出力を前記第2信号として取り出すように構成した。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an amplifier circuit having a positive and negative input terminal and a positive and negative output terminal and capable of differentially amplifying an input signal, the first signal following the bottom value of the output signal of the negative output terminal. And a bottom hold circuit that generates a second signal that follows the bottom value of the output signal of the positive output terminal, and a differential amplifier circuit that includes a first transistor and a second transistor that are a differential pair. Supplying the first signal generated by the bottom hold circuit to the input control terminal of the first transistor, and supplying the output of the first transistor to the positive input terminal of the amplifier circuit; The second signal generated by the bottom hold circuit is supplied to the input control terminal of the two transistors, and the output of the second transistor is supplied to the negative input terminal of the amplifier circuit The bottom hold circuit is configured to receive a first buffer circuit that operates in response to an output signal from the negative output terminal of the amplifier circuit, and an output signal from the positive output terminal of the amplifier circuit. A second buffer circuit that operates, and an output terminal of the first buffer circuit and a capacitor connected to both ends of the output terminal of the second buffer circuit, the output of the output terminal of the first buffer circuit being the first output The signal is extracted as one signal, and the output of the output terminal of the second buffer circuit is extracted as the second signal.
第6の発明は、第5の発明の増幅回路において、前記第1バッファ回路は、第1MOSトランジスタおよび第1定電流回路を電源とグランドとの間に直列に接続し、前記第1MOSトランジスタの入力端子に前記増幅回路の負の出力端子の出力信号を入力させ、かつ前記第1MOSトランジスタと前記第1定電流回路の共通接続部から出力を取り出すようにし、前記第2バッファ回路は、第2MOSトランジスタおよび第2定電流回路を電源とグランドとの間に直列に接続し、前記第1MOSトランジスタの入力端子に前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を入力させ、かつ前記第2MOSトランジスタと前記第2定電流回路の共通接続部から出力を取り出すようにした。 According to a sixth invention, in the amplifier circuit of the fifth invention, the first buffer circuit includes a first MOS transistor and a first constant current circuit connected in series between a power supply and a ground, and an input of the first MOS transistor The output signal of the negative output terminal of the amplifier circuit is input to the terminal, and the output is taken out from a common connection part of the first MOS transistor and the first constant current circuit. The second buffer circuit includes a second MOS transistor And a second constant current circuit connected in series between the power source and the ground, the output signal of the positive output terminal of the amplifier circuit is input to the input terminal of the first MOS transistor, and the second MOS transistor and the second MOS transistor The output is taken out from the common connection part of the two constant current circuits.
第7の発明は、第6の発明の増幅回路において、前記第1定電流回路および前記第2定電流回路は、MOSトランジスタをカスケード接続する回路、またはMOSトランジスタをカスケード接続する回路と増幅器とを組み合わせた回路により、それぞれ構成するようにした。
第8の発明は、第6の発明の増幅回路において、 前記第1定電流回路および前記第2定電流回路を、それぞれ抵抗に置き換えるようにした。
According to a seventh invention, in the amplifier circuit of the sixth invention, the first constant current circuit and the second constant current circuit include a circuit in which MOS transistors are cascade-connected, or a circuit in which MOS transistors are cascade-connected and an amplifier. Each circuit is configured by a combined circuit.
According to an eighth aspect, in the amplifier circuit according to the sixth aspect, the first constant current circuit and the second constant current circuit are each replaced with a resistor.
第9の発明は、第1乃至第8の発明からなる第1増幅回路と、前記第1増幅回路の前段側に設け、入力信号の差動増幅が可能な第2増幅回路と、を備えたものからなる。
このような構成からなる本発明によれば、オフセットの検出制御に使用するピークホールド回路やボトムホールド回路を簡易な構成で実現できる。
また、本発明によれば、オフセットの検出に必要なコンデンサの容量を小さくすることができるようになり、集積回路化が容易になる上に、集積回路化の際に全体として小面積化を実現できる。
A ninth invention includes a first amplifier circuit according to the first to eighth inventions, and a second amplifier circuit provided on a front stage side of the first amplifier circuit and capable of differentially amplifying an input signal. Consists of things.
According to the present invention having such a configuration, a peak hold circuit and a bottom hold circuit used for offset detection control can be realized with a simple configuration.
In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the capacitance of the capacitor necessary for detecting the offset, and it is easy to make an integrated circuit. In addition, the area can be reduced as a whole when the integrated circuit is made. it can.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の第1実施形態が適用される差動増幅回路の構成について、図1を参照して説明する。
この第1実施形態に係る差動増幅回路は、図1に示すように、差動増幅回路11と差動増幅回路12とを縦続接続するとともに、オフセット制御回路13が、差動増幅回路12の出力信号のピーク値に追従する信号を生成し、この生成信号を差動増幅回路12の入力側に負帰還することにより、差動増幅回路11、12などで発生するオフセットを抑制するようにしたものである。
Embodiments of the present invention will be described below.
The configuration of the differential amplifier circuit to which the first embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the differential amplifier circuit according to the first embodiment cascades a
差動増幅回路11は、差動対を構成するN型のMOSトランジスタM11、M12と、出力抵抗R11、R12と、定電流源I11とを備え、MOSトランジスタM11、M12の各ゲートに入力される正負(正相と逆相)の入力信号の差動増幅を行うようになっている。
さらに具体的に説明すると、MOSトランジスタM11、12の各ゲートは、正負の入力信号がそれぞれ入力されるようになっている。また、そのMOSトランジスタM11、12の各ソースは共通接続され、その共通接続部が定電流回路I11を介してグランドに接続されている。さらに、MOSトランジスタM11、M12の各ドレインは、抵抗R11、R12を介して電源にそれぞれ接続されている。また、MOSトランジスタM11のドレインは差動増幅回路12の正の入力端子に接続され、MOSトランジスタM12のドレインは差動増幅回路12の負の入力端子に接続されている。
The
More specifically, positive and negative input signals are input to the gates of the MOS transistors M11 and M12, respectively. The sources of the MOS transistors M11 and M12 are connected in common, and the common connection is connected to the ground via the constant current circuit I11. Further, the drains of the MOS transistors M11 and M12 are connected to the power supply via the resistors R11 and R12, respectively. The drain of the MOS transistor M11 is connected to the positive input terminal of the
差動増幅回路12は、上記のように差動増幅回路11からの各出力信号を正負の入力信号として受け取る正負の入力端子を備えるとともに、正負の出力信号を取り出すための正負の出力端子16、17を備え、その正負の入力信号の差動増幅ができるようになっている。
オフセット制御回路13は、図1に示すように、ピークホールド回路14と、差動対を構成するN型のMOSトランジスタM13、M14と、定電流回路I12と、を備えている。
The
As shown in FIG. 1, the offset
ピークホールド回路14は、差動増幅回路12の負の出力端子17から出力される負の出力信号のピーク値に追従する信号を生成し、その生成信号をMOSトランジスタM13のゲートに供給するとともに、差動増幅回路12の正の出力端子16から出力される正の出力信号のピーク値に追従する信号を生成し、その生成信号をMOSトランジスタM14のゲートに供給するようになっている。
The peak hold circuit 14 generates a signal that follows the peak value of the negative output signal output from the
このために、ピークホールド回路14は、差動増幅回路12の負の出力端子17から出力される負の出力信号を受けて動作する第1バッファ回路15Aと、差動増幅回路12の正の出力端子16から出力される正の出力信号を受けて動作する第2バッファ回路15Bと、第1バッファ回路15Aの出力端子と第2バッファ回路15Bの出力端子の両端に接続されるコンデンサC11とからなる。そして、第1バッファ回路15Aの出力端子の出力をMOSトランジスタM13のゲートに供給し、第2バッファ回路15Bの出力端子の出力をMOSトランジスタM14のゲートに供給するようになっている。
Therefore, the peak hold circuit 14 receives the negative output signal output from the
さらに詳述すると、第1バッファ回路15Aは、図1に示すように、N型のMOSトランジスタM15および定電流回路21からなり、これを電源とグランドとの間に直列に接続させている。また、MOSトランジスタM15のゲートに、差動増幅回路12の負の出力端子17から出力される負の出力信号が供給されるようになっている。さらに、MOSトランジスタM15と定電流回路21の共通接続部が、コンデンサC11の一端側とMOSトランジスタM13のゲートにそれぞれ接続されている。
More specifically, as shown in FIG. 1, the
第2バッファ回路15Bは、図1に示すように、N型のMOSトランジスタM16および定電流回路22からなり、これを電源とグランドとの間に直列に接続させている。また、MOSトランジスタM16のゲートに、差動増幅回路12の正の出力端子16から出力される正の出力信号が供給されるようになっている。さらに、MOSトランジスタM16と定電流回路22の共通接続部が、コンデンサC11の他端側とMOSトランジスタM14のゲートにそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 1, the second buffer circuit 15B includes an N-type MOS transistor M16 and a constant
MOSトランジスタQ13、Q14の各ゲートは、上記のようにピークホールド回路14の2つの出力がそれぞれ供給されるようになっている。また、そのMOSトランジスタM13、14の各ソースは共通接続され、その共通接続部が定電流回路I12を介してグランドに接続されている。さらに、MOSトランジスタM13のドレインは差動増幅回路12の正の入力端子に接続され、MOSトランジスタM14のドレインは差動増幅回路12の負の入力端子に接続されている。
As described above, the two outputs of the peak hold circuit 14 are supplied to the gates of the MOS transistors Q13 and Q14, respectively. The sources of the MOS transistors M13 and M14 are connected in common, and the common connection is connected to the ground via the constant current circuit I12. Further, the drain of the MOS transistor M13 is connected to the positive input terminal of the
次に、図1に示す定電流回路21、22の具体的な構成について、図2および図3を参照して説明する。
定電流回路21、22は同一の構成からなるので、ここでは定電流回路21の具体的な構成について説明する。
図2に示す定電流回路21は、図示のように、MOSトランジスタM21、M22をカスケード接続させて構成し、定電流動作する領域において、高抵抗成分となることを利用するようにし、比較的小面積で高抵抗を実現するようにしたものである。ここで、MOSトランジスタM21、M22の各ゲートには所定のバイアス電圧を供給するようにしている。
Next, a specific configuration of the constant
Since the constant
As shown in the figure, the constant
また、図3に示す定電流回路21は、図示のように、MOSトランジスタM21とMOSトランジスタM22とをカスケード接続するようにした。そして、増幅器23は、MOSトランジスタM21とMOSトランジスタM22との共通接続部の電位を、基準電圧Vrefと比較し、その差に応じた出力信号をMOSトランジスタM21のゲートに供給するように構成した。
In the constant
定電流回路21を図3に示す回路から構成すると、図5に示す定電流回路21に比べてより高抵抗な回路を実現できるので、相対的にコンデンサC11の容量値をより小さくできる。
次に、このように構成される第1実施形態の動作について、図1、図4、および図5を参照して説明する。
If the constant
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. 1, FIG. 4, and FIG.
いま、図1の差動増幅回路12の負の出力端子17からの出力信号(出力電圧)が図4(A)に示すような高周波信号S1(例えば周波数が1000MHz程度である)であり、その差動増幅回路12の正の出力端子16からの出力信号が図4(B)に示すような高周波信号S2であるとする。
その高周波信号S1は,図1に示すMOSトランジスタM15のゲートに供給される。このとき、その高周波信号S1が正方向に大きくなり、MOSトランジスタM15のゲートとソースとの電位差がMOSトランジスタM15のしきい値電圧(スレッショルド電圧)以上の場合には、MOSトランジスタM15、コンデンサC11、および定電流回路22に電流が流れる。
Now, the output signal (output voltage) from the
The high frequency signal S1 is supplied to the gate of the MOS transistor M15 shown in FIG. At this time, when the high-frequency signal S1 increases in the positive direction and the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor M15 is equal to or higher than the threshold voltage (threshold voltage) of the MOS transistor M15, the MOS transistor M15, the capacitor C11, A current flows through the constant
これによりコンデンサC11に電荷が充電されるので、MOSトランジスタM15のソース電位が上昇する。このため、MOSトランジスタM15のゲートとソース間の電位が小さくなり、その電位がしきい値電圧以下になると、MOSトランジスタM15に電流が流れなくなり、コンデンサC11の充電動作が停止する。
MOSトランジスタM15が動作を停止すると、コンデンサC11の充電電荷は定電流回路21を経由して徐々に放電していき、MOSトランジスタM15のソース電位は、MOSトランジスタM15のゲートとソース間の電圧がしきい値電圧になるまで下がる。
As a result, the capacitor C11 is charged, and the source potential of the MOS transistor M15 rises. For this reason, when the potential between the gate and the source of the MOS transistor M15 becomes small and the potential becomes equal to or lower than the threshold voltage, no current flows through the MOS transistor M15, and the charging operation of the capacitor C11 is stopped.
When the MOS transistor M15 stops operating, the charge of the capacitor C11 is gradually discharged via the constant
このように、ピークホールド回路14は、MOSトランジスタM15のオンによる充電と、コンデンサC11および定電流回路21の時定数で決まる放電とを繰り返すことにより、高周波信号S1の上側(ピーク値)に追従する出力電圧V1を生成するピークホールド動作を行う(図4(A)の波形を参照)。
このため、ピークホールド回路14の出力電圧V1は、差動増幅回路12の負の出力端子17の出力信号に含まれるオフセット成分に類似するので、そのオフセット成分の制御(調整)に使用できると考えられる。
As described above, the peak hold circuit 14 follows the upper side (peak value) of the high-frequency signal S1 by repeating the charging by turning on the MOS transistor M15 and the discharging determined by the time constant of the capacitor C11 and the constant
For this reason, since the output voltage V1 of the peak hold circuit 14 is similar to the offset component included in the output signal of the
すなわち、直差動増幅回路12の負の出力端子17からの出力信号が、図5(A)に示すように、本来の信号成分とオフセット成分(直流成分)とからなる場合に、そのオフセット成分は図5(B)に示すようなピークホールド回路14の出力電圧V1のピークホールド波形に類似するからである。
一方、図4(B)に示す高周波信号S2は,図1に示すMOSトランジスタM16のゲートに供給される。このとき、その高周波信号S2が正方向に大きくなり、MOSトランジスタM16のゲートとソースとの電位差がMOSトランジスタM16のしきい値電圧以上の場合には、MOSトランジスタM16、コンデンサC11、および定電流回路21に電流が流れる。
That is, when the output signal from the
On the other hand, the high-frequency signal S2 shown in FIG. 4B is supplied to the gate of the MOS transistor M16 shown in FIG. At this time, when the high-frequency signal S2 increases in the positive direction and the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor M16 is equal to or higher than the threshold voltage of the MOS transistor M16, the MOS transistor M16, the capacitor C11, and the constant current circuit A current flows through 21.
これによりコンデンサC11に電荷が充電されるので、MOSトランジスタM16のソース電位が上昇する。このため、MOSトランジスタM16のゲートとソース間の電位が小さくなり、その電位がしきい値電圧以下になると、MOSトランジスタM16に電流が流れなくなり、コンデンサC11の充電動作が停止する。
MOSトランジスタM16が動作を停止すると、コンデンサC11の充電電荷は定電流回路22を経由して徐々に放電していき、MOSトランジスタM16のソース電位は、MOSトランジスタM16のゲートとソース間の電圧がしきい値電圧になるまで下がる。
As a result, the capacitor C11 is charged, and the source potential of the MOS transistor M16 increases. For this reason, when the potential between the gate and the source of the MOS transistor M16 becomes small and the potential becomes equal to or lower than the threshold voltage, no current flows through the MOS transistor M16, and the charging operation of the capacitor C11 is stopped.
When the MOS transistor M16 stops operating, the charge of the capacitor C11 is gradually discharged through the constant
このように、ピークホールド回路14は、MOSトランジスタM16のオンによる充電と、コンデンサC11および定電流回路22の時定数で決まる放電とを繰り返すことにより、高周波信号S2のピーク値に追従する出力電圧V2を生成するピークホールド動作を行う(図4(B)の波形を参照)。
このため、ピークホ−ルド回路14の出力電圧V2は、差動増幅回路12の正の出力端子16の出力信号に含まれるオフセット成分に類似するので、そのオフセット成分の制御に使用できると考えられる。
As described above, the peak hold circuit 14 repeats the charging by turning on the MOS transistor M16 and the discharging determined by the time constants of the capacitor C11 and the constant
For this reason, since the output voltage V2 of the peak hold circuit 14 is similar to the offset component included in the output signal of the
そこで、ピークホールド回路14の出力電圧V1は、MOSトランジスタM13のゲートに印加されるので、MOSトランジスタM13は差動増幅回路12の正の入力端子の直流電位を変化させる。一方、ピークホールド回路14の出力電圧V2は、MOSトランジスタM14のゲートに印加されるので、MOSトランジスタM14は差動増幅回路12の負の入力端子の直流電位を変化させる。そして、これらの変化の方向は、オフセットを低減させる方向である。
Therefore, since the output voltage V1 of the peak hold circuit 14 is applied to the gate of the MOS transistor M13, the MOS transistor M13 changes the DC potential of the positive input terminal of the
この結果、差動増幅回路12の正負の出力端子16、17から出力される正負の出力信号に含まれる各オフセット成分が低減される。
以上説明したように、この第1実施形態では、ピークホールド回路14をバッファ回路15A,15BとコンデンサC11で構成し、バッファ回路15A,15Bの定電流回路21、22を高抵抗の得られるMOSトランジスタを利用するようにした。
As a result, each offset component included in the positive and negative output signals output from the positive and
As described above, in the first embodiment, the peak hold circuit 14 is composed of the
このため、第1実施形態では、コンデンサC11の容量値を小さくすることができ、コンデンサの集積回路化が容易になる上に、集積回路化する場合に全体としてその面積を小さくすることができる。
次に、本発明の第2実施形態について、図6を参照して説明する。
この第4実施形態に係る差動増幅回路は、図6に示すように、差動増幅回路11と差動増幅回路12とを縦続接続するとともに、オフセット制御回路33が、差動増幅回路12の出力信号のボトム値に追従する信号を生成し、この生成信号を差動増幅回路12の入力側に負帰還することにより、差動増幅回路11、12などで発生するオフセットを抑制するようにしたものである。
For this reason, in the first embodiment, the capacitance value of the capacitor C11 can be reduced, and the integrated circuit of the capacitor is facilitated. In addition, when the integrated circuit is formed, the area thereof can be reduced as a whole.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the differential amplifier circuit according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, the
差動増幅回路11、12は、図1に示す差動増幅回路11、12と同様に構成するので、その説明は省略する。
オフセット制御回路33は、図6に示すように、ボトムホールド回路34と、差動対を構成するN型のMOSトランジスタM13、M14と、定電流回路I12と、を備えている。
The
As shown in FIG. 6, the offset
ボトムホールド回路34は、差動増幅回路12の負の出力端子17から出力される負の出力信号のボトム値に追従する信号を生成し、その生成信号をMOSトランジスタM13のゲートに供給するとともに、差動増幅回路12の正の出力端子16から出力される正の出力信号のボトム値に追従する信号を生成し、その生成信号をMOSトランジスタM14のゲートに供給するようになっている。
The
このために、ボトムホールド回路34は、差動増幅回路12の負の出力端子17から出力される負の出力信号を受けて動作する第1バッファ回路35Aと、差動増幅回路12の正の出力端子16から出力される正の出力信号を受けて動作する第2バッファ回路35Bと、第1バッファ回路35Aの出力端子と第2バッファ回路35Bの出力端子の両端に接続されるコンデンサC11とからなる。そして、第1バッファ回路35Aの出力端子の出力をMOSトランジスタM13のゲートに供給し、第2バッファ回路35Bの出力端子の出力をMOSトランジスタM14のゲートに供給するようになっている。
For this purpose, the
さらに詳述すると、第1バッファ回路35Aは、図6に示すように、定電流回路41およびP型のMOSトランジスタM25からなり、これを電源とグランドとの間に直列に接続させている。また、MOSトランジスタM25のゲートに、差動増幅回路12の負の出力端子17から出力される負の出力信号が供給されるようになっている。さらに、MOSトランジスタM25と定電流回路41の共通接続部が、コンデンサC11の一端側とMOSトランジスタM13のゲートにそれぞれ接続されている。
More specifically, as shown in FIG. 6, the
第2バッファ回路35Bは、図6に示すように、定電流回路42およびP型のMOSトランジスタM26からなり、これを電源とグランドとの間に直列に接続させている。また、MOSトランジスタM26のゲートに、差動増幅回路12の正の出力端子16から出力される正の出力信号が供給されるようになっている。さらに、MOSトランジスタM26と定電流回路42の共通接続部が、コンデンサ11の他端側とMOSトランジスタM14のゲートにそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 6, the second buffer circuit 35B includes a constant
MOSトランジスタQ13、Q14の各ゲートは、上記のようにボトムホールド回路34の2つの出力がそれぞれ供給されるようになっている。また、そのMOSトランジスタM13、14の各ソースは共通接続され、その共通接続部が定電流回路I12を介してグランドに接続されている。さらに、MOSトランジスタM13のドレインは差動増幅回路12の正の入力端子に接続され、MOSトランジスタM14のドレインは差動増幅回路12の負の入力端子に接続されている。
As described above, the two outputs of the
なお、定電流回路41、42は、図2に示す定電流回路21または図3に示す定電流回路21と同様に構成されている。
次に、このように構成される第2実施形態の動作について、図6を参照しながら説明する。
ボトムホールド回路34は、上述したピークホールド回路14と同様の原理により、差動増幅回路12の正負の出力端子16、17から出力される正負の出力信号のボトム値に追従する電圧をそれぞれ生成する。そして、これらの各生成電圧は、差動増幅回路12の正負の出力端子16、17の正負の出力信号の各オフセット成分に類似するので、その各オフセット成分の制御に使用できると考えられる。
The constant
Next, the operation of the second embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
The
そして、ボトムホールド回路34の出力電圧V3は、MOSトランジスタM13のゲートに印加されるので、MOSトランジスタM13は差動増幅回路12の正の入力端子の直流電位を変化させる。一方、ボトムホールド回路34の出力電圧V4は、MOSトランジスタM14のゲートに印加されるので、MOSトランジスタM14は差動増幅回路12の負の入力端子の直流電位を変化させる。そして、これらの変化の方向は、オフセットを低減させる方向である。
Since the output voltage V3 of the
この結果、差動増幅回路12の正負の出力端子16、17から出力される正負の出力信号に含まれる各オフセット成分が低減される。
以上説明したように、この第2実施形態では、ボトムホールド回路34をバッファ回路35A,35BとコンデンサC11で構成し、バッファ回路35A,35Bの定電流回路41、42を高抵抗の得られるMOSトランジスタを利用するようにした。
As a result, each offset component included in the positive and negative output signals output from the positive and
As described above, in the second embodiment, the
このため、第2実施形態では、コンデンサC11の容量値を小さくすることができ、コンデンサの集積回路化が容易になる上に、集積回路化する場合に全体としてその面積を小さくすることができる。
なお、上記の第1実施形態では、ピークホールド回路14のバッファ回路15A,15Bの構成要素として定電流回路21、22を使用するようにしたが、この定電流回路21、22を抵抗に置き換えるようにしても良い。
For this reason, in the second embodiment, the capacitance value of the capacitor C11 can be reduced, and the integrated circuit of the capacitor is facilitated. In addition, when the integrated circuit is formed, the area thereof can be reduced as a whole.
In the first embodiment, the constant
また、上記の第2実施形態では、ボトムホールド回路34のバッファ回路35A,35Bの構成要素として定電流回路41、42を使用するようにしたが、この定電流回路41、42を抵抗に置き換えるようにしても良い。
In the second embodiment, the constant
11、12・・・差動増幅回路、13、33・・・オフセット制御回路、14・・・ピークホールド回路、15A,15B・・・バッファ回路、16・・・正の出力端子、17・・・負の出力端子、21、22、41、42・・・定電流回路、34・・・ボトムホード回路、35A,35B・・・バッファ回路、M15,M16,M25,M26・・・MOSトランジスタ、C11・・・コンデンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記負の出力端子の出力信号のピーク値に追従する第1信号を生成するとともに、前記正の出力端子の出力信号のピーク値に追従する第2信号を生成するピークホールド回路と、
差動対からなる第1トランジスタおよび第2トランジスタを含む差動増幅回路とを備え、
前記第1トランジスタの入力制御端子に前記ピークホールド回路の生成する第1信号を供給するとともに、前記第1トランジスタの出力を前記増幅回路の正の入力端子に供給するように構成し、前記第2トランジスタの入力制御端子に前記ピークホールド回路の生成する第2信号を供給するとともに、前記第2トランジスタの出力を前記増幅回路の負の入力端子に供給するように構成し、
かつ、前記ピークホールド回路は、
前記増幅回路の負の出力端子の出力信号を受けて動作する第1バッファ回路と、
前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を受けて動作する第2バッファ回路と、
前記第1バッファ回路の出力端子と前記第2バッファ回路の出力端子の両端に接続されるコンデンサと、を備え、
前記第1バッファ回路の出力端子の出力を前記第1信号として取り出し、前記第2バッファ回路の出力端子の出力を前記第2信号として取り出すように構成したことを特徴とする増幅回路。 In an amplifier circuit having positive and negative input terminals and positive and negative output terminals and capable of differential amplification of input signals,
A peak hold circuit that generates a first signal that follows the peak value of the output signal at the negative output terminal and generates a second signal that follows the peak value of the output signal at the positive output terminal;
A differential amplifier circuit including a first transistor and a second transistor comprising a differential pair,
A first signal generated by the peak hold circuit is supplied to an input control terminal of the first transistor, and an output of the first transistor is supplied to a positive input terminal of the amplifier circuit; A second signal generated by the peak hold circuit is supplied to an input control terminal of the transistor, and an output of the second transistor is supplied to a negative input terminal of the amplifier circuit;
And the peak hold circuit is
A first buffer circuit that operates in response to an output signal of a negative output terminal of the amplifier circuit;
A second buffer circuit that operates in response to an output signal of a positive output terminal of the amplifier circuit;
A capacitor connected to both ends of the output terminal of the first buffer circuit and the output terminal of the second buffer circuit;
An amplifier circuit configured to extract the output of the output terminal of the first buffer circuit as the first signal and extract the output of the output terminal of the second buffer circuit as the second signal.
前記第2バッファ回路は、第2MOSトランジスタおよび第2定電流回路を電源とグランドとの間に直列に接続し、前記第1MOSトランジスタの入力端子に前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を入力させ、かつ前記第2MOSトランジスタと前記第2定電流回路の共通接続部から出力を取り出すようにしたことを特徴とする請求項1に記載の増幅回路。 The first buffer circuit includes a first MOS transistor and a first constant current circuit connected in series between a power supply and a ground, and an output signal of a negative output terminal of the amplifier circuit is input to an input terminal of the first MOS transistor. And taking out the output from the common connection of the first MOS transistor and the first constant current circuit,
The second buffer circuit connects a second MOS transistor and a second constant current circuit in series between a power supply and a ground, and inputs an output signal of a positive output terminal of the amplifier circuit to an input terminal of the first MOS transistor. 2. The amplifier circuit according to claim 1, wherein an output is taken out from a common connection portion of the second MOS transistor and the second constant current circuit.
前記負の出力端子の出力信号のボトム値に追従する第1信号を生成するとともに、前記正の出力端子の出力信号のボトム値に追従する第2信号を生成するボトムホールド回路と、
差動対からなる第1トランジスタおよび第2トランジスタを含む差動増幅回路とを備え、
前記第1トランジスタの入力制御端子に前記ボトムホールド回路の生成する第1信号を供給するとともに、前記第1トランジスタの出力を前記増幅回路の正の入力端子に供給するように構成し、前記第2トランジスタの入力制御端子に前記ボトムホールド回路の生成する第2信号を供給するとともに、前記第2トランジスタの出力を前記増幅回路の負の入力端子に供給するように構成し、
かつ、前記ボトムホールド回路は、
前記増幅回路の負の出力端子の出力信号を受けて動作する第1バッファ回路と、
前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を受けて動作する第2バッファ回路と、
前記第1バッファ回路の出力端子と前記第2バッファ回路の出力端子の両端に接続されるコンデンサと、を備え、
前記第1バッファ回路の出力端子の出力を前記第1信号として取り出し、前記第2バッファ回路の出力端子の出力を前記第2信号として取り出すように構成したことを特徴とする増幅回路。 In an amplifier circuit having positive and negative input terminals and positive and negative output terminals and capable of differential amplification of input signals,
A bottom hold circuit that generates a first signal that follows the bottom value of the output signal of the negative output terminal and generates a second signal that follows the bottom value of the output signal of the positive output terminal;
A differential amplifier circuit including a first transistor and a second transistor comprising a differential pair,
A first signal generated by the bottom hold circuit is supplied to an input control terminal of the first transistor, and an output of the first transistor is supplied to a positive input terminal of the amplifier circuit; A second signal generated by the bottom hold circuit is supplied to an input control terminal of the transistor, and an output of the second transistor is supplied to a negative input terminal of the amplifier circuit;
And the bottom hold circuit is
A first buffer circuit that operates in response to an output signal of a negative output terminal of the amplifier circuit;
A second buffer circuit that operates in response to an output signal of a positive output terminal of the amplifier circuit;
A capacitor connected to both ends of the output terminal of the first buffer circuit and the output terminal of the second buffer circuit;
An amplifier circuit configured to extract the output of the output terminal of the first buffer circuit as the first signal and extract the output of the output terminal of the second buffer circuit as the second signal.
前記第2バッファ回路は、第2MOSトランジスタおよび第2定電流回路を電源とグランドとの間に直列に接続し、前記第1MOSトランジスタの入力端子に前記増幅回路の正の出力端子の出力信号を入力させ、かつ前記第2MOSトランジスタと前記第2定電流回路の共通接続部から出力を取り出すようにしたことを特徴とする請求項5に記載の増幅回路。 The first buffer circuit includes a first MOS transistor and a first constant current circuit connected in series between a power supply and a ground, and an output signal of a negative output terminal of the amplifier circuit is input to an input terminal of the first MOS transistor. And taking out the output from the common connection of the first MOS transistor and the first constant current circuit,
The second buffer circuit connects a second MOS transistor and a second constant current circuit in series between a power supply and a ground, and inputs an output signal of a positive output terminal of the amplifier circuit to an input terminal of the first MOS transistor. 6. The amplifier circuit according to claim 5, wherein an output is taken out from a common connection portion of the second MOS transistor and the second constant current circuit.
前記第1増幅回路の前段側に設け、入力信号の差動増幅が可能な第2増幅回路と、を備えたことを特徴とする半導体集積装置。 An amplifier circuit comprising the amplifier circuit according to any one of claims 1 to 8;
A semiconductor integrated device comprising: a second amplifier circuit provided on a front side of the first amplifier circuit and capable of differential amplification of an input signal.
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