JP2005260488A - 電圧電流変換回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電流ミラー回路4により増幅された電流信号I2pと電流ミラー回路6により変換された電流信号I3pとの差分電流ioutを中間の出力端子7に出力する電流出力手段がMOSFETM9,MOSFETM10,MOSFETM11及びMOSFETM12から構成され、MOSFETM9,MOSFETM10,MOSFETM11及びMOSFETM12が電流ミラー回路4,5,6にカスコード接続されているように構成した。これにより、DCオフセット電流の出力を抑制することができる。
【選択図】 図1
Description
なお、DCオフセット電流は、出力端子から出力される差分電流Iの誤差分に相当するので、後段の回路で正確な信号処理を実現するためには、できる限り抑制することが望ましい。
図1はこの発明の実施の形態1による電圧電流変換回路を示す構成図であり、図において、入力端子1は第1の電圧信号である電圧信号Vipを入力し、入力端子2は第2の電圧信号である電圧信号Vinを入力する。
差動増幅回路3は入力端子1から入力された電圧信号Vipを電流信号I1p(第1の電流信号)に変換するとともに、入力端子2から入力された電圧信号Vinを電流信号I1n(第2の電流信号)に変換する電圧電流変換手段を構成している。
なお、差動増幅回路3のMOSFETM1とMOSFETM2のソースは電流源Jに接続されており、MOSFETM1のゲートに電圧信号Vipが入力されて、そのドレインに電流信号I1pが流れる。また、MOSFETM2のゲートに電圧信号Vinが入力されて、そのドレインに電流信号I1nが流れる。
なお、電流ミラー回路4のMOSFETM5とMOSFETM7のゲートが相互に接続され、MOSFETM7がMOSFETM5と比べてゲート幅がK倍であるため、電流信号I1pの電流値をK倍に増幅して電流信号I2pを出力することになる。
なお、電流ミラー回路5のMOSFETM6とMOSFETM8のゲートが相互に接続され、MOSFETM8がMOSFETM6と比べてゲート幅がK倍であるため、電流信号I1nの電流値をK倍に増幅して電流信号I2nを出力することになる。
なお、電流ミラー回路6はゲートが相互に接続されている一対のMOSFETM13とMOSFETM14から構成されている。
なお、電流出力手段におけるMOSFETM9及びMOSFETM10のペアは、電流ミラー回路4におけるMOSFETM7と電流ミラー回路5におけるMOSFETM8とのペアに対してカスコード接続されている。
また、電流出力手段におけるMOSFETM11及びMOSFETM12のペアは、電流ミラー回路6におけるMOSFETM13及びMOSFETM14のペアに対してカスコード接続されている。
したがって、電流出力手段は、電圧電流変換回路の出力インピーダンスを高めるように作用する。
なお、電流ミラー回路8はMOSFETM15,MOSFETM16,MOSFETM17,MOSFETM18,MOSFETM19,MOSFETM20,MOSFETM21及びMOSFETM22から構成されている。
まず、差動入力信号として、入力端子1から電圧信号Vipが入力され、入力端子2から電圧信号Vinが入力されると、その電圧信号Vipは、差動増幅回路3のMOSFETM1のゲートに入力され、その電圧信号Vinは、差動増幅回路3のMOSFETM2のゲートに入力される。
これにより、差動増幅回路3におけるMOSFETM1のドレインには、その電圧信号Vipに比例する電流信号I1pが流れ、MOSFETM2のドレインには、その電圧信号Vinに比例する電流信号I1nが流れる。
即ち、差動増幅回路3におけるMOSFETM7がMOSFETM5と比べてゲート幅がK倍であるため、差動増幅回路3におけるMOSFETM1のドレインに流れる電流信号I1pをK倍に増幅して電流信号I2pを出力する。
即ち、差動増幅回路3におけるMOSFETM8がMOSFETM6と比べてゲート幅がK倍であるため、差動増幅回路3におけるMOSFETM2のドレインに流れる電流信号I1nをK倍に増幅して電流信号I2nを出力する。
これにより、電圧電流変換回路の中間の出力端子7には、電流ミラー回路5による増幅後の電流信号I2nと電流ミラー回路6による変換後の電流信号I3pとの差分に相当する差分電流iout(=I2n−I3p)が出力されることになる。
しかし、この実施の形態1では、電流出力手段におけるMOSFETM9及びMOSFETM10のペアが、電流ミラー回路4におけるMOSFETM7と電流ミラー回路5におけるMOSFETM8とのペアに対してカスコード接続されており、また、電流出力手段におけるMOSFETM11及びMOSFETM12のペアが、電流ミラー回路6におけるMOSFETM13及びMOSFETM14のペアに対してカスコード接続されているので、電圧電流変換回路の出力インピーダンスが高められている。
これにより、中間の出力端子7のDCバイアス電圧と、電流ミラー回路8の入力側のDCバイアス電圧との間に差が生じることがなくなるため、中間の出力端子7から電流ミラー回路8にDCオフセット電流が流れることが防止される。
図中、実線はカスコード回路のV−I特性、破線は比較のために示したカスコード構成をとらない通常のトランジスタのV−I特性である。
これに対して、通常のトランジスタは、図2の破線で示すように、ドレイン電圧VdsがΔVdだけ変化すると、ドレイン電流IdsもΔIdだけ変化する。
入力電圧Vinが約1.9Vを中心に0.5Vの範囲では、出力電流Ioutは+75μAから−80μAまでほぼ直線的に変化する。
また、入力電圧Vinが変化していないVin=0のときは、出力電流Ioutが0.22μAとなり、DCオフセット電流が非常に小さく抑制されていることが分かる。
図4はこの発明の実施の形態2による電圧電流変換回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
差動増幅回路3は入力端子1から入力された電圧信号Vipを電流信号I1pに変換するとともに、入力端子2から入力された電圧信号Vinを電流信号I1nに変換する電圧電流変換手段を構成しているが、図4の差動増幅回路3では、MOSFETM1のソースがデジェネレーションMOSFETM3のドレインと接続され、MOSFETM2のソースがデジェネレーションMOSFETM4のドレインと接続されている。
また、差動増幅回路3のデジェネレーションMOSFETM3とデジェネレーションMOSFETM4のソースは電流源Jに接続されている。
図5はこの発明の実施の形態3による電圧電流変換回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電流ミラー回路10は差動増幅回路3の一部を構成し、MOSFETM1及びMOSFETM2と電流源Jの間に配置されている。
電流ミラー回路10のMOSFETM23とMOSFETM24は相互にソースが接続されており、MOSFETM23のドレインがMOSFETM1及びMOSFETM2のソースと接続され、MOSFETM24のドレインが電流源Jと接続されている。
この場合、差動増幅回路3がデジェネレーションMOSFETM3及びデジェネレーションMOSFETM4を実装したことによる安定動作の向上と、電流ミラー回路10を配置したことによる安定動作の向上とが重畳されて、更なる安定化を図ることができる効果を奏する。
上記実施の形態1〜3では、電流ミラー回路5,6,8を構成しているMOSFETなどのゲート幅については特に限定していないが、MOSFETのゲート幅を次のように設定してもよい。
即ち、電流ミラー回路5及び電流ミラー回路6の出力側のMOSFETM8,MOSFETM14と、電流出力手段の出力側のMOSFETM10,MOSFETM12とに使用するトランジスタとして、ゲート幅が同一のMOSFETを使用するようにする。
この場合、電圧電流変換回路における回路の対称性が向上するため、MOSFETM10及びMOSFETM12をカスコード接続したことによる効果が最大限得られるようになる。
この場合も、電圧電流変換回路における回路の対称性が向上するため、DCオフセット電流を抑圧する効果が最大限得られるようになる。
Claims (5)
- 第1の電圧信号を第1の電流信号に変換するとともに、第2の電圧信号を第2の電流信号に変換する電圧電流変換手段と、上記電圧電流変換手段により変換された第1の電流信号を増幅する第1の電流ミラー回路と、上記電圧電流変換手段により変換された第2の電流信号を増幅する第2の電流ミラー回路と、上記第1の電流ミラー回路により増幅された第1の電流信号を第3の電流信号に変換する第3の電流ミラー回路と、上記第2の電流ミラー回路により増幅された第2の電流信号と上記第3の電流ミラー回路により変換された第3の電流信号との差分電流を出力する電流出力手段とを備えた電圧電流変換回路において、上記電流出力手段が複数のトランジスタから構成され、上記複数のトランジスタが上記第1から第3の電流ミラー回路にカスコード接続されていることを特徴とする電圧電流変換回路。
- 電流出力手段から出力された差分電流を入力し、その差分電流を出力する第4の電流ミラー回路を設けたことを特徴とする請求項1記載の電圧電流変換回路。
- 電圧電流変換手段がデジェネレーショントランジスタを用いて構成されていることを特徴とする請求項1記載の電圧電流変換回路。
- 電圧電流変換手段を構成しているトランジスタと電流源の間に電流ミラー回路が配置されていることを特徴とする請求項1記載の電圧電流変換回路。
- 第2及び第3の電流ミラー回路における出力側のトランジスタのゲート幅と、電流出力手段における出力側のトランジスタのゲート幅と、第4の電流ミラー回路における入力側のトランジスタのゲート幅とが同一であることを特徴とする請求項2記載の電圧電流変換回路。
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