JP2006094365A - Nonlinear amplifier circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonlinear amplifier circuit using a source follower circuit and capable of obtaining super linear characteristics without changing its simple circuit configuration as much as possible. <P>SOLUTION: A feedback circuit reduces a channel current of an input MOS transistor and reduces a gate-source voltage of the input MOS transistor as a source voltage of the input MOS transistor of a source follower circuit increases. Since an output voltage is approximately corresponding to a voltage subtracting the gate-source voltage from an input voltage, the output voltage becomes higher as the gate-source voltage is reduced. Therefore, the non-linear amplifier circuit is designed to superlinearly reduce the gate-source voltage with respect to increase of the input voltage, thereby obtaining superlinear characteristics without complicating circuit configuration. It may be enough therefor to appropriately select an element dimension or impurity concentration of the input MOS transistor and to use a range of superlinearly increasing the the channel current with respect to increase of the gate-source voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、入出力特性が非線形になる増幅回路(以下、非線形増幅回路という)に関する。特に本発明は、MOSトランジスタを用いて構成され、入力信号の上昇に伴ってゲインが増加する非線形増幅回路に関する。   The present invention relates to an amplifier circuit whose input / output characteristics are nonlinear (hereinafter referred to as a nonlinear amplifier circuit). In particular, the present invention relates to a non-linear amplifier circuit that is configured using MOS transistors and whose gain increases as the input signal increases.

アナログ信号を処理する電気回路では、出力電圧などの信号レベルに何らかの情報が含まれていることがある。その場合、信号レベルと、その信号レベルが示す情報値(例えば映像信号が示す輝度値)との関係が非線形であることがある。例えば、信号レベルが高くなるほど、(情報値)/(信号レベル)が大きくなる場合があり、これを以下、『スーパーリニア特性の信号』という。反対に、信号レベルが高くなるほど、(情報値)/(信号レベル)が小さくなる場合があり、これを以下、『サブリニア特性の信号』という。そして、信号レベルと情報値との非線形な関係を線形に補正する手段の1つとして、非線形増幅回路が用いられている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。   In an electric circuit for processing an analog signal, some information may be included in a signal level such as an output voltage. In that case, the relationship between the signal level and the information value (for example, the luminance value indicated by the video signal) indicated by the signal level may be nonlinear. For example, (information value) / (signal level) may increase as the signal level increases, and this is hereinafter referred to as a “super linear characteristic signal”. On the other hand, as the signal level increases, (information value) / (signal level) may decrease, and this is hereinafter referred to as “sub-linear characteristic signal”. A nonlinear amplifier circuit is used as one means for linearly correcting the nonlinear relationship between the signal level and the information value (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

非線形増幅回路は、例えば以下のいずれかのような入出力特性を有する。1つは、入力信号の上昇に伴って入出力比(ゲイン)が減少するものであり、本明細書ではこの入出力特性を『サブリニア特性』、或いは、『入力の増加に対し出力がサブリニアに増加する』と表現する。もう1つは、入力信号の上昇に伴って入出力比が増加するものであり、本明細書ではこの入出力特性を『スーパーリニア特性』、或いは、『入力の増加に対し出力がスーパーリニアに増加する』と表現する。   The non-linear amplifier circuit has, for example, any of the following input / output characteristics. One is that the input / output ratio (gain) decreases as the input signal rises. In this specification, this input / output characteristic is referred to as “sub-linear characteristic”, or “the output becomes sub-linear as the input increases. "Increase". The other is that the input / output ratio increases as the input signal rises. In this specification, this input / output characteristic is referred to as the “super linear characteristic” or “the output becomes super linear as the input increases. "Increase".

特許文献1では、ベース−エミッタ間電圧に対しコレクタ電流が指数関数的に増大するバイポーラトランジスタを用い、このコレクタ電流を抵抗により電圧として検出し、この電圧を補正信号としている。即ち、コレクタ電流がスーパーリニア特性を示す部分により、入力信号の非線形性を打ち消し、線形に補正することを試みている。
特開2002−320112号公報 特公平6−20251号公報
In Patent Document 1, a bipolar transistor whose collector current increases exponentially with respect to the base-emitter voltage is used, the collector current is detected as a voltage by a resistor, and this voltage is used as a correction signal. That is, an attempt is made to cancel the nonlinearity of the input signal and correct it linearly by a portion where the collector current exhibits super linear characteristics.
JP 2002-320112 A Japanese Patent Publication No. 6-20251

スーパーリニア特性の信号を、正負の反転等をせずに線形に補正する場合、入出力特性がサブリニア特性の非線形増幅回路を用いればよい。反対に、サブリニア特性の信号を線形に補正する場合、入出力特性がスーパーリニア特性の非線形増幅回路を用いればよく、そのような回路をソースフォロワ回路で実現することが要望されていた。これは、ソースフォロワ回路が高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスとを有し、他の付属素子無しに約1倍のゲインが得られるという点で優れているからである。   When linearly correcting a signal having super linear characteristics without performing positive / negative inversion or the like, a non-linear amplifier circuit having input / output characteristics of sub-linear characteristics may be used. On the contrary, when linearly correcting a signal having a sub-linear characteristic, a nonlinear amplifier circuit having an input / output characteristic having a super linear characteristic may be used, and it has been desired to realize such a circuit with a source follower circuit. This is because the source follower circuit is excellent in that it has a high input impedance and a low output impedance, and a gain of about 1 can be obtained without any other ancillary elements.

ソースフォロワ回路は、上記の利点からバッファアンプなどに多く用いられるが、ゲインが付属素子によって決定されているのではなく、MOSトランジスタのゲート−ソース間電圧が一定となる性質を利用している。従って、ソースフォロワ回路では、ゲイン調整が困難であり、その入出力特性をスーパーリニア特性にすることは更に困難である。
本発明の目的は、ソースフォロワ回路を用い、その簡単な回路構成を複雑化することなく入出力特性がスーパーリニア特性となる非線形増幅回路を提供することである。
The source follower circuit is often used for a buffer amplifier or the like because of the above-described advantages. However, the gain is not determined by an attached element but utilizes the property that the voltage between the gate and the source of the MOS transistor is constant. Therefore, in the source follower circuit, it is difficult to adjust the gain, and it is further difficult to make the input / output characteristic to be a super linear characteristic.
An object of the present invention is to provide a non-linear amplifier circuit that uses a source follower circuit and has an input / output characteristic of a super linear characteristic without complicating its simple circuit configuration.

本発明の別の目的は、上記の目的に適った非線形増幅回路においてスーパーリニア特性を強める、即ち、入力信号の上昇に対するゲインの増加割合を大きくすることである。   Another object of the present invention is to enhance the super linear characteristic in a non-linear amplifier circuit suitable for the above-described purpose, that is, to increase the gain increase rate with respect to the increase of the input signal.

請求項1の非線形増幅回路は、Nチャネル型の入力用MOSトランジスタ及び負荷用MOSトランジスタを有するソースフォロワ回路と、帰還回路とを備えたことを特徴とする。入力用MOSトランジスタは、ドレインが正の電圧線に接続されていると共に、ゲートに入力信号を受ける。負荷用MOSトランジスタは、ドレインが入力用MOSトランジスタのソース側に接続されていると共に、一定のチャネル電流が流れるようにゲート電圧及びソース電圧を受ける。帰還回路は、入力用MOSトランジスタのソース電圧が高いほど、入力用MOSトランジスタのチャネル電流を減少させる。なお、本明細書では、Nチャネル型のMOSトランジスタにおいてドレインからソースに向けて流れる電流と、Pチャネル型のMOSトランジスタにおいてソースからドレインに向けて流れる電流とをどちらも『チャネル電流』と表記する。   According to a first aspect of the present invention, the nonlinear amplifier circuit includes a source follower circuit having an N-channel input MOS transistor and a load MOS transistor, and a feedback circuit. The input MOS transistor has a drain connected to the positive voltage line and receives an input signal at the gate. The load MOS transistor has a drain connected to the source side of the input MOS transistor and receives a gate voltage and a source voltage so that a constant channel current flows. The feedback circuit decreases the channel current of the input MOS transistor as the source voltage of the input MOS transistor is higher. In this specification, the current flowing from the drain to the source in the N-channel MOS transistor and the current flowing from the source to the drain in the P-channel MOS transistor are both expressed as “channel current”. .

請求項2の発明は、請求項1の非線形増幅回路において、以下の点を特徴とする。第1に、帰還回路は、2つのPチャネル型のMOSトランジスタを有するカレントミラー回路と、ゲートが入力用MOSトランジスタのソース側に接続されたNチャネル型の調整用MOSトランジスタとを備えている。第2に、一方のPチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流、及び入力用MOSトランジスタのチャネル電流が負荷用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、且つ、他方のPチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流が調整用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、各回路素子は接続されている。第3に、本請求項の非線形増幅回路は、入力用MOSトランジスタのソース電圧を出力とする。   The invention according to claim 2 is the nonlinear amplifier circuit according to claim 1, characterized by the following points. First, the feedback circuit includes a current mirror circuit having two P-channel MOS transistors, and an N-channel adjustment MOS transistor whose gate is connected to the source side of the input MOS transistor. Second, the channel current of one P-channel MOS transistor and the channel current of the input MOS transistor are supplied as the channel current of the load MOS transistor, and the other P-channel MOS transistor The circuit elements are connected so that the channel current is supplied as the channel current of the adjustment MOS transistor. Third, the nonlinear amplifier circuit according to the present invention outputs the source voltage of the input MOS transistor.

請求項3の発明は、請求項1の非線形増幅回路において、以下の点を特徴とする。第1に、帰還回路は、2つのPチャネル型のMOSトランジスタを有するカレントミラー回路と、ゲートが入力用MOSトランジスタのソース側に接続されたNチャネル型の調整用MOSトランジスタとを備えている。第2に、一方のPチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流、及び入力用MOSトランジスタのチャネル電流が負荷用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、且つ、他方のPチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流が調整用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、各回路素子は接続されている。第3に、本請求項の非線形増幅回路は、一方のPチャネル型のMOSトランジスタのドレインと、入力用MOSトランジスタのソースとの間に接続された抵抗素子を有し、一方のPチャネル型のMOSトランジスタのドレイン電圧を出力とする。   The invention according to claim 3 is the nonlinear amplifier circuit according to claim 1, characterized by the following points. First, the feedback circuit includes a current mirror circuit having two P-channel MOS transistors, and an N-channel adjustment MOS transistor whose gate is connected to the source side of the input MOS transistor. Second, the channel current of one P-channel MOS transistor and the channel current of the input MOS transistor are supplied as the channel current of the load MOS transistor, and the other P-channel MOS transistor The circuit elements are connected so that the channel current is supplied as the channel current of the adjustment MOS transistor. Third, the non-linear amplifier circuit according to the present invention has a resistance element connected between the drain of one P-channel type MOS transistor and the source of the input MOS transistor, The drain voltage of the MOS transistor is output.

請求項4の発明は、請求項3の非線形増幅回路において、『前記抵抗素子が、ゲートに正の一定電圧を受けるNチャネル型のMOSトランジスタのチャネル抵抗である』ことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the nonlinear amplifier circuit according to the third aspect, "the resistance element is a channel resistance of an N channel type MOS transistor receiving a positive constant voltage at a gate".

本発明では、帰還回路は、ソースフォロワ回路の入力用MOSトランジスタのソース電圧が高いほど、入力用MOSトランジスタのチャネル電流を小さくし、入力用MOSトランジスタのゲート−ソース間電圧を小さくする。出力電圧は、このゲート−ソース間電圧を入力電圧から引いた電圧にほぼ相当するので、このゲート−ソース間電圧が小さいほど高くなる。従って、入力電圧が一定の割合で上昇するときに、入力用MOSトランジスタのゲート−ソース間電圧がスーパーリニアに減少するように設計すれば、回路構成を複雑化することなくスーパーリニア特性が得られる。そのためには、素子の寸法や不純物濃度等を適切に選択し、入力用MOSトランジスタのチャネル電流特性において、ゲート−ソース間電圧の上昇に対しチャネル電流がスーパーリニアに増加する範囲を用いればよい。   In the present invention, the feedback circuit reduces the channel current of the input MOS transistor and the gate-source voltage of the input MOS transistor as the source voltage of the input MOS transistor of the source follower circuit is higher. Since the output voltage substantially corresponds to a voltage obtained by subtracting the gate-source voltage from the input voltage, the output voltage increases as the gate-source voltage decreases. Accordingly, when the input voltage rises at a constant rate, if the gate-source voltage of the input MOS transistor is designed to decrease in a super linear manner, a super linear characteristic can be obtained without complicating the circuit configuration. . For this purpose, the element size, impurity concentration, and the like are selected appropriately, and the channel current characteristic of the input MOS transistor may be in a range in which the channel current increases in a super linear manner as the gate-source voltage increases.

[本発明の原理説明]
図1は、本発明の原理を示す回路図である。図に示すように、非線形増幅回路8は、正の定電圧Vccを供給する定電圧源12と、Nチャネルデプレッション型のMOSトランジスタNM1と、Nチャネルデプレッション型のMOSトランジスタNM2と、電圧計16と、制御型電流源20と、出力端子24とで構成されている。なお、図中のG、S、D、Bは、MOSトランジスタNM1、NM2のゲート、ソース、ドレイン、バルク(基板)をそれぞれ示し、GNDは接地線(電圧0V)を示す。
[Description of Principle of the Present Invention]
FIG. 1 is a circuit diagram showing the principle of the present invention. As shown in the figure, the nonlinear amplifier circuit 8 includes a constant voltage source 12 that supplies a positive constant voltage Vcc, an N-channel depletion type MOS transistor NM1, an N-channel depletion type MOS transistor NM2, and a voltmeter 16. The control type current source 20 and the output terminal 24 are included. In the figure, G, S, D, and B represent the gate, source, drain, and bulk (substrate) of the MOS transistors NM1 and NM2, respectively, and GND represents a ground line (voltage 0 V).

MOSトランジスタNM1は、ゲート端子に入力電圧Vinを受け、ドレイン端子に正の定電圧Vccを受ける。MOSトランジスタNM2は、チャネル電流が一定となるようにゲート端子及びソース端子が接地線GNDの電圧に固定されており、負荷として機能する。即ち、MOSトランジスタNM1、NM2によって一段のソースフォロワ回路が構成されており、MOSトランジスタNM1のソース電圧(NM2のドレイン電圧)が出力電圧Voutとなる。   MOS transistor NM1 receives input voltage Vin at its gate terminal and positive constant voltage Vcc at its drain terminal. The MOS transistor NM2 has a gate terminal and a source terminal fixed to the voltage of the ground line GND so that the channel current is constant, and functions as a load. That is, the MOS transistor NM1 and NM2 constitute a one-stage source follower circuit, and the source voltage of the MOS transistor NM1 (drain voltage of NM2) becomes the output voltage Vout.

電圧計16は、出力電圧Voutを検出する。制御型電流源20は、電圧計16により検出される出力電圧Voutに応じた電流Icsを供給する。以上の回路構成において、MOSトランジスタNM1、NM2は、請求項記載の入力用MOSトランジスタ、負荷用MOSトランジスタにそれぞれ対応する。また、電圧計16及び制御型電流源20は、請求項記載の帰還回路に対応する。   The voltmeter 16 detects the output voltage Vout. The control type current source 20 supplies a current Ics corresponding to the output voltage Vout detected by the voltmeter 16. In the above circuit configuration, the MOS transistors NM1 and NM2 respectively correspond to the input MOS transistor and the load MOS transistor. The voltmeter 16 and the control type current source 20 correspond to the feedback circuit described in the claims.

ここで、MOSトランジスタNM1のゲート−ソース間電圧をVgsnm1(以下、単にVgsnm1と略記)とする。このとき、次式が成り立つ。
Vout=Vin−Vgsnm1・・・(1)
即ち、Vgsnm1が一定ならば、出力電圧Voutは入力電圧Vinに対し線形に変化する。また、図に示すように、電圧源12が供給する電流をIvcc、MOSトランジスタNM1、NM2のチャネル電流をそれぞれInm1、Inm2とする。更に、出力端子24は後段回路のトランジスタのゲート等に接続され、出力端子24からの流出電流を無視できるとすれば、次式が成り立つ。
Here, the gate-source voltage of the MOS transistor NM1 is assumed to be Vgsnm1 (hereinafter simply referred to as Vgsnm1). At this time, the following equation holds.
Vout = Vin−Vgsnm1 (1)
That is, if Vgsnm1 is constant, the output voltage Vout changes linearly with respect to the input voltage Vin. As shown in the figure, the current supplied from the voltage source 12 is Ivcc, and the channel currents of the MOS transistors NM1 and NM2 are Inm1 and Inm2, respectively. Further, if the output terminal 24 is connected to the gate of the transistor in the subsequent circuit, and the outflow current from the output terminal 24 can be ignored, the following equation is established.

Inm2=Inm1+Ics=Ivcc・・・(2)
本発明の主な特徴は、電圧計16により検出される出力電圧Voutの上昇に伴って、制御型電流源20が電流Icsを増加させることである。前述したようにMOSトランジスタNM2のチャネル電流Inm2が一定であることと、(2)式とを鑑みれば、出力電圧Voutの上昇に伴って電流Icsが増加する場合、チャネル電流Inm1は、電流Icsの増加分だけ減少する。
Inm2 = Inm1 + Ics = Ivcc (2)
The main feature of the present invention is that the control type current source 20 increases the current Ics as the output voltage Vout detected by the voltmeter 16 increases. As described above, in view of the fact that the channel current Inm2 of the MOS transistor NM2 is constant and the equation (2), when the current Ics increases as the output voltage Vout increases, the channel current Inm1 is equal to the current Ics. Decreases by the increment.

このとき、MOSトランジスタNM1ではチャネル電流の減少に伴いゲート−ソース間電圧が減少するので、出力電圧Voutの上昇に伴って電流Icsを増加させるとき、Vgsnm1は減少する。従って、(1)式の関係から、入力電圧Vinが上昇するとき、出力電圧Voutの上昇量は、Vgsnm1の減少分だけ、入力電圧Vinの上昇量よりも大きくなる。従って、Vgsnm1の減少の仕方を適切に制御すれば、入出力特性はスーパーリニア特性となる。具体的には、入力電圧Vinが一定の割合で増加する場合に、入力電圧Vinが高いほど減少量が多くなるように、Vgsnm1を減少させればよい。即ち、入力電圧Vinの上昇に対し、Vgsnm1をスーパーリニアに減少させればよい。   At this time, in the MOS transistor NM1, the gate-source voltage decreases as the channel current decreases, so that when the current Ics increases as the output voltage Vout increases, Vgsnm1 decreases. Therefore, when the input voltage Vin increases from the relationship of the expression (1), the increase amount of the output voltage Vout becomes larger than the increase amount of the input voltage Vin by the decrease amount of Vgsnm1. Therefore, if the manner of decreasing Vgsnm1 is appropriately controlled, the input / output characteristics become super linear characteristics. Specifically, when the input voltage Vin increases at a constant rate, Vgsnm1 may be decreased so that the amount of decrease increases as the input voltage Vin increases. That is, Vgsnm1 may be reduced in a super linear manner with respect to the increase of the input voltage Vin.

図2は、スーパーリニア特性を得るためには、即ち、入力電圧Vinの上昇に対しVgsnm1をスーパーリニアに減少させるためには、MOSトランジスタNM1のチャネル電流特性のどの範囲を用いればよいかを示す説明図である。図2(a)は、MOSトランジスタNM1における、Vgsnm1とチャネル電流Inm1との関係を模式的に示したものである。   FIG. 2 shows which range of the channel current characteristic of the MOS transistor NM1 should be used to obtain the super linear characteristic, that is, to reduce Vgsnm1 in a super linear manner with respect to the increase of the input voltage Vin. It is explanatory drawing. FIG. 2A schematically shows the relationship between Vgsnm1 and channel current Inm1 in the MOS transistor NM1.

本発明では、MOSトランジスタNM1を飽和領域(ドレイン−ソース間電圧を変えてもチャネル電流Inm1が殆ど変わらない範囲)で動作させる。一般にチャネル電流Inm1は、Vgsnm1からスレッショルド電圧Vthを引いた値に対し、ほぼ二乗特性を示す。即ち、チャネル電流Inm1は、ある範囲のVgsnm1においてスーパーリニアに増加するが、本発明はその範囲を利用する。   In the present invention, the MOS transistor NM1 is operated in a saturation region (a range in which the channel current Inm1 hardly changes even when the drain-source voltage is changed). In general, the channel current Inm1 exhibits a substantially square characteristic with respect to a value obtained by subtracting the threshold voltage Vth from Vgsnm1. That is, the channel current Inm1 increases super linearly in a certain range of Vgsnm1, but the present invention uses this range.

なお、図2(a)内の一点鎖線の目盛り1、2、3は、スーパーリニア特性であることが分かるように参考として示したものである。図に示すように、Vgsnm1が1から2に増加するとき、チャネル電流Inm1は(約1から約1.5に)約0.5しか増加していないが、Vgsnm1が2から3に増加するとき、チャネル電流Inm1はその約3倍(約1.5だけ)増加している。従って、目盛りを示した範囲(図中の『曲りが大きい範囲』)は、スーパーリニア特性が大きく表れていると言える。   In addition, the scales 1, 2, and 3 of the alternate long and short dash line in FIG. 2A are shown for reference so that it can be understood that they have super linear characteristics. As shown in the figure, when Vgsnm1 increases from 1 to 2, the channel current Inm1 increases only by about 0.5 (from about 1 to about 1.5), but when Vgsnm1 increases from 2 to 3. The channel current Inm1 is increased about three times (by about 1.5). Therefore, it can be said that the range indicating the scale (the “large bend range” in the figure) exhibits a large super linear characteristic.

図2(b)は、通常のソースフォロワ回路と、本発明とで入出力特性を比較した模式図であり、横軸は入力電圧Vin、縦軸は出力電圧Voutを示す。図中の太線は、Vin=Voutとなる仮想上の直線である。通常のソースフォロワ回路では、即ち、図1で電圧計16及び制御型電流源20の部分を開放した構成では、Vgsnm1を略一定で動作させる。その場合の入出力特性は、入力電圧Vinのほぼ全範囲において、Vin=Voutの直線から一定電圧を下にシフトさせたものとなり、図中の細線で示すように線形になる。   FIG. 2B is a schematic diagram in which input / output characteristics are compared between a normal source follower circuit and the present invention, where the horizontal axis indicates the input voltage Vin and the vertical axis indicates the output voltage Vout. The thick line in the figure is a virtual straight line where Vin = Vout. In a normal source follower circuit, that is, in the configuration in which the voltmeter 16 and the control type current source 20 are opened in FIG. 1, Vgsnm1 is operated substantially constant. In this case, the input / output characteristics are obtained by shifting a constant voltage downward from a straight line of Vin = Vout in almost the entire range of the input voltage Vin, and are linear as shown by a thin line in the figure.

これに対し本発明では、出力電圧Voutの増加に伴って電流Icsを増加させる。ここで、出力電圧Voutは入力電圧Vinの上昇時にのみ上昇するため、出力電圧Voutの増加に伴ってIcsを増加させることは、入力電圧Vinの上昇に伴って電流Icsを増加させることと等価である。そして、本発明では、入力電圧Vinがとり得る範囲に対応するVgsnm1の範囲として、チャネル電流Inm1のスーパーリニア特性が大きく表れている部分(例えば図2(a)の『曲りが大きい範囲』)を用いる。これは、MOSトランジスタNM1、NM2の寸法や不純物濃度等を適切に選択すれば可能である。そのようにすれば、入力電圧Vinの増加時に、Vgsnm1はスーパーリニアに減少するので、図2(b)中の点線で示すように入出力特性はスーパーリニア特性となる。   On the other hand, in the present invention, the current Ics is increased as the output voltage Vout increases. Here, since the output voltage Vout increases only when the input voltage Vin rises, increasing Ics as the output voltage Vout increases is equivalent to increasing the current Ics as the input voltage Vin increases. is there. In the present invention, as the range of Vgsnm1 corresponding to the range that the input voltage Vin can take, a portion where the super linear characteristic of the channel current Inm1 appears greatly (for example, “a large bending range” in FIG. 2A). Use. This is possible if the dimensions, impurity concentration, etc. of the MOS transistors NM1, NM2 are appropriately selected. By doing so, when the input voltage Vin increases, Vgsnm1 decreases in a super linear manner, so that the input / output characteristics become super linear characteristics as shown by the dotted line in FIG.

ここで、入力電圧Vinがとり得る範囲に対応するVgsnm1の範囲として、Vgsnm1とチャネル電流Inm1との関係が線形に近い範囲(例えば図2(a)内の『曲りが小さい範囲』)を用いた場合を考える。この場合、出力電圧Voutの増加に伴ってチャネル電流Inm1を線形に減らすと、Vgsnm1はほぼ線形に減少する。従って、この場合の入出力特性は、図2(b)に一点鎖線で示すように通常のソースフォロワ回路よりも傾きを大きくしただけになり、スーパーリニア特性にはならない。   Here, as the range of Vgsnm1 corresponding to the range that the input voltage Vin can take, a range in which the relationship between Vgsnm1 and the channel current Inm1 is almost linear (for example, “a small bend range” in FIG. 2A) is used. Think about the case. In this case, if the channel current Inm1 is linearly reduced as the output voltage Vout increases, the Vgsnm1 decreases almost linearly. Therefore, the input / output characteristic in this case is merely a larger slope than that of a normal source follower circuit as indicated by a one-dot chain line in FIG.

以上の理由から、入力電圧Vinがとり得る範囲でのVgsnm1の範囲は、Vgsnm1の上昇に対しチャネル電流Inm1がスーパーリニアに増加する範囲とする必要がある。本発明はこのような原理に基づくものであり、以下、図1の電圧計16及び制御型電流源20の機能をMOSトランジスタ等により実現した第1〜第3の実施形態について説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   For the above reasons, the range of Vgsnm1 in the range that can be taken by the input voltage Vin needs to be a range in which the channel current Inm1 increases in a super linear manner as Vgsnm1 increases. The present invention is based on such a principle. Hereinafter, first to third embodiments in which the functions of the voltmeter 16 and the control type current source 20 of FIG. 1 are realized by MOS transistors or the like will be described. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[第1の実施形態]
図3は、本発明の第1の実施形態に係る非線形増幅回路40の回路図である。第1の実施形態は、請求項1及び請求項2に対応する。図に示すように、非線形増幅回路40は、定電圧源12と、MOSトランジスタNM1、NM2と、Pチャネルエンハンスメント型のMOSトランジスタPM1、PM2と、Nチャネルエンハンスメント型のMOSトランジスタNM3と、出力端子24とで構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 3 is a circuit diagram of the nonlinear amplifier circuit 40 according to the first embodiment of the present invention. The first embodiment corresponds to claims 1 and 2. As shown in the figure, the non-linear amplifier circuit 40 includes a constant voltage source 12, MOS transistors NM1, NM2, P-channel enhancement type MOS transistors PM1, PM2, N-channel enhancement type MOS transistor NM3, and an output terminal 24. It consists of and.

MOSトランジスタPM1、PM2はカレントミラー回路を構成し、MOSトランジスタNM3は請求項記載の調整用MOSトランジスタに対応する。全てのMOSトランジスタNM1、NM2、NM3、PM1、PM2は、飽和領域で動作させる。従って、定電圧Vccは例えば約5Vであり、入力電圧Vinは例えば2V〜3Vであり、出力電圧Voutは例えば2V〜3Vである。ここで、図に示すように、MOSトランジスタPM1、PM2のチャネル電流をそれぞれIpm1、Ipm2とし、MOSトランジスタNM3のチャネル電流をInm3とすれば、以下の式が成り立つ。   The MOS transistors PM1 and PM2 constitute a current mirror circuit, and the MOS transistor NM3 corresponds to the adjustment MOS transistor described in the claims. All the MOS transistors NM1, NM2, NM3, PM1, and PM2 are operated in the saturation region. Therefore, the constant voltage Vcc is, for example, about 5 V, the input voltage Vin is, for example, 2 V to 3 V, and the output voltage Vout is, for example, 2 V to 3 V. Here, as shown in the figure, if the channel currents of the MOS transistors PM1 and PM2 are Ipm1 and Ipm2, respectively, and the channel current of the MOS transistor NM3 is Inm3, the following equation is established.

Ipm2=Ipm1=Inm3・・・(3)
Vout=Vin−Vgsnm1・・・(4)
また、出力端子24からの流出電流を無視できるとすれば、次式が成り立つ。
Inm2=Inm1+Ipm2・・・(5)
MOSトランジスタNM3は、ゲート電圧が出力電圧Voutに等しく、ソース端子が接地されている。即ち、MOSトランジスタNM3のゲート−ソース間電圧は、出力電圧Voutに等しい。従って、入力電圧Vinの上昇によって出力電圧Voutが上昇すると、MOSトランジスタNM3は、そのゲート−ソース間電圧が上昇するので、チャネル電流Inm3が増加する。このとき、(3)式の関係から、MOSトランジスタPM1、PM2のチャネル電流Ipm1、Ipm2もそれぞれ増加する。
Ipm2 = Ipm1 = Inm3 (3)
Vout = Vin−Vgsnm1 (4)
If the outflow current from the output terminal 24 can be ignored, the following equation is established.
Inm2 = Inm1 + Ipm2 (5)
In the MOS transistor NM3, the gate voltage is equal to the output voltage Vout, and the source terminal is grounded. That is, the gate-source voltage of the MOS transistor NM3 is equal to the output voltage Vout. Therefore, when the output voltage Vout rises due to the rise of the input voltage Vin, the gate current-source voltage of the MOS transistor NM3 rises, so that the channel current Inm3 increases. At this time, the channel currents Ipm1 and Ipm2 of the MOS transistors PM1 and PM2 also increase from the relationship of the expression (3).

そして、MOSトランジスタNM2はチャネル電流Inm2が一定となるようにバイアスされているので、(5)式の関係から、MOSトランジスタNM1のチャネル電流Inm1は、チャネル電流Inm3の増加分だけ減少する。即ち、入力電圧Vinの上昇に伴って出力電圧Voutが上昇すると、チャネル電流Inm1が減少し、Vgsnm1は減少する。従って、前述したように入力電圧Vinの上昇に対しVgsnm1がスーパーリニアに減少するように設計すれば、入出力特性はスーパーリニア特性となる。   Since the MOS transistor NM2 is biased so that the channel current Inm2 becomes constant, the channel current Inm1 of the MOS transistor NM1 decreases by the increase of the channel current Inm3 from the relationship of the equation (5). That is, when the output voltage Vout increases as the input voltage Vin increases, the channel current Inm1 decreases and Vgsnm1 decreases. Therefore, if the design is such that Vgsnm1 decreases in a super linear manner as the input voltage Vin increases as described above, the input / output characteristics become super linear characteristics.

ここで、前述したMOSトランジスタNM1のVgsnm1とチャネル電流Inm1との特性のみからではなく、別の点からスーパーリニア特性を更に強める方法を考える。
Vgsnm1の上昇に対しチャネル電流Inm1がスーパーリニアに増加する範囲では、チャネル電流Inm1が線形に減少するとき、Vgsnm1はスーパーリニアに減少する。これは、例えば図2(a)の『曲りが大きい範囲』を見れば分かる。即ち、チャネル電流Inm1が3から2に減るときのVgsnm1の減少量は約0.5であるが、チャネル電流Inm1が2から1に減るときのVgsnm1の減少量は約3倍になっていることから分かる。従って、入力電圧Vinの上昇に対しチャネル電流Inm1がスーパーリニアに減少すれば、Vgsnm1は、チャネル電流Inm1よりも更にスーパーリニアに減少し、スーパーリニア特性は強まる。
Here, a method for further enhancing the super linear characteristics from another point, not only from the characteristics of Vgsnm1 and the channel current Inm1 of the MOS transistor NM1 described above, will be considered.
In a range where the channel current Inm1 increases in a super linear manner with respect to the increase in Vgsnm1, when the channel current Inm1 decreases linearly, the Vgsnm1 decreases in a super linear manner. This can be seen, for example, by looking at the “bending range” in FIG. That is, the decrease amount of Vgsnm1 when the channel current Inm1 decreases from 3 to 2 is about 0.5, but the decrease amount of Vgsnm1 when the channel current Inm1 decreases from 2 to 1 is about three times. I understand. Therefore, if the channel current Inm1 decreases in a super linear manner as the input voltage Vin increases, the Vgsnm1 decreases further in a super linear manner than the channel current Inm1, and the super linear characteristic becomes stronger.

入力電圧Vinの上昇に対しチャネル電流Inm1をスーパーリニアに減少させるためには、(3)、(5)式の関係から、入力電圧Vinの上昇に対しチャネル電流Inm3をスーパーリニアに増加させればよい。従って、スーパーリニア特性を強くするためには、出力電圧Vout(即ち、MOSトランジスタNM3のゲート−ソース間電圧)が最小値から最大値をとる範囲において、チャネル電流Inm3がスーパーリニアに増加することが望ましい。そのようにするためには、MOSトランジスタNM3の各部の寸法や不純物濃度等を適切に選択すればよい。   In order to decrease the channel current Inm1 in a super linear manner with respect to the increase in the input voltage Vin, from the relationship of the equations (3) and (5), if the channel current Inm3 is increased in a super linear manner with respect to the increase in the input voltage Vin. Good. Therefore, in order to enhance the super linear characteristic, the channel current Inm3 may increase in a super linear manner in the range where the output voltage Vout (that is, the gate-source voltage of the MOS transistor NM3) takes the minimum value to the maximum value. desirable. In order to do so, the size, impurity concentration, etc. of each part of the MOS transistor NM3 may be appropriately selected.

なお、MOSトランジスタNM2のチャネル電流Inm2は一定であるが、(3)、(5)式に示したように、MOSトランジスタNM3、PM1、PM2のチャネル電流Inm3、Ipm1、Ipm2は、MOSトランジスタNM2のチャネル電流Inm2より常に小さくなる。従って、入力電圧Vinがとり得る範囲において、チャネル電流Inm3、Ipm1、Ipm2がチャネル電流Inm2より小さくなるように、MOSトランジスタNM2、PM1、PM2の各部の寸法や不純物濃度等を選択する必要がある。   Although the channel current Inm2 of the MOS transistor NM2 is constant, as shown in the equations (3) and (5), the channel currents Inm3, Ipm1, and Ipm2 of the MOS transistors NM3, PM1, and PM2 are the same as those of the MOS transistor NM2. It is always smaller than the channel current Inm2. Therefore, it is necessary to select dimensions, impurity concentrations, and the like of each part of the MOS transistors NM2, PM1, and PM2 so that the channel currents Inm3, Ipm1, and Ipm2 are smaller than the channel current Inm2 within the range that the input voltage Vin can take.

[第2の実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態に係る非線形増幅回路60の回路図である。第2の実施形態は、請求項1、請求項3に対応する。第2の実施形態の非線形増幅回路60は、第1の実施形態の非線形増幅回路40におけるMOSトランジスタPM2のドレイン端子及び出力端子24の接続ノードと、MOSトランジスタNM1のソース端子との間に抵抗Rを直列に接続したものである。他の構成は、第1の実施形態と同じである。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a circuit diagram of a nonlinear amplifier circuit 60 according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment corresponds to claims 1 and 3. The nonlinear amplifier circuit 60 of the second embodiment includes a resistor R between the connection node of the drain terminal and the output terminal 24 of the MOS transistor PM2 and the source terminal of the MOS transistor NM1 in the nonlinear amplifier circuit 40 of the first embodiment. Are connected in series. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

ここで、出力端子24から流出する電流は無視できるものとし、抵抗Rでの電圧降下(絶対値)をVrとする。このとき、抵抗Rには、出力端子24側からMOSトランジスタNM2側への方向に、MOSトランジスタPM2のチャネル電流Ipm2が流れる。従って、出力電圧Voutは、次式に示すように、MOSトランジスタNM1のソース電圧(Vin−Vgsnm1)よりも、抵抗Rでの電圧降下分だけ高くなる。   Here, the current flowing out from the output terminal 24 is negligible, and the voltage drop (absolute value) at the resistor R is Vr. At this time, the channel current Ipm2 of the MOS transistor PM2 flows through the resistor R in the direction from the output terminal 24 side to the MOS transistor NM2 side. Therefore, the output voltage Vout becomes higher than the source voltage (Vin−Vgsnm1) of the MOS transistor NM1 by the voltage drop at the resistor R as shown in the following equation.

Vout=Vin−Vgsnm1+Vr・・・(6)
第1の実施形態で説明したように、MOSトランジスタNM3、PM1、PM2のチャネル電流Inm3、Ipm1、Ipm2は、入力電圧Vinの上昇に伴ってスーパーリニアに増加する。このため、チャネル電流Ipm2が流れる抵抗Rでの電圧降下Vrも、入力電圧Vinの上昇に伴ってスーパーリニアに増加する。
Vout = Vin−Vgsnm1 + Vr (6)
As described in the first embodiment, the channel currents Inm3, Ipm1, and Ipm2 of the MOS transistors NM3, PM1, and PM2 increase super linearly as the input voltage Vin increases. For this reason, the voltage drop Vr at the resistor R through which the channel current Ipm2 flows also increases super linearly as the input voltage Vin increases.

従って、第2の実施形態の非線形増幅回路60では、抵抗Rでの電圧降下Vrがスーパーリニアに増加する分だけ、第1の実施形態よりもスーパーリニア特性が強まる。なお、MOSトランジスタNM3のゲート端子は、MOSトランジスタNM1と抵抗Rとの接続ノードではなく、抵抗Rと出力端子24との接続ノードに接続してもよい。その場合も、MOSトランジスタNM3のゲート電圧は入力電圧Vinの上昇と共に増加するので、上述と同様の効果が得られる。   Accordingly, in the nonlinear amplifier circuit 60 of the second embodiment, the super linear characteristic is stronger than that of the first embodiment by the amount that the voltage drop Vr at the resistor R increases super linearly. Note that the gate terminal of the MOS transistor NM3 may be connected not to the connection node between the MOS transistor NM1 and the resistor R but to the connection node between the resistor R and the output terminal 24. Also in this case, the gate voltage of the MOS transistor NM3 increases as the input voltage Vin increases, so that the same effect as described above can be obtained.

[第3の実施形態]
図5は、本発明の第3の実施形態に係る非線形増幅回路80の回路図である。第3の実施形態は、請求項1、請求項3、請求項4に対応する。第3の実施形態の非線形増幅回路80は、第2の実施形態の非線形増幅回路60の抵抗Rを、Nチャネルデプレッション型のMOSトランジスタNM4のチャネル抵抗に置き換え、そのMOSトランジスタNM4のゲート端子を電圧源12の正極に接続したものである。他の構成は、第2の実施形態と同じである。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a circuit diagram of a nonlinear amplifier circuit 80 according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment corresponds to claims 1, 3, and 4. In the nonlinear amplifier circuit 80 of the third embodiment, the resistance R of the nonlinear amplifier circuit 60 of the second embodiment is replaced with the channel resistance of an N-channel depletion type MOS transistor NM4, and the gate terminal of the MOS transistor NM4 is replaced with a voltage. This is connected to the positive electrode of the source 12. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

各MOSトランジスタNM1〜NM4、PM1、PM2は、飽和領域で動作させる。従って、定電圧Vccは例えば約5Vであり、入力電圧Vinは例えば2V〜3Vであり、出力電圧Voutは例えば2V〜3Vである。MOSトランジスタNM4のバルク電圧は0Vに固定されるため、入力電圧Vinが上昇すると、MOSトランジスタNM1、NM4のソース電圧が上昇し、MOSトランジスタNM4のソース−バルク間電圧が大きくなる。一般にMOSトランジスタは、ソース−バルク間電圧が大きくなるとチャネル抵抗が大きくなるので、入力電圧Vinの上昇により、MOSトランジスタNM4のチャネル抵抗は大きくなる。   The MOS transistors NM1 to NM4, PM1, and PM2 are operated in the saturation region. Therefore, the constant voltage Vcc is, for example, about 5 V, the input voltage Vin is, for example, 2 V to 3 V, and the output voltage Vout is, for example, 2 V to 3 V. Since the bulk voltage of the MOS transistor NM4 is fixed at 0V, when the input voltage Vin increases, the source voltages of the MOS transistors NM1 and NM4 increase, and the source-bulk voltage of the MOS transistor NM4 increases. In general, a MOS transistor has a channel resistance that increases as the source-bulk voltage increases. Therefore, the channel resistance of the MOS transistor NM4 increases as the input voltage Vin increases.

ここで、MOSトランジスタNM4のチャネルの抵抗値をRchとし、出力端子24からの流出電流を無視できるとすれば、第3の実施形態での出力電圧Voutは次式で表される。
Vout=Vin−Vgsnm1+(Rch×Ipm2)・・・(7)
上式と、前述したチャネル抵抗Rchの増加とを鑑みて、第2の実施形態と第3の実施形態とを比較する。
Here, assuming that the resistance value of the channel of the MOS transistor NM4 is Rch and the outflow current from the output terminal 24 can be ignored, the output voltage Vout in the third embodiment is expressed by the following equation.
Vout = Vin−Vgsnm1 + (Rch × Ipm2) (7)
In view of the above equation and the increase in the channel resistance Rch described above, the second embodiment and the third embodiment are compared.

第2の実施形態の(6)式において、抵抗Rでの電圧降下Vrは、固定の抵抗値と、入力電圧Vinに対しスーパーリニアに増加するIpm2との積である。(7)式において、(6)式のVrに相当する項は、入力電圧Vinの上昇に伴って大きくなるチャネル抵抗Rchと、入力電圧Vinに対しスーパーリニアに増加するIpm2との積である。即ち、抵抗Rの抵抗値が固定になる第2の実施形態と比較して、第3の実施形態は、チャネル抵抗Rchが増加する分だけ、スーパーリニア特性が強まる。なお、より強いスーパーリニア特性を得るためには、チャネル抵抗Rchは、ソース−バルク間電圧に対しスーパーリニアに増加することが望ましい。   In the expression (6) of the second embodiment, the voltage drop Vr at the resistor R is a product of a fixed resistance value and Ipm2 that increases in a super linear manner with respect to the input voltage Vin. In Expression (7), the term corresponding to Vr in Expression (6) is the product of the channel resistance Rch that increases as the input voltage Vin increases and Ipm2 that increases superlinearly with respect to the input voltage Vin. That is, compared with the second embodiment in which the resistance value of the resistor R is fixed, the third embodiment has a super linear characteristic that is increased by an increase in the channel resistance Rch. In order to obtain stronger super linear characteristics, it is desirable that the channel resistance Rch increases super linearly with respect to the source-bulk voltage.

しかし、チャネル抵抗Rchがソース−バルク間電圧の上昇に対しサブリニアに増加しても、入力電圧Vinの増加に対しチャネル電流Ipm2が増加する限り、第2の実施形態よりスーパーリニア特性が強まる。更に、第3の実施形態では、MOSトランジスタNM4のチャネルを抵抗として用いるため、第2の実施形態において拡散やポリシリコンにより抵抗Rを形成する場合よりも、小さい面積で大きな抵抗が得られる。   However, even if the channel resistance Rch increases sub-linearly as the source-bulk voltage increases, the super linear characteristic is stronger than in the second embodiment as long as the channel current Ipm2 increases as the input voltage Vin increases. Furthermore, in the third embodiment, since the channel of the MOS transistor NM4 is used as a resistor, a larger resistance can be obtained with a smaller area than when the resistor R is formed by diffusion or polysilicon in the second embodiment.

なお、MOSトランジスタNM3のゲート端子は、MOSトランジスタNM1、NM4の接続ノードではなく、MOSトランジスタNM4と出力端子24との接続ノードに接続してもよい。その場合も、MOSトランジスタNM3のゲート電圧は入力電圧Vinの上昇と共に増加するので、上述と同様の効果が得られる。
また、MOSトランジスタNM2、NM4はデプレッション型にする必要がある。これは、入力電流Vin及び出力電圧Voutに拘わらずに、カレントミラー回路から供給されるチャネル電流Ipm2が流れるようにする必要があるからである。MOSトランジスタNM1は、入力電圧Vinに拘わらずチャネル電流Inm1が流れないといけないので、スレッショルド電圧を考慮すればデプレッション型が望ましいが、エンハンスメント型でもよい。MOSトランジスタPM1、PM2、NM3は、デプレッション型でもよい。
The gate terminal of the MOS transistor NM3 may be connected to the connection node between the MOS transistor NM4 and the output terminal 24 instead of the connection node between the MOS transistors NM1 and NM4. Also in this case, the gate voltage of the MOS transistor NM3 increases as the input voltage Vin increases, so that the same effect as described above can be obtained.
Further, the MOS transistors NM2 and NM4 need to be depletion type. This is because the channel current Ipm2 supplied from the current mirror circuit needs to flow regardless of the input current Vin and the output voltage Vout. Since the MOS transistor NM1 must flow the channel current Inm1 regardless of the input voltage Vin, the depletion type is desirable in consideration of the threshold voltage, but the enhancement type may also be used. The MOS transistors PM1, PM2, and NM3 may be of a depletion type.

[本発明の補足事項]
以上、スーパーリニア特性が強くなる順に本発明のバリエーションを第1〜第3の実施形態として説明したが、どの程度のスーパーリニア特性が要求されるかに応じて、例えば第1〜第3の実施形態のいずれかを用いればよい。例えば弱めのスーパーリニア特性が要求される場合、第1の実施形態の回路構成を用いればよく、反対に強めのスーパーリニア特性が要求される場合、第3の実施形態の回路構成を用いればよい。
[Additional matters of the present invention]
As described above, the variations of the present invention have been described as the first to third embodiments in the order of increasing super linear characteristics. For example, depending on how much super linear characteristics are required, for example, first to third implementations. Any one of the forms may be used. For example, when a weak super linear characteristic is required, the circuit configuration of the first embodiment may be used. Conversely, when a weak super linear characteristic is required, the circuit configuration of the third embodiment may be used. .

更に、第1〜第3の各実施形態においても、スーパーリニア特性の強弱は、例えばMOSトランジスタNM1、NM3におけるチャネル電流特性のどの部分を用いる等により微調整が可能である。特に第2の実施形態では、抵抗Rの抵抗値によりスーパーリニア特性の微調整が可能であり、抵抗Rとして可変抵抗を用いてもよい。また、第3の実施形態では、チャネルとなる領域の不純物濃度により、チャネル抵抗Rchの微調整が可能である。   Further, in each of the first to third embodiments, the strength of the super linear characteristic can be finely adjusted, for example, by using any part of the channel current characteristics in the MOS transistors NM1 and NM3. In particular, in the second embodiment, the super linear characteristic can be finely adjusted by the resistance value of the resistor R, and a variable resistor may be used as the resistor R. In the third embodiment, the channel resistance Rch can be finely adjusted according to the impurity concentration in the channel region.

以下、本発明の非線形増幅回路と、特許文献1の図2の補正回路とを比較する。特許文献1の補正回路は、非線形な入出力特性を得るために、1つの素子(トランジスタQ1のコレクタ電流)においてスーパーリニア特性が表れる部分を用いている。これに対し本発明では、各素子の寸法や不純物濃度等を適切に選択すれば、MOSトランジスタNM1、NM3、NM4といった複数の素子におけるスーパーリニア特性を示す部分を重ねて、スーパーリニア特性を強めることができる。   Hereinafter, the nonlinear amplifier circuit of the present invention and the correction circuit of FIG. The correction circuit of Patent Document 1 uses a portion where super linear characteristics appear in one element (collector current of the transistor Q1) in order to obtain nonlinear input / output characteristics. On the other hand, in the present invention, if the dimensions, impurity concentration, etc. of each element are appropriately selected, the super linear characteristics of the plurality of elements such as MOS transistors NM1, NM3, NM4 are overlapped to enhance the super linear characteristics. Can do.

また、特許文献1の補正回路では、入力電圧Sinが高くなると、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧が小さくなり、そのコレクタ電流、及び回路全体の電流量は小さくなる。従って、入力電圧が急激に上昇した場合の出力電圧の上昇は遅くなる。これに対し本発明では、図3、4、5において回路全体に流れる電流、即ち、電圧源12から供給される電流Ivccは、次式で表される。   Further, in the correction circuit of Patent Document 1, when the input voltage Sin increases, the base-emitter voltage of the transistor Q1 decreases, and the collector current and the current amount of the entire circuit decrease. Therefore, when the input voltage increases rapidly, the increase in output voltage is delayed. On the other hand, in the present invention, the current flowing through the entire circuit in FIGS. 3, 4 and 5, that is, the current Ivcc supplied from the voltage source 12 is expressed by the following equation.

Ivcc=Inm1+Ipm1+Ipm2=Inm2+Ipm1・・・(8)
本発明ではInm2が一定となるように動作させるので、入力電圧Vinが上昇すると、出力電圧Voutの上昇によりIpm1が上昇し、Ivccが上昇するという正帰還になっている。従って、本発明では、入力上昇時の応答速度は速い。
Ivcc = Inm1 + Ipm1 + Ipm2 = Inm2 + Ipm1 (8)
In the present invention, since the operation is performed so that Inm2 is constant, when the input voltage Vin rises, Ipm1 rises due to the rise of the output voltage Vout, and Ivcc rises. Therefore, in the present invention, the response speed when the input rises is fast.

以上詳述したように本発明の非線形増幅回路は、スーパーリニア特性が要求される信号処理回路として大いに利用可能であり、スーパーリニア特性の強弱を調整可能である。   As described above in detail, the nonlinear amplifier circuit of the present invention can be used as a signal processing circuit that requires super linear characteristics, and can adjust the strength of the super linear characteristics.

本発明の非線形増幅回路の原理を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principle of the nonlinear amplifier circuit of this invention. スーパーリニア特性を得るためには、チャネル電流特性のどの範囲を用いればよいかを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows which range of channel current characteristic should be used in order to obtain a super linear characteristic. 本発明の第1の実施形態に係る非線形増幅回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a nonlinear amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る非線形増幅回路の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a nonlinear amplifier circuit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る非線形増幅回路の回路図である。It is a circuit diagram of the nonlinear amplifier circuit which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

8、40、60、80 非線形増幅回路
12 定電圧源
16 電圧計
20 制御型電流源
24 出力端子
NM1、NM2、NM3、NM4 Nチャネル型のMOSトランジスタ
PM1、PM2 Pチャネル型のMOSトランジスタ
R 抵抗
8, 40, 60, 80 Nonlinear amplifier circuit 12 Constant voltage source 16 Voltmeter 20 Control type current source 24 Output terminals NM1, NM2, NM3, NM4 N channel type MOS transistors PM1, PM2 P channel type MOS transistors R Resistance

Claims (4)

ドレインが正の電圧線に接続されていると共に、ゲートに入力信号を受けるNチャネル型の入力用MOSトランジスタと、ドレインが前記入力用MOSトランジスタのソース側に接続されていると共に、一定のチャネル電流が流れるようにゲート電圧及びソース電圧を受ける負荷用MOSトランジスタとを有するソースフォロワ回路と、
前記入力用MOSトランジスタのソース電圧が高いほど、前記入力用MOSトランジスタのチャネル電流を減少させる帰還回路と
を備えたことを特徴とする非線形増幅回路。
An N-channel input MOS transistor having a drain connected to the positive voltage line and receiving an input signal at the gate, a drain connected to the source side of the input MOS transistor, and a constant channel current A source follower circuit having a load MOS transistor that receives a gate voltage and a source voltage so as to flow,
And a feedback circuit that reduces the channel current of the input MOS transistor as the source voltage of the input MOS transistor is higher.
請求項1の非線形増幅回路において、
前記帰還回路は、2つのPチャネル型のMOSトランジスタを有するカレントミラー回路と、ゲートが前記入力用MOSトランジスタのソース側に接続されたNチャネル型の調整用MOSトランジスタとを備え、
一方の前記Pチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流、及び前記入力用MOSトランジスタのチャネル電流が前記負荷用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、且つ、他方の前記Pチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流が前記調整用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、各回路素子は接続されており、
前記入力用MOSトランジスタのソース電圧を出力とする
ことを特徴とする非線形増幅回路。
The nonlinear amplifier circuit according to claim 1,
The feedback circuit includes a current mirror circuit having two P-channel MOS transistors, and an N-channel adjustment MOS transistor whose gate is connected to the source side of the input MOS transistor,
The channel current of one P-channel MOS transistor and the channel current of the input MOS transistor are supplied as the channel current of the load MOS transistor, and the other P-channel MOS transistor Each circuit element is connected so that the channel current is supplied as the channel current of the adjustment MOS transistor,
A nonlinear amplifier circuit characterized in that the source voltage of the input MOS transistor is used as an output.
請求項1の非線形増幅回路において、
前記帰還回路は、2つのPチャネル型のMOSトランジスタを有するカレントミラー回路と、ゲートが前記入力用MOSトランジスタのソース側に接続されたNチャネル型の調整用MOSトランジスタとを備え、
一方の前記Pチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流、及び前記入力用MOSトランジスタのチャネル電流が前記負荷用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、且つ、他方の前記Pチャネル型のMOSトランジスタのチャネル電流が前記調整用MOSトランジスタのチャネル電流として供給されるように、各回路素子は接続されており、
一方の前記Pチャネル型のMOSトランジスタのドレインと、前記入力用MOSトランジスタのソースとの間に接続された抵抗素子を有し、
一方の前記Pチャネル型のMOSトランジスタのドレイン電圧を出力とする
ことを特徴とする非線形増幅回路。
The nonlinear amplifier circuit according to claim 1,
The feedback circuit includes a current mirror circuit having two P-channel MOS transistors, and an N-channel adjustment MOS transistor whose gate is connected to the source side of the input MOS transistor,
The channel current of one P-channel MOS transistor and the channel current of the input MOS transistor are supplied as the channel current of the load MOS transistor, and the other P-channel MOS transistor Each circuit element is connected so that the channel current is supplied as the channel current of the adjustment MOS transistor,
A resistor element connected between the drain of one of the P-channel MOS transistors and the source of the input MOS transistor;
A non-linear amplifier circuit characterized in that the drain voltage of one of the P-channel MOS transistors is output.
請求項3の非線形増幅回路において、
前記抵抗素子は、ゲートに正の一定電圧を受けるNチャネル型のMOSトランジスタのチャネル抵抗である
ことを特徴とする非線形増幅回路。
The nonlinear amplifier circuit according to claim 3, wherein
The non-linear amplifier circuit, wherein the resistance element is a channel resistance of an N-channel MOS transistor that receives a positive constant voltage at a gate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11070182B2 (en) 2019-02-14 2021-07-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and operating method thereof

Cited By (1)

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US11070182B2 (en) 2019-02-14 2021-07-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and operating method thereof

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