JP2006279172A - Offset eliminating circuit and differential amplifier using it - Google Patents

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Takanobu Fujiwara
孝信 藤原
Takeshi Mitsunaka
健 満仲
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an offset eliminating circuit improved so as to conquer the problem such as an increase in a power consumption, the lowering of an output impedance, a large output offset in the case of the off of an offset-eliminating operation in conventional techniques. <P>SOLUTION: The currents of a differential pair 110 for eliminating an offset and a CMFB circuit 109 are used in common, and changed so as to consume low power and use currents effectively. The output impedance as a current source is increased by cascade-connecting the CMFB circuit 109 under the differential pair 110, and an effect on an output-current offset by the relative dispersion of the CMFB circuit 109 is reduced. The phase of a CMFB loop is compensated easily by largely setting the transconductance of transistors 105 and 106. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はオフセット除去回路に関し、より特定的には低消費電力化を図ることができるように改良されたオフセット除去回路に関する。この発明は、またそのようなオフセット除去回路を有する差動増幅器に関する。   The present invention relates to an offset removal circuit, and more particularly to an offset removal circuit improved so as to reduce power consumption. The present invention also relates to a differential amplifier having such an offset removal circuit.

電流負荷を用いて差動回路を動作させるために、コモンモードフィードバック(CMFB)回路は必須である。同時に、差動回路に用いられる電流源の相対バラツキは、そのまま差動出力電流のバラツキとなる。すなわち、差動のマッチング精度には細心の注意を払う必要がある。従来の電流モード回路設計では、差動のオフセット除去回路と、CMFB回路は並列に接続されて構成されている(例えば非特許文献1参照)。   In order to operate the differential circuit using a current load, a common mode feedback (CMFB) circuit is essential. At the same time, the relative variation of the current sources used in the differential circuit becomes the variation of the differential output current as it is. That is, it is necessary to pay close attention to the differential matching accuracy. In the conventional current mode circuit design, the differential offset removal circuit and the CMFB circuit are connected in parallel (for example, see Non-Patent Document 1).

図5は上記文献に開示された、オフセット除去機能をもった従来の差動増幅器の回路図である。従来の差動増幅器500は、信号入力用の差動対501、テール電流源502、CMFB回路503および差動オフセット除去回路504からなる。   FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional differential amplifier disclosed in the above document and having an offset removing function. The conventional differential amplifier 500 includes a differential pair 501 for signal input, a tail current source 502, a CMFB circuit 503, and a differential offset removal circuit 504.

従来の差動増幅器500においては、CMFB用電圧入力端子518に制御電圧を入力して、差動増幅器500の出力端子509、510のコモンモード電圧を安定させている。また、差動オフセット制御端子519、520には、外部回路ブロック(図示せず)から差動の制御信号を入力することで、差動増幅器500の出力端子509、510の差がゼロとなるように制御している。なお、図中、505、506、515、516は、NOMSトランジスタであり、511,512はPMOSトランジスタである。513,514は電流源、517は抵抗である。   In the conventional differential amplifier 500, a control voltage is input to the CMFB voltage input terminal 518 to stabilize the common mode voltage at the output terminals 509 and 510 of the differential amplifier 500. Further, a differential control signal is input to the differential offset control terminals 519 and 520 from an external circuit block (not shown) so that the difference between the output terminals 509 and 510 of the differential amplifier 500 becomes zero. Is controlling. In the figure, reference numerals 505, 506, 515, and 516 denote NOMS transistors, and reference numerals 511 and 512 denote PMOS transistors. Reference numerals 513 and 514 denote current sources, and 517 denotes a resistor.

“A 5-GHz CMOS Transceiver for IEEE 802.11a Wireless LAN Systems" IEEE JSSC VOL.37. NO.12. DECEMBER2002“A 5-GHz CMOS Transceiver for IEEE 802.11a Wireless LAN Systems” IEEE JSSC VOL.37. NO.12. DECEMBER2002

従来の差動増幅器500では、CMFB回路503とオフセット除去回路504が並列に配置されているために、それぞれ別に消費電流を必要とし、消費電力が増大する。   In the conventional differential amplifier 500, since the CMFB circuit 503 and the offset removal circuit 504 are arranged in parallel, current consumption is required separately, and power consumption increases.

また、CMFB回路503の電流と、オフセット除去回路504の電流の総和は、テール電流源502の電流と等しくなるが、設計者はこれらの電流値を決定する必要があり、これが設計を難しくする。前述の電流値の決定に関してはトレードオフがある。具体的には、オフセット除去回路504に流れる電流量を増やせばオフセット除去量が増大する反面で、消費電流が増加してしまう。逆に、オフセット除去回路504に流れる電流量を減らせば、消費電流を低減できる反面で、オフセット除去量が減少してしまう。   In addition, the sum of the current of the CMFB circuit 503 and the current of the offset removal circuit 504 is equal to the current of the tail current source 502, but the designer needs to determine these current values, which makes design difficult. There is a trade-off regarding the determination of the current value. Specifically, if the amount of current flowing through the offset removal circuit 504 is increased, the offset removal amount increases, but the current consumption increases. Conversely, if the amount of current flowing through the offset removal circuit 504 is reduced, the current consumption can be reduced, but the offset removal amount is reduced.

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、低消費電力化を効率良く行うことができるように改良されたオフセット除去回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an offset removal circuit improved so that low power consumption can be efficiently performed.

この発明の他の目的は、オフセット除去量と消費電流のトレードオフに起因する設計の難しさを解消することにある。   Another object of the present invention is to eliminate the difficulty of design due to the trade-off between the offset removal amount and current consumption.

この発明のさらに他の目的は、オフセット除去量と消費電流のトレードオフに起因する設計の難しさを解消させることができるように改良された差動増幅器を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an improved differential amplifier so as to eliminate the difficulty of design due to the trade-off between offset removal amount and current consumption.

本発明は、差動回路で用いられるオフセット除去回路であって、差動の2つの第1トランジスタにて構成され、該2つの第1のトランジスタに流れる電流を制御することで、上記差動回路にて発生する電流オフセットを制御する第1の差動対と、上記2つの第1トランジスタに所望の電流を供給することで、上記差動回路のコモンモードを制御する、該2つの第1トランジスタのそれぞれに対応させて設けられた1対の電流源とを備える。   The present invention is an offset removal circuit used in a differential circuit, which is composed of two differential first transistors, and controls the current flowing through the two first transistors, whereby the differential circuit described above is used. A first differential pair for controlling a current offset generated in the first differential pair, and the two first transistors for controlling a common mode of the differential circuit by supplying a desired current to the two first transistors. And a pair of current sources provided corresponding to each of the above.

上記した構成により、上記第1の差動対と上記一対の電流源の電流が共通化され、低消費電力となる。また、第1の差動対と上記一対の電流源の電流が共通であるため、オフセット除去量が電流に応じて大きくなる効果が得られ、オフセット除去用の電流値設計が容易になる。   With the configuration described above, the currents of the first differential pair and the pair of current sources are shared, and the power consumption is reduced. In addition, since the currents of the first differential pair and the pair of current sources are common, the effect of increasing the offset removal amount according to the current is obtained, and the design of the current value for offset removal becomes easy.

この発明の好ましい実施態様によれば、上記一対の電流源が、差動の2つの第2トランジスタとインピーダンス素子にて構成されている。上記2つの第2トランジスタの一方のドレイン端と他方のドレイン端の間に上記インピーダンス素子が挿入されている。さらに上記2つの第2トランジスタのそれぞれのドレイン端が、それぞれ上記2つの第1トランジスタのそれぞれのソース端に対応させて接続されている。   According to a preferred embodiment of the present invention, the pair of current sources includes two differential second transistors and an impedance element. The impedance element is inserted between one drain end and the other drain end of the two second transistors. Further, the drain ends of the two second transistors are connected to correspond to the source ends of the two first transistors, respectively.

上記した構成により、当該オフセット除去回路は、上記第1の差動対の2つのトランジスタのソース端に、上記電流源と上記インピーダンス素子が並列に挿入された構成となるため、差動信号の出力インピーダンスが大きくなる利点を有する。また、上記インピーダンス素子の値が、差動オフセット除去の伝達関数を主に決定することとなる。したがって上記第1の差動対の2つのトランジスタのパラメータのバラツキに依存せずに、差動オフセット除去の伝達関数を決定できて、設計が容易になる利点を有する。   With the configuration described above, the offset removal circuit has a configuration in which the current source and the impedance element are inserted in parallel at the source ends of the two transistors of the first differential pair. There is an advantage that the impedance is increased. The value of the impedance element mainly determines the transfer function for removing the differential offset. Therefore, the transfer function for removing the differential offset can be determined without depending on the variation in the parameters of the two transistors of the first differential pair, and the design is facilitated.

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記インピーダンス素子が、少なくとも抵抗を含む回路であることを特徴とする。このように構成することにより、上記一対の電流源の相対バラツキによる出力電流バラツキへの影響を軽減し、例えば何らかの都合でオフセット除去信号を得ることができない場合においても、上記差動回路の出力オフセットを極力低減することができる。   According to a further preferred embodiment of the present invention, the impedance element is a circuit including at least a resistor. With this configuration, the influence on the output current variation due to the relative variation of the pair of current sources is reduced. For example, even when the offset removal signal cannot be obtained for some reason, the output offset of the differential circuit Can be reduced as much as possible.

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記インピーダンス素子が、抵抗と容量の並列回路であることを特徴とする。このように構成することにより、差動オフセット除去の利得が高周波で落ちる程度を軽減する効果がある。   According to a further preferred embodiment of the present invention, the impedance element is a parallel circuit of a resistor and a capacitor. With this configuration, there is an effect of reducing the degree to which the differential offset removal gain drops at high frequencies.

本発明の他の好ましい実施態様によれば、上記第1の差動対を構成する上記2つの第1トランジスタのそれぞれのゲート端に差動電圧信号を入力することで、上記2つの第1トランジスタに流れる電流を制御することを特徴とする。このように構成することにより、差動電圧信号によって、上記差動回路のオフセットを除去できる。   According to another preferred embodiment of the present invention, a differential voltage signal is input to the respective gate terminals of the two first transistors constituting the first differential pair, whereby the two first transistors It is characterized by controlling the current flowing through the. With this configuration, the differential circuit offset can be removed by the differential voltage signal.

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記一対の電流源を構成する上記2つの第2トランジスタのそれぞれのゲート端には、コモンモード制御電圧を入力することを特徴とすることを特徴とする。上記した構成により、電圧信号によって、上記差動回路のコモンモードを制御できる。   According to a further preferred embodiment of the present invention, a common mode control voltage is input to each gate terminal of the two second transistors constituting the pair of current sources. . With the above configuration, the common mode of the differential circuit can be controlled by a voltage signal.

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記一対の電流源を構成する上記2つの第2トランジスタは、それぞれのソース端を低インピーダンスで接地し、それぞれのゲート端にコモンモード制御信号を入力し、それぞれのドレイン端を、上記第1の差動対の上記2つの第1トランジスタのそれぞれのソース端に対応させて接続したことを特徴とする。上記した構成により、コモンモード制御信号からコモンモード出力への電圧ゲインを大きくすることができ、上記の大きな電圧ゲインによってコモンモードループの位相補償を効果的に実施できる。   According to a further preferred embodiment of the present invention, the two second transistors constituting the pair of current sources have their source ends grounded at a low impedance, and a common mode control signal is input to their gate ends. The drain ends of the first differential pair are connected to correspond to the source ends of the two first transistors of the first differential pair. With the above configuration, the voltage gain from the common mode control signal to the common mode output can be increased, and the phase compensation of the common mode loop can be effectively performed by the large voltage gain.

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、当該オフセット除去回路は、差動トランスコンダクタと、該差動トランスコンダクタの差動出力端子から差動オフセットを検知する第1の回路ブロックを有し、上記第1の差動対の差動出力端子に上記差動トランスコンダクタの差動出力端子を接続し、上記第1の回路ブロックからコモンモードの安定に必要なコモンモード制御信号を上記一対の電流源に与えることで、上記差動トランスコンダクタの差動出力端子のコモンモード電位を安定させることを特徴とする。   According to a further preferred embodiment of the present invention, the offset removal circuit has a differential transconductor and a first circuit block for detecting a differential offset from a differential output terminal of the differential transconductor, A differential output terminal of the differential transconductor is connected to a differential output terminal of the first differential pair, and a common mode control signal necessary for common mode stability is transmitted from the first circuit block to the pair of current sources. To stabilize the common mode potential of the differential output terminal of the differential transconductor.

上記した構成により、上記差動トランスコンダクタのバイアス電流が変動しても、上記電流源の電流が調節されることにより、上記オフセット除去回路のコモンモードの動作電位が安定する。   With the above-described configuration, even if the bias current of the differential transconductor fluctuates, the common-mode operating potential of the offset removal circuit is stabilized by adjusting the current of the current source.

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、当該オフセット除去回路は、上記一対の電流源にコモンモード制御信号を与える端子を備え、上記端子と、上記差動トランスコンダクタンの2つの出力端子のそれぞれとの間に、直列接続された容量と抵抗が挿入されている。上記の構成によって、高周波においても上記差動トランスコンダクタのコモンモード電位が発振することを防げる。   According to a further preferred embodiment of the present invention, the offset elimination circuit includes terminals for supplying a common mode control signal to the pair of current sources, and each of the terminals and the two output terminals of the differential transconductance. Between the capacitor and the resistor connected in series. With the above configuration, it is possible to prevent the common mode potential of the differential transconductor from oscillating even at high frequencies.

この発明の他の局面に従う差動増幅器は、信号入力用の差動回路と、差動の2つの第1トランジスタにて構成され、該2つの第1のトランジスタに流れる電流を制御することで、上記差動回路にて発生する電流オフセットを制御する第1の差動対と、上記2つの第1トランジスタに所望の電流を供給することで、上記差動回路のコモンモードを制御する、該2つの第1トランジスタのそれぞれに対応させて設けられた1対の電流源とを備える。   A differential amplifier according to another aspect of the present invention includes a differential circuit for signal input and two differential first transistors, and by controlling a current flowing through the two first transistors, The common mode of the differential circuit is controlled by supplying a desired current to the first differential pair for controlling the current offset generated in the differential circuit and the two first transistors. And a pair of current sources provided corresponding to each of the first transistors.

上記した構成により、上記第1の差動対と上記一対の電流源の電流が共通化され、低消費電力となる。また、第1の差動対と上記一対の電流源の電流が共通であるため、オフセット除去量が電流に応じて大きくなる効果が得られ、オフセット除去用の電流値設計が容易になる。ひいては、オフセット除去量と消費電流のトレードオフに起因する設計の難しさを解消した差動増幅器が得られる。   With the configuration described above, the currents of the first differential pair and the pair of current sources are shared, and the power consumption is reduced. In addition, since the currents of the first differential pair and the pair of current sources are common, the effect of increasing the offset removal amount according to the current is obtained, and the design of the current value for offset removal becomes easy. As a result, a differential amplifier can be obtained in which the difficulty of design due to the trade-off between the offset removal amount and the current consumption is eliminated.

本発明により、オフセット除去用の差動対とCMFB用電流源の電流が共通化され、低消費電力となる。また、上記オフセット除去用の差動対と上記CMFB用電流源の電流が共通であるため、オフセット除去量がCMFB用電流(すなわち差動回路全体の電流)に応じて大きくなる効果が得られ、オフセット除去用の電流値設計が容易になる。   According to the present invention, the currents of the differential pair for offset removal and the current source for CMFB are shared, and the power consumption is reduced. In addition, since the current of the differential pair for offset removal and the current of the CMFB current source are common, the effect of increasing the offset removal amount according to the current for CMFB (that is, the current of the entire differential circuit) is obtained. Current value design for offset removal becomes easy.

低消費電力化を図ることができるように改良されたオフセット除去回路を提供するという目的を、オフセット除去用の差動対とCMFB用電流源の電流を共通化し、電流を有効に利用することによって実現した。また、オフセット除去用の差動対の下にCMFB回路を縦続接続する事で、電流源としての出力インピーダンスを大きくし、CMFB回路の相対ばらつきによる出力電流オフセットへの影響を低減する。以下、この発明の実施例を図を用いて説明する。   The purpose of providing an offset elimination circuit improved so as to achieve low power consumption is to share the currents of the differential pair for offset elimination and the current source for CMFB and effectively use the current. It was realized. Further, the CMFB circuit is cascade-connected under the differential pair for offset removal, thereby increasing the output impedance as a current source and reducing the influence on the output current offset due to the relative variation of the CMFB circuit. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明のオフセット除去回路の代表的な実施例である。   FIG. 1 shows a typical embodiment of the offset removal circuit of the present invention.

図1を参照して、トランジスタ105、106にはCMFB制御用電圧が端子103から印加され、トランジスタ107、108には差動のオフセット除去用電圧信号が差動信号入力端子101、102から印加され、端子111、112より電流を引き抜く。なお、端子111,112は差動電流を必要とする任意の回路に接続される。また、インピーダンス素子104はトランジスタ107,108それぞれのソース間に接続されており、オフセット除去用電圧信号から、電流出力への伝達関数を決定する。なお、トランジスタ105,106,107,108は、MOSトランジスタでもバイポーラトランジスタでも実現可能である。また、インピーダンス素子104の値はゼロ[Ω]でも良い。   Referring to FIG. 1, a CMFB control voltage is applied to transistors 105 and 106 from terminal 103, and a differential offset removal voltage signal is applied to transistors 107 and 108 from differential signal input terminals 101 and 102. The current is drawn from the terminals 111 and 112. The terminals 111 and 112 are connected to an arbitrary circuit that requires a differential current. The impedance element 104 is connected between the sources of the transistors 107 and 108, and determines a transfer function to the current output from the voltage signal for offset removal. The transistors 105, 106, 107, and 108 can be realized by MOS transistors or bipolar transistors. The value of the impedance element 104 may be zero [Ω].

図1と図5を用いて消費電流の低減の動作について説明する。図5記載の従来例では、CMFB回路503、オフセット除去回路504が並列に配置されるために、別々で電流が消費される。しかし図1に示す本実施例では、CMFB回路109とオフセット除去回路110が縦積みになっているために、電流が共通化されている。したがって消費電流が従来例に比べて削減されている。   The operation of reducing current consumption will be described with reference to FIGS. In the conventional example shown in FIG. 5, since the CMFB circuit 503 and the offset removal circuit 504 are arranged in parallel, current is consumed separately. However, in this embodiment shown in FIG. 1, since the CMFB circuit 109 and the offset removal circuit 110 are stacked vertically, the current is shared. Therefore, current consumption is reduced as compared with the conventional example.

図1においてインピーダンス素子104の値をZe[Ω]、差動対110のトランスコンダクタンスをgm[S]、端子101,102に印加される差動オフセット除去信号から端子111,112での差動電流信号へと変換する伝達関数をHとすると、H=1/(1/(1/gm)+Ze)となり、Zeを適切に設計すると、所望の伝達関数が得られることがわかる。   1, the value of the impedance element 104 is Ze [Ω], the transconductance of the differential pair 110 is gm [S], and the differential current at the terminals 111 and 112 from the differential offset removal signal applied to the terminals 101 and 102 Assuming that the transfer function to be converted into a signal is H, H = 1 / (1 / (1 / gm) + Ze). It can be seen that a desired transfer function can be obtained if Ze is appropriately designed.

図1においてインピーダンス素子104が抵抗のみである場合を考える。上記抵抗の値をRe[Ω]とし、定電流源のプロセスバラツキによって引き起こされる差動バラツキの軽減に関して説明する。図5記載の従来例では、定電流源505、506の相対バラツキはそのまま差動対501の電流バラツキとなるため、オフセット除去信号が絶えず入力されていないと回路が動作しない状態に容易に陥ってしまう。一方で、図1に記載の定電流源105,106の電流の相対バラツキは、インピーダンス素子104によって電流バラツキを相殺する為、オフセット除去信号が入力されていない場合でも低減される。このことは差動のDCオフセット除去信号がいつでも入力されているとは限らない用途などに、有用であることを示している。   Consider the case where the impedance element 104 is only a resistor in FIG. The resistance value is Re [Ω], and the reduction of differential variation caused by the process variation of the constant current source will be described. In the conventional example shown in FIG. 5, since the relative variation of the constant current sources 505 and 506 directly becomes the current variation of the differential pair 501, the circuit easily falls into a state where the circuit does not operate unless the offset removal signal is continuously input. End up. On the other hand, the relative variation of the currents of the constant current sources 105 and 106 shown in FIG. 1 is reduced even when the offset removal signal is not input because the impedance variation cancels the current variation. This indicates that it is useful for applications where a differential DC offset removal signal is not always input.

ではこの差動オフセットの効果を、図2を用いて定量的に示す。ブロック207は図5に示す従来例と同一構成であり、ブロック206は図1に示す本実施例と同一構成である。ただしブロック206と207には差動オフセット除去信号が入力されておらず、差動オフセット除去信号の入力端子208,209,210,211には、同電位が印加されている。トランジスタ212,213,214,215のトランスコンダクタンスをGm1[S]、トランジスタ201、204のトランスコンダクタンスをGm2[S]、インピーダンス素子203は実抵抗のみからなるとして抵抗値をRe[Ω]、プロセスバラツキを等価な入力換算電圧とした場合の入力オフセット電圧用電源を図中の216、217で示し、入力オフセット電圧をΔV[V]とする。図中の207に示す従来例では出力電
流のバラツキ量はΔI=Gm1・ΔVとなるが、図中の206の本実施例ではΔI=Gm
1・ΔV/(1+2/(Gm2・Re))となり、Gm2・Reの値に反比例して出力電
流の差動オフセットが軽減する事がわかる。
Then, the effect of this differential offset is quantitatively shown using FIG. The block 207 has the same configuration as that of the conventional example shown in FIG. 5, and the block 206 has the same configuration as that of the present embodiment shown in FIG. However, the differential offset removal signal is not input to the blocks 206 and 207, and the same potential is applied to the input terminals 208, 209, 210, and 211 of the differential offset removal signal. The transconductance of the transistors 212, 213, 214, and 215 is Gm1 [S], the transconductance of the transistors 201 and 204 is Gm2 [S], the impedance element 203 is composed of only an actual resistance, the resistance value is Re [Ω], and the process variation , 216 and 217 in the figure, and the input offset voltage is ΔV [V]. In the conventional example indicated by 207 in the figure, the variation amount of the output current is ΔI = Gm1 · ΔV, but in this example of 206 in the figure, ΔI = Gm
1 · ΔV / (1 + 2 / (Gm 2 · Re)), and it can be seen that the differential offset of the output current is reduced in inverse proportion to the value of Gm 2 · Re.

図2を用いて出力インピーダンスの改善について説明する。従来例であるブロック207では、電流源としての出力インピーダンスをZout1、図中の214で示すトランジスタのドレイン抵抗をRds1[Ω]とすると、Zout1=Rds1となるが、同図中の本発明例の206では、出力インピーダンスZout2[Ω]、同図中の204のドレイン抵抗(NPNの場合はコレクターエミッタ間抵抗)をRds2[Ω]、トランスコンダクタンスをGm2[S]、同図中の203の抵抗をRe[Ω]、同図中の201のドレイン抵抗(NPNの場合はコレクターエミッタ間抵抗)をRds1、Rds1と(Re/2)の並列抵抗をRs=Rds1//(Re/2)とすると、Zout〜Rs+[1+Gm2・Rs]・Rds2となり、Gm2、Reの値を適切に設定する事で電流源の出力インピーダンスを大きくできる。   The improvement of the output impedance will be described with reference to FIG. In the block 207 which is a conventional example, if the output impedance as a current source is Zout1 and the drain resistance of the transistor denoted by 214 in the figure is Rds1 [Ω], Zout1 = Rds1. In 206, the output impedance Zout2 [Ω], the drain resistance of 204 in the figure (the collector-emitter resistance in the case of NPN) is Rds2 [Ω], the transconductance is Gm2 [S], and the resistance of 203 in the figure is Re [Ω], the drain resistance of 201 in the figure (collector-emitter resistance in the case of NPN) is Rds1, and the parallel resistance of Rds1 and (Re / 2) is Rs = Rds1 // (Re / 2) Zout to Rs + [1 + Gm2 · Rs] · Rds2, and by appropriately setting the values of Gm2 and Re, the output impedance of the current source It can be increased to dance.

図3は、図1中のインピーダンス素子104を抵抗と容量の並列接続で実現した実施例である。このように、トランジスタ301,302のソース間に抵抗303、容量304を並列に挿入することで、十分な高周波においては差動対305のデジェネレーションインピーダンスが小さくなり、差動対305のトランスコンダクタンスが増加する。したがって、高周波において差動オフセット除去信号経路の利得が低下した場合でも、低下した利得分を補償するように差動対305のトランスコンダクタンスを増加させて、オフセット除去機能が有効に働く動作周波数をあげる事が可能となる。   FIG. 3 shows an embodiment in which the impedance element 104 in FIG. 1 is realized by parallel connection of a resistor and a capacitor. In this manner, by inserting the resistor 303 and the capacitor 304 in parallel between the sources of the transistors 301 and 302, the degeneration impedance of the differential pair 305 is reduced at a sufficiently high frequency, and the transconductance of the differential pair 305 is reduced. To increase. Therefore, even when the gain of the differential offset removal signal path is reduced at high frequency, the transconductance of the differential pair 305 is increased so as to compensate for the reduced gain, and the operating frequency at which the offset removal function works effectively is increased. Things will be possible.

図4に本発明のオフセット除去回路の具体的な適用例を示す。トランスコンダクタ401の負荷電流源402としては、図1に記載と同じ構成の電流源402を用いる。差動電圧信号入力端子403,404による電圧出力端子405,406はコモンモード電圧検出用ブロック407へと供給され、コモンモード電圧検出ブロック407は、負荷電流源402のCMFB制御用端子408へと供給される。上記した構成により、トランスコンダクタ401のバイアス電流が変動しても、負荷電流源402の電流が調節されることにより、トランスコンダクタ401の出力電位が安定する。
更にCMFB制御用端子408と差動増幅器の出力端子405、406の間に位相補償用の容量409、410及び抵抗411、412を挿入することで、高周波においてもトランスコンダクタ401のコモンモード出力電位が発振することを防げる。その際に、位相補償用の容量409,410をより効果的にするため、CMFB制御用トランジスタ414,415のソース端子はGNDに直結して、電流源402のCMFB制御用端子408から、出力端子405,406への電圧利得を大きくなるような構成にしてある。ちなみに、位相補償用の抵抗411,412は、位相補償用の容量409,410の挿入による位相余裕の劣化を打ち消すのに適切な値で挿入してある。
FIG. 4 shows a specific application example of the offset removal circuit of the present invention. As the load current source 402 of the transconductor 401, the current source 402 having the same configuration as described in FIG. 1 is used. Voltage output terminals 405 and 406 by the differential voltage signal input terminals 403 and 404 are supplied to the common mode voltage detection block 407, and the common mode voltage detection block 407 is supplied to the CMFB control terminal 408 of the load current source 402. Is done. With the above configuration, even if the bias current of the transconductor 401 fluctuates, the output potential of the transconductor 401 is stabilized by adjusting the current of the load current source 402.
Furthermore, by inserting phase compensation capacitors 409 and 410 and resistors 411 and 412 between the CMFB control terminal 408 and the output terminals 405 and 406 of the differential amplifier, the common mode output potential of the transconductor 401 can be increased even at high frequencies. Prevents oscillation. At this time, in order to make the phase compensation capacitors 409 and 410 more effective, the source terminals of the CMFB control transistors 414 and 415 are directly connected to the GND, and the CMFB control terminal 408 of the current source 402 is connected to the output terminal. The voltage gain to 405 and 406 is increased. Incidentally, the resistors 411 and 412 for phase compensation are inserted with appropriate values to cancel the deterioration of the phase margin due to the insertion of the capacitors 409 and 410 for phase compensation.

ここで、CMFBループ安定性に関して詳細に説明する。トランスコンダクタ401の出力端子405,406から、コモンモード電圧検出ブロック407(非反転増幅)の出力端子408、次いで電流源402(反転増幅)の出力端子、つまり出力端子405,406へとループが閉じている。一般にコモンモード電圧検出ブロック407及び、電流源402も一定のゲインを有しているため、2つの増幅器がループを形成していることとなる。その時には、ループ安定性確保のため、位相補償用の容量が必要となるが、この容量サイズを下げる為に、ミラー効果が一般に用いられる。ミラー効果とは、容量の両端を大きな電圧利得を持つ反転増幅器の入出力端子間に接続することで、容量値を等価的に大きくすることである。つまり前述のCMFBループで位相補償容量を挿入できるのは、反転増幅器(上記電流源402)の入出力端子間となる。位相補償の効果を十分に得るためには、CMFB制御端子408から出力端子405,406への電圧ゲインが十分に大きくなくてはならない。   Here, the CMFB loop stability will be described in detail. The loop is closed from the output terminals 405 and 406 of the transconductor 401 to the output terminal 408 of the common mode voltage detection block 407 (non-inverting amplification) and then to the output terminal of the current source 402 (inverting amplification), that is, the output terminals 405 and 406. ing. In general, since the common mode voltage detection block 407 and the current source 402 also have a constant gain, the two amplifiers form a loop. At that time, in order to secure loop stability, a capacity for phase compensation is required. In order to reduce the capacity size, a mirror effect is generally used. The Miller effect is to equivalently increase the capacitance value by connecting both ends of the capacitance between the input and output terminals of an inverting amplifier having a large voltage gain. That is, the phase compensation capacitor can be inserted in the CMFB loop described above between the input and output terminals of the inverting amplifier (the current source 402). In order to obtain the effect of phase compensation sufficiently, the voltage gain from the CMFB control terminal 408 to the output terminals 405 and 406 must be sufficiently large.

すなわち、CMFB用トランジスタ414,415のソースにはデジェネレーション抵抗を挿入せずに、なるべくトランジスタ414,415のトランスコンダクタンスを大きくする事が好ましい。しかしながら、デジェネレーション抵抗を挿入しない事で、トランジスタ414,415間の相対バラツキが電流源402の出力電流オフセットとして現れてしまい、オフセット信号オフ時にトランスコンダクタ401の出力電圧が差動に振り切ってしまい回路が全く動作しなくなる可能性があるが、本発明の構成を用いる事によりトランジスタ414,415の相対ばらつきの影響が低減されている。具体的にはインピーダンス413がその役割を果たしている。   That is, it is preferable to increase the transconductance of the transistors 414 and 415 as much as possible without inserting a degeneration resistor in the sources of the CMFB transistors 414 and 415. However, by not inserting a degeneration resistor, the relative variation between the transistors 414 and 415 appears as an output current offset of the current source 402, and the output voltage of the transconductor 401 swings differentially when the offset signal is off. May not operate at all, but the influence of the relative variation of the transistors 414 and 415 is reduced by using the structure of the present invention. Specifically, the impedance 413 plays the role.

なお、CMFB制御用のブロック407は、差動電圧信号入力を用いてコモンモードの電圧もしくは電流を生成し、基準となる電圧もしくは電流との比較によって、コモンモードを下げる場合はCMFB制御電圧を下げ、コモンモードをあげる場合はCMFB制御信号電圧を下げ、コモンモード電圧を所望の電圧値に収束させる動作を有するブロックでさえあれば、回路形式は限定しない。   The CMFB control block 407 generates a common mode voltage or current using the differential voltage signal input, and reduces the CMFB control voltage when the common mode is lowered by comparison with a reference voltage or current. In the case of raising the common mode, the circuit form is not limited as long as the block has an operation for lowering the CMFB control signal voltage and converging the common mode voltage to a desired voltage value.

今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、オフセット除去量と消費電流のトレードオフに起因する設計の難しさを解消した差動増幅器が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a differential amplifier that eliminates the difficulty of design due to a trade-off between the offset removal amount and current consumption.

実施例1にかかるオフセット除去回路の回路図である。1 is a circuit diagram of an offset removal circuit according to Embodiment 1. FIG. 従来例と実施例1にかかるオフセット除去回路を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the conventional example and the offset removal circuit concerning Example 1. FIG. 実施例2にかかるオフセット除去回路の回路図である。6 is a circuit diagram of an offset removal circuit according to Embodiment 2. FIG. 実施例3にかかるオフセット除去回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an offset removal circuit according to a third embodiment. 従来の差動増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional differential amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

104、203、413 インピーダンス素子
304、409,410 容量
220、303、411,412、517 抵抗
511,512・・・PMOSトランジスタ
105〜108、201、204、218,219,301、302、306,307、414〜417、505,506、515,516 NMOSトランジスタ
222,221、513,514 電流源
104, 203, 413 Impedance element 304, 409, 410 Capacitance 220, 303, 411, 412, 517 Resistance 511, 512... PMOS transistor 105-108, 201, 204, 218, 219, 301, 302, 306, 307 414 to 417, 505, 506, 515, 516 NMOS transistors 222, 221, 513, 514 Current source

Claims (10)

差動回路で用いられるオフセット除去回路であって、
差動の2つの第1トランジスタにて構成され、該2つの第1トランジスタに流れる電流を制御することで、前記差動回路にて発生する電流オフセットを制御する第1の差動対と、
前記2つの第1トランジスタに所望の電流を供給することで、前記差動回路のコモンモードを制御する、前記2つの第1トランジスタのそれぞれに対応させて設けられた1対の電流源とを備えたオフセット除去回路。
An offset removal circuit used in a differential circuit,
A first differential pair configured by two differential first transistors and controlling a current flowing in the differential circuit by controlling a current flowing through the two first transistors;
A pair of current sources provided corresponding to each of the two first transistors to control a common mode of the differential circuit by supplying a desired current to the two first transistors; Offset removal circuit.
前記一対の電流源が、差動の2つの第2トランジスタとインピーダンス素子にて構成され、
前記2つの第2トランジスタの一方のドレイン端と他方のドレイン端の間に前記インピーダンス素子が挿入され、
前記2つの第2トランジスタのそれぞれのドレイン端が、それぞれ前記2つの第1トランジスタのそれぞれのソース端に対応させて接続されたことを特徴とする、請求項1に記載のオフセット除去回路。
The pair of current sources is composed of two differential second transistors and an impedance element,
The impedance element is inserted between one drain end and the other drain end of the two second transistors,
2. The offset removal circuit according to claim 1, wherein drain ends of the two second transistors are connected to correspond to source terminals of the two first transistors, respectively.
前記インピーダンス素子は、少なくとも抵抗を含む回路であることを特徴とする、請求項1または2に記載のオフセット除去回路。   The offset removing circuit according to claim 1, wherein the impedance element is a circuit including at least a resistor. 前記インピーダンス素子は、抵抗と容量の並列回路であることを特徴とする、請求項1または2に記載のオフセット除去回路。   The offset removing circuit according to claim 1, wherein the impedance element is a parallel circuit of a resistor and a capacitor. 前記第1の差動対を構成する前記2つの第1トランジスタのそれぞれのゲート端に差動電圧信号を入力することで、前記2つの第1トランジスタに流れる電流を制御することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のオフセット除去回路。   The current flowing through the two first transistors is controlled by inputting a differential voltage signal to each gate terminal of the two first transistors constituting the first differential pair. Item 5. The offset removal circuit according to any one of Items 1 to 4. 前記一対の電流源を構成する前記2つの第2トランジスタのそれぞれのゲート端には、コモンモード制御電圧を入力することを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載のオフセット除去回路。   6. The offset removal circuit according to claim 2, wherein a common mode control voltage is input to each gate terminal of the two second transistors constituting the pair of current sources. . 前記一対の電流源を構成する前記2つの第2トランジスタは、それぞれのソース端を低インピーダンスで接地し、それぞれのゲート端にコモンモード制御信号を入力し、それぞれのドレイン端を、前記第1の差動対の前記2つの第1トランジスタのそれぞれのソース端に対応させて接続したことを特徴とする、請求項2から6のいずれか1項に記載のオフセット除去回路。   The two second transistors constituting the pair of current sources have their source terminals grounded at a low impedance, a common mode control signal is input to their gate terminals, and their drain terminals are connected to the first transistors. 7. The offset removal circuit according to claim 2, wherein the offset removal circuit is connected to correspond to the source ends of the two first transistors of the differential pair. 8. 当該オフセット除去回路は、差動トランスコンダクタと、該差動トランスコンダクタの差動出力端子から差動オフセットを検知する第1の回路ブロックを有し、
前記第1の差動対の差動出力端子に前記差動トランスコンダクタの差動出力端子を接続し、
前記第1の回路ブロックからコモンモードの安定に必要なコモンモード制御信号を前記一対の電流源に与えることで、前記差動トランスコンダクタの差動出力端子のコモンモード電位を安定させることを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載のオフセット除去回路。
The offset removal circuit includes a differential transconductor and a first circuit block that detects a differential offset from a differential output terminal of the differential transconductor,
Connecting the differential output terminal of the differential transconductor to the differential output terminal of the first differential pair;
The common mode potential of the differential output terminal of the differential transconductor is stabilized by applying a common mode control signal necessary for stabilizing the common mode from the first circuit block to the pair of current sources. The offset removal circuit according to any one of claims 1 to 7.
当該オフセット除去回路は、前記一対の電流源にコモンモード制御信号を与える端子を備え、
前記端子と、前記差動トランスコンダクタの2つの出力端子のそれぞれとの間に、直列接続された容量と抵抗が挿入されている、請求項8に記載のオフセット除去回路。
The offset removal circuit includes a terminal for supplying a common mode control signal to the pair of current sources,
9. The offset removal circuit according to claim 8, wherein a capacitor and a resistor connected in series are inserted between the terminal and each of the two output terminals of the differential transconductor.
信号入力用の差動回路と、
差動の2つの第1トランジスタにて構成され、該2つの第1のトランジスタに流れる電流を制御することで、前記差動回路にて発生する電流オフセットを制御する第1の差動対と、
前記2つの第1トランジスタに所望の電流を供給することで、前記差動回路のコモンモードを制御する、該2つの第1トランジスタのそれぞれに対応させて設けられた1対の電流源とを備えた差動増幅器。

A differential circuit for signal input;
A first differential pair configured by two differential first transistors, and controlling a current flowing in the two first transistors to control a current offset generated in the differential circuit;
A pair of current sources provided corresponding to each of the two first transistors to control a common mode of the differential circuit by supplying a desired current to the two first transistors; Differential amplifier.

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JP2012039548A (en) * 2010-08-11 2012-02-23 Renesas Electronics Corp Dynamic amplifier
JP2016513915A (en) * 2013-03-08 2016-05-16 クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated Low glitch noise DAC

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