JP2009100278A - Peak hold circuit, and operational amplifier - Google Patents

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Yumiko Mito
由美子 水戸
Katsuyori Sato
克頼 佐藤
Hirosada Miyaoka
大定 宮岡
Akira Shinke
暁 新家
Atsushi Hirabayashi
敦志 平林
Kenji Komori
健司 小森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operational amplifier and a peak hold circuit, that are favorable to drive at a low voltage and can improve an NF. <P>SOLUTION: An input terminal 102 is connected to the input terminal of a CMOS invertor 103. The output terminal of the CMOS invertor 103 is connected to the gate of an NMOS 107. The source of the NMOS 107 is grounded, and the drain is connected to one end of a resistor 106, one end of a capacitor 108, the input terminal of a CMOS invertor 105, and an output terminal 109. The other end of the resistor 106 is connected to a drive power supply (not shown). The other end of the capacitor 108 is grounded. An NMOS 107 is turned on and off depending on voltages Vin, Vout. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はピークホールド回路、オペアンプに関し、特に、低電圧での駆動に有利なピークホールド回路、オペアンプに関する。   The present invention relates to a peak hold circuit and an operational amplifier, and more particularly to a peak hold circuit and an operational amplifier that are advantageous for driving at a low voltage.

図1は、ゲインコントロールアンプの一例の構成を示す図である。ゲインコントロールアンプは、信号を一定に保つために用いられる。ゲインコントロールアンプは、ゲインコントロール部11とレベル検出部12を含む構成とされる。ゲインコントロール部11は、入力された信号のレベルが、予め設定されている信号のレベルになるように制御する。その制御は、レベル検出部12からの指示による。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an example of a gain control amplifier. The gain control amplifier is used to keep the signal constant. The gain control amplifier includes a gain control unit 11 and a level detection unit 12. The gain control unit 11 performs control so that the level of the input signal becomes a preset signal level. The control is based on an instruction from the level detection unit 12.

ゲインコントロール部11からの出力は、図示していない他の部分に出力されるとともに、レベル検出部12に供給される。レベル検出部12は、予め設定されている信号のレベルと、供給された信号のレベルを比較し、供給された信号のレベルが、設定されている信号のレベルになるように、入力信号が弱い場合には感度を上げるように指示を出し、入力信号が強い場合には感度を下げるように指示を出す。   The output from the gain control unit 11 is output to other parts not shown and supplied to the level detection unit 12. The level detection unit 12 compares the level of the preset signal with the level of the supplied signal, and the input signal is weak so that the level of the supplied signal becomes the level of the set signal. In such a case, an instruction is given to increase the sensitivity, and an instruction is issued to decrease the sensitivity if the input signal is strong.

このようなゲインコントロールアンプのレベル検出部12には、ピークホールド回路と称される回路が含まれている。ピークホールド回路は、入力された信号の最大値を保持する回路である。   The level detection unit 12 of such a gain control amplifier includes a circuit called a peak hold circuit. The peak hold circuit is a circuit that holds the maximum value of an input signal.

このピークホールド回路には、オペアンプが含まれている。オペアンプは、BJT(Bipolar Junction Transistor)やMOS(Metal Oxide Semiconductor)などの半導体素子により構成される。オペアンプの回路構成は、オペアンプを構成する半導体素子がBJTまたはMOSのいずれであっても、ほぼ同一である。   This peak hold circuit includes an operational amplifier. The operational amplifier is configured by a semiconductor element such as BJT (Bipolar Junction Transistor) or MOS (Metal Oxide Semiconductor). The circuit configuration of the operational amplifier is almost the same regardless of whether the semiconductor element constituting the operational amplifier is BJT or MOS.

図2は、MOSで構成される従来のオペアンプの一例の構成を示す回路図である(例えば、特許文献1参照)。図2において、オペアンプ21は、引き算回路22、出力増幅回路23、反転入力端子24、非反転入力端子25、および出力端子26から構成される。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an example of a conventional operational amplifier composed of a MOS (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 2, the operational amplifier 21 includes a subtraction circuit 22, an output amplifier circuit 23, an inverting input terminal 24, a non-inverting input terminal 25, and an output terminal 26.

引き算回路22は、PMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)31,32、NMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor)33,34、並びに定電流源35から構成される。引き算回路22では、PMOS31のゲートが反転入力端子24に接続され、PMOS32のゲートが非反転入力端子25に接続されている。また、PMOS31のソースおよびPMOS32のソースは、定電流源35の一端に接続されており、定電流源35の他端は、駆動電圧E1を供給する図示しない電源に接続されている。   The subtraction circuit 22 includes PMOS (Positive Metal Oxide Semiconductor) 31 and 32, NMOS (Negative Metal Oxide Semiconductor) 33 and 34, and a constant current source 35. In the subtraction circuit 22, the gate of the PMOS 31 is connected to the inverting input terminal 24, and the gate of the PMOS 32 is connected to the non-inverting input terminal 25. The source of the PMOS 31 and the source of the PMOS 32 are connected to one end of the constant current source 35, and the other end of the constant current source 35 is connected to a power source (not shown) that supplies the drive voltage E1.

また、引き算回路22では、PMOS31のドレインとNMOS33のドレインとが接続され、PMOS32のドレインとNMOS34のドレインとが接続されており、NMOS33およびNMOS34のソースがそれぞれ接地されている。また、NMOS33のゲートとNMOS34のゲートとが接続されており、NMOS33のゲートとNMOS34のゲートとの接続点と、PMOS31のドレインとNMOS33のドレインとの接続点とが接続されている。また、PMOS32のドレインとNMOS34のドレインとの接続点が、出力増幅回路23に接続されている。   In the subtraction circuit 22, the drain of the PMOS 31 and the drain of the NMOS 33 are connected, the drain of the PMOS 32 and the drain of the NMOS 34 are connected, and the sources of the NMOS 33 and the NMOS 34 are grounded. The gate of the NMOS 33 and the gate of the NMOS 34 are connected, and the connection point between the gate of the NMOS 33 and the gate of the NMOS 34 and the connection point between the drain of the PMOS 31 and the drain of the NMOS 33 are connected. The connection point between the drain of the PMOS 32 and the drain of the NMOS 34 is connected to the output amplifier circuit 23.

出力増幅回路23は、NMOS41、コンデンサ42、および定電流源43から構成される。出力増幅回路23では、NMOS41のゲートとコンデンサ42の一端とが接続されており、NMOS41のゲートとコンデンサ42の一端との接続点が、引き算回路22のPMOS32のドレインとNMOS34のドレインとの接続点に接続されている。また、NMOS41のソースは接地されており、NMOS41のドレインは、コンデンサ42の他端と、定電流源43の一端と、出力端子26とに接続されている。定電流源43の他端は、駆動電圧E1を供給する図示しない電源に接続されている。   The output amplifier circuit 23 includes an NMOS 41, a capacitor 42, and a constant current source 43. In the output amplifier circuit 23, the gate of the NMOS 41 and one end of the capacitor 42 are connected, and the connection point between the gate of the NMOS 41 and one end of the capacitor 42 is the connection point between the drain of the PMOS 32 and the drain of the NMOS 34 in the subtraction circuit 22. It is connected to the. The source of the NMOS 41 is grounded, and the drain of the NMOS 41 is connected to the other end of the capacitor 42, one end of the constant current source 43, and the output terminal 26. The other end of the constant current source 43 is connected to a power source (not shown) that supplies the drive voltage E1.

オペアンプ21では、第1の入力電圧が反転入力端子24に入力されるとともに、第2の入力電圧が非反転入力端子25に入力され、第2の入力電圧から第1の入力電圧を減算した電圧が、引き算回路22から出力増幅回路23に供給される。そして、引き算回路22から供給された電圧を出力増幅回路23が増幅し、出力増幅回路23により増幅された電圧が、出力電圧として出力端子26から出力される。   In the operational amplifier 21, the first input voltage is input to the inverting input terminal 24, the second input voltage is input to the non-inverting input terminal 25, and the voltage obtained by subtracting the first input voltage from the second input voltage. Is supplied from the subtraction circuit 22 to the output amplification circuit 23. Then, the voltage supplied from the subtraction circuit 22 is amplified by the output amplification circuit 23, and the voltage amplified by the output amplification circuit 23 is output from the output terminal 26 as an output voltage.

このように構成されているオペアンプ21は、一般にバートンアンプと呼ばれ、バイポーラプロセスやMOSプロセスにおいて一般的に使用されている。   The operational amplifier 21 configured as described above is generally called a Barton amplifier, and is generally used in a bipolar process or a MOS process.

ここで、定電流源35も半導体素子により構成されており、オペアンプ21の引き算回路22は、3段の半導体素子が積み重ね(Stuck)られた構成となっている。即ち、引き算回路22は、図2に示すように、定電流源35に供給される駆動電圧E1からグランドレベルまでの間に、定電流源35、PMOS31または32、NMOS33または34が、直列的に接続された構成とされている。   Here, the constant current source 35 is also configured by a semiconductor element, and the subtraction circuit 22 of the operational amplifier 21 has a configuration in which three stages of semiconductor elements are stacked. That is, as shown in FIG. 2, the subtraction circuit 22 includes a constant current source 35, a PMOS 31 or 32, and an NMOS 33 or 34 connected in series between the drive voltage E1 supplied to the constant current source 35 and the ground level. Connected configuration.

従って、定電流源35、PMOS31または32、NMOS33または34のそれぞれに供給される電圧は、駆動電圧E1よりも低くなる。これにより、定電流源35、PMOS31またはPMOS32、NMOS33またはNMOS34のそれぞれを駆動させるためには、定電流源35、PMOS31または32、NMOS33または34のそれぞれの駆動に必要な電圧を足し合わせた電圧以上の電圧を、駆動電圧E1とする必要がある。   Accordingly, the voltages supplied to the constant current source 35, the PMOS 31 or 32, and the NMOS 33 or 34 are lower than the drive voltage E1. Thus, in order to drive each of the constant current source 35, PMOS 31 or PMOS 32, NMOS 33 or NMOS 34, the voltage required for driving the constant current source 35, PMOS 31 or 32, NMOS 33 or 34 is equal to or higher than the sum of the voltages. Must be the drive voltage E1.

このように、定電流源35、PMOS31またはPMOS32、NMOS33またはNMOS34のそれぞれの駆動に必要な電圧を足し合わせた電圧以上の電圧を、駆動電圧E1とする必要があるため、引き算回路22、ひいてはオペアンプ21は、低電圧での駆動には不向きであった。
特開平4−185005
As described above, since the voltage equal to or higher than the voltage required for driving the constant current source 35, the PMOS 31 or the PMOS 32, the NMOS 33 or the NMOS 34 needs to be set as the driving voltage E1, the subtraction circuit 22, and thus the operational amplifier No. 21 was unsuitable for driving at a low voltage.
JP 4-185005

上記したように、引き算回路22は、3段の半導体素子が積み重ねられた、差動入力構造とされているため、低電圧で駆動させることが困難である。近年、例えば、携帯電話機など、駆動電圧を低く抑えたい機器で、上記したオペアンプ21を組み込みたいという要望がある。   As described above, since the subtraction circuit 22 has a differential input structure in which three stages of semiconductor elements are stacked, it is difficult to drive with a low voltage. In recent years, there has been a demand for incorporating the above-described operational amplifier 21 in a device such as a cellular phone that is desired to keep the driving voltage low.

しかしながら、駆動電圧を低く抑えたい機器に、低電圧で駆動させることが困難なオペアンプ21を組み込むことは困難である。さらに、オペアンプ21を含むレベル検出部12やレベル検出部12を含むゲインコントロールアンプを、低電圧を低く抑えたい機器に組み込むことも困難である。   However, it is difficult to incorporate the operational amplifier 21 that is difficult to be driven at a low voltage into a device for which the drive voltage is desired to be kept low. Furthermore, it is difficult to incorporate the level detection unit 12 including the operational amplifier 21 and the gain control amplifier including the level detection unit 12 into a device that is desired to suppress a low voltage.

また、上記した引き算回路22は、3段の半導体素子が積み重ねられた、差動入力構造とされているため、周波数特性が悪いため、RF(radio frequency)帯域で使用するのは困難であった。   Further, since the subtraction circuit 22 has a differential input structure in which three stages of semiconductor elements are stacked, the frequency characteristics are poor, so that it is difficult to use in the RF (radio frequency) band. .

また、回路のNF(Noise Figure:雑音指数)を良くするために、初段の差動入力部のトランジスタのサイズを大きくしなくてはならないという制限があり、このために周波数特性が悪化してしまう。また、回路のNFを良くするために、初段の差動入力部のトランジスタのバイアス電流を大きくしなくてはならないという制限があり、このために消費電力が増加してしまう。   In addition, in order to improve the NF (Noise Figure) of the circuit, there is a limitation that the size of the transistor of the first-stage differential input section must be increased, and the frequency characteristic is deteriorated due to this. . In addition, in order to improve the NF of the circuit, there is a limitation that the bias current of the transistor in the first-stage differential input section must be increased, which increases power consumption.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、低電圧での駆動に有利であり、NFを良くすることができるようなオペアンプやピークホールド回路を提供するものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and provides an operational amplifier and a peak hold circuit which are advantageous for driving at a low voltage and can improve NF.

本発明の一側面のピークホールド回路は、入力端子に入力された電圧を反転して出力端子から出力する第1乃至第3の半導体素子を含むピークホールド回路であって、前記第1の半導体素子の入力端子に、外部からの入力される信号を入力する端子が接続され、前記第1の半導体素子の出力端子に、前記第2の半導体素子の入力端子と、前記第3の半導体素子の出力端子が接続され、前記第2の半導体素子の出力端子に、前記第1の半導体素子乃至第3の半導体素子とは異なる構成とされている第4の半導体素子のゲートが接続され、第4の半導体素子のドレインに、抵抗の一端、コンデンサの一端、前記第3の半導体素子の入力端子、および外部に信号を出力する出力端子が接続されている。   A peak hold circuit according to an aspect of the present invention is a peak hold circuit including first to third semiconductor elements that invert a voltage input to an input terminal and output the inverted voltage from an output terminal, wherein the first semiconductor element The input terminal of the second semiconductor element is connected to the input terminal of the first semiconductor element, the input terminal of the second semiconductor element is connected to the output terminal of the first semiconductor element, and the output of the third semiconductor element. And a gate of a fourth semiconductor element having a configuration different from that of the first semiconductor element to the third semiconductor element is connected to the output terminal of the second semiconductor element. One end of a resistor, one end of a capacitor, an input terminal of the third semiconductor element, and an output terminal for outputting a signal to the outside are connected to the drain of the semiconductor element.

前記第1の半導体素子乃至第3の半導体素子は、一対のPMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)とNMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor)とから構成されるCCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)であるようにすることができる。   The first to third semiconductor elements may be CCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) configured by a pair of PMOS (Positive Metal Oxide Semiconductor) and NMOS (Negative Metal Oxide Semiconductor). it can.

前記第4の半導体素子は、NMOSまたはPMOSであるようにすることができる。   The fourth semiconductor element may be an NMOS or a PMOS.

前記第1の半導体素子乃至第3の半導体素子と同じ半導体素子を、偶数単位分だけさらに加えた構成とされるようにすることができる。   The same semiconductor element as the first to third semiconductor elements may be further added by an even number of units.

本発明の一側面のピークホールド回路においては、3個のCMOSインバータと、NMOSまたはPMOS、抵抗、コンデンサを少なくとも含む構成され、NMOSまたはPMOSは、スイッチの役割を果たすように構成される。   The peak hold circuit according to one aspect of the present invention includes three CMOS inverters and at least an NMOS or PMOS, a resistor, and a capacitor, and the NMOS or PMOS is configured to serve as a switch.

本発明の一側面のオペアンプは、入力端子に入力された電圧を反転して出力端子から出力する半導体素子を複数備えるオペアンプであって、第1の半導体素子の入力端子に、外部からの入力される信号を入力する端子が接続され、前記第1の半導体素子の出力端子に、第2の半導体素子の入力端子が接続され、前記第2の半導体素子の出力端子に、第3の半導体素子の入力端子が接続され、前記第3の半導体素子の出力端子に、第4の半導体素子の入力端子と、外部に信号を出力する出力端子が接続され、前記第4の半導体素子の出力端子に、前記第1の半導体素子の出力端子と、前記第2の半導体素子の入力端子が接続されている。   An operational amplifier according to one aspect of the present invention is an operational amplifier including a plurality of semiconductor elements that invert a voltage input to an input terminal and output the output from an output terminal, and is input to the input terminal of the first semiconductor element from the outside. A signal input terminal is connected, an output terminal of the second semiconductor element is connected to an output terminal of the first semiconductor element, and an output terminal of the third semiconductor element is connected to an output terminal of the second semiconductor element. An input terminal is connected, an output terminal of the fourth semiconductor element is connected to an output terminal of the third semiconductor element, and an output terminal for outputting a signal to the outside is connected, and an output terminal of the fourth semiconductor element is connected to the output terminal of the fourth semiconductor element, An output terminal of the first semiconductor element and an input terminal of the second semiconductor element are connected.

前記第1の半導体素子乃至第4の半導体素子は、一対のPMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)とNMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor)とから構成されるCCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)であるようにすることができる。   The first to fourth semiconductor elements may be CCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) configured by a pair of PMOS (Positive Metal Oxide Semiconductor) and NMOS (Negative Metal Oxide Semiconductor). it can.

前記第1の半導体素子乃至第4の半導体素子と同じ半導体素子を、偶数単位分だけさらに加えた構成とされるようにすることができる。   The same semiconductor element as the first to fourth semiconductor elements may be further added by an even number unit.

コンダクタンスがそれぞれ異なる前記第1の半導体素子乃至第4の半導体素子で構成され、前記第1の半導体素子のコンダクタンスと前記第4の半導体素子のコンダクタンスとの比で、ゲインが決定されるようにすることができる。   The first to fourth semiconductor elements having different conductances are configured, and the gain is determined by the ratio of the conductance of the first semiconductor element to the conductance of the fourth semiconductor element. be able to.

本発明の一側面のオペアンプにおいては、4個のCMOSインバータを少なくとも含む構成とされ、第1のCMOSインバータ乃至第3のCMOSインバータは、直列に接続され、第1のCMOSインバータと第2のCMOSインバータとの間に、第4からのCMOSインバータからの信号が帰還される構成とされている。   The operational amplifier according to one aspect of the present invention includes at least four CMOS inverters, and the first to third CMOS inverters are connected in series, and the first CMOS inverter and the second CMOS inverter are connected. A signal from the fourth CMOS inverter is fed back between the inverter and the inverter.

本発明の一側面によれば、低電圧での駆動に有利な回路を提供することが可能となる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a circuit that is advantageous for driving at a low voltage.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図3は、本発明を適用したオペアンプ(operational amplifier)の一実施の形態の構成を示す図である。図3に示したオペアンプ61は、入力端子62、CMOS(complementary mental-oxide semiconductor)インバータ63、CMOSインバータ64、CMOSインバータ65、CMOSインバータ66、および、出力端子67を含む構成である。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an operational amplifier to which the present invention is applied. The operational amplifier 61 shown in FIG. 3 includes an input terminal 62, a CMOS (complementary mental-oxide semiconductor) inverter 63, a CMOS inverter 64, a CMOS inverter 65, a CMOS inverter 66, and an output terminal 67.

CMOSインバータ63、CMOSインバータ64、CMOSインバータ65、およびCMOSインバータ66は、それぞれ回路構成が同一であるとして説明を続ける。また、これらのCMOSインバータ63乃至66は、それぞれ入力された信号を反転して出力するインバータとしての機能を有する。   The description will be continued assuming that the CMOS inverter 63, the CMOS inverter 64, the CMOS inverter 65, and the CMOS inverter 66 have the same circuit configuration. Each of these CMOS inverters 63 to 66 has a function as an inverter that inverts and outputs an input signal.

入力端子62は、CMOSインバータ63の入力端子に接続されている。CMOSインバータ63の出力端子は、CMOSインバータ64の入力端子に接続されている。CMOSインバータ64の出力端子は、CMOSインバータ65の入力端子に接続されている。CMOSインバータ65の出力端子は、CMOSインバータ66の入力端子と出力端子67に接続されている。CMOSインバータ66の出力端子は、CMOSインバータ63の出力端子とCMOSインバータ64の入力端子を結ぶ線に接続されている。   The input terminal 62 is connected to the input terminal of the CMOS inverter 63. The output terminal of the CMOS inverter 63 is connected to the input terminal of the CMOS inverter 64. The output terminal of the CMOS inverter 64 is connected to the input terminal of the CMOS inverter 65. The output terminal of the CMOS inverter 65 is connected to the input terminal of the CMOS inverter 66 and the output terminal 67. The output terminal of the CMOS inverter 66 is connected to a line connecting the output terminal of the CMOS inverter 63 and the input terminal of the CMOS inverter 64.

ここで、図4を参照し、CMOSインバータ63乃至66の回路構成について説明する。上記したように、CMOSインバータ63乃至66は、それぞれ同一の回路構成であるので、ここでは、CMOSインバータ63を例に挙げて説明する。   Here, the circuit configuration of the CMOS inverters 63 to 66 will be described with reference to FIG. As described above, since the CMOS inverters 63 to 66 have the same circuit configuration, the CMOS inverter 63 will be described as an example here.

CMOSインバータ63は、PMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)81とNMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor)82から構成される。CMOSインバータ63の入力端子には、PMOS81のゲートとNMOS82のゲートとが接続されており、PMOS81のソースは、駆動電圧E2を供給する図示しない電源に接続され、NMOS82のソースは、接地される。また、PMOS81のドレインとNMOS82のドレインとが、CMOSインバータ63の出力端子に接続されている。   The CMOS inverter 63 includes a PMOS (Positive Metal Oxide Semiconductor) 81 and an NMOS (Negative Metal Oxide Semiconductor) 82. The input terminal of the CMOS inverter 63 is connected to the gate of the PMOS 81 and the gate of the NMOS 82. The source of the PMOS 81 is connected to a power supply (not shown) that supplies the drive voltage E2, and the source of the NMOS 82 is grounded. The drain of the PMOS 81 and the drain of the NMOS 82 are connected to the output terminal of the CMOS inverter 63.

また、CMOSインバータ63は、入力端子に入力される電圧に応じ、出力端子から出力される電流を制御するので、CMOSインバータ63の入力端子に供給される電圧をVとし、CMOSインバータ63の出力端子から出力される(図4に示されている矢印の方向に流れる)電流をIとすると、電圧Vと電流Iとは、次式に示す関係を有する。

Figure 2009100278
Further, since the CMOS inverter 63 controls the current output from the output terminal in accordance with the voltage input to the input terminal, the voltage supplied to the input terminal of the CMOS inverter 63 is V, and the output terminal of the CMOS inverter 63 is Assuming that the current output from (flowing in the direction of the arrow shown in FIG. 4) is I, the voltage V and the current I have the relationship shown in the following equation.
Figure 2009100278

ここで、gmはコンダクタンスを表し、コンダクタンスgmは、CMOSインバータ63が、電圧Vに応じて電流Iを制御する能力(即ち、電圧-電流変換能力)を示す値である。上述したように、CMOSインバータ63乃至66の回路構成は、いずれも同一であるので、CMOSインバータ63乃至66のそれぞれのコンダクタンスgmも同一の値である。   Here, gm represents conductance, and the conductance gm is a value indicating the ability of the CMOS inverter 63 to control the current I according to the voltage V (that is, voltage-current conversion ability). As described above, since the circuit configurations of the CMOS inverters 63 to 66 are all the same, the conductances gm of the CMOS inverters 63 to 66 are also the same value.

次に、図3に示したオペアンプ61において、入力端子62に入力される電圧Vinと、出力端子67から出力される電圧Voutについて説明する。以下の説明において、図3に示したオペアンプ61内の接続点などを、以下のように定義する。   Next, the voltage Vin input to the input terminal 62 and the voltage Vout output from the output terminal 67 in the operational amplifier 61 shown in FIG. 3 will be described. In the following description, the connection points in the operational amplifier 61 shown in FIG. 3 are defined as follows.

入力端子62に入力される電圧を、電圧Vin
出力端子67から出力される電圧を、電圧Vout
CMOSインバータ63の出力端子、CMOSインバータ64の入力端子、およびCMOSインバータ66の出力端子との接続点を、接続点e
接続点eにおける電圧を、電圧Ve
CMOSインバータ64に出力端子とCMOSインバータ65の入力端子との接続点における電圧を、電圧V1
CMOSインバータ63を流れる電流(接続点eに入力される電流)を、電流iin
CMOSインバータ66を流れる電流(接続点eに入力される電流)を、電流i2
The voltage input to the input terminal 62 is the voltage Vin
The voltage output from the output terminal 67 is the voltage Vout
A connection point between the output terminal of the CMOS inverter 63, the input terminal of the CMOS inverter 64, and the output terminal of the CMOS inverter 66 is a connection point e.
The voltage at connection point e is expressed as voltage Ve
The voltage at the connection point between the output terminal of the CMOS inverter 64 and the input terminal of the CMOS inverter 65 is the voltage V1.
The current flowing through the CMOS inverter 63 (current input to the connection point e) is changed to the current iin
The current flowing through the CMOS inverter 66 (current input to the connection point e) is changed to current i2.

このように定義したとき、まず電流iinは、以下のように表せる。すなわち、CMOSインバータ63の入力端子には、入力端子62から電圧Vinが入力され、上述した式(1)の関係を満たすことから、CMOSインバータ63の出力端子から出力される電流iinは、次式(2)で表される。

Figure 2009100278
When defined in this way, first, the current iin can be expressed as follows. That is, since the voltage Vin is input from the input terminal 62 to the input terminal of the CMOS inverter 63 and satisfies the relationship of the above-described equation (1), the current iin output from the output terminal of the CMOS inverter 63 is expressed by the following equation: It is represented by (2).
Figure 2009100278

また、CMOSインバータ66の入力端子には、出力端子67から出力される電圧Voutと等しい電圧が入力される。従って、この場合も、CMOSインバータ66は、上述した式(1)の関係を満たすことから、CMOSインバータ66の出力端子から出力される電流i2は、次式(3)で表される。

Figure 2009100278
A voltage equal to the voltage Vout output from the output terminal 67 is input to the input terminal of the CMOS inverter 66. Accordingly, in this case as well, since the CMOS inverter 66 satisfies the relationship of the above-described formula (1), the current i2 output from the output terminal of the CMOS inverter 66 is expressed by the following formula (3).
Figure 2009100278

ところで、CMOSインバータ63乃至66のそれぞれは、入力端子に入力される電圧に応じた電流を出力端子から出力する定電流源と、一端が出力端子に接続され、他端が接地されている抵抗(以下、適宜、ドレイン抵抗という)からなる等価回路として考えることができる。   Each of the CMOS inverters 63 to 66 includes a constant current source that outputs a current corresponding to a voltage input to the input terminal from the output terminal, and a resistor (one end connected to the output terminal and the other end grounded). Hereinafter, it can be considered as an equivalent circuit consisting of a drain resistance).

よって、接続点eは、CMOSインバータ63の出力端子に接続されているとみなされるドレイン抵抗と、CMOSインバータ66の出力端子に接続されているとみなされるドレイン抵抗とが並列に接続された回路を介して、接地されているとみなすことができる。従って、CMOSインバータ63乃至66のそれぞれのドレイン抵抗の抵抗値をRdとすると、接続点eは抵抗値Re(Re=Rd/2)の抵抗を介して接地されているとみなすことができる。   Therefore, the connection point e is a circuit in which a drain resistance that is considered to be connected to the output terminal of the CMOS inverter 63 and a drain resistance that is considered to be connected to the output terminal of the CMOS inverter 66 are connected in parallel. And can be regarded as being grounded. Accordingly, when the resistance value of the drain resistance of each of the CMOS inverters 63 to 66 is Rd, the connection point e can be regarded as being grounded through a resistance having a resistance value Re (Re = Rd / 2).

また、CMOSインバータ63乃至66の、それぞれの入力インピーダンスは非常に高いものであり、接続点eに接続されているCMOSインバータ64の入力端子には電流が流れ込むことはないものとすると、CMOSインバータ63の出力端子から出力される電流iin、およびCMOSインバータ66の出力端子から出力される電流i2は、接続点eに接続されているとみなされる抵抗値Reの抵抗を介して、グランドレベルに流れるとみなすことができる。このことより、接続点eの電圧Veは、次式(4)で表される。

Figure 2009100278
Further, assuming that the input impedances of the CMOS inverters 63 to 66 are very high and no current flows into the input terminal of the CMOS inverter 64 connected to the connection point e, the CMOS inverter 63. When the current iin output from the output terminal and the current i2 output from the output terminal of the CMOS inverter 66 flow to the ground level via the resistance having the resistance value Re considered to be connected to the connection point e. Can be considered. From this, the voltage Ve at the connection point e is expressed by the following equation (4).
Figure 2009100278

式(4)に、式(2)で表される電流iinと、式(3)で表される電流i2を代入し、変形すると、次式(5)となる。

Figure 2009100278
Substituting the current iin represented by the formula (2) and the current i2 represented by the formula (3) into the formula (4) and transforming, the following formula (5) is obtained.
Figure 2009100278

次に、電圧V1について考慮する。電圧V1は、CMOSインバータ64を流れる電流(ここでは、電流i1とする)と、CMOSインバータ64の抵抗により求めることができる。CMOSインバータ64の抵抗は、上記したように抵抗値Rdで表すことができるので、電圧V1は、次式(6)で表される。

Figure 2009100278
Next, the voltage V1 is considered. The voltage V1 can be obtained from the current flowing through the CMOS inverter 64 (here, the current i1) and the resistance of the CMOS inverter 64. Since the resistance of the CMOS inverter 64 can be expressed by the resistance value Rd as described above, the voltage V1 is expressed by the following equation (6).
Figure 2009100278

また同様に、電圧Voutは、CMOSインバータ65を流れる電流と、CMOSインバータ65の抵抗により求めることができる。よって、電圧Voutは、次式(7)で表される。

Figure 2009100278
Similarly, the voltage Vout can be obtained from the current flowing through the CMOS inverter 65 and the resistance of the CMOS inverter 65. Therefore, the voltage Vout is expressed by the following equation (7).
Figure 2009100278

式(7)に式(6)を代入することで、次式(8)を得ることができる。

Figure 2009100278
By substituting equation (6) into equation (7), the following equation (8) can be obtained.
Figure 2009100278

式(8)に、式(4)で求められる電圧Veを代入し、まとめることで、次式(9)を得ることができる。

Figure 2009100278
By substituting the voltage Ve obtained by the equation (4) into the equation (8) and putting it together, the following equation (9) can be obtained.
Figure 2009100278

式(9)を変形するとで、次式(10)を得ることができる。

Figure 2009100278
By transforming equation (9), the following equation (10) can be obtained.
Figure 2009100278

さらに、式(10)を変形することで、次式(11)を得ることができる。

Figure 2009100278
Furthermore, the following equation (11) can be obtained by modifying the equation (10).
Figure 2009100278

ここで、ドレイン抵抗の抵抗値Rdは、一般に、数百kΩから数十MΩであり、抵抗値Rdの3乗の値は、1に比べて非常に大きな値となる。よって、式(11)において、抵抗値Rdの3乗を含む項の値は1よりも非常に大きな値になるため、分母の“1”という数値は無視できることになる。その結果、分母と分子は、同じ値と考えられる数値となる。このようなことを考慮すると、式(11)に示したように、電圧Vinと電圧Voutの比、すなわちゲインは、−1と近似することができる。マイナスは、入力された電圧Vinと出力される電圧Voutは、位相が反転していることを意味する。   Here, the resistance value Rd of the drain resistance is generally several hundred kΩ to several tens of MΩ, and the value of the third power of the resistance value Rd is much larger than 1. Therefore, in the expression (11), the value of the term including the third power of the resistance value Rd is much larger than 1, and therefore, the numerical value “1” in the denominator can be ignored. As a result, the denominator and the numerator are values that are considered to be the same value. Considering this, the ratio of the voltage Vin to the voltage Vout, that is, the gain, can be approximated to −1 as shown in the equation (11). The minus sign means that the phase of the input voltage Vin and the output voltage Vout are inverted.

このようにして伝達関数が求められることにより、図3に示したオペアンプ61は、2端子の反転アンプとして用いることが可能であることがわかる。   By obtaining the transfer function in this way, it can be seen that the operational amplifier 61 shown in FIG. 3 can be used as a two-terminal inverting amplifier.

また、図3を再度参照するに、接続点eでは、CMOSインバータ63からの信号とCMOSインバータ66からの信号が入力され、それらの信号が加算されることになる。このCMOSインバータ66からの帰還される信号は、逆位相の信号である。よって、オペアンプ61は、この接続点eで発生する電流がつりあうように動作することになる。このことを換言するならば、バイアス点がつりあうに動作することで自動的に決定される構成とされていることになる。なお“自動的に”とは、制御を行うための特別な処理を、制御部を設けて行ったりすることなく、またユーザの手を煩わせることなく行われることを意味する。従って、図3に示したオペアンプ61は、バイアス点が自動的に決まる2端子の反転アンプである。   Referring again to FIG. 3, at the connection point e, the signal from the CMOS inverter 63 and the signal from the CMOS inverter 66 are input, and these signals are added. The signal fed back from the CMOS inverter 66 is an antiphase signal. Therefore, the operational amplifier 61 operates so that currents generated at the connection point e are balanced. In other words, the configuration is such that the bias points are automatically determined by operating in a balanced manner. Note that “automatically” means that a special process for performing control is performed without providing a control unit and without bothering the user. Therefore, the operational amplifier 61 shown in FIG. 3 is a two-terminal inverting amplifier whose bias point is automatically determined.

上記した実施の形態においては、CMOSインバータ63乃至66は、それぞれ同一のコンダクタンスgmを有するとして説明した。ここで、CMOSインバータ63のコンダクタンスgmをコンダクタンスgm3、CMOSインバータ64のコンダクタンスgmをコンダクタンスgm4、CMOSインバータ65のコンダクタンスgmをコンダクタンスgm5、および、CMOSインバータ66のコンダクタンスgmをコンダクタンスgm6とした場合、式(11)は、次式(12)のようになる。   In the above-described embodiment, the CMOS inverters 63 to 66 have been described as having the same conductance gm. Here, when the conductance gm of the CMOS inverter 63 is the conductance gm3, the conductance gm of the CMOS inverter 64 is the conductance gm4, the conductance gm of the CMOS inverter 65 is the conductance gm5, and the conductance gm of the CMOS inverter 66 is the conductance gm6. 11) is expressed by the following equation (12).

Figure 2009100278
Figure 2009100278

式(12)は、上記した式(2)乃至式(11)と同じように変形や代入を行うことで導き出すことができるので、ここでは、その説明は省略する。式(12)において、次式(13)の項は、次式(13)の関係を満たすと考えることができる。

Figure 2009100278
Since Expression (12) can be derived by performing transformation and substitution in the same manner as Expression (2) to Expression (11) described above, description thereof is omitted here. In the equation (12), it can be considered that the term of the following equation (13) satisfies the relationship of the following equation (13).
Figure 2009100278

すなわち、上記したように、ドレイン抵抗の抵抗値Rdは、一般に、数百kΩから数十MΩであるので、コンダクタンスgm3、コンダクタンスgm4、コンダクタンスgm5、および、コンダクタンスgm6は、それぞれ1よりも大きな値になると考えられる。よって、式(13)に示したように、コンダクタンスgm3×コンダクタンスgm4×コンダクタンスgm5の値は、1よりも非常に大きな値になると考えられる。   That is, as described above, since the resistance value Rd of the drain resistance is generally several hundred kΩ to several tens MΩ, the conductance gm3, the conductance gm4, the conductance gm5, and the conductance gm6 are each larger than 1. It is considered to be. Therefore, it is considered that the value of conductance gm3 × conductance gm4 × conductance gm5 is much larger than 1 as shown in Expression (13).

同様に、次式(14)の関係も満たされる。

Figure 2009100278
Similarly, the relationship of the following formula (14) is also satisfied.
Figure 2009100278

このような式(14)の関係が満たされることにより、分母における“1”という値は無視することができる。よって、式(12)は、コンダクタンスgm3乃至6と抵抗値Rdのみから構成される式と考えることができる。このようなことを考慮すると、式(12)は、次式(15)のように簡便化できる。

Figure 2009100278
By satisfying the relationship of the equation (14), the value “1” in the denominator can be ignored. Therefore, the expression (12) can be considered as an expression composed of only the conductances gm3 to 6 and the resistance value Rd. In consideration of this, the equation (12) can be simplified as the following equation (15).
Figure 2009100278

式(15)から、オペアンプ61のゲインは、CMOSインバータ63のコンダクタンスgm3と、CMOSインバータ66のコンダクタンスgm6の比で設定できることがわかる。よって、CMOSインバータ63のコンダクタンスgm3と、CMOSインバータ66のコンダクタンスgm6を可変にすることで、図3に示したオペアンプ61の構成で、可変反転アンプを構成できることになる。また、CMOSインバータ63のコンダクタンスgm3と、CMOSインバータ66のコンダクタンスgm6を固定値とした場合、その固定値を所望のゲインになるように設定すれば、所望のゲインを有するオペアンプ61を構成することができる。   From the equation (15), it can be seen that the gain of the operational amplifier 61 can be set by the ratio of the conductance gm3 of the CMOS inverter 63 and the conductance gm6 of the CMOS inverter 66. Therefore, by making the conductance gm3 of the CMOS inverter 63 and the conductance gm6 of the CMOS inverter 66 variable, a variable inverting amplifier can be configured with the configuration of the operational amplifier 61 shown in FIG. Further, when the conductance gm3 of the CMOS inverter 63 and the conductance gm6 of the CMOS inverter 66 are fixed values, the operational amplifier 61 having a desired gain can be configured by setting the fixed values to a desired gain. it can.

図3に示したオペアンプ61は、CMOSインバータ63乃至66の4個のCMOSインバータから構成される例を示したが、CMOSインバータは、4個の場合に、本発明のオペアンプ61が限定されるわけではない。本発明を適用したオペアンプ61は、偶数個(ただし、2を除く)のCMOSインバータから構成されていれば良い。すなわち、図3に示したオペアンプ61の構成に、偶数単位分だけ、さらにCMOSインバータを追加した構成とすることができる。例えば、6個のCMOSインバータや8個のCMOSインバータから、本発明を適用したオペアンプ61を構成することも可能である。   Although the operational amplifier 61 shown in FIG. 3 is composed of four CMOS inverters 63 to 66, the operational amplifier 61 of the present invention is limited to four CMOS inverters. is not. The operational amplifier 61 to which the present invention is applied may be composed of an even number (excluding 2) of CMOS inverters. That is, a configuration in which a CMOS inverter is further added to the configuration of the operational amplifier 61 shown in FIG. For example, the operational amplifier 61 to which the present invention is applied can be configured from six CMOS inverters or eight CMOS inverters.

本発明を適用したオペアンプ61には、以下のような効果がある。まず、図3に示したようにオペアンプ61は、CMOSインバータからのみ構成されている。そのため、周波数特性が良く、RF(Radio Frequency)回路にも対応可能である。また、入力ダイナミック・レンジが広く、出力ダイナミック・レンジも広い。このような効果があることから、低電圧動作に有利なオペアンプを構成できるという効果もある。さらに、図3に示したオペアンプ61は、CMOSインバータから構成されているため、低消費電力に有利なオペアンプとすることができる。   The operational amplifier 61 to which the present invention is applied has the following effects. First, as shown in FIG. 3, the operational amplifier 61 is composed only of a CMOS inverter. Therefore, it has good frequency characteristics and can be applied to an RF (Radio Frequency) circuit. In addition, the input dynamic range is wide and the output dynamic range is wide. Since there is such an effect, there is also an effect that an operational amplifier advantageous for low voltage operation can be configured. Further, since the operational amplifier 61 shown in FIG. 3 is composed of a CMOS inverter, it can be an operational amplifier advantageous in low power consumption.

また、入力部のコンダクタンスgm、すなわち、CMOSインバータ63のコンダクタンスgm3を大きくすれば、雑音指数を低く抑えることができる。そして、そのコンダクタンスgm3の値を大きくすることは可能であるので、そのような雑音指数を低く抑えるといったことは実現可能である。   Further, if the conductance gm of the input section, that is, the conductance gm3 of the CMOS inverter 63 is increased, the noise figure can be suppressed low. Since it is possible to increase the value of the conductance gm3, it is possible to suppress such a noise figure to be low.

さらに、このような効果があるため、同じ雑音指数を確保するためにかかるバイアス電流を少なくすることが可能となり、低消費化に有利なオペアンプを構成できるようになる。さらには、低電圧での動作に有利であることと、FULL―CMOSプロセスでの製作が可能であるため、デジタル‐アナログ混在チップへの有効な手段となると考えられる。そして、入力部がCMOS構成によるため、非常に高い入力インピーダンスを実現しており回路構成に非常に有利となる。   Further, since such an effect is obtained, it is possible to reduce the bias current required to ensure the same noise figure, and it is possible to configure an operational amplifier that is advantageous for low consumption. Furthermore, since it is advantageous for operation at a low voltage and can be manufactured by a FULL-CMOS process, it is considered to be an effective means for a digital-analog mixed chip. Since the input unit has a CMOS configuration, a very high input impedance is realized, which is very advantageous for the circuit configuration.

本発明のオペアンプ61には、このような効果を期待することができる。   Such an effect can be expected from the operational amplifier 61 of the present invention.

次に、オペアンプ61の構成の一部を変更することで実現されるピークホールド回路について説明を加える。図5に示したピークホールド回路101は、入力端子102、CMOSインバータ103、CMOSインバータ104、CMOSインバータ105、抵抗106、NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor)107、コンデンサ108、および出力端子109を含む構成とされている。   Next, a description will be given of a peak hold circuit realized by changing a part of the configuration of the operational amplifier 61. The peak hold circuit 101 shown in FIG. 5 includes an input terminal 102, a CMOS inverter 103, a CMOS inverter 104, a CMOS inverter 105, a resistor 106, an NMOS (n-channel metal-oxide semiconductor) 107, a capacitor 108, and an output terminal 109. It is configured to include.

入力端子102は、CMOSインバータ103の入力端子に接続されている。CMOSインバータ103の出力端子は、NMOS107のゲートに接続されている。NMOS107のソースは接地され、ドレインは抵抗106の一端、コンデンサ108の一端、CMOSインバータ105の入力端子、および出力端子109に接続されている。抵抗106の他端は、図示されていない駆動電源に接続されている。コンデンサ108の他端は、接地されている。CMOSインバータ105の出力端子は、CMOSインバータ103の出力端子とCMOSインバータ104の入力端子に接続されている。   The input terminal 102 is connected to the input terminal of the CMOS inverter 103. The output terminal of the CMOS inverter 103 is connected to the gate of the NMOS 107. The source of the NMOS 107 is grounded, and the drain is connected to one end of the resistor 106, one end of the capacitor 108, the input terminal of the CMOS inverter 105, and the output terminal 109. The other end of the resistor 106 is connected to a drive power supply (not shown). The other end of the capacitor 108 is grounded. The output terminal of the CMOS inverter 105 is connected to the output terminal of the CMOS inverter 103 and the input terminal of the CMOS inverter 104.

図3に示したオペアンプ61と図5に示したピークホールド回路101を比較するに、ピークホールド回路101は、オペアンプ61のCMOSインバータ65を、抵抗106、NMOS107、およびコンデンサ108に置き換えた構成とされている。このような構成とすることで、帰還をかけて自己バイアスが決まる動作を利用して、ピークホールド回路を実現することができる。   Comparing the operational amplifier 61 shown in FIG. 3 with the peak hold circuit 101 shown in FIG. 5, the peak hold circuit 101 has a configuration in which the CMOS inverter 65 of the operational amplifier 61 is replaced with a resistor 106, an NMOS 107, and a capacitor 108. ing. With such a configuration, a peak hold circuit can be realized using an operation in which self-bias is determined by applying feedback.

図5に示したピークホールド回路101の動作について説明する。以下の説明において、図5に示したピークホールド回路101の接続点などを、以下のように定義する。
入力端子102に入力される電圧を、電圧Vin
出力端子109から出力される電圧を、電圧Vout
CMOSインバータ103の出力端子、CMOSインバータ104の入力端子、およびCMOSインバータ105の出力端子との接続点を、接続点g
接続点gにおける電圧を、電圧Vg
CMOSインバータ103を流れる電流(接続点gに入力される電流)を、電流iin
CMOSインバータ105を流れる電流(接続点gに入力される電流)を、電流io
The operation of the peak hold circuit 101 shown in FIG. 5 will be described. In the following description, the connection points of the peak hold circuit 101 shown in FIG. 5 are defined as follows.
The voltage input to the input terminal 102 is expressed as voltage Vin
The voltage output from the output terminal 109 is the voltage Vout
A connection point between the output terminal of the CMOS inverter 103, the input terminal of the CMOS inverter 104, and the output terminal of the CMOS inverter 105 is defined as a connection point g.
The voltage at the connection point g is expressed as voltage Vg
The current flowing through the CMOS inverter 103 (current input to the connection point g) is expressed as current iin
The current flowing through the CMOS inverter 105 (current input to the connection point g) is expressed as current io

このように定義して、ピークホールド回路101の動作について説明を加える。図5に示したピークホールド回路101は、CMOSインバータ103を介した入力信号(入力電圧Vin)と、CMOSインバータ105を介して電圧Voutで帰還された信号が、接続点gで加算される。接続点gで加算されたレベルが、NMOS107のオン/オフ(ON/OFF)を制御することになる。   With this definition, the operation of the peak hold circuit 101 will be described. The peak hold circuit 101 shown in FIG. 5 adds the input signal (input voltage Vin) via the CMOS inverter 103 and the signal fed back with the voltage Vout via the CMOS inverter 105 at the connection point g. The level added at the connection point g controls the on / off (ON / OFF) of the NMOS 107.

すなわち、電圧Vinと電圧Voutとの関係で、NMOS107のオンとオフが制御される。NMOS107は、閾値Vthのスイッチとして働くことになる。また、その閾値Vthは、電圧Vinと電圧Voutとの関係で可変的に設定される値となる。   That is, on / off of the NMOS 107 is controlled by the relationship between the voltage Vin and the voltage Vout. The NMOS 107 serves as a switch for the threshold value Vth. The threshold value Vth is a value that is variably set according to the relationship between the voltage Vin and the voltage Vout.

まず、入力電圧Vinが大きいピーク電圧のときについて説明する。このとき、入力電圧Vinに対して接続点gにおける電圧Vgがつりあうようにピークホールド回路101は動作するため、電圧Voutは電圧を下げる方向に動く。よって、NMOS107のゲート電圧は上昇することになるので、NMOS107は、オンの状態となる。NMOS107がオンの状態のときには、図6に示すように、コンデンサ108からNMOS107を介して放電が行われる。図6では、太線の矢印により、この放電による電流の流れを示している。NMOS107がオンの状態のときには、出力端子109の電圧Voutは、降下することになる。   First, the case where the input voltage Vin is a high peak voltage will be described. At this time, since the peak hold circuit 101 operates such that the voltage Vg at the connection point g is balanced with the input voltage Vin, the voltage Vout moves in the direction of decreasing the voltage. Therefore, since the gate voltage of the NMOS 107 increases, the NMOS 107 is turned on. When the NMOS 107 is in an ON state, discharging is performed from the capacitor 108 via the NMOS 107 as shown in FIG. In FIG. 6, the flow of current due to this discharge is indicated by thick arrows. When the NMOS 107 is on, the voltage Vout at the output terminal 109 drops.

一方、入力電圧Vinが下がってくると、電圧Vinに対して電圧Vgがつりあうようにピークホールド回路101は動作するため、出力Voutは電圧をあげる方向に動く。よって、NMOS107のゲート電圧は下降することになるので、閾値Vth以下になるとNMOS107は、オフの状態となる。NMOS107がオフの状態のときには、図7に示すように、コンデンサ108に、図示していない電源から抵抗106を介して電力が供給され、コンデンサ108の充電が行われる。図7では、太線の矢印により、この充電による電流の流れを示している。NMOS107がオフの状態のときには、出力端子109の電圧Voutは、上昇することになる。上昇するレベル、時間は、抵抗106、コンデンサ108の時定数によって決まる。   On the other hand, when the input voltage Vin decreases, the peak hold circuit 101 operates so that the voltage Vg is balanced with the voltage Vin, so that the output Vout moves in the direction of increasing the voltage. Therefore, since the gate voltage of the NMOS 107 is lowered, the NMOS 107 is turned off when it becomes equal to or lower than the threshold value Vth. When the NMOS 107 is in an OFF state, as shown in FIG. 7, power is supplied to the capacitor 108 from a power source (not shown) via the resistor 106, and the capacitor 108 is charged. In FIG. 7, the current flow by this charge is shown by the thick arrow. When the NMOS 107 is off, the voltage Vout at the output terminal 109 rises. The rising level and time are determined by the time constants of the resistor 106 and the capacitor 108.

このようなことをさらに、図8も参照して説明する。図8において、波線Aは、入力電圧Vin の変化を表し、波線Bは、図3に示したオペアンプ61での出力電圧Voutaの変化を表し、点線Cは、図5に示したピークホールド回路101の電圧Voutの変化を表す。なお図8においては、ピークホールド回路101におけるピークホールド動作をわかりやすくするために、オペアンプ61とピークホールド回路101の波形を重ねて示している。   This will be further described with reference to FIG. In FIG. 8, a broken line A represents a change in the input voltage Vin, a broken line B represents a change in the output voltage Vouta in the operational amplifier 61 shown in FIG. 3, and a dotted line C represents the peak hold circuit 101 shown in FIG. Represents a change in the voltage Vout. In FIG. 8, the waveforms of the operational amplifier 61 and the peak hold circuit 101 are overlapped for easy understanding of the peak hold operation in the peak hold circuit 101.

時刻t1にいたるまで、NMOS107はオフの状態であり、図7に示した太線の方向に電流が流れる状態であり、コンデンサ108に図示していない電源から電力が供給され、充電される状態である。よって、出力電圧Voutは、抵抗106とコンデンサ108の時定数で上昇する状態となっている。入力電圧Vinのレベルがさらに大きくなると、それに伴って電圧Vgとつりあうように出力電圧Voutが下がる方向に制御され、NMOS107のゲート電圧が上がる。そのため、時刻t1のときNMOS107は、オフの状態からオンの状態に切り替わり、図6に示した太線の方向に電流が流れる状態になり、コンデンサ108からの放電が開始される状態に移行する。   Until the time t1, the NMOS 107 is in an off state, a current flows in the direction of the thick line shown in FIG. 7, and power is supplied from a power source (not shown) to the capacitor 108 and charged. . Therefore, the output voltage Vout is in a state of increasing with the time constant of the resistor 106 and the capacitor 108. When the level of the input voltage Vin is further increased, the output voltage Vout is controlled so as to be balanced with the voltage Vg, and the gate voltage of the NMOS 107 is increased. Therefore, at the time t1, the NMOS 107 is switched from the off state to the on state, the current flows in the direction of the thick line shown in FIG. 6, and the discharge from the capacitor 108 is started.

入力電圧Vinが下がり始める時刻t2のとき、入力電圧Vinに対して出力電圧Voutは上がる方向に動く。、その結果、NMOS107のゲート電圧が下がり、NMOS107は、オンの状態からオフの状態に切り替わり、コンデンサ108に充電が開始される状態となる。   At time t2 when the input voltage Vin starts to decrease, the output voltage Vout moves in the increasing direction with respect to the input voltage Vin. As a result, the gate voltage of the NMOS 107 is lowered, the NMOS 107 is switched from the on state to the off state, and charging of the capacitor 108 is started.

時刻t2から時刻t3までの間、入力電圧Vinは変動するが、時刻t1のピーク以上の電圧を越えないため、NMOS107はオフの状態が維持され、コンデンサ108への充電が維持される。   The input voltage Vin varies from time t2 to time t3, but does not exceed the voltage equal to or higher than the peak at time t1, so that the NMOS 107 is kept off and the capacitor 108 is kept charged.

時刻t3のとき、入力電圧Vinが次のピーク電圧であり、Vgにつりあうように出力電圧Voutは下がる方向に制御され、NMOS107は、オフの状態からオンの状態に切り換えられる。NMOS107がオンの状態となることで、図6に示した太線の方向に電流が流れる状態になり、コンデンサ108からの放電が開始される。   At time t3, the input voltage Vin is the next peak voltage, and the output voltage Vout is controlled to decrease so as to match Vg, and the NMOS 107 is switched from the off state to the on state. When the NMOS 107 is turned on, a current flows in the direction of the thick line shown in FIG. 6, and discharge from the capacitor 108 is started.

以下、同様に、時刻t4で、NMOS107がオフの状態に切り換えられ、時刻t5で、オンの状態に切り換えられ、時刻t6でオフの状態に切り換えられる。   Similarly, at time t4, the NMOS 107 is switched off, at time t5, switched on, and at time t6, switched off.

このように、ピークホールド回路101からの出力電圧Voutは、現時点までの入力信号のピークを検出し、保持し、さらに次のピーク電圧がきたときにNMOS107がオンとなることで、ピークホールド回路101は、入力信号のピークのレベルを検出する。このように、ピークホールド回路101では、NMOS107のオン、オフによって、ピークホールドが実現される。   As described above, the output voltage Vout from the peak hold circuit 101 detects and holds the peak of the input signal up to the present time, and when the next peak voltage comes, the NMOS 107 is turned on. Detects the peak level of the input signal. Thus, in the peak hold circuit 101, peak hold is realized by turning on and off the NMOS 107.

図5に示したピークホールド回路101は、図3に示したオペアンプ61を変形することで、構成することができることは、既に説明した。よって、オペアンプ61に期待できる効果を、ピークホールド回路101にも期待でき、ピークホールド回路101においても、上記したオペアンプ61における効果を得ることができる。   As described above, the peak hold circuit 101 shown in FIG. 5 can be configured by modifying the operational amplifier 61 shown in FIG. Therefore, the effect expected from the operational amplifier 61 can also be expected from the peak hold circuit 101, and the effect of the operational amplifier 61 described above can also be obtained from the peak hold circuit 101.

なお、NMOS107で構成されるスイッチを、PMOSで構成されるスイッチとしても良い。すなわち、NMOS107の代わりにPMOSを用いても良い。PMOSを用いた場合、上述したNMOS107を用いたときと逆極性のピークが検出できるようになる。   Note that the switch constituted by the NMOS 107 may be a switch constituted by the PMOS. That is, a PMOS may be used instead of the NMOS 107. When the PMOS is used, a peak having a polarity opposite to that when the NMOS 107 is used can be detected.

図5に示したピークホールド回路101は、CMOSインバータ103乃至105の3個のCMOSインバータを含む構成される例を示したが、CMOSインバータは、3個の場合に、本発明のピークホールド回路101が限定されるわけではない。本発明を適用したピークホールド回路103は、奇数個(ただし、1を除く)のCMOSインバータから構成されていれば良い。換言すれば、図5に示したピークホールド回路101の構成に、偶数単位分だけ、さらにCMOSインバータを追加した構成とすることができる。例えば、5個のCMOSインバータや7個のCMOSインバータを含む、本発明を適用したピークホールド回路101を構成することも可能である。   Although the peak hold circuit 101 shown in FIG. 5 is configured to include three CMOS inverters, CMOS inverters 103 to 105, the peak hold circuit 101 of the present invention is used when there are three CMOS inverters. Is not limited. The peak hold circuit 103 to which the present invention is applied only needs to be composed of an odd number (however, excluding 1) of CMOS inverters. In other words, a configuration in which a CMOS inverter is further added to the configuration of the peak hold circuit 101 shown in FIG. For example, it is also possible to configure the peak hold circuit 101 to which the present invention is applied, including five CMOS inverters and seven CMOS inverters.

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

従来のゲインコントロール回路の一例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an example of the conventional gain control circuit. 従来のオペアンプの一例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an example of the conventional operational amplifier. 本発明を適用したオペアンプの一実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of one Embodiment of the operational amplifier to which this invention is applied. CMOSインバータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a CMOS inverter. 本発明を適用したピークホールド回路の一実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of one Embodiment of the peak hold circuit to which this invention is applied. NMOSがオンのときの電流の流れについて説明する図である。It is a figure explaining the flow of an electric current when NMOS is on. NMOSがオフのときの電流の流れについて説明する図である。It is a figure explaining the flow of an electric current when NMOS is OFF. ピークホールド回路におけるNMOSのオン、オフについて説明する図である。It is a figure explaining ON / OFF of NMOS in a peak hold circuit.

符号の説明Explanation of symbols

63乃至66 CMOSインバータ, 103乃至105 CMOSインバータ, 106 抵抗, 107 NMOS, 108 コンデンサ   63 to 66 CMOS inverter, 103 to 105 CMOS inverter, 106 resistor, 107 NMOS, 108 capacitor

Claims (8)

入力端子に入力された電圧を反転して出力端子から出力する第1乃至第3の半導体素子を含むピークホールド回路であって、
前記第1の半導体素子の入力端子に、外部からの入力される信号を入力する端子が接続され、
前記第1の半導体素子の出力端子に、前記第2の半導体素子の入力端子と、前記第3の半導体素子の出力端子が接続され、
前記第2の半導体素子の出力端子に、前記第1の半導体素子乃至第3の半導体素子とは異なる構成とされている第4の半導体素子のゲートが接続され、
第4の半導体素子のドレインに、抵抗の一端、コンデンサの一端、前記第3の半導体素子の入力端子、および外部に信号を出力する出力端子が接続されている
ピークホールド回路。
A peak hold circuit including first to third semiconductor elements that invert a voltage input to an input terminal and output from an output terminal,
A terminal for inputting an externally input signal is connected to the input terminal of the first semiconductor element,
The output terminal of the first semiconductor element is connected to the input terminal of the second semiconductor element and the output terminal of the third semiconductor element,
The output terminal of the second semiconductor element is connected to the gate of a fourth semiconductor element having a different configuration from the first semiconductor element to the third semiconductor element,
A peak hold circuit, wherein one end of a resistor, one end of a capacitor, an input terminal of the third semiconductor element, and an output terminal for outputting a signal to the outside are connected to the drain of the fourth semiconductor element.
前記第1の半導体素子乃至第3の半導体素子は、一対のPMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)とNMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor)とから構成されるCCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)である
請求項1に記載のピークホールド回路。
The first semiconductor element to the third semiconductor element are CCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) configured by a pair of PMOS (Positive Metal Oxide Semiconductor) and NMOS (Negative Metal Oxide Semiconductor). Peak hold circuit.
前記第4の半導体素子は、NMOSまたはPMOSである
請求項1に記載のピークホールド回路。
The peak hold circuit according to claim 1, wherein the fourth semiconductor element is an NMOS or a PMOS.
前記第1の半導体素子乃至第3の半導体素子と同じ半導体素子を、偶数単位分だけさらに加えた構成とされる
請求項1に記載のピークホールド回路。
The peak hold circuit according to claim 1, wherein the same semiconductor element as the first to third semiconductor elements is further added by an even number unit.
入力端子に入力された電圧を反転して出力端子から出力する半導体素子を複数備えるオペアンプであって、
第1の半導体素子の入力端子に、外部からの入力される信号を入力する端子が接続され、
前記第1の半導体素子の出力端子に、第2の半導体素子の入力端子が接続され、
前記第2の半導体素子の出力端子に、第3の半導体素子の入力端子が接続され、
前記第3の半導体素子の出力端子に、第4の半導体素子の入力端子と、外部に信号を出力する出力端子が接続され、
前記第4の半導体素子の出力端子に、前記第1の半導体素子の出力端子と、前記第2の半導体素子の入力端子が接続されている
オペアンプ。
An operational amplifier comprising a plurality of semiconductor elements that invert the voltage input to the input terminal and output from the output terminal,
A terminal for inputting a signal input from the outside is connected to the input terminal of the first semiconductor element,
An input terminal of a second semiconductor element is connected to an output terminal of the first semiconductor element;
An input terminal of a third semiconductor element is connected to an output terminal of the second semiconductor element;
An output terminal of the fourth semiconductor element and an output terminal for outputting a signal to the outside are connected to the output terminal of the third semiconductor element,
An operational amplifier in which an output terminal of the first semiconductor element and an input terminal of the second semiconductor element are connected to an output terminal of the fourth semiconductor element.
前記第1の半導体素子乃至第4の半導体素子は、一対のPMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)とNMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor)とから構成されるCCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)である
請求項5に記載のピークホールド回路。
The first semiconductor element to the fourth semiconductor element are CCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) configured by a pair of PMOS (Positive Metal Oxide Semiconductor) and NMOS (Negative Metal Oxide Semiconductor). Peak hold circuit.
前記第1の半導体素子乃至第4の半導体素子と同じ半導体素子を、偶数単位分だけさらに加えた構成とされる
請求項5に記載のピークホールド回路。
The peak hold circuit according to claim 5, wherein the same semiconductor element as the first to fourth semiconductor elements is further added by an even number unit.
コンダクタンスがそれぞれ異なる前記第1の半導体素子乃至第4の半導体素子で構成され、
前記第1の半導体素子のコンダクタンスと前記第4の半導体素子のコンダクタンスとの比で、ゲインが決定される
請求項5に記載のオペアンプ。
The first to fourth semiconductor elements having different conductances are configured,
The operational amplifier according to claim 5, wherein the gain is determined by a ratio of conductance of the first semiconductor element and conductance of the fourth semiconductor element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015053607A (en) * 2013-09-06 2015-03-19 ソニー株式会社 Current-voltage conversion circuit, optical reception device and optical transmission system

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