JP2011061789A - 差動増幅器入力回路のための適応同相モードバイアス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 回路は、同相モード検出回路、同相モード電圧反転回路、及び差動増幅器を有する。同相モード検出回路は、差動信号を受信し、同相モード電圧を検出する。同相モード電圧反転回路は、同相モード検出回路に結合される。同相モード電圧反転回路は、同相モード電圧を受信する入力ノード、及びボディ電圧を出力する出力ノードを有し、同相モード電圧反転回路は、同相モード電圧とボディ電圧との間に逆相関を作り出す。差動増幅器は、同相モード電圧反転回路の出力ノードに結合される一対のボディ端子を有する、トランジスタの差動対を含む。
【選択図】 図1
Description
逆相関の傾きは、基準電圧306に対して−R2/R1に等しい。
式中、VT0406はVBS=0の場合の閾値電圧であり、γはボディ効果パラメータであり、
はトランジスタの表面電位である。
これは、ボディ・ソース間電圧404を同相モード電圧304に代入したボディ効果式であり、式中、VGSはトランジスタのゲート・ソース間電圧であり、同相モード電圧304から、図2における入力トランジスタ224及び222のような例示的な実施形態による回路におけるトランジスタのソース電圧を差し引いたものに等しい。次に、前式を、図2におけるボディバイアス回路250におけるようなR1、R2及びVrefに関して整理することで、以下の式が得られる。
この式は、さらに、上述の利得パラメータのような回路の最適化に対する制御を与える。これらの式は、VTHに対するVGS依存性のわずかな影響を無視しているので、近似式である。
式中、VDSは、トランジスタの両端間のドレイン・ソース間電流を表し、βはプロセス・パラメータである。図5に示されるように、閾値電圧402は入力同相モード電圧304が増大するにつれて増大するので、ゲート・ソース間電圧602が増大する。ゲート・ソース間電圧602が増大すると、ドレイン・ソース間電圧が増大するので、高い同相モードにおいて、図2における入力トランジスタ224及び222のような入力トランジスタのバイアスが改善される。逆に、より低い同相モード電圧304では、閾値電圧402は減少し、これが、入力トランジスタ224及び222のゲート・ソース間電圧602を減少させる。ゲート・ソース間電圧602が減少すると、図2におけるトランジスタ244のような電流源のドレイン・ソース間電圧が増大するので、低い同相モードにおいて、電流源のバイアスが改善される。これらの式もまた、VTHに対するVGS依存性のわずかな影響を無視しているので近似式である。
102:同相モード検出回路
104、208、304:同相モード電圧
106:同相モード反転回路
108、220、302、704、804:ボディ電圧
110、252、700:差動増幅器
114:出力信号
116:回路システム
202、204、214、215:抵抗器
206:キャパシタ
212:演算増幅器
218、306:基準電圧
222、224、722、724:入力トランジスタ
234、240:出力ノード
236、238:負荷抵抗器
242:供給電圧
244、744:トランジスタ
248、710:テール電流
250:ボディバイアス回路
402:閾値電圧
404:ボディ・ソース間電圧
Claims (20)
- 差動信号を受信し、同相モード電圧を検出するための同相モード検出回路と、
前記同相モード検出回路に結合された同相モード電圧反転回路であって、前記同相モード電圧を受信するための入力ノードとボディ電圧を出力するための出力ノードとを有し、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間に逆相関を作り出す、同相モード電圧反転回路と、
前記同相モード電圧反転回路の前記出力ノードに結合された一対のボディ端子を有するトランジスタの差動対を含む、差動増幅器と
を含む回路。 - 前記同相モード検出回路が、前記受信された差動信号の前記同相モード電圧を検出するための、一対の並列抵抗とフィルタリング・キャパシタとを含む、請求項1に記載の回路。
- 前記同相モード電圧反転回路が、
前記入力ノードに結合された入力抵抗を有する入力抵抗器と、
前記入力抵抗器と前記出力ノードとの間に結合されたフィードバック抵抗を有するフィードバック抵抗器と、
基準電圧と
を含む、請求項2に記載の回路。 - 前記入力抵抗、前記フィードバック抵抗及び前記基準電圧が、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間に所望の逆相関を作り出すように、前記一対の並列抵抗器によって検出される前記同相モード電圧に基づいて調整される、請求項3に記載の回路。
- 前記トランジスタの差動対が、飽和モードで動作するために閾値電圧を要求すること、
前記ボディ電圧が、前記トランジスタの差動対の前記閾値電圧を調整すること、
前記差動増幅器が、前記差動信号を受信すること、及び
前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間の前記所望の逆相関が、前記受信された差動信号の前記検出された同相モード電圧に対して、前記トランジスタの差動対が前記飽和モードで動作することを可能にすること
をさらに含む、請求項4に記載の回路。 - 前記同相モード検出回路によって検出される所与の範囲の電圧に対して前記飽和モードで動作する前記トランジスタの差動対が、前記差動増幅器の同相モード範囲を拡張する、請求項5に記載の回路。
- 前記同相モード電圧が反転演算増幅器を通過することで、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間に前記逆相関が作り出される、請求項3に記載の回路。
- 前記差動増幅器が、前記差動信号を受信し、増大した又は減少した電圧信号を出力するための可変利得増幅器である、請求項7に記載の回路。
- 差動増幅器の同相モード範囲を拡張するための方法であって、
同相モード検出回路において差動信号を受信すること、
前記同相モード検出回路から同相モード電圧を出力すること、
前記同相モード検出回路に結合された同相モード電圧反転回路の入力ノードにおいて前記同相モード電圧を受信すること、
前記同相モード電圧反転回路の出力ノードにおいてボディ電圧を出力することであって、前記同相モード電圧反転回路が、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間に逆相関を作り出すこと、及び
前記同相モード電圧反転回路の前記出力ノードを前記差動増幅器のトランジスタの差動対の一対のボディ端子に結合すること
を含む方法。 - 前記同相モード検出回路が、一対の並列抵抗器とフィルタリング・キャパシタとを含み、前記方法が、
前記一対の並列抵抗器及び前記フィルタリング・キャパシタによって、前記受信された差動信号の前記同相モード電圧を検出すること
をさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 前記同相モード電圧反転回路が、入力抵抗を有する入力抵抗器と、フィードバック抵抗を有するフィードバック抵抗器と、基準電圧とを含み、前記方法が、
前記入力抵抗器を前記入力ノードに結合すること、及び
前記入力抵抗器と前記出力ノードとの間に前記フィードバック抵抗器を結合すること
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記入力抵抗、前記フィードバック抵抗及び前記基準電圧を、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間に所望の逆相関を作り出すように、前記一対の並列抵抗器によって検出される前記同相モード電圧に基づいて調整すること
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記トランジスタの差動対が飽和モードで動作するために、前記トランジスタの差動対の閾値電圧を要求すること、
前記ボディ電圧によって、前記トランジスタの差動対の前記閾値電圧を調整すること、
前記差動増幅器によって、前記差動信号を受信すること、及び
前記トランジスタの差動対によって、前記受信された差動信号の前記検出された同相モード電圧に対して前記飽和モードで動作することであって、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間の前記所望の逆相関が、前記検出された同相モード電圧に対して前記飽和モードでの動作を可能にすること
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - 前記同相モード検出回路によって検出される所与の範囲の電圧に対して前記飽和モードで動作する前記トランジスタの差動対によって、前記差動増幅器の同相モード範囲を拡張することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記同相モード電圧を反転演算増幅器に通すことによって、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間に前記逆相関が作り出される、請求項10に記載の方法。
- 前記差動増幅器が、前記差動信号を受信し、増大した又は減少した電圧信号を出力するための可変利得増幅器である、請求項15に記載の方法。
- 差動信号を受信するための装置であって、
前記差動信号を受信し、かつ同相モード電圧を検出するための、一対の並列抵抗器及びフィルタリング・キャパシタと、
入力抵抗器とフィードバック抵抗器と基準電圧とを有する反転演算増幅器であって、該反転演算増幅器は、前記同相モード電圧を受信し、かつボディ電圧を出力するためのものであり、前記同相モード電圧は前記ボディ電圧に対して逆相関を有し、前記逆相関は、前記入力抵抗器、前記フィードバック抵抗器及び前記基準電圧のための値の組に基づいて制御される、反転演算増幅器と、
一対のボディ端子を有するトランジスタの差動対を含む差動増幅器であって、前記一対のボディ端子が、前記反転演算増幅器の出力ノードに結合され、前記ボディ電圧を受信する、差動増幅器と
を含む装置。 - 前記トランジスタの差動対が、飽和モードで動作するために閾値電圧を要求すること、
前記ボディ電圧が、調整される前記トランジスタの差動対の前記閾値電圧を調整すること、
前記差動増幅器が、前記差動信号を受信すること、
前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間の前記逆相関が、前記受信された差動信号の前記検出された同相モード電圧に対して、前記トランジスタの差動対が前記飽和モードで動作することを可能にすること、
検出される所与の範囲の電圧に対して前記飽和モードで動作する前記トランジスタの差動対が、前記装置の同相モード範囲を拡張すること、及び
前記差動増幅器が、前記差動信号を受信し、増大した又は減少した電圧信号を出力するための可変利得増幅器であること
をさらに含む、請求項17に記載の装置。 - 前記差動増幅器の電流源をさらに含み、前記電流源は、ドレイン端子を有するテールトランジスタを含み、前記ドレイン端子は、前記トランジスタの差動対のソース端子に結合され、前記差動信号の低い同相モード電圧を検出することに応答して、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間の前記逆相関が前記テールトランジスタのドレイン・ソース間電圧を上昇させる、請求項17に記載の装置。
- 前記差動増幅器の電流源をさらに含み、前記電流源は、ドレイン端子を有するテールトランジスタを含み、前記ドレイン端子は前記トランジスタの差動対のソース端子に結合され、前記差動信号の高い同相モード電圧を検出することに応答して、前記同相モード電圧と前記ボディ電圧との間の前記逆相関が前記テールトランジスタのドレイン・ソース間電圧を低下させる、請求項17に記載の装置。
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