JP2019009705A - Amplifier circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、増幅回路に関する。 The present invention relates to an amplifier circuit.
従来、差動増幅回路は、回路を構成する素子のミスマッチ等により、出力オフセット電圧が発生することがあった。例えば、増幅回路の負荷抵抗が数Ωと小さい場合、このようなオフセット電圧が生じると、DC電流が定常的に流れ、消費電流が増大してしまうことになる。また、出力電圧精度が必要な場合、このようなオフセット電圧が誤差の原因となってしまうことがある。また、当該オフセット電圧は、差動増幅回路毎にその大きさが異なって発生するので、回路毎に調整しなければならなかった。 Conventionally, in the differential amplifier circuit, an output offset voltage may be generated due to mismatch of elements constituting the circuit. For example, when the load resistance of the amplifier circuit is as small as several Ω, when such an offset voltage occurs, a DC current flows constantly and the current consumption increases. Further, when output voltage accuracy is required, such an offset voltage may cause an error. Further, since the offset voltage is generated with a different magnitude for each differential amplifier circuit, it has to be adjusted for each circuit.
このような課題を解決するため、差動増幅回路の出力オフセットをキャンセルする技術が参考文献1、参考文献2に開示されている。参考文献1は、キャパシタとスイッチを用いて電圧のモニターと蓄積を行い、スイッチング動作を行うことで出力オフセットの発生を低減することが記載されている。参考文献2は、コンパレータとDAC回路を備え、出力オフセットが最小となるDAC設定を探し、デジタル的に制御することで出力オフセットの発生を低減することが記載されている。
特許文献1 特開2007−228388号公報
特許文献2 特開2012−156936号公報
In order to solve such problems, techniques for canceling the output offset of the differential amplifier circuit are disclosed in Reference Document 1 and Reference Document 2. Reference 1 describes that the occurrence of an output offset is reduced by performing switching operation by monitoring and accumulating voltage using a capacitor and a switch. Reference 2 describes that a comparator and a DAC circuit are provided, and the occurrence of an output offset is reduced by searching for a DAC setting that minimizes the output offset and performing digital control.
Patent Document 1 JP 2007-228388 A Patent Document 2 JP 2012-156936 A
しかしながら、スイッチを用いる場合、スイッチング動作によってノイズが発生することがある。また、コンパレータおよびDAC回路を用いる場合、予め設定された動作を実行することになるので、リアルタイムのオフセットキャンセルを実行することが困難になってしまう。例えば、オフセット電圧は、温度および電源電圧等の変動に伴って変化することがあり、このようなオフセット電圧の変化に対応してキャンセルすることができなくなってしまう。 However, when a switch is used, noise may occur due to the switching operation. In addition, when a comparator and a DAC circuit are used, a preset operation is executed, so that it becomes difficult to execute real-time offset cancellation. For example, the offset voltage may change with changes in temperature, power supply voltage, etc., and cannot be canceled in response to such a change in offset voltage.
なお、このようなオフセットキャンセル回路等を用いずに、DCカットコンデンサを直列に挿入することで、出力オフセットの伝搬を遮断することも考えられる。しかしながら、差動増幅回路がオーディオアンプ等のように、数十Hz〜数十kHzの帯域を増幅し、また、次段のインピーダンスが小さい場合等は、容量値の大きいコンデンサが必要となるので、差動増幅回路の回路規模と比較してコンデンサの設置面積が増加してしまう。 It is also conceivable to block the propagation of the output offset by inserting a DC cut capacitor in series without using such an offset cancel circuit or the like. However, the differential amplifier circuit amplifies a band of several tens of Hz to several tens of kHz like an audio amplifier and the like, and when the impedance of the next stage is small, a capacitor having a large capacitance value is necessary. The installation area of the capacitor increases as compared with the circuit scale of the differential amplifier circuit.
本発明の第1の態様においては、直列に接続された第1トランジスタおよび第2トランジスタを含む出力回路と、第1トランジスタのゲート端子に供給される第1ゲート電圧および第2トランジスタのゲート端子に供給される第2ゲート電圧に基づき、出力回路の出力信号に含まれるオフセット電流に対応する電圧を抽出する抽出回路と、オフセット電流に対応する電圧の大きさに応じて、出力回路の出力信号に含まれるオフセット電流を調整する調整回路とを備える増幅回路を提供する。 In the first aspect of the present invention, an output circuit including a first transistor and a second transistor connected in series, a first gate voltage supplied to the gate terminal of the first transistor, and a gate terminal of the second transistor Based on the supplied second gate voltage, an extraction circuit that extracts a voltage corresponding to the offset current included in the output signal of the output circuit, and an output signal of the output circuit according to the magnitude of the voltage corresponding to the offset current An amplifier circuit is provided that includes an adjustment circuit that adjusts an offset current contained therein.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、増幅回路100の一例を示す。増幅回路100は、差動入力の増幅回路を有し、入力電圧Viを増幅した増幅信号を出力電圧Voとして出力する。図1は、増幅回路100が負荷20を介してコモン電圧Vcomに接続され、負荷20に出力電圧Voおよびコモン電圧Vcomの電位差を供給する例を示す。なお、負荷20は、抵抗成分を有する素子でよい。コモン電圧Vcomは、予め定められた電圧でよく、一例として、電源電圧VDDの略半分の電圧VDD/2である。増幅回路100は、入力端子12と、出力端子14と、入力回路110と、出力回路120とを備える。
FIG. 1 shows an example of the
入力端子12は、入力電圧Viを入力する。出力端子14は、出力電圧Voを出力する。入力回路110は、差動入力信号に応じて2つのシングルエンド出力信号を出力する。図1は、差動入力信号の正側信号をVipとし、負側信号をVinとした例を示す。なお、図1は、差動入力信号の正側信号Vipが、入力電圧Viである例を示す。また、図1は、第1のシングルエンド出力信号をVon1とし、第1のシングルエンド出力信号をレベルシフトした第2のシングルエンド出力信号をVon2とした例を示す。
The
入力回路110は、増幅器112を有する。増幅器112は、差動入力信号を増幅する。増幅器112は、差動入力のオペアンプを含んでよい。入力回路110は、2つのシングルエンド出力信号を出力回路120に供給する。
The
出力回路120は、2つのシングルエンド出力信号に応じて、出力電圧Voを出力する。出力回路120は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124を有する。第1トランジスタ122および第2トランジスタ124は、電源VDDおよび基準電位30の間において、直列に接続される。例えば、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124がFETの場合、第1トランジスタ122のソース端子が電源VDDに接続され、ドレイン端子が第2トランジスタ124のドレイン端子に接続される。また、第2トランジスタ124のソース端子は、基準電位30に接続される。なお、基準電位30は、グラウンド電位でよく、一例として、0Vである。
The
また、第1トランジスタ122のゲート端子には、第1のシングルエンド出力信号Von1が供給され、第2トランジスタ124のゲート端子には、第2のシングルエンド出力信号Von2が供給される。第1トランジスタ122は、PMOSトランジスタでよく、第2トランジスタ124は、NMOSトランジスタでよい。出力回路120は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124の間から出力電圧Voを出力する。なお、出力電圧Voは、差動入力信号の負側信号Vinとして、入力回路110にフィードバックされる。
The first single-ended output signal Von1 is supplied to the gate terminal of the
即ち、増幅回路100は、出力電圧Voが入力電圧Viと略同一となるように制御され、ボルテージフォロワとして動作する。このような増幅回路100は、出力電圧Voにオフセット電圧が生じていない理想的な動作状態の場合、負荷20には定常的な電流がほとんど流れない。しかしながら、回路を構成する素子のミスマッチ、環境変動、および経時変化等により、出力電圧Voにオフセット電圧が重畳してしまうことがある。この場合、入力電圧Viのコモン電圧をVcomとしたとき、負荷20にオフセット電圧に応じた電流が定常的に流れ、増幅回路100の消費電力が増加してしまう。また、オフセット電圧は、増幅回路100の出力電圧Voの誤差成分となって精度の低下を引き起こすことがある。
In other words, the
このようなオフセット電圧を低減させる場合、当該オフセット電圧は増幅回路100毎に異なるので、増幅回路100毎に回路定数等を調整しなければならない。また、オフセット電圧が継時変化に伴って発生する場合、時間の経過に応じて回路定数等を調整しなければならない。また、オフセット電圧が環境変動に伴って発生する場合、当該環境変動に応じてリアルタイムで回路定数等を調整しなければならないこともある。
When reducing such an offset voltage, the offset voltage differs from one
そこで、本実施形態に係る増幅回路は、スイッチング動作を用いずに、簡便な回路構成によりオフセット電圧の低減をリアルタイムで実行可能とする。このような増幅回路について、次に説明する。 Therefore, the amplifier circuit according to the present embodiment can reduce the offset voltage in real time with a simple circuit configuration without using a switching operation. Such an amplifier circuit will be described next.
図2は、本実施形態に係る増幅回路200の構成例を示す。本実施形態に係る増幅回路200において、図1に示された増幅回路100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。増幅回路200は、入力端子12と、出力端子14と、入力回路110と、出力回路120と、抽出回路210と、調整回路220とを備える。
FIG. 2 shows a configuration example of the
入力端子12、出力端子14、入力回路110、および出力回路120は、図1で説明した動作と同様に、ボルテージフォロワとして動作する。即ち、図1および図2に示す入力回路110および出力回路120は、それぞれゲイン段を構成し、2段のAB級差動増幅回路として動作する例を示す。この場合、入力電圧Viのコモン電圧をVcomとし、入力回路110の差動入力信号の正側信号Vipが負側信号Vinと等しい場合(Vip=Vin)、理想的には、出力回路120の出力電圧Voがコモン電圧Vcomと略一致する(Vo=Vcom)。即ち、負荷20に流れる直流電流は零となる。
The
しかしながら、実際の入力回路110および出力回路120は、オフセット電圧が発生するので、Vo=Vcom+Vofsとなる。ここで、オフセット電圧をVofsとした。例えば、入力電圧Viがコモン電圧Vcomを基準とした正弦波信号の場合、Vi=Vcom+A・sin(ωt)と表すことができ、出力電圧Voは、Vo=Vcom+A・sin(ωt)+Vofsとなる。このようなオフセット電圧Vofsにより、負荷20に直流電流であるオフセット電流Iofsが流れることになる。ここで、負荷20の抵抗値をR0とすると、オフセット電流Iofsは、Vofs/R0となる。即ち、負荷20の抵抗値R0が小さくなると、消費電力が増大する。
However, in the
抽出回路210は、出力回路120の出力信号に含まれるオフセット電流Iofsに対応する電圧を抽出する。抽出回路210は、第1トランジスタ122のゲート端子に供給される第1ゲート電圧および第2トランジスタ124のゲート端子に供給される第2ゲート電圧に基づき、オフセット電流Iofsに対応する電圧を抽出する。
The
ここで、オフセット電流Iofsが零ではない場合、出力電圧Voを正側から駆動する第1トランジスタ122に流れる直流電流と、負側から駆動する第2トランジスタ124に流れる直流電流との間に差異が発生することになる。抽出回路210は、このような直流電流の差異に対応する電圧を抽出する。抽出回路210は、第3トランジスタ212と、第4トランジスタ214と、第1フィルタ216と、第2フィルタ218とを有する。
Here, when the offset current Iofs is not zero, there is a difference between the direct current flowing through the
第3トランジスタ212は、第1ゲート電圧がゲート端子に供給される。第3トランジスタ212は、第1トランジスタ122に対応し、例えば、第1トランジスタ122と同様のPMOSトランジスタである。第4トランジスタ214は、第2ゲート電圧がゲート端子に供給される。第4トランジスタ214は、第2トランジスタ124に対応し、例えば、第2トランジスタ124と同様のNMOSトランジスタである。
In the
第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、電源VDDおよび基準電位30の間において、直列に接続される。第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、例えば、第3トランジスタ212のソース端子が電源VDDに接続され、ドレイン端子が第4トランジスタ214のドレイン端子に接続される。また、第4トランジスタ214のソース端子は、基準電位30に接続される。
The
第3トランジスタ212の素子サイズは、第1トランジスタ122の素子サイズと略同一であることが望ましい。この場合、第4トランジスタ214の素子サイズは、第2トランジスタ124の素子サイズと略同一であることが望ましい。即ち、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124のレプリカとして動作することが望ましい。
The element size of the
また、抽出回路210は、第1トランジスタ122の素子サイズに対する第3トランジスタ212の素子サイズの比と、第2トランジスタ124の素子サイズに対する第4トランジスタ214の素子サイズの比とが、同一になるように、第3トランジスタ212、および第4トランジスタ214が形成されてよい。一例として、第3トランジスタ212の素子サイズが第1トランジスタ122の素子サイズの1/10程度に、第4トランジスタ214の素子サイズが第2トランジスタ124の素子サイズの1/10程度に、それぞれ形成される。
In addition, the
このように、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124のスケーリングされたレプリカとして動作してもよい。抽出回路210は、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214の間の電圧を、調整回路220に供給する。
As such, the
第1フィルタ216は、直流成分を通過させる。第1フィルタ216は、例えば、当該増幅回路200に入力する入力電圧Vi=Vcom+A・sin(ωt)のうち、直流成分Vcomを通過させて交流成分A・sin(ωt)の通過を阻止する、ローパスフィルタとして機能する。第1フィルタ216は、第1トランジスタ122のゲート端子および第3トランジスタ212のゲート端子の間に設けられる。即ち、第3トランジスタ212は、第1フィルタ216を介して、第1ゲート電圧がゲート端子に供給される。
The
第2フィルタ218は、直流成分を通過させる。第2フィルタ218は、第1フィルタと略同一の回路でよい。第2フィルタ218は、第2トランジスタ124のゲート端子および第4トランジスタ214のゲート端子の間に設けられる。即ち、第4トランジスタ214は、第2フィルタ218を介して、第2ゲート電圧がゲート端子に供給される。
The
このように、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124のレプリカとして動作する第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、第1ゲート電圧および第2ゲート電圧の直流成分がゲート電圧としてそれぞれ供給される。したがって、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124の出力信号のうち、直流成分であるオフセット電流Iofsに対応する電圧を抽出して出力することができる。
As described above, the
即ち、抽出回路210は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124にそれぞれ流れる直流電流に対応する信号を抽出して比較することができる。例えば、第1トランジスタ122の直流電流の方が第2トランジスタ124の直流電流よりも大きい場合、第3トランジスタ212に流れる直流電流は、第4トランジスタ214に流れる直流電流よりも大きくなる。即ち、抽出回路210が出力する電圧は、第1トランジスタ122に流れる直流電流が第2トランジスタ124に流れる直流電流よりも大きいほど、VDD側により近い電圧となる。
That is, the
また、例えば、第1トランジスタ122の直流電流の方が第2トランジスタ124の直流電流よりも小さい場合、第3トランジスタ212に流れる直流電流は、第4トランジスタ214に流れる直流電流よりも小さくなる。即ち、抽出回路210が出力する電圧は、第1トランジスタ122に流れる直流電流が第2トランジスタ124に流れる直流電流よりも小さいほど、基準電位側により近い電圧となる。
For example, when the direct current of the
なお、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214が略同一形状のトランジスタで形成され、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124にそれぞれ流れる直流電流が略等しい場合、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214にそれぞれ流れる直流電流は、略等しくなる。この場合、抽出回路210が出力する電圧は、VDD/2により近い電圧となる。以上のように、本実施形態に係る抽出回路210は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124にそれぞれ流れる直流電流の電流コンバータとして機能する。
When the
調整回路220は、抽出回路210のオフセット電流に対応する電圧の大きさに応じて、出力回路120の出力信号に含まれるオフセット電流Iofsを調整する。調整回路220は、比較回路222および参照電圧Vrefを有する。比較回路222は、参照電圧Vrefと、オフセット電流Iofsに対応する電圧とを比較する。ここで、参照電圧Vrefは、予め定められた電圧でよい。調整回路220は、当該比較回路222の比較結果を調整信号として入力回路110に供給する。
The
比較回路222は、例えば、入力する参照電圧Vrefおよび電圧が一致するようにフィードバック動作する増幅回路を有する。即ち、比較回路222は、電流バランス用アンプとして機能する。なお、参照電圧Vrefは、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124にそれぞれ流れる直流電流が略等しい場合に抽出回路210が出力する電圧と略等しい電圧であることが望ましい。参照電圧Vrefは、一例として、VDD/2と略一致する電圧である。即ち、調整回路220は、オフセット電流Iofsを低減させるように、調整信号を生成して入力回路110にフィードバックする。
The
ここで、本実施形態に係る入力回路110は、調整回路220から供給される調整信号に応じて、オフセット電流Iofsを調整可能に構成される。このような入力回路110について、次に説明する。
Here, the
図3は、本実施形態に係る入力回路110の構成例を示す。入力回路110は、差動入力信号に応じて2つのシングルエンド出力信号を出力する。入力回路110は、電源VDD、第5トランジスタ232、第6トランジスタ234、第7トランジスタ236、第8トランジスタ238、第9トランジスタ242、電流制御回路250、およびレベルシフト回路262を有する。
FIG. 3 shows a configuration example of the
第5トランジスタ232および第6トランジスタ234は、電源VDDにそれぞれ接続されるミラー回路を構成する。例えば、第5トランジスタ232および第6トランジスタ234は、ソース端子が電源VDDにそれぞれ接続され、ゲート端子が第5トランジスタ232のドレイン端子にそれぞれ接続される。第5トランジスタ232および第6トランジスタ234は、PMOSトランジスタでよい。
The
第7トランジスタ236および第8トランジスタ238は、差動対を構成する。例えば、第7トランジスタ236のドレイン端子は第5トランジスタ232のドレイン端子に、第8トランジスタ238のドレイン端子は第6トランジスタ234のドレイン端子に、それぞれ接続される。差動対には、差動信号が入力される。例えば、第7トランジスタ236のゲート端子には、差動入力信号の負側信号Vinが入力し、第8トランジスタ238のゲート端子には、差動入力信号の正側信号Vipが入力する。第7トランジスタ236および第8トランジスタ238は、NMOSトランジスタでよい。
The
第9トランジスタ242は、差動対および基準電位30の間に設けられる。例えば、第9トランジスタ242は、ドレイン端子が第7トランジスタ236および第8トランジスタ238のソース端子に接続され、ソース端子が基準電位30に接続される。第9トランジスタ242のゲート端子には、予め定められたバイアス電圧Vbnが入力する。ここで、バイアス電圧Vbnは、略一定の電圧でよい。第9トランジスタ242は、NMOSトランジスタでよい。
The
このように、電源VDDおよび基準電位30の間において、第5トランジスタ232、第7トランジスタ236、および第9トランジスタ242が直列に接続される。また、電源VDDおよび基準電位30の間において、第6トランジスタ234、第8トランジスタ238、および第9トランジスタ242が直列に接続される。
Thus, between the power supply V DD and the
電流制御回路250は、調整回路220から受け取る調整信号に応じて、ミラー回路を流れる電流を制御する。電流制御回路250は、例えば、ミラー回路の第5トランジスタ232および第6トランジスタ234の一方に設けられる。電流制御回路250は、第5トランジスタ232および第6トランジスタ234の一方と並列に接続される第10トランジスタ252を含む。図3は、電流制御回路250が第6トランジスタ234と並列に接続される第10トランジスタ252を含む例を示す。
The
即ち、第10トランジスタ252は、ドレイン端子が第6トランジスタ234のドレイン端子に接続され、ソース端子が第6トランジスタ234のソース端子に接続される。また、第10トランジスタ252のゲート端子には、調整回路220が出力する調整信号が供給される。即ち、第10トランジスタ252は、調整信号に応じた可変電流源として動作する。これにより、電流制御回路250は、第6トランジスタ234が出力する電流に、調整信号に応じた電流を加えて、ミラー回路から出力する電流を制御することができる。即ち、第10トランジスタ252は、オフセット電流Iofs調整用トランジスタとして機能する。第10トランジスタ252は、PMOSトランジスタでよい。
That is, the
また、電流制御回路250は、第5トランジスタ232および第6トランジスタ234の両方に設けられてもよい。例えば、電流制御回路250は、第5トランジスタ232および第6トランジスタ234の他方と並列に接続される第11トランジスタ254を含む。図3は、電流制御回路250が第5トランジスタ232と並列に接続される第11トランジスタ254を含む例を示す。
Further, the
即ち、第11トランジスタ254は、ドレイン端子が第5トランジスタ232のドレイン端子に接続され、ソース端子が第5トランジスタ232のソース端子に接続される。また、第11トランジスタ254のゲート端子には、予め定められた第2バイアス電圧Vbpが供給される。第2バイアス電圧Vbpは、略一定の電圧でよい。即ち、第11トランジスタ254は、定電流源として動作する。第11トランジスタ254は、PMOSトランジスタでよい。
That is, the
これにより、電流制御回路250は、第5トランジスタ232が出力する電流に、第2バイアス電圧Vbpに応じた電流を加えて、ミラー回路から出力する電流を制御することができる。第11トランジスタ254が流す電流の電流量は、第7トランジスタ236および第8トランジスタ238の差動対のサイズと、オフセット電圧Vofsの発生範囲および/または調整可能範囲等とを考慮して、予め定められることが望ましい。
Thus, the
例えば、第11トランジスタ254の電流量が、第10トランジスタ252の電流量よりも大きい場合、第7トランジスタ236の電流量は、第8トランジスタ238の電流量よりも大きくなる。即ち、差動入力信号の負側信号Vinが正側信号Vipよりも大きくなる。ここで、差動入力信号の負側信号Vinは、出力回路120の出力電圧Voに相当するので、出力電圧Voを上昇させることになる。例えば、入力電圧Viのコモン電圧がVcomであることから、出力電圧Vo>Vcomとなる。
For example, when the current amount of the
また、例えば、第11トランジスタ254の電流量が、第10トランジスタ252の電流量よりも小さい場合、第7トランジスタ236の電流量は、第8トランジスタ238の電流量よりも小さくなる。即ち、差動入力信号の負側信号Vinが正側信号Vipよりも小さくなる。したがって、例えば、入力電圧Viのコモン電圧がVcomであることから、出力電圧Vo<Vcomとなり、出力電圧Voを下降させることになる。
For example, when the current amount of the
以上のように、本実施形態の入力回路110は、電流制御回路250が制御したミラー回路の出力を、第1のシングルエンド出力信号Von1として出力する。図3は、第6トランジスタ234および第8トランジスタ238の間から第1のシングルエンド出力信号Von1を出力する例を示す。
As described above, the
レベルシフト回路262は、第6トランジスタ234および第8トランジスタ238の間の第1のシングルエンド出力信号Von1のレベルをシフトする。図3の例において、レベルシフト回路262は、第1のシングルエンド出力信号Von1のレベルを負側にシフトした信号を生成して、第2のシングルエンド出力信号Von2として出力する。このように、入力回路110は、調整信号に応じて調整した2つのシングルエンド出力信号を出力回路120に供給する。即ち、一方の第1のシングルエンド出力信号Von1が、第1ゲート電圧として第1トランジスタ122のゲート端子に供給され、他方の第2のシングルエンド出力信号Von2が、第2ゲート電圧として第2トランジスタ124のゲート端子に供給される。
The
以上のように、本実施形態に係る増幅回路200は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124にそれぞれ流れる直流電流を一致させるように、フィードバック動作できる。これにより、増幅回路200は、負荷20に流れる直流電流をほぼゼロにさせるので、オフセット電圧Vofsの発生を低減させることができる。
As described above, the
なお、抽出回路210が有する第3トランジスタ212および第4トランジスタ214のそれぞれサイズは、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124のサイズの1/10から1/100程度にスケーリングしてよい。このようにスケーリングすることにより、増幅回路200は、消費電力をほとんど増加させずに、オフセット電圧Vofsを低減できる。また、第3トランジスタ212、第4トランジスタ214、および比較回路222は、直流成分を増幅できればよく、帯域の狭い安価な増幅素子を用いることができる。
Note that the size of each of the
また、比較回路222は、非線形性を有する場合があり、数mVから数十mV程度のオフセット電圧が生じることがある。この場合、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124の動作点と、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214の動作点との間に、当該オフセット電圧に対応する誤差が生じることがある。しかしながら、第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、飽和領域で動作するので、ドレイン・ソース間の電圧が数mVから数十mV程度変動したとしても電流量に対する影響は大変小さく、抽出回路としてのレプリカ機能はほとんど変わらないため、増幅回路200のオフセット電圧Vofsはほとんど変動しない。
The
したがって、比較回路222は、オフセット電圧を低減させた高精度な増幅器を用いなくてもよい。即ち、増幅回路200は、安価で簡便な抽出回路210および調整回路220を用いることにより、スイッチ回路を設けることなく、リアルタイムのオフセットキャンセルを実行することができる。
Therefore, the
以上の本実施形態に係る増幅回路200は、AB級差動増幅回路を例に説明したが、これに限定されることはない。例えば、増幅回路200は、A級増幅回路を構成してもよい。この場合の増幅回路200について、図4を用いて説明する。
Although the
図4は、本実施形態に係る増幅回路200の第1変形例を示す。第1変形例に係る増幅回路200において、図2および図3に示された増幅回路200の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。増幅回路200は、図2の増幅回路200と同様に、負荷20を駆動するボルテージフォロワとして動作する。第1変形例の入力回路110は、差動入力信号に応じて1つのシングルエンド出力信号を出力する。例えば、入力回路110は、図3で説明したレベルシフト回路262がなくてよい。
FIG. 4 shows a first modification of the
また、第1変形例の出力回路120は、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124のうち、一方のトランジスタのゲート端子に入力回路110のシングルエンド出力信号が供給され、他方のトランジスタのゲート端子に予め定められた電圧が供給される。図4は、シングルエンド出力信号が、第1ゲート電圧として第1トランジスタ122のゲート端子に供給され、予め定められた第1バイアス電圧Vbnoが、第2ゲート電圧として第2トランジスタ124のゲート端子に供給される例を示す。ここで、第1バイアス電圧Vbnoは、略一定の電圧でよい。
Further, in the
また、第1変形例の抽出回路210および調整回路220は、図2で説明した抽出回路210および調整回路220と略同一でよい。なお、第2ゲート電圧が略一定の電圧であることから、抽出回路210は、第2フィルタ218がなくてもよい。
Further, the
以上の第1変形例に係る増幅回路200は、図2および図3で説明した抽出回路210および調整回路220の動作と同様に、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124にそれぞれ流れる直流電流を一致させるように、フィードバック動作できる。したがって、増幅回路200は、スイッチ回路を設けることなく、リアルタイムのオフセットキャンセルを実行することができる。
The
以上の本実施形態に係る増幅回路200は、入力回路110および出力回路120の2段のゲイン段を有する増幅回路を例に説明したが、これに限定されることはない。例えば、増幅回路200は、3段以上のゲイン段を有してもよい。これに代えて、増幅回路200は、1段のゲイン段を有する構成であってもよい。この場合の増幅回路200について、図5を用いて説明する。
Although the
図5は、本実施形態に係る増幅回路200の第2変形例を示す。第2変形例に係る増幅回路200において、図2、図3、および図4に示された増幅回路200の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。増幅回路200は、図2の増幅回路200と同様に、負荷20を駆動するボルテージフォロワとして動作する。図5は、増幅回路200が、1段のゲイン段として出力回路120を備える例を示す。第2変形例の出力回路120は、電源VDD、第1トランジスタ122、第2トランジスタ124、第12トランジスタ332、第13トランジスタ336、第14トランジスタ338、および電流制御回路250を有する。
FIG. 5 shows a second modification of the
第1トランジスタ122および第12トランジスタ332は、電源VDDにそれぞれ接続されるミラー回路を構成する。例えば、第1トランジスタ122および第12トランジスタ332は、ソース端子が電源VDDにそれぞれ接続され、ゲート端子が第12トランジスタ332のドレイン端子にそれぞれ接続される。第1トランジスタ122および第12トランジスタ332は、PMOSトランジスタでよい。
The
第13トランジスタ336および第14トランジスタ338は、差動対を構成する。例えば、第13トランジスタ336のドレイン端子は第12トランジスタ332のドレイン端子に、第14トランジスタ338のドレイン端子は第1トランジスタ122のドレイン端子に、それぞれ接続される。また、第13トランジスタ336のゲート端子には、入力電圧Viが入力し、第14トランジスタ338のゲート端子は、第14トランジスタ338のドレイン端子と接続される。また、第14トランジスタ338のドレイン端子およびゲート端子は、出力端子14に接続される。第13トランジスタ336および第14トランジスタ338は、NMOSトランジスタでよい。
The
第2トランジスタ124は、差動対および基準電位30の間に設けられる。例えば、第2トランジスタ124は、ドレイン端子が第13トランジスタ336および第14トランジスタ338のソース端子に接続され、ソース端子が基準電位30に接続される。第2トランジスタ124のゲート端子には、予め定められたバイアス電圧Vbnが入力する。ここで、バイアス電圧Vbnは、略一定の電圧でよい。第2トランジスタ124は、NMOSトランジスタでよい。
The
このように、電源VDDおよび基準電位30の間において、第1トランジスタ122、第14トランジスタ338、および第2トランジスタ124が直列に接続され、第12トランジスタ332、第13トランジスタ336、および第2トランジスタ124が直列に接続される。
Thus, between the power supply V DD and the
また、電流制御回路250は、調整回路220から受け取る調整信号に応じて、ミラー回路を流れる電流を制御する。電流制御回路250は、例えば、ミラー回路の第1トランジスタ122および第12トランジスタ332の一方に設けられる。電流制御回路250は、第1トランジスタ122および第12トランジスタ332の一方と並列に接続される第10トランジスタ252を含む。図5は、電流制御回路250が第1トランジスタ122と並列に接続される第10トランジスタ252を含む例を示す。
Further, the
即ち、第10トランジスタ252は、ドレイン端子が第1トランジスタ122のドレイン端子に接続され、ソース端子が第1トランジスタ122のソース端子に接続される。また、第10トランジスタ252のゲート端子には、調整回路220が出力する調整信号が供給される。これにより、電流制御回路250は、第1トランジスタ122が出力する電流に、調整信号に応じた電流を加えて、ミラー回路から出力する電流を制御することができる。第10トランジスタ252は、PMOSトランジスタでよい。
That is, the
また、電流制御回路250は、第1トランジスタ122および第12トランジスタ332の両方に設けられてもよい。例えば、電流制御回路250は、第1トランジスタ122および第12トランジスタ332の他方と並列に接続される第11トランジスタ254を含む。図5は、電流制御回路250が第12トランジスタ332と並列に接続される第11トランジスタ254を含む例を示す。
Further, the
即ち、第11トランジスタ254は、ドレイン端子が第12トランジスタ332のドレイン端子に接続され、ソース端子が第12トランジスタ332のソース端子に接続される。また、第11トランジスタ254のゲート端子には、予め定められた第2バイアス電圧Vbpが供給される。第2バイアス電圧Vbpは、略一定の電圧でよい。即ち、第11トランジスタ254は、定電流源として動作する。第11トランジスタ254は、PMOSトランジスタでよい。
That is, the
これにより、電流制御回路250は、第12トランジスタ332が出力する電流に、第2バイアス電圧Vbpに応じた電流を加えて、ミラー回路から出力する電流を制御することができる。第11トランジスタ254が流す電流の電流量は、第13トランジスタ336および第14トランジスタ338の差動対のサイズと、オフセット電圧Vofsの発生範囲および/または調整可能範囲等とを考慮して、予め定められることが望ましい。
Thus, the
以上のように、本実施形態の出力回路120は、電流制御回路250が制御したミラー回路の出力を、出力電圧Voとする。図5は、第1トランジスタ122および第14トランジスタ338の間から出力電圧Voを出力する例を示す。また、第1トランジスタ122のゲート端子に供給される第1ゲート電圧と、第2トランジスタ124のゲート端子に供給される第2ゲート電圧とが、抽出回路210に供給される。
As described above, the
例えば、第3トランジスタ212は、第1ゲート電圧がゲート端子に供給される。また、第4トランジスタ214は、予め定められたバイアス電圧Vbnが、第2ゲート電圧として、ゲート端子に供給される。第2変形例の抽出回路210および調整回路220は、図2で説明した抽出回路210および調整回路220と略同一でよい。なお、第2ゲート電圧が略一定の電圧であることから、抽出回路210は、第2フィルタ218がなくてもよい。
For example, in the
以上の第2変形例に係る増幅回路200は、図2および図3で説明した抽出回路210および調整回路220の動作と同様に、第1トランジスタ122および第2トランジスタ124にそれぞれ流れる直流電流を一致させるように、フィードバック動作できる。したがって、増幅回路200は、スイッチ回路を設けることなく、リアルタイムのオフセットキャンセルを実行することができる。
The
以上の第2変形例に係る増幅回路200は、第2トランジスタ124が差動対を構成する第13トランジスタ336および第14トランジスタ338にそれぞれ接続される。即ち、第2トランジスタ124を流れる電流は、第13トランジスタ336および第14トランジスタ338に分岐して流れることになる。したがって、例えば、出力電圧Voを負側から駆動する第14トランジスタ338に流れる電流は、第2トランジスタ124に流れる電流の略1/2となる。
In the
例えば、第1トランジスタ122、第2トランジスタ124、第12トランジスタ332が略同一のサイズに形成される場合、第4トランジスタ214は、第3トランジスタ212のサイズの略1/2のサイズに形成される。
For example, when the
即ち、第2変形例の抽出回路210は、第1トランジスタ122の素子サイズに対する第3トランジスタ212の素子サイズの比と、第2トランジスタ124の素子サイズを1/2にした素子サイズに対する第4トランジスタ214の素子サイズの比とが、略同一になるように、第3トランジスタ212、および第4トランジスタ214が形成されてよい。これにより、抽出回路210の第3トランジスタ212および第4トランジスタ214は、第1トランジスタ122および第14トランジスタ338をそれぞれ流れる直流電流をより正確に反映させて比較することができる。
That is, the
以上の本実施形態に係る増幅回路200において、増幅回路を構成するトランジスタがMOSトランジスタである例を説明したが、これに限定されることはない。それぞれのトランジスは、バイポーラトランジスタでもよい。また、本実施形態において、増幅回路200がボルテージフォロワを構成する例を説明したが、これに限定されることはなく、反転増幅回路または他の構成でもよい。また、差動増幅回路は、全差動の増幅構成でもよい。
In the above-described
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
12 入力端子、14 出力端子、20 負荷、30 基準電位、100 増幅回路、110 入力回路、112 増幅器、120 出力回路、122 第1トランジスタ、124 第2トランジスタ、200 増幅回路、210 抽出回路、212 第3トランジスタ、214 第4トランジスタ、216 第1フィルタ、218 第2フィルタ、220 調整回路、222 比較回路、232 第5トランジスタ、234 第6トランジスタ、236 第7トランジスタ、238 第8トランジスタ、242 第9トランジスタ、250 電流制御回路、252 第10トランジスタ、254 第11トランジスタ、262 レベルシフト回路、332 第12トランジスタ、336 第13トランジスタ、338 第14トランジスタ 12 input terminal, 14 output terminal, 20 load, 30 reference potential, 100 amplifier circuit, 110 input circuit, 112 amplifier, 120 output circuit, 122 first transistor, 124 second transistor, 200 amplifier circuit, 210 extraction circuit, 212 second 3 transistors, 214 4th transistor, 216 1st filter, 218 2nd filter, 220 adjustment circuit, 222 comparison circuit, 232 5th transistor, 234 6th transistor, 236 7th transistor, 238 8th transistor, 242 9th transistor , 250 Current control circuit, 252 10th transistor, 254 11th transistor, 262 Level shift circuit, 332 12th transistor, 336 13th transistor, 338 14th transistor
Claims (15)
前記第1トランジスタのゲート端子に供給される第1ゲート電圧および前記第2トランジスタのゲート端子に供給される第2ゲート電圧に基づき、前記出力回路の出力信号に含まれるオフセット電流に対応する電圧を抽出する抽出回路と、
前記オフセット電流に対応する電圧の大きさに応じて、前記出力回路の出力信号に含まれる前記オフセット電流を調整する調整回路と
を備える増幅回路。 An output circuit including a first transistor and a second transistor connected in series;
Based on the first gate voltage supplied to the gate terminal of the first transistor and the second gate voltage supplied to the gate terminal of the second transistor, a voltage corresponding to the offset current included in the output signal of the output circuit is obtained. An extraction circuit to extract;
An amplifier circuit comprising: an adjustment circuit that adjusts the offset current included in the output signal of the output circuit according to the magnitude of the voltage corresponding to the offset current.
前記第1トランジスタに対応し、前記第1ゲート電圧がゲート端子に供給される第3トランジスタと、
前記第2トランジスタに対応し、前記第2ゲート電圧がゲート端子に供給される第4トランジスタと
を有し、
前記第3トランジスタおよび前記第4トランジスタは直列に接続され、前記第3トランジスタおよび前記第4トランジスタの間の電圧を、前記オフセット電流に対応する電圧とする、請求項1に記載の増幅回路。 The extraction circuit includes:
A third transistor corresponding to the first transistor, wherein the first gate voltage is supplied to a gate terminal;
A fourth transistor corresponding to the second transistor and having the second gate voltage supplied to a gate terminal;
2. The amplifier circuit according to claim 1, wherein the third transistor and the fourth transistor are connected in series, and a voltage between the third transistor and the fourth transistor is a voltage corresponding to the offset current.
前記2つのシングルエンド出力信号の一方の第1のシングルエンド出力信号が、前記第1ゲート電圧として前記第1トランジスタのゲート端子に供給され、
前記2つのシングルエンド出力信号の他方の第2のシングルエンド出力信号が、前記第2ゲート電圧として前記第2トランジスタのゲート端子に供給される、請求項1から5のいずれか一項に記載の増幅回路。 An input circuit that outputs two single-ended output signals in response to a differential input signal;
A first single-ended output signal of one of the two single-ended output signals is supplied to the gate terminal of the first transistor as the first gate voltage;
The second single-ended output signal of the other of the two single-ended output signals is supplied to the gate terminal of the second transistor as the second gate voltage. Amplification circuit.
前記1つのシングルエンド出力信号が、前記第1ゲート電圧として前記第1トランジスタのゲート端子に供給され、
予め定められた第1バイアス電圧が、前記第2ゲート電圧として前記第2トランジスタのゲート端子に供給される、請求項1から5のいずれか一項に記載の増幅回路。 An input circuit that outputs one single-ended output signal in response to a differential input signal,
The one single-ended output signal is supplied to the gate terminal of the first transistor as the first gate voltage;
6. The amplifier circuit according to claim 1, wherein a predetermined first bias voltage is supplied to the gate terminal of the second transistor as the second gate voltage. 7.
電源と、
前記電源にそれぞれ接続される第5トランジスタおよび第6トランジスタを含むミラー回路と、
第7トランジスタおよび第8トランジスタを含む差動対と、
前記差動対および基準電位の間に設けられた第9トランジスタと、
を有し、
前記電源および前記基準電位の間において、
前記第5トランジスタ、前記第7トランジスタ、および前記第9トランジスタが直列に接続され、
前記第6トランジスタ、前記第8トランジスタ、および前記第9トランジスタが直列に接続され、
前記ミラー回路は、前記第5トランジスタおよび前記第6トランジスタの一方に、当該ミラー回路を流れる電流を制御する電流制御回路が設けられる、請求項6または7に記載の増幅回路。 The input circuit is
Power supply,
A mirror circuit including a fifth transistor and a sixth transistor respectively connected to the power source;
A differential pair including a seventh transistor and an eighth transistor;
A ninth transistor provided between the differential pair and a reference potential;
Have
Between the power source and the reference potential,
The fifth transistor, the seventh transistor, and the ninth transistor are connected in series;
The sixth transistor, the eighth transistor, and the ninth transistor are connected in series;
The amplification circuit according to claim 6, wherein the mirror circuit is provided with a current control circuit that controls a current flowing through the mirror circuit in one of the fifth transistor and the sixth transistor.
前記第10トランジスタのゲート端子には、前記調整回路が出力する調整信号が供給される、請求項8に記載の増幅回路。 The current control circuit includes a tenth transistor connected in parallel with one of the fifth transistor and the sixth transistor;
The amplifier circuit according to claim 8, wherein an adjustment signal output from the adjustment circuit is supplied to a gate terminal of the tenth transistor.
前記第11トランジスタのゲート端子には、予め定められた第2バイアス電圧が供給される、請求項9に記載の増幅回路。 The current control circuit includes an eleventh transistor connected in parallel with the other of the fifth transistor and the sixth transistor;
The amplifier circuit according to claim 9, wherein a predetermined second bias voltage is supplied to a gate terminal of the eleventh transistor.
電源と、
前記電源にそれぞれ接続される前記第1トランジスタおよび第12トランジスタを含むミラー回路と、
第13トランジスタおよび第14トランジスタを含む差動対と、
前記差動対および基準電位の間に設けられた前記第2トランジスタと、
前記第1トランジスタおよび前記第12トランジスタの一方に、当該ミラー回路を流れる電流を制御する電流制御回路と、
を有し、
前記電源および前記基準電位の間において、
前記第1トランジスタ、前記第14トランジスタ、および前記第2トランジスタが直列に接続され、
前記第12トランジスタ、前記第13トランジスタ、および前記第2トランジスタが直列に接続される、請求項2から4のいずれか一項に記載の増幅回路。 The output circuit is
Power supply,
A mirror circuit including the first transistor and the twelfth transistor respectively connected to the power source;
A differential pair including a thirteenth transistor and a fourteenth transistor;
The second transistor provided between the differential pair and a reference potential;
A current control circuit for controlling a current flowing through the mirror circuit in one of the first transistor and the twelfth transistor;
Have
Between the power source and the reference potential,
The first transistor, the fourteenth transistor, and the second transistor are connected in series;
5. The amplifier circuit according to claim 2, wherein the twelfth transistor, the thirteenth transistor, and the second transistor are connected in series.
前記第10トランジスタのゲート端子には、前記調整回路が出力する調整信号が供給される、請求項11または12に記載の増幅回路。 The current control circuit includes a tenth transistor connected in parallel with one of the first transistor and the twelfth transistor,
The amplifier circuit according to claim 11 or 12, wherein an adjustment signal output from the adjustment circuit is supplied to a gate terminal of the tenth transistor.
前記第11トランジスタのゲート端子には、予め定められた第2バイアス電圧が供給される、請求項13に記載の増幅回路。 The current control circuit includes an eleventh transistor connected in parallel with the other of the first transistor and the twelfth transistor,
The amplifier circuit according to claim 13, wherein a predetermined second bias voltage is supplied to a gate terminal of the eleventh transistor.
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