JP2730489B2 - 差動増幅回路 - Google Patents

差動増幅回路

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JP2730489B2 JP6197815A JP19781594A JP2730489B2 JP 2730489 B2 JP2730489 B2 JP 2730489B2 JP 6197815 A JP6197815 A JP 6197815A JP 19781594 A JP19781594 A JP 19781594A JP 2730489 B2 JP2730489 B2 JP 2730489B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は差動増幅回路に係り、特
に電界効果トランジスタ(FET)で構成されたアナロ
グ信号を増幅する差動増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の差動増幅回路の一例の回路
図を示す。同図において、二つのMOS型のNチャンネ
ルFET M11及びM12は、それぞれのゲートが入
力信号源21に接続され、それぞれのソースが定電流源
22を共通に介して接地され、それぞれのドレインがM
OS型のPチャンネルFET M13、M14のドレイ
ンに接続されている。
【0003】 更に、M13のゲート・ドレイン間が接
続されると共に、M13及びM14のゲート間が接続さ
れている。また、FET M13及びM14の両ソース
には直流電源電圧VDDが印加される。これにより、上
記のFETM13及びM14はそれぞれ差動増幅用トラ
ンジスタM11及びM12の能動負荷を構成している。
【0004】 この従来の差動増幅回路では、入力信号
源21より互いに逆極性のアナログ入力信号が、FET
M11及びM12のゲートに入力される。M11のゲ
ート入力電圧がM12のゲート入力電圧よりも高いとき
には、M11のドレイン電流ID1は増加し、M12の
ドレイン電流ID2は減少するため、FET M14の
ドレインとFET M12のドレインとの接続点から出
力端子23へ取り出される出力電圧はレベルが大とな
る。
【0005】上記と逆にM11のゲート入力電圧がM1
2のゲート入力電圧よりも低いときには、上記とは逆に
出力端子23へ出力される電圧レベルが小となる。従っ
て、出力端子23にはM11のゲート入力電圧が同相に
増幅された電圧が出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の差動増幅
回路では、出力端子23に次式で表される差動出力電流
△Iが出力される。
【0007】
【数1】 ここで、上式中、βはトランスコンダクタンス・パラメ
ータであり、FETのキャリアの実行モビリティをμ、
単位面積当たりのゲート酸化膜容量をCOX、ゲート幅
をW、ゲート長をLとすると、μ(COX/2)(W/
L)で表される。また、Iは定電流源22の定電流、
ViはM11の入力信号電圧である。
【0008】従って、(1)式からわかるように従来の
差動増幅回路では、増幅出力信号に歪みが発生し、線形
性を確保することが困難である。
【0009】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
線形動作する差動増幅回路を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、互いに逆極性とされた入力電圧に一定のバ
イアス電圧が重畳された第1及び第2の差動信号を発生
する差動入力信号発生回路と、それぞれのゲートに差動
入力信号発生回路よりの第1及び第2の差動信号が入力
される、ソース接地された第1及び第2の電界効果トラ
ンジスタと、第1及び第2の電界効果トランジスタのド
レイン側に接続され、第1及び第2の電界効果トランジ
スタのドレイン電流の差動出力電流を出力する出力回路
とを有する構成としたものである。
【0011】前記出力回路は、電界効果トランジスタに
より構成されたカレントミラー回路と、差動出力電流出
力端子と電源端子間に接続された負荷抵抗とからなる。
【0012】
【作用】本発明では、ソース接地された第1及び第2の
電界効果トランジスタの各ゲートに第1及び第2の差動
信号を入力し、第1及び第2の電界効果トランジスタの
ドレインから出力回路により差動出力電流を出力するよ
うにしたため、入力電圧に比例して変化する差動出力電
流を得ることができる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の第1実施例の回路構成図を示
す。同図に示すように、本実施例は差動入力信号発生回
路11、カレントミラー回路12、MOS型Nチャンネ
ルFET M1及びM2並びに負荷抵抗Rから構成さ
れている。FET M1及びM2はゲートがそれぞれ差
動入力信号発生回路11に接続され、ソースがそれぞれ
接地され、ドレインがそれぞれカレントミラー回路12
に接続されている。
【0014】カレントミラー回路12は、それぞれのゲ
ート同士が接続され、ドレインがFET M1、M2の
ドレインに各別に接続されたMOS型PチャンネルFE
TM3及びM4からなり、更にM3のゲートはM3のド
レインと抵抗Rの一端にそれぞれ接続されている。抵
抗Rの他端とM2のドレインとM4のドレインとの共
通接続点は、出力端子13に接続されている。FET
M3及びM4のソースには直流電源電圧VDDが印加さ
れる。
【0015】また、差動入力信号発生回路11は、例え
ば図2に示す如き回路構成とされている。同図に示すよ
うに、差動入力信号発生回路11は、入力端子15に接
続された一次巻線とセンタータップを有する二次巻線と
からなり、巻数比が1:1のトランスTと、バイアス
電圧Vを発生する直流電圧源16とより構成されてい
る。トランスTの二次巻線の両端はそれぞれ端子17
及び18に接続され、二次巻線のセンタータップは直流
電圧源16の正側端子に接続されている。
【0016】かかる構成の差動入力信号発生回路11は
入力電圧Viが高周波数であるときには、トランスT
をストリップラインで簡単、かつ、小型に構成でき、よ
ってこの場合には大規模集積回路(LSI)内に差動入
力信号発生回路11を組み込むことができ、また消費電
力節約の点で効果的であるという特長がある。
【0017】かかる構成の差動入力信号発生回路11に
よれば、入力端子15に入力されたアナログ交流信号で
ある入力電圧Viが、トランスTを介して端子17へ
{(1/2)Vi+V}なる値の第1の差動信号V
に変換されて出力され、また、これと同時に端子18へ
{−(1/2)Vi+V}なる値の第2の差動信号V
′に変換されて出力される。
【0018】再び図1に戻って説明するに、ソース接地
された二つのFET M1、M2のうち、M1のゲート
には差動入力信号発生回路11から上記の第1の差動信
号Vが入力され、M2のゲートには上記の第2の差動
信号V′が入力される。これにより、M1のドレイン
には差動信号Vに応じたドレイン電流ID1が流れ、
M2のドレインには差動信号V′に応じたドレイン電
流ID2が流れる。
【0019】これらのドレイン電流ID1及びID2
それぞれ次式で表される。
【0020】 ID1=β(V−VTH (2) ID2=β(V′−VTH (3) ただし、(2)式及び(3)式中、VTHはFET M
1及びM2のスレッショルド電圧である。
【0021】ここで、FET M3及びM4はカレント
ミラー回路12を構成しており、M1のドレイン電流I
D1はM3及びM4の各ドレイン電流に等しい。従っ
て、出力端子13に出力される差動出力電流△Iは、 △I=ID1−ID2 (4) で示される。この(4)式に(1)式〜(3)式を代入
して整理すると、差動出力信号△Iは次式で表される。
【0022】 △I=2βVi(V−VTH) (5) (5)式中、(V−VTH)は一定値であるから、差
動出力電流△Iは入力電圧Viに比例して変化する。従
って、本実施例の差動増幅回路は線形動作することとな
り、理論的には歪みは発生しない。
【0023】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図3は本発明になる差動増幅回路の第2実施例の回
路構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。図3において、ソー
ス接地されたFET M1のドレイン側には、互いにゲ
ートが接続されたMOS型PチャンネルFET M5及
びM6が設けられ、ソース接地されたFET M2のド
レイン側には、互いにゲートが接続されたMOS型Pチ
ャンネルFET M7及びM8が設けられている。
【0024】M5のゲート及びドレインはM1のドレイ
ンに接続され、M7のゲート及びドレインはM2のドレ
インに接続されている。更に、M6及びM8の各ドレイ
ンは、互いにゲートが接続されたソース接地のMOS型
NチャンネルFET M9及びM10の各ドレインに別
々に接続されている。また、M9のゲート・ドレイン間
が接続されている。すなわち、本実施例では、M1及び
M2のドレイン側にFET M5〜M10からなる構成
のカレントミラー回路が設けられている。
【0025】また、M8のドレインとM10のドレイン
との接続点は抵抗Rの一端と出力端子13との接続点
に接続されている。抵抗Rの他端はバイアス電圧V
DD/2を発生する直流電圧源20の正側端子に接続さ
れている。
【0026】このように、本実施例では、M1、M2の
ドレイン電流ID1、ID2をM5及びM6のカレントミラ
ー回路とM7及びM8のカレントミラー回路で受け、そ
れをM9及びM10のカレントミラー回路でM10のド
レイン電流がID1となるようにし、M8のドレイン電流
D2と差をとった差動電流ΔIを抵抗RLに接続された
出力端子13へ出力する。
【0027】従って、本実施例も第1実施例と同様に出
力端子13に流れる差動出力電流ΔIが(4)式及び
(5)式で表わされるため、入力電圧Viに比例して変
化し、線形動作するため、歪みの発生は理論的にはな
い。
【0028】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば差動入力信号発生回路11として
は、高周波でのアプリケーションでは、トランスとして
前述したようにストリップラインを使用したものでもよ
く、また、差動増幅回路の入力側にしばしば挿入される
表面弾性波(SAW)フィルタを、出力タップに差動信
号が現れるように構成したものでもよい。また、使用す
るFETとしてはMOS型に限定されるものではなく、
MES FETやHEMTなどでも良いことは勿論であ
る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ソース接地された第1及び第2の電界効果トランジスタ
の各ゲートに第1及び第2の差動信号を入力し、第1及
び第2の電界効果トランジスタのドレインから出力回路
により、入力電圧に比例して変化する差動出力電流を得
るようにしたため、線形動作する差動増幅回路を実現す
ることができ、歪みが発生しないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の回路構成図である。
【図2】差動入力信号発生回路の一例の回路図である。
【図3】本発明の第2実施例の回路構成図である。
【図4】従来の一例の回路図である。
【符号の説明】
11 差動入力信号発生回路 12 カレントミラー回路 13 出力端子 15 入力端子 16、20 直流電圧源 M1、M2 MOS型Nチャンネル電界効果トランジス
タ(FET) M3〜M8 MOS型Pチャンネル電界効果トランジス
タ(FET) R 負荷抵抗 T トランス

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに逆極性とされた入力電圧に一定の
    バイアス電圧が重畳された第1及び第2の差動信号を発
    生する差動入力信号発生回路と、 それぞれのゲートに該差動入力信号発生回路よりの第1
    及び第2の差動信号が入力される、ソース接地された第
    1及び第2の電界効果トランジスタと、 該第1及び第2の電界効果トランジスタのドレイン側に
    接続され、該第1及び第2の電界効果トランジスタのド
    レイン電流の差動出力電流を出力する出力回路とを有す
    ることを特徴とする差動増幅回路。
  2. 【請求項2】 前記出力回路は、電界効果トランジスタ
    により構成されたカレントミラー回路と、前記差動出力
    電流出力端子と電源端子間に接続された負荷抵抗とから
    なることを特徴とする請求項1記載の差動増幅回路。
  3. 【請求項3】 前記差動入力信号発生回路は、入力電圧
    が一次巻線に入力され、二次巻線の両端より前記第1及
    び第2の差動信号を出力するトランスと、該トランスの
    二次巻線のセンタータップに一定のバイアス電圧印加
    する直流電圧源とより構成され、前記二次巻線の両端を
    前記第1及び第2の電界効果トランジスタのゲートにそ
    れぞれ直結したことを特徴とする請求項1又は2記載の
    差動増幅回路。
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