JP3007431B2 - Cmos技法における平衡マイクロホーンの前置増幅器 - Google Patents

Cmos技法における平衡マイクロホーンの前置増幅器

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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、CMOS技法、特に電
話機における平衡マイクロホーンの前置増幅器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】知られているように、最新の送話口、受
話口付きの受話器型電話器は、以前使用されていた旧来
のカーボン式マイクロホーンよりもより忠実に再生を行
えるようにする(エレクトレット、ダイナミック、圧電
マイクロホーンのような)マイクロホーンを有してい
る。しかし、この公知のマイクロホーンは、発生された
電気信号がカーボン式マイクロホーンによって供される
ものよりもはるかに小さいと云った不利な点を有してい
る。従って、信号のレベルを高めるために電話器セット
に云わゆる前置増幅器を備えることが必要になってい
た。
【0003】この型式の前置増幅器に通常要求される特
性は、ノイズが小さく、歪みが小さく、平衡入力を行う
と云う点である。ノイズが小さく歪みが小さいと云う特
性はどの増幅回路にも共通した必要特性であるのに対
し、当業者が知っているように、平衡入力が上記マイク
ロホーンの前置増幅器の代表的な必要特性である。これ
はマイクロホーンによって発生された信号が、たとえそ
れがなお低レベルであっても、それを前置増幅器に連結
するラインに関連したノイズに出来るだけ影響されない
ようにする必要があるためである。この連結を行う2本
のワイヤーの長さは、実際は約1メートルであり、これ
らワイヤーはかくして50HZ の本線からの信号のよう
なスプリアスな信号をひろうことができる。しかし、こ
れら信号は、共通したモードになっており、従って、共
通モードのノイズを完全に排除するものとして知られて
いる平衡入力をもし増幅器が有していれば効果的に中和
されることになる。
【0004】マイクロホーンの前置増幅器における他の
望ましい特性は、信号の増幅値に何んら制限を設けない
ように広い出力スイングを有する点と、更に前置増幅器
を各種の型式のマイクロホーンに適合化させるためにゲ
インを変える可能性がある点である。
【0005】幾つかの器機に使用される増幅器が、上に
載げた望ましい特性を有するものであることが知られて
おり、従って電話技術にも適用され得るものである。し
かし、それらは例えば1971年、IEEEインターナ
ショナル−ソリドステート回路委員のH.クラベ著の
『高性能モノリシック計装増幅器』や、1982年12
月のソリドステート回路のIEEEジャーナルの第SC
−17.6差であるスコットA.ワルサーとレビスW.
カウンツ共著の『12ビット分解システム用プログラム
化可能な計装増幅器』に記載されているような二極トラ
ンジスター式(BJT)にほとんどがなっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの増幅
器は、非常に多数のトランジスターを有して極めて複雑
なものであり、かくしてCMOS技法に一体化するには
適当でない。
【0007】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、上記特性を有すると共に、CMOS技法で容易に製
造されるマイクロホーンの前置増幅器を提供するにあ
る。
【0008】本発明は、この目的や後述の説明で明らか
になる他の目的や長所を達成するもので、本発明のCM
OS技法における平衡マイクロホーンの前置増幅器は、
差動入力信号に対拠するものであって、第1増幅段と第
2増幅段とから構成されており、これら両方の段は、差
動に基づいており且つ同じディメンションを有してお
り、これら段の各々は、それ自身の分極電流源を有して
おり、上記段は、出力節を相互に平行に連結しており且
つ第1電流ミラーによって形成された負荷を駆動し、上
記第1段は、増幅される差動信号に対して平衡入力とし
て作用する入力節を有しており、上記第2段は、入力節
を有しており、その第2段の入力節のうちの一方は、予
じめ設定された基準電圧によって駆動され且つその第2
段入力節のうちの他方は、前置増幅器の最終出力電圧に
比例する電圧によって駆動されるようになっており、そ
の結果、電流における差が第1段と第2段の各々の出力
節間に発生され、その差は、増幅される入力信号と、最
終出力電圧に比例する上記電圧と基準電圧との間の差と
の間の差に比例するようになっていることを特徴とする
ものである。
【0009】
【実施例】本発明を、非限定的例によって与えられてお
り且つ付添図に図解されている好適な実施例を参照にし
てより詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明に係るマイクロホーンの前
置増幅器の回路線図である。
【0011】図1を参照にすると、本発明の好適な実施
例に係る前置増幅器は、2つのトランジスターM1A、
M2Aによって形成されている第1の差動増幅段から構
成されている。それらトランジスターのゲートは、2つ
の差動入力IN- 、IN+ を構成すると共に、それらの
電源部は電流源として作用し且つこの目的のためにその
ゲートに加えられる適合化された電圧VBIAS2 によって
分極化されるトランジスターM5Aに共通して連結され
ている。この差動段の目的は、各々のドレン間の電流に
差を発生させることにあり、この電流は、入力節IN
- 、IN+ に加えられ且つ同時に該入力に存在している
共通モードのいずれの信号も排除する電圧信号の差にだ
け比例している。
【0012】本前置増幅器は、更に2つのトランジスタ
ーM1、M2によって形成されている第2の差動増幅段
から構成されている。これらトランジスターは、第1段
におけると同様に且つ同じディメンションで、これらの
電源部でこれら自身の電流源M5に連結されている。こ
の第2段は、第1段にバイアスをかける同じ電圧V
BIAS2 によってバイアスをかけられている。また、この
目的は、各々のドレインの間の電流に差を発生させなが
ら、負の電圧−電流フィードドックを供するにある。こ
の電流は、その入力の一方に加えられる基準電圧VX '
他方の入力に加えられるもので一般に電力供給間の途中
で選択される基準電圧VCM ' との間の差に比例してい
る。上記信号VX は、出力OUTと信号VCM ' との間で
抵抗分割器R1、R2によって得られる。
【0013】当業者に明らかなように、かくして2つの
抵抗R1、R2は、次のような回路のゲインの値を設定
する。
【0014】
【数1】
【0015】従って、以下において明らかになるよう
に、R2を変えることによって、前置増幅器を各種型式
のマイクロホーンに適合化するために増幅を変化させる
ことが可能になる。
【0016】第1段と第2段のドレインに共通して連結
されている負荷は、トランジスターM3、M4によって
公知の方法で形成されている電流ミラーによって構成さ
れている。トランジスターの電源部は、接地されてお
り、またそれらのドレインは、2つの増幅段の各々のド
レインに連結されている。電流ミラーの効果は、2つの
増幅段のドレインに関連した電流の差を提供し、かくし
て信号を差動信号から不平衡信号に転換し、最後にその
信号をM4のドレイン節において高いゲインを有した電
圧に電流信号を転換するものである。
【0017】電流ミラーM3、M4によって制御される
更に別の増幅段が、別の電流ミラーM8、M9を駆動す
る2つのトランジスターM6、M7によって形成されて
いる。この段は、電流に更にゲインを導入して、出力ト
ランジスターM11のゲートを駆動する。この出力トラ
ンジスターは、連結された共通電源であり、このトラン
ジスターのディメンションは、M9のK倍である。この
場合、KはM11とM9との間に必要とされる電流比で
ある。基準電圧VBIAS1 'によって駆動されるトランジス
ターM10によって形成された固定電流源は、分極電流
を出力回路に提供する。
【0018】図1の回路において、いずれのCMOS回
路に対してのように、全体のノイズは、2つのタイプ、
即ち熱ノイズVegthとフリッカーノイズVegflがある。
例えば、P.R.グラレイ著の『ベーシックMOS演算
増幅器の設計:総覧』(1980年、カリフォルニア州
バークレイ、カリフォルニア総合大学の電気、コンピュ
ータ科学部)に示されているように、熱ノイズは、次の
式によって与えられることになる。
【0019】
【数2】
【0020】それに対して、フリッカーノイズは、次の
式によって与えられることになる。
【0021】
【数3】
【0022】この場合、符号は、P.R.グレイ氏の引
用書中のものと同じ意味を持つものである。
【0023】フリッカーノイズは、可聴周波数でMOS
回路において優勢となっており、またKFは、P−チャ
ンネル回路に対する方がN−チャンネル回路に対するよ
りもはるかに小さいために、上記関係は、ノイズが相当
なWとL(幅と長さ)のディメンションを有したP−チ
ャンネル入力回路に関して極小となっていることを示し
ている。
【0024】再度、P.R.グレイ氏の引用著書は、他
のMOS装置のノイズは、入力とそれらMOS装置自体
との間のゲインによって分割された入力にフィードバッ
クされることを示している。この観点から、トランジス
ターM3、M4だけが、それらのノイズがトランジスタ
ーM1A、M2AとM3、M4の間の相互コンダクタン
スの比の二乗によって分割された入力にフィードバック
されるために臨界状態となっている。相互コンダクタン
スは、比例しているので、
【0025】
【数4】
【0026】L3、4>>L1A、2Aとならなければ
ならない。これに対し、Wはまさに比較可能なものであ
る。
【0027】歪みに関しては、対M1A、M2Aの直線
性インターバルは、マイクロホーンによって発生された
最大(差動)信号電圧よりもはるかに大きいものでなけ
ればならない。この信号電圧は、上述したように低い
(一般に80mV)。この条件は、トランジスターのデ
ィメンションを適当に選択することによってまた分極電
流Inを増大することによってこの両方によってかなえ
られ得る。
【0028】歪を低く保つために、当業者に知られてい
るように、出力段M11は、更に等級Aで作動しなけれ
ばならない、即ち、図解されている例でM10によって
構成されている固定電流源を有していなければならな
い。
【0029】2つの補償コンデンサーC1、C2は、
『入れ子状に重ねられたミラー補償』として知られてい
る方法に依って計算され、全体の回路の安定性を確保す
る。
【0030】本発明の好適な実施例について述べて来た
が、当業者は、本発明の着想の範囲内で構成される明ら
かな改変、変形例を案出できるものと理解される。
【0031】いずれの請求項でかかげられている技術的
特長が参照符号によってフォローされている箇所では、
それら参照符号は、請求項の理解を深める目的だけで使
用されているものであり、従って、そのような参照符号
は、参照符号による例によって特定される各要素の範囲
に何んら限定的影響を与えるものではない。
【0032】
【発明の効果】本発明の依る回路は、非常に簡単なもの
であると云う長所を有しており、この簡単さは二極解決
に対して占有面積を減じ、電力消費を減ずることにな
る。同時に、本回路は、次の長所を有している。即ち、
平衡された入力、広い出力スイング(レールからレール
への出力スイング)、小さい歪(Vin<100mVに
対して0.01%よりも小さい)、比較的小さいノイズ
が得られる。
【0033】他方、本発明に依る回路は、上述したよう
に、入力電圧の振幅に制限される。しかし、この点は、
本発明の要旨であるマイクロホーンへの適用においては
短所ではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマイクロホーンの前置増幅器の回
路線図である。
【符号の説明】
M1A、M2A…第1増幅段 M1、M2…第2増
幅段 M3、M4…第1電流ミラー M5A、M5…分極
電流源 VCN…予じめ設定された基準電圧 VX …電圧 R1、R2…抵抗分
割器 M6〜M11…不平衡出力増幅段 M6、M7…トランジスター M8、M9…第2電
流ミラー M10…固定電流源 M11…出力トラン
ジスター

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 差動入力信号に対拠するものであって、
    第1増幅段(M1A,M2A)と第2増幅段(M1、M
    2)とから構成されており、これら両方の段は、差動に
    基づいており且つ同じディメンションを有しており、こ
    れら段の各々は、それ自身の分極電流源(MSA、M
    S)を有しており、上記段は、出力節を相互に平行に連
    結しており且つ第1電流ミラー(M3、M4)によって
    形成された負荷を駆動し、上記第1段は、増幅される差
    動信号に対して平衡入力として作用する入力節を有して
    おり、上記第2段は、入力節を有しており、その第2段
    入力節のうちの一方は、予じめ設定された基準電圧(V
    CN)によって駆動され且つその第2段入力節のうちの他
    方は、前置増幅器の最終出力電圧に比例する電圧(V
    X )によって駆動されるようになっており、その結果、
    電流における差が第1段と第2段の各々の出力節間に発
    生され、その差は、増幅される入力信号と、最終出力電
    圧に比例する上記電圧と基準電圧との間の差との間の差
    に比例するようになっていることを特徴とするCMOS
    技法における平衡マイクロホーンの前置増幅器。
  2. 【請求項2】 前置増幅器の出力電圧に比例する上記電
    圧は、前置増幅器の出力電圧と上記基準電圧との間に連
    結された抵抗分割器(R1、R2)の中間節から得られ
    ることを特徴とする請求項1に記載のマイクロホーンの
    前置増幅器。
  3. 【請求項3】 本マイクロホーンの前置増幅器は、更
    に、上記電流ミラーによって駆動される不平衡の出力増
    幅段(M6、M7、M8、M9、M10、M11)から
    構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のマ
    イクロホーンの前置増幅器。
  4. 【請求項4】 上記出力増幅段は、上記第1ミラーによ
    って駆動され且つ第2電流ミラー(M8、M9)を駆動
    する2つのトランジスター(M6、M7)と、自身の固
    定電流源(M10)が第2電流ミラーの出力によって駆
    動される出力トランジスター(M11)とから構成され
    たことを特徴とする請求項3に記載のマイクロホーンの
    前置増幅器。
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