JP3031291B2 - 能動バイパス回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は能動バイパス回路に
関し、特に高速・高集積アナログ及びアナログ・ディジ
タルハイブリッドＩＣの電源からのノイズを抑止する能
動バイパス回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アナログ及びアナログ・デジタル
ハイブリッドＩＣの高速・高集積化が急速に進んでい
る。

【０００３】このような信号伝送用回路においては、電
源ラインを介して信号周波数帯域内のノイズが他の回路
のブロックに回込む、という問題が発生する。

【０００４】従来、このような回り込みを防ぐ方法とし
ては、図６の従来のバイパス回路の一例の回路図に示す
ように主回路１０１と並列にノイズバイパス用のコンデ
ンサ２００を外付けで接続し、主回路１０１よりもバイ
パス回路の信号帯域内でのインピーダンスを小さくする
ことで、信号帯域内のノイズをバイパスしていた。

【０００５】しかし、この方法では、回路の複雑化，多
機能ブロック化に伴い、このバイパスコンデンサの数が
増え、また、そのために実装コストの増大を招くという
問題があった。

【０００６】そこで、ＩＣ内部にこれらバイパスコンデ
ンサを作り込むことが考えられるが、外付けと同様の効
果を得るためには、そのコンデンサのサイズが非常に大
きくなり、ＩＣ化を行うメリットがなくなってしまう。

【０００７】そこで、これを解決する方法の一例とし
て、トランジスタのミラー効果を利用した特開平４−２
１２５１２号公報に開示されたアクティブバイパス回路
（能動バイパス回路）がある。図４はこの公報に開示さ
れたアクティブバイパス回路の回路図である。

【０００８】このアクティブバイパス回路１０２はバイ
パス回路１０３とそれを駆動するための電流源１０４で
構成され、バイパス回路１０３はバイパスコンデンサ２
００，トランジスタ２０１，トランジスタ２０１のコレ
クタ・エミッタ間電圧を飽和させないためのダイオード
２０２で構成される。

【０００９】このアクティブバイパス回路１０２の近似
等化回路は図３のインダクタンス、抵抗及びコンデンサ
の直列接続回路図に示すようにインダクタンスＬ，抵抗
Ｒ，コンデンサＣを直列接続した回路で表され、このア
クティブバイパス回路１０３のインピーダンス特性は周
波数に対して図５のインピーダンス対周波数特性図に示
す従来例２のようになる。なお、同図中の従来例１の特
性曲線は図６に示すバイパス回路のコンデンサのインピ
ーダンス特性である。又、従来例１のコンデンサの容量
は従来例２のコンデンサの容量と同じである。

【００１０】このアクティブバイパス回路１０３のイン
ピーダンスとは、図４を参照して、同図のＫ１点、即
ち、トランジスタ２０１のベースから見た電流源１０４
のインピーダンスを意味する。

【００１１】図５によれば、従来例２の場合はコンデン
サのみの場合（同図中の従来例１）に比べ、信号帯域内
のインピーダンスを小さくすることができるため、一層
のバイパス効果が得られる上に、ミラー効果を用いるこ
とで比較的小容量のコンデンサで実現できることから、
ＩＣ規模の小形化が可能である。

【００１２】即ち、ミラー効果によりコンデンサ２００
の容量値がトランジスタ２０１の増幅率倍に実効的に見
えることをこの従来例２は利用している。

【００１３】又、アクティブバイパス回路の他の例とし
て特開平５−１９８７４２号公報に未使用トランジスタ
をバイパスコンデンサとして使用した半導体集積回路装
置が開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ＩＣの高集積化が進む
と、バイパス回路には信号帯域内でのより低いインピー
ダンスが要求される。しかしながら、従来のアクティブ
バイパス回路において十分低いインピーダンスを得るた
めには、さらにコンデンサの容量を増大させること、若
しくはトランジスタの駆動電流を増大させることが必要
であるが、これはチップサイズと消費電力の増加を招く
という問題点があった。

【００１５】そこで本発明の目的は、従来のアクティブ
バイパス回路よりも帯域内インピーダンスを低減させる
ことができるアクティブバイパス回路を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、回路要素に電源供給線を介してノイズが回
り込むのを防止する能動バイパス回路であって、前記電
源供給線とその一端が接続される容量素子と、前記電源
供給線とその一端が接続されるダイオードと、前記ダイ
オードの他端と第１電極が接続され、前記容量素子の他
端と制御端子が接続され、前記第１電極に流入した電流
を流出させる第２電極を有する第１のトランジスタと、
前記制御電極に所定電流を供給し前記第１のトランジス
タを駆動する電流源回路とからなり、前記電流源回路は
カレントミラー回路で構成されることを特徴とする。

【００１７】本発明によれば、電流源回路を第２及び第
３トランジスタで構成し、第３のトランジスタで第２の
トランジスタを駆動し、第２のトランジスタより第１の
トランジスタの制御電極に所定電流を供給するよう構成
したため、第１のトランジスタの制御電極から見た電流
源回路のインピーダンスを大きくすることができる。こ
れにより、従来のアクティブバイパス回路よりも帯域内
インピーダンスを低減させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発
明に係る能動バイパス回路の第１の実施の形態の回路図
である。なお、従来例（図４）と同様の構成部分には同
一番号を付し、その説明を省略する。

【００１９】本能動バイパス回路において、電源１００
には信号伝送用の主回路（回路要素）１０１と、アクテ
ィブバイパス回路１が接続されている。アクティブバイ
パス回路１は電源１００からの帯域内のノイズをバイパ
スするバイパス回路１０３と、そのバイパス回路１０３
を駆動するための電流源回路１０で構成される。

【００２０】バイパス回路１０３はトランジスタ２０１
のミラー効果を用いてバイパスコンデンサ２００の容量
値をトランジスタ２０１の増幅率倍に実効的に見えるよ
うにすることで、容量の小さなコンデンサでより低い周
波数のノイズをバイパスすることができる。

【００２１】電源１００から回り込むノイズに対するア
クティブバイパス回路１０３の等化回路は従来例と同様
に図３のようになる。このインピーダンスの帯域内周波
数成分を主回路１０１のインピーダンスに対して十分小
さくすれば、電源１００からの帯域内のノイズは、アク
ティブバイパス回路１に流れ込み、主回路１０１には影
響を及ぼさない。

【００２２】アクティブバイパス回路１に流れ込んだノ
イズは、トランジスタ２０１のミラー効果を得るため
に、同図の矢印Ｊで示すようにバイパスコンデンサ２０
０を流れた後、トランジスタ２０１に流れ込むことが必
要であり、このためにはバイパス回路１０３を駆動する
ための電流源回路１０のインピーダンスができるだけ大
きいことが必要である。

【００２３】つまり、バイパス回路１０３のトランジス
タ２０１のベース端子（Ｋ１点）から左をインピーダン
スが出来るだけ大きいことがアクティブバイパス回路１
の帯域内周波数成分を主回路１０１のインピーダンスに
対して十分小さくするために必要である。

【００２４】この目的を達成するため、本発明に係る電
流源回路は以下に示すように構成されている。

【００２５】電流源回路１０はトランジスタ２，３と、
抵抗４，５とで構成される。そして、トランジスタ２の
コレクタと正極電源端子Ｐ１間には抵抗５が接続され、
そのコレクタはトランジスタ２１０のベースと接続され
る。又、同トランジスタ２のエミッタは負極電源端子Ｐ
２と接続され、そのベースはトランジスタ３のベースと
接続される。

【００２６】又、トランジスタ３のコレクタとベースは
短絡され、同トランジスタ３のコレクタと正極電源端子
Ｐ１間には抵抗４が接続され、そのエミッタは負極電源
端子Ｐ２と接続される。このようにトランジスタ３はダ
イオード接続されている。

【００２７】次に、この電流源回路１０の動作について
説明する。この回路１０は、トランジスタ２と３のベー
ス・エミッタ間電圧が等しくなるよう構成されている。
従って、トランジスタ３のコレクタ・エミッタ間に流れ
る電流Ｉｒｅｆとトランジスタ２のコレクタ・エミッタ
間に流れる電流Ｉ２は等しくなる。即ち、この回路１０
はカレントミラー（ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｉｒｒｏｒ）回
路を構成しているのである。

【００２８】さらに、アクティブバイパス回路１０３に
ついて詳細に説明すると、このアクティブバイパス回路
１０３は、コンデンサ２００が正極電源端子Ｐ１とトラ
ンジスタ２０１のベース間に接続され、トランジスタ２
０１のコレクタ・エミッタ間電圧を飽和させないための
ダイオード２０２がトランジスタ２０１のコレクタと正
極電源端子Ｐ１間に接続され、同トランジスタ２０１の
エミッタは負極電源端子Ｐ２と接続されている。

【００２９】このアクティブバイパス回路１０３は電流
増幅回路であるが、トランジスタ２０１のコレクタとベ
ース間（正確にはダイオード２０２の正極側端子とトラ
ンジスタ２０１のベース間）にコンデンサ２００が接続
されているため、前述したように、ミラー効果によりこ
のコンデンサ２００の容量がトランジスタ２０１の増幅
率倍に見え、よってより低い周波数のノイズをバイパス
することができるのである。

【００３０】ここで、従来例２の場合と本発明の場合の
Ｋ１点から電流源回路を見たインピーダンスは、夫々自
式で示される。なお、Ｚ１は従来例２の場合のインピー
ダンス、Ｚ２は本発明の場合のインピーダンスを示す。

【００３１】 Ｚ１＝ＲＢ１ ‖ ＲＢ２ ‖ ＲＣ …（１） Ｚ２＝ｒｏ ‖ ＲＣ …（２） ここに、図４を参照して、式（１）のＲＢ１は抵抗２０
５、ＲＢ２は抵抗２０４、ＲＣは抵抗２０３を夫々示
す。

【００３２】即ち、従来例２のＫ１点から電流源を見た
インピーダンスＺ１は、抵抗ＲＢ１、ＲＢ２及びＲＣを
並列接続した値となる。

【００３３】一方、図１を参照して、式（２）のＲＣは
抵抗５、ｒｏはトランジスタ２の出力抵抗を夫々示す。

【００３４】即ち、本発明のＫ１点から電流源を見たイ
ンピーダンスＺ２は、抵抗ｒｏと抵抗ＲＣとを並列接続
した値となる。

【００３５】ところで、通常トランジスタの出力抵抗ｒ
ｏは数１０ｋΩであり、一方、抵抗ＲＢ１，ＲＢ２はＩ
Ｃ上に作り込む抵抗であるため、そのＩＣのサイズによ
り抵抗値の大きさも制限されるので、インピーダンスＺ
２はＺ１より遥かに大きな値となる。

【００３６】従って、図５中の本発明回路の特性曲線に
示すように、従来例２に比べ本発明に係るアクティブバ
イパス回路の方がノイズのバイパス効果が大きくなる。

【００３７】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図２は本発明の第２の実施の形態の回路図で
ある。なお、第１の実施の形態と同様の構成部分につい
ては同一番号を付し、その説明を省略する。

【００３８】第２の実施の形態が第１の実施の形態と異
なる点はトランジスタ２のエミッタと負極電源端子Ｐ２
間に抵抗２２を接続したことである。この電流源回路を
２０、この電流源回路２０を含むアクティブバイパス回
路を２１で表示している。

【００３９】この回路はいわゆるワイドラー定電流回路
（Ｗｉｄｌａｒ ｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅ）であ
る。

【００４０】いま、同図においてトランジスタ２と３の
エミッタ面積比の最大値を現実的な値である１０：１に
仮定し、定電流回路を使って、たとえば５μＡの出力電
流を得ようとすると、５０μＡの基準電圧が必要とな
る。

【００４１】ところが、３０Ｖの電源電圧に抵抗を接続
してこの電流値を得ようとすると、６００ｋΩの抵抗値
が必要となる。この抵抗値はチップ面積の点から考える
と不経済な値である。

【００４２】しかしトランジスタ２と３が互いに異なる
ベース・エミッタ間電圧で動作できるように定電流回路
に改良を加え、抵抗値をうまく選ぶと、このような小さ
いバイアス電流を得ることが可能となる。

【００４３】この考えに基づき第２の実施の形態ではト
ランジスタ２のエミッタ・負極電源間に抵抗２２を接続
し、トランジスタ２のコレクタ電流を調整することによ
り、これを実現している。

【００４４】なお、トランジスタ２０１のベース（Ｋ１
点）から見た電流源回路２０のインピーダンスは第１の
実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

【００４５】又、第１及び第２の実施の形態ではトラン
ジスタ２，３，２０１をバイポーラ・トランジスタで構
成したが、これに限定されるものではなく、ＭＯＳ型Ｆ
ＥＴ又はＭＥＳ型ＦＥＴで構成することもできる。

【００４６】即ち、バイポーラ・トランジスタのコレク
タ、ベース、エミッタを上記ＦＥＴのドレイン、ゲー
ト、ソースで夫々置き換えることにより上記ＦＥＴで構
成することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、回路要素に電源供給線
を介してノイズが回り込むのを防止する能動バイパス回
路であって、前記電源供給線とその一端が接続される容
量素子と、前記電源供給線と接続される第１電極、この
第１電極に流入した電流を流出させる第２電極及び前記
容量素子の他端が接続されかつ前記第１及び第２電極間
に流れる電流を制御する制御電極を有する第１のトラン
ジスタと、前記制御電極に所定電流を供給し前記第１の
トランジスタを駆動する電流源回路とから能動バイパス
回路を構成し、前記電流源回路を前記制御電極に所定電
流を供給する第２のトランジスタと、この第２のトラン
ジスタを駆動する第３のトランジスタとにより構成した
ため、第１のトランジスタの制御電極から見た電流源回
路のインピーダンスを従来よりも大きくすることができ
る。

【００４８】従って、本発明によれば、従来のアクティ
ブバイパス回路よりも帯域内インピーダンスを低減させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る能動バイパス回路の第１の実施の
形態の回路図である。

【図２】同能動バイパス回路の第２の実施の形態の回路
図である。

【図３】インダクタンス、抵抗及びコンデンサの直列接
続回路図である。

【図４】特開平４−２１２５１２号公報に開示されたア
クティブバイパス回路の回路図である。

【図５】インピーダンス対周波数特性図である。

【図６】従来のバイパス回路の一例の回路図である。

【符号の説明】

１ アクティブバイパス回路 ２，３，２０１ トランジスタ ４，５，２２ 抵抗 ２００ コンデンサ １００ 電源 １０１ 主回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 11/04 H01L 23/62

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路要素に電源供給線を介してノイズが
   回り込むのを防止する能動バイパス回路であって、 前記電源供給線とその一端が接続される容量素子と、前
   記電源供給線とその一端が接続されるダイオードと、前
   記ダイオードの他端と第１電極が接続され、前記容量素
   子の他端と制御端子が接続され、前記第１電極に流入し
   た電流を流出させる第２電極を有する第１のトランジス
   タと、前記制御電極に所定電流を供給し前記第１のトラ
   ンジスタを駆動する電流源回路とからなり、前記電流源
   回路はカレントミラー回路で構成されることを特徴とす
   る能動バイパス回路。
2. 【請求項２】 前記電流源回路はダイオード接続された
   第３のトランジスタと、前記第３のトランジスタにより
   駆動される第２のトランジスタとから構成され、前記第
   ２のトランジスタは前記第１のトランジスタを駆動する
   ことを特徴とする請求項１記載の能動バイパス回路。
3. 【請求項３】 前記第２のトランジスタの第１電極は前
   記第１のトランジスタの制御電極と、第２電極は前記第
   １のトランジスタの第２電極と、制御電極は前記第３の
   トランジスタの制御電極と夫々接続され、前記第３のト
   ランジスタの第１電極と制御電極とは短絡され、前記第
   ３のトランジスタの第２電極は前記第２のトランジスタ
   の第２電極と接続されることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の能動バイパス回路。
4. 【請求項４】 前記第２のトランジスタの第２電極と前
   記第１及び第３のトランジスタの第２電極間には抵抗素
   子が接続されることを特徴とする請求項３記載の能動バ
   イパス回路。