JP3442613B2 - Variable gain amplifier - Google Patents

Variable gain amplifier

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JP3442613B2
JP3442613B2 JP08105497A JP8105497A JP3442613B2 JP 3442613 B2 JP3442613 B2 JP 3442613B2 JP 08105497 A JP08105497 A JP 08105497A JP 8105497 A JP8105497 A JP 8105497A JP 3442613 B2 JP3442613 B2 JP 3442613B2
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differential transistor
differential
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drain
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剛 山本
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、MOS型半導体
集積回路において、アナログ信号処理を行う場合の基本
となる可変利得増幅回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable gain amplifier circuit which is the basis for analog signal processing in a MOS semiconductor integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、デジタル機器の増大とデジタル信
号処理技術の進歩によってデジタル信号処理に適したC
MOS集積回路が半導体市場の大部分を占めるようにな
ってきている。ところが、映像や音声は入出力がアナロ
グであるためアナログで処理する方が簡単であったり、
デジタルで処理する場合でもA/D、D/A変換やその
前後のフィルタ処理およびクロック発生のための発振器
などにアナログ回路が必要である。アナログ回路にはバ
イポーラが向いており、CMOSはアナログスイッチや
サンプルホールドなどの一部の回路を除いては不向きと
されてきた。しかし、バイポーラやBiCMOSプロセ
スはややコスト高になる上、CMOSでのデジタルアナ
ログ混載による1チップ化という要求が強く、CMOS
でアナログ信号処理を行うための回路開発が盛んになっ
てきている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in digital equipment and the progress of digital signal processing technology, C suitable for digital signal processing has been developed.
MOS integrated circuits are occupying most of the semiconductor market. However, it is easier to process video and audio in analog because the input and output are analog.
Even in the case of digital processing, analog circuits are required for A / D and D / A conversion, filter processing before and after the A / D conversion, and an oscillator for clock generation. Bipolar is suitable for analog circuits, and CMOS has been unsuitable except for some circuits such as analog switches and sample hold. However, the cost of the bipolar and BiCMOS processes is rather high, and there is a strong demand for the CMOS to be integrated into one chip by digital / analog mixed mounting.
The circuit development for analog signal processing is becoming popular.

【0003】アナログ信号処理で頻度が高く、トータル
性能に大きな影響を及ぼす重要な機能として「可変利得
増幅器」がある。バイポーラでは「ゲインセル」という
便利な組み合せトランジスタ回路があり、これを用いて
可変利得増幅器を構成すれば、2つのバイアス電流の比
に比例した利得を持つ回路が簡単に実現できる。ところ
が、CMOSで可変利得増幅器を作る場合、単にバイポ
ーラをCMOSに置き換えた回路やその変形回路では、
必ず大きな2次ひずみを発生するという問題に遭遇す
る。例えば、図11は最近公開された(特開平8−29
8416号公報)CMOSで構成する可変利得差動増幅
器である。以下、これを例にして従来回路の問題点につ
いて説明する。この回路はMOSトランジスタM1 、M
2 と電流源I1 で構成する差動回路と、MOSトランジ
スタM3 、M4 と電流源I2 で構成する差動回路が中心
となっている。これらはいずれもソースを直結したペア
トランジスタを電流源でバイアスする形式になってい
る。そこで片側のMOSトランジスタM1 とM2 と電流
源I1 で構成する片側の差動回路について考える。ただ
し、入力は完全差動信号であることを前提とし、両トラ
ンジスタはいずれも飽和領域(ピンチオフ領域)で動作
しているものとし、簡単のため短チャネル効果は考慮し
ないものとする。このとき、各MOSトランジスタの特
性は主要なパラメータであるkとVthの値を用いて、 I=(k/2)(VGS−Vth)2 と表わすことができる。ここで、kはゲート幅をW、ゲ
ート長をL、ゲート容量をCox、チャネルのキャリア移
動度をμとして「μCoxW/L」で表される定数であ
る。これを用いて、MOSトランジスタM1 とM2 の動
作の記述式は次のように表わせる。
There is a "variable gain amplifier" as an important function which is frequently used in analog signal processing and has a great influence on the total performance. In bipolar, there is a convenient combinational transistor circuit called "gain cell", and if a variable gain amplifier is constructed using this, a circuit having a gain proportional to the ratio of two bias currents can be easily realized. However, when making a variable gain amplifier in CMOS, in a circuit in which bipolar is simply replaced by CMOS or a modified circuit thereof,
Encounter a problem that always causes a large second-order distortion. For example, FIG. 11 was recently published (Japanese Patent Laid-Open No. 8-29).
Japanese Patent No. 8416) is a variable gain differential amplifier composed of CMOS. The problem of the conventional circuit will be described below by taking this as an example. This circuit consists of MOS transistors M1 and M
The main circuit is a differential circuit composed of 2 and a current source I1, and a differential circuit composed of MOS transistors M3 and M4 and a current source I2. All of these are of a type in which a pair transistor whose source is directly connected is biased by a current source. Therefore, consider a one-sided differential circuit composed of one-sided MOS transistors M1 and M2 and a current source I1. However, it is assumed that the inputs are fully differential signals, both transistors are operating in the saturation region (pinch-off region), and the short channel effect is not considered for simplicity. At this time, the characteristics of each MOS transistor can be expressed as I = (k / 2) (VGS-Vth) 2 by using the values of k and Vth which are main parameters. Here, k is a constant represented by “μCoxW / L” where W is the gate width, L is the gate length, Cox is the gate capacitance, and μ is the carrier mobility of the channel. Using this, the descriptive expression of the operation of the MOS transistors M1 and M2 can be expressed as follows.

【0004】 M1:I11=(k/2)(VGS1 −Vth)2 … (1) M2:I12=(k/2)(VGS2 −Vth)2 … (2) ここで、(1)−(2)を計算すると、 I11−I12=(k/2)(VGS1 +VGS2 −2Vth)(VGS1 −VGS2 ) =(k/2)(VGS1 +VGS2 −2Vth)Vin … (3) となる。ただし、VGS1 、VGS2 はそれぞれMOSトラ
ンジスタM1 、M2 のゲート・ソース間電圧、Vinは差
動入力電圧である。入力信号は完全差動信号と仮定して
いるので、入力信号の中点電位をVB として、入力端子
へ供給される入力電圧はVB +Vin/2とVB −Vin/
2と表わせる。ここで、差動ペアのソース電位VA を計
算する。この場合、 VGS1 =VB +Vin/2−VA ,VGS2 =VB −Vin/2−VA となるので、VB −VA −Vth=Aとして(1)+
(2)より、
M1: I11 = (k / 2) (VGS1-Vth) 2 (1) M2: I12 = (k / 2) (VGS2-Vth) 2 (2) where (1)-(2 ), I11-I12 = (k / 2) (VGS1 + VGS2-2Vth) (VGS1-VGS2) = (k / 2) (VGS1 + VGS2-2Vth) Vin ... (3) However, VGS1 and VGS2 are the gate-source voltages of the MOS transistors M1 and M2, respectively, and Vin is the differential input voltage. Since the input signal is assumed to be a fully differential signal, the midpoint potential of the input signal is VB, and the input voltage supplied to the input terminal is VB + Vin / 2 and VB-Vin /
It can be expressed as 2. Here, the source potential VA of the differential pair is calculated. In this case, VGS1 = VB + Vin / 2-VA and VGS2 = VB-Vin / 2-VA, so that VB-VA-Vth = A (1) +
From (2),

【数1】 となる。ゆえに、[Equation 1] Becomes therefore,

【数2】 となる。これを(3)に代入して、この差動ペアのトラ
ンスコンダクタンスGm1 [=(I11−I12)/Vin]
を求めると、
[Equation 2] Becomes Substituting this into (3), the transconductance Gm1 of this differential pair [= (I11-I12) / Vin]
And ask

【数3】 となる。同様にして、MOSトランジスタM3 とM4 と
I2 で構成する片側の差動回路についても同様にトラン
スコンダクタンスGm2 [=(I21−I22)/Vin]を
計算すると、
[Equation 3] Becomes Similarly, transconductance Gm2 [= (I21-I22) / Vin] is similarly calculated for the differential circuit on one side composed of MOS transistors M3, M4 and I2.

【数4】 と求まる。ただし、MOSトランジスタM3 とM4 のk
とVthの値はMOSトランジスタM1 とM2 に等しい値
であるとした。以上、計算した2つの差動回路は逆極性
の出力同士を繋いでいるのでトータルのトランスコンダ
クタンスGmの値は(5)と(6)の差になり、
[Equation 4] Is asked. However, k of MOS transistors M3 and M4
The values of Vth and Vth are equal to those of the MOS transistors M1 and M2. As described above, the calculated two differential circuits connect outputs of opposite polarities to each other, so that the value of the total transconductance Gm is the difference between (5) and (6).

【数5】 ということになる。この式からも明らかなように、トラ
ンスコンダクタンスGmは、入力信号の瞬時振幅値Vin
に応じてダイナミックに変動することになる。これは出
力にひずみが発生することを意味する。トランスコンダ
クタンスGmにVinの2乗項を含むため主に2次のひず
みとなる。これは出力に抵抗などの線形素子を負荷とし
た場合はもちろんのこと、2乗特性を持つMOSトラン
ジスタを負荷とした場合でもキャンセルできるものでは
なく、より複雑なひずみ波形となるだけである。CMO
Sで可変利得増幅器を作る場合、必ず大きなひずみ発生
を伴うことが避けられず、信号の品位を劣化させるとい
う問題点があった。
[Equation 5] It turns out that. As is clear from this equation, the transconductance Gm is the instantaneous amplitude value Vin of the input signal.
It will change dynamically according to. This means that distortion will occur in the output. Since the transconductance Gm includes the squared term of Vin, the distortion is mainly second-order. This cannot be canceled not only when a linear element such as a resistor is used as a load for the output, but also when a MOS transistor having a square characteristic is used as a load, and only a more complicated distortion waveform results. CMO
When the variable gain amplifier is made of S, it is unavoidable that a large amount of distortion is generated and the quality of the signal is deteriorated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、従来、アナログ回路として可変利得差動増幅器をC
MOSだけで実現しようとすると、必ず大きなひずみを
発生することになり、信号品位を著しく劣化させること
が避けられなかった。
As described above, a variable gain differential amplifier is conventionally used as an analog circuit in the C-type.
If it is attempted to realize it only by MOS, a large distortion is always generated, and it is unavoidable that the signal quality is remarkably deteriorated.

【0006】この発明の目的は、原理的に全くひずみを
発生しない可変利得差動増幅器をCMOSによるアナロ
グ回路で提供することにある。
An object of the present invention is to provide a variable gain differential amplifier that does not generate any distortion in principle by an analog circuit using CMOS.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明では第1の方法として、電界効果トラン
ジスタで構成し、ゲート端子間に入力差動信号を与え、
ソース端子はともに基準電位に接続した第1の差動トラ
ンジスタ対と、前記第1の差動トランジスタ対のそれぞ
れのドレイン端子に流れるドレイン電流の平均値を検出
し、この平均電流を折り返して前記それぞれのドレイン
端子に供給する平均電流供給手段と、前記入力信号の直
流電圧を制御するオフセット制御手段と、前記それぞれ
のドレイン端子より取り出される電流を各々の出力電流
とし、該出力電流の振幅の入力信号振幅に対する比を、
前記直流電圧を制御することにより制御する手段とを具
備してなることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the first method of the present invention is to use a field effect transistor to provide an input differential signal between the gate terminals.
The source terminal of the first differential transistor pair were both connected to the reference potential, that of the first differential transistor pair
Detecting the average value of the drain current flowing to the drain terminal of Les, the drain of the each folded the average current
And average current supply means for supplying to the terminal, and an offset control means for controlling the DC voltage of the input signal, wherein each
The current drawn from the drain terminal of is the respective output current, and the ratio of the amplitude of the output current to the input signal amplitude is
A means for controlling by controlling the DC voltage is provided.

【0008】また、第2の方法として、電界効果トラン
ジスタで構成し、ソース端子を共通の基準電位点に接続
した第1および第2の差動トランジスタ対であって、そ
れぞれの差動トランジスタ対のゲート端子間に同じ入力
差動信号を与え、前記第1および第2の差動トランジス
タ対の間で入力に対してそれぞれ逆極性出力となるドレ
イン電流同士を互いに加算するようにそれぞれのドレイ
ン端子同士をそれぞれ接続して構成する信号増幅手段
と、前記第1および第2の差動トランジスタ対の前記
されたドレイン電流の平均値を検出しこの平均電流
を折り返して前記それぞれ接続されたドレイン端子の対
にそれぞれ供給する平均電流供給手段と、前記第1およ
び第2の差動トランジスタ対との間に制御可能な直流オ
フセットを持たせてそれぞれ入力差動信号与えるオフ
セット制御手段とからなり、前記それぞれのドレイン端
子の接続点より取り出される電流を各々の出力電流と
し、前記直流オフセット電圧を制御することにより前記
出力電流の振幅の入力信号振幅に対する比を制御するこ
とを特徴とする。
As a second method, a first and a second differential transistor pair, which are field effect transistors and have source terminals connected to a common reference potential point, are provided . The same input differential signal is applied between the gate terminals, and the drains having opposite polarities with respect to the inputs are output between the first and second differential transistor pairs.
Drain each of the in- currents so that they add to each other.
A signal amplifying means is constructed by connecting a down terminals are respectively detects the average value of the first and second of said pressurized <br/> calculated drains current of the differential transistor pair, folding the average current A pair of drain terminals connected to each other
On the average current supply means for supplying each consist offset control means for providing a respective input differential signal to have a controllable DC offset between the first and second differential transistor pair, wherein each The drain edge
The current drawn from the connection point of the child is set as each output current, and the ratio of the amplitude of the output current to the input signal amplitude is controlled by controlling the DC offset voltage.

【0009】また、第3の方法として、電界効果トラン
ジスタで構成し、ソース端子を第1の基準電位点に接続
した第1の差動トランジスタ対とソース端子を第2の基
準電位点に接続した第2の差動トランジスタ対であっ
て、それぞれの差動トランジスタ対のゲート端子間に同
じ入力差動信号を与え、前記第1および第2の差動トラ
ンジスタ対の間で入力に対してそれぞれ逆極性出力とな
ドレイン電流同士を互いに加算するようにそれぞれの
ドレイン端子同士を接続して構成する信号増幅手段と、
前記第1および第2の差動トランジスタ対の前記加算
れたドレイン電流の平均値を検出しこの平均電流を折
り返して前記それぞれ接続されたドレイン端子の対にそ
れぞれ供給する平均電流供給手段と、前記第1の基準電
位点と前記第2の基準電位点との間に制御可能な直流オ
フセット電圧を持たせるオフセット制御手段とからな
り、前記それぞれのドレイン端子の接続点より取り出さ
れる電流を各々の出力電流とし、前記直流オフセット電
圧を制御することにより前記出力電流の振幅の入力信号
振幅に対する比を制御することを特徴とする。
As a third method, a first differential transistor pair composed of field effect transistors having source terminals connected to a first reference potential point and source terminals connected to a second reference potential point. A second differential transistor pair, wherein the same input differential signal is applied between the gate terminals of the respective differential transistor pairs, and the input differential signals are inverted between the first and second differential transistor pairs with respect to the inputs. To add the drain currents that are polar outputs to each other ,
Signal amplifying means configured by connecting drain terminals to each other ,
Said addition of said first and second differential transistor pair
The average value of the drain currents is detected, and the average currents are returned to the pair of connected drain terminals.
An average current supply means for supplying each, and the first reference voltage
Consists position point and offset control means for imparting a controllable DC offset voltage between the second reference potential point, taken out from the connection point of the respective drain terminals
It is characterized in that the ratio of the amplitude of the output current to the amplitude of the input signal is controlled by controlling the direct current offset voltage by using the generated current as each output current.

【0010】このような回路形式にすることにより、入
力信号はCMOS差動ペアのそれぞれの素子のゲートソ
ース間電圧として直接入力されることになるため,MO
Sの2乗特性により純粋な2乗電流に変換される。この
2乗電流のうち直流分と入力信号の2次分は前記平均電
流減算回路によって相殺され、直流分×入力信号(1次
分)だけを出力電流として取り出すことができる。この
回路のトランスコンダクタンスGm(出力電流を入力電
圧で割ったもの)は、直流電圧だけに比例することにな
り、この直流電圧を変えることでGmを変えてゲインを
変えることができる。また、Gmは入力信号の瞬時振幅
値Vinには全く依存しないことになる。つまり、入力信
号に応じてGm値がダイナミックに変動しないことか
ら、可変利得にしたことでひずみが発生するようなこと
はない。
By adopting such a circuit form, the input signal is directly input as the gate-source voltage of each element of the CMOS differential pair, so that the MO signal is input.
It is converted into a pure square current by the square characteristic of S. The DC component of the squared current and the secondary component of the input signal are canceled by the average current subtraction circuit, and only the DC component × the input signal (first component) can be taken out as the output current. The transconductance Gm (output current divided by input voltage) of this circuit is proportional to only the DC voltage, and by changing this DC voltage, Gm can be changed to change the gain. Further, Gm does not depend on the instantaneous amplitude value Vin of the input signal at all. That is, since the Gm value does not dynamically change according to the input signal, the variable gain does not cause distortion.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、こ
の発明の第1の実施の形態について説明するための回路
構成図である。この実施の形態は、MOSトランジスタ
M1 とM2 で構成する1対のソース接地の差動トランジ
スタを基本に構成する。上記差動トランジスタのゲート
端子へは直流オフセット発生手段Vcを介して入力差動
信号を供給する。この直流オフセットはMOSトランジ
スタM1 とM2 には同じ電圧を与え、同じ変化量となる
ように制御する。さらにMOSトランジスタM1 とM2
のドレイン電流の平均電流検出手段を設け、この平均電
流と等しい電流を電源VccよりMOSトランジスタM1
とM2 のドレイン端子に流し込む。このようにして、M
OSトランジスタM1とM2 のドレイン端子にはそれぞ
れのドレイン電流とその両方の平均電流との差電流Io
1とIo2を出力する。このような回路で前記直流オフ
セット電圧を制御することにより、出力差動電流Io1
とIo2の入力信号振幅に対する比を制御する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining a first embodiment of the present invention. This embodiment is basically composed of a pair of source-grounded differential transistors composed of MOS transistors M1 and M2. An input differential signal is supplied to the gate terminal of the differential transistor via the DC offset generating means Vc. This DC offset is controlled so that the same voltage is applied to the MOS transistors M1 and M2, and the same change amount is obtained. Furthermore, MOS transistors M1 and M2
Means for detecting the average current of the drain current of the MOS transistor M1 is supplied from the power source Vcc.
And pour into the drain terminal of M2. In this way, M
The drain terminals of the OS transistors M1 and M2 have a difference current Io between their respective drain currents and their average currents.
1 and Io2 are output. By controlling the DC offset voltage with such a circuit, the output differential current Io1
And control the ratio of Io2 to the input signal amplitude.

【0012】従来の図11と比較した場合、基本的な相
違は、図11では差動トランジスタのソース接続点が電
流源でバアイスされているのに対し、この実施の形態で
は差動トランジスタのソース接続点が定電位(図1では
GND)に固定されている点である。従来回路では、N
MOS差動ペアのソース接続点は、(4)式にVin2を
含む項があることからも明らかなように、信号の2次リ
ップルでが乗ってひずみ発生の原因となっていた。これ
に対し、この実施の形態ではこの点を接地GNDに繋い
でいるため、入力信号電圧はNMOS差動ペアのそれぞ
れの素子のゲートソース間に直接加わることになるため
後述する作用により、ひずみ発生を抑えるものである。
When compared with the conventional FIG. 11, the basic difference is that the source connection point of the differential transistor is biased by the current source in FIG. 11, whereas the source of the differential transistor is different in this embodiment. This is the point where the connection point is fixed at a constant potential (GND in FIG. 1). In the conventional circuit, N
As is clear from the fact that the expression (4) has a term including Vin2, the source connection point of the MOS differential pair was caused by the secondary ripple of the signal and caused distortion. On the other hand, in this embodiment, since this point is connected to the ground GND, the input signal voltage is directly applied between the gate and source of each element of the NMOS differential pair, so that distortion will occur due to the operation described later. Is to suppress.

【0013】図1の実施の形態がひずみを発生しないこ
とを証明するため、図1の差動回路のトランスコンダク
タンスGmを計算する。ただし、各種条件は図11の従
来例の場合と同様に、入力は完全差動信号、両トランジ
スタはいずれも飽和領域(ピンチオフ領域)で動作、短
チャネル効果は考慮しない、各MOSトランジスタのk
とVthの値はそれぞれ等しく、kはゲート幅をW、ゲー
ト長をL、ゲート容量をCox、チャネルのキャリア移動
度をμとして「μCoxW/L」で表わされる定数、であ
るものとする。入力信号は完全差動信号と仮定している
ので、接地GNDを基準とした入力信号の中点電圧をV
B として、入力端子へ供給される入力電圧は、 VGS1 =VB +Vc +Vin/2 VGS2 =VB +Vc −Vin/2 となる。従って、この場合のMOSトランジスタM1 と
M2 の動作の記述式は、次のように表わせる。
To prove that the embodiment of FIG. 1 does not generate distortion, the transconductance Gm of the differential circuit of FIG. 1 is calculated. However, various conditions are the same as in the case of the conventional example of FIG. 11, the input is a fully differential signal, both transistors operate in the saturation region (pinch-off region), the short channel effect is not taken into consideration, and k of each MOS transistor is not considered.
And Vth are equal to each other, and k is a constant represented by “μCoxW / L” where W is a gate width, L is a gate length, Cox is a gate capacitance, and μ is a carrier mobility of a channel. Since the input signal is assumed to be a fully differential signal, the midpoint voltage of the input signal with reference to the ground GND is V
As B, the input voltage supplied to the input terminal is VGS1 = VB + Vc + Vin / 2 VGS2 = VB + Vc-Vin / 2. Therefore, the descriptive expression of the operation of the MOS transistors M1 and M2 in this case can be expressed as follows.

【0014】 M1:I11=(k/2)(VGS1 −Vth)2 =(k/2)(VB +Vc −Vth+Vin/2)2 … (8) M2:I12=(k/2)(VGS2 −Vth)2 =(k/2)(VB +Vc −Vth−Vin/2)2 … (9) 平均電流検出は、(I11+I12)/2の電流を出力する
から、出力電流Io1とIo2は、それぞれ次のように
表わせる。
M1: I11 = (k / 2) (VGS1−Vth) 2 = (k / 2) (VB + Vc−Vth + Vin / 2) 2 (8) M2: I12 = (k / 2) (VGS2−Vth) ) 2 = (k / 2) (VB + Vc-Vth-Vin / 2) 2 (9) Since the average current detection outputs the current of (I11 + I12) / 2, the output currents Io1 and Io2 are Can be expressed as

【0015】 Io1=(I11+I12)/2−I11 =(I12−I11)/2 =−k( VB +Vc −Vth) Vin … (10) Io2=(I11+I12)/2−I12 =(I11−I12)/2 =k(VB +Vc −Vth)Vin … (11) kはMOS素子の形状できまる定数であり、(VB +V
c −Vth)は制御可能な直流電圧なので、出力電流Io
1とIo2は入力振幅Vinに正比例し、ひずみ成分はな
い。このように図1の実施の形態では差動出力はもちろ
んシングル出力でもひずみのない出力波形となり、差動
では完全に対称な無ひずみの出力とが得られる。この回
路の差動回路としてのトランスコンダクタンスGm[=
(Io2−Io1)/Vin]を求めると、 Gm=2k(VB +Vc −Vth) … (12) となる。従来回路の(7)式とこの式との比較からもひ
ずみが完全に除去できていることがわかる。シングル出
力でも無ひずみなので、次段で入力信号が完全差動信号
という前提条件を維持でき、多段に接続してもひずまな
い。GmはVc を可変させることで簡単に制御できる。
Vc を−VB +Vthと等しくなるまで低減すれば、Gm
=0とすることができる。このようにゲイン(トランス
コンダクタンス)を無限小から制御できるので、制御範
囲が広いという特長がある。ただし、この場合は入力ダ
イナミックレンジも小さくなるので、Gmを0近くまで
下げるのはあまり現実的ではない。
Io1 = (I11 + I12) / 2-I11 = (I12-I11) / 2 = -k (VB + Vc-Vth) Vin (10) Io2 = (I11 + I12) / 2-I12 = (I11-I12) / 2 = k (VB + Vc-Vth) Vin ... (11) k is a constant that allows the shape of the MOS element to be (VB + V
c-Vth) is a controllable DC voltage, so the output current Io
1 and Io2 are directly proportional to the input amplitude Vin and have no distortion component. As described above, in the embodiment shown in FIG. 1, a single output as well as a differential output has a distortion-free output waveform, and a completely symmetrical and distortion-free output can be obtained. Transconductance Gm [= as a differential circuit of this circuit
When (Io2-Io1) / Vin] is obtained, Gm = 2k (VB + Vc-Vth) (12) It can be seen from the comparison between the equation (7) of the conventional circuit and this equation that the distortion can be completely removed. Even with a single output, there is no distortion, so the precondition that the input signal is a fully differential signal can be maintained in the next stage, and there is no distortion even if connected in multiple stages. Gm can be easily controlled by changing Vc.
If Vc is reduced to be equal to -VB + Vth, Gm
Can be = 0. In this way, the gain (transconductance) can be controlled from an infinitesimally small value, so that the control range is wide. However, in this case, since the input dynamic range is also small, it is not realistic to reduce Gm to near 0.

【0016】また、電流源でバイアスする方式と違っ
て、差動構成のMOSトランジスタM1 とM2 のソース
を接地GNDに落として使うため、ドレイン側に広いダ
イナミックレンジを確保することができる。このため低
電圧化にも適している。さらにはソースを接地GNDに
接続していることで、通常のP基板プロセスで作っても
基板効果の影響を受けないという特長があり、高精度・
低ひずみのアナログ回路が構築できる。
Further, unlike the method of biasing with a current source, since the sources of the differentially configured MOS transistors M1 and M2 are used by dropping them to the ground GND, a wide dynamic range can be secured on the drain side. Therefore, it is also suitable for lowering the voltage. Furthermore, since the source is connected to the ground GND, it has the advantage that it is not affected by the substrate effect even if it is made by a normal P substrate process, and it has high precision and
A low distortion analog circuit can be constructed.

【0017】図2は、図1の平均電流検出手段11を具
体的な回路例に置き換えて表わしたものである。平均電
流検出手段11は、図のようにMOSトランジスタM3
とM4 からなるMOSトランジスタM1 とM2 の電流コ
ピー回路とこれらのコピー電流を加算して、1/2にし
て折り返すカレントミラーとからなる。トランジスタM
3 ,M4 はそれぞれMOSトランジスタM1 、M2 とゲ
ート・ソースを共通にしているため、MOSトランジス
タM3 、M4 のドレイン電流はそれぞれMOSトランジ
スタM1 、M2 のドレイン電流と等しい電流が発生す
る。MOSトランジスタM3 とM4 のドレイン端子を接
続してカレントミラーの入力とすることでこれらのドレ
イン電流を加算し、ミラー比1/2で折り返すことによ
りドレイン電流の平均値を出力する。これを1対用意し
てMOSトランジスタM1 とM2 のドレイン端子に送出
することにより、上述の(10)式と(11)式にある
電流減算を実行し、Vinの1次の項だけを取出すもので
ある。
FIG. 2 shows the average current detecting means 11 of FIG. 1 replaced with a concrete circuit example. The average current detecting means 11 is a MOS transistor M3 as shown in the figure.
And a current copy circuit for the MOS transistors M1 and M2, and a current mirror for adding the copy currents and halving the currents. Transistor M
Since 3 and M4 share the gate and source with the MOS transistors M1 and M2, respectively, the drain currents of the MOS transistors M3 and M4 are equal to the drain currents of the MOS transistors M1 and M2, respectively. By connecting the drain terminals of the MOS transistors M3 and M4 to the input of the current mirror, these drain currents are added, and by folding at a mirror ratio of 1/2, the average value of the drain current is output. By preparing a pair of these and sending them to the drain terminals of the MOS transistors M1 and M2, the current subtraction in the above equations (10) and (11) is executed, and only the first-order term of Vin is taken out. Is.

【0018】次に図3を用い、この発明の第2の実施の
形態について説明する。この実施の形態は、図1におけ
るMOSトランジスタM1 とM2 で構成するソース接地
の第1の差動ペアと並行して、MOSトランジスタM3
とM4 で構成するもう1対の第2のソース接地差動ペア
を加えたものである。追加した第2の差動ペアには第1
の差動ペアと同じ入力信号を与えるが、このとき第1の
差動ペアへの入力に対し直流オフセットVc だけ電圧差
を付けて供給する。この直流オフセットはMOSトラン
ジスタM3 とM4 には同じ電圧を与え、同じ変化量とな
るように制御する。ドレイン端子は入力に対して逆極性
の出力となるMOSトランジスタM1 のドレインとMO
SトランジスタM4 のドレイン、MOSトランジスタM
2 のドレインとMOSトランジスタM3 のドレインをそ
れぞれ接続して、それぞれの加算電流を出力電流とす
る。また、MOSトランジスタM1 とM4 、MOSトラ
ンジスタM2 とM3 のそれぞれのドレイン加算電流の平
均電流検出手段11を設け、この平均電流と等しい電流
を電源Vccより前記加算電流にそれぞれ足し込む。この
場合、MOSトランジスタM1 とM4 、MOSトランジ
スタM2 とM3 のそれぞれのドレイン加算電流の平均値
は等しくなるので、この電流値はMOSトランジスタM
1 〜M4 の4つのドレイン電流の全加算電流を1/2に
して求める。このようにして出力端にはそれぞれのドレ
イン加算電流とその両方の平均電流との差電流Io1と
Io2を出力する。このような回路で前記直流オフセッ
ト電圧Vc を制御することにより前記出力差動電流Io
1とIo2の入力信号振幅に対する比を制御する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the MOS transistor M3 is provided in parallel with the first source-grounded differential pair composed of the MOS transistors M1 and M2 in FIG.
And a second source grounded differential pair made up of M4 and M4. First added to the second differential pair added
The same input signal as that of the first differential pair is applied, but at this time, the input to the first differential pair is supplied with a voltage difference of DC offset Vc. The DC offset is controlled so that the same voltage is applied to the MOS transistors M3 and M4 so that the same change amount is obtained. The drain terminal is the output of the MOS transistor M1 which has an opposite polarity to the input and the MO
Drain of S transistor M4, MOS transistor M
The drain of 2 and the drain of the MOS transistor M3 are connected to each other, and the added current of each is used as the output current. Further, the average current detecting means 11 for the drain addition currents of the MOS transistors M1 and M4 and the MOS transistors M2 and M3 is provided, and currents equal to this average current are added to the addition currents from the power supply Vcc. In this case, since the average value of the drain sum currents of the MOS transistors M1 and M4 and the MOS transistors M2 and M3 is equal, this current value is the same as the MOS transistor M4.
The total added current of the four drain currents 1 to M4 is halved. In this way, the difference currents Io1 and Io2 between the respective drain addition currents and the average currents of both drains are output to the output terminal. By controlling the DC offset voltage Vc with such a circuit, the output differential current Io
Control the ratio of 1 and Io2 to the input signal amplitude.

【0019】この回路も図1の実施の形態と同様、差動
トランジスタのソース接続点が定電位(図3ではGN
D)に固定されているので、入力信号電圧はNMOS差
動ペアのそれぞれの素子のゲートソース間に直接加わる
ことになり、後述する作用によりひずみ発生を抑えるこ
とができる。
In this circuit as well as in the embodiment of FIG. 1, the source connection point of the differential transistor is at a constant potential (GN in FIG. 3).
Since it is fixed to D), the input signal voltage is directly applied between the gate and source of each element of the NMOS differential pair, and distortion can be suppressed by the action described later.

【0020】図3の差動回路のトランスコンダクタンス
Gmを計算する。ただし、各種条件は図1の場合と同様
であるとする。入力信号は完全差動信号と仮定している
ので、接地GNDを基準とした入力信号の中点電圧をV
B として、入力端子へ供給される入力電圧は、 VGS1 =VB +Vin/2 VGS2 =VB −Vin/2 となる。従って、この場合のMOSトランジスタM1 〜
M4 の動作の記述式は次のように表わせる。 M1:I11=(k/2)(VGS1 −Vth)2 =(k/2)(VB −Vth+Vin/2)2 …(13) M2:I12=(k/2)(VGS2 −Vth)2 =(k/2)(VB −Vth−Vin/2)2 …(14) M3:I21=(k/2)(VGS3 −Vth)2 =(k/2)(VB −Vc −Vth+Vin/2)2 …(15) M4:I22=(k/2)(VGS4 −Vth)2 =(k/2)(VB −Vc −Vth−Vin/2)2 …(16) 平均電流検出は(I11+I12+I21+I22)/2の電流
を出力するから、出力電流Io1とIo2はそれぞれ次
のように表わせる。
The transconductance Gm of the differential circuit shown in FIG. 3 will be calculated. However, it is assumed that various conditions are the same as in the case of FIG. Since the input signal is assumed to be a fully differential signal, the midpoint voltage of the input signal with reference to the ground GND is V
As B, the input voltage supplied to the input terminal is VGS1 = VB + Vin / 2 VGS2 = VB-Vin / 2. Therefore, in this case, the MOS transistors M1 ...
The descriptive expression of the operation of M4 can be expressed as follows. M1: I11 = (k / 2) (VGS1-Vth) 2 = (k / 2) (VB-Vth + Vin / 2) 2 ... (13) M2: I12 = (k / 2) (VGS2-Vth) 2 = ( k / 2) (VB-Vth-Vin / 2) 2 ... (14) M3: I21 = (k / 2) (VGS3-Vth) 2 = (k / 2) (VB-Vc-Vth + Vin / 2) 2 ... (15) M4: I22 = (k / 2) (VGS4-Vth) 2 = (k / 2) (VB-Vc-Vth-Vin / 2) 2 (16) Average current detection is (I11 + I12 + I21 + I22) / 2 Since a current is output, the output currents Io1 and Io2 can be expressed as follows.

【0021】 Io1=(I11+I12+I21+I22)/2−(I11+I22) ={(I21−I22)−(I11−I12)}/2 =(k/2){2(VB −Vc −Vth) Vin−2(VB −Vth) Vin} =−kVc Vin … (17) Io2=(I11+I12+I21+I22)/2−(I12+I21) ={(I11−I12)−(I21−I22)}/2 =(k/2){2(VB −Vth)Vin−2(VB −Vc −Vth)Vin} =kVc Vin … (18) kはMOS素子の形状できまる定数であり、Vc は直流
制御電圧なので、出力電流Io1とIo2は入力振幅V
inに正比例し、ひずみ成分はない。このように図3の実
施の形態でもは差動出力はもちろんシングル出力でもひ
ずみのない出力波形となり、差動では完全に対称な無ひ
ずみの出力とが得られる。この回路の差動回路としての
トランスコンダクタンスGm(=( Io2−Io1) /
Vin)を求めると、 Gm=2kVc … (19) となる。この式が従来例にあるようなVinの項を含まな
いことから明らかなように第1の実施の形態同様ひずみ
が完全に除去できていることがわかる。トランスコンダ
クタンスGmはVc を可変させることで簡単に制御でき
る。Vc を0になるまで低減すれば、Gm=0とするこ
とができる。このようにゲイン(トランスコンダクタン
ス)を無限小から制御できるので、制御範囲が広いとい
う特長がある。この場合Vc はVB などとは無関係に設
定できるため、VB を必要値に設定して入力ダイナミッ
クレンジを確保しておくことができる。
Io1 = (I11 + I12 + I21 + I22) / 2- (I11 + I22) = {(I21-I22)-(I11-I12)} / 2 = (k / 2) {2 (VB-Vc-Vth) Vin-2 (VB -Vth) Vin} =-kVc Vin (17) Io2 = (I11 + I12 + I21 + I22) / 2- (I12 + I21) = {(I11-I12)-(I21-I22)} / 2 = (k / 2) {2 (VB −Vth) Vin−2 (VB−Vc−Vth) Vin} = kVcVin ... (18) k is a constant that allows the shape of the MOS element, and Vc is a DC control voltage.
It is directly proportional to in and has no distortion component. As described above, in the embodiment shown in FIG. 3, a single output as well as a differential output has a distortion-free output waveform, and a completely symmetrical and distortion-free output can be obtained. Transconductance Gm (= (Io2-Io1) /
When Vin) is calculated, Gm = 2 kVc (19) As is clear from the fact that this expression does not include the Vin term as in the conventional example, it is clear that the strain can be completely removed as in the first embodiment. The transconductance Gm can be easily controlled by changing Vc. If Vc is reduced to 0, Gm = 0 can be achieved. In this way, the gain (transconductance) can be controlled from an infinitesimally small value, so that the control range is wide. In this case, since Vc can be set independently of VB and the like, VB can be set to a required value to secure the input dynamic range.

【0022】この実施の形態では、図1にあったように
トランスコンダクタンスGmを絞ったときに、入力ダイ
ナミックレンジが不足してしまうということもなく、良
好な特性を維持することができる。また、GmはkとV
c だけの非常に単純な形で与えられ、Vthなどk以外の
素子パラメータを含まないことから、プロセスパラメー
タのばらつきに対するばらつき感度も低く、高精度の可
変利得回路が構成できる。なお、シングル出力でも無ひ
ずみなので多段に接続してもひずまない点、低電圧化に
も適している点と基板効果の影響を受けない、という特
長は図1の実施の形態と同様である。
In this embodiment, when the transconductance Gm is reduced as in FIG. 1, the input dynamic range does not become insufficient and good characteristics can be maintained. Also, Gm is k and V
Since it is given in a very simple form of only c and does not include element parameters other than k such as Vth, the variation sensitivity to variation in process parameters is low and a highly accurate variable gain circuit can be configured. The single output is also distortion-free, so that it is not distorted even if it is connected in multiple stages, is suitable for lowering the voltage, and is not affected by the substrate effect, as in the embodiment of FIG.

【0023】第2の実施の形態で平均電流検出手段11
を具体的な回路に置き換えて表わした回路例を図4に示
す。平均電流検出手段11は図のようにMOSトランジ
スタM1'とM2'からなるMOSトランジスタM1 とM2
の電流コピー回路とMOSトランジスタM3'とM4'から
なるMOSトランジスタM3 とM4 の電流コピー回路
と、これらのコピー電流を全部加算して、1/2にして
折り返すカレントミラーとからなる。MOSトランジス
タM1'〜M4'はそれぞれMOSトランジスタM1〜M4
とゲート・ソースを共通にしているため、MOSトラン
ジスタM1'〜M4'のドレイン電流はそれぞれMOSトラ
ンジスタM1 〜M4 のドレイン電流と等しい電流が発生
する。MOSトランジスタM1 〜M4 のドレイン端子を
接続してカレントミラーの入力とすることでこれらのド
レイン電流を全加算し、ミラー比1/2で折り返すこと
によりMOSトランジスタM1 とM4 のドレイン電流の
加算値、MOSトランジスタM2 とM3 のドレイン電流
加算値の平均電流を出力する。これを1対用意して出力
端子に送出することにより、(17)式と(18)式に
ある電流減算を実行し、Vinの1次の項だけを取出すも
のである。
In the second embodiment, the average current detecting means 11
FIG. 4 shows a circuit example in which is replaced with a concrete circuit. The average current detecting means 11 is composed of MOS transistors M1 'and M2' as shown in FIG.
Current copy circuit, a current copy circuit of MOS transistors M3 and M4 consisting of MOS transistors M3 'and M4', and a current mirror which adds up all of these copy currents and folds them back in half. The MOS transistors M1 'to M4' are respectively MOS transistors M1 to M4.
Since the gate and source are common, the drain currents of the MOS transistors M1 'to M4' are equal to the drain currents of the MOS transistors M1 to M4, respectively. By connecting the drain terminals of the MOS transistors M1 to M4 to the input of the current mirror, these drain currents are fully added, and by folding back at a mirror ratio of 1/2, the added value of the drain currents of the MOS transistors M1 and M4, It outputs the average current of the sum of the drain currents of the MOS transistors M2 and M3. By preparing a pair of these and sending them to the output terminal, the current subtraction in the expressions (17) and (18) is executed, and only the first-order term of Vin is taken out.

【0024】図5は、この発明の第3の実施の形態につ
いて説明するための回路図である。この実施の形態は、
図3の実施の形態において、第2の差動ペアを構成する
MOSトランジスタM3 、M4 への入力に与える直流オ
フセットVc を、図3に示したように差動ペアトランジ
スタのゲート電圧に与える代わりに、図5に示したよう
に差動ペアトランジスタのソース電圧に与えたものであ
る。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the third embodiment of the present invention. In this embodiment,
In the embodiment of FIG. 3, instead of applying the DC offset Vc applied to the inputs to the MOS transistors M3 and M4 forming the second differential pair to the gate voltage of the differential pair transistor as shown in FIG. , The source voltage of the differential pair transistor as shown in FIG.

【0025】図3および図5の実施の形態の回路の可変
利得動作は同じ入力信号を供給する2組の差動ペアトラ
ンジスタのゲート・ソース間の直流電圧に相対的な電圧
差を付けることでこの機能を達成する。従って、ゲート
電圧にオフセットを持たせた図3の実施の形態と、ソー
ス電圧にオフセットを持たせた図5の実施の形態とは、
第1の差動ペアと第2の差動ペアのゲート・ソース間の
相対的な関係は全く同じになるため、全く同じ動作にな
る。
The variable gain operation of the circuits of the embodiments of FIGS. 3 and 5 is by adding a relative voltage difference to the DC voltage between the gate and source of two differential pair transistors that supply the same input signal. Achieve this function. Therefore, the embodiment of FIG. 3 in which the gate voltage has an offset and the embodiment of FIG. 5 in which the source voltage has an offset are
Since the relative relationship between the gate and the source of the first differential pair and the second differential pair is exactly the same, the operation is exactly the same.

【0026】第3の実施の形態で平均電流検出手段を具
体的な回路に置き換えて表わした回路例を図6に示す。
平均電流検出手段は図4の第2の実施の形態の場合と全
く同様であり、MOSトランジスタM1'とM2'からなる
MOSトランジスタM1 とM2 の電流コピー回路とMO
SトランジスタM3'とM4'からなるMOSトランジスタ
M3 とM4 の電流コピー回路と、これらのコピー電流を
全部加算して、1/2にして折り返す2出力のカレント
ミラーとからなり、これをそれぞれ出力端子に送出し
て、Vinの1次の項だけを取出している。
FIG. 6 shows a circuit example in which the average current detecting means is replaced with a concrete circuit in the third embodiment.
The average current detecting means is exactly the same as that of the second embodiment of FIG. 4, and the current copy circuit of the MOS transistors M1 and M2 composed of the MOS transistors M1 'and M2' and the MO.
It consists of a current copy circuit of MOS transistors M3 and M4 consisting of S-transistors M3 'and M4', and a two-output current mirror that adds up all of these copy currents and folds them back in half. And only the first-order term of Vin is taken out.

【0027】図7は図1に示したこの発明の第1の実施
の形態の変形例である。この例は図1に示した回路に対
し、基本となるMOSトランジスタM1 とM2 による差
動トランジスタペアのドレイン側にゲート接地トランジ
スタを置き、これらのトランジスタを介してドレイン電
流を出力するものである。これらのトランジスタを付加
することにより、出力端を大振幅で振るようなことがあ
ってもそれがMOSトランジスタM1 、M2 のミラー容
量を介して入力側に戻って周波数特性を劣化させるのを
防止している。
FIG. 7 shows a modification of the first embodiment of the present invention shown in FIG. This example is different from the circuit shown in FIG. 1 in that a grounded gate transistor is placed on the drain side of a differential transistor pair consisting of basic MOS transistors M1 and M2, and a drain current is output through these transistors. By adding these transistors, it is possible to prevent the output terminal from returning to the input side via the mirror capacitors of the MOS transistors M1 and M2 and deteriorating the frequency characteristic even if the output terminal swings with a large amplitude. ing.

【0028】図8は、図1に示したこの発明の第1の実
施の形態の回路に抵抗の負荷を付けて電圧出力の差動増
幅アンプを形成したものである。この回路のGmは(1
2)式で表わされるので、入出力間の電圧利得GA は、 GA =2k( VB +Vc −Vth) RL … (20) と表わすことができる。また、(10)式と(11)式
からも明らかなように出力電流Io1とIo2は直流成
分が0である。従って出力の直流電位は供給するバイア
ス電圧VB だけで決まりゲイン制御電圧Vc を変えても
不変である、という利点も備えている。
FIG. 8 shows a differential output amplifier for voltage output formed by adding a resistance load to the circuit of the first embodiment of the present invention shown in FIG. Gm of this circuit is (1
Since it is expressed by the equation (2), the voltage gain GA between the input and output can be expressed as GA = 2k (VB + Vc-Vth) RL (20). Further, as is clear from the expressions (10) and (11), the output currents Io1 and Io2 have zero DC component. Therefore, the DC potential of the output is determined only by the bias voltage VB to be supplied and does not change even if the gain control voltage Vc is changed.

【0029】図9と図10は、図1に示した実施の形態
の回路にコンデンサの負荷を付けて周波数特性の調整が
可能なフィルタ回路が構成できることを示したものであ
る。図9の左の回路は、図1と同じこの発明の第1の実
施の形態であり、これを図9の右に示すようなシンボル
で表わすものとする。こうしてこの回路とコンデンサを
組み合わせて、図10のような回路を組むことにより、
2次のBPFを構成したものである。各Gmは前述した
ように完全に線形な特性を有し、各コンデンサは線形な
素子であるため、このフィルタからは無ひずみの出力を
得ることができる。
9 and 10 show that a filter circuit capable of adjusting frequency characteristics can be constructed by adding a load of a capacitor to the circuit of the embodiment shown in FIG. The circuit on the left side of FIG. 9 is the same first embodiment of the present invention as that of FIG. 1, and is represented by the symbol as shown on the right side of FIG. In this way, by combining this circuit and a capacitor to form a circuit as shown in FIG. 10,
This is a second-order BPF. Since each Gm has a completely linear characteristic as described above and each capacitor is a linear element, an undistorted output can be obtained from this filter.

【0030】また、Vc を変えることにより各Gm値を
一括して制御できるため、周波数特性を周波数軸に対し
て比例制御することができ、半導体の製造ばらつきに起
因した時定数ずれによるフィルタ特性のばらつきを補正
することができる。このようなフィルタへの応用は図9
に示した第1の実施の形態だけでなく、図3に示した第
2の実施の形態でも、図5に示した第3の実施の形態で
も全く同様にして、フィルタ回路を構成することができ
る。
Further, since each Gm value can be collectively controlled by changing Vc, the frequency characteristic can be proportionally controlled with respect to the frequency axis, and the filter characteristic of the filter characteristic due to the time constant deviation due to the semiconductor manufacturing variation can be obtained. The variation can be corrected. The application to such a filter is shown in FIG.
The filter circuit can be configured in exactly the same manner not only in the first embodiment shown in FIG. 3 but also in the second embodiment shown in FIG. 3 and the third embodiment shown in FIG. it can.

【0031】以上、この発明を用いた例として第1から
第3までの実施の形態とその細部の具体的な例について
述べてきた。これらの例ではNMOSを基本とした構成
を例に示したが、NMOSをPMOSに変え、電源Vcc
を接地GNDに、GNDをVccに置き換えることによ
り、全く同様のPMOS可変利得差動増幅器が構成でき
る。このようにしても機能的には全く同じ動作となり、
全く同じ効果を得ることができることは言うまでもな
い。
The first to third embodiments and specific examples of details thereof have been described above as examples using the present invention. In these examples, the configuration based on the NMOS is shown as an example, but the NMOS is changed to the PMOS and the power supply Vcc is changed.
By replacing GND with GND and GND with Vcc, a completely similar PMOS variable gain differential amplifier can be constructed. Even if you do this, the operation will be exactly the same,
It goes without saying that the exact same effect can be obtained.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上記載したように、この発明に係るC
MOSで構成する全差動型の可変利得増幅器は、ソース
接続点を定電圧端子に接続した1組または2組の差動M
OSトランジスタと平均電流検出回路で構成して、入力
に直流オフセットを付加して入力信号を与えることによ
り、原理的に無ひずみの出力を得ることができる可変利
得増幅器を実現する。また、制御範囲も無限小からの制
御が可能であり制御範囲が広いこと、利得が制御電圧に
正比例するため制御が簡単で扱い易いこと、シングル出
力でも無ひずみなので多段に接続してもひずまない、等
の多くの利点を持っており極めて利用価値が高い。
As described above, the C according to the present invention
The fully differential type variable gain amplifier composed of MOS has one or two sets of differential M in which the source connection point is connected to the constant voltage terminal.
A variable gain amplifier, which is composed of an OS transistor and an average current detection circuit, is provided with an input signal by adding a DC offset to the input, and in principle can obtain an undistorted output. In addition, the control range can be controlled from infinitesimally small, the control range is wide, the gain is directly proportional to the control voltage, so the control is easy and easy to handle. It has many advantages such as, and is extremely useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態について説明する
ための回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の平均電流検出手段についてより具体的に
説明するための回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram for more specifically explaining the average current detection means in FIG.

【図3】この発明の第2の実施の形態について説明する
ための回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の平均電流検出手段についてより具体的に
説明するための回路図。
FIG. 4 is a circuit diagram for more specifically explaining the average current detection means in FIG.

【図5】この発明の第3の実施の形態について説明する
ための回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a third embodiment of the present invention.

【図6】図4の平均電流検出手段についてより具体的に
説明するための回路図。
FIG. 6 is a circuit diagram for more specifically explaining the average current detection means in FIG.

【図7】この発明の第4の実施の形態について説明する
ための回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.

【図8】図1の実施の形態の応用例について説明するた
めの回路図。
FIG. 8 is a circuit diagram for explaining an application example of the embodiment of FIG.

【図9】図1の実施の形態のもう一つの応用例について
説明するための回路図。
FIG. 9 is a circuit diagram for explaining another application example of the embodiment of FIG.

【図10】図1の実施の形態のさらにもう一つの応用例
について説明するための回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram for explaining yet another application example of the embodiment of FIG.

【図11】CMOSで構成する従来の可変利得差動増幅
器について説明するための回路図。
FIG. 11 is a circuit diagram for explaining a conventional variable gain differential amplifier composed of CMOS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…平均電流検出手段、M1 〜M4 ,M1'〜M4'…M
OSトランジスタ、Vin…差動入力電圧、Vc …直流制
御電圧、Io1,Io2…出力差動電流、Vcc…電源、
GND…接地。
11 ... Average current detecting means, M1 to M4, M1 'to M4' ... M
OS transistor, Vin ... Differential input voltage, Vc ... DC control voltage, Io1, Io2 ... Output differential current, Vcc ... Power supply,
GND ... Grounded.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−205796(JP,A) 特開 平6−152320(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03G 3/10 H03G 3/30 H03F 3/34 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-57-205796 (JP, A) JP-A-6-152320 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H03G 3/10 H03G 3/30 H03F 3/34

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電界効果トランジスタで構成し、ゲート
端子間に入力差動信号を与え、ソース端子はともに基準
電位に接続した第1の差動トランジスタ対と、 前記第1の差動トランジスタ対のそれぞれのドレイン端
子に流れるドレイン電流の平均値を検出し、この平均電
流を折り返して前記それぞれのドレイン端子に供給する
平均電流供給手段と、 前記入力信号の直流電圧を制御するオフセット制御手段
と、前記それぞれのドレイン端子より取り出される電流を各
々の 出力電流とし、該出力電流の振幅の入力信号振幅に
対する比を、前記直流電圧を制御することにより制御す
る手段とを具備してなることを特徴とする可変利得増幅
器。
1. A first differential transistor pair, which comprises a field effect transistor, applies an input differential signal between gate terminals, and has source terminals both connected to a reference potential, and a first differential transistor pair. Each drain end
Detecting the average value of the drain current flowing to the child, and <br/> average current supply means for supplying said the respective drain terminals wrap the average current, and offset control means for controlling the DC voltage of the input signal, The current drawn from each of the drain terminals is
A variable gain amplifier, which has different output currents, and controls the ratio of the amplitude of the output current to the amplitude of the input signal by controlling the DC voltage.
【請求項2】 前記平均電流供給手段は、ゲート端子と
ソース端子を前記第1の差動トランジスタ対と共通にし
た第2の差動トランジスタ対と、電流値の等しい2つの
出力電流を持つカレントミラーとからなり、前記第2の
差動トランジスタ対のドレイン電流を加算し、これを前
記カレントミラーの入力となるように構成し、前記カレ
ントミラーの2つの出力電流をそれぞれ前記第1の差動
トランジスタ対のそれぞれのドレイン端子に供給し、前
記カレントミラーの2つの出力電流が前記第1の差動ト
ランジスタ対のそれぞれのドレイン端子に流れるドレイ
ン電流の平均値に等しくなるようにミラー比を設定した
ことを特徴とする請求項1記載の可変利得増幅器。
2. The average current supply means includes a second differential transistor pair having a gate terminal and a source terminal in common with the first differential transistor pair, and two equal current values.
A current mirror having an output current , adding the drain currents of the second differential transistor pair, and configuring the sum as the input of the current mirror. An average value of drain currents that are supplied to the respective drain terminals of the first differential transistor pair and two output currents of the current mirror flow through the respective drain terminals of the first differential transistor pair. 2. The variable gain amplifier according to claim 1, wherein the mirror ratio is set to be equal to.
【請求項3】 前記第1および第2の差動トランジスタ
対を構成する4つの電界効果トランジスタの形状が全て
等しく、前記カレントミラーのミラー比を1/2に設定
したことを特徴とする請求項2記載の可変利得増幅器。
3. The four field effect transistors forming the first and second differential transistor pairs have the same shape, and the mirror ratio of the current mirror is set to 1/2. 2. The variable gain amplifier according to 2 above.
【請求項4】 電界効果トランジスタで構成し、ソース
端子を共通の基準電位点に接続した第1および第2の差
動トランジスタ対であって、それぞれの差動トランジス
タ対のゲート端子間に同じ入力差動信号を与え、前記第
1および第2の差動トランジスタ対の間で入力に対して
それぞれ逆極性出力となるドレイン電流同士を互いに加
するようにそれぞれのドレイン端子同士をそれぞれ接
続して構成する信号増幅手段と、 前記第1および第2の差動トランジスタ対の前記加算
れたドレイン電流の平均値を検出しこの平均電流を折
り返して前記それぞれ接続されたドレイン端子の対にそ
れぞれ供給する平均電流供給手段と、 前記第1および第2の差動トランジスタ対との間に制御
可能な直流オフセットを持たせてそれぞれ入力差動信号
与えるオフセット制御手段とからなり、前記それぞれのドレイン端子の接続点より取り出される
電流を各々の 出力電流とし、前記直流オフセット電圧を
制御することにより前記出力電流の振幅の入力信号振幅
に対する比を制御することを特徴とする可変利得増幅
器。
4. A source composed of a field effect transistor
A first and second differential transistor pair which connects the terminal to a common reference potential point, each differential transistor
The same input differential signal is applied between the gate terminals of the pair of data transistors so that the drain currents that are outputs of opposite polarities with respect to the inputs of the first and second differential transistor pairs are added together . Connect the drain terminals to each other
A signal amplifying means for configuring it continues, and the addition of the first and second differential transistor pair
The average value of the drain currents is detected, and the average currents are returned to the pair of connected drain terminals.
An input differential signal having a controllable DC offset between the average current supply means for supplying each and the first and second differential transistor pairs, respectively.
Consists offset control means for providing, it is taken out from the connection point of the respective drain terminals
A variable gain amplifier, wherein a current is used as each output current, and the ratio of the amplitude of the output current to the input signal amplitude is controlled by controlling the DC offset voltage.
【請求項5】 電界効果トランジスタで構成し、ソース
端子を第1の基準電位点に接続した第1の差動トランジ
スタ対とソース端子を第2の基準電位点に接続した第2
の差動トランジスタ対であって、それぞれの差動トラン
ジスタ対のゲート端子間に同じ入力差動信号を与え、前
記第1および第2の差動トランジスタ対の間で入力に対
してそれぞれ逆極性出力となるドレイン電流同士を互い
に加算するようにそれぞれのドレイン端子同士を接続し
構成する信号増幅手段と、 前記第1および第2の差動トランジスタ対の前記加算
れたドレイン電流の平均値を検出しこの平均電流を折
り返して前記それぞれ接続されたドレイン端子の対にそ
れぞれ供給する平均電流供給手段と、 前記第1の基準電位点と前記第2の基準電位点との間に
制御可能な直流オフセット電圧を持たせるオフセット制
御手段とからなり、前記それぞれのドレイン端子の接続点より取り出される
電流を各々の 出力電流とし、前記直流オフセット電圧を
制御することにより前記出力電流の振幅の入力信号振幅
に対する比を制御することを特徴とする可変利得増幅
器。
5. A source composed of a field effect transistor
A first differential transistor pair having a terminal connected to a first reference potential point and a second differential transistor having a source terminal connected to a second reference potential point
A differential transistor pair, each differential Trang
The same input differential signal is applied between the gate terminals of the pair of transistors, and the drain currents that become outputs of opposite polarities with respect to the inputs of the first and second differential transistor pairs are added together . Connect the drain terminals to each other
The addition of the signal amplifying means, said first and second differential transistor pair constituting Te
The average value of the drain currents is detected, and the average currents are returned to the pair of connected drain terminals.
And respectively supplied average current supplying means consists of a offset control means for imparting a controllable DC offset voltage between the first reference potential point and the second reference potential point, the drains Taken out from the connection point of the terminal
A variable gain amplifier, wherein a current is used as each output current, and the ratio of the amplitude of the output current to the input signal amplitude is controlled by controlling the DC offset voltage.
【請求項6】 前記平均電流供給手段は、ゲート端子と
ソース端子を前記第1の差動トランジスタ対と共通にし
た第3の差動トランジスタ対と、ゲート端子とソース端
子を前記第2の差動トランジスタ対と共通にした第4の
差動トランジスタ対と、電流値の等しい2つの出力電流
を持つカレントミラーとからなり、前記第3および第4
の差動トランジスタ対の4つのドレイン電流を加算し
これ前記カレントミラーの入力になるように構成し、
前記カレントミラーの2つの出力電流を前記それぞれの
ドレイン端子の対にそれぞれ供給し、前記カレントミラ
ーの2つの出力電流が前記それぞれのドレイン端子にて
加算されたドレイン電流の平均値に等しくなるようにミ
ラー比を設定したことを特徴とする請求項4または請求
項5記載の可変利得増幅器。
6. The average current supply means includes a third differential transistor pair having a gate terminal and a source terminal in common with the first differential transistor pair, and a gate terminal and a source terminal of the second differential transistor pair. A fourth differential transistor pair common to the first and second moving transistor pairs, and a current mirror having two output currents having the same current value.
Adding four drain currents of the differential transistor pair,
Configure this to be the input of the current mirror,
The two output currents of the current mirror are
Characterized in that supplying each pair of drain terminals, setting the mirror ratio such that the two output current is equal to the average value of <br/> summed drain current said at respective drain terminals of said current mirror The variable gain amplifier according to claim 4 or claim 5.
【請求項7】 前記出力電流を流出する出力端子に負荷
として抵抗を接続し、出力端子間の差電流を出力とし、
前記直流オフセット電圧を変化させることにより、入力
振幅に対する出力振幅の比を制御することを特徴とする
請求項1,4,5のいずれかに記載の可変利得増幅器。
7. A resistor is connected as a load to the output terminal that outputs the output current , and a difference current between the output terminals is output.
The variable gain amplifier according to claim 1, wherein the ratio of the output amplitude to the input amplitude is controlled by changing the DC offset voltage.
【請求項8】 前記出力電流を流出する出力端子には負
荷としてコンデンサを接続して積分回路の機能を持た
せ、このような積分回路を2個以上用いて互いに結線し
てフィルタ回路を構成し、前記直流オフセット電圧を変
化させることにより、フィルタの周波数特性を制御する
ことを特徴とする請求項1,4,5のいずれかに記載の
可変利得増幅器。
8. A filter circuit is configured by connecting a capacitor as a load to the output terminal that outputs the output current so as to have a function of an integrating circuit, and connecting two or more such integrating circuits to each other to connect them. 6. The variable gain amplifier according to claim 1, wherein the frequency characteristic of the filter is controlled by changing the DC offset voltage.
【請求項9】 前記第1乃至第4の差動トランジスタ対
を構成する8つの電界効果トランジスタの形状が全て等
しく、前記カレントミラーのミラー比を1/2に設定し
たことを特徴とする請求項6記載の可変利得増幅器。
9. equal all shapes of the eight field effect transistors constituting said first to fourth differential transistor pair, claims, characterized in that setting the mirror ratio of the current mirror to 1/2 6. The variable gain amplifier according to item 6.
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