JP3920148B2 - オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ及びオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたａｇｃアンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｇｍ（相互コンダクタンス）値を制御可能な増幅器であるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ；Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）について、内部で直流オフセット電圧を除去できるＯＴＡと、このＯＴＡを用いて出力ダイナミックレンジを拡大できるＡＧＣアンプ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｇｍ（相互コンダクタンス）値を制御可能な増幅器であるＯＴＡを使用することにより、固定利得のＡＧＣアンプやフィルター等を得ることができる。図１０は、従来のＯＴＡの内部構成を示す回路図である。ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２は、それぞれのドレイン端子に定電流源Ｉ１，Ｉ２が接続され、それぞれのソース端子に定電流源Ｉ３，Ｉ４が接続されている。ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子間には、利得調整用の抵抗（可変抵抗）Ｒ３，Ｒ４が橋渡し接続されている。ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のゲート端子は差動入力端子ＩＰ，ＩＭに接続され、ドレイン端子は差動出力端子ＯＰ，ＯＭに接続されている。
【０００３】
図１１は、従来のＯＴＡで構成したＡＧＣアンプの回路図である。ＡＧＣ利得は、ＯＴＡ５０内部の抵抗（可変抵抗）Ｒ３，Ｒ４と、外部の抵抗（可変抵抗）Ｒ５，Ｒ６との設定に基づき設定される。ここで、ＯＴＡ５０の差動入力段のトランジスタ対（差動対と称す）に特性差があると直流オフセット電圧を生じ出力誤差の原因となる。
【０００４】
従来は、この直流オフセット電圧を除去するために、ＡＧＣアンプの出力段にコンデンサＣ１，Ｃ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２からなるハイパスフィルター（ＨＰＦ；Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を配置していた。このように構成したときには、出力部のコンデンサＣ１，Ｃ２を駆動するためのバッファとしてソースフォロワ（ＳｏｕｒｃｅＦｏｌｌｏｗｅｒ）回路が配置される。
【０００５】
図１２は、ソースフォロワ回路を示す回路図である。図１０において、Ｍ１もしくはＭ２により構成されているソースフォロワ回路は、
【０００６】
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１…（１）
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ−Ｖｔｈ＝Ｖｉｎ−０．６…（２）
Ｖｏｕｔ＞ＶＤＳ２…（３）
よって
Ｖｉｎ＞ＶＤＳ２＋０．６…（４）
となる。（Ｖｔｈ：閾値電圧）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のソースフォロワ回路を用いた場合には、Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間電圧（ＶＧＳ）分の電圧シフトが生じてＡＧＣアンプの出力となる。入力電圧の範囲は上記式（４）により例えば、Ｖｉｎ＞ＶＤＳ２＋０．６（Ｖ）となる。したがって、ＡＧＣアンプ５０を低電源電圧の回路構成とした時には、上記電圧シフトの影響を受けて出力電圧の振幅（ダイナミックレンジ）が広くとれなくなるという問題を生じた。
【０００８】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、直流オフセット電圧を除去し出力誤差を解消できるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを提供することを目的とする。また、このオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いることにより、出力ダイナミックレンジを広く取ることができるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの内部に差動対の直流オフセット電圧を除去するハイパスフィルターを設けてなる。ハイパスフィルターは、差動対を構成している一対のトランジスタに橋渡し接続されている抵抗の間にコンデンサを接続して簡単に構成できる。
【００１０】
この発明によれば、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの直流オフセット電圧を内部で除去するため差動出力端子に直流オフセット電圧が発生しない。これにより、出力誤差を解消した高品質のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを提供できる。また、このオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプは、前段のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプで既に直流オフセット電圧が除去された信号が入力されるため、出力ダイナミックレンジを広く取ることができる。拡大されたダイナミックレンジにより相互変調歪み特性を改善したＡＧＣアンプを提供できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係るオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ及び該アンプを用いたＡＧＣアンプの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、前述した従来構成と同一箇所には同一の符号を附してある。
【００１２】
図１は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの概要構成を示す回路図である。この発明では、従来、直流オフセット電圧を除去するためにＯＴＡの外部に配置していたソースフォロワ回路を省き、さらにＯＴＡ１の内部にコンデンサＣ１，Ｃ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２からなるハイパスフィルター（ＨＰＦ）２を配置した構成である。
【００１３】
ＯＴＡ１内の出力部において、ハイパスフィルター２を構成するコンデンサＣ１，Ｃ２は差動出力端子ＯＰ，ＯＭの出力ラインに直列接続され、抵抗Ｒ１，Ｒ２は一端が出力ラインに接続され他端が接地（定電圧）接続される。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、図１１同様に利得調整用として抵抗値が可変できる。図示の回路構成は、ハイパスフィルター２の配置状態を従来構成と対比するために用いた概念図である。以降、各実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。実施の形態１では、ＯＴＡ１の差動対を構成するＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子に橋渡し接続されている抵抗Ｒ３，Ｒ４間に、直流信号成分を除去するためのコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続する。これらＣ−Ｒ回路は図１記載のハイパスフィルター２を構成している。この直流成分の遮断により、差動出力端子ＯＰ，ＯＭの出力には直流オフセット電圧が現れない。
【００１５】
したがって、図２に示すＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）は、直流オフセット電圧の除去により、出力電圧の振幅（ダイナミックレンジ）を広く取ることができるようになる。なお、Ｉ１〜Ｉ４は、従来同様の定電流源であり、接地部分は定電圧であるためコンデンサＣ１，Ｃ２の両端は定電圧となる。
【００１６】
次に、図２に示すＯＴＡ１を図１に示したＡＧＣアンプとして用いた場合の利得設定について説明する。利得は、以下の式（６）に基づき設定される。ここで、Ｒ３＝Ｒ４，ｇｍ１＝ｇｍ２＞＞１，Ｃ１＝Ｃ２，Ｒ５＝Ｒ６とする。ｇｍ１，２は、対応するＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２それぞれの相互コンダクタンスである。
【００１７】
Ｉｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×ｇｍ１／｛ｇｍ１（Ｒ３＋１／Ｃ１）＋１｝
＝１／２×１／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（５）
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×Ｒ５／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（６）
【００１８】
上記式（６）において、抵抗Ｒ３，Ｒ５を図示の如く可変抵抗とすることにより、増幅率（利得）の設定を変更できる。また、抵抗Ｒ３を固定抵抗とし、抵抗Ｒ５を可変抵抗としてもよい。逆に、抵抗Ｒ３を可変抵抗とし、抵抗Ｒ５を固定抵抗としてもよい。
【００１９】
また、図３は、本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。図示の構成は、上述した実施の形態１（図１）で説明した抵抗Ｒ３，Ｒ４に代えてＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８を用いる。これらＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８は、ソース端子とドレイン端子をコンデンサＣ１，Ｃ２に対し直列接続し、ゲート端子同士を接続し、所定のバイアス電圧を印加させて線形抵抗を構成している。このような構成時においても、上記式（６）が示すＣ１の容量（コンデンサＣ１，Ｃ２）により直流信号成分を遮断して直流オフセット電圧を除去することができる。
【００２０】
このようなＡＧＣアンプによれば、出力ダイナミックレンジを広く取ることができるので、この拡大されたダイナミックレンジによりＡＧＣアンプの相互変調歪み特性の改善が図れる。また、従来のようにＯＴＡ外部にコンデンサ及びソースフォロワ回路を設ける必要がないため、ソースフォロワ回路の消費電流相当を削減できる。
【００２１】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。実施の形態２では、ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のドレイン端子にＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４のゲート端子を接続し、ＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４のソース端子がＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子に接続される。このＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４は、ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース−ゲート電圧を一定にしてＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２の相互コンダクタンスを一定に保つ定電圧用として設けられる。
【００２２】
また、ＭＯＳＦＥＴＭ５，Ｍ６は、ＯＴＡ１の出力用として設けられる。これらＭＯＳＦＥＴＭ５，Ｍ６のゲート端子はハイパスフィルター１０，１１を介してＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４のゲート端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴＭ５，Ｍ６のソース端子はそれぞれ定電流源Ｉ５，Ｉ６に接続されるとともに、ドレイン端子はそれぞれ差動出力端子ＯＰ，ＯＭに接続されている。
【００２３】
上記ハイパスフィルター１０は、Ｃ−Ｒ回路で構成されており、ＭＯＳＦＥＴＭ３のゲート端子とＭＯＳＦＥＴＭ５のゲート端子間に直列接続されたコンデンサＣ１と、一端が出力ラインに接続され他端が接地された抵抗Ｒ１で構成される。ハイパスフィルター１１も同様に、ＭＯＳＦＥＴＭ４，Ｍ６のゲート端子間に設けられたコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２により構成されている。
【００２４】
これらハイパスフィルター１０，１１により直流成分が遮断されるので、直流オフセット電圧はＡＧＣアンプの出力には現れず、さらに出力電圧の振幅（ダイナミックレンジ）を広く取ることができる。
【００２５】
次に、図４に示すＯＴＡ１を図１に示したＡＧＣアンプとして用いた場合の利得設定について説明する。利得は、以下式に基づき設定される。ここで、Ｒ３＝Ｒ４，ｇｍ１＝ｇｍ２＞＞１，ｇｍ３＝ｇｍ４＝ｇｍ５＝ｇｍ６，Ｃ１＝Ｃ２，Ｒ５＝Ｒ６とする。
【００２６】
Ｉｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×１／Ｒ３×ｇｍ５／ｇｍ３
＝１／２×１／Ｒ３…（７）
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×Ｒ５／Ｒ３…（８）
【００２７】
実施の形態１の説明と同様に、上記式（８）において、抵抗Ｒ３，Ｒ５は、可変抵抗、固定抵抗を組み合わせた構成として増幅率（利得）の設定を変更できる。また、図３の説明と同様に、ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース間に橋渡し接続されている抵抗Ｒ３，Ｒ４に代えて２個のＭＯＳＦＥＴを用いた線形抵抗を設ける構成としてもよい。いずれの構成においても、Ｃ−Ｒ回路からなるハイパスフィルター１０，１１により直流信号成分を遮断することができる。
【００２８】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。実施の形態３の回路構成は、実施の形態２で説明したハイパスフィルター１０，１１に代えて、実施の形態１で説明したハイパスフィルター２を配置したものである。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００２９】
ハイパスフィルター２は、ＯＴＡ１の差動対を構成するＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子に橋渡し接続されている抵抗Ｒ３，Ｒ４と、抵抗Ｒ３，Ｒ４間に並列接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２からなる。このコンデンサＣ１，Ｃ２により直流成分は遮断される。これにより、このＯＴＡ１をＡＧＣアンプ（図１参照）に用いた場合、ＡＧＣアンプの出力として直流オフセット電圧が現れず、さらに出力振幅（ダイナミックレンジ）を広く取ることができるようになる。
【００３０】
次に、図５に示すＯＴＡ１を図１に示したＡＧＣアンプとして用いた場合の利得設定について説明する。利得は、以下式に基づき設定される。ここで、Ｒ３＝Ｒ４，ｇｍ１＝ｇｍ２＞＞１，ｇｍ３＝ｇｍ４＝ｇｍ５＝ｇｍ６，Ｃ１＝Ｃ２，Ｒ５＝Ｒ６とする。
【００３１】
Ｉｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×１／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（９）
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×Ｒ５／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（１０）
【００３２】
実施の形態１の説明と同様に、上記式（１０）において、抵抗Ｒ３，Ｒ５は、可変抵抗、固定抵抗を組み合わせた構成として増幅率（利得）の設定を変更できる。
【００３３】
また、図６は、本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。図示の構成は、上述した実施の形態３（図５）で説明した抵抗Ｒ３，Ｒ４に代えてＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８を用いる。これらＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８のソース端子とドレイン端子をコンデンサＣ１，Ｃ２に対し直列接続し、ゲート端子同士を接続し、所定のバイアス電圧を印加させて線形抵抗を構成する。このような構成時においても、上記式（１０）が示すＣ１の容量（コンデンサＣ１，Ｃ２）により直流信号成分を遮断して直流オフセット電圧を除去することができる。
【００３４】
図７は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性のシミュレーション結果を示す図表である。ＯＴＡ１は実施の形態２（図４参照）で説明した回路構成を用い、利得設定＝１２ｄＢ，電源電圧＝２．８Ｖとしてトランジェント解析したシミュレーション結果である。また、従来構成（図１０参照）の回路構成の特性を併記してある。
【００３５】
この図からわかるように、本発明のＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）によれば、入力信号レベルが１０９ｄＢｕＶまで出力信号レベルのリニアリティを得ることができた。一方、従来のＯＴＡ（図１０）を用いたＡＧＣアンプ（図１１参照）のリニアリティは、入力信号レベルが１０３ｄＢｕＶまでであった。本発明のＯＴＡ１を用いることにより従来に比して６ｄＢダイナミックレンジを拡大できる結果が示されている。
【００３６】
図８は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性の実測結果を示す図表である。ＯＴＡ１は実施の形態２（図４参照）で説明した回路構成を搭載した実験用チップを用い、利得設定は１２ｄＢ，電源電圧＝２．８Ｖとして実測した結果である。また、従来構成（図１０参照）の回路構成を搭載した実験用チップの特性を併記してある。
【００３７】
この図からわかるように、本発明のＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）によれば、入力信号レベルが１０８ｄＢｕＶまで出力信号レベルのリニアリティを得ることができた。一方、従来のＯＴＡ（図１０）を用いたＡＧＣアンプ（図１１参照）のリニアリティは、入力信号レベルが１０３ｄＢｕＶまでであった。本発明のＯＴＡ１を用いることにより従来に比して５ｄＢダイナミックレンジを拡大できる結果が示されている。
【００３８】
図９は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの出力周波数特性の実測結果を示す図表である。ＯＴＡ１は実施の形態２（図４参照）で説明した回路構成を搭載した実験用チップを用い、利得設定は１２ｄＢ，電源電圧＝２．８Ｖとして実測した結果である。また、従来構成（図１０参照）の回路構成を搭載した実験用チップの特性を併記してある。横軸は周波数、縦軸は利得である。
【００３９】
図９（ａ）に示すように、本発明のＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）によれば、設定した１２ｄＢの利得が全周波数に渡り平坦に出力できる特性を得ることができた。一方、図９（ｂ）に示すように、従来のＯＴＡ（図１０）を用いたＡＧＣアンプ（図１１参照）では、低周波数帯域での利得が設定値（１２ｄＢ）より大きく、高周波数帯域での利得が設定値より小さくなる結果となった。本発明のＯＴＡ１を用いることにより従来に比してより平坦な周波数特性が得られる結果が示されている。なお、直流オフセット成分（１０Ｈｚ）については、従来及び本発明のいずれにおいても除去されている。
【００４０】
以上において本発明は、上述したＯＴＡの構成に限らず種々変更可能である。例えば差動対としてＭＯＳＦＥＴに限らずバイポーラトランジスタを用いることができる。本発明は、特にＡＧＣアンプを低電源電圧で構成した場合における直流オフセット電圧の影響を効果的に解消できるものである。また、ＯＴＡの適用対象はＡＧＣアンプに限らない。例えば、フィルターに適用することもでき、この場合にはＯＴＡ内部での直流オフセット電圧の除去に基づきフィルター特性を向上できるようになる。
【００４１】
（付記１）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対である一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するハイパスフィルターを備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４２】
（付記２）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対としての一対のトランジスタに橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサを接続したことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４３】
（付記３）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサを接続したことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４４】
（付記４）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続される一対の抵抗と、
前記差動対のＭＯＳＦＥＴのソース−ゲート端子の電圧を一定とし相互コンダクタンスを一定に保つための一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴと、
差動出力段に設けられ、前記差動対の出力バイアス用としての一対のバイアス用ＭＯＳＦＥＴと、
前記一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子と前記バイアス用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子間にそれぞれ設けられ、前記差動対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサと抵抗からなるハイパスフィルターと、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４５】
（付記５）前記一対の抵抗に代えて一対のＭＯＳＦＥＴを用い、前記コンデンサに直列接続し線形抵抗として用いることを特徴とする付記３または４に記載のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４６】
（付記６）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対である一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するハイパスフィルターを備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００４７】
（付記７）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対としての一対のトランジスタに橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサが接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００４８】
（付記８）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサが接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００４９】
（付記９）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続される一対の抵抗と、
前記差動対のＭＯＳＦＥＴのソース−ゲート端子の電圧を一定とし相互コンダクタンスを一定に保つための一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴと、
差動出力段に設けられ、前記差動対の出力バイアス用としての一対のバイアス用ＭＯＳＦＥＴと、
前記一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子と前記バイアス用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子間にそれぞれ設けられ、前記差動対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサと抵抗とからなるハイパスフィルターとを備えてなるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００５０】
（付記１０）前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプは、一対の抵抗に代えて一対のＭＯＳＦＥＴを用い、前記コンデンサに直列接続し線形抵抗として用いることを特徴とする付記８または９に記載のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの内部において差動対の直流オフセット電圧を除去するので、差動出力端子に直流オフセット電圧が生じないとともに、出力誤差を解消した高品質なオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを提供できる効果を奏する。また、本発明のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプによれば、直流オフセット電圧の影響を受けないため出力ダイナミックレンジを広く取ることができる効果を奏する。この拡大されたダイナミックレンジによりＡＧＣアンプの相互変調歪み特性を改善できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの概要構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。
【図７】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性のシミュレーション結果を示す図表である。
【図８】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性の実測結果を示す図表である。
【図９】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの周波数特性の実測結果を示す図表である。
【図１０】従来のＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図１１】従来のＯＴＡで構成したＡＧＣアンプの回路図である。
【図１２】ソースフォロワ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）
２，１０，１１ ハイパスフィルター（ＨＰＦ）
Ｉ１〜Ｉ６ 定電流源
Ｍ１，Ｍ２ 差動対（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｍ３，Ｍ４ 定電圧用ＭＯＳＦＥＴ
Ｍ５，Ｍ６ 出力バイアス用ＭＯＳＦＥＴ
Ｍ７，Ｍ８ 線形抵抗（ＭＯＳＦＥＴ）
ＩＰ，ＩＭ 差動入力端子
ＯＰ，ＯＭ 差動出力端子
Ｃ（Ｃ１，Ｃ２） コンデンサ
Ｒ（Ｒ１〜Ｒ６） 抵抗
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｇｍ（相互コンダクタンス）値を制御可能な増幅器であるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ；Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）について、内部で直流オフセット電圧を除去できるＯＴＡと、このＯＴＡを用いて出力ダイナミックレンジを拡大できるＡＧＣアンプ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｇｍ（相互コンダクタンス）値を制御可能な増幅器であるＯＴＡを使用することにより、固定利得のＡＧＣアンプやフィルター等を得ることができる。図１０は、従来のＯＴＡの内部構成を示す回路図である。ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２は、それぞれのドレイン端子に定電流源Ｉ１，Ｉ２が接続され、それぞれのソース端子に定電流源Ｉ３，Ｉ４が接続されている。ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子間には、利得調整用の抵抗（可変抵抗）Ｒ３，Ｒ４が橋渡し接続されている。ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のゲート端子は差動入力端子ＩＰ，ＩＭに接続され、ドレイン端子は差動出力端子ＯＰ，ＯＭに接続されている。
【０００３】
図１１は、従来のＯＴＡで構成したＡＧＣアンプの回路図である。ＡＧＣ利得は、ＯＴＡ５０内部の抵抗（可変抵抗）Ｒ３，Ｒ４と、外部の抵抗（可変抵抗）Ｒ５，Ｒ６との設定に基づき設定される。ここで、ＯＴＡ５０の差動入力段のトランジスタ対（差動対と称す）に特性差があると直流オフセット電圧を生じ出力誤差の原因となる。
【０００４】
従来は、この直流オフセット電圧を除去するために、ＡＧＣアンプの出力段にコンデンサＣ１，Ｃ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２からなるハイパスフィルター（ＨＰＦ；Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を配置していた。このように構成したときには、出力部のコンデンサＣ１，Ｃ２を駆動するためのバッファとしてソースフォロワ（ＳｏｕｒｃｅＦｏｌｌｏｗｅｒ）回路が配置される。
【０００５】
図１２は、ソースフォロワ回路を示す回路図である。図１０において、Ｍ１もしくはＭ２により構成されているソースフォロワ回路は、
【０００６】
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１…（１）
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ−Ｖｔｈ＝Ｖｉｎ−０．６…（２）
Ｖｏｕｔ＞ＶＤＳ２…（３）
よって
Ｖｉｎ＞ＶＤＳ２＋０．６…（４）
となる。（Ｖｔｈ：閾値電圧）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のソースフォロワ回路を用いた場合には、Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間電圧（ＶＧＳ）分の電圧シフトが生じてＡＧＣアンプの出力となる。入力電圧の範囲は上記式（４）により例えば、Ｖｉｎ＞ＶＤＳ２＋０．６（Ｖ）となる。したがって、ＡＧＣアンプ５０を低電源電圧の回路構成とした時には、上記電圧シフトの影響を受けて出力電圧の振幅（ダイナミックレンジ）が広くとれなくなるという問題を生じた。
【０００８】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、直流オフセット電圧を除去し出力誤差を解消できるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを提供することを目的とする。また、このオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いることにより、出力ダイナミックレンジを広く取ることができるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの内部に差動対の直流オフセット電圧を除去するハイパスフィルターを設けてなる。ハイパスフィルターは、差動対を構成している一対のトランジスタに橋渡し接続されている抵抗の間にコンデンサを接続して簡単に構成できる。
【００１０】
この発明によれば、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの直流オフセット電圧を内部で除去するため差動出力端子に直流オフセット電圧が発生しない。これにより、出力誤差を解消した高品質のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを提供できる。また、このオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプは、前段のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプで既に直流オフセット電圧が除去された信号が入力されるため、出力ダイナミックレンジを広く取ることができる。拡大されたダイナミックレンジにより相互変調歪み特性を改善したＡＧＣアンプを提供できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係るオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ及び該アンプを用いたＡＧＣアンプの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、前述した従来構成と同一箇所には同一の符号を附してある。
【００１２】
図１は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの概要構成を示す回路図である。この発明では、従来、直流オフセット電圧を除去するためにＯＴＡの外部に配置していたソースフォロワ回路を省き、さらにＯＴＡ１の内部にコンデンサＣ１，Ｃ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２からなるハイパスフィルター（ＨＰＦ）２を配置した構成である。
【００１３】
ＯＴＡ１内の出力部において、ハイパスフィルター２を構成するコンデンサＣ１，Ｃ２は差動出力端子ＯＰ，ＯＭの出力ラインに直列接続され、抵抗Ｒ１，Ｒ２は一端が出力ラインに接続され他端が接地（定電圧）接続される。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、図１１同様に利得調整用として抵抗値が可変できる。図示の回路構成は、ハイパスフィルター２の配置状態を従来構成と対比するために用いた概念図である。以降、各実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。実施の形態１では、ＯＴＡ１の差動対を構成するＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子に橋渡し接続されている抵抗Ｒ３，Ｒ４間に、直流信号成分を除去するためのコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続する。これらＣ−Ｒ回路は図１記載のハイパスフィルター２を構成している。この直流成分の遮断により、差動出力端子ＯＰ，ＯＭの出力には直流オフセット電圧が現れない。
【００１５】
したがって、図２に示すＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）は、直流オフセット電圧の除去により、出力電圧の振幅（ダイナミックレンジ）を広く取ることができるようになる。なお、Ｉ１〜Ｉ４は、従来同様の定電流源であり、接地部分は定電圧であるためコンデンサＣ１，Ｃ２の両端は定電圧となる。
【００１６】
次に、図２に示すＯＴＡ１を図１に示したＡＧＣアンプとして用いた場合の利得設定について説明する。利得は、以下の式（６）に基づき設定される。ここで、Ｒ３＝Ｒ４，ｇｍ１＝ｇｍ２＞＞１，Ｃ１＝Ｃ２，Ｒ５＝Ｒ６とする。ｇｍ１，２は、対応するＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２それぞれの相互コンダクタンスである。
【００１７】
Ｉｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×ｇｍ１／｛ｇｍ１（Ｒ３＋１／Ｃ１）＋１｝
＝１／２×１／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（５）
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×Ｒ５／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（６）
【００１８】
上記式（６）において、抵抗Ｒ３，Ｒ５を図示の如く可変抵抗とすることにより、増幅率（利得）の設定を変更できる。また、抵抗Ｒ３を固定抵抗とし、抵抗Ｒ５を可変抵抗としてもよい。逆に、抵抗Ｒ３を可変抵抗とし、抵抗Ｒ５を固定抵抗としてもよい。
【００１９】
また、図３は、本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。図示の構成は、上述した実施の形態１（図１）で説明した抵抗Ｒ３，Ｒ４に代えてＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８を用いる。これらＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８は、ソース端子とドレイン端子をコンデンサＣ１，Ｃ２に対し直列接続し、ゲート端子同士を接続し、所定のバイアス電圧を印加させて線形抵抗を構成している。このような構成時においても、上記式（６）が示すＣ１の容量（コンデンサＣ１，Ｃ２）により直流信号成分を遮断して直流オフセット電圧を除去することができる。
【００２０】
このようなＡＧＣアンプによれば、出力ダイナミックレンジを広く取ることができるので、この拡大されたダイナミックレンジによりＡＧＣアンプの相互変調歪み特性の改善が図れる。また、従来のようにＯＴＡ外部にコンデンサ及びソースフォロワ回路を設ける必要がないため、ソースフォロワ回路の消費電流相当を削減できる。
【００２１】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。実施の形態２では、ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のドレイン端子にＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４のゲート端子を接続し、ＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４のソース端子がＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子に接続される。このＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４は、ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース−ゲート電圧を一定にしてＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２の相互コンダクタンスを一定に保つ定電圧用として設けられる。
【００２２】
また、ＭＯＳＦＥＴＭ５，Ｍ６は、ＯＴＡ１の出力用として設けられる。これらＭＯＳＦＥＴＭ５，Ｍ６のゲート端子はハイパスフィルター１０，１１を介してＭＯＳＦＥＴＭ３，Ｍ４のゲート端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴＭ５，Ｍ６のソース端子はそれぞれ定電流源Ｉ５，Ｉ６に接続されるとともに、ドレイン端子はそれぞれ差動出力端子ＯＰ，ＯＭに接続されている。
【００２３】
上記ハイパスフィルター１０は、Ｃ−Ｒ回路で構成されており、ＭＯＳＦＥＴＭ３のゲート端子とＭＯＳＦＥＴＭ５のゲート端子間に直列接続されたコンデンサＣ１と、一端が出力ラインに接続され他端が接地された抵抗Ｒ１で構成される。ハイパスフィルター１１も同様に、ＭＯＳＦＥＴＭ４，Ｍ６のゲート端子間に設けられたコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２により構成されている。
【００２４】
これらハイパスフィルター１０，１１により直流成分が遮断されるので、直流オフセット電圧はＡＧＣアンプの出力には現れず、さらに出力電圧の振幅（ダイナミックレンジ）を広く取ることができる。
【００２５】
次に、図４に示すＯＴＡ１を図１に示したＡＧＣアンプとして用いた場合の利得設定について説明する。利得は、以下式に基づき設定される。ここで、Ｒ３＝Ｒ４，ｇｍ１＝ｇｍ２＞＞１，ｇｍ３＝ｇｍ４＝ｇｍ５＝ｇｍ６，Ｃ１＝Ｃ２，Ｒ５＝Ｒ６とする。
【００２６】
Ｉｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×１／Ｒ３×ｇｍ５／ｇｍ３
＝１／２×１／Ｒ３…（７）
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×Ｒ５／Ｒ３…（８）
【００２７】
実施の形態１の説明と同様に、上記式（８）において、抵抗Ｒ３，Ｒ５は、可変抵抗、固定抵抗を組み合わせた構成として増幅率（利得）の設定を変更できる。また、図３の説明と同様に、ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース間に橋渡し接続されている抵抗Ｒ３，Ｒ４に代えて２個のＭＯＳＦＥＴを用いた線形抵抗を設ける構成としてもよい。いずれの構成においても、Ｃ−Ｒ回路からなるハイパスフィルター１０，１１により直流信号成分を遮断することができる。
【００２８】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。実施の形態３の回路構成は、実施の形態２で説明したハイパスフィルター１０，１１に代えて、実施の形態１で説明したハイパスフィルター２を配置したものである。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００２９】
ハイパスフィルター２は、ＯＴＡ１の差動対を構成するＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のソース端子に橋渡し接続されている抵抗Ｒ３，Ｒ４と、抵抗Ｒ３，Ｒ４間に並列接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２からなる。このコンデンサＣ１，Ｃ２により直流成分は遮断される。これにより、このＯＴＡ１をＡＧＣアンプ（図１参照）に用いた場合、ＡＧＣアンプの出力として直流オフセット電圧が現れず、さらに出力振幅（ダイナミックレンジ）を広く取ることができるようになる。
【００３０】
次に、図５に示すＯＴＡ１を図１に示したＡＧＣアンプとして用いた場合の利得設定について説明する。利得は、以下式に基づき設定される。ここで、Ｒ３＝Ｒ４，ｇｍ１＝ｇｍ２＞＞１，ｇｍ３＝ｇｍ４＝ｇｍ５＝ｇｍ６，Ｃ１＝Ｃ２，Ｒ５＝Ｒ６とする。
【００３１】
Ｉｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×１／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（９）
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／２×Ｒ５／（Ｒ３＋１／Ｃ１）…（１０）
【００３２】
実施の形態１の説明と同様に、上記式（１０）において、抵抗Ｒ３，Ｒ５は、可変抵抗、固定抵抗を組み合わせた構成として増幅率（利得）の設定を変更できる。
【００３３】
また、図６は、本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。図示の構成は、上述した実施の形態３（図５）で説明した抵抗Ｒ３，Ｒ４に代えてＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８を用いる。これらＭＯＳＦＥＴＭ７，Ｍ８のソース端子とドレイン端子をコンデンサＣ１，Ｃ２に対し直列接続し、ゲート端子同士を接続し、所定のバイアス電圧を印加させて線形抵抗を構成する。このような構成時においても、上記式（１０）が示すＣ１の容量（コンデンサＣ１，Ｃ２）により直流信号成分を遮断して直流オフセット電圧を除去することができる。
【００３４】
図７は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性のシミュレーション結果を示す図表である。ＯＴＡ１は実施の形態２（図４参照）で説明した回路構成を用い、利得設定＝１２ｄＢ，電源電圧＝２．８Ｖとしてトランジェント解析したシミュレーション結果である。また、従来構成（図１０参照）の回路構成の特性を併記してある。
【００３５】
この図からわかるように、本発明のＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）によれば、入力信号レベルが１０９ｄＢｕＶまで出力信号レベルのリニアリティを得ることができた。一方、従来のＯＴＡ（図１０）を用いたＡＧＣアンプ（図１１参照）のリニアリティは、入力信号レベルが１０３ｄＢｕＶまでであった。本発明のＯＴＡ１を用いることにより従来に比して６ｄＢダイナミックレンジを拡大できる結果が示されている。
【００３６】
図８は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性の実測結果を示す図表である。ＯＴＡ１は実施の形態２（図４参照）で説明した回路構成を搭載した実験用チップを用い、利得設定は１２ｄＢ，電源電圧＝２．８Ｖとして実測した結果である。また、従来構成（図１０参照）の回路構成を搭載した実験用チップの特性を併記してある。
【００３７】
この図からわかるように、本発明のＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）によれば、入力信号レベルが１０８ｄＢｕＶまで出力信号レベルのリニアリティを得ることができた。一方、従来のＯＴＡ（図１０）を用いたＡＧＣアンプ（図１１参照）のリニアリティは、入力信号レベルが１０３ｄＢｕＶまでであった。本発明のＯＴＡ１を用いることにより従来に比して５ｄＢダイナミックレンジを拡大できる結果が示されている。
【００３８】
図９は、本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの出力周波数特性の実測結果を示す図表である。ＯＴＡ１は実施の形態２（図４参照）で説明した回路構成を搭載した実験用チップを用い、利得設定は１２ｄＢ，電源電圧＝２．８Ｖとして実測した結果である。また、従来構成（図１０参照）の回路構成を搭載した実験用チップの特性を併記してある。横軸は周波数、縦軸は利得である。
【００３９】
図９（ａ）に示すように、本発明のＯＴＡ１を用いたＡＧＣアンプ（図１参照）によれば、設定した１２ｄＢの利得が全周波数に渡り平坦に出力できる特性を得ることができた。一方、図９（ｂ）に示すように、従来のＯＴＡ（図１０）を用いたＡＧＣアンプ（図１１参照）では、低周波数帯域での利得が設定値（１２ｄＢ）より大きく、高周波数帯域での利得が設定値より小さくなる結果となった。本発明のＯＴＡ１を用いることにより従来に比してより平坦な周波数特性が得られる結果が示されている。なお、直流オフセット成分（１０Ｈｚ）については、従来及び本発明のいずれにおいても除去されている。
【００４０】
以上において本発明は、上述したＯＴＡの構成に限らず種々変更可能である。例えば差動対としてＭＯＳＦＥＴに限らずバイポーラトランジスタを用いることができる。本発明は、特にＡＧＣアンプを低電源電圧で構成した場合における直流オフセット電圧の影響を効果的に解消できるものである。また、ＯＴＡの適用対象はＡＧＣアンプに限らない。例えば、フィルターに適用することもでき、この場合にはＯＴＡ内部での直流オフセット電圧の除去に基づきフィルター特性を向上できるようになる。
【００４１】
（付記１）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対である一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するハイパスフィルターを備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４２】
（付記２）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対としての一対のトランジスタに橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサを接続したことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４３】
（付記３）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサを接続したことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４４】
（付記４）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続される一対の抵抗と、
前記差動対のＭＯＳＦＥＴのソース−ゲート端子の電圧を一定とし相互コンダクタンスを一定に保つための一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴと、
差動出力段に設けられ、前記差動対の出力バイアス用としての一対のバイアス用ＭＯＳＦＥＴと、
前記一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子と前記バイアス用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子間にそれぞれ設けられ、前記差動対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサと抵抗からなるハイパスフィルターと、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４５】
（付記５）前記一対の抵抗に代えて一対のＭＯＳＦＥＴを用い、前記コンデンサに直列接続し線形抵抗として用いることを特徴とする付記３または４に記載のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
【００４６】
（付記６）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対である一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するハイパスフィルターを備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００４７】
（付記７）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対としての一対のトランジスタに橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のトランジスタの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサが接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００４８】
（付記８）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続されている一対の抵抗間に、該一対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサが接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００４９】
（付記９）入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続される一対の抵抗と、
前記差動対のＭＯＳＦＥＴのソース−ゲート端子の電圧を一定とし相互コンダクタンスを一定に保つための一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴと、
差動出力段に設けられ、前記差動対の出力バイアス用としての一対のバイアス用ＭＯＳＦＥＴと、
前記一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子と前記バイアス用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子間にそれぞれ設けられ、前記差動対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサと抵抗とからなるハイパスフィルターとを備えてなるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００５０】
（付記１０）前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプは、一対の抵抗に代えて一対のＭＯＳＦＥＴを用い、前記コンデンサに直列接続し線形抵抗として用いることを特徴とする付記８または９に記載のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの内部において差動対の直流オフセット電圧を除去するので、差動出力端子に直流オフセット電圧が生じないとともに、出力誤差を解消した高品質なオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを提供できる効果を奏する。また、本発明のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプによれば、直流オフセット電圧の影響を受けないため出力ダイナミックレンジを広く取ることができる効果を奏する。この拡大されたダイナミックレンジによりＡＧＣアンプの相互変調歪み特性を改善できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの概要構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態３によるＯＴＡの内部構成の他の例を示す回路図である。
【図７】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性のシミュレーション結果を示す図表である。
【図８】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの入出力特性の実測結果を示す図表である。
【図９】本発明のＯＴＡを用いたＡＧＣアンプの周波数特性の実測結果を示す図表である。
【図１０】従来のＯＴＡの内部構成を示す回路図である。
【図１１】従来のＯＴＡで構成したＡＧＣアンプの回路図である。
【図１２】ソースフォロワ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）
２，１０，１１ ハイパスフィルター（ＨＰＦ）
Ｉ１〜Ｉ６ 定電流源
Ｍ１，Ｍ２ 差動対（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｍ３，Ｍ４ 定電圧用ＭＯＳＦＥＴ
Ｍ５，Ｍ６ 出力バイアス用ＭＯＳＦＥＴ
Ｍ７，Ｍ８ 線形抵抗（ＭＯＳＦＥＴ）
ＩＰ，ＩＭ 差動入力端子
ＯＰ，ＯＭ 差動出力端子
Ｃ（Ｃ１，Ｃ２） コンデンサ
Ｒ（Ｒ１〜Ｒ６） 抵抗
Claims (4)
- 入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続される一対の抵抗と、
ゲート端子が前記差動対のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子に接続され、前記差動対のＭＯＳＦＥＴのソース−ゲート端子の電圧を一定とし相互コンダクタンスを一定に保つための一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴと、
差動出力段に設けられる一対の出力用ＭＯＳＦＥＴと、
前記一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子と前記出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子間にそれぞれ設けられ、前記差動対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサと抵抗からなるハイパスフィルターと、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。 - 前記一対の抵抗に代えて一対のＭＯＳＦＥＴを用い、前記コンデンサに直列接続し線形抵抗として用いることを特徴とする請求項１に記載のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ。
- 入力電圧を差動増幅する差動対及び定電流源を備えたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプにおいて、
前記差動対としての一対のＭＯＳＦＥＴのソース端子に橋渡し接続される一対の抵抗と、
ゲート端子が前記差動対のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子に接続され、前記差動対のＭＯＳＦＥＴのソース−ゲート端子の電圧を一定とし相互コンダクタンスを一定に保つための一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴと、
差動出力段に設けられる一対の出力用ＭＯＳＦＥＴと、
前記一対の定電圧用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子と前記出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート端子間にそれぞれ設けられ、前記差動対のＭＯＳＦＥＴの特性差により生じる直流オフセット電圧を除去するコンデンサと抵抗とからなるハイパスフィルターとを備えてなるオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの差動出力端子にそれぞれ接続された利得設定用の一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とするオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。 - 前記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプは、一対の抵抗に代えて一対のＭＯＳＦＥＴを用い、前記コンデンサに直列接続し線形抵抗として用いることを特徴とする請求項３に記載のオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプを用いたＡＧＣアンプ。
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