JP6898621B2 - Multi-stage amplifier circuit - Google Patents

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Description

本発明は、電気信号の増幅に利用される多段増幅回路に関する技術であって、特に広帯域化や、低消費電力化、省面積化、低雑音化が可能な技術に関するものである。 The present invention relates to a technique relating to a multi-stage amplifier circuit used for amplifying an electric signal, and more particularly to a technique capable of widening a wide band, reducing power consumption, area saving, and noise reduction.

従来の多段増幅回路は、図19に示すように同程度の利得と帯域とを持つ複数の増幅回路A1,A2を直列に接続することで構成される。図19のINは信号入力端子、OUTは信号出力端子、PLは正側電源線、NLは負側電源線である。1段の増幅回路と多段増幅回路で同等の利得・帯域を実現した場合、多段増幅回路の方が消費電力が低くなるという特徴を持つ(非特許文献1参照)。 As shown in FIG. 19, the conventional multi-stage amplifier circuit is configured by connecting a plurality of amplifier circuits A1 and A2 having the same gain and band in series. In FIG. 19, IN is a signal input terminal, OUT is a signal output terminal, PL is a positive power supply line, and NL is a negative power supply line. When the same gain and band are realized by the one-stage amplifier circuit and the multi-stage amplifier circuit, the multi-stage amplifier circuit has a feature that the power consumption is lower (see Non-Patent Document 1).

従来の多段増幅回路で例えばTIA(Transimpedance Amplifier)を実現した場合、同程度の周波数特性の複数の増幅回路を直列に接続することから、減衰傾度が大きくなり、−3dB帯域が狭くなるという課題があった。 When, for example, TIA (Transimpedance Amplifier) is realized by a conventional multi-stage amplifier circuit, since a plurality of amplifier circuits having similar frequency characteristics are connected in series, there is a problem that the attenuation gradient becomes large and the -3 dB band becomes narrow. there were.

図20(A)は増幅回路A1の周波数特性を示す図、図20(B)は増幅回路A2の周波数特性を示す図、図20(C)は増幅回路A1,A2を直列に接続した多段増幅回路の周波数特性を示す図である。増幅回路A1,A2の利得をG、遮断周波数をf-3dBとすると、多段増幅回路の利得G’は、増幅回路A1,A2の利得Gよりも大きくなる。一方、多段増幅回路の遮断周波数f’-3dBは、増幅回路A1,A2の遮断周波数f-3dBよりも低くなってしまう。 20 (A) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A1, FIG. 20 (B) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A2, and FIG. 20 (C) is a multi-stage amplifier in which the amplifier circuits A1 and A2 are connected in series. It is a figure which shows the frequency characteristic of a circuit. Assuming that the gains of the amplifier circuits A1 and A2 are G and the cutoff frequency is f -3 dB , the gain G'of the multi-stage amplifier circuit is larger than the gain G of the amplifier circuits A1 and A2. On the other hand, the cutoff frequency f'-3 dB of the multi-stage amplifier circuit is lower than the cutoff frequency f -3 dB of the amplifier circuits A1 and A2.

C.-H.Wu,C.-H.Lee,W.-S.Chen,and S.-I.Liu,“CMOS wideband amplifiers using multiple inductive-series peaking technique”,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL. 40, NO. 2,2005C.-H.Wu, C.-H.Lee, W.-S.Chen, and S.-I.Liu, "CMOS wideband amplifiers using multiple inductive-series peaking technique", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 40, NO. 2, 2005

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来よりも広帯域な多段増幅回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a multi-stage amplifier circuit having a wider band than the conventional one.

本発明の多段増幅回路は、縦続接続された複数の増幅回路と、初段以外の2つの前記増幅回路に接続された受動回路とを備え、前記受動回路は、初段以外の2つの前記増幅回路のうち第1の増幅回路の正側電源端子と正側電源線との間、および前記第1の増幅回路の負側電源端子と負側電源線との間の少なくとも一方に挿入された第1の抵抗と、初段以外の2つの前記増幅回路のうち前記第1の増幅回路と異なる第2の増幅回路の正側電源端子と正側電源線との間、および前記第2の増幅回路の負側電源端子と負側電源線との間の少なくとも一方に挿入された第2の抵抗と、一端が前記第1の抵抗の第1の増幅回路側の端子に接続され、他端が前記第2の抵抗の第2の増幅回路側の端子に接続された容量とから構成され、初段以外の2つの前記増幅回路は、反転増幅回路であり、前記受動回路の特性は、この受動回路が挿入された2つの前記増幅回路の利得が初段の前記増幅回路の遮断周波数よりも高い周波数で上昇するように設定されることを特徴とするものである。 The multi-stage amplifier circuit of the present invention includes a plurality of amplifier circuits connected in cascade and a passive circuit connected to two amplifier circuits other than the first stage, and the passive circuit is a two amplifier circuits other than the first stage. A first inserted between the positive power supply terminal and the positive power supply line of the first amplifier circuit and at least one of the negative power supply terminal and the negative power supply line of the first amplifier circuit. The resistor and between the positive power supply terminal and the positive power supply line of the second amplifier circuit different from the first amplifier circuit among the two amplifier circuits other than the first stage, and the negative side of the second amplifier circuit. A second resistor inserted in at least one of the power supply terminal and the negative power supply line, one end is connected to the terminal on the first amplifier circuit side of the first resistor, and the other end is the second resistor. It is composed of the capacitance connected to the terminal on the second amplifier circuit side of the resistor, and the two amplifier circuits other than the first stage are inverting amplifier circuits, and the characteristic of the passive circuit is that this passive circuit is inserted. It is characterized in that the gains of the two amplifier circuits are set so as to rise at a frequency higher than the cutoff frequency of the first-stage amplifier circuit.

また、本発明の多段増幅回路の1構成例(第3、第7、第9の実施例)は、MOSトランジスタのゲートとソース間の容量を、前記受動回路の容量として用いることを特徴とするものである。
また、本発明の多段増幅回路の1構成例(第1、第2の実施例)において、初段以外の前記増幅回路は、ソース接地増幅回路である。
また、本発明の多段増幅回路の1構成例(第4、第8〜第10の実施例)において、初段以外の前記増幅回路は、インバータ増幅回路である。
また、本発明の多段増幅回路の1構成例(第10の実施例)において、初段の前記増幅回路は、入力端子と出力端子との間に挿入された帰還抵抗を有するトランスインピーダンス増幅回路である。
Further, one configuration example (third, seventh, and ninth embodiments) of the multi-stage amplifier circuit of the present invention is characterized in that the capacitance between the gate and the source of the MOS transistor is used as the capacitance of the passive circuit. It is a thing.
Further, in one configuration example (first and second embodiments) of the multi-stage amplifier circuit of the present invention, the amplifier circuit other than the first stage is a source grounded amplifier circuit.
Further, in one configuration example of the multi-stage amplifier circuit of the present invention (fourth, eighth to tenth embodiments), the amplifier circuit other than the first stage is an inverter amplifier circuit.
Further, in one configuration example (10th embodiment) of the multi-stage amplifier circuit of the present invention, the first-stage amplifier circuit is a transimpedance amplifier circuit having a feedback resistor inserted between an input terminal and an output terminal. ..

本発明によれば、初段以外の1つ以上の増幅回路の正側電源端子と正側電源線との間、および初段以外の1つ以上の増幅回路の負側電源端子と負側電源線との間の少なくとも一方に受動回路を挿入し、受動回路の特性を、この受動回路が挿入される1つ以上の増幅回路の利得が初段の増幅回路の遮断周波数よりも高い周波数で上昇するように設定することにより、高周波において利得を向上させることができるので、従来よりも広帯域な多段増幅回路を実現することができる。 According to the present invention, between the positive power supply terminal and the positive power supply line of one or more amplifier circuits other than the first stage, and between the negative power supply terminal and the negative power supply line of one or more amplifier circuits other than the first stage. Insert a passive circuit in at least one of them so that the characteristics of the passive circuit increase at a frequency higher than the cutoff frequency of the first stage amplifier circuit so that the gain of one or more amplifier circuits into which this passive circuit is inserted rises. By setting, the gain can be improved at high frequencies, so that a multi-stage amplifier circuit having a wider band than the conventional one can be realized.

また、本発明では、受動回路を抵抗と容量の並列回路から構成することにより、受動回路を能動素子で実現する場合に比べて多段増幅回路の消費電力を低減することができる。また、本発明では、受動回路をインダクタで実現する場合に比べて多段増幅回路の省面積化を実現することができる。 Further, in the present invention, by configuring the passive circuit with a parallel circuit of a resistor and a capacitance, it is possible to reduce the power consumption of the multi-stage amplifier circuit as compared with the case where the passive circuit is realized by an active element. Further, in the present invention, it is possible to realize the area saving of the multi-stage amplifier circuit as compared with the case where the passive circuit is realized by the inductor.

また、本発明では、受動回路を第1、第2の抵抗と容量とから構成することにより、受動回路を抵抗と容量の並列回路から構成する場合に比べて多段増幅回路の省面積化を実現することができる。 Further, in the present invention, by configuring the passive circuit with the first and second resistors and the capacitance, the area of the multi-stage amplifier circuit can be reduced as compared with the case where the passive circuit is composed of the parallel circuit of the resistor and the capacitance. can do.

また、本発明では、MOSトランジスタのゲートとソース間の容量を、受動回路の容量として用いることにより、多段増幅回路の更なる省面積化が可能となる。 Further, in the present invention, by using the capacitance between the gate and the source of the MOS transistor as the capacitance of the passive circuit, the area of the multi-stage amplifier circuit can be further reduced.

図1は、本発明の多段増幅回路の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit of the present invention. 図2は、本発明の多段増幅回路の周波数特性を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit of the present invention. 図3は、本発明の第1の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1の実施例に係る多段増幅回路の周波数特性を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第2の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a second embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第3の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a third embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第4の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a fourth embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第5の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a fifth embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第5の実施例に係る多段増幅回路の周波数特性を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit according to the fifth embodiment of the present invention. 図10は、従来の多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional multi-stage amplifier circuit. 図11は、本発明の第4の実施例と第5の実施例を組み合わせた多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit in which a fourth embodiment and a fifth embodiment of the present invention are combined. 図12は、図11の各増幅回路の周波数特性および多段増幅回路の周波数特性を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the frequency characteristics of each amplifier circuit of FIG. 11 and the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit. 図13は、図10と図11の多段増幅回路の周波数特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuits of FIGS. 10 and 11. 図14は、本発明の第6の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a sixth embodiment of the present invention. 図15は、本発明の第7の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a seventh embodiment of the present invention. 図16は、本発明の第8の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to an eighth embodiment of the present invention. 図17は、本発明の第9の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a ninth embodiment of the present invention. 図18は、本発明の第10の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a tenth embodiment of the present invention. 図19は、従来の多段増幅回路の構成を示すブロック図である。FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a conventional multi-stage amplifier circuit. 図20は、従来の多段増幅回路の周波数特性を説明する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating the frequency characteristics of a conventional multi-stage amplifier circuit.

[発明の概要]
本発明では、多段増幅回路における初段以外の増幅回路と電源線との間に受動回路を挿入する。従来の技術では、増幅回路と電源線との間に、抵抗などの周波数によってインピーダンスが変動しない素子を挿入する。これに対して、本発明では、図1に示すように、後段の増幅回路A2と電源線PL,NLとの間に、周波数によってインピーダンスが変動する受動回路1,2を挿入する。図1のPTは増幅回路A2の正側電源端子、NTは増幅回路A2の負側電源端子である。本発明により、信号が入力された際に、増幅回路A2と電源線PL,NLの電位差の変動に応じて利得を変動させ、高周波において利得を向上させることができる。
[Outline of Invention]
In the present invention, a passive circuit is inserted between an amplifier circuit other than the first stage and a power supply line in the multi-stage amplifier circuit. In the conventional technique, an element whose impedance does not fluctuate depending on a frequency such as a resistor is inserted between the amplifier circuit and the power supply line. On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 1, passive circuits 1 and 2 whose impedance fluctuates depending on the frequency are inserted between the amplifier circuit A2 in the subsequent stage and the power supply lines PL and NL. PT in FIG. 1 is a positive power supply terminal of the amplifier circuit A2, and NT is a negative power supply terminal of the amplifier circuit A2. According to the present invention, when a signal is input, the gain can be changed according to the fluctuation of the potential difference between the amplifier circuit A2 and the power supply lines PL and NL, and the gain can be improved at a high frequency.

図2(A)は図1の増幅回路A1の周波数特性を示す図、図2(B)は図1の増幅回路A2の周波数特性を示す図、図2(C)は増幅回路A1,A2を縦続接続した多段増幅回路の周波数特性を示す図である。受動回路1,2を挿入したことにより、図2(B)に示すように増幅回路A2の周波数特性は高周波で利得が増大する特性となる。増幅回路A1の利得をGA1、遮断周波数をf-3dBとすると、多段増幅回路の利得G’は増幅回路A1の利得GA1よりも大きくなり、多段増幅回路の遮断周波数f’-3dBは増幅回路A1の遮断周波数f-3dBよりも高くなる。 2 (A) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A1 of FIG. 1, FIG. 2 (B) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A2 of FIG. 1, and FIG. 2 (C) is a diagram showing the amplifier circuits A1 and A2. It is a figure which shows the frequency characteristic of the multi-stage amplifier circuit connected in tandem. By inserting the passive circuits 1 and 2, the frequency characteristic of the amplifier circuit A2 becomes a characteristic that the gain increases at a high frequency as shown in FIG. 2 (B). Assuming that the gain of the amplifier circuit A1 is G A1 and the cutoff frequency is f -3 dB , the gain G'of the multi-stage amplifier circuit is larger than the gain G A1 of the amplifier circuit A1, and the cutoff frequency f'-3 dB of the multi-stage amplifier circuit is amplified. It becomes higher than the cutoff frequency f -3dB of the circuit A1.

[第1の実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図3は本発明の第1の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2aと、後段の増幅回路A2aの負側電源端子と負側電源線NLとの間に挿入された受動回路2aとから構成される。
[First Example]
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the multi-stage amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment is composed of the amplifier circuits A1 and A2a connected in series and the passive circuit 2a inserted between the negative power supply terminal and the negative power supply line NL of the subsequent amplifier circuit A2a. To.

増幅回路A2aは、ゲート(増幅回路A2aの入力端子)が増幅回路A1の出力端子に接続され、ドレイン(増幅回路A2aの出力端子および正側電源端子)が多段増幅回路の信号出力端子OUTに接続されたnMOSトランジスタQ1と、一端が正側電源線PLに接続され、他端がnMOSトランジスタQ1のドレインに接続された負荷抵抗R1とから構成される。増幅回路A2aは、nMOSトランジスタQ1と負荷抵抗R1とからなるソース接地増幅回路である。 In the amplifier circuit A2a, the gate (input terminal of the amplifier circuit A2a) is connected to the output terminal of the amplifier circuit A1, and the drain (output terminal of the amplifier circuit A2a and the positive power supply terminal) is connected to the signal output terminal OUT of the multi-stage amplifier circuit. The nMOS transistor Q1 is formed, and the load resistor R1 has one end connected to the positive power supply line PL and the other end connected to the drain of the nMOS transistor Q1. The amplifier circuit A2a is a source grounded amplifier circuit including an nMOS transistor Q1 and a load resistance R1.

受動回路2aは、一端がnMOSトランジスタQ1のソース(増幅回路A2aの負側電源端子)に接続され、他端が負側電源線NLに接続された抵抗R2と、一端がnMOSトランジスタQ1のソースに接続され、他端が負側電源線NLに接続された容量C1とから構成される。このように本実施例の受動回路2aは、抵抗R2と容量C1とからなる並列回路である。 The passive circuit 2a has a resistor R2 having one end connected to the source of the nMOS transistor Q1 (the negative power supply terminal of the amplifier circuit A2a) and the other end connected to the negative power supply line NL, and one end to the source of the nMOS transistor Q1. It is composed of a capacitance C1 which is connected and the other end is connected to the negative power supply line NL. As described above, the passive circuit 2a of this embodiment is a parallel circuit including the resistor R2 and the capacitance C1.

受動回路2aのインピーダンスは、入力周波数が0に近づくにつれてRs(Rsは抵抗R2の抵抗値)に近づき、入力周波数が無限大に近づくにつれて0に近づく。入力周波数が0の時の増幅回路A2aの利得は、Rd/Rs(Rdは負荷抵抗R1の抵抗値)となる。ここで、増幅回路A2aのトランスコンダクタンスをgmとすると、Rs>>1/gmとなることを仮定した。このことから、増幅回路A2aの低周波での利得は、負荷抵抗値がRdの一般的なソース接地増幅回路に比べ、低下する。 The impedance of the passive circuit 2a approaches Rs (Rs is the resistance value of the resistor R2) as the input frequency approaches 0, and approaches 0 as the input frequency approaches infinity. The gain of the amplifier circuit A2a when the input frequency is 0 is Rd / Rs (Rd is the resistance value of the load resistance R1). Here, assuming that the transconductance of the amplifier circuit A2a is gm, it is assumed that Rs >> 1 / gm. From this, the gain of the amplifier circuit A2a at a low frequency is lower than that of a general source-grounded amplifier circuit having a load resistance value of Rd.

しかしながら、増幅回路A2aの高周波での利得は、受動回路2aのインピーダンスが0となるため、負荷抵抗値がRdの一般的なソース接地増幅回路と同程度に復帰する。このことにより、図2(B)と同様に高周波で利得が増大する増幅回路A2aを実現することができる。 However, since the impedance of the passive circuit 2a becomes 0, the gain of the amplifier circuit A2a at a high frequency returns to the same level as that of a general source grounded amplifier circuit of Rd. As a result, it is possible to realize an amplifier circuit A2a in which the gain increases at a high frequency as in FIG. 2B.

図4(A)は図3の増幅回路A1の周波数特性を示す図、図4(B)は図3の増幅回路A2aの周波数特性を示す図、図4(C)は増幅回路A1,A2aを縦続接続した多段増幅回路の周波数特性を示す図である。本実施例では、初段の増幅回路A1の遮断周波数をf1、後段の増幅回路A2aの利得が上昇するゼロ点の周波数をf2とすると、次式が成立するように設計すればよい。
1<f2 ・・・(1)
4 (A) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A1 of FIG. 3, FIG. 4 (B) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A2a of FIG. 3, and FIG. 4 (C) is a diagram showing the amplifier circuits A1 and A2a. It is a figure which shows the frequency characteristic of the multi-stage amplifier circuit connected in tandem. In this embodiment, if the cutoff frequency of the first-stage amplifier circuit A1 is f 1 and the frequency at the zero point where the gain of the second-stage amplifier circuit A2a rises is f 2 , the following equation may be established.
f 1 <f 2 ... (1)

このような周波数特性の設定を行うことにより、利得G’が増幅回路A1の利得GA1よりも大きく、遮断周波数f’-3dBが増幅回路A1の遮断周波数f1よりも高い多段増幅回路を実現することができる。本実施例の一般的な設計方法では、増幅回路A2aの高周波での利得が所望の値になるように、負荷抵抗R1の抵抗値Rdと抵抗R2の抵抗値Rsとを設定し、式(1)を満たすように容量C1の容量値を設定すればよい。 By setting the frequency characteristics in this way, a multi-stage amplifier circuit in which the gain G'is larger than the gain G A1 of the amplifier circuit A1 and the cutoff frequency f'-3 dB is higher than the cutoff frequency f 1 of the amplifier circuit A1 is realized. can do. In the general design method of this embodiment, the resistance value Rd of the load resistor R1 and the resistance value Rs of the resistor R2 are set so that the gain at the high frequency of the amplifier circuit A2a becomes a desired value, and the equation (1) is set. ) Satisfy the capacity value of the capacity C1.

本実施例では、受動回路2aを抵抗R2と容量C1とから構成することにより、受動回路を能動素子で実現する場合に比べて多段増幅回路の消費電力を低減することができる。また、本実施例では、受動回路をインダクタで実現する場合に比べて回路の省面積化を実現することができる。 In this embodiment, by configuring the passive circuit 2a with the resistor R2 and the capacitance C1, the power consumption of the multi-stage amplifier circuit can be reduced as compared with the case where the passive circuit is realized by the active element. Further, in this embodiment, the area of the circuit can be reduced as compared with the case where the passive circuit is realized by the inductor.

[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図5は本発明の第2の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2bと、後段の増幅回路A2bの正側電源端子と正側電源線PLとの間に挿入された受動回路1bとから構成される。
[Second Example]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the multi-stage amplifier circuit according to the second embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIGS. 1 and 3 are designated by the same reference numerals. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment is composed of the amplifier circuits A1 and A2b connected in series and the passive circuit 1b inserted between the positive power supply terminal and the positive power supply line PL of the subsequent amplifier circuit A2b. To.

増幅回路A2bは、ゲート(増幅回路A2bの入力端子)が増幅回路A1の出力端子に接続され、ドレイン(増幅回路A2bの出力端子および負側電源端子)が多段増幅回路の信号出力端子OUTに接続されたpMOSトランジスタQ2と、一端がpMOSトランジスタQ2のドレインに接続され、他端が負側電源線NLに接続された負荷抵抗R3とから構成される。増幅回路A2bは、pMOSトランジスタQ2と負荷抵抗R3とからなるソース接地増幅回路である。 In the amplifier circuit A2b, the gate (input terminal of the amplifier circuit A2b) is connected to the output terminal of the amplifier circuit A1, and the drain (output terminal of the amplifier circuit A2b and the negative power supply terminal) is connected to the signal output terminal OUT of the multi-stage amplifier circuit. It is composed of a pMOS transistor Q2 and a load resistor R3 having one end connected to the drain of the pMOS transistor Q2 and the other end connected to the negative power supply line NL. The amplifier circuit A2b is a source grounded amplifier circuit including a pMOS transistor Q2 and a load resistor R3.

受動回路1bは、一端が正側電源線PLに接続され、他端がpMOSトランジスタQ2のソース(増幅回路A2bの正側電源端子)に接続された抵抗R4と、一端が正側電源線PLに接続され、他端がpMOSトランジスタQ2のソースに接続された容量C2とから構成される。受動回路1bは、抵抗R4と容量C2とからなる並列回路である。 The passive circuit 1b has a resistor R4 having one end connected to the positive power supply line PL and the other end connected to the source of the pMOS transistor Q2 (the positive power supply terminal of the amplifier circuit A2b), and one end to the positive power supply line PL. The other end is composed of a capacitance C2 connected to the source of the pMOS transistor Q2. The passive circuit 1b is a parallel circuit including the resistor R4 and the capacitance C2.

受動回路1bのインピーダンスは、入力周波数が0に近づくにつれてRs(Rsは抵抗R4の抵抗値)に近づき、入力周波数が無限大に近づくにつれて0に近づく。入力周波数が0の時の増幅回路A2bの利得は、Rd/Rs(Rdは負荷抵抗R3の抵抗値)となる。第1の実施例と同様に、増幅回路A2bのトランスコンダクタンスをgmとすると、Rs>>1/gmとなることを仮定した。このことから、増幅回路A2bの低周波での利得は、負荷抵抗値がRdの一般的なソース接地増幅回路に比べ、低下する。 The impedance of the passive circuit 1b approaches Rs (Rs is the resistance value of the resistor R4) as the input frequency approaches 0, and approaches 0 as the input frequency approaches infinity. The gain of the amplifier circuit A2b when the input frequency is 0 is Rd / Rs (Rd is the resistance value of the load resistance R3). As in the first embodiment, assuming that the transconductance of the amplifier circuit A2b is gm, it is assumed that Rs >> 1 / gm. From this, the gain of the amplifier circuit A2b at a low frequency is lower than that of a general source-grounded amplifier circuit having a load resistance value of Rd.

しかしながら、増幅回路A2bの高周波での利得は、受動回路1bのインピーダンスが0となるため、負荷抵抗値がRdの一般的なソース接地増幅回路と同程度に復帰する。このことにより、図4(B)と同様に高周波で利得が増大する増幅回路A2bを実現することができる。 However, since the impedance of the passive circuit 1b becomes 0, the gain of the amplifier circuit A2b at a high frequency returns to the same level as that of a general source grounded amplifier circuit of Rd. As a result, it is possible to realize an amplifier circuit A2b in which the gain increases at a high frequency as in FIG. 4B.

本実施例では、第1の実施例と同様に、初段の増幅回路A1の遮断周波数をf1、後段の増幅回路A2bの利得が上昇するゼロ点の周波数をf2とすると、式(1)が成立するように設計すればよい。これにより、図4(C)に示した第1の実施例の多段増幅回路と同様に、利得G’が増幅回路A1の利得GA1よりも大きく、遮断周波数f’-3dBが増幅回路A1の遮断周波数f1よりも高い多段増幅回路を実現することができる。本実施例の一般的な設計方法では、増幅回路A2bの高周波での利得が所望の値になるように、負荷抵抗R3の抵抗値Rdと抵抗R4の抵抗値Rsとを設定し、式(1)を満たすように容量C2の容量値を設定すればよい。 In this embodiment, as in the first embodiment, assuming that the cutoff frequency of the first-stage amplifier circuit A1 is f 1 and the frequency at the zero point where the gain of the second-stage amplifier circuit A2b increases is f 2 , the equation (1) It should be designed so that is satisfied. As a result, the gain G'is larger than the gain G A1 of the amplifier circuit A1 and the cutoff frequency f'-3 dB is the amplifier circuit A1 as in the multi-stage amplifier circuit of the first embodiment shown in FIG. 4 (C). It is possible to realize a multi-stage amplifier circuit having a cutoff frequency higher than f 1. In the general design method of this embodiment, the resistance value Rd of the load resistor R3 and the resistance value Rs of the resistor R4 are set so that the gain at the high frequency of the amplifier circuit A2b becomes a desired value, and the equation (1) ) Satisfy the capacity value of the capacity C2.

本実施例では、受動回路1bを抵抗R4と容量C2とから構成することにより、受動回路を能動素子で実現する場合に比べて多段増幅回路の消費電力を低減することができる。また、本実施例では、受動回路をインダクタで実現する場合に比べて多段増幅回路の省面積化を実現することができる。 In this embodiment, by configuring the passive circuit 1b with the resistor R4 and the capacitance C2, the power consumption of the multi-stage amplifier circuit can be reduced as compared with the case where the passive circuit is realized by the active element. Further, in this embodiment, the area of the multi-stage amplifier circuit can be reduced as compared with the case where the passive circuit is realized by the inductor.

なお、第1、第2の実施例において、後段の増幅回路A2a,A2bはソース接地増幅回路以外の構成の増幅回路であってもよい。 In the first and second embodiments, the amplifier circuits A2a and A2b in the subsequent stage may be an amplifier circuit having a configuration other than the source grounded amplifier circuit.

[第3の実施例]
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図6は本発明の第3の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2bと、後段の増幅回路A2bの正側電源端子PTと正側電源線PLとの間に挿入された受動回路1cとから構成される。
[Third Example]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a third embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIGS. 1, 3, and 5 are designated by the same reference numerals. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment is composed of the amplifier circuits A1 and A2b connected in series and the passive circuit 1c inserted between the positive power supply terminal PT and the positive power supply line PL of the subsequent amplifier circuit A2b. Will be done.

受動回路1cは、第2の実施例の容量C2の代わりに、ゲートが正側電源線PLに接続され、ソースとドレインとボディとが増幅回路A2bの正側電源端子PTに接続されたnMOSトランジスタQ3を用いたものである。微細プロセスのMOSトランジスタはゲートとソース間に非常に薄い酸化膜を持つことから、図6に示したような構成をとることで、正側電源線PLと増幅回路A2bの正側電源端子PTとの間に容量C2を挿入した場合と同様の振る舞いとなる。nMOSトランジスタQ3の代わりに、ゲートが正側電源線PLに接続され、ソースとドレインとボディとが増幅回路A2bの正側電源端子PTに接続されたpMOSトランジスタを用いてもよい。 In the passive circuit 1c, instead of the capacitance C2 of the second embodiment, the gate is connected to the positive power supply line PL, and the source, drain, and body are connected to the positive power supply terminal PT of the amplifier circuit A2b. Q3 is used. Since the MOS transistor of the fine process has a very thin oxide film between the gate and the source, by adopting the configuration shown in FIG. 6, the positive power supply line PL and the positive power supply terminal PT of the amplifier circuit A2b can be obtained. The behavior is the same as when the capacitance C2 is inserted between. Instead of the nMOS transistor Q3, a pMOS transistor in which the gate is connected to the positive power supply line PL and the source, drain and body are connected to the positive power supply terminal PT of the amplifier circuit A2b may be used.

本実施例では、受動回路1cを第2の実施例に適用した例で説明しているが、第1の実施例の容量C1の代わりに、ゲートが負側電源線NLに接続され、ソースとドレインとボディとが増幅回路A2aの負側電源端子に接続されたnMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタを用いてもよい。 In this embodiment, the passive circuit 1c is applied to the second embodiment, but instead of the capacitance C1 of the first embodiment, the gate is connected to the negative power supply line NL, and the source and the source are connected. An nMOS transistor or pMOS transistor in which the drain and the body are connected to the negative power supply terminal of the amplifier circuit A2a may be used.

また、本実施例においてnMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタの向きを反転させて、nMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタのソースとドレインとボディとを正側電源線PLまたは負側電源線NLに接続し、ゲートを増幅回路A2bの正側電源端子または増幅回路A2aの負側電源端子に接続するようにしてもよい。
また、上記で説明したとおり、後段の増幅回路A2a,A2bはソース接地増幅回路以外の構成の増幅回路であってもよい。
Further, in this embodiment, the direction of the nMOS transistor or pMOS transistor is reversed, the source, drain and body of the nMOS transistor or pMOS transistor are connected to the positive power supply line PL or the negative power supply line NL, and the gate is an amplifier circuit. It may be connected to the positive power supply terminal of A2b or the negative power supply terminal of the amplifier circuit A2a.
Further, as described above, the amplifier circuits A2a and A2b in the subsequent stage may be an amplifier circuit having a configuration other than the source grounded amplifier circuit.

微細プロセスのMOSトランジスタのゲートとソース間の酸化膜はMIM(Metal Insulator Metal)容量で使われる絶縁膜に比べて薄いため、本実施例では、第1、第2の実施例と同様の効果に加え、面積あたりの容量値を高くすることが可能となる。さらに、第1、第2の実施例のように容量C1,C2を配置する場合、不要な容量結合を避けるために容量C1,C2の直上に他の素子を配置することができないが、本実施例のようにMOSトランジスタを容量として用いる場合には、MOSトランジスタの直上に他の素子を配置することができる。その結果、本実施例では、多段増幅回路の更なる省面積化が可能となる。 Since the oxide film between the gate and the source of the MOS transistor of the fine process is thinner than the insulating film used in the MIM (Metal Insulator Metal) capacitance, in this embodiment, the same effect as in the first and second embodiments is obtained. In addition, the capacity value per area can be increased. Further, when the capacitances C1 and C2 are arranged as in the first and second embodiments, other elements cannot be arranged directly above the capacitances C1 and C2 in order to avoid unnecessary capacitive coupling. When a MOS transistor is used as a capacitance as in the example, another element can be arranged directly above the MOS transistor. As a result, in this embodiment, the area of the multi-stage amplifier circuit can be further reduced.

[第4の実施例]
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図7は本発明の第4の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5、図6と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2dと、後段の増幅回路A2dの正側電源端子と正側電源線PLとの間に挿入された受動回路1dと、増幅回路A2dの負側電源端子と負側電源線NLとの間に挿入された受動回路2dとから構成される。
[Fourth Example]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the multi-stage amplifier circuit according to the fourth embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIGS. 1, 3, 5, and 6 are designated by the same reference numerals. .. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment includes an amplifier circuit A1 and A2d connected in series, a passive circuit 1d inserted between the positive power supply terminal and the positive power supply line PL of the subsequent amplifier circuit A2d, and an amplifier circuit. It is composed of a passive circuit 2d inserted between the negative power supply terminal of A2d and the negative power supply line NL.

増幅回路A2dは、ゲート(増幅回路A2dの入力端子)が増幅回路A1の出力端子に接続され、ドレイン(増幅回路A2dの出力端子)が多段増幅回路の信号出力端子OUTに接続されたpMOSトランジスタQ4と、ゲート(増幅回路A2dの入力端子)が増幅回路A1の出力端子に接続され、ドレイン(増幅回路A2dの出力端子)が多段増幅回路の信号出力端子OUTに接続されたnMOSトランジスタQ5とから構成される。増幅回路A2dは、pMOSトランジスタQ4とnMOSトランジスタQ5とからなるインバータ増幅回路である。 In the amplifier circuit A2d, the gate (input terminal of the amplifier circuit A2d) is connected to the output terminal of the amplifier circuit A1, and the drain (output terminal of the amplifier circuit A2d) is connected to the signal output terminal OUT of the multi-stage amplifier circuit. The gate (the input terminal of the amplifier circuit A2d) is connected to the output terminal of the amplifier circuit A1, and the drain (the output terminal of the amplifier circuit A2d) is connected to the signal output terminal OUT of the multi-stage amplifier circuit. Will be done. The amplifier circuit A2d is an inverter amplifier circuit including a pMOS transistor Q4 and an nMOS transistor Q5.

受動回路1dは、一端が正側電源線PLに接続され、他端がpMOSトランジスタQ4のソース(増幅回路A2dの正側電源端子)に接続された抵抗R5と、一端が正側電源線PLに接続され、他端がpMOSトランジスタQ4のソースに接続された容量C3とから構成される。このように本実施例の受動回路1dは、抵抗R5と容量C3とからなる並列回路である。 In the passive circuit 1d, one end is connected to the positive power supply line PL, the other end is connected to the source of the pMOS transistor Q4 (the positive power supply terminal of the amplifier circuit A2d), and one end is connected to the positive power supply line PL. It is composed of a capacitance C3 which is connected and the other end is connected to the source of the pMOS transistor Q4. As described above, the passive circuit 1d of this embodiment is a parallel circuit including the resistor R5 and the capacitance C3.

受動回路2dは、一端がnMOSトランジスタQ5のソース(増幅回路A2dの負側電源端子)に接続され、他端が負側電源線NLに接続された抵抗R6と、一端がnMOSトランジスタQ5のソースに接続され、他端が負側電源線NLに接続された容量C4とから構成される。受動回路2dは、抵抗R6と容量C4とからなる並列回路である。 The passive circuit 2d has a resistor R6 having one end connected to the source of the nMOS transistor Q5 (the negative power supply terminal of the amplifier circuit A2d) and the other end connected to the negative power supply line NL, and one end to the source of the nMOS transistor Q5. It is composed of a capacitance C4 which is connected and the other end is connected to the negative power supply line NL. The passive circuit 2d is a parallel circuit including the resistor R6 and the capacitance C4.

インバータ増幅回路では、入力信号の大きさによって、pMOSトランジスタQ4またはnMOSトランジスタQ5のどちらか一方がオフ状態となり、負荷抵抗とみなせる。すなわち、pMOSトランジスタQ4がオフ状態の場合にはpMOSトランジスタQ4がnMOSトランジスタQ5の負荷抵抗となり、nMOSトランジスタQ5がオフ状態の場合にはnMOSトランジスタQ5がpMOSトランジスタQ4の負荷抵抗となる。さらに、pMOSトランジスタQ4がオフ状態の場合には、pMOSトランジスタQ4と抵抗R5とが直列に接続されるため、nMOSトランジスタQ5の負荷抵抗が大きくなる。さらに、nMOSトランジスタQ5がオフ状態の場合には、nMOSトランジスタQ5と抵抗R6とが直列に接続されるため、pMOSトランジスタQ4の負荷抵抗が大きくなる。 In the inverter amplifier circuit, either the pMOS transistor Q4 or the nMOS transistor Q5 is turned off depending on the magnitude of the input signal, which can be regarded as a load resistance. That is, when the pMOS transistor Q4 is in the off state, the pMOS transistor Q4 becomes the load resistance of the nMOS transistor Q5, and when the nMOS transistor Q5 is in the off state, the nMOS transistor Q5 becomes the load resistance of the pMOS transistor Q4. Further, when the pMOS transistor Q4 is in the off state, the pMOS transistor Q4 and the resistor R5 are connected in series, so that the load resistance of the nMOS transistor Q5 becomes large. Further, when the nMOS transistor Q5 is in the off state, the nMOS transistor Q5 and the resistor R6 are connected in series, so that the load resistance of the pMOS transistor Q4 becomes large.

本実施例においても、初段の増幅回路A1の遮断周波数をf1、後段の増幅回路A2dの利得が上昇するゼロ点の周波数をf2とすると、式(1)を満たすように容量C3,C4の容量値を設定すればよい。 Also in this embodiment, assuming that the cutoff frequency of the first stage amplifier circuit A1 is f 1 and the frequency of the zero point where the gain of the second stage amplifier circuit A2d rises is f 2 , the capacitances C3 and C4 satisfy the equation (1). The capacity value of may be set.

本実施例では、受動回路1dを抵抗R5と容量C3とから構成し、受動回路2dを抵抗R6と容量C4とから構成することにより、これら受動回路を能動素子で実現する場合に比べて回路の消費電力を低減することができる。また、本実施例では、受動回路をインダクタで実現する場合に比べて回路の省面積化を実現することができる。さらに、本実施例では、第1、第2の実施例のように片側の電源線に受動回路を設ける場合に比べて多段増幅回路の利得を向上させることができる。 In this embodiment, the passive circuit 1d is composed of the resistor R5 and the capacitance C3, and the passive circuit 2d is composed of the resistor R6 and the capacitance C4. Power consumption can be reduced. Further, in this embodiment, the area of the circuit can be reduced as compared with the case where the passive circuit is realized by the inductor. Further, in this embodiment, the gain of the multi-stage amplifier circuit can be improved as compared with the case where the passive circuit is provided in the power supply line on one side as in the first and second embodiments.

なお、増幅回路A2dとしてインバータ増幅回路を用いる場合に、増幅回路A2dの正側電源端子と正側電源線PLとの間、および負側電源端子と負側電源線NLとの間のどちらか一方のみに受動回路を挿入するようにしてもよい。 When an inverter amplification circuit is used as the amplifier circuit A2d, either the positive power supply terminal and the positive power supply line PL of the amplifier circuit A2d or the negative power supply terminal and the negative power supply line NL are used. The passive circuit may be inserted only in.

[第5の実施例]
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図8は本発明の第5の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5〜図7と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1〜A3と、増幅回路A2の負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に挿入された受動回路2eと、増幅回路A3の負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に挿入された受動回路4eとから構成される。
[Fifth Example]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of the multi-stage amplifier circuit according to the fifth embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIGS. 1, 3, 5 and 7 are designated by the same reference numerals. .. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment includes an amplifier circuit A1 to A3 connected in series, a passive circuit 2e inserted between the negative power supply terminal NT and the negative power supply line NL of the amplifier circuit A2, and an amplifier circuit A3. It is composed of a passive circuit 4e inserted between the negative power supply terminal NT and the negative power supply line NL.

受動回路2eは、一端が増幅回路A2の負側電源端子NTに接続され、他端が負側電源線NLに接続された抵抗R7と、一端が増幅回路A2の負側電源端子NTに接続され、他端が負側電源線NLに接続された容量C5とから構成される。 One end of the passive circuit 2e is connected to the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A2, the other end is connected to the resistor R7 connected to the negative power supply line NL, and one end is connected to the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A2. The other end is composed of a capacitance C5 connected to the negative power supply line NL.

受動回路4eは、一端が増幅回路A3の負側電源端子NTに接続され、他端が負側電源線NLに接続された抵抗R8と、一端が増幅回路A3の負側電源端子NTに接続され、他端が負側電源線NLに接続された容量C6とから構成される。 One end of the passive circuit 4e is connected to the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A3, the other end is connected to the resistor R8 connected to the negative power supply line NL, and one end is connected to the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A3. The other end is composed of a capacitance C6 connected to the negative power supply line NL.

図9(A)は図8の増幅回路A1の周波数特性を示す図、図9(B)は図8の増幅回路A2の周波数特性を示す図、図9(C)は図8の増幅回路A3の周波数特性を示す図、図9(D)は増幅回路A1〜A3を縦続接続した多段増幅回路の周波数特性を示す図である。増幅回路A1〜A3としてソース接地増幅回路を仮定した場合、増幅回路A2と並列回路(受動回路2e)の等価トランスコンダクタンスと等価出力抵抗より、2段目の増幅回路A2の利得が上昇するゼロ点の周波数f2は次式のようになる。
2=1/(2πRC) ・・・(2)
9 (A) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A1 of FIG. 8, FIG. 9 (B) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuit A2 of FIG. 8, and FIG. 9 (C) is the amplifier circuit A3 of FIG. 9 (D) is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuits A1 to A3, and is a diagram showing the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit in which the amplifier circuits A1 to A3 are connected in series. Assuming a source-grounded amplifier circuit as the amplifier circuits A1 to A3, the zero point at which the gain of the second-stage amplifier circuit A2 rises from the equivalent transconductance and equivalent output resistance of the amplifier circuit A2 and the parallel circuit (passive circuit 2e). The frequency f 2 of is as follows.
f 2 = 1 / (2πRC) ・ ・ ・ (2)

式(2)のRは受動回路2eの抵抗R7の抵抗値、Cは受動回路2eの容量C5の容量値である。受動回路4eの抵抗R8の抵抗値をR、受動回路4eの容量C6の容量値をCとすれば、3段目の増幅回路A3の利得が上昇するゼロ点の周波数f3についても式(2)で表すことができる。初段の増幅回路A1の遮断周波数をf1とすると、次の式(3)〜式(5)のいずれかが成立するように設計すればよい。
1<f2<f3 ・・・(3)
1<f3<f2 ・・・(4)
1<f2=f3 ・・・(5)
R in the equation (2) is the resistance value of the resistor R7 of the passive circuit 2e, and C is the capacitance value of the capacitance C5 of the passive circuit 2e. If the resistance value of the resistor R8 of the passive circuit 4e R, a capacitance value of the capacitor C6 of the passive circuit 4e is C, wherein also the frequency f 3 of the zero point gain of the amplifier circuit A3 of the third stage is increased (2 ) Can be expressed. Assuming that the cutoff frequency of the first-stage amplifier circuit A1 is f 1 , it may be designed so that any of the following equations (3) to (5) is satisfied.
f 1 <f 2 <f 3 ... (3)
f 1 <f 3 <f 2 ... (4)
f 1 <f 2 = f 3 ... (5)

このような周波数特性の設定を行うことにより、利得G’が増幅回路A1の利得GA1よりも大きく、遮断周波数f’-3dBが増幅回路A1の遮断周波数f1よりも高い多段増幅回路を実現することができる。本実施例の一般的な設計方法では、増幅回路A2,A3の高周波での利得が所望の値になるように、抵抗R7,R8の抵抗値を設定し、式(3)〜式(5)のいずれかを満たすように容量C5,C6の容量値を設定すればよい。 By setting the frequency characteristics in this way, a multi-stage amplifier circuit in which the gain G'is larger than the gain G A1 of the amplifier circuit A1 and the cutoff frequency f'-3 dB is higher than the cutoff frequency f 1 of the amplifier circuit A1 is realized. can do. In the general design method of this embodiment, the resistance values of the resistors R7 and R8 are set so that the gain at high frequencies of the amplifier circuits A2 and A3 becomes a desired value, and the equations (3) to (5) are set. The capacity values of the capacities C5 and C6 may be set so as to satisfy any of the above.

本実施例では、複数の増幅回路A2,A3に受動回路2e,4eを設け、それぞれの増幅回路A2,A2の利得が上昇するゼロ点の周波数f2,f3を初段の増幅回路A1の遮断周波数f1よりも高くすることにより、第1〜第4の実施例と比較して多段増幅回路の−3dB帯域をさらに延伸させることができる。 In this embodiment, the passive circuit 2e to a plurality of amplifier circuits A2, A3, and 4e provided, blocking of the respective amplifier circuits A2, the frequency of the zero point gain A2 rises f 2, f 3 a first-stage amplifier circuit A1 By making the frequency higher than f 1 , the -3 dB band of the multi-stage amplifier circuit can be further extended as compared with the first to fourth embodiments.

本実施例では、受動回路2eを抵抗R7と容量C5とから構成し、受動回路4eを抵抗R8と容量C6とから構成することにより、これら受動回路を能動素子で実現する場合に比べて多段増幅回路の消費電力を低減することができる。また、本実施例では、受動回路をインダクタで実現する場合に比べて多段増幅回路の省面積化を実現することができる。また、本実施例では、後段の増幅回路A2,A3で帯域を延伸することができるので、初段の増幅回路A1に設ける帰還抵抗をより大きくすることができ、さらにSN比の良いTIAを実現することができる。 In this embodiment, the passive circuit 2e is composed of the resistor R7 and the capacitance C5, and the passive circuit 4e is composed of the resistor R8 and the capacitance C6. The power consumption of the circuit can be reduced. Further, in this embodiment, the area of the multi-stage amplifier circuit can be reduced as compared with the case where the passive circuit is realized by the inductor. Further, in this embodiment, since the band can be extended by the amplifier circuits A2 and A3 in the subsequent stage, the feedback resistance provided in the amplifier circuit A1 in the first stage can be further increased, and TIA with a better SN ratio can be realized. be able to.

なお、本実施例では、増幅回路A2と受動回路2e、および増幅回路A3と受動回路4eのそれぞれの構成として、第1の実施例の増幅回路A2aと受動回路2aに相当する構成を用いたが、これに限るものではなく、第2の実施例に相当する構成を用いてもよいし、第3の実施例に相当する構成を用いてもよいし、第4の実施例に相当する構成を用いてもよい。また、第4の実施例で説明したとおり、増幅回路A2,A3としてインバータ増幅回路を用いる場合、増幅回路A2,A3の正側電源端子と正側電源線PLとの間、および負側電源端子と負側電源線NLとの間のどちらか一方のみに受動回路を挿入するようにしてもよい。また、本実施例では、受動回路を挿入する増幅回路を2段としたが、3段以上としてもよいことは言うまでもない。 In this embodiment, as the configurations of the amplifier circuit A2 and the passive circuit 2e, and the amplifier circuit A3 and the passive circuit 4e, respectively, the configurations corresponding to the amplifier circuits A2a and the passive circuit 2a of the first embodiment are used. However, the present invention is not limited to this, and a configuration corresponding to the second embodiment may be used, a configuration corresponding to the third embodiment may be used, or a configuration corresponding to the fourth embodiment may be used. You may use it. Further, as described in the fourth embodiment, when the inverter amplifier circuit is used as the amplifier circuits A2 and A3, the power supply terminal between the positive side power supply terminal and the positive side power supply line PL of the amplifier circuits A2 and A3 and the negative power supply terminal are used. The passive circuit may be inserted only in either one of the power supply line NL and the negative power supply line NL. Further, in this embodiment, the amplifier circuit into which the passive circuit is inserted is set to two stages, but it goes without saying that the number of stages may be three or more.

ここで、第4の実施例と第5の実施例を組み合わせた回路を非特許文献1に開示された従来の回路と比較し、本発明の帯域延伸効果を検証した。図10に非特許文献1に開示された従来の多段増幅回路の構成を示し、図11に第4の実施例と第5の実施例を組み合わせた多段増幅回路の構成を示す。 Here, the circuit in which the fourth embodiment and the fifth embodiment are combined is compared with the conventional circuit disclosed in Non-Patent Document 1, and the band extension effect of the present invention is verified. FIG. 10 shows the configuration of the conventional multi-stage amplifier circuit disclosed in Non-Patent Document 1, and FIG. 11 shows the configuration of the multi-stage amplifier circuit in which the fourth embodiment and the fifth embodiment are combined.

初段の増幅回路A1fは、pMOSトランジスタQ6と、nMOSトランジスタQ7と、帰還抵抗R9とから構成される。2段目の増幅回路A2fは、pMOSトランジスタQ8と、nMOSトランジスタQ9と、帰還抵抗R10とから構成される。3段目の増幅回路A3fは、pMOSトランジスタQ10と、nMOSトランジスタQ11と、帰還抵抗R11とから構成される。 The first-stage amplifier circuit A1f is composed of a pMOS transistor Q6, an nMOS transistor Q7, and a feedback resistor R9. The second-stage amplifier circuit A2f is composed of a pMOS transistor Q8, an nMOS transistor Q9, and a feedback resistor R10. The third-stage amplifier circuit A3f is composed of a pMOS transistor Q10, an nMOS transistor Q11, and a feedback resistor R11.

2段目の増幅回路A2fと正側電源線PLとの間に挿入された受動回路1fは、抵抗R12と容量C7の並列回路からなる。増幅回路A2fと負側電源線NLとの間に挿入された受動回路2fは、抵抗R13と容量C8の並列回路からなる。3段目の増幅回路A3fと正側電源線PLとの間に挿入された受動回路3fは、抵抗R14と容量C9の並列回路からなる。増幅回路A3fと負側電源線NLとの間に挿入された受動回路4fは、抵抗R15と容量C10の並列回路からなる。 The passive circuit 1f inserted between the second stage amplifier circuit A2f and the positive power supply line PL is composed of a parallel circuit of the resistor R12 and the capacitance C7. The passive circuit 2f inserted between the amplifier circuit A2f and the negative power supply line NL is composed of a parallel circuit of the resistor R13 and the capacitance C8. The passive circuit 3f inserted between the third stage amplifier circuit A3f and the positive power supply line PL is composed of a parallel circuit of the resistor R14 and the capacitance C9. The passive circuit 4f inserted between the amplifier circuit A3f and the negative power supply line NL is composed of a parallel circuit of the resistor R15 and the capacitance C10.

ここでは、帰還抵抗R9〜R11の抵抗値を300Ωとし、pMOSトランジスタQ6,Q8,Q10のサイズを60nm×54μm、nMOSトランジスタQ7,Q9,Q11のサイズを60nm×36μmとした。また、抵抗R12〜R15の抵抗値を20Ωとし、容量C7,C8の容量値を6pF、容量C9,C10の容量値を3pFとした。 Here, the resistance values of the feedback resistors R9 to R11 are set to 300Ω, the sizes of the pMOS transistors Q6, Q8, and Q10 are set to 60 nm × 54 μm, and the sizes of the nMOS transistors Q7, Q9, and Q11 are set to 60 nm × 36 μm. Further, the resistance values of the resistors R12 to R15 were set to 20Ω, the capacitance values of the capacitances C7 and C8 were set to 6pF, and the capacitance values of the capacitors C9 and C10 were set to 3pF.

図12は図11の各増幅回路A1f〜A3fの周波数特性、および増幅回路A1f〜A3fを縦続接続した多段増幅回路の周波数特性を示す図である。図12の120は初段の増幅回路A1fの周波数特性、121は2段目の増幅回路A2fの周波数特性、122は3段目の増幅回路A3fの周波数特性、123は多段増幅回路の周波数特性を示している。図11の初段の増幅回路A1fについては直流付近に利得のピークが現れ、2段目の増幅回路A2fについては4GHz付近に利得のピークが現れ、3段目の増幅回路A3fについては12GHz付近に利得のピークが現れている。 FIG. 12 is a diagram showing the frequency characteristics of the amplifier circuits A1f to A3f of FIG. 11 and the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit in which the amplifier circuits A1f to A3f are connected in sequence. In FIG. 12, 120 shows the frequency characteristics of the first-stage amplifier circuit A1f, 121 shows the frequency characteristics of the second-stage amplifier circuit A2f, 122 shows the frequency characteristics of the third-stage amplifier circuit A3f, and 123 shows the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit. ing. A gain peak appears near DC for the first-stage amplifier circuit A1f in FIG. 11, and a gain peak appears near 4 GHz for the second-stage amplifier circuit A2f, and a gain near 12 GHz appears for the third-stage amplifier circuit A3f. Peak is appearing.

図13は図10と図11の多段増幅回路の周波数特性を示す図である。図13の130は図10の多段増幅回路の周波数特性、131は図11の多段増幅回路の周波数特性を示している。図11の構成によれば、図10の従来の多段増幅回路と比較して9GHz帯域が延伸していることが分かる。 FIG. 13 is a diagram showing the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuits of FIGS. 10 and 11. 130 of FIG. 13 shows the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit of FIG. 10, and 131 shows the frequency characteristics of the multi-stage amplifier circuit of FIG. According to the configuration of FIG. 11, it can be seen that the 9 GHz band is extended as compared with the conventional multi-stage amplifier circuit of FIG.

[第6の実施例]
次に、本発明の第6の実施例について説明する。図14は本発明の第6の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5〜図8と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2g,A3gと、増幅回路A2g,A3gの正側電源端子PTと正側電源線PLとの間に挿入された受動回路5gとから構成される。
[Sixth Example]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a circuit diagram showing the configuration of the multi-stage amplifier circuit according to the sixth embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIGS. 1, 3, 5 and 8 are designated by the same reference numerals. .. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment includes an amplifier circuit A1, A2g, A3g connected in series, and a passive circuit 5g inserted between the positive power supply terminal PT and the positive power supply line PL of the amplifier circuits A2g, A3g. Consists of.

本実施例の2つの増幅回路A2g,A3gは反転増幅回路である。受動回路5gは、一端が正側電源線PLに接続され、他端が増幅回路A2gの正側電源端子PTに接続された抵抗R16と、一端が正側電源線PLに接続され、他端が増幅回路A3gの正側電源端子PTに接続された抵抗R17と、一端が抵抗R16の増幅回路A2g側の端子に接続され、他端が抵抗R17の増幅回路A3g側の端子に接続された容量C11とから構成される。 The two amplifier circuits A2g and A3g of this embodiment are inverting amplifier circuits. The passive circuit 5g has a resistor R16 having one end connected to the positive power supply line PL and the other end connected to the positive power supply terminal PT of the amplifier circuit A2g, and one end connected to the positive power supply line PL and the other end. A resistor R17 connected to the positive power supply terminal PT of the amplifier circuit A3g, and a capacitance C11 having one end connected to the terminal on the amplifier circuit A2g side of the resistor R16 and the other end connected to the terminal on the amplifier circuit A3g side of the resistor R17. It is composed of and.

容量C11の容量値をC/2とすると、本実施例の多段増幅回路の利得向上効果は、第5の実施例の容量C5,C6の容量値が2つともCであり、増幅器A2,A3が反転増幅回路である場合と等価になる。
本実施例においても、初段の増幅回路A1の遮断周波数をf1、2段目の増幅回路A2gの利得が上昇するゼロ点の周波数をf2、3段目の増幅回路A3gの利得が上昇するゼロ点の周波数をf3とすれば、式(3)〜式(5)のいずれかが成立するように設計すればよい。
Assuming that the capacitance value of the capacitance C11 is C / 2, the gain improving effect of the multi-stage amplifier circuit of this embodiment is that the capacitance values of the capacitances C5 and C6 of the fifth embodiment are both C, and the amplifiers A2 and A3 Is equivalent to the case where is an inverting amplifier circuit.
In this embodiment, the gain of the amplifier circuit A3g of the cutoff frequency f 1, the frequency of the zero point gain of the amplifier circuit A2g the second stage is increased f 2, 3-stage of the first-stage amplifier A1 rises Assuming that the frequency of the zero point is f 3 , it may be designed so that any of the equations (3) to (5) is satisfied.

本実施例では、抵抗R16とR17にそれぞれ並列に2つの容量を挿入する場合に比べ、容量C11の容量が半分で良いため、第5の実施例よりも狭い回路面積で同等の利得向上を得ることができる。よって、回路の省面積化が可能になる。 In this embodiment, the capacitance of the capacitance C11 may be halved as compared with the case where two capacitances are inserted in parallel to the resistors R16 and R17, respectively, so that the same gain improvement can be obtained in a circuit area narrower than that of the fifth embodiment. be able to. Therefore, the area of the circuit can be reduced.

なお、本実施例では、反転増幅回路であるA2g,A3gが例えばpMOSトランジスタを用いたソース接地増幅回路の場合について示しているが、増幅回路A2g,A3gが例えばnMOSトランジスタを用いたソース接地増幅回路であれば、増幅回路A2g,A3gの負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に受動回路5gと同様の回路を挿入すればよい。この場合、受動回路の容量は、増幅回路A2gの負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に挿入される抵抗の増幅回路A2g側の端子と、増幅回路A3gの負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に挿入される抵抗の増幅回路A3g側の端子との間に接続される。 In this embodiment, the cases where the inverting amplifier circuits A2g and A3g are, for example, a source grounded amplifier circuit using a pMOS transistor are shown, but the amplifier circuits A2g and A3g are, for example, a source grounded amplifier circuit using an nMOS transistor. If this is the case, a circuit similar to the passive circuit 5g may be inserted between the negative power supply terminals NT of the amplifier circuits A2g and A3g and the negative power supply line NL. In this case, the capacitance of the passive circuit is the terminal on the amplifier circuit A2g side of the resistor inserted between the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A2g and the negative power supply line NL, and the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A3g. It is connected to the terminal on the amplifier circuit A3g side of the resistor inserted between the power line NL and the negative power supply line NL.

[第7の実施例]
次に、本発明の第7の実施例について説明する。図15は本発明の第7の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5〜図8、図14と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2g,A3gと、増幅回路A2g,A3gの正側電源端子PTと正側電源線PLとの間に挿入された受動回路5hとから構成される。
[7th Example]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a circuit diagram showing the configuration of the multi-stage amplifier circuit according to the seventh embodiment of the present invention, and the same configurations as those in FIGS. 1, 3, 5, 8 and 14 are designated by the same reference numerals. It is done. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment includes an amplifier circuit A1, A2g, A3g connected in series, and a passive circuit 5h inserted between the positive power supply terminal PT and the positive power supply line PL of the amplifier circuits A2g, A3g. Consists of.

受動回路5hは、第6の実施例の容量C11の代わりに、ゲートが抵抗R16の増幅回路A2g側の端子に接続され、ソースとドレインとボディとが抵抗R17の増幅回路A3g側の端子に接続されたnMOSトランジスタQ12を用いたものである。第3の実施例で説明したとおり、微細プロセスのMOSトランジスタはゲートとソース間に非常に薄い酸化膜を持つことから、図15に示したような構成をとることで、抵抗R16とR17との間に容量C11を挿入した場合と同様の振る舞いとなる。また、nMOSトランジスタQ12の代わりに、ゲートが抵抗R16の増幅回路A2g側の端子に接続され、ソースとドレインとボディとが抵抗R17の増幅回路A3g側の端子に接続されたpMOSトランジスタを用いてもよい。 In the passive circuit 5h, instead of the capacitance C11 of the sixth embodiment, the gate is connected to the terminal on the amplifier circuit A2g side of the resistor R16, and the source, drain and body are connected to the terminal on the amplifier circuit A3g side of the resistor R17. The nMOS transistor Q12 was used. As described in the third embodiment, since the MOS transistor of the fine process has a very thin oxide film between the gate and the source, the resistors R16 and R17 can be combined by adopting the configuration as shown in FIG. The behavior is the same as when the capacitance C11 is inserted between them. Further, instead of the nMOS transistor Q12, a pMOS transistor in which the gate is connected to the terminal on the amplifier circuit A2g side of the resistor R16 and the source, drain and body are connected to the terminal on the amplifier circuit A3g side of the resistor R17 can be used. Good.

本実施例では、反転増幅回路であるA2g,A3gが例えばpMOSトランジスタを用いたソース接地増幅回路の場合について示しているが、増幅回路A2g,A3gが例えばnMOSトランジスタを用いたソース接地増幅回路の場合には、増幅回路A2g,A3gの負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に挿入される受動回路の容量として、nMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタを用いてもよい。 In this embodiment, the cases where the inverting amplifier circuits A2g and A3g are, for example, a source grounded amplifier circuit using a pMOS transistor are shown, but when the amplifier circuits A2g and A3g are, for example, a source grounded amplifier circuit using an nMOS transistor. An nMOS transistor or a pMOS transistor may be used as the capacitance of the passive circuit inserted between the negative power supply terminal NT of the amplifier circuits A2g and A3g and the negative power supply line NL.

また、容量として用いるnMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタの向きを反転させて、nMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタのソースとドレインとボディとを抵抗R16の増幅回路A2g側の端子に接続し、ゲートを抵抗R17の増幅回路A3g側の端子に接続するようにしてもよい。 Further, the direction of the nMOS transistor or pMOS transistor used as a capacitance is reversed, the source, drain and body of the nMOS transistor or pMOS transistor are connected to the terminal on the A2g side of the amplifier circuit A2g of the resistor R16, and the gate is the amplifier circuit of the resistor R17. It may be connected to the terminal on the A3g side.

本実施例では、第6の実施例と同様の効果に加え、面積あたりの容量値を高くすることが可能となる。さらに、第6の実施例のように容量C11を配置する場合、容量C11の直上に他の素子を配置することができないが、本実施例のようにMOSトランジスタを容量として用いる場合には、MOSトランジスタの直上に他の素子を配置することができる。その結果、本実施例では、多段増幅回路の省面積化が可能となる。 In this embodiment, in addition to the same effect as in the sixth embodiment, it is possible to increase the capacity value per area. Further, when the capacitance C11 is arranged as in the sixth embodiment, another element cannot be arranged immediately above the capacitance C11, but when the MOS transistor is used as the capacitance as in this embodiment, the MOS is used. Other elements can be placed directly above the transistor. As a result, in this embodiment, the area of the multi-stage amplifier circuit can be reduced.

[第8の実施例]
次に、本発明の第8の実施例について説明する。図16は本発明の第8の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5〜図8、図14、図15と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2i,A3iと、増幅回路A2i,A3iの正側電源端子PTと正側電源線PLとの間に挿入された受動回路5iと、増幅回路A2i,A3iの負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に挿入された受動回路6iとから構成される。
[8th Example]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to an eighth embodiment of the present invention, and has the same configuration as that of FIGS. 1, 3, 5, 8, 14, and 15. It is coded. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment includes an amplifier circuit A1, A2i, A3i connected in series, and a passive circuit 5i inserted between the positive power supply terminal PT and the positive power supply line PL of the amplifier circuits A2i, A3i. It is composed of a passive circuit 6i inserted between the negative power supply terminal NT of the amplifier circuits A2i and A3i and the negative power supply line NL.

本実施例の2つの増幅回路A2i,A3iはインバータ増幅回路である。受動回路5iは、一端が正側電源線PLに接続され、他端が増幅回路A2iの正側電源端子PTに接続された抵抗R18と、一端が正側電源線PLに接続され、他端が増幅回路A3iの正側電源端子PTに接続された抵抗R19と、一端が抵抗R18の増幅回路A2i側の端子に接続され、他端が抵抗R19の増幅回路A3i側の端子に接続された容量C12とから構成される。 The two amplifier circuits A2i and A3i of this embodiment are inverter amplifier circuits. In the passive circuit 5i, one end is connected to the positive power supply line PL and the other end is connected to the resistor R18 connected to the positive power supply terminal PT of the amplifier circuit A2i, and one end is connected to the positive power supply line PL and the other end is connected. A resistor R19 connected to the positive power supply terminal PT of the amplifier circuit A3i, and a capacitance C12 having one end connected to the terminal on the amplifier circuit A2i side of the resistor R18 and the other end connected to the terminal on the amplifier circuit A3i side of the resistor R19. It is composed of and.

受動回路6iは、一端が増幅回路A2iの負側電源端子NTに接続され、他端が負側電源線NLに接続された抵抗R20と、一端が増幅回路A3iの負側電源端子NTに接続され、他端が負側電源線NLに接続された抵抗R21と、一端が抵抗R20の増幅回路A2i側の端子に接続され、他端が抵抗R21の増幅回路A3i側の端子に接続された容量C13とから構成される。 One end of the passive circuit 6i is connected to the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A2i, the other end is connected to the resistor R20 connected to the negative power supply line NL, and one end is connected to the negative power supply terminal NT of the amplifier circuit A3i. The other end is the resistor R21 connected to the negative power supply line NL, and one end is connected to the terminal on the amplifier circuit A2i side of the resistor R20, and the other end is connected to the terminal on the amplifier circuit A3i side of the resistor R21. It is composed of and.

容量C12,C13の容量値をC/2とすると、本実施例の多段増幅回路の利得向上効果は、図11の容量C7〜C10の容量値が全てCであり、図11の増幅器A2f,A3fが反転増幅回路である場合と等価になる。
本実施例においても、初段の増幅回路A1の遮断周波数をf1、2段目の増幅回路A2iの利得が上昇するゼロ点の周波数をf2、3段目の増幅回路A3iの利得が上昇するゼロ点の周波数をf3とすれば、式(3)〜式(5)のいずれかが成立するように設計すればよい。
Assuming that the capacitance values of the capacitances C12 and C13 are C / 2, the gain improving effect of the multi-stage amplifier circuit of this embodiment is that the capacitance values of the capacitances C7 to C10 in FIG. 11 are all C, and the amplifiers A2f and A3f in FIG. Is equivalent to the case where is an inverting amplifier circuit.
In this embodiment, the gain of the amplifier circuit A3i of the frequency of the zero point gain is increased in the cut-off frequency f 1, 2-stage amplifier circuit A2i f 2, 3-stage of the first-stage amplifier A1 rises Assuming that the frequency of the zero point is f 3 , it may be designed so that any of the equations (3) to (5) is satisfied.

本実施例では、第4の実施例と同様にオフ側のトランジスタと電源線との間の抵抗がオン側のトランジスタの負荷抵抗となるため、第6、第7の実施例のように片側の電源線に受動回路を設ける場合に比べて多段増幅回路の利得を向上させることができる。 In this embodiment, the resistance between the off-side transistor and the power supply line becomes the load resistance of the on-side transistor as in the fourth embodiment. Therefore, as in the sixth and seventh embodiments, one side is used. The gain of the multi-stage amplifier circuit can be improved as compared with the case where the passive circuit is provided in the power supply line.

また、本実施例では、図11の抵抗R12〜R15にそれぞれ並列に容量C7〜C10を挿入する場合に比べ、容量C12,C13の容量が半分で良いため、図11の構成で増幅器A2f,A3fを反転増幅回路とする場合よりも狭い回路面積で同等の利得向上を得ることができる。よって、多段増幅回路の省面積化が可能になる。 Further, in this embodiment, since the capacitances of the capacitances C12 and C13 may be halved as compared with the case where the capacitances C7 to C10 are inserted in parallel with the resistors R12 to R15 of FIG. 11, the amplifiers A2f and A3f are configured in FIG. It is possible to obtain the same gain improvement with a narrower circuit area than when the inverting amplifier circuit is used. Therefore, the area of the multi-stage amplifier circuit can be reduced.

[第9の実施例]
次に、本発明の第9の実施例について説明する。図17は本発明の第9の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5〜図8、図14〜図16と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1,A2i,A3iと、増幅回路A2i,A3iの正側電源端子PTと正側電源線PLとの間に挿入された受動回路5jと、増幅回路A2i,A3iの負側電源端子NTと負側電源線NLとの間に挿入された受動回路6jとから構成される。
[9th Example]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a ninth embodiment of the present invention, and has the same configuration as that of FIGS. 1, 3, 5, 8 and 14 to 16. It is coded. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment includes an amplifier circuit A1, A2i, A3i connected in series, and a passive circuit 5j inserted between the positive power supply terminal PT and the positive power supply line PL of the amplifier circuits A2i, A3i. It is composed of a passive circuit 6j inserted between the negative power supply terminal NT of the amplifier circuits A2i and A3i and the negative power supply line NL.

受動回路5jは、第8の実施例の容量C12の代わりに、ソースとドレインとボディとが抵抗R18の増幅回路A2i側の端子に接続され、ゲートが抵抗R19の増幅回路A3i側の端子に接続されたnMOSトランジスタQ13を用いたものである。受動回路6jは、第8の実施例の容量C13の代わりに、ソースとドレインとボディとが抵抗R20の増幅回路A2i側の端子に接続され、ゲートが抵抗R21の増幅回路A3i側の端子に接続されたnMOSトランジスタQ14を用いたものである。 In the passive circuit 5j, instead of the capacitance C12 of the eighth embodiment, the source, drain, and body are connected to the terminal on the amplifier circuit A2i side of the resistor R18, and the gate is connected to the terminal on the amplifier circuit A3i side of the resistor R19. This is the one using the nMOS transistor Q13. In the passive circuit 6j, instead of the capacitance C13 of the eighth embodiment, the source, drain, and body are connected to the terminal on the amplifier circuit A2i side of the resistor R20, and the gate is connected to the terminal on the amplifier circuit A3i side of the resistor R21. The nMOS transistor Q14 is used.

なお、nMOSトランジスタQ13の代わりに、ソースとドレインとボディとが抵抗R18の増幅回路A2i側の端子に接続され、ゲートが抵抗R19の増幅回路A3i側の端子に接続されたpMOSトランジスタを用いてもよい。同様に、nMOSトランジスタQ14の代わりに、ソースとドレインとボディとが抵抗R20の増幅回路A2i側の端子に接続され、ゲートが抵抗R21の増幅回路A3i側の端子に接続されたpMOSトランジスタを用いてもよい。 Instead of the nMOS transistor Q13, a pMOS transistor in which the source, drain, and body are connected to the terminal on the amplifier circuit A2i side of the resistor R18 and the gate is connected to the terminal on the amplifier circuit A3i side of the resistor R19 may be used. Good. Similarly, instead of the nMOS transistor Q14, a pMOS transistor in which the source, drain, and body are connected to the terminal on the amplifier circuit A2i side of the resistor R20 and the gate is connected to the terminal on the amplifier circuit A3i side of the resistor R21 is used. May be good.

また、容量として用いるnMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタの向きを反転させて、nMOSトランジスタまたはpMOSトランジスタのゲートを抵抗R18,R20の増幅回路A2i側の端子に接続し、ソースとドレインとボディとを抵抗R19,R21の増幅回路A3i側の端子に接続するようにしてもよい。 Further, the direction of the nMOS transistor or pMOS transistor used as a capacitance is reversed, the gate of the nMOS transistor or pMOS transistor is connected to the terminal on the amplifier circuit A2i side of the resistors R18 and R20, and the source, drain and body are connected to the resistor R19, It may be connected to the terminal of the amplifier circuit A3i side of R21.

本実施例では、第8の実施例と同様の効果に加え、面積あたりの容量値を高くすることが可能となる。さらに、第8の実施例のように容量C12,C13を配置する場合、容量C12,C13の直上に他の素子を配置することができないが、本実施例のようにMOSトランジスタを容量として用いる場合には、MOSトランジスタの直上に他の素子を配置することができる。その結果、本実施例では、多段増幅回路の省面積化が可能となる。 In this embodiment, in addition to the same effect as in the eighth embodiment, it is possible to increase the capacity value per area. Further, when the capacitances C12 and C13 are arranged as in the eighth embodiment, other elements cannot be arranged immediately above the capacitances C12 and C13, but when the MOS transistor is used as the capacitance as in this embodiment. Other elements can be arranged directly above the MOS transistor. As a result, in this embodiment, the area of the multi-stage amplifier circuit can be reduced.

[第10の実施例]
次に、本発明の第10の実施例について説明する。図18は本発明の第10の実施例に係る多段増幅回路の構成を示す回路図であり、図1、図3、図5〜図8、図14〜図17と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の多段増幅回路は、縦続接続された増幅回路A1k,A2i,A3iと、受動回路5j,6jとから構成される。
[10th Example]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-stage amplifier circuit according to a tenth embodiment of the present invention, and has the same configuration as that of FIGS. 1, 3, 5, 8 and 14 to 17. It is coded. The multi-stage amplifier circuit of this embodiment includes amplifier circuits A1k, A2i, and A3i connected in series, and passive circuits 5j and 6j.

本実施例の初段の増幅回路A1kは、入力端子と出力端子との間に挿入された帰還抵抗R22を有するトランスインピーダンス増幅回路である。
本実施例では、後段の増幅回路A2i,A3iで帯域の補償ができることから、初段の増幅回路A1kでは帰還抵抗R22の値を大きくすることができる。これにより、本実施例では、トランスインピーダンス増幅回路の入力換算雑音を小さくすることができ、増幅回路A1k,A2i,A3iの縦続接続によって低雑音・広帯域・低消費電力なトランスインピーダンス増幅回路を実現することができる。
The first-stage amplifier circuit A1k of this embodiment is a transimpedance amplifier circuit having a feedback resistor R22 inserted between an input terminal and an output terminal.
In this embodiment, since the band can be compensated by the amplifier circuits A2i and A3i in the subsequent stage, the value of the feedback resistor R22 can be increased in the amplifier circuit A1k in the first stage. Thereby, in this embodiment, the input conversion noise of the transimpedance amplifier circuit can be reduced, and the transimpedance amplifier circuit with low noise, wide band, and low power consumption is realized by the longitudinal connection of the amplifier circuits A1k, A2i, and A3i. be able to.

なお、本実施例では、増幅回路A1kを第9の実施例に適用する場合について説明したが、第1〜第8の実施例のいずれかに適用してもよい。
また、第8〜第10の実施例のように、増幅回路A2i,A3iとしてインバータ増幅回路を用いる場合に、増幅回路A2i,A3iの正側電源端子PTと正側電源線PLとの間、および負側電源端子NTと負側電源線NLとの間のどちらか一方のみに受動回路を挿入するようにしてもよい。
In this embodiment, the case where the amplifier circuit A1k is applied to the ninth embodiment has been described, but it may be applied to any of the first to eighth embodiments.
Further, when an inverter amplifier circuit is used as the amplifier circuits A2i and A3i as in the eighth to tenth embodiments, between the positive power supply terminal PT and the positive power supply line PL of the amplifier circuits A2i and A3i, and The passive circuit may be inserted only in either one of the negative power supply terminal NT and the negative power supply line NL.

本発明は、増幅回路に適用することができる。 The present invention can be applied to an amplifier circuit.

1,1b〜1d,1f,2,2a,2d〜2f,3f,4e,4f,5g〜5j,6i,6j…受動回路、A1,A1f,A1k,A2,A2a,A2b,A2d,A2f,A2g,A2i,A3,A3f,A3g,A3i…増幅回路、Q1〜Q14…トランジスタ、R1〜R22…抵抗、C1〜C13…容量、PL…正側電源線、NL…負側電源線、PT…正側電源端子、NT…負側電源端子。 1,1b to 1d, 1f, 2,2a, 2d to 2f, 3f, 4e, 4f, 5g to 5j, 6i, 6j ... Passive circuits, A1, A1f, A1k, A2, A2a, A2b, A2d, A2f, A2g , A2i, A3, A3f, A3g, A3i ... Amplifier circuit, Q1 to Q14 ... Transistor, R1 to R22 ... Resistor, C1 to C13 ... Capacitance, PL ... Positive power supply line, NL ... Negative power supply line, PT ... Positive side Power terminal, NT ... Negative power terminal.

Claims (5)

縦続接続された複数の増幅回路と、
初段以外の2つの前記増幅回路に接続された受動回路とを備え、
前記受動回路は、
初段以外の2つの前記増幅回路のうち第1の増幅回路の正側電源端子と正側電源線との間、および前記第1の増幅回路の負側電源端子と負側電源線との間の少なくとも一方に挿入された第1の抵抗と、
初段以外の2つの前記増幅回路のうち前記第1の増幅回路と異なる第2の増幅回路の正側電源端子と正側電源線との間、および前記第2の増幅回路の負側電源端子と負側電源線との間の少なくとも一方に挿入された第2の抵抗と、
一端が前記第1の抵抗の第1の増幅回路側の端子に接続され、他端が前記第2の抵抗の第2の増幅回路側の端子に接続された容量とから構成され、
初段以外の2つの前記増幅回路は、反転増幅回路であり、
前記受動回路の特性は、この受動回路が挿入された2つの前記増幅回路の利得が初段の前記増幅回路の遮断周波数よりも高い周波数で上昇するように設定されることを特徴とする多段増幅回路。
Multiple amplifier circuits connected in series and
It is equipped with a passive circuit connected to the two amplifier circuits other than the first stage.
The passive circuit
Of the two amplifier circuits other than the first stage, between the positive power supply terminal and the positive power supply line of the first amplifier circuit, and between the negative power supply terminal and the negative power supply line of the first amplifier circuit. With the first resistor inserted in at least one
Of the two amplifier circuits other than the first stage, between the positive power supply terminal and the positive power supply line of the second amplifier circuit different from the first amplifier circuit, and the negative power supply terminal of the second amplifier circuit. A second resistor inserted in at least one of the negative power lines,
One end is connected to the terminal on the first amplifier circuit side of the first resistor, and the other end is connected to the terminal on the second amplifier circuit side of the second resistor.
The two amplifier circuits other than the first stage are inverting amplifier circuits.
The characteristic of the passive circuit is that the gain of the two amplifier circuits into which the passive circuit is inserted is set to increase at a frequency higher than the cutoff frequency of the first-stage amplifier circuit. circuit.
請求項記載の多段増幅回路において、
MOSトランジスタのゲートとソース間の容量を、前記受動回路の容量として用いることを特徴とする多段増幅回路。
In the multi-stage amplifier circuit according to claim 1,
A multi-stage amplifier circuit characterized in that the capacitance between the gate and the source of a MOS transistor is used as the capacitance of the passive circuit.
請求項1または2記載の多段増幅回路において、
初段以外の前記増幅回路は、ソース接地増幅回路であることを特徴とする多段増幅回路。
In the multi-stage amplifier circuit according to claim 1 or 2.
The amplifier circuit other than the first stage is a multi-stage amplifier circuit characterized in that it is a source grounded amplifier circuit.
請求項1または2記載の多段増幅回路において、
初段以外の前記増幅回路は、インバータ増幅回路であることを特徴とする多段増幅回路。
In the multi-stage amplifier circuit according to claim 1 or 2.
The amplifier circuit other than the first stage is a multi-stage amplifier circuit characterized in that it is an inverter amplifier circuit.
請求項1乃至のいずれか1項に記載の多段増幅回路において、
初段の前記増幅回路は、入力端子と出力端子との間に挿入された帰還抵抗を有するトランスインピーダンス増幅回路であることを特徴とする多段増幅回路。
In the multi-stage amplifier circuit according to any one of claims 1 to 4.
The first-stage amplifier circuit is a multi-stage amplifier circuit characterized in that it is a transimpedance amplifier circuit having a feedback resistor inserted between an input terminal and an output terminal.
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