JP7375916B2 - スイッチト・エミッタ・フォロワ回路 - Google Patents

スイッチト・エミッタ・フォロワ回路 Download PDF

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Description

本発明は、クロック信号に同期したタイミングで、出力信号が入力信号に追従するトラックモードと出力信号を一定に保持するホールドモードとを交互に繰り返すトラック・アンド・ホールド回路等に用いられるスイッチト・エミッタ・フォロワ回路に関するものである。
アナログ-デジタル変換器(ADC:Analog-to-Digital Converter)は、通信、計測などに広く使われているデバイスである。ADCは、クロック信号に同期したタイミングでアナログ信号である入力電圧を、量子化されたデジタル値に変換し、そのデジタルコードを出力する。ADCは、多くの場合、フロントエンド部にトラック・アンド・ホールド回路を備えている(非特許文献1参照)。
図8A~図8Cを用いてトラック・アンド・ホールド回路100の動作を説明する。トラック・アンド・ホールド回路100の最も簡単な動作モデルは、アナログ・スイッチ103とキャパシタ104とからなるものである。アナログ・スイッチ103は、クロック信号ckのHigh/Lowに応じて、入力をそのまま出力に伝達するトラック・モードMtと、入力と出力を電気的に遮断するホールド・モードMhの2つの状態を切り替える。キャパシタ104は、ホールド・モード時に入力から遮断された出力信号Voutの電圧を一定値に保持するために使われる。
クロック信号ckとトラック・アンド・ホールド回路100のモードとの関係は任意に決めてよいが、図8A~図8Cの例では、クロック信号ckがHighのときにトラック・モードMtとなり、クロック信号ckがLowのときにホールド・モードMhとなる例で説明する。
クロック信号ckがHigh、すなわちトラック・モードMtの間は、図8Bに示すようにスイッチ103がオンとなり、出力信号Voutが入力信号Vinに追従する。クロック信号ckがHighからLowになった瞬間(トラック・モードMtからホールド・モードMhに遷移した瞬間)に、図8Cに示すようにスイッチ103がオフとなり、その瞬間の入力信号Vinの電圧値が、ホールド・モードMhの期間中、キャパシタ104に保持される。そして、再びクロック信号ckがHighになった瞬間に、出力信号Voutはリセットされて入力信号Vinの追従を再開する。
トラック・アンド・ホールド回路をADCのフロントエンド部に用いる理由の一つは、ADCがアナログ-デジタル変換のためにある程度の時間を要するため、変換の間、入力信号を保持しておく必要があるためである。
トラック・アンド・ホールド回路をADCのフロントエンド部に用いる他の理由は、クロックジッタによる雑音の影響を軽減するためである。クロック信号のタイミングが完全な等間隔でないために、入力信号を保持するタイミングに統計的なばらつきが生じる。このようなクロックジッタがあると、ADCの出力に雑音が重畳されたように観測される。
クロックジッタの非常に少ないトラック・アンド・ホールド回路をフロントエンド部に用いることで、後段のADCでクロックジッタが多少発生したとしても、クロックジッタがトラック・アンド・ホールド回路のホールド時間内に収まっていれば雑音の影響は受けない。
特に近年の最先端のADCは、クロックジッタを下げることが困難なために、雑音レベルを実用的な範囲に抑えつつ高速化することができず、クロックジッタが高速化を阻害する要因となっている。そのため、トラック・アンド・ホールド回路の高速化はADCの高速化に有効である。
多くの場合、アナログ回路は、トランジスタと呼ばれるスイッチング素子、抵抗、キャパシタ等を接続することで構成される。トランジスタにも何種類かあるが、高速な動作が求められるアナログ回路においてはバイポーラトランジスタがよく使われる。バイポーラトランジスタを用いた、既存のトラック・アンド・ホールド回路の回路構成として、スイッチト・エミッタ・フォロワと呼ばれるものがよく知られている。
バイポーラトランジスタを用いた従来のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の典型的な構成を図9に示す。図9のVCC,VEEは電源電圧、Vinは入力信号、Voutは出力信号、ck+,ck-はクロック信号である。クロック信号ck+,ck-は差動信号である。また、図9中の(const.)は電圧または電流が時間によらず一定であることを示している。
スイッチト・エミッタ・フォロワ回路は、バイポーラトランジスタM1~M3と、キャパシタCholdと、定電流源ISとから構成される。定電流源ISは、多くの場合トランジスタ等で構成される。IEE1,IEE2は、バイポーラトランジスタM2,M3のエミッタから定電流源ISに流れ込む電流である。定電流源ISに流れる電流をIEEとすると、キルヒホッフの電流則により、IEE1+IEE2=IEEとなる。
図9のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の基本的な動作を、図10A~図10Eを用いて説明する。ここでは、図10Aに示す周期Tckの差動クロック信号ck+,ck-と、図10Bに示す入力信号Vinとをスイッチト・エミッタ・フォロワ回路に印加した時の、電流IEE1,IEE2の波形を図10C、図10Dに示し、出力信号Voutの波形を図10Eに示す。図10A~図10Eのt0,t1,t2,t3,t4は時刻を表す。t0~t4は一定間隔Tck/2ごとに並んでいる。
クロック信号がHighのとき、すなわちck+>ck-のとき(時刻tがt0≦t≦t1またはt2≦t≦t3を満たすとき)、トランジスタM2がOFF、トランジスタM3がONとなるので、IEE1=IEE、IEE2=0となる。このとき、トランジスタM1のベース-エミッタ間のPN接合がON状態になるため、トランジスタM1のエミッタ電圧(出力信号Vout)は入力信号Vinに追従する。つまり、時刻tがt0≦t≦t1またはt2≦t≦t3を満たすとき、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路はトラックモードとなる。
一方、クロック信号がLowのとき、すなわちck+<ck-のとき(時刻tがt1≦t≦t2またはt3≦t≦t4を満たすとき)、トランジスタM2がON、トランジスタM3がOFFとなるので、IEE1=0、IEE2=IEEとなる。したがって、トランジスタM1には電流が流れず、トランジスタM1のベース-エミッタ間のPN接合がOFF状態になるため、トランジスタM1のベースとエミッタとが電気的に切り離される。このとき、クロック信号がHighからLowになった瞬間のトランジスタM1のエミッタ電圧(出力信号Vout)がキャパシタCholdに保持されるため、出力信号Voutはクロック信号がLowの間だけ一定値に保持される。つまり、時刻tがt1≦t≦t2またはt3≦t≦t4を満たすとき、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路はホールドモードとなる。
以上、クロック信号のHigh/Lowに応じてトラックモードとホールドモードを交互に繰り返すのがスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の基本的な動作である。
スイッチト・エミッタ・フォロワ回路のデータレート、すなわち単位時間あたりにデータを取得する回数は、クロック周波数に依存することは明らかである。しかし、アナログ回路の制約条件、具体的にはトランジスタや配線に存在する寄生抵抗、寄生容量等のために、入力できるクロック信号の周波数には上限がある。このクロック信号の周波数の上限が、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路の速度を制限する主要因となる。
S.Yamanaka,K.Sano,K.Murata,"A 20-Gs/s Track-and-Hold Amplifier in InP HBT Technology",in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,vol.58,No.9,pp.2334-2339,Sep.2010
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、クロック周波数の2倍のサンプリング周波数で動作することが可能なスイッチト・エミッタ・フォロワ回路を提供することを目的とする。
本発明のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路は、ベースが信号入力端子に接続され、コレクタに第1の電源電圧が印加され、エミッタが信号出力端子に接続された第1のトランジスタと、一端が前記第1のトランジスタのコレクタに接続され、他端が前記第1のトランジスタのエミッタに接続されたキャパシタと、正相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのエミッタに接続され、逆相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのベースに接続され、外部から入力された第1の差動クロック信号と第2の差動クロック信号との乗算結果を前記正相クロック出力端子と前記逆相クロック出力端子とに出力するように構成されたギルバートセル型乗算回路とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路は、ベースが正相信号入力端子に接続され、コレクタに第1の電源電圧が印加され、エミッタが正相信号出力端子に接続された第1のトランジスタと、ベースが逆相信号入力端子に接続され、コレクタに前記第1の電源電圧が印加され、エミッタが逆相信号出力端子に接続された第2のトランジスタと、一端が前記第1のトランジスタのコレクタに接続され、他端が前記第1のトランジスタのエミッタに接続された第1のキャパシタと、一端が前記第2のトランジスタのコレクタに接続され、他端が前記第2のトランジスタのエミッタに接続された第2のキャパシタと、第1の正相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのエミッタに接続され、第1の逆相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのベースに接続され、外部から入力された第1の差動クロック信号と第2の差動クロック信号との乗算結果を前記第1の正相クロック出力端子と前記第1の逆相クロック出力端子とに出力するように構成された第1のギルバートセル型乗算回路と、第2の正相クロック出力端子が前記第2のトランジスタのエミッタに接続され、第2の逆相クロック出力端子が前記第2のトランジスタのベースに接続され、前記第1の差動クロック信号と前記第2の差動クロック信号との乗算結果を前記第2の正相クロック出力端子と前記第2の逆相クロック出力端子とに出力するように構成された第2のギルバートセル型乗算回路とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、第1のトランジスタとキャパシタとギルバートセル型乗算回路とを設けることにより、クロック周波数は従来のままで、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路のサンプリング周波数をクロック周波数の2倍に高めることができる。したがって、本発明によれば、アナログ回路の制約は従来のままで、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路の高速化を実現することができる。
また、本発明では、第1、第2のトランジスタと第1、第2のキャパシタと第1、第2のギルバートセル型乗算回路とを設けることにより、クロック周波数は従来のままで、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路のサンプリング周波数をクロック周波数の2倍に高めることができる。また、本発明では、入力の第1、第2のトランジスタを差動構成とすることで、入力信号の同相ノイズに対するスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の耐性を強化することができる。
図1は、本発明の第1の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。 図2は、ギルバートセル型乗算回路の典型的な構成を示す回路図である。 図3は、本発明の第2の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。 図4は、本発明の第2の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路のシミュレーション結果を示す波形図である。 図5は、本発明の第3の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。 図6は、本発明の第4の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。 図7は、本発明の第4の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路のクロック分配回路の1例を示す回路図である。 図8A-図8Cは、トラック・アンド・ホールド回路の動作を説明する図である。 図9は、従来のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。 図10A-図10Eは、従来のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の各部の信号波形を示す図である。
[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1は本発明の第1の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。本実施例のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路は、ベースが信号入力端子(Vin)に接続され、コレクタに電源電圧VCCが印加され、エミッタが信号出力端子(Vout)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM1と、一端がトランジスタM1のコレクタに接続され、他端がトランジスタM1のエミッタに接続されたキャパシタCholdと、正相クロック出力端子(outp)がトランジスタM1のエミッタに接続され、逆相クロック出力端子(outn)がトランジスタM1のベースに接続され、外部から入力された差動クロック信号ck1と差動クロック信号ck2との乗算結果を正相クロック出力端子と逆相クロック出力端子とに出力するギルバートセル型乗算回路10とから構成される。
ギルバートセル型乗算回路10は、ベースに差動クロック信号ck1の正相信号ckp1が入力され、コレクタが逆相クロック出力端子(outn)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM4と、ベースに差動クロック信号ck1の逆相信号ckn1が入力され、コレクタが正相クロック出力端子(outp)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM5と、ベースに差動クロック信号ck1の逆相信号ckn1が入力され、コレクタが逆相クロック出力端子(outn)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM6と、ベースに差動クロック信号ck1の正相信号ckp1が入力され、コレクタが正相クロック出力端子(outp)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM7と、ベースに差動クロック信号ck2の正相信号ckp2が入力され、コレクタがトランジスタM4,M5のエミッタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM8と、ベースに差動クロック信号ck2の逆相信号ckn2が入力され、コレクタがトランジスタM6,M7のエミッタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM9と、一端がトランジスタM8,M9のエミッタに接続され、他端に電源電圧VEEが印加され、トランジスタM8,M9に定電流を供給する定電流源ITとから構成される。
トランジスタM4,M5は、差動クロック信号ck1の正相信号ckp1と逆相信号ckn1を入力とする上部差動対を構成している。同様に、トランジスタM6,M7は、上部差動対を構成している。トランジスタM8,M9は、差動クロック信号ck2の正相信号ckp2と逆相信号ckn2を入力とし、トランジスタM4,M5からなる上部差動対とトランジスタM6,M7からなる上部差動対にテール電流を供給する。
そして、トランジスタM5,M7のコレクタ(正相クロック出力端子)から差動クロック信号ck1とck2の乗算結果の正相信号outpが出力され、トランジスタM4,M6のコレクタ(逆相クロック出力端子)から差動クロック信号ck1とck2の乗算結果の逆相信号outnが出力される。
なお、ギルバートセル型乗算回路の典型的な構成を図2に示す。図2の構成では、逆相クロック出力端子に負荷抵抗R1が接続され、正相クロック出力端子に負荷抵抗R2が接続され、入力が差動信号in1,in2になっているが、回路の動作は図1のギルバートセル型乗算回路10と同じである。
以上のようなギルバートセル型乗算回路については、例えば文献「B.Gilbert,“A Precise Four-Quadrant Multiplier with Subnanosecond Response”,IEEE J.Solid-State Circuits,vol.SC-3,pp.365-373,1968」に開示されている。
図1の構成では、差動クロック信号ck1とck2の周波数は同じである。また、図1の構成では、差動クロック信号ck1の正相信号ckp1をトランジスタM4,M7に入力し、逆相信号ckn1をトランジスタM5,M6に入力しているが、正相信号ckp1と逆相信号ckn1の入力を逆にしてもよい。同様に、差動クロック信号ck2の正相信号ckp2をトランジスタM8に入力し、逆相信号ckn2をトランジスタM9に入力しているが、正相信号ckp2と逆相信号ckn2の入力を逆にしてもよい。
また、正相信号ckp1と逆相信号ckn1のうち一方をDCバイアス電圧にしてもよい。この場合、トランジスタM4,M7の組とトランジスタM5,M6の組のうち一方の組に単相のクロック信号を入力し、他方の組にDCバイアス電圧を入力すればよい。
同様に、正相信号ckp2と逆相信号ckn2のうち一方をDCバイアス電圧にしてもよい。この場合、トランジスタM8,M9のうち一方に単相のクロック信号を入力し、他方にDCバイアス電圧を入力すればよい。
ギルバートセル型乗算回路10の性質上、差動クロック信号ck1とck2が同位相である必要はなく、差動クロック信号ck1とck2に遅延(位相差)があっても問題ない。
トランジスタM1の負荷電流は、差動クロック信号ck1とck2の乗算結果の周波数、すなわちクロック周波数の2倍の周波数で振動する。したがって、トランジスタM1は、クロック周波数の2倍の周波数でスイッチングする。
以上のように、本実施例では、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路のサンプリング周波数をクロック周波数の2倍にすることができる。したがって、本実施例によれば、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路の高速化を実現することができる。
[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3は本発明の第2の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。本実施例のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路は、ベースが正相信号入力端子(Vinp)に接続され、コレクタに電源電圧VCCが印加され、エミッタが正相信号出力端子(Voutp)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM1pと、ベースが逆相信号入力端子(Vinn)に接続され、コレクタに電源電圧VCCが印加され、エミッタが逆相信号出力端子(Voutn)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM1nと、一端がトランジスタM1pのコレクタに接続され、他端がトランジスタM1pのエミッタに接続されたキャパシタCholdpと、一端がトランジスタM1nのコレクタに接続され、他端がトランジスタM1nのエミッタに接続されたキャパシタCholdnと、第1の正相クロック出力端子(outpp)がトランジスタM1pのエミッタに接続され、第1の逆相クロック出力端子(outnp)がトランジスタM1pのベースに接続され、差動クロック信号ck1と差動クロック信号ck2との乗算結果を第1の正相クロック出力端子と第1の逆相クロック出力端子とに出力するギルバートセル型乗算回路10pと、第2の正相クロック出力端子(outpn)がトランジスタM1nのエミッタに接続され、第2の逆相クロック出力端子(outnn)がトランジスタM1nのベースに接続され、差動クロック信号ck1と差動クロック信号ck2との乗算結果を第2の正相クロック出力端子と第2の逆相クロック出力端子とに出力するギルバートセル型乗算回路10nとから構成される。
ギルバートセル型乗算回路10pは、ベースに差動クロック信号ck1の正相信号ckp1が入力され、コレクタが第1の逆相クロック出力端子(outnp)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM4pと、ベースに差動クロック信号ck1の逆相信号ckn1が入力され、コレクタが第1の正相クロック出力端子(outpp)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM5pと、ベースに差動クロック信号ck1の逆相信号ckn1が入力され、コレクタが第1の逆相クロック出力端子(outnp)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM6pと、ベースに差動クロック信号ck1の正相信号ckp1が入力され、コレクタが第1の正相クロック出力端子(outpp)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM7pと、ベースに差動クロック信号ck2の正相信号ckp2が入力され、コレクタがトランジスタM4p,M5pのエミッタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM8pと、ベースに差動クロック信号ck2の逆相信号ckn2が入力され、コレクタがトランジスタM6p,M7pのエミッタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM9pと、一端がトランジスタM8p,M9pのエミッタに接続され、他端に電源電圧VEEが印加され、トランジスタM8p,M9pに定電流を供給する定電流源ITpとから構成される。
ギルバートセル型乗算回路10nは、ベースに差動クロック信号ck1の正相信号ckp1が入力され、コレクタが第2の逆相クロック出力端子(outnn)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM4nと、ベースに差動クロック信号ck1の逆相信号ckn1が入力され、コレクタが第2の正相クロック出力端子(outpn)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM5nと、ベースに差動クロック信号ck1の逆相信号ckn1が入力され、コレクタが第2の逆相クロック出力端子(outnn)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM6nと、ベースに差動クロック信号ck1の正相信号ckp1が入力され、コレクタが第2の正相クロック出力端子(outpn)に接続されたNPNバイポーラトランジスタM7nと、ベースに差動クロック信号ck2の正相信号ckp2が入力され、コレクタがトランジスタM4n,M5nのエミッタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM8nと、ベースに差動クロック信号ck2の逆相信号ckn2が入力され、コレクタがトランジスタM6n,M7nのエミッタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM9nと、一端がトランジスタM8n,M9nのエミッタに接続され、他端に電源電圧VEEが印加され、トランジスタM8n,M9nに定電流を供給する定電流源ITnとから構成される。
ギルバートセル型乗算回路10p,10nの動作は、第1の実施例のギルバートセル型乗算回路10と同じである。ギルバートセル型乗算回路10pのトランジスタM5p,M7pのコレクタ(第1の正相クロック出力端子)から差動クロック信号ck1とck2の乗算結果の正相信号outppが出力され、トランジスタM4p,M6pのコレクタ(第1の逆相クロック出力端子)から差動クロック信号ck1とck2の乗算結果の逆相信号outnpが出力される。同様に、ギルバートセル型乗算回路10nのトランジスタM5n,M7nのコレクタ(第2の正相クロック出力端子)から差動クロック信号ck1とck2の乗算結果の正相信号outpnが出力され、トランジスタM4n,M6nのコレクタ(第2の逆相クロック出力端子)から差動クロック信号ck1とck2の乗算結果の逆相信号outnnが出力される。
本実施例では、入力信号を差動構成(Vinp,Vinn)とし、これに伴って入力のトランジスタをM1p,M1nの差動構成とすることで、入力信号の同相ノイズに対するスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の耐性を強化することができる。差動入力信号の正相信号Vinpと逆相信号Vinnの差電圧はVin=Vinp-Vinnである。差動出力信号の正相信号Voutpと逆相信号Voutnの差電圧はVout=Voutp-Voutnである。すなわち、信号の差分に情報をもたせているので、同正相ノイズは、差動出力信号の正相信号Voutpと逆相信号Voutnの差を計算することによりキャンセルされる。
本実施例の回路が実際に動作することを確認するために、アナログ・デバイセズ社の回路シミュレーションソフトLTspice(登録商標) XVIIを使って簡単な検証を行った。この回路シミュレーションにおいては、差動入力信号の正相信号Vinpと逆相信号Vinnを周波数200Hzの正弦波とし、振幅を100mVとした。また、差動クロック信号ck1の正相信号ckp1と逆相信号ckn1を周波数1kHzの正弦波とし、振幅を100mVとした。差動クロック信号ck2としては、差動クロック信号ck1と同じ信号を用いた。また、キャパシタCholdp,Choldnの容量を500nFとし、定電流源ITp,ITnを流れる電流を1mAとした。
10msの時間にわたって図3のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の応答をシミュレーションした結果を図4に示す。図4によれば、予想どおりクロック周波数1kHzに対して、その2倍の2kHzでサンプリングが行われていることが分かる。
[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5は本発明の第3の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。本実施例のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路は、NPNバイポーラトランジスタM1p,M1nと、キャパシタCholdp,Choldnと、ギルバートセル型乗算回路10p,10n’とから構成される。
第2の実施例は、第1の実施例のギルバートセル型乗算回路10と同型のギルバートセル型乗算回路10p,10nを2つ設けた構成としている。このギルバートセル型乗算回路10pの下部可動対(M8p,M9p)とギルバートセル型乗算回路10nの下部可動対(M8n,M9n)とは、全く同じ動作をするので、1つに纏めて、使用するトランジスタの数を減らすことが可能である。
本実施例においても、ギルバートセル型乗算回路10pの構成は、第2の実施例と同じである。ギルバートセル型乗算回路10n’のトランジスタM4n,M5nからなる上部差動対とトランジスタM6n,M7nからなる上部差動対の構成は、ギルバートセル型乗算回路10nと同じである。
ギルバートセル型乗算回路10n’は、電流源回路をギルバートセル型乗算回路10pと共用するようになっている。具体的には、ギルバートセル型乗算回路10n’のトランジスタM4n,M5nのエミッタは、トランジスタM8pのコレクタに接続され、トランジスタM6n,M7nのエミッタはトランジスタM9pのコレクタに接続されている。
こうして、本実施例では、第2の実施例よりもトランジスタの数を減らすことができるので、回路規模を小さくすることができ、消費電力を削減することができる。
[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6は本発明の第4の実施例に係るスイッチト・エミッタ・フォロワ回路の構成を示す回路図である。本実施例のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路は、NPNバイポーラトランジスタM1と、キャパシタCholdと、ギルバートセル型乗算回路10と、差動クロック信号ckを差動クロック信号ck1と差動クロック信号ck2の2つに分岐させるクロック分配回路11とから構成される。
第1~第3の実施例では、ck1とck2の2つの差動クロック信号を外部からスイッチト・エミッタ・フォロワ回路に入力することを前提としていた。
これに対して、本実施例では、差動クロック信号ckをクロック分配回路11によって分岐させることで、差動クロック信号ck1,ck2を生成する。これにより、本実施例では、外部から印加する差動クロック信号を1つにすることができる。
クロック分配回路11の具体的構成の1例を図7に示す。クロック分配回路11は、ベースに差動クロック信号ckの正相信号ckpが入力されるNPNバイポーラトランジスタM10と、ベースに差動クロック信号ckの逆相信号cknが入力されるNPNバイポーラトランジスタM11と、ベースとコレクタに電源電圧VCCが印加され、エミッタがトランジスタM10のコレクタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM12と、ベースとコレクタに電源電圧VCCが印加され、エミッタがトランジスタM11のコレクタに接続されたNPNバイポーラトランジスタM13と、一端がトランジスタM10のエミッタに接続され、他端に電源電圧VEEが印加される定電流源IT10と、一端がトランジスタM11のエミッタに接続され、他端に電源電圧VEEが印加される定電流源IT11とから構成される。
図7の構成はエミッタ・フォロワ回路を利用したものである。差動クロック信号ckは、差動クロック信号ck1としてそのまま出力される。また、差動クロック信号ckの正相信号ckpのバイアス電圧を、トランジスタM10のベース-エミッタ間電圧だけシフトさせた信号が、差動クロック信号ck2の正相信号ckp2としてトランジスタM10のエミッタから出力される。さらに、差動クロック信号ckの逆相信号cknのバイアス電圧を、トランジスタM11のベース-エミッタ間電圧だけシフトさせた信号が、差動クロック信号ck2の逆相信号ckn2としてトランジスタM11のエミッタから出力される。
なお、クロック分配回路11の構成は図7に限定されないことは言うまでもなく、他の構成を用いてもよい。
また、図6、図7の例では、クロック分配回路11を第1の実施例に適用した例を挙げて説明しているが、クロック分配回路11を第2、第3の実施例に適用してもよいことは言うまでもない。
以上に示した実施例はあくまで本発明の原理の理解の補助となるよう応用の一事例を示しているに過ぎず、実際の状況における実施例には、本発明の思想を逸脱しない範囲内で多くの変形が認められる。
本発明は、スイッチト・エミッタ・フォロワ回路に適用することができる。
M1,M4~M9,M1p,M4p~M9p,M1n,M4n~M9n…NPNバイポーラトランジスタ、IT,ITp,ITn…定電流源、Chold,Choldp,Choldn…キャパシタ、10,10p,10n,10n’…ギルバートセル型乗算回路、11…クロック分配回路。

Claims (6)

  1. ベースが信号入力端子に接続され、コレクタに第1の電源電圧が印加され、エミッタが信号出力端子に接続された第1のトランジスタと、
    一端が前記第1のトランジスタのコレクタに接続され、他端が前記第1のトランジスタのエミッタに接続されたキャパシタと、
    正相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのエミッタに接続され、逆相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのベースに接続され、外部から入力された第1の差動クロック信号と第2の差動クロック信号との乗算結果を前記正相クロック出力端子と前記逆相クロック出力端子とに出力するように構成されたギルバートセル型乗算回路とを備えることを特徴とするスイッチト・エミッタ・フォロワ回路。
  2. 請求項1記載のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路において、
    前記ギルバートセル型乗算回路は、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記逆相クロック出力端子に接続された第2のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記正相クロック出力端子に接続された第3のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記逆相クロック出力端子に接続された第4のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記正相クロック出力端子に接続された第5のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第2、第3のトランジスタのエミッタに接続された第6のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第4、第5のトランジスタのエミッタに接続された第7のトランジスタと、
    一端が前記第6、第7のトランジスタのエミッタに接続され、他端に第2の電源電圧が印加される定電流源とから構成されることを特徴とするスイッチト・エミッタ・フォロワ回路。
  3. ベースが正相信号入力端子に接続され、コレクタに第1の電源電圧が印加され、エミッタが正相信号出力端子に接続された第1のトランジスタと、
    ベースが逆相信号入力端子に接続され、コレクタに前記第1の電源電圧が印加され、エミッタが逆相信号出力端子に接続された第2のトランジスタと、
    一端が前記第1のトランジスタのコレクタに接続され、他端が前記第1のトランジスタのエミッタに接続された第1のキャパシタと、
    一端が前記第2のトランジスタのコレクタに接続され、他端が前記第2のトランジスタのエミッタに接続された第2のキャパシタと、
    第1の正相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのエミッタに接続され、第1の逆相クロック出力端子が前記第1のトランジスタのベースに接続され、外部から入力された第1の差動クロック信号と第2の差動クロック信号との乗算結果を前記第1の正相クロック出力端子と前記第1の逆相クロック出力端子とに出力するように構成された第1のギルバートセル型乗算回路と、
    第2の正相クロック出力端子が前記第2のトランジスタのエミッタに接続され、第2の逆相クロック出力端子が前記第2のトランジスタのベースに接続され、前記第1の差動クロック信号と前記第2の差動クロック信号との乗算結果を前記第2の正相クロック出力端子と前記第2の逆相クロック出力端子とに出力するように構成された第2のギルバートセル型乗算回路とを備えることを特徴とするスイッチト・エミッタ・フォロワ回路。
  4. 請求項3記載のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路において、
    前記第1のギルバートセル型乗算回路は、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第1の逆相クロック出力端子に接続された第3のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第1の正相クロック出力端子に接続された第4のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第1の逆相クロック出力端子に接続された第5のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第1の正相クロック出力端子に接続された第6のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第3、第4のトランジスタのエミッタに接続された第7のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第5、第6のトランジスタのエミッタに接続された第8のトランジスタと、
    一端が前記第7、第8のトランジスタのエミッタに接続され、他端に第2の電源電圧が印加される第1の定電流源とから構成され、
    前記第2のギルバートセル型乗算回路は、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第2の逆相クロック出力端子に接続された第9のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第2の正相クロック出力端子に接続された第10のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第2の逆相クロック出力端子に接続された第11のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第2の正相クロック出力端子に接続された第12のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第9、第10のトランジスタのエミッタに接続された第13のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第11、第12のトランジスタのエミッタに接続された第14のトランジスタと、
    一端が前記第13、第14のトランジスタのエミッタに接続され、他端に前記第2の電源電圧が印加される第2の定電流源とから構成されることを特徴とするスイッチト・エミッタ・フォロワ回路。
  5. 請求項3記載のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路において、
    前記第1のギルバートセル型乗算回路は、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第1の逆相クロック出力端子に接続された第3のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第1の正相クロック出力端子に接続された第4のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第1の逆相クロック出力端子に接続された第5のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第1の正相クロック出力端子に接続された第6のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第3、第4のトランジスタのエミッタに接続された第7のトランジスタと、
    ベースに前記第2の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第5、第6のトランジスタのエミッタに接続された第8のトランジスタと、
    一端が前記第7、第8のトランジスタのエミッタに接続され、他端に第2の電源電圧が印加される定電流源とから構成され、
    前記第2のギルバートセル型乗算回路は、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第2の逆相クロック出力端子に接続され、エミッタが前記第7のトランジスタのコレクタに接続された第9のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第2の正相クロック出力端子に接続され、エミッタが前記第7のトランジスタのコレクタに接続された第10のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の逆相信号が入力され、コレクタが前記第2の逆相クロック出力端子に接続され、エミッタが前記第8のトランジスタのコレクタに接続された第11のトランジスタと、
    ベースに前記第1の差動クロック信号の正相信号が入力され、コレクタが前記第2の正相クロック出力端子に接続され、エミッタが前記第8のトランジスタのコレクタに接続された第12のトランジスタとから構成されることを特徴とするスイッチト・エミッタ・フォロワ回路。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスイッチト・エミッタ・フォロワ回路において、
    外部から入力された差動クロック信号を分岐させて前記第1の差動クロック信号と前記第2の差動クロック信号とを前記ギルバートセル型乗算回路に出力するように構成されたクロック分配回路をさらに備えることを特徴とするスイッチト・エミッタ・フォロワ回路。
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