JPH01291513A - コンデンサ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は半導体集積回路に内蔵可能のコンデンサ回路に
関し、特に小容量のコンデンサ及び電流変換増幅回路を
備えることにより等測的に大容量コンデンサとして機能
し得るコンデンサ回路に関するものである。

［従来の技術］ 半導体集積回路において内蔵可能のコンデンサとしては
、ＰＮ接合に逆バイアスを印加して得られる接合コンデ
ンサと、薄い絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜を利
用したＭＯＳコンデンサとが公知である。

また、この外に、小容量のコンデンサを用いて等測的に
大容量コンデンサの機能を実現させるミラー回路が従来
より知られている。

第４図はこのミラー回路を示す回路図である。

反転増幅器Ａ１の入出力間にコンデンサｃ１が接続され
ている。端子Ｔ側から見た容量ＣＴは、等測的にＣｔ　
’＝　（１＋　Ｇ　）　Ｃｔと表わせる。但し、Ｇは反
転増幅器Ａ、の利得である。従って、反転増幅器Ａ、の
利得Ｇを大きくすれ′ば、等測的に大容量のコンデンサ
を得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の半導体集積回路に内蔵可
能のコンデンサには、以下に述べるような欠点がある。

即ち、接合コンデンサは比較的大容量コンデンサとして
機能し得るものの、実用上、容量の上限値は約１０００
ｐＦであり、これ以上の容量値を得ようとすれば面積が
大きくなってしまう、しかも、同コンデンサの場合、Ｐ
Ｎ接合に印加されるバイアスの方向が反転してはならな
いという動作上の制約を受ける。

また、ＭＯＳコンデンサを使用する場合は、高□　　精
度のコンデンサを内蔵することができるが、実用上、容
量の上限値は約１００ｐＦであり、これ以上の容量値を
得ようとすると、やはり面積が大きくなってしまうとい
う欠点がある。

更に、ミラー回路を使用する場合には、等測的に大容量
コンデンサを得るために変換利得を大きくすると、入力
電圧の許容入力振巾が小さくなってしまうという欠点が
ある０例えば、電源電圧が５Ｖで、容量Ｃ１を１００ｐ
Ｆ、反転増幅器Ａｌの利得Ｇを１００倍とすると、等価
コンデンサ容量Ｃ７を０．０１μＦとすることができる
。しかし、入力電圧の許容入力振巾は、電源電圧を反転
増幅器の利得で除したものであるから、この許容人力振
巾は５０　ｍＶｐ−ｐ以下と小さくなってしまう、この
ために、ミラー回路を使用する場合でも、容量の上限値
には実用上の制限があり、大容量コンデンサとして十分
に機能させることは困難である。

従って、フィルター回路、バイパス回路又は信号のレベ
ルシフトを兼ねたＡＣ結合回路等、大容量コンデンサが
必要とされる従来の半導体集積回路においては、コンデ
ンサを内蔵させることができず、実用上、外付は用の個
別部品を使用せざるを得ない。

本発明はかかる問題点に関みてなされたものであって、
内蔵可能の大容量コンデンサを等測的に実現し得るコン
デンサ回路を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るコンデンサ回路は、正相入力端子及び反転
入力端子並びに夫々に対する電流変換利得が０１．・Ｋ
−Ｇｍ、−（Ｋ＋１）・Ｇｍに設定されている第１．第
２及び第３の電流出力端子を有する電流変換増幅回路と
、接続点としての第１及び第２の端子と、コンデンサと
を備え、前記電流変換増幅回路はその前記反転入力端子
が前記第１の電流出力端子に接続されると共に、前記コ
ンデンサを介して前記第１の端子に接続され、前記正相
入力端子が前記第３の電流出力端子及び前記第２の端子
に接続され、更に、前記第２の電流出力端子が前記第１
の入力端子に接続されていることを特徴とする。

［作用］ 以上のように構成された本発明によれば、第１及び第２
の端子間に印加される電圧をＶＩＮＩ、またコンデンサ
の容量を０１とすると、コンデンサに流れる電流ｉｃｌ
は第１の電流出力端子から流れる電流ｉ。１と等しく、
電流変換利得Ｇｍが通常は十分に大きいことを考慮すれ
ば、ｉ　ｃｔ：　ｉ　０１″：ｊωＣＩＶ　ＩＮＩとな
る。このため、第１の端子には第１及び第２の電流出力
端子からの電流ｉ。１゜ｉｏｚが流れ込むので、その電
流ｉ〒１はｉ　ｔｔ＝　ｉ　０ｆ＋　１０２＝　ｊω（
１＋Ｋ）　ｃｓ　ＶＩＮＩとなる。また、この電流ｉｔ
１は、第２の端子から流れ出す電流ｉｖｚ、即ち、第３
の電流出力端子に流れ込む電流ｆ　０３＝　ｊω（１＋
Ｋ）ｃ、ＶＩＮＩ　と等しくなる。

このために、第１及び第２の端子側からみると、等測的
にＣＴ　＝　（１＋　Ｋ　）　Ｃ１の容量を有する大容
量コンデンサが両端子間に接続されていることになる。

従って、第１及び第２の端子を、フィルター回路、バイ
パス回路又はＡＣ結合回路等の所定の接続端子につなぐ
ことにより、本発明のコンデンサ回路は内蔵用の大容量
コンデンサとして有効に機能する。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例について
具体的に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す回路の概要図で
ある。

電流変換増幅回路Ａの第１の電流出力端子０１は反転入
力端子丁πに接続されると共に、コンデンサＣ１の一方
の端子に接続されている。コンデンサＣ１の他方の端子
は端子Ｔ１及び第２の電流出力端子０２に接続されてい
る。また、第３の電流出力端子０３は正相入力端子ＩＮ
及び端子Ｔ２に接続されている。

ここで、第１の電流出力端子ｏ１に流れる電流ｉｏ１は
次式で表わされる。

ｉ　ｏｓ＝　Ｇｗａ　Ｖ　ＩＮ２　　　　　　　　−−
−　（１）但し、Ｇｍ　ｒ　ＶＩＮ２は夫々電流変換増
幅回路Ａの電流変換利得及び入力電圧である。

また、第２の電流出力端子０２に流れる電流ｉ０２は、 ｉ　、２＝Ｋ　ｉ　ｏｆ ＝　Ｋ　Ｇｍ　Ｖ　ＩＮ２　　　　　　　・・・・・・
・・・（２）と表わされる。但し、Ｋは比例定数で１０
乃至１００の範囲の値をとる。

更に、第３の電流出力端子０３に流れる電流ｉｏ３は第
１及び第２の電流出力端子０１，０□に流れる電流ｉ、
１．ｉ、２とは極性が反転しており、ｉ　０３＝　（１
＋Ｋ　）　ｉ　ｏ１ ＝　（１＋Ｋ）　Ｇｍ　ＶＩＮ２　　−・”・・・（３
）と表わされる。

第２図は上述した（１）乃至（３）式の条件を満たす電
流変換増幅器Ａの回路構成を示したものである。

反転入力端子ＩＮ及び正相入力端子ＩＮを有す　。

る差動増幅器Ａ２の２つの出力端子は、夫々、共通エミ
ッタ接続されたトランジスタ対（Ｑｌ。

Ｑ２　）　、　　（Ｑ３　、　Ｑ４　）及び（Ｑ５　、
　Ｑ６　）の各ベースに共通に接続されている。また、
各トランジスタ対の共通エミッタには、夫々第１．第２
及び第３の電流源ＩＳ１＋ＩＳ□、■５．が接続されて
いる。

更に、第１、第２及び第３のカレントミラー回路Ｂ、、
Ｂ２．Ｂ、が各トランジスタ対（Ｑｌ。

Ｑ２　）　、　　（Ｑｓ　、　Ｑ４　）及び（Ｑｓ　、
　Ｑ６　）の負荷として接続されている。即ち、トラン
ジスタＱ２のコレクタ及び第１のカレントミラー回路Ｂ
、の出力端子が共に第１の電流出力端子０１に接続され
ている。また、トランジスタＱ４のコレクタ及び第２の
カレントミラー回路Ｂ２の出力端子が共に第２の電流出
力端子ｏ２に接続されている。更に、トランジスタＱ５
のコレクタ及び第３のカレントミラー回路Ｂ３の出力端
子が共に第３の電流出力端子Ｏ８に接続されている。

ここで、第１．第２及び第３の電流源ＸＳｔ。

■＄２＋ＩＳ３の電流比は、１　：に：　（Ｋ＋１）に
設定されている。電流変換増幅器Ａは以上のような構成
を有しているため、第１図に示したコンデンサ回路では
、第１．第２及び第３の電流出力端子０１．０２，０．
から夫々取り出される電流１０１＋１０２＋１０３にお
いて、その電流比及び位相の条件が共に満たされる。

次に、第１図に戻って、端子Ｔ、、’ｒ２間に印加され
る電圧ＶＩＮＩと各端子Ｔ、、Ｔ２に流れる電流との関
係を説明する。

コンデサＣ１に流れる電流ｉｃｒは次式で表わされる。

１ｃｌ＝ｊ　ωｃｔ　　（ＶＩＮＩ　　　ＶＩＮ２　　
）　　　−（４）また、ｉｃｌがｉ　６１＝　Ｇ　＠　
Ｖ　ＩＮ２と等しいことにより、 が成立する。ここで、電流変換増幅回路Ａの変換利得Ｇ
ｍ、は、通常、十分に大きく設定しであるので、（５）
式は近似的に次式のように表わされる。

ｉ　ｃｌ”　ｉ　ｏｌＬ＝＝ｊωＣｔ　Ｖ　ＩＮＩ　　
　　−−−（６）従って、端子Ｔ□に流れ込む電流ｉ７
１は、ｉ　７１”　ｉ　ｏｌ　＋　ｌ　ｏ２ ＝ｊω（１＋Ｋ）　ＣＩ　ＶＩＮＩ　　・・・・・・（
７）と表わされる。また、端子Ｔ２がら流れ出す電流ｉ
ｔｚは、 ｌ　Ｔ２＝：＝ｌ　ｏ３ ””ｊω（１＋Ｋ）ＣＩ　ＶＩＮＩ　　・・”・・（８
）となり、これは（７）式のｉ７１と等しい。

（７）及び（８）式を考慮すると、端子Ｔｌ。

Ｔ２間側からみると、等測的にＣＴ− （１＋Ｋ）Ｃ１の容量を有するコンデンサが両端子間に
接続されていることになる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す回路図である。な
お、第３図において、第１図及び第２図と同−物又は相
当物には同一記号を付しである。

本実施例回路は、特に、端子Ｔ１の電位が端子Ｔ２の電
位よりも高い場合に有効である。

第３図において、差動増幅器Ａ２の出力は、第１及び第
２のＮチャネルＭＯ３）ランジスタＱ７１Ｑ８のゲート
に接続されている。第１及び第２のＮチャネルＭＯ３）
ランジスタＱフ、Ｑａは共に・　同一の半導体集積回路
上に形成されている。即ち、双方はチャネル長が等しく
設定され、且つ、第２のＮチャネルＭＯ８）ランジスタ
Ｑ８のチャネル幅は第１のＮチャネルＭＯＳトランジス
タＱ７のチャネル幅のに倍に設定されている。

このために、第２のＮチャネルＭＯ３）ランジスタＱ８
に流れる電流は、第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｑｌに流れる電流のに倍となる。

従って、第１及び第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｑｌ、Ｑａの共通ソースに流れる電流は、これらのトラ
ンジスタＱｌ＋Ｑａを流れる電流の和となり、第１のＮ
チャネルＭＯ８）ランジスタＱ７に流れる電流の（１＋
Ｋ）倍となっている。

また、第１及び第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ
７．Ｃ８のドレインは夫々第１及び第２の電流出力端子
０１　ｒ　０２に接続されると共に、第１及び第２の電
流源ＩＳｌ＋ＩＳ３に夫々接続されている。更に、第１
及び第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ？、Ｃ８の
共通ソースは、第３の電流出力端子０３に接続されると
共に、第３の電流源Ｉ　ｓｓにも接続されている。

ここで、第１．第２及び第３の電流源Ｉ５□。

Ｉ！１２１１ｓ３は、上述した第１及び第２のＮチャネ
ルＭｏＳトランジスタＱｌ、Ｃ８の動作点を設定してお
り、その電流値の比率は、第２図に示した第１の実施例
回路の場合と同様に、１：に：（１＋Ｋ）に設定されて
いる。

電流変換増幅回路Ａの正相入力端子ＩＮと差動増幅器Ａ
２の反転入力端子との間にはレベルシフト回路Ｌ１が接
続されており、これにより、第１のＮチャネルＭＯＳト
ランジスタＱ７において動作上必要なドレイン・ソース
間電圧が設定されている。

以上説明した本実施例回路においても、第１図及び第２
図に示した第１の実施例回路の場合と同様に、端子Ｔ１
．Ｔ、間には等測的にＣｔ＝（１＋Ｋ）Ｃ，の容量を有
するコンデンサが接続されている。このために、本実施
例回路は第１の実施例回路と同様に、実質的に大容量コ
ンデンサとして機能する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係るコンデサ回路は、半
導体集積回路内で実用的に内蔵可能の小容量のコンデン
サ及び電流変換増幅回路を備えることにより、等測的に
大容量コンデンサとして機能し得る。従って、フィルタ
ー回路、バイパス回路又は信号のレベルシフトを兼ねた
ＡＣ結合回路等の、大容量コンデンサを必要とする半導
体集積回路において、従来は実用上外付けせざるを得な
かったコンデンサを本発明によれば容易に内蔵させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１の実施例回路を示す回路の概
要図、第２図はこの第１の実施例回路の電流変換増幅回
路を示す回路図、第３図は本発明に係る第２の実施例回
路を示す回路図、第４図は従来例を示す回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）正相入力端子及び反転入力端子並びに夫々に対す
   る電流変換利得がＧ＿ｍ、Ｋ・Ｇ＿ｍ、−（Ｋ＋１）・
   Ｇ＿ｍに設定されている第１、第２及び第３の電流出力
   端子を有する電流変換増幅回路と、接続点としての第１
   及び第２の端子と、コンデンサとを備え、前記電流変換
   増幅回路はその前記反転入力端子が前記第１の電流出力
   端子に接続されると共に、前記コンデンサを介して前記
   第１の端子に接続され、前記正相入力端子が前記第３の
   電流出力端子及び前記第２の端子に接続され、更に、前
   記第２の電流出力端子が前記第１の入力端子に接続され
   ていることを特徴とするコンデンサ回路。