JPH026453B2 - - Google Patents

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JPH026453B2
JPH026453B2 JP57046461A JP4646182A JPH026453B2 JP H026453 B2 JPH026453 B2 JP H026453B2 JP 57046461 A JP57046461 A JP 57046461A JP 4646182 A JP4646182 A JP 4646182A JP H026453 B2 JPH026453 B2 JP H026453B2
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JP
Japan
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transistor
switch means
input
gate
terminal
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JP57046461A
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English (en)
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JPS57170609A (en
Inventor
A Uitotsutsu Eriku
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SANTORU EREKUTORONIKU ORUROJE SA
Original Assignee
SANTORU EREKUTORONIKU ORUROJE SA
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Publication date
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Publication of JPS57170609A publication Critical patent/JPS57170609A/ja
Publication of JPH026453B2 publication Critical patent/JPH026453B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/005Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements using switched capacitors, e.g. dynamic amplifiers; using switched capacitors as resistors in differential amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H19/00Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
    • H03H19/004Switched capacitor networks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、相補MOS(CMOS)型の小消費電
力増幅器、特にコンデンサ切り換え式回路中の基
本セルとして役立つように意図されたダイナミツ
ク型の増幅器に関する。
従来技術 極めて多数のアナログ機能を果すために演算増
幅器を使用できる、MOS回路設計の場合には、
コンデンサ切り換え式フイルタに使用される積分
器を作るために、演算増幅器が特に必要である。
増幅器の重要な特性はその直流電圧利得であつ
て、これはできるだけ高く(代表的な例では
10000よりも高い)なければならない。他の非常
に重要な特性は増幅器の相互コンダクタンスすな
わちgm=−2Is/2Ue(たゞし、Is増幅器の出力電流 を表わし、そしてUeはその入力電圧を表わす。)
である。増幅器で消費される電流は増加した相互
コンダクタンスgmに比例して増加する。「エレク
トロニクス・レターズ(Electronics Letters)」、
第17巻、第4号(1981年2月19日号)に掲載され
た論文“微小電力SCフイルタ用高電圧利得
CMOSOTA”には、電流消費レベルが極めて低
いCMOS増幅器が述べられている。そのような
増幅器では、入力電圧の大きい変動に対する反応
速度は、増幅器の出力側にある負荷コンデンサを
充放電するために得られる最大出力電流Isによつ
てまだ制限される。事実、最大出力電流はバイア
ス電流を超えないかもしれない。出力信号の傾斜
〔“スリユー・レート(Slew rate)と呼ばれる〕
によるこの制限は、その信号によつてバイアスさ
れるダイナミツク増幅器を使用することにより、
克服できる。ダイナミツク増幅器の電流消費は入
力信号の振幅が大きくなるにつれて上昇する。こ
の種のダイナミツク増幅器は、「US Journal
IEEEJSSC」、第SC15巻、第5号(1980年10月
号)に掲載されたベツドリツチ・ジエイ・ホステ
イカ(Bedrich J.Hosticka)著の論文“ダイナ
ミツクCMOS増幅器”に述べられている。しか
しながら、この論文の特に第8図に示されたその
ような増幅器は、相互にコンダクタンスgmにつ
いて小さな信号に対して充分である値を持つこと
を可能にせず、そしてこれは安定化プロセスの終
了(平衡状態への復帰)を大幅に遅らせる。
発明の開示 従つて、この発明の目的は、上述した欠点を持
たないCMOS型のダイナミツク増幅器である。
この発明の他の目的は、上述した増幅器を使用
する積分回路を提供することである。
この発明の他の目的や特色および利点は、添付
図面に例示した特定の実施例についての以下の説
明からもつと明らかになるだろう。
実施例の説明 第1図に示した回路は、この発明に係る
CMOS型のダイナミツク増幅器を表わす。この
ダイナミツク増幅器は、電源の正端子VDDと負端
子VSSの間で直列に接続される相補型の少なくと
も一対のMOSトランジスタすなわちT1(nチ
ヤネル型)およびT2(pチヤネル型)を備え
る。トランジスタT1とT2のゲートG1とG2
はコンデンサC1およびC2によつて一緒に容量
結合される。第1スイツチ手段S1はトランジス
タT1のゲートG1とドレインの間に接続されて
いる。第2スイツチ手段S2はトランジスタT2
のゲートG2を電圧源3へ周期的に接続するため
に設けられる。電圧源3はpチヤネルのトランジ
スタT3によつて形成され、そのソースは正端子
VDDへ接続されるが、そのゲートはトランジスタ
T3のドレインへ接続されると共に電流Ibを供給
する電流源(電圧源3の出力端子となる)へも接
続される。2個のコンデンサC1およびC2の共
通の点である入力接続点1は、第3スイツチ手段
S3によつて基準端子5(Vref)へ接続されると
共に第4スイツチ手段S4によつて入力端子6
(Ve)へも接続される。トランジスタT1および
T2の両方のドレインに共通である出力接続点2
は、第5スイツチ手段S5によつて出力端子4へ
接続される。スイツチ手段は記号で表わされてい
るが、スイツチ手段S1〜S5は実際にはnチヤ
ネルのトランジスタ、pチヤネルのトランジスタ
或は相補トランジスタ対によつて形成される。
第1図に示した回路は、段階(a)および段階(b)と
称されて交互に起る2つの段階で作動する。段階
(a)すなわち準備段階中、スイツチ手段S1,S2
およびS3は閉じているが、スイツチ手段S4お
よびS5は開いている。段階(b)すなわち増幅段階
中、スイツチ手段S4およびS5は閉じられる
が、スイツ手段S1〜S3は開かれる。第2図は
段階(a)および(b)の時間の経過につれた状態を示
す。第2図は、各段階が次の段階から或る期間
(この間全てのスイツチ手段は開いている)だけ
離されていることも示す。
この発明の回路の動作モードを第1図ないし第
3図について説明しよう。準備段階(a)中、スイツ
チ手段S1〜S3は閉じているが、スイツチ手段
S4〜S5は開いている。平衡状態では、トラン
ジスタT1,T2のそれぞれドレイン電流I1,
I2が下記の式で表わされた値IOをとるように、
トランジスタT2およびT3は電流ミラー
(mirror)を形成する。
IO=Ib・W2/L2・L3/W3 上式において、IbはトランジスタT3のドレイ
ン電流であり、W2,L2はトランジスタT2の
チヤネルのそれぞれ実効幅、実効長さであり、そ
してW3,L3はトランジスタT3のそれぞれ実
効幅、実効長さである。電流値IOは、入力端子
6へ印加された電圧Veに依存してドレイン電流
I1とI2の変化を示す第3図の2つのカーブの
交差点を決定する。
回路が増幅段階(b)になると、出力端子4が容量
性負荷CL(第5図)へ接続され、スイツチ手段S
1〜S3は開かれるが、スイツチ手段S4〜S5
は閉じられる。コンデンサC1およびC2は両端
間の電圧は一定のまゝであつて準備段階(a)の終り
に達せられた値に等しい。基準端子5へ印加され
た電圧と入力端子6へ印加された電圧との差すな
わちUe=Ve−Vrefは、従つてその全部がトラン
ジスタT1,T2のそれぞれゲートG1,G2へ
伝送される。ゲート電圧が変動すると、第3図に
示したカーブに応じてドレイン電流I1およびI
2が変る。もし電圧差が正ならば、ドレイン電流
I1は値IOよりも大きいが、ドレイン電流I2
は値IOよりも小さい。他方、もし、電圧差が負
ならば、ドレインI1は値IOよりも小さいが、
ドレイン電流I2は値IOよりも大きい。I2−
I1にに等しい出力電流ISは値すなわちバイアス
電流IOを大巾に超えるかもしれない。平衡位置
から遠く離れた所では、記号を除けば、相互コン
ダクタンスgm=−∂IS/∂VeはVeに依存した特性I 1(またはI2)の傾斜に等しい。平衡位置の近
くでは、すなわちUe0の時には、相互コンダ
クタンスgmはVeに依するI1の特性の傾斜と
Veに依存するI2の特性の傾斜の和に等しい
(ただしI1=I2=IO)、電流IOが細かく制御
されるので、平衡状態における相互コンダクタン
スの値も細かく制御される。
第4a図および第4b図は入力接続点1とゲー
トG1およびG2との間の容量結合に関する2つ
の形態(これらは第1図に示したのと等価であ
る)を示す。第4a図において、ゲートG1はコ
ンデンサC1によつてゲートG2へ接続されると
共に直列のコンデンサC1およびC2によつて入
力接続点1へ接続されるが、ゲートG2は2個の
コンデンサC1とC2に共通である点へ接続され
る。
第4b図において、ゲートG2はコンデンサC
2によつてゲートG1へ接続されると共に直列の
コンデンサC2およびC1によつて入力接続点1
へ接続されるが、ゲートG1は2個のコンデンサ
C1とC2に共通な点で接続される。
第5図は、その一般的な設計に関して周知であ
るが、第4b図に示した形態の回路と共にこの発
明に係る幅幅器を使用する積分回路を示す。同等
素子は同一符号で表わされる。積分器を構成する
ために設けられる素子は破線で示されている。こ
れらの素子は、出力端子4と入力接続点1の間に
接続した積分コンデンサCOと、入力コンデンサ
αCO(これは切り換えスイツチング手段SOと共に
慣用の装置の入力抵抗の等価物を形成する)と、
出力端子4と基準端子5の間に接続したコンデン
サCLとして表わした負荷とである。
第5図に示した構成では、第1図のスイツチ手
段S4は切り換え手段SOと組み合わされ、この
切り換え手段SOは、基準段階(a)では入力信号E
で入力コンデンサαCOを充電させるが、増幅段
階(b)では上述したように充電された入力コンデン
サαCOを入力端子6へ接続する。バイアス電流
IOよりもはるかに大きい値を出力電流ISがとれ
ることは従来から分つている。従つて、もし差電
圧Ueが大きく急激に変化するならば、その結果
として相当な出力電流ISが負荷CLを迅速に充電
ないし放電させる。Usに対応した変動は積分コ
ンデンサCOによつて入力端子へ伝えられ、これ
はUeの零の方へ素早く戻させる。Ueが小さい時
には、平衡状態への復帰は1/gm(たゞしgmは上 述したコンダクタンスである。)に比例する時定
数で完了される。
第6図は、第4b図に示した形態の回路と共に
この発明に係る増幅器を使用する積分回路を示
す。この実施例では、積分コンデンサCOが出力
端子4とトランジスタT1のゲートG1との間に
接続される。コンデンサC1は、結合コンデンサ
としてかつ入力コンデンサとしても働き、スイツ
チ手段S3およびS4と共に慣用の回路設計にお
ける入力抵抗の等価物を形成する。第5図に示し
た実施例と比較すると、第6図の実施例は、積分
回路を作るために、特にスイツチ手段S3および
SO(第5図に示した回路中)の寄生容量に感度を
持たない積分回路を作るために、第1図に示した
増幅器へコンデンサを1個付加しただけにすぎな
い利点を持つている。
第7図はこの発明の回路の他の実施例を示し、
増幅器の連続的な利得は縦続接続型式の構成によ
つて増加される。こ実施例では、2個の補助コン
デンサT4およびT5はトランジスタT1のドレ
インとトランジスタT2のドレインとの間で直列
接続されている。スイツチ手段S5によつて出力
端子4へ接続される出力接続点2′は、トランジ
スタT4およびT5のドレインに共通の点によつ
て形成される。トランジスタT4はnチヤネル型
であるが、トランジスタT5はpチヤネル型であ
る。トランジスタT4,T5のそれぞれゲート電
圧Vn,VpはトランジスタT1およびT2を飽和
させるのに充分でなければならない。これらは、
上述した「エレクトロニクス・レターズ」に掲載
された論文に述べられ特にその第1図に示された
構成とから得ることができる。
この発明をその例として特定の実施例について
説明したが、この発明はこれらの例に制限されず
かつこの発明の範囲から逸脱しない限り種々の変
形が変更を行なえることは明白に理解されるだろ
う。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のダイナミツク増幅器を示す
回路図、第2図は第1図に示した回路のスイツチ
手段の切り換え段階を示す図、第3図は第1図に
示した回路の入力電圧に依存する出力電流の変化
を表わすカーブを示す図、第4a図および第4b
図は第1図に示したのと等価な容量結合を示す回
路図、第5図はこの発明に係る増幅器を使用する
積分回路を示す回路図、第6図はこの発明の増幅
器を使用する他の積分回路を示す回路図、第7図
は第1図に示した回路の別な形態を示す回路図で
ある。 VDDは電源の正端子、VSSは電源の負端子、T
1とT2とT3とT4とT5はトランジスタ、G
1とG2はゲート、S1とS2とS3とS4とS
6はスイツチ手段、3はバイアス電圧源、1は入
力接続点、5は基準電位端子、6は入力端子、2
と2′は出力接続点、4は出力端子、1bは電流
源、C1はC2はコンデンサ、COは積分コンデ
ンサである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電源の両端子間で直列に接続される相補型の
    第1トランジスタおよび第2トランジスタと、前
    記第1トランジスタのゲートとドレインの間に接
    続した第1スイツチ手段と、前記第2トランジス
    タのゲートとバイアス電圧源との間に接続した第
    2スイツチ手段と、共通の入力接続点と基準電位
    にある端子との間に接続した第3スイツチ手段
    と、前記入力接続点と入力信号を受ける入力端子
    との間に接続した第4スイツチ手段と、前記の第
    1トランジスタおよび第2トランジスタの両ドレ
    イン間の点と出力端子との間に接続した第5スイ
    ツチ手段と、前記の第1スイツチ手段、第2スイ
    ツチ手段および第3スイツチ手段を第1の準備段
    階で周期的に閉成させかつ前記の第4スイツチ手
    段および第5スイツチ手段を第2の増幅段階で閉
    成させるための手段とを備え、前記の第1トラン
    ジスタおよび第2トランジスタのゲートを互にか
    つ前記入力接続点へ容量結合したCMOS型のダ
    イナミツク増幅器。 2 バイアス電圧源は第2トランジスタと同じ型
    式の第3トランジスタを備え、この第3トランジ
    スタは、そのソースが前記第2トランジスタのソ
    ースへ接続され、そのゲートがそのドレインおよ
    び電流源へ接続されると共に前記バイアス電圧源
    の出力端子となる特許請求の範囲第1項記載の
    CMOS型のダイナミツク増幅器。 3 第1トランジスタと同じ型式の第4トランジ
    スタおよび第2トランジスタと同じ型式の第5ト
    ランジスタは前記第1トランジスタと前記第2ト
    ランジスタの間でドレイン同志が直列に接続さ
    れ、前記第4トランジスタおよび前記第5トラン
    ジスタの両方のドレインに共通の点は第5スイツ
    チ手段によつて出力端子へ接続された点であり、
    前記第4トランジスタおよび前記第5トランジス
    タのゲートは前記第1トランジスタおよび前記第
    2トランジスタを飽和させることのできる電圧に
    ある特許請求の範囲第1項または第2項記載の
    CMOS型のダイナミツク増幅器。
JP57046461A 1981-03-26 1982-03-25 C-mos dynamic amplifier Granted JPS57170609A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH204881A CH639804A5 (fr) 1981-03-26 1981-03-26 Amplificateur dynamique en technologie cmos.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57170609A JPS57170609A (en) 1982-10-20
JPH026453B2 true JPH026453B2 (ja) 1990-02-09

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CH (1) CH639804A5 (ja)
DE (1) DE3207771A1 (ja)
GB (1) GB2095946B (ja)

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