JPH05136636A - Differential amplifier - Google Patents
Differential amplifierInfo
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- JPH05136636A JPH05136636A JP3296963A JP29696391A JPH05136636A JP H05136636 A JPH05136636 A JP H05136636A JP 3296963 A JP3296963 A JP 3296963A JP 29696391 A JP29696391 A JP 29696391A JP H05136636 A JPH05136636 A JP H05136636A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、良好な直線性を持つ
差動増幅器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a differential amplifier having good linearity.
【0002】[0002]
【従来の技術】図6は従来より知られている電圧入力/
電流出力の差動増幅器である。図において、抵抗10
1、102を同一の抵抗値R1とし、トランジスタQ1
、Q2 の相互コンダクタンスをgmとしたとき、この
差動増幅器全体の利得( 相互コンダクタンス) Gは、 G=1/(R1+1/gm) となる。ここで抵抗値R1は一定とみなせるが、トラン
ジスタQ1 、Q2 の相互コンダクタンスgmは、 gm=q・Ic/k・T で表すことでわかるように、コレクタ電流の関数になっ
ている。ただし、qは電子の電荷、kはボルツマン定
数、Tは絶対温度、Icはコレクタ電流である。そのた
め差動入力の電位差が、抵抗101(102)に生じる
電圧に比べて充分小さい場合は、コレクタ電流Icは、
定電流源103の電流をI1とすると、I1/2でほぼ
一定と見なすことができる。逆に、差動入力の電位差が
抵抗R1に生じる電圧に比べて大きくなった場合は、差
動トランジスタのコレクタ電流値IcがI1/2からず
れてしまい、相互コンダクタンスgmの値も入力電位差
によって変わることになる。この差動増幅器の利得( 相
互コンダクタンス) Gは、入力電位差によって変わって
しまうことになる。2. Description of the Related Art FIG.
It is a current output differential amplifier. In the figure, a resistor 10
1 and 102 have the same resistance value R1 and the transistor Q1
, Q2, where gm is the transconductance, the gain (transconductance) G of the entire differential amplifier is G = 1 / (R1 + 1 / gm). Although the resistance value R1 can be regarded as constant here, the transconductance gm of the transistors Q1 and Q2 is a function of the collector current, as can be seen from the expression gm = qIc / kT. Here, q is the electron charge, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and Ic is the collector current. Therefore, when the potential difference of the differential input is sufficiently smaller than the voltage generated in the resistor 101 (102), the collector current Ic becomes
When the current of the constant current source 103 is I1, it can be regarded that I1 / 2 is almost constant. On the contrary, when the potential difference of the differential input becomes larger than the voltage generated in the resistor R1, the collector current value Ic of the differential transistor deviates from I1 / 2, and the value of the mutual conductance gm also changes depending on the input potential difference. It will be. The gain (transconductance) G of this differential amplifier changes depending on the input potential difference.
【0003】図5のaは、図6の抵抗101、102が
ともに1KΩ、定電流源103の電流値I1が1mAと
したときの、入力電位差による利得Gの変化を計算した
ものであり、利得Gが最大となる入力電位差0のときの
利得で規格化したものである。これを見るとわかるよう
に、この差動増幅器の入力ダイナミックレンジ自体は±
1Vあるに拘らず、利得Gの変化を、たとえば画像処理
で直線性の目安となる1%以内に押さえようとすると、
±0. 45V程度の範囲内でしか使えないことになる。FIG. 5a shows the change in the gain G due to the input potential difference when the resistors 101 and 102 in FIG. 6 are both 1 KΩ and the current value I1 of the constant current source 103 is 1 mA. It is standardized by the gain when the input potential difference is 0, which maximizes G. As you can see, the input dynamic range of this differential amplifier is ±
Regardless of 1 V, if the change in gain G is to be suppressed within 1%, which is a guideline for linearity in image processing,
It can only be used within a range of ± 0.45V.
【0004】このように従来の差動増幅器では、必要以
上に広い入力ダイナミックレンジを持つよう設定しない
と、必要な直線性を確保できないため、その分、電圧配
分に無駄を生じる。その余分な電圧配分が必要なこと
が、必要な直線性を確保したまま低電圧化することの妨
げになるという欠点があった。As described above, in the conventional differential amplifier, the required linearity cannot be ensured unless the input dynamic range is set wider than necessary, so that the voltage distribution is wasted accordingly. The need for the extra voltage distribution has a drawback that it hinders the reduction of the voltage while maintaining the required linearity.
【0005】実際の回路では、使用する素子のばらつき
により、DCオフセットが生じる。このDCオフセット
は、素子のばらつき量が同じなら、入力ダイナミックレ
ンジにほぼ比例する。そのため従来の差動増幅器は、必
要以上に広い入力ダイナミックレンジを確保しなければ
ならないため、そのぶん大きなDCオフセットが生じる
ということになるという欠点もあった。In an actual circuit, DC offset occurs due to variations in the elements used. This DC offset is approximately proportional to the input dynamic range if the variation amount of the elements is the same. Therefore, the conventional differential amplifier has a drawback that a large DC offset is generated because it is necessary to secure a wider input dynamic range than necessary.
【0006】このように、図6に示す差動増幅器では、
直線性と、DCオフセットの少なく、さらに、有効な電
圧配分により低電圧化をはかるという点を両立させるこ
とはできなかった。As described above, in the differential amplifier shown in FIG.
It has not been possible to achieve both the linearity, the low DC offset, and the effective voltage distribution for lowering the voltage.
【0007】図6の欠点をなくすため、図7に示すよう
に、差動増幅器DAの出力OUTから入力IN1に抵抗
104を介して帰還をかけることにより、誤差が帰還ル
ープのループゲイン分の1になることを利用して、直線
性の改善ができることも知られている。しかしこの場
合、帰還が充分かかる周波数帯域でのみしか、直線性の
改善がないため、良好な高周波特性を期待することはで
きないという、欠点があった。In order to eliminate the drawback of FIG. 6, as shown in FIG. 7, by feeding back from the output OUT of the differential amplifier DA to the input IN1 via the resistor 104, the error is divided by one of the loop gain of the feedback loop. It is also known that the linearity can be improved by utilizing However, in this case, the linearity is improved only in the frequency band in which the feedback is sufficiently applied, so that there is a drawback in that good high frequency characteristics cannot be expected.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の差動増
幅器では、直線性、DCオフセットの少なさ、電圧配分
の無駄のなさ、さらに良好に高周波特性を両立させられ
ない、という問題があった。The above-mentioned conventional differential amplifier has the problems that linearity, small DC offset, waste of voltage distribution, and high frequency characteristics cannot be achieved at the same time. ..
【0009】この発明の目的は、直線性、DCオフセッ
トが少なく、電圧配分の無駄を省いて低電圧化の実現、
さらには良好な周波数特性を得ることのできる、差動増
幅器を実現することにある。The object of the present invention is to realize a low voltage by eliminating waste of voltage distribution, with little linearity and DC offset.
Another object is to realize a differential amplifier that can obtain good frequency characteristics.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明の差動増幅器
は、コレクタを第1の出力端子に、ベースを第1の入力
端子に、エミッタを第1の負荷を介して第1の定電流源
にそれぞれ接続した第1のトランジスタおよび、コレク
タを第2の出力端子に、ベースを第2の入力端子に、エ
ミッタを第2の負荷を介して前記第1の定電流源にそれ
ぞれ接続した第2のトランジスタとからなる第1の差動
増幅器と、ベースを前記第1の入力端子に、コレクタを
電源に、エミッタを第2の定電流源にそれぞれ接続した
第3のトランジスタと、前記第1および第2のトランジ
スタの各エミッタ電位を、第1および第2の入力に供給
し、これに基づき得られる第1および第2の電流出力
を、前記第1および第2の出力端子に供給してなる第2
の差動増幅器とからなるSUMMARY OF THE INVENTION A differential amplifier according to the present invention has a collector for a first output terminal, a base for a first input terminal, and an emitter for a first constant current source via a first load. And a second transistor in which a collector is connected to a second output terminal, a base is connected to a second input terminal, and an emitter is connected to the first constant current source via a second load. A first differential amplifier including a transistor, a base connected to the first input terminal, a collector connected to a power supply, and an emitter connected to a second constant current source. The emitter potentials of the second transistor are supplied to the first and second inputs, and the first and second current outputs obtained based on this are supplied to the first and second output terminals. Second
Consisting of a differential amplifier
【0011】[0011]
【作用】この発明の差動増幅器は、差動増幅器を構成す
る差動トランジスタ対の相互コンダクタンスの変化を示
すベース・エミッタ間電圧の変化を検出して直線性の誤
差分を別に設けた差動増幅器で作り、出力に加算した。
これにより、入力ダイナミックレンジを必要以上に大き
くすることなく、良好な直線性を持つ差動増幅器を実現
するもので、入力ダイナミックレンジは必要以上に大き
くしないため、素子ばらつきによるDCオフセットも少
なく、電圧配分の無駄もない。さらに負帰還を利用して
いないので、良好な高周波特性が実現できるものであ
る。The differential amplifier of the present invention detects the change in the base-emitter voltage indicating the change in the transconductance of the differential transistor pair forming the differential amplifier and separately provides a linearity error. Made with an amplifier and added to the output.
This realizes a differential amplifier having good linearity without increasing the input dynamic range more than necessary. Since the input dynamic range is not increased more than necessary, DC offset due to element variation is small and voltage There is no waste of allocation. Furthermore, since no negative feedback is used, good high frequency characteristics can be realized.
【0012】[0012]
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て詳細に説明する。図1は、この発明のー実施例を示す
回路図である。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
【0013】図1において、差動増幅器A1は、差動対
をなすトランジスタQ3 ,Q4 と、エミッタにそれぞれ
接続した抵抗R1 ,R2 を介して接続した定電流源I1
から構成する。差動増幅器A1 はトランジスタQ3 ,Q
4 のベースを入力とし、コレクタを出力とする。トラン
ジスタQ3 のベースは、コレクタを電源Vccに接続した
トランジスタQ5 のベースに接続するとともに、入力端
子IN1に接続する。トランジスタQ5 のエミッタは、
電流源I2 に接続するとともに、差動増幅器A2の非反
転入力に接続する。差動増幅器A2 の反転入力は、トラ
ンジスタQ3 のエミッタに接続し、差動出力の一方は、
トランジスタQ3 のコレクタおよび出力端子OUT1
に、他方はトランジスタQ4 のコレクタおよび出力端子
OUT2にそれぞれ接続する。In FIG. 1, a differential amplifier A1 includes a constant current source I1 connected to transistors Q3 and Q4 forming a differential pair and resistors R1 and R2 connected to emitters thereof, respectively.
It consists of. The differential amplifier A1 is composed of transistors Q3 and Q.
The base of 4 is input and the collector is output. The base of the transistor Q3 is connected to the base of the transistor Q5 whose collector is connected to the power source Vcc, and also to the input terminal IN1. The emitter of transistor Q5 is
It is connected to the current source I2 and also to the non-inverting input of the differential amplifier A2. The inverting input of the differential amplifier A2 is connected to the emitter of the transistor Q3, and one of the differential outputs is
Transistor Q3 collector and output terminal OUT1
The other is connected to the collector of the transistor Q4 and the output terminal OUT2.
【0014】トランジスタQ4 のベースは、コレクタを
電源Vccに接続した、トランジスタQ6 のベースに接続
するとともに、入力端子IN2に接続する。トランジス
タQ6 のエミッタは、電流源I3 に接続するとともに、
差動増幅器A3の反転入力に接続する。差動増幅器A3
の非反転入力は、トランジスタQ4 のエミッタに接続
し、差動出力の一方は、トランジスタQ4 のコレクタお
よび出力端子OUT2に、他方はトランジスタQ3 のコ
レクタおよび出力端子OUT1にそれぞれ接続する。The base of the transistor Q4 is connected to the base of the transistor Q6 whose collector is connected to the power source Vcc and also to the input terminal IN2. The emitter of the transistor Q6 is connected to the current source I3 and
It is connected to the inverting input of the differential amplifier A3. Differential amplifier A3
Is connected to the emitter of the transistor Q4, one of the differential outputs is connected to the collector of the transistor Q4 and the output terminal OUT2, and the other is connected to the collector of the transistor Q3 and the output terminal OUT1.
【0015】差動増幅器A1のトランジスタQ3 の相互
コンダクタンスは、トランジスタQ3 の相互コンダクタ
ンスの変化量を検出することにより、補正することがで
きる。つまり、相互コンダクタンスの変化は、ベース・
エミッタ間電圧の変化を見ればわかるので、差動増幅器
A2の電流出力を出力端OUT1に加算することによ
り、差動増幅器A1 の直線性のずれが補正できる。The transconductance of the transistor Q3 of the differential amplifier A1 can be corrected by detecting the amount of change in the transconductance of the transistor Q3. In other words, the change in transconductance is
Since it can be seen by looking at the change in the voltage between the emitters, the deviation of the linearity of the differential amplifier A1 can be corrected by adding the current output of the differential amplifier A2 to the output terminal OUT1.
【0016】同様に、トランジスタQ4 の相互コンダク
タンスの変化を、検出して補正するため、トランジスタ
Q6 、電流源I3 により無信号時のトランジスタQ4 の
ベース・エミッタ間電圧をモニターし、これを基準とし
て、差動増幅器A3 によりトランジスタQ4 のベース・
エミッタ間電圧の変化量を検出し、補正分として差動増
幅器A3 の電流出力を出力端子OUT2に加算するよう
になっている。Similarly, in order to detect and correct the change of the transconductance of the transistor Q4, the base-emitter voltage of the transistor Q4 when there is no signal is monitored by the transistor Q6 and the current source I3, and this is used as a reference. The base of the transistor Q4
The amount of change in the voltage between the emitters is detected, and the current output of the differential amplifier A3 is added to the output terminal OUT2 as a correction amount.
【0017】このように入力ダイナミックレンジは、必
要以上に大きくすることなく、補正により直線性を改善
できるため、素子のばらつきによるDCオフセットも少
なく、電圧配分の無駄も無い。さらに負帰還を利用して
いないので良好な高周波特性が実現できる。As described above, since the linearity can be improved by the correction without increasing the input dynamic range more than necessary, the DC offset due to the variation of the elements is small and the voltage distribution is not wasted. Furthermore, since no negative feedback is used, good high frequency characteristics can be realized.
【0018】図2は、図1の差動増幅器A2 、A3 も具
体的な回路にして示したもので、差動増幅器A2 は、差
動対のトランジスタQ7 ,Q8 と定電流源I4 から、差
動増幅器A3 は、差動対のトランジスタQ8 ,Q9 と定
電流源I5 からそれぞれ構成する。FIG. 2 also shows the differential amplifiers A2 and A3 of FIG. 1 as a concrete circuit. The differential amplifier A2 is a differential circuit composed of a differential pair of transistors Q7 and Q8 and a constant current source I4. The dynamic amplifier A3 is composed of a differential pair of transistors Q8 and Q9 and a constant current source I5.
【0019】図2の動作原理は図1と全く同じであり、
ここでは、具体的な数値を示しながら、図5とともに説
明する。トランジスタQ3 ,Q4 ,Q5 ,Q6 ,Q7 ,
Q8,Q9 ,Q10,がすべて同一特性で電流増幅率も充
分高いとし、図6において図5のグラフ1の直線性を計
算したときの条件と同じく、抵抗R1,R2の値をとも
に1KΩ、定電流源I1 の電流値を1mAとする。さら
に、定電流源I2,I3の電流値を共に0. 5mA、定
電流源I4 ,I5 の電流値をともに0. 167mAとす
る。図5のグラフbは、この条件で、図6で計算したa
と同様に、入力電位差による利得Gの変化を計算した結
果を示し、入力電位差0のときの利得で規格化したもの
である。The operating principle of FIG. 2 is exactly the same as that of FIG.
Here, description will be given with reference to FIG. 5 while showing specific numerical values. Transistors Q3, Q4, Q5, Q6, Q7,
Assuming that Q8, Q9, and Q10 all have the same characteristics and the current amplification factor is sufficiently high, the values of the resistors R1 and R2 are both set to 1 KΩ, which is the same as the condition when the linearity of the graph 1 of FIG. 5 is calculated in FIG. The current value of the current source I1 is 1 mA. Further, the current values of the constant current sources I2 and I3 are both set to 0.5 mA, and the current values of the constant current sources I4 and I5 are both set to 0.167 mA. The graph b in FIG. 5 shows a calculated in FIG. 6 under this condition.
Similarly to the above, the result of calculating the change in the gain G due to the input potential difference is shown, and is normalized by the gain when the input potential difference is zero.
【0020】この特性図を見るとわかるように、図2で
示す差動増幅器では、入力ダイナミックレンジ自体はほ
ぼ±1Vとaに示す従来の場合と変わらないが、入力電
位差による利得Gの変化は明かに少なくなっており、入
力電位差がほぼ±0. 75Vの範囲で、利得Gの変化が
画像処理で直線性の目安となる、1%以内の範囲に納ま
る。As can be seen from this characteristic diagram, in the differential amplifier shown in FIG. 2, the input dynamic range itself is approximately ± 1 V, which is the same as in the conventional case shown in a, but the change in the gain G due to the input potential difference does not change. Clearly, the input potential difference is within a range of approximately ± 0.75 V, and the change in the gain G is within 1%, which is a guideline for linearity in image processing.
【0021】このように図3で示す実施例によれば、入
力ダイナミックレンジは大きくせずに、直線性1%の範
囲を図6の場合に比べ、±0. 45Vから±0. 75V
に拡大していることがわかる。これは、逆に入力ダイナ
ミックレンジをその分小さく設定しても直線性保てるこ
とになる。このように設定することにより、素子のばら
つきによるDCオフセットも小さく、電圧配分でも無駄
が無く、さらに負帰還を利用していないので良好な高周
波特性を持つ差動増幅器が実現できている。As described above, according to the embodiment shown in FIG. 3, the input dynamic range is not increased and the range of linearity of 1% is ± 0.45 V to ± 0.75 V as compared with the case of FIG.
You can see that it is expanding to. On the contrary, the linearity can be maintained even if the input dynamic range is set smaller accordingly. By setting in this way, a DC offset due to element variation is small, there is no waste in voltage distribution, and since negative feedback is not used, a differential amplifier having good high frequency characteristics can be realized.
【0022】差動増幅器A2 ,A3 の具体例を挙げて説
明した図2では、差動対のトランジスタQ7 ,Q8 、Q
9 ,Q10で構成した。しかし、直線性の誤差分を補正す
る差動増幅器A2 ,A3として差動対トランジスタを用
いた場合、その差動対トランジスタの入力電圧に対する
直線性の誤差が補正量の誤差として現れてしまう。従っ
て、直線性の誤差を補正する差動増幅器A2,A3とし
て、差動対のトランジスタQ7 ,Q8 、Q9 ,Q10で構
成よりも、直線性が良い物を使用すれば、図2で示すも
のよりさらに直線性を改善できる。In FIG. 2, which has been described by taking a concrete example of the differential amplifiers A2 and A3, the transistors Q7, Q8 and Q of the differential pair are shown.
It consisted of 9 and Q10. However, when the differential pair transistors are used as the differential amplifiers A2 and A3 for correcting the linearity error, the linearity error with respect to the input voltage of the differential pair transistor appears as the correction amount error. Therefore, if the differential amplifiers A2 and A3 for correcting the linearity error have a better linearity than the configuration of the differential pair of transistors Q7, Q8, Q9, and Q10, it is better than that shown in FIG. Further, the linearity can be improved.
【0023】図3は、この発明の他の実施例を示したも
のである。この実施例は差動増幅器A2 ,A3 の他の回
路例を示すものであり、図1と同一部分には同一の符号
を付して説明する。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. This embodiment shows another circuit example of the differential amplifiers A2 and A3, and the same parts as those in FIG.
【0024】差動増幅器A3 は、差動対トランジスタQ
11,Q12およびQ13,Q14と定電流源I6 ,I7 で、差
動増幅器A4 は、差動対トランジスタQ15,Q16および
Q17,Q18と定電流源I8 ,I9 からそれぞれ構成して
いる。ここで差動対トランジスタQ11,Q12、Q13,Q
14、Q15,Q16、Q17,Q18の各エミッタ面積比は、
1:n( n≠1) のものを使用している。The differential amplifier A3 is a differential pair transistor Q
The differential amplifier A4 is composed of differential pair transistors Q15, Q16 and Q17, Q18 and constant current sources I8, I9, respectively, with 11, Q12, Q13, Q14 and constant current sources I6, I7. Here, the differential pair transistors Q11, Q12, Q13, Q
The emitter area ratio of 14, Q15, Q16, Q17, Q18 is
1: n (n ≠ 1) is used.
【0025】このように、差動対トランジスタにエミッ
タ抵抗を入れない場合、差動増幅器として、ただの差動
対トランジスタのかわりに、エミッタ面積比が1:n(
n≠1) の差動対トランジスタを2組互い違いに組み合
わせて使用すると、差動増幅器としての直線性が改善さ
れることができる。As described above, when the emitter resistance is not inserted in the differential pair transistor, the differential amplifier has an emitter area ratio of 1: n (instead of just the differential pair transistor.
The linearity of the differential amplifier can be improved by alternately using two pairs of the differential pair transistors of n ≠ 1).
【0026】図3の動作原理は図1と全く同じであり、
ここでは、具体的な数値を示しながら、図5とともに説
明する。トランジスタQ5 ,Q6 、Q3 ,Q4 がすべて
同一特性で電流増幅率も充分高いとし、抵抗R1,R2
の値をともに1KΩ、定電流源I1 の電流値を1mA、
定電流源I1 の電流値を1mA、定電流源I2 ,I3の
電流値をともに0.5mAとする。図5のグラフcは、
a,bで示す直線性を計算したときの条件と同じにした
とする。さらに、直線性の誤差を補正するための差動対
トランジスタQ11,Q12、Q13,Q14、Q15,Q16、Q
17,Q18のエミッタ面積比を1:4に設定し、定電流源
I6 ,I7 ,I8 ,I9 にすべて0.05mAとする。
この条件で、入力電位差による利得Gの変化を計算し、
入力電位差0のときの利得で規格化したものは、図5の
cで示す特性となる。The operation principle of FIG. 3 is exactly the same as that of FIG.
Here, description will be given with reference to FIG. 5 while showing specific numerical values. Transistors Q5, Q6, Q3, and Q4 all have the same characteristics, and the current amplification factor is sufficiently high.
Is 1 KΩ, the current value of the constant current source I1 is 1 mA,
The current value of the constant current source I1 is 1 mA, and the current values of the constant current sources I2 and I3 are both 0.5 mA. The graph c in FIG.
It is assumed that the conditions are the same as those used for calculating the linearity indicated by a and b. Further, the differential pair transistors Q11, Q12, Q13, Q14, Q15, Q16, Q for correcting the linearity error.
The emitter area ratio of 17 and Q18 is set to 1: 4, and the constant current sources I6, I7, I8 and I9 are all set to 0.05 mA.
Under this condition, the change in gain G due to the input potential difference is calculated,
The value normalized by the gain when the input potential difference is 0 has the characteristic indicated by c in FIG.
【0027】図3で示す差動増幅器も、入力ダイナミッ
クレンジ自体は、ほぼ±1Vと図5のグラフaで示す従
来例の場合と変わらないが、入力電位差による利得Gの
変化は図5のグラフbで示す実施例よりさらに少なくな
っており、入力電位差がほぼ±0. 9Vの範囲で、利得
Gの変化が画像処理で直線性の目安となる1%以内の範
囲に納まる。The differential amplifier shown in FIG. 3 also has an input dynamic range of approximately ± 1 V, which is the same as in the case of the conventional example shown in the graph a of FIG. 5, but the change of the gain G due to the input potential difference is shown in the graph of FIG. It is even smaller than that of the embodiment shown in b, and the change of the gain G is within 1% which is a guideline of linearity in image processing when the input potential difference is approximately ± 0.9V.
【0028】このように図3で示す実施例は、入力ダイ
ナミックレンジは大きくせずに、直線性1%の範囲を従
来例の±0. 45Vから±0. 9Vに拡大していること
がわかる。これは、逆に入力ダイナミックレンジを小さ
く設定しても直線性が充分とれることになるため、その
ように設定することにより素子のばらつきによるDCオ
フセットも小さく、電圧配分でも無駄が無く、さらに負
帰還を利用していないので良好な高周波特性を持つ差動
増幅器が実現できている。As described above, in the embodiment shown in FIG. 3, it is understood that the range of linearity of 1% is expanded from ± 0.45V of the conventional example to ± 0.9V without increasing the input dynamic range. .. On the contrary, even if the input dynamic range is set to be small, the linearity can be sufficiently obtained. Therefore, the DC offset due to the dispersion of the elements is small by setting it as such, there is no waste in the voltage distribution, and the negative feedback is provided. Therefore, a differential amplifier having good high frequency characteristics can be realized.
【0029】このように図3で示す実施例は、入力ダイ
ナミックレンジを大きく設定しなくても良好な直線性を
示すが、図2で示す実施例に比べやや回路が複雑になっ
ている。これは、図1で示す直線性誤差を補正する差動
増幅器A2 ,A3 として、ただの差動対トランジスタの
代わりに、エミッタ面積比が1:n( n≠1) の差動対
トランジスタを2組互い違いに組み合わせて使用してい
るからである。しかし図1で示す実施例の中の差動増幅
器A2,A3 の代わりというのではなく、全体として同
様の効果が出れば良いのであれば、この差動増幅器が2
つあるのを利用して回路をまとめることもできる。As described above, the embodiment shown in FIG. 3 exhibits good linearity without setting a large input dynamic range, but the circuit is slightly complicated as compared with the embodiment shown in FIG. As the differential amplifiers A2 and A3 for correcting the linearity error shown in FIG. 1, two differential pair transistors with an emitter area ratio of 1: n (n ≠ 1) are used instead of just the differential pair transistors. This is because the sets are used by combining them alternately. However, it is not a substitute for the differential amplifiers A2 and A3 in the embodiment shown in FIG.
It is also possible to combine the circuits by utilizing the structure.
【0030】図4は、この発明のもうーつの他の実施例
を示すもので、図4は図2のトランジスタQ7 とQ8 そ
れにトランジスタQ9 とQ10に対してエミッタ面積比を
1:n(n=1)としたものである。全体としては、エ
ミッタ面積比が1:nの差動対トランジスタが2組ある
ため、図3で示す実施例の場合と同じ、入力ダイナミッ
クレンジを大きく設定することなく良好な直線性を示す
という効果が得られる。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 4, the transistor Q7 and Q8 of FIG. 2 and the emitter area ratio of the transistors Q9 and Q10 are 1: n (n = n). 1). As a whole, since there are two pairs of differential pair transistors having an emitter area ratio of 1: n, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 3 can be obtained without exhibiting a large input dynamic range. Is obtained.
【0031】これまでと同様に、トランジスタQ3 ,Q
4 ,Q5,Q6 がすべて同一特性のトランジスタで電流
増幅率も充分高いとし、抵抗R1,R2の値を共に1K
Ω、定電流源I1 の電流値を1mA、定電流源I2 ,I
3 の電流値を共に0. 5mAと図3の実施例の場合で図
5のグラフcで示すの直線性を計算したときの条件と同
じにしたとする。さらに、直線性の誤差を補正するため
の差動増幅器を構成する差動対トランジスタQ7 ´とQ
8 ´、Q9 ´とQ10´のエミッタ面積比をそれぞれ1:
5に設定し、定電流源I4,I5の電流値にそれぞれ
0.042mAを流したとする。この条件で、入力電位
差による利得Gの変化を計算し、入力電位差0のときの
利得で規格化したものを図5のグラフdで示す。As before, the transistors Q3, Q
It is assumed that 4, Q5 and Q6 are all transistors with the same characteristics and the current amplification factor is sufficiently high, and the resistors R1 and R2 are both set to 1K.
Ω, the current value of the constant current source I1 is 1 mA, the constant current sources I2, I
It is assumed that the current values of 3 are both 0.5 mA and the conditions are the same as those used when the linearity shown in the graph c of FIG. 5 is calculated in the case of the embodiment of FIG. In addition, a differential pair transistor Q7 'and Q7 forming a differential amplifier for correcting the linearity error.
The emitter area ratio of 8 ', Q9' and Q10 'is 1:
It is assumed that the current is set to 5 and 0.042 mA is applied to the current values of the constant current sources I4 and I5. Under this condition, the change in the gain G due to the input potential difference is calculated, and normalized by the gain when the input potential difference is 0 is shown in the graph d of FIG.
【0032】この図5のdを見てもわかるように、図4
で示す差動増幅器も、入力ダイナミックレンジ自体はほ
ぼ±1Vと図1のグラフで示す従来例の場合と変わらな
いが、入力電位差による利得Gの変化は図3で示す実施
例の場合とほぼ同様に、入力電位差がほぼ±0. 9Vの
範囲で、利得Gの変化が画像処理で直線性の目安となる
1%以内の範囲に納まる。As can be seen from FIG. 5d, FIG.
The input dynamic range itself of the differential amplifier shown in (1) is about ± 1 V, which is the same as in the case of the conventional example shown in the graph of FIG. In addition, in the range of the input potential difference of approximately ± 0.9 V, the change of the gain G is within the range of 1% which is a guideline of the linearity in the image processing.
【0033】このように図4で示す実施例によれば、入
力ダイナミックレンジは大きくせずに、直線性1%の範
囲を従来例の±0. 45Vから±0. 9Vと図3で示す
実施例の場合と同様の良好な直線性の特性を、より少な
い素子数で実現することができる。As described above, according to the embodiment shown in FIG. 4, the input dynamic range is not increased, and the range of linearity of 1% is shown in FIG. 3 from ± 0.45V to ± 0.9V of the conventional example. Good linearity characteristics similar to those in the example can be realized with a smaller number of elements.
【0034】上記した実施例では、良好な周波数特性を
損なわないようにしたものであったが、用途のよって
は、直線性が良ければ多少周波数特性が悪くなってもか
まわない場合もある。その場合には、図2で示す実施例
の設定をかえることで、図4で示す実施例と同じ効果を
得ることもできる。In the above-mentioned embodiment, the good frequency characteristic is not impaired, but depending on the application, the frequency characteristic may be slightly deteriorated if the linearity is good. In that case, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 4 can be obtained by changing the setting of the embodiment shown in FIG.
【0035】また、図4で示す実施例の場合、差動対ト
ランジスタQ7 ´,Q8 ´およびQ9 ´,Q10´のエミ
ッタ面積比を1:n( n≠1) にすることで、無信号時
にこれらの差動対トランジスタのバランスを強制的にず
らすことで、さらに良好な直線性が得られている。これ
と同じ効果は、定電流源I2 ,I3 の電流値を小さくす
ることでも起こすことができる。このようにすれば、差
動対トランジスタQ7 ´,Q8 ´およびQ9 ´,Q10´
のエミッタ面積比を1:1のままで良いため、図4の実
施例の場合に比べ、さらに必要な素子数を減らすことが
でき、また定電流源I2 ,I3 の電流値が減るため、図
4で示す実施例の場合に比べ多少周波数特性が悪くなる
ものの、消費電力が少なくなるという特徴がある。Further, in the case of the embodiment shown in FIG. 4, by setting the emitter area ratio of the differential pair transistors Q7 ', Q8' and Q9 ', Q10' to 1: n (n ≠ 1), there is no signal. Even better linearity is obtained by forcibly shifting the balance of these differential pair transistors. The same effect can be obtained by reducing the current values of the constant current sources I2 and I3. In this way, the differential pair transistors Q7 ', Q8' and Q9 ', Q10'
Since the emitter area ratio of 1 can be kept at 1: 1, the required number of elements can be further reduced as compared with the case of the embodiment of FIG. 4, and the current values of the constant current sources I2 and I3 are reduced. Compared with the case of the embodiment shown in 4, the frequency characteristic is slightly deteriorated, but the power consumption is reduced.
【0036】具体的に数字を出して説明すると、図2で
示す実施例において、トランジスタQ3 ,Q4 ,Q5 ,
Q6 ,Q7 ,Q8 ,Q9 ,Q10がすべて同一特性のトラ
ンジスタで電流増幅率も充分高いとし、抵抗R1 ,R2
の値をともに1KΩ、定電流源107の電流値を1mA
と従来例で図5の直線性を計算したときの条件と同じに
し、定電流源I4 ,I5 の電流値をともに0. 042m
Aとする。ここで定電流源I2 ,I3 の電流値は、図5
のグラフbを計算したときの1/5の0. 1mAにとも
に設定する。これにより差動対トランジスタQ7 ,Q8
およびQ9 ,Q10のエミッタ面積比を1:5に設定した
のと同じ効果が得られるため、図2で示す実施例の回路
でも設定に選ぶことによって図4で示す実施例と同じ良
好な直線性を得ることができる。The numbers will be specifically described. In the embodiment shown in FIG. 2, the transistors Q3, Q4, Q5,
It is assumed that Q6, Q7, Q8, Q9 and Q10 are all transistors having the same characteristics and the current amplification factor is sufficiently high, and resistors R1 and R2
Is 1 KΩ, and the current value of the constant current source 107 is 1 mA.
In the conventional example, the same conditions as those for calculating the linearity of FIG.
A. The current values of the constant current sources I2 and I3 are shown in FIG.
Both of them are set to 0.1 mA which is ⅕ when the graph b is calculated. As a result, the differential pair transistors Q7 and Q8
Since the same effect can be obtained by setting the emitter area ratio of Q9 and Q10 to 1: 5, the same linearity as the embodiment shown in FIG. 4 can be obtained by selecting the setting in the circuit of the embodiment shown in FIG. Can be obtained.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上記載したように、この発明の差動増
幅器によれば、入力ダイナミックレンジは大きくしなく
ても、直線性が大幅に向上するため、必要な直線性を確
保するのに入力ダイナミックレンジを、不必要に大きく
設定する必要がない。そのため素子ばらつきによるDC
オフセットを小さくできたり、電圧配分の無駄を省ける
ばかりか、良好な高周波特性、良好な直線性をもつ差動
増幅器を実現することができる。As described above, according to the differential amplifier of the present invention, the linearity is greatly improved without increasing the input dynamic range. There is no need to set the dynamic range unnecessarily large. Therefore, DC due to element variation
Not only the offset can be reduced and waste of voltage distribution can be eliminated, but also a differential amplifier having excellent high frequency characteristics and excellent linearity can be realized.
【図1】この発明のー実施例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1の回路を、より具体的に示した回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing the circuit of FIG. 1 more specifically.
【図3】この発明の他の実施例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
【図4】この発明のもうーつの他の実施例を示す回路
図。FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
【図5】この発明と従来の効果を比較するための特性
図。FIG. 5 is a characteristic diagram for comparing the effect of the present invention with the conventional effect.
【図6】従来の回路図。FIG. 6 is a conventional circuit diagram.
【図7】他の従来の回路図。FIG. 7 is another conventional circuit diagram.
A1 〜A3 …差動増幅器、R1 ,R2 …抵抗、I1〜I3
…定電流源、Q3 〜Q6 …トランジスタ、IN1,11
1…入力端子、OUT1,OUT2…出力端子。A1 to A3 ... Differential amplifier, R1, R2 ... Resistors, I1 to I3
... Constant current source, Q3 to Q6 ... Transistors, IN1, 11
1 ... Input terminals, OUT1, OUT2 ... Output terminals.
Claims (6)
第1の入力端子に、エミッタを第1の負荷を介して第1
の定電流源にそれぞれ接続した第1のトランジスタおよ
び、コレクタを第2の出力端子に、ベースを第2の入力
端子に、エミッタを第2の負荷を介して前記第1の定電
流源にそれぞれ接続した第2のトランジスタとからなる
第1の差動増幅器と、 ベースを前記第1の入力端子に、コレクタを電源に、エ
ミッタを第2の定電流源にそれぞれ接続した第3のトラ
ンジスタと、 前記第1および第2のトランジスタの各エミッタ電位
を、第1および第2の入力に供給し、これに基づき得ら
れる第1および第2の電流出力を、前記第1および第2
の出力端子に供給してなる第2の差動増幅器とからなる
ことを特徴とする差動増幅器。1. A collector is connected to a first output terminal, a base is connected to a first input terminal, and an emitter is connected to a first load via a first load.
And a collector connected to a second output terminal, a base connected to a second input terminal, and an emitter connected to the first constant current source via a second load. A first differential amplifier including a connected second transistor; a third transistor having a base connected to the first input terminal, a collector connected to a power supply, and an emitter connected to a second constant current source; The respective emitter potentials of the first and second transistors are supplied to the first and second inputs, and the first and second current outputs obtained based on this are supplied to the first and second inputs.
And a second differential amplifier which is supplied to the output terminal of the differential amplifier.
タを前記電源に、エミッタを第3の定電流源にそれぞれ
接続した第4のトランジスタと、前記第2および第4の
トランジスタのエミッタ電流をそれぞれ第3および第4
の入力とし、これに基づき得られる第3および第4の電
流出力を前記第1および第2の出力端子に供給してなる
ことを特徴とする請求項1記載の差動増幅器。2. A fourth transistor having a base connected to the second input terminal, a collector connected to the power supply, and an emitter connected to a third constant current source, and emitter currents of the second and fourth transistors. The third and fourth respectively
3. The differential amplifier according to claim 1, wherein the third and fourth current outputs obtained based on the input are supplied to the first and second output terminals.
エミッタを第4の定電流源に、一方のベースを前記第3
のトランジスタのエミッタに、他方のベースを前記第1
のトランジスタのエミッタに、一方のコレクタを前記第
1の出力端子に、他方のコレクタを第2の出力端子にそ
れぞれ接続した、第5および第6のトランジスタから構
成してなることを特徴とする請求項1または2記載の差
動増幅器。3. The second differential amplifier has a commonly connected emitter as a fourth constant current source and one base as the third constant current source.
To the emitter of the transistor and the other base to the first
The fifth and sixth transistors, one collector of which is connected to the first output terminal and the other collector of which is connected to the second output terminal. Item 1. The differential amplifier according to Item 1 or 2.
エミッタを第5の定電流源に、一方のベースを前記第4
のトランジスタのエミッタに、他方のベースを前記第2
のトランジスタのエミッタに、一方のコレクタを前記第
2の出力端子に、他方のコレクタを第1の出力端子にそ
れぞれ接続した、第7および第8のトランジスタから構
成してなることを特徴とする請求項2記載の差動増幅
器。4. The third differential amplifier has a commonly connected emitter as a fifth constant current source and one base as the fourth constant current source.
To the emitter of the transistor and the other base to the second
And a collector connected to the second output terminal and a collector connected to the first output terminal of the transistor, respectively. The seventh and eighth transistors are characterized in that Item 2. The differential amplifier according to Item 2.
ミッタ面積比を異ならせてなることを特徴とする請求項
3記載の差動増幅器。5. The differential amplifier according to claim 3, wherein the emitter area ratios of the fifth and sixth transistors are different from each other.
ミッタ面積比を異ならせてなることを特徴とする請求項
4記載の差動増幅器。6. The differential amplifier according to claim 4, wherein the emitter area ratios of the seventh and eighth transistors are different from each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29696391A JP3167755B2 (en) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | Differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29696391A JP3167755B2 (en) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | Differential amplifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05136636A true JPH05136636A (en) | 1993-06-01 |
JP3167755B2 JP3167755B2 (en) | 2001-05-21 |
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ID=17840469
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP29696391A Expired - Lifetime JP3167755B2 (en) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | Differential amplifier |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018056760A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | ローム株式会社 | Differential amplifier and voltage follower circuit |
KR20210145819A (en) * | 2019-08-30 | 2021-12-02 | 지티이 코포레이션 | Compensation circuit and chip, method, device, storage medium, electronics |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP29696391A patent/JP3167755B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018056760A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | ローム株式会社 | Differential amplifier and voltage follower circuit |
KR20210145819A (en) * | 2019-08-30 | 2021-12-02 | 지티이 코포레이션 | Compensation circuit and chip, method, device, storage medium, electronics |
JP2022533543A (en) * | 2019-08-30 | 2022-07-25 | 中興通訊股▲ふん▼有限公司 | Compensation circuit and chip, method, device, storage medium, electronic device |
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