JPH06216668A - Mos増幅回路 - Google Patents

Mos増幅回路

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JPH06216668A
JPH06216668A JP5311208A JP31120893A JPH06216668A JP H06216668 A JPH06216668 A JP H06216668A JP 5311208 A JP5311208 A JP 5311208A JP 31120893 A JP31120893 A JP 31120893A JP H06216668 A JPH06216668 A JP H06216668A
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JP
Japan
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transistor
transistors
mos
mos transistors
amplifier circuit
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Pending
Application number
JP5311208A
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English (en)
Inventor
Evert Seevinck
シービンク エバート
Jacob H Bolt
ヘンドリック ボルト ヤコブ
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Philips Electronics NV
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3211Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in differential amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 近年のMOS技術で形成された増幅回路の場
合、小寸法のチャンネル層における高電界強度の結果と
して、非線形歪みを発生する。この非線形歪みを防止
し、そしてノイズを削減するMOS増幅回路を提供する
ことを目的とする。 【構成】 第1直列結合と実質的に同一でかつ、長尾対
(long tailed pair)として一般的に参照される回路を形
成する第2直列結合を有する。長尾対は、付加的作動増
幅器を有し、この作動増幅器の出力が分圧器により長尾
対の負荷トランジスタのゲート電極に接続される。そし
て、長尾対の各トランジスタが、相互に実質的に同一で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、第1及び第2MOSト
ランジスタの主電流経路である第1直列結合を有し、入
力が、第1MOSトランジスタのゲート電極に接続さ
れ、出力が、第1MOSトランジスタのドレイン電極に
接続され、第2MOSトランジスタのゲート電極が、第
1MOSトランジスタのドレインに接続されたMOS増
幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】前述の形式の回路は、表題“Analysis a
nd design of analog integrated circits”,2nd Edn.,
by Paul R. Gray and Robert G. Meyer, published by
johnWiley & Sons、の文献、さらに詳細には、図12.13
(a)から既知である。
【0003】この様な増幅器の電圧ゲインは、トランジ
スタのチャネル寸法の比率により規定され、√(k')で示
される比率の平方根と近似的に等しい。このゲインの比
率が1に等しいと、第1トランジスタのゲート−ソース
間電圧VGSは、第2トランジスタのVGSに等しい。
【0004】飽和領域において、近年の技術で製造した
MOSトランジスタのドレイン電極に発生する電流は、
次式(式1)の固有の近似値に等しい。
【0005】
【数1】
【0006】式1において、VTは、電源電極の閾電圧
である。β00OX(W/L)において、μ0は、低いチャ
ネル電界強度を持つMOSFETのチャネル層における負荷電
子の平均移動度である。COXは、表面ユニット毎のゲー
ト電極容量である。W及びLは、それぞれチャネル層の
幅及び長さである。θは、高いチャネル電界強度で発生
する移動度減少要素である。2つのトランジスタの減少
要素θ及び等しくないゲート−ソース間電圧VGSによる
と、ゲインは直線的ではなく、この結果、歪みが発生す
る。
【0007】
【発明の目的及び概要】本発明は、前述の歪みを十分に
削減する事を目的とする。
【0008】この目的のために、本発明による増幅回路
は、第1直列結合と実質的に同一でかつ、第3及び第4
MOSトランジスタの主電源経路を含む第2直列結合
と、第3MOSトランジスタのゲート電極に接続された
増幅回路の他の入力と、第1及び第3MOSトランジス
タのソース電極が、相互接続されかつ、電流源に接続さ
れた第1及び第3MOSトランジスタのソース電極と、
相互接続された第2及び第4MOSトランジスタのドレ
イン電極と、作動増幅器に接続された第1及び第3MO
Sトランジスタのドレイン電極と、増幅回路の出力に接
続されかつ、第1及び第2抵抗の直列結合を介して第2
及び第4MOSトランジスタの前記ドレイン電極に接続
された前記作動増幅器の出力とを有し、第1及び第2抵
抗の結合点が、第4トランジスタのゲート電極に接続さ
れ、各MOSトランジスタが、相互に実質的に同一であ
ることを特徴とする。
【0009】本発明の増幅回路は、チャネル層の負荷電
子の移動度の減少による歪みが、除去されかつ、この除
去が、さらに10〜100の値のゲイン要素の間で実現され
るという点で有利である。
【0010】この増幅器はさらに、ゲイン要素が、トラ
ンジスタの閾電圧VTに依存しない付加的利点を持つ。
【0011】本発明のさらなる実施例によると、作動増
幅器が、第5及び第6MOSトランジスタの主電流経路
の第3直列結合と、第3直列結合と実質的に同一でか
つ、第7及び第8MOSトランジスタの主電流経路を含
む第4直列結合と、相互接続されかつ、第2電流源を介
して前記第2及び第4MOSトランジスタのドレイン電
極に接続された前記第5及び第7MOSトランジスタの
ソース電極と、作動増幅器の入力をそれぞれ形成する第
5及び第7MOSトランジスタのゲート電極と、相互接
続されかつ、第8トランジスタのドレイン電極に接続さ
れた第6及び第8トランジスタのゲート電極とを有し、
ソース電極が第6及び第8MOSトランジスタのソース
電極及び電源端子に接続され、ゲート電極が第6トラン
ジスタのドレイン電極に接続された第9MOSトランジ
スタを有し、第9MOSトランジスタのドレイン電極
が、増幅回路の出力を形成し、第5及び第7MOSトラ
ンジスタが、さらなるMOSトランジスタを補足するこ
とを特徴とする。
【0012】この実施例は、作動増幅器が、良好なダイ
ナミックレンジをもつ最小の部品を有し、そして増幅回
路の動作のために低い電圧で十分であるという点で有利
である。
【0013】
【実施例】図1に示した本発明による増幅回路の基本回
路図は、第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2
の2つのMOSFETの第1直列結合と、第3トランジスタT
3及び第4トランジスタT4の2つのMOSFETの第2直列結
合とを有する。トランジスタT1,T3のソース電極は相
互接続されかつ、電流源1に接続され、そして長尾対
(long tailed pair)として一般的に参照される対を形
成する。増幅器の入力端子2,3に印加した入力電圧V
inは、トランジスタT1,T3のゲート電極に印加され
る。トランジスタT2,T4は、トランジスタT1,T3
負荷を形成する。この目的のため、トランジスタT2
ゲート電極が、固定電位点7(接地)に接続されるだけ
でなく、トランジスタT2,T4のソース電極が、トラン
ジスタT1,T3のドレイン電極及びトランジスタT2
4のドレイン電極に接続される。
【0014】ここまで説明した回路の出力電圧Vuは、
トランジスタT1,T3のドレイン電極の間で取り出され
る。
【0015】本発明の増幅回路の動作の説明のために、
先ず第4トランジスタT4のゲート電極が接地されると
仮定すると、トランジスタT2,T4だけでなく、トラン
ジスタT1,T3が相互に同一で、そしてトランジスタT
1,T3の幾何学的な比率W/Lは、トランジスタT2,T4
の幾何学的比率、K:1に対応している。W及びLは、
MOSFETのチャネル層の幅及び長さで、その結果、次式
(式2及び式3)が成り立つ。
【0016】
【数2】
【0017】
【数3】
【0018】飽和領域において式2及び式3が成り立つ
と、MOSFETを流れる電流IDに関して、次式(式4)が
成り立つ。
【0019】
【数4】
【0020】式4において、VTは、集積工程の結果と
して生じる閾電圧である。VGSは、ゲート−ソース電極
間の電圧である。そしてβは、次式(式5)で規定され
る。
【0021】
【数5】
【0022】式5において、μnは、MOSFETのチャネル
層の平均電子(この場合は正孔)の移動度である。C0
は、表面ユニット毎のゲート電極容量である。
【0023】式4及び式5を基に、次式(式6)が成り
立つ。
【0024】
【数6】
【0025】さらに、Vin=VGS1−VGS3とすると、式
5の変形として次式(式7)が導かれる。
【0026】
【数7】
【0027】式7において、トランジスタT3のβ1は、
トランジスタが同一で、従って等しい比率W/Lを持つ事
により、トランジスタT1のβ1に等しい。
【0028】VGS4のゲート電極が、同様に接地されて
いると仮定すると、Vuに関して次式(式8)が成り立
つ。
【0029】
【数8】
【0030】式6及び式8の変形例として、次式(式
9)が成り立つ。
【0031】
【数9】
【0032】式9において、β2は、トランジスタT3
4共に同一である比率W2/L2を有する。ゲイン要素に関
しては、次式(式10)が成り立つ。
【0033】
【数10】
【0034】式2,3,5,7,9の変形例として、次
式(式11)が成り立つ。
【0035】
【数11】
【0036】MOSトランジスタが近年の技術で実現さ
れる場合、チャネル寸法が非常に小さく、そしてチャネ
ルにおける電界強度が非常に強いので、式5における平
均電子移動度μnはもはや一定値でなく、電位差(VGS
−VT)に依存する。この場合μnに関しては、次式(式
12)が成り立つ。
【0037】
【数12】
【0038】式12において、θは、0.2V-1に略々等
しい移動度減少要素である。この移動度減少要素θは、
チャネル寸法比率w/Lに依存して変化する。これは、式
11が一般的にはもはや成り立たない事を意味するであ
ろう。ゲイン要素Aは、第1の例では、式5のための式
12における等しくない移動度減少要素θ1,θ2に起因
して、√(β21)と等しく、そして、β1,β2は、歪
みの発生を生じさせるゲート−ソース間電圧VGSに依存
する値を持つ。ゲイン要素のために本発明は、トランジ
スタT1乃至T4が、同一であるように全て選択され、そ
の結果、この結果、VG S1=VGS2,VGS3=VGS4で、この場
合、β2がβ1と同一である。これは、歪みを避けるが、
K=1であるために、ゲインAが1に等しいという不都
合がある。
【0039】本発明によると、図1に示した実施例は、
入力が、トランジスタT1,T3のドレイン電極に接続さ
れ、出力が、一方で増幅器の出力電圧Voutを供給する
出力5を形成し、他方で第1抵抗R1及び第2抵抗R2
直列結合を介して接地に接続されるオペアンプ(作動増
幅器)4を有する。抵抗R1,R2の結合点は、第4トラ
ンジスタT4のゲート電極に接続される。
【0040】オペアンプ4が、トランジスタT2,T4
ソース電極の電圧を互いに等しく継続的に保つと、そし
て全てのトランジスタが同一であると、次式(式13)
が成り立つ。
【0041】
【数13】
【0042】増幅回路のゲインは、従って、次式(式1
4)で表される。
【0043】
【数14】
【0044】要素θは排除され、その結果、歪みは非常
に小さい。つけ加えると、増幅器のノイズが抵抗比R1/R
2により規定されるため、その結果、ノイズも非常に小
さい。なお、増幅器の全ての入力電流が完全に使用され
ると、この結果、増幅器は小電力を持つことを必要とす
る。さらに、ゲイン要素は閾電圧VTに依存しないが、
増幅回路が単一終端出力を持つ。
【0045】図2に示した増幅回路は、実質的に既知の
オペアンプ4を有する。この増幅器は、ソース電極が相
互接続されかつ、電流源8を介して接地された相互に同
一のMOSトランジスタT5,T7により形成された長尾対
回路として基本的に参照される回路である。これらトラ
ンジスタは、増幅器のさらなるトランジスタを補足す
る。電流源回路により形成された長尾対回路の負荷は、
トランジスタT5を持つ第3直列結合に含まれたトラン
ジスタT6と、ダイオードとして配置されかつ、トラン
ジスタT7を持つ第4直列結合に含まれたトランジスタ
8とを有し、トランジスタT6,T8のゲート電極が相
互接続され、ソース電極が相互接続されかつ、電源装置
(図示せず)の正電源端子9に接続される。つけ加える
と、オペアンプ4は、ソース電極が正電源端子9に接続
されかつ、ドレイン電極が増幅回路の出力5を形成する
出力トランジスタT9を有する。
【0046】入力電圧V1により生じた作動電流は、制
御電圧としてトランジスタT5からトランジスタT9にか
けて供給されかつ、出力端子5に増幅された形で提供さ
れる。
【0047】オペアンプ4の使用は、本発明による増幅
回路において、増幅回路を実現するためには不必要な電
圧変動を提供する。増幅回路は、ここでは非常に低い供
給電圧で動作するための配置に優位である。増幅回路の
最適な駆動を実現するために、第2トランジスタT2
ゲート電極で、電流源7上の電圧降下の相殺が、直流電
圧源10から基準電圧が供給される事により、可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による増幅回路の図である。
【図2】図1に示した増幅回路の望ましい実施例を示す
図である。
【符号の説明】
1 電流源 2,3 入力端子 4 オペアンプ 5 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤコブ ヘンドリック ボルト オランダ国 7559 ツェーエム ヘンゲロ ベルグラドストラート 37

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2MOSトランジスタの主電
    源経路の第1直列結合を有するMOS増幅回路であっ
    て、 前記増幅回路の入力が、前記第1トランジスタのゲート
    電極に接続され、 前記増幅回路の出力が、前記第1トランジスタのドレイ
    ン電極に接続され、 前記第2トランジスタのゲート電極が、前記ドレイン電
    極に接続されたMOS増幅回路において、 前記第1直列結合と実質的に同一でかつ、第3及び第4
    MOSトランジスタの主電源経路を含む第2直列結合
    と、 前記第3MOSトランジスタの前記ゲート電極に接続さ
    れた前記増幅回路の他の入力と、 前記第1及び第3MOSトランジスタの前記ソース電極
    が、相互接続されかつ、電流源に接続された前記第1及
    び第3MOSトランジスタのソース電極と、 相互接続された前記第2及び第4MOSトランジスタの
    ドレイン電極と、 作動増幅器に接続された前記第1及び第3MOSトラン
    ジスタのドレイン電極と、 前記増幅回路の出力に接続されかつ、第1及び第2抵抗
    の直列結合を介して前記第2及び第4MOSトランジス
    タの前記ドレイン電極に接続された前記作動増幅器の出
    力とを有し、 前記第1及び第2抵抗の結合点が、前記第4トランジス
    タの前記ゲート電極に接続され、 前記各MOSトランジスタが、相互に実質的に同一であ
    ることを特徴とするMOS増幅回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のMOS増幅回路におい
    て、 前記作動増幅器が、第5及び第6MOSトランジスタの
    主電流経路の第3直列結合と、 前記第3直列結合と実質的に同一でかつ、第7及び第8
    MOSトランジスタの主電流経路を含む第4直列結合
    と、 相互接続されかつ、第2電流源を介して前記第2及び第
    4MOSトランジスタのドレイン電極に接続された前記
    第5及び第7MOSトランジスタのソース電極と、 前記作動増幅器の入力をそれぞれ形成する前記第5及び
    第7MOSトランジスタのゲート電極と、 相互接続されかつ、前記第8トランジスタのドレイン電
    極に接続された前記第6及び第8トランジスタのゲート
    電極とを有し、 ソース電極が前記第6及び第8MOSトランジスタのソ
    ース電極及び電源端子に接続され、ゲート電極が前記第
    6トランジスタの前記ドレイン電極に接続された第9M
    OSトランジスタを有し、 前記第9MOSトランジスタのドレイン電極が、前記増
    幅回路の出力を形成し、 前記第5及び第7MOSトランジスタが、さらなるMO
    Sトランジスタを補足することを特徴とするMOS増幅
    回路。
JP5311208A 1992-11-17 1993-11-17 Mos増幅回路 Pending JPH06216668A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
EP92203520 1992-11-17
NL92203520.9 1992-11-17

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JPH06216668A true JPH06216668A (ja) 1994-08-05

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ID=8211049

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JP5311208A Pending JPH06216668A (ja) 1992-11-17 1993-11-17 Mos増幅回路

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US (1) US5351011A (ja)
JP (1) JPH06216668A (ja)
KR (1) KR100284628B1 (ja)
DE (1) DE69316961T2 (ja)
TW (1) TW233389B (ja)

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DE69316961T2 (de) 1998-08-13
DE69316961D1 (de) 1998-03-19
TW233389B (ja) 1994-11-01
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Effective date: 20021203