JPH07105672B2 - 完全ダブルエンド相補電界効果トランジスタ増幅器 - Google Patents

完全ダブルエンド相補電界効果トランジスタ増幅器

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JPH07105672B2
JPH07105672B2 JP61304042A JP30404286A JPH07105672B2 JP H07105672 B2 JPH07105672 B2 JP H07105672B2 JP 61304042 A JP61304042 A JP 61304042A JP 30404286 A JP30404286 A JP 30404286A JP H07105672 B2 JPH07105672 B2 JP H07105672B2
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JP
Japan
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transistor
cascode
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transistors
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JP61304042A
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JPS62188511A (ja
Inventor
レイノルド サーリ ヴェイコー
Original Assignee
エイ・テイ・アンド・ティ・コーポレーション
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Publication date
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    • 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
    • H03F3/45179Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183Long tailed pairs
    • H03F3/45192Folded cascode stages

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電子増幅器に関連し、詳しくは電界効果トラン
ジスタを用いたモノリチツク完全ダブルエンド演算増幅
器に関連する。
発明の背景 完全ダブルエンド演算増幅器は典型的には入力段とトラ
ンスインピーダンス段とを含み、このトランスインピー
ダンス段が出力段であることが多い。トランスインピー
ダンス段は簡単に言えば一対のシングルエンドトランス
インピーダンス信号分岐であり、この信号分岐は互いに
相等しく、かつそれぞれ入力段からの信号の一方を受信
する。相補型金属−酸化物−半導体(CMOS)技術に用い
られる完全差動モノリチツク演算増幅器の一例がT.C.チ
ヨイらの「通信のための高周波CMOSスイツチト キヤパ
シタ フイルタ」IEEE ジヤーナル オブ ソリツド
ステート サーキツト 第SC−18巻第6号1983年12月号
652−664ページ(“High−Frequency CMOS Switched Ca
pacitor Filters for Communicatioms Application"by
T.C.et al.in IEEE Journal of Solid State Circuits,
Vol.SC−18,No.6,Dec.1983,pp.652−664)に記載されて
いる。そこに記載されている装置においては出力段は2
個の電圧供給ノードの間に接続された相等しいカスコー
ド信号分岐の並列対からできている。
増幅器の効率は信号分岐のための高出力インピーダンス
によつて達成される高オープンループゲインは主に依存
する。これらの特性にはある妥協がある。もし信号分岐
におけるカスコードランジスタが、ゲイン増加のために
幅−長さの割合が比較的小さい伝導チヤネルで作られて
いるのであれば、分岐の出力インピーダンスはそれにと
もなつて減少する。
発明の概要 本発明に従えば、完全ダブルエンドたたみこみ(folde
d)カスコード電界効果トランジスタ増幅器回路の各信
号分岐は第2のカスコードトランジスタを含む。この第
2カスコードトランジスタはソースが第1カスコードト
ランジスタのソースに接続され、ドレインがプルダウン
トランジスタのソースに接続されており、その結果、プ
ルダウントランジスタはカスコードデバイスとして信号
の一部を出力ノードに与える。この構成により、出力ノ
ードに接続されるトランジスタの幅−長さの割合は出力
インピーダンス増加に対して実質的に減少し、一方増幅
器の出力電流駆動能力は維持される。こうして増幅器の
オープンループゲインは増大し、歪みは減少する。
実施例の説明 図面に示す増幅器10はたたみカスコード型の完全差動CM
OS演算増幅器である。増幅器10は差動入力回路12とトラ
ンスインピーダンス出力段14とを含み、これは共に正電
源電圧ノードV+と負電源電圧ノードV−との間に接続さ
れている。増幅器10のトランジスタは全てエンハンスメ
ント型のCMOSデバイスである。そのようなトランジスタ
の接続はその伝導チヤネルの接続、即ちソース−ドレイ
ン路の接続を意味する。制御電極は「ゲート」と呼ばれ
る。トランジスタの大部分の領域と適切な電圧との接続
は当業者には明らかであろうから、不必要かつ混乱を招
きやすい詳述を避けるためここでは説明しない。基準電
圧は信号に対して一定でかつ適切に得られる源により供
給される電圧である。バイアス電圧を与えるためのバイ
アス回路の一例が前掲のチヨイらの文献に開示されてい
る。
入力回路12はN型カスコードトランジスタ20により形成
される電流源にソースをを接続されたN伝導型チヤネル
入力トランジスタ16、18の差動対と、直列接続されたN
型バイアス電流トランジスタ22とを含む。入力トランジ
スタ16及び18のゲートはそれぞれ正及び負の信号入力ノ
ードを形成し、それぞれのドレイン28及び30は出力段14
に信号電流を与える。
出力段14は負及び正の信号分岐32及び34を有し、これら
の分岐はそれぞれの電流路に負信号出力ノード36及び正
信号出力ノード38を有する。
負分岐32において出力ノード36とフイードバツクトラン
ジスタ44のドレインとの間でN型プルダウントランジス
タ40とN型バイアス電流トランジスタ42とがタンデム型
に接続されている。トランジスタ44のソースは負電源電
圧ノードV-に接続され、ゲートは出力ノード36に接続さ
れている。
正電源電圧ノードV+と負出力ノード36との間で電流源ト
ランジスタ48とカスコードトランジスタ50(共にP型)
とがそれぞれタンデム型に接続されている。トランジス
タ48と50の共通ノードはトランジスタ16のドレイン28に
接続されている。この共通ノードは出力段14の入力ノー
ドを構成する。第1カスコードトランジスタ50のソース
とプルダウントランジスタ40のソースとの間に第2のカ
スコードトランジスタ64が接続されている。
正信号分岐34においては、正出力ノード38とN型フイー
ドバツクトランジスタ56のドレインとの間でN型プルダ
ウントランジスタ52とN型バイアス電流トランジスタ54
とがタンデム型に接続されている。トランジスタ56のソ
ースは負電源電圧ノードV-に接続され、ゲートは出力ノ
ード38に接続されている。フイードバツクトランジスタ
44及び56のドレインは、デバイスがコモンモード出力を
有するように互いに接続されている。正電源電圧ノード
V+と正出力ノード36との間でバイアス電流トランジスタ
60とカスコードトランジスタ62(共にPチヤネル)とが
タンデム型に接続されています。トランジスタ60と62の
共通ノードはトランジスタ18のドレイン30に接続されて
いる。この共通ノードは出力段の第2の入力ノードを構
成する。第1カスコードトランジスタ62のソースとプル
ダウントランジスタ52のソースとの間に第2のカスコー
ドトランジスタ66が接続されている。
電流源トランジスタ48及び60のゲートは基準電圧VB1
接続されているが、この電圧VB1は正電源電圧V+より低
い。4個のカスコードトランジスタ50、62、64及び66の
全てのゲートはVB1より低い基準電圧VB2に接続されてい
る。入力回路12の電流源のカスコードトランジスタ20と
プルダウントランジスタ40及び52のゲートはVB2より低
い基準電圧VB3に接続されている。入力回路12の電流源
のバイアス電流トランジスタ22とバイアス電流トランジ
スタ42及び54のゲートはVB3より陽性の低い基準電圧VB4
に接続されている。入力回路12のバイアス電流トランジ
スタ22のソースはフイードバツクトランジスタ44及び56
の共通ドレインノードに接続されている。このようにフ
イードバツクトランジスタ44及び56を接続すると出力電
圧即ち出力ノード36及び38における電圧のコモンモード
成分に比例する電流を供給する電流源が形成される。
一般的な意味における回路10の動作は当業者にはよく理
解されるであろうし、また前掲のチヨイの文献にも記述
されている。分岐32及び34において追加した第2カスコ
ードトランジスタ64及び66は第1カスコードトランジス
タ50及び62と同一である。しかし、4個のカスコードト
ランジスタ50、62、64及び66の全ての伝導チヤネルの幅
−長さの割合は第2カスコードデバイス64及び66がない
とした場合にカスコードデバイス50及び62に対して存在
する値の半分に減少する。従つてドレイン−ソース間抵
抗は2倍になる。プルダウントランジスタ40及び42もそ
の大きさが半分となり、同様にドレイン−ソース間抵抗
が2倍になる。従つてこれらのN型トランジスタ40及び
42はカスコード負荷として作用し、この負荷はP型第2
カスコードトランジスタ64及び66によつて出力ノード36
及び38に送信されたそれぞれの信号電流を選ぶ。これら
の動作はカスコードトランジスタ50、62、64及び66の配
列構成を用いて低い電流密度で行なわれるので、出力イ
ンピーダンスがより高くなる。これにより増幅器10のオ
ープンループゲインが改善される。
回路10の利点は、出力ノードに対する第1カスコードト
ランジスタ50及び62の信号電流送信能力がダブルカスコ
ード対64、40及び62、52のそれと組合わされて、幅−長
さの割合が2倍の時のカスコードトランジスタ50及び62
のみの場合の送信能力と同じになることである。出力段
14の全バイアス電流消費には何の変化もない。しかし、
オープンループゲインは2倍となる。
回路10の他の利点は入力回路12の電流トランジスタ22の
ソースが増幅器10の一次負性バイアス電流源に直接に接
続されていること、即ち、不完全な他の源でなくフイー
ドバツクトランジスタ44及び56の共通ドレインノードに
直結されていることである。これにより入力回路12と出
力段14には共通源からのバイアス電流が与えられる。従
つて入力回路12のバイアス電流におけるノイズが出力段
14のバイアス電流におけるノイズとほぼ完全に関連付け
られ、極めて重要な相殺作用がもたらされる。似たよう
な理由でコモンモード出力電圧エラーも減少する。
N型及びP型デバイスの役割を反対にして本発明の回路
を実行するやり方は当業者には容易であろう。その場合
そのデバイスの構成は回路10の鏡像となる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の好適な実施例に従い、2つの信号分岐を備
えたトランスインピーダンス増幅器出力段を有する完全
ダブルエンドCMOS増幅器を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 差動入力回路……12、トランスインピーダンス段……14 第1信号出力分岐……32、第2信号出力分岐……34 第1基準電圧ノード……VB1、電流源トランジスタ48、6
0 第2基準電圧ノード……VB2、カスコードランジスタ…
…50、62 第1極性の電源電圧ノード……V+、信号出力ノード……
36、38 第3基準電圧ノード……VB3、ブルダウントランジスタ
……40、52 第4基準電圧ノード……VB4、バイアス電流トランジス
タ……42、54 第2極性の電源電圧ノード……V-、フイードバツクトラ
ンジスタ……44、56 第2カスコードトランジスタ……64、66

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】差動入力回路とたたみこみカスコードトラ
    ンスインピーダンス段とを含む完全ダブルエンド相補電
    界効果トランジスタ増幅器回路であつて、該トランスイ
    ンピーダンス段は第1及び第2の信号出力分岐を含み、
    各分岐は、 制御電極が第1基準電圧ノードに接続された電流源トラ
    ンジスタと、制御電極が第2基準電圧ノードに接続され
    たカスコードトランジスタとを含み、これらのトランジ
    スタは第1極性の電源電圧ノードと信号出力ノードとの
    間でそれぞれタンデム接続された第1伝導型の伝導チヤ
    ネルを有しており、 さらに各分岐は、 制御電極が第3基準電圧ノードに接続されたプルダウン
    トランジスタと、制御電極が第4基準電圧ノードに接続
    されたバイアス電流トランジスタとを含み、これらのト
    ランジスタはソースが第2極性の電源電圧ノードに接続
    されゲートが該信号出力ノードに接続されたフイードバ
    ツクトランジスタのドレインと該信号出力ノードとの間
    でそれぞれタンデム接続された第2伝導型の伝導チヤネ
    ルを有しており、 該第1伝導型の伝導チヤネルを有し、ソースが該第1カ
    スコードトランジスタのソースに接続され、ドレインが
    該プルダウントランジスタのソースに接続され、制御電
    極が該第2基準電圧ノードに接続された第2カスコード
    トランジスタをさらに含むことを特徴とする完全ダブル
    エンド相補電界効果トランジスタ増幅器。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の増幅器におい
    て、 該第1及び第2カスコードトランジスタは同一のデバイ
    ス形状を有することを特徴とする完全ダブルエンド相補
    電界効果トランジスタ増幅器。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項記載の増幅器におい
    て、 該入力回路は一方で第1及び第2の入力トランジスタの
    ソースに接続され、他方で該出力信号分岐の該フイード
    バツクトランジスタのドレインに接続された電流源を含
    むことを特徴とする完全ダブルエンド相補電界効果トラ
    ンジスタ増幅器。
JP61304042A 1985-12-27 1986-12-22 完全ダブルエンド相補電界効果トランジスタ増幅器 Expired - Lifetime JPH07105672B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US814198 1985-12-27
US06/814,198 US4658219A (en) 1985-12-27 1985-12-27 Folded cascode field-effect transistor amplifier with increased gain

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62188511A JPS62188511A (ja) 1987-08-18
JPH07105672B2 true JPH07105672B2 (ja) 1995-11-13

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ID=25214408

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61304042A Expired - Lifetime JPH07105672B2 (ja) 1985-12-27 1986-12-22 完全ダブルエンド相補電界効果トランジスタ増幅器

Country Status (7)

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US (1) US4658219A (ja)
EP (1) EP0228215B1 (ja)
JP (1) JPH07105672B2 (ja)
CA (1) CA1238695A (ja)
DE (1) DE3673509D1 (ja)
ES (1) ES2016262B3 (ja)
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