JPH08293742A - 電流増幅器 - Google Patents

電流増幅器

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JPH08293742A
JPH08293742A JP8086405A JP8640596A JPH08293742A JP H08293742 A JPH08293742 A JP H08293742A JP 8086405 A JP8086405 A JP 8086405A JP 8640596 A JP8640596 A JP 8640596A JP H08293742 A JPH08293742 A JP H08293742A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非常に低い入力インピーダンスを有する電流
増幅器を提供する。 【解決手段】 電流増幅器（１３）は、増幅器の入力の
電圧を固定するためのカスコードトランジスタ（ＭＰ
１）と、入力と第１の電源電圧との間に接続された第１
の定電流源（１６）と、第２の電源電圧とカスコードト
ランジスタ（ＭＰ１）との間に接続された、第１の電流
源（１６）より低い電流を与えるための第２の定電流源
（１４）と、入力と第２の電源電圧との間に接続され、
かつカスコードトランジスタと第２の電流源との間のノ
ードによって制御された、カスコードトランジスタ（Ｍ
Ｐ１）とは異なるタイプの第２のトランジスタ（ＭＮ
１）と、第２の電源電圧に接続されかつノードによって
制御された、第２のトランジスタ（ＭＮ１）と同じタイ
プの出力トランジスタ（ＭＮ２）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】この発明は、電流増幅器に関し、より特
定的には、大きい帯域幅で低電流を増幅するための増幅
器に関する。
【０００２】
【発明の背景】図１は、従来のアプリケーションにおけ
るそのような電流増幅器を表わす。増幅されるべき電流
ｉは、電源電圧Ｖｃｃに接続されたフォトダイオードＤ
を介して増幅器の入力Ａに与えられる。たとえば、フォ
トダイオードＤがコンパクトディスク（ＣＤ）読出ヘッ
ド２において用いられるとき、光強度における変化、つ
まりフォトダイオードＤの電流における変化は非常に小
さい。電流ｉの最大値はおよそ３μＡである。さらに、
電流ｉはおよそ１．５ＭＨｚの周波数で変化し得る。
【０００３】寄生容量Ｃｐ１は、増幅器１０の入力Ａと
接地ＧＮＤとの間にあり、寄生容量Ｃｐ２は、入力Ａと
電源電圧Ｖｃｃとの間にある。これらの２つの寄生容量
Ｃｐ１およびＣｐ２により、増幅器１０の帯域幅がかな
り低減され、電源電圧からのノイズが入力に入ってしま
う。これらの欠点を回避するために、増幅器１０の入力
インピーダンスは低減されるか、または言い換えれば、
入力の電圧はできるだけ安定していなければならない。
【０００４】図２は、満足のいく性能をＣＤ読出ヘッド
２のフォトダイオードＤに与える例示的な従来の電流増
幅器を表わす。
【０００５】実際、電流増幅器１０は、バイポーラトラ
ンジスタを有するカレントミラーである。ＮＰＮトラン
ジスタＱ１は、カレントミラーの入力トランジスタを形
成する。トランジスタＱ１のエミッタは、接地ＧＮＤに
接続され、そのベースおよびコレクタはフォトダイオー
ドＤから、増幅すべき電流ｉを受取る。さらに、フォト
ダイオードＤと並列に接続された、定電流源１２は、バ
イアス電流Ｉを与える。カレントミラーの出力トランジ
スタを形成するＮＰＮトランジスタＱ２は、並列にその
ベースおよびエミッタによってトランジスタＱ１に接続
される。増幅器の出力電流は、トランジスタＱ２のコレ
クタから引出される。トランジスタＱ１およびＱ２のエ
ミッタ面積は、括弧内に示されている。トランジスタＱ
１は面積１を有し、トランジスタＱ２は面積ｎを有す
る。このため、フォトダイオードＤにおける電流ｉは、
トランジスタＱ２のコレクタにおいてファクタｎだけ増
幅される。
【０００６】バイポーラトランジスタから形成されたそ
のような電流増幅器は、およそ１ｋΩの入力インピーダ
ンスを有し、これは、寄生容量が比較的低い通常の場合
にはおよそ１．５ＭＨｚの帯域幅でおよそ３μＡの電流
を増幅するには十分である。
【０００７】特にＣＤのためのフォトダイオードＤによ
って与えられた信号を処理するためのデジタル回路は一
般的に、ＣＭＯＳ技術において実現され、この技術は安
価でデジタル処理に十分に適合する。
【０００８】ＣＭＯＳ技術において実現されたカレント
ミラーの性能は、大きい帯域幅で低電流を増幅するには
不十分である。このため、ＣＤプレーヤーでは、読取ヘ
ッドのフォトダイオードの電流増幅器はバイポーラ技術
において実現され、それを信号処理回路と同じ回路の中
で統合することはできない。
【０００９】
【発明の概要】この発明の目的は、非常に低い入力イン
ピーダンスを有する電流増幅器を提供することである。
【００１０】この発明の他の目的は、ＣＭＯＳ技術にお
いてそのような電流増幅器を実現することである。
【００１１】これらの目的は、増幅器の入力の電圧を固
定するためのカスコードトランジスタと、入力と第１の
電源電圧との間に接続された第１の定電流源と、第２の
電源電圧とカスコードトランジスタとの間に接続され
た、第１の電流源よりも小さい電流を与えるための第２
の定電流源と、入力と第２の電源電圧との間に接続さ
れ、かつカスコードトランジスタと第２の電流源との間
のノードによって制御された、カスコードトランジスタ
とは異なったタイプの第２のトランジスタと、第２の電
源電圧に接続されかつノードによって制御された、第２
のトランジスタと同じタイプの出力トランジスタとを含
む、電流増幅器を用いて達成される。
【００１２】この発明の実施例に従えば、第１の定電流
源および第２の定電流源は、カレントミラー回路を介し
て接続されたトランジスタによって形成される。
【００１３】この発明の実施例に従えば、トランジスタ
はＭＯＳトランジスタである。この発明の実施例に従え
ば、増幅器の入力電流は、フォトダイオードによって与
えられる。
【００１４】この発明の実施例に従えば、フォトダイオ
ードはＣＤ読出ヘッドの中で用いられ、増幅器は、ＣＤ
信号を処理するための回路と統合される。
【００１５】この発明の前掲の目的および他の目的、特
徴、局面、ならびに利点は、添付図面と関連付けられる
ときこの発明の以下の詳しい説明から明らかになるであ
ろう。
【００１６】
【詳しい説明】この発明は、図３の概略図の中で示され
た電流増幅器１３において実現される。増幅されるべき
電流ｉは、Ａにおいて、そのソースが接地ＧＮＤに接続
されたＮチャネル ＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレイ
ンに与えられる。トランジスタＭＮ１のゲートは、電流
Ｉをシンクする定電流源１４を介して接地ＧＮＤに接続
される。カスコードトランジスタを形成するＰチャネル
ＭＯＳトランジスタＭＰ１は、そのソースおよびドレ
インによって、トランジスタＭＮ１のドレインおよびゲ
ートそれぞれに接続される。トランジスタＭＰ１のゲー
トは、固定された電圧Ｖｃを受取る。定電流源１６は、
トランジスタＭＰ１のソースを、固定された電圧Ｖｃよ
り高い高電源電圧Ｖｃｃに結合する。電流源１６は、た
とえば電流源１４の電流よりも高い、たとえば２Ｉに等
しい電流を与える。ＮチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ
２は、並列にそのゲートおよびソースによってトランジ
スタＭＮ１に接続される。増幅器の出力電流は、トラン
ジスタＭＮ２のドレインから引出される。
【００１７】電流源１４は、電流Ｉを電流源１６からト
ランジスタＭＰ１を介して引出し、電流源１６の過電流
（Ｉ）はトランジスタＭＮ１だけを介して流れ得る。電
流源１４にかかる電圧（すなわち、トランジスタＭＮ１
のゲート−ソース電圧）は、トランジスタＭＮ１が過電
流Ｉを吸収するような値になる。トランジスタＭＮ２
は、トランジスタＭＮ１と同じ条件で動作するので、ト
ランジスタＮＭ２はトランジスタＮＭ１の電流をそのド
レインにおいて複製する。もちろん、この複製は、トラ
ンジスタＭＮ２とＭＮ１との間の、チャネル幅対長さの
比に等しい乗算ファクタｎで達成される。
【００１８】図３ないし５は、ダイオードＤを用いるＣ
Ｄ読出ヘッド２の電流ｉの生成を示している。しかしな
がら、当業者は、他の従来の手段によっても電流ｉを生
成できることを認めるであろう。このように、この発明
は、ＣＤ読出ヘッド２からの信号の電流増幅に制限され
ない。電流ｉが入力Ａに入るとき、電圧Ｖｃは固定され
ているのでトランジスタＭＰ１のゲート−ソース電圧は
増大する傾向にある。このため、トランジスタＭＰ１
は、より導電性になる。トランジスタＭＰ１のドレイン
電流Ｉは一定であるので、電流源１４にかかる電圧は増
大する。この増大した電圧により、トランジスタＭＮ１
は入力電流ｉを吸収するようにより導電性になり、これ
によって、入力Ａにおける電圧は実質的にその初期値に
回復する。トランジスタＭＮ２はなおもトランジスタＭ
Ｎ１の電流を複製し、それによって電流ｎ（Ｉ＋ｉ）を
シンクする。
【００１９】この発明に従った電流増幅器の入力インピ
ーダンスを測定すると、およそ１００Ｗであった。
【００２０】図４は、この発明に従った電流増幅器１３
の詳しい実施例を表わす。図３における要素と同様の要
素には同じ参照符号が示されている。電流源１６は、Ｐ
チャネルＭＯＳトランジスタ１６によって形成され、そ
のソースは電源電圧Ｖｃｃに接続され、そのドレインは
電流２Ｉを与える。トランジスタ１６のゲートはバイア
ス電圧Ｖｂを受取る。バイアス電圧Ｖｂはまた、それら
のゲートおよびソースによって並列にトランジスタ１６
と接続された２つの他のＰチャネルＭＯＳトランジスタ
ＭＰ２およびＭＰ３のゲートに印加される。トランジス
タ１６、ＭＰ２および、ＭＰ３のチャネル幅対長さの比
はそれぞれ、２、１、およびｎであり、それぞれ電流２
Ｉ、Ｉ、およびｎＩを与えるようにする。
【００２１】トランジスタＭＰ２によって与えられた電
流Ｉは、そのソースが接地ＧＮＤに接続されたＮチャネ
ルＭＯＳトランジスタＭＮ３のドレインおよびゲートに
流れる。トランジスタＭＮ３は、出力が電流源１４を構
成するカレントミラーの入力トランジスタである。この
出力は、そのゲートおよびソースによって、並列にトラ
ンジスタＭＮ３と接続された、ＮチャネルＭＯＳトラン
ジスタ１４を含む。
【００２２】トランジスタＭＮ３および１４が同じ条件
で動作するために、トランジスタＭＮ３は、カスコード
トランジスタＭＰ１と同様に、そのゲートで電圧Ｖｃを
受取るＰチャネルカスコードトランジスタＭＰ４を介し
てトランジスタＭＰ２に結合される。
【００２３】トランジスタＭＮ２のドレインはトランジ
スタＭＰ３から電流ｎＩを受取り、それによって、電流
増幅器は、増幅された電流ｎｉだけをトランジスタＭＮ
２のドレインを介して引出すようになる。
【００２４】図５は、電流増幅器１３がＣＤドライブ２
０に組入れられたものを示す機能的ブロック図である。
フォトダイオードＤ（図４を参照）を含むＣＤ読出ヘッ
ド２は、電流増幅器１３に結合される。電流増幅器１３
の出力は、デジタル信号処理回路２２に結合され、デジ
タル信号処理回路２２は従来の態様で信号を処理する。
ＣＤドライブ２０は、ランダムアクセスメモリ２４を含
み、ランダムアクセスメモリ２４は、デジタル信号処理
回路２２に一時的なデータ記憶を与える。デジタル出力
線２６は、デジタル信号処理回路２２からの直接デジタ
ルデータ出力を与える。代替的には、データはデジタル
バッファ２８に与えられてもよく、デジタルバッファ２
８は次にデジタル−アナログ変換器３０に結合され、ア
ナログ出力３２を生成する。
【００２５】ＣＤドライブ２０はまた、制御信号３６を
サーボモータ３８に与えるためにサーボ信号処理回路３
４を含む。サーボモータ３８は機械的にＣＤ読出ヘッド
２に結合され、ＣＤ読出ヘッドをＣＤ（図示せず）の近
くに位置付けるために用いられる。スピンドルモータ４
０はＣＤ（図示せず）がＣＤドライブ２０内で回転する
ことを引起こす。スピンドルモータ４０およびＣＤドラ
イブ２０の他の構成要素は、システム制御回路４２によ
って制御される。電流増幅器１３の動作的な詳細が上述
データ与えられている。ＣＤドライブ２０の動作的な詳
細は、当業者に周知であり、ここでは述べる必要はな
い。
【００２６】この発明に従った電流増幅器１３は、ＣＭ
ＯＳ技術において有利に実現され、これにより、特にＣ
Ｄ読出ヘッドのフォトダイオードからの信号用のデジタ
ル信号処理回路との統合が可能になる。しかしながら、
他のアプリケーションに関して、この発明に従った電流
増幅器をバイポーラ技術においても実現することができ
る。
【００２７】この発明の少なくとも１つの例示的実施例
をこのように述べてきたが、さまざまな変更、変形およ
び改良が当業者に容易に思いつくであろう。そのような
変更、変形、および改良はこの発明の精神および範囲内
にあることが意図されている。したがって、前掲の説明
は単なる例であって、限定するようには意図されていな
い。この発明は前掲の特許請求の範囲およびその均等物
に規定されるようにだけ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電流増幅器の従来のアプリケーションを表わす
図である。
【図２】電流増幅器の従来のバイポーラ構造を表わす図
である。
【図３】ＣＭＯＳ技術において実現することができるこ
の発明に従った電流増幅器の実施例を表わす図である。
【図４】この発明に従った電流増幅器の詳しい実施例を
表わす図である。
【図５】前置増幅器に図３の電流増幅器が用いられるＣ
Ｄシステムの機能的ブロック図である。
【符号の説明】
ＭＰ１ カスコードトランジスタ １４ 定電流源 １６ 定電流源 ＭＮ１ トランジスタ ＭＮ２ トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルノ・ボンウル フランス国、38100 グルノーブル、ア レ・デュ・パルク・ジョルジュ・ポンピド ゥ、９、レジダンス・レ・シュバリエール (72)発明者 フレデリク・ペラルド フランス国、38000 グルノーブル、アベ ニュ・ドゥ・バルミ、３

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電流増幅器であって、 前記増幅器の入力（Ａ）の電圧を固定するためのカスコ
    ードトランジスタ（ＭＰ１）と、 前記入力と第１の電源電圧（Ｖｃｃ）との間に接続され
    た第１の定電流源（１６）と、 第２の電源電圧（ＧＮＤ）と前記カスコードトランジス
    タとの間に接続された、前記第１の電流源より低い電流
    を与えるための第２の定電流源（１４）と、 前記入力と前記第２の電源電圧との間に接続されかつ前
    記カスコードトランジスタと前記第２の電流源との間の
    ノードによって制御された、前記カスコードトランジス
    タとは異なるタイプの第２のトランジスタ（ＭＮ１）
    と、 前記第２の電源電圧に接続されかつ前記ノードによって
    制御された、前記第２のトランジスタと同じタイプの出
    力トランジスタとを含む、電流増幅器。
  2. 【請求項２】 前記第１の定電流源および前記第２の定
    電流源は、カレントミラー回路（ＭＮ２、ＭＮ３）を介
    して接続されたトランジスタ（１６、１４）によって形
    成される、請求項１に記載の電流増幅器。
  3. 【請求項３】 前記トランジスタはＭＯＳトランジスタ
    である、請求項１および２に記載の電流増幅器。
  4. 【請求項４】 前記増幅器の入力電流は、フォトダイオ
    ード（Ｄ）によって与えられる、請求項３に記載の電流
    増幅器。
  5. 【請求項５】 前記フォトダイオードは、ＣＤ読出ヘッ
    ドにおいて用いられ、前記増幅器は、前記ＣＤ信号を処
    理するための回路と統合される、請求項４に記載の電流
    増幅器。
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