JPH10163766A - 差動増幅器 - Google Patents

差動増幅器

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JPH10163766A
JPH10163766A JP8313765A JP31376596A JPH10163766A JP H10163766 A JPH10163766 A JP H10163766A JP 8313765 A JP8313765 A JP 8313765A JP 31376596 A JP31376596 A JP 31376596A JP H10163766 A JPH10163766 A JP H10163766A
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美代 宮下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シングルエンド入力を行う差動増幅器におい
て、差動入力時に近い利得を得ること。 【解決手段】 入力信号Dが入力される第1のレベルシ
フト回路1の出力を、一定の電圧VRが入力される第2
のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲートに入力
するバイアス回路16を設け、第2のレベルシフト回路
2の出力に常に入力信号Dと逆位相の波形を有する信号
が出力されるようする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は差動増幅器に関
し、特にその動作周波数が数GHz以上におよぶ広範囲
にわたって、十分な電圧利得が得られるシングルエンド
入力インターフェースにて使用されるのに適した差動増
幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図14は、例えば、“Bipolar and MOS
Analog Integrated Circuit design”(ALAN B.GREBENE
著)に記載された従来の入力インターフェースを有する
差動増幅器を示す回路図であり、図において、1は入力
信号DのDC電位を一定のレベルに降下させるための第
1のレベルシフト回路、2は入力リファレンス電圧VR
を第1のレベルシフト回路1と同じだけ電圧降下させる
ための第2のレベルシフト回路、3は、前記第1および
第2のレベルシフト回路1,2に直接あるいはカスケー
ド接続され図示しないさらなるレベルシフト回路を介し
て後段に接続された差動増幅器である。
【0003】また、上記第1のレベルシフト回路1にお
いて、入力信号Dは、ソースフォロア電界効果トランジ
スタ(以下、FETと記す)4のゲート端子から入力さ
れる。そして入力信号Dは、そのアノード電極が前記F
ET4のソース電極に接続された一個あるいは複数個の
ダイオードが直列に接続されてなるレベルシフト用ダイ
オード6が定電流源FET5により供給される電流によ
って発生する順方向電圧分だけそのDC電位が降下す
る。例えば上記ダイオードとしてGaAsショットキー
ダイオードを用いた場合、ダイオード1個分のレベルシ
フト量は0.6V程度となる。上記第2のレベルシフト
回路2についても同様に、入力リファレンス電圧VR は
ソースフォロアFET7のゲート端子に入力され、レベ
ルシフト用ダイオード8を介してその電位が降下した
後、出力される。9は上記第2のレベルシフト回路2の
定電流源である。
【0004】また、上記差動増幅器3において、10お
よび11はソース結合トランジスタ対を構成するFET
であり、FET10のゲートには高周波信号が入力さ
れ、また、FET11のゲートにはDC電位が供給され
るようになっている。12はレベルシフト用ダイオード
であり、出力信号のDCレベルをさげる役割を果たして
いる。13および14は各々上記FET10及びFET
11のドレインに直列接続された負荷抵抗である。ま
た、15は上記ソース結合トランジスタ対を構成するF
ET10,11のソースに接続された定電流源である。
【0005】次に上記差動増幅器3の動作について、図
15(a) に示される信号波形図を用いて説明する。ある
時間Tarb において、図中実線で示すデータ信号V1
【0006】
【数1】
【0007】がFET10のゲート電極に入力され、F
ET11の端子には図中点線で示す位相反転信号V2
【0008】
【数2】
【0009】が入力されている。そして、差動増幅器3
の2つの入力に共通に含まれる同相成分Vcom 及び差動
成分Vdif を次のように定義する。
【0010】
【数3】
【0011】これらを用いると差動増幅器3の入力信号
は以下の様に書き換えられる。
【0012】
【数4】
【0013】差動増幅器3の差動利得をAdとし、同相
利得をAcとすると、FET10と負荷抵抗13との接
続点である出力OUT での出力電位VOUT と、FET11
と負荷抵抗14との接続点である出力/OUTでの出力電位
V/OUTは以下のように表される。
【0014】
【数5】
【0015】2つの出力端での電位差△VOUT を出力と
すると、
【0016】
【数6】
【0017】となり、差動成分の利得のみを取り出すこ
とができる。次に、差動増幅器3において、図15(b)
で表されるようなシングルエンド入力をしたときの動作
について説明する。シングルエンド入力の場合、FET
11のゲート端子にはDC電位V2 =VD (図中点線)
が与えられる。同相成分Vcom 及び差動成分Vdif はお
のおの、
【0018】
【数7】
【0019】で表され、また各出力端での出力電圧は、
【0020】
【数8】
【0021】この時電位差△VOUT は、
【0022】
【数9】
【0023】となる。従って、シングルエンド入力の時
の利得は、入力信号V1の振幅VD _PPと電位差△VOU
T との関係で考えると、差動入力時の1/2になること
がわかる。図16は上記シングルエンド入力時のレベル
シフト回路1,2の入力波形(図16(a) )、及び出力
波形(図16(b) )と、差動増幅器3の出力波形(図1
6(c))との関係を時間軸を基準として見たときの図で
ある。図16(b) から分かるように、シングルエンド入
力では、第2のレベルシフト回路2の出力はその入力V
R が一定電位であるために、これを反映してフラットな
波形となっている。
【0024】ところで、近年の光通信においては長距離
・大容量化が進んでおり、これに用いられる光送受信器
に対しては高速・高感度化が要求されている。光送受信
器は広帯域増幅器や、入力信号のH,Lレベルを区別す
るための識別器や、レーザダイオードを駆動するための
ドライバなどで構成される。これらの回路は、Gbps以
上の伝送速度が要求される場合、高速化に有利な差動増
幅器(または、ソース結合型FETロジック:SCF
L)で構成されている場合が多い。例えば、識別器にお
いて入力感度を向上させたい場合、差動増幅器で構成さ
れる入力バッファの利得(差動利得Ad )を上げる必要
がある。入力バッファへの入力方法は、差動増幅器の2
つの入力端子に差動(データ信号とその位相反転信号)
の信号を入力する場合、2入力間の位相差を精密に合わ
せる必要があり、そのために信号源と回路の入力との間
を結ぶ配線の長さを調節したり、あるいは入力端子の一
方側に位相調整用の回路を追加することになり、システ
ム設計が複雑になるため、シングルエンド入力が一般的
である。従って、利得を上げたいにもかかわらず、シン
グルエンド入力を行っているために利得を半分損してい
ることになる。
【0025】詳述すると、差動増幅器3において、差動
利得Ad はソース結合FET10,11のトランスコン
ダクタンスgmと負荷抵抗13,14の抵抗値に比例し
ている。したがって、利得を上げるためにはトランスコ
ンダクタンスgmあるいは抵抗値、またはその両方を大
きくすればよい。しかしながら、ゲート長が決まってい
るFETを使用する場合、トランスコンダクタンスgm
を大きくするためにはFETのゲート幅を大きくしなけ
ればならないので、FETのゲート・ソース間あるいは
ゲート・ドレイン間の容量の増加を招く。一方、負荷抵
抗値を大きくすると、出力端に接続される負荷の寄生容
量、たとえば次段である出力OUT 、/OUTに接続されたF
ETの入力容量等とのCR時定数が増加する。
【0026】結果として、トランスコンダクタンスgm
あるいは抵抗値の増加は、入力バッファが使用される帯
域において所期の利得が得られる帯域が狭まり、いわゆ
る帯域劣化の原因となる。すなわち図17に示すよう
に、通常、周波数fの領域まで所期の利得が得られてい
たものが、周波数fよりも低い周波数f′までの領域で
しか得られなくなる。また、高利得化のために、増幅器
(入力バッファ)の段数を増やす場合、上述したよう
に、帯域劣化による影響が前段の増幅器から後段の増幅
器へ信号が伝送されるに従って加算され、一層帯域劣化
が促進されたり、また、消費電流増加の原因となる。以
上のことから、10Gbps以上の光通信システムの光
送受信器に差動増幅器を適用し、該差動増幅器を構成す
るソース結合FETのトランスコンダクタンスgmや、
ソース結合FETに直列接続される抵抗の抵抗値を増加
させることで、高利得化を図ることは困難であるという
問題があった。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】従来の差動増幅器は以
上のように構成されており、シングルエンド入力を行う
場合には、差動入力時の半分以下の利得しか得られない
という問題点があった。
【0028】本発明は上記問題を解決するためになされ
たもので、シングルエンド入力を行う場合にも十分な利
得を得ることができる差動増幅器を提供することを目的
とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る差動増幅器は、第1の入力信号と第2の入力信号とを
独立的に入力して第1の入力信号と第2の入力信号との
差電圧を増幅する差動増幅器において、データ信号を上
記第1の入力信号として外部より入力される第1のソー
スフォロア回路と、一定電位の信号が上記第2の入力信
号として入力される第2のソースフォロア回路と、上記
第1のソースフォロア回路の任意の接続点より上記デー
タ信号と同位相の信号を取り出し、これを上記第2のソ
ースフォロア回路の電流源FETのゲート端子に入力す
るバイアス回路とを備えたものである。
【0030】また、この発明の請求項2に係る差動増幅
器は、上記請求項1記載の差動増幅器において、上記バ
イアス回路を、上記第1のソースフォロア回路から上記
データ信号と同位相の信号を取り出す点と上記第2のソ
ースフォロア回路の定電流源FETのゲート端子間を結
合するバイパスコンデンサと、上記第2のソースフォロ
ア回路電流源FETのゲートバイアスを与えるバイアス
抵抗とを用いて構成したものである。
【0031】また、この発明の請求項3に係る差動増幅
器は、上記請求項1記載の差動増幅器において、上記バ
イアス回路を、上記第1のソースフォロア回路から上記
データ信号と同位相の信号を取り出す点と上記第2のソ
ースフォロア回路の定電流源FETのゲート端子間を結
合する逆バイアス状態のダイオードと、上記第2のソー
スフォロア回路電流源FETのゲートバイアスを与える
バイアス抵抗とを用いて構成したものである。
【0032】また、この発明の請求項4に係る差動増幅
器は、上記請求項2記載の差動増幅器において、上記バ
イアス抵抗と直列にインダクタを挿入して設け、上記第
2のソースフォロア回路電流源FETの入力容量による
位相遅れを補償するようにしたものである。
【0033】また、この発明の請求項5に係る差動増幅
器は、上記請求項2記載の差動増幅器において、上記バ
イパスコンデンサと並列に抵抗を挿入して設け、上記バ
イパス回路を構成するバイパスコンデンサによる位相進
みを補償するようにしたものである。
【0034】また、この発明の請求項6に係る差動増幅
器は、上記請求項1記載の差動増幅器において、上記バ
イアス回路を、上記第1のソースフォロア回路から上記
データ信号と同位相の信号を取り出す点と上記第2のソ
ースフォロア回路の定電流源FETのゲート端子間を結
合するバイパス抵抗と、上記第2のソースフォロア回路
電流源FETのゲートバイアスを与えるバイアス抵抗と
を用いて構成したものである。
【0035】また、この発明の請求項7に係る差動増幅
器は、上記請求項5記載の差動増幅器において、上記上
記第2のソースフォロア回路電流源FETのゲートバイ
アスを与えるバイアス抵抗と並列にコンデンサを接続
し、上記第2のソースフォロア回路電流源FETの入力
容量を増大させるようにしたものである。
【0036】また、この発明の請求項8に係る差動増幅
器は、上記請求項7記載の差動増幅器において、上記コ
ンデンサとして可変容量コンデンサを用いるようにした
ものである。
【0037】また、この発明の請求項9に係る差動増幅
器は、上記請求項8記載の差動増幅器において、上記可
変容量コンデンサを、その上地電極が複数に分割され、
それぞれの分割された上地電極が配線により結合されて
なるMIMキャパシタで構成したものである。
【0038】また、この発明の請求項10に係る差動増
幅器は、上記請求項8記載の差動増幅器において、上記
可変容量コンデンサをダイオードを用いて構成したもの
である。
【0039】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.図1は本発明の実施の形態1による差動
増幅器の構成を示す図である。図1において、図12と
同一符号は同一または相当部分を示し、16は第1のレ
ベルシフト回路から信号を取り出し、これを第2のレベ
ルシフト回路2の電流源FET9のゲート端子に入力す
るためのバイアス回路である。このバイアス回路16に
よって、第2のレベルシフト回路2の電流源FET9の
ゲート端子に、入力信号と同位相の信号が入力されると
第2のレベルシフト回路2の電流源の電流が変化するよ
うに構成されている。上記バイアス回路16は、第1の
レベルシフト回路1の出力がバイパスコンデンサ17に
入力され、ここで高周波のみが取り出され、電流源FE
T9のゲートに向けて出力されるように構成されてい
る。また、バイパスコンデンサ17と電流源FET9の
ゲートとの間には、電流源FET9のゲートバイアスを
補償するためのゲートバイアス用抵抗18が設けられて
いる。
【0040】図2は、上記図1に示した構成の差動増幅
器をIC化したときのソースフォロア回路1,2、及び
バイアス回路16で構成される入力位相反転機能つき入
力インターフェース回路のパターンレイアウトを示す図
である。この図2ではバイパスコンデンサとしてMIM
(Metal Insulator Metal )を用いている。
【0041】次に動作について説明する。入力信号Dが
Highレベルの時は、第2のレベルシフト回路2を構
成する電流源FET9のゲート電圧が上昇してその電流
が増加する。同時に、ソースフォロアFET7に流れる
電流も増加するが、そのゲート電圧が一定レベルVR に
固定されているので、そのソース電位は降下する。逆
に、上記入力信号DがLowレベルのときは、第2のレ
ベルシフト回路2を構成する電流源FET9のゲート電
圧が下がり、その電流は減少する。これに応じて、ソー
スフォロアFET7のソース電位は上昇する。
【0042】本バイアス回路16を用いた場合、第2の
レベルシフト回路2を構成する電流源FET9のゲート
電位はVSSを中心に変化するため、DC成分を呈する出
力レベルは第1および第2のレベルシフト回路1,2共
に等しく、RF成分に関して第2のレベルシフト回路2
からの出力信号は、第1のレベルシフト回路1の出力信
号の逆位相となり、上記第1及び第2のレベルシフト回
路1,2の出力が後段の差動増幅器3の2つの入力端子
に入力されるときには、あたかも差動入力のようにな
り、従って差動増幅器としての利得が向上することにな
る。
【0043】図3は本実施の形態1において、シングル
エンド入力時のレベルシフト回路1,2の入力波形(図
3(a) )、及び出力波形(図3(b) )と、差動増幅器3
の出力波形(図3(c) )との関係を時間軸を基準として
見たときの図である。図3(b) から分かるように、シン
グルエンド入力では、第2のレベルシフト回路2の出力
はその入力VR が一定電位であるが、バイアス回路16
によって、第1のレベルシフト回路1から取り出された
出力がその電流源FET9に入力される構成となってい
るため、これを反映して、第1のレベルシフト回路1の
出力を反転した形状に近い形状の波形となっている。
【0044】また、図4は本実施の形態1による差動増
幅器を用いてシングルエンド入力したときの周波数と利
得との関係を示すシミュレーション結果を示す図であ
り、この図から、従来の差動増幅器を用いてシングルエ
ンド入力したときに比べて、高い利得が得られているこ
とが分かる。
【0045】このように本実施の形態1によれば、入力
信号Dが入力される第1のレベルシフト回路1の出力
を、一定の電圧VRが入力される第2のレベルシフト回
路2の電流源FET9のゲートに入力するバイアス回路
16を設けたので、第2のレベルシフト回路2の出力に
は一定電圧ではなく、常に入力信号Dと逆位相の波形を
有する信号が出力されるようになる。そして、上記第1
および第2のレベルシフト回路1,2の出力を、直接あ
るいは他のレベルシフト回路を介して後段の差動増幅器
3の2つの入力端子に入力するように構成することによ
り、差動増幅器3はあたかも差動入力が行われたときの
ように動作し、シングルエンド入力時よりも大きな利得
が得られるようになる。
【0046】実施の形態2.図5は本実施の形態2によ
る差動増幅器の構成を示す図である。図5において、図
1と同一符号は同一または相当部分を示し、161は第
1のレベルシフト回路から信号を取り出し、これを第2
のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲート端子に
入力するためのバイアス回路である。
【0047】本実施の形態2においては、上記実施の形
態1におけるバイアス回路16を構成するバイパスコン
デンサ17に代えてダイオード19を用いるようにした
点が特徴である。
【0048】すなわち、19は図1に示したバイパス回
路16を構成するバイパスコンデンサ17の代わりに用
いられた逆方向バイアス状態のダイオードである。逆方
向バイアス状態のダイオード19の等価回路は、抵抗成
分と容量成分の直列接続で表され、従って回路の動作と
しては上記実施の形態1と同様な動作を行うことにな
る。
【0049】本実施の形態2では、上記ダイオード19
として、例えば、FETのショットキー特性を利用し
た、いわゆるショットキーダイオードを用いることによ
り、上記実施の形態1のように、MIMキャパシタを用
いた場合に比べてMIM工程が不要になるためプロセス
の工程数を削減することができ、また、パターンレイア
ウト上においてもその占有面積を小さいものとすること
ができ、集積化に有利である。
【0050】実施の形態3.図6は本実施の形態3によ
る差動増幅器の構成を示す図である。図6において、図
1と同一符号は同一または相当部分を示し、162は第
1のレベルシフト回路から信号を取り出し、これを第2
のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲート端子に
入力するためのバイアス回路である。
【0051】本実施の形態3においては、上記実施の形
態1におけるバイアス回路16を構成するゲートバイア
ス用の抵抗18と電流源FET9に位相補償用のインダ
クタ20を設けた点が特徴である。
【0052】すなわち、上記実施の形態1あるいは実施
の形態2の回路では、使用される信号が高周波になる
と、電流源FET9のゲートの寄生容量の影響が現れて
きて、電流源FET9のゲート端での電圧位相が変化
(位相遅れ)することになる。すると、第2のレベルシ
フト回路2から出力される信号は、第1のレベルシフト
回路1から出力される信号に対して位相反転信号ではな
くなる。そこで、図6に示されるように、バイアス回路
162において、バイアス抵抗18とインダクタ20か
らなる直列回路に対しては電圧位相は進むので、本直列
回路と容量17とからなる並列回路によって、上記電流
源FET9のゲート寄生容量による上記第1、及び第2
のレベルシフト回路1,2から出力される信号の位相の
変化は減少し、第1のレベルシフト回路1から出力され
る信号に対して、逆位相の信号が第2のレベルシフト回
路2の出力として得られるようになる。例えば、識別器
のクロックバッファ回路のような、ある中心周波数に対
して感度が必要な回路に差動増幅器が適用される場合に
は、必要となる中心周波数で以下の〔数10〕に示す条
件を満たすように上記インダクタ20の値を調整すれ
ば、電流源FET9のゲート入力信号の位相は、第1の
レベルシフト回路1から取り出される信号と全く同位相
になる。従って、第1のレベルシフト回路1から出力さ
れる信号と第2のレベルシフト回路2から出力される信
号とは全く逆位相となる。
【0053】
【数10】
【0054】なお、上記〔数10〕において、Cはバイ
パスコンデンサ17の容量を示し、Lはインダクタ20
のインダクタンスを示し、Rはバイアス抵抗18の抵抗
値を示し、ωは角周波数を示す。
【0055】実施の形態4.図7(a) は本実施の形態4
による差動増幅器の構成を示す図である。図7(a)にお
いて、図1と同一符号は同一または相当部分を示し、1
63は第1のレベルシフト回路1から信号を取り出し、
これを第2のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲ
ート端子に入力するためのバイアス回路である。
【0056】本実施の形態4においては、上記実施の形
態1におけるバイアス回路16を構成するバイパスコン
デンサ17と並列に抵抗21を設けた点が特徴である。
また、22及び23は第1のレベルシフト回路1を構成
する定電流源FET5のゲートバイアスを、第2のレベ
ルシフト回路2を構成する電流源FET9のゲートバイ
アスに等しくするためのバイアス回路を構成する抵抗で
ある。さらに、24は上記電流源FET9のゲート・ソ
ース間抵抗を調整するための抵抗であって、本抵抗24
を挿入することにより上記電流源FET9のゲート・ソ
ース間電圧を0V以下にも設定できる。また、25は上
記定電流源FET5のゲート・ソース間電位を上記電流
源FET9のそれと等しくするために挿入された抵抗で
ある。
【0057】上記実施の形態1から実施の形態3で示し
たバイアス回路16,161,162においては、バイ
パスコンデンサ17がショートとみなせる、すなわち、
その存在が高周波的には無視できることを前提としてい
たが、本実施の形態4では、バイパスコンデンサ17が
ショートと見なせないような低周波領域で使用する場合
においても対応できるものである。すなわち、使用する
周波数が低くなるとバイパスコンデンサ17は第1のレ
ベルシフト回路1から出力される出力(高周波)に対し
て位相の変化(位相進み)をもたらすことになる。
【0058】そこで本実施の形態4では、図7(a) に示
すように抵抗21〜25をそれぞれ設けることにより、
図7(b) に示すようなバイアス回路163が等価的に形
成されるようにしたものである。すなわち、図7(b) に
おいて、R1は抵抗21の抵抗値を示し、C1はバイパ
スコンデンサ17の容量値を示し、R2はバイアス抵抗
18の抵抗値を示し、C2は電流源FET9のゲート端
子の入力容量を示している。なお、図7(b) において、
抵抗24の抵抗値は、バイアス抵抗18、及び抵抗21
の抵抗値に比べて十分小さな値を用いているとして無視
した。本バイアス回路において、第1のソースフォロア
回路1からバイアス回路16に入力された電圧をV3 と
し、電流源FET9のゲート端子に発生した電圧をV4
とすると、電圧V3 に対して、抵抗21と容量17とか
らなる並列回路を流れた後の電流位相は進むのに対し
て、抵抗18と電流源FET9の寄生容量とによる並列
回路に電流が流れた時に発生する電圧V4 は、電流位相
に対して遅れる。
【0059】ここで、抵抗21と容量17との並列回路
において入力電圧に対する電流の位相角をφ1 とし、抵
抗18と電流源FET19の寄生容量とによる並列回路
において入力電流に対する発生電圧V4 の位相角をφ2
とすると、φ1 =φ2 の時、入力電圧V3 とV4 との位
相が等しくなる。つまり、
【0060】
【数11】
【0061】が成り立つためには、C1 R1 =C2 R2
となるように抵抗値、及び容量値を決めればよいことに
なる。この時、周波数に依らず位相は等しくなるので、
バイアス回路163は使用周波数が変化しても位相は変
化しない。また、電流源FET9のゲート端に発生する
電圧V4 の振幅について考えると、上記C1 R1 =C2
R2 が成り立っている時V3 とV4 の比は以下の〔数1
2〕のように表され、
【0062】
【数12】
【0063】周波数に依らず一定に保たれる。このよう
に本実施の形態5によれば、バイパス回路163を構成
するバイパスコンデンサ17と並列に抵抗21を設け、
コンデンサ17による位相進みを、これに直列接続され
た、抵抗18と電流源9の寄生抵抗とからなる並列回路
を用いて調整することにより補償するようにしたから、
バイパスコンデンサ17をショートと見なせないような
低周波領域で使用する場合においても、第1のレベルシ
フト回路1と第2のレベルシフト回路2から出力される
信号の位相偏差を低く保つことができ、周波数特性を持
たないバイアス回路163を備えた差動増幅器を提供す
ることができる。
【0064】実施の形態5.図8は本実施の形態5によ
る差動増幅器の構成を示す図である。図8において、図
1と同一符号は同一または相当部分を示し、164は第
1のレベルシフト回路から信号を取り出し、これを第2
のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲート端子に
入力するためのバイアス回路である。
【0065】本実施の形態5においては、上記実施の形
態4におけるバイアス回路163を構成するバイパスコ
ンデンサ17を取り除き、抵抗21のみを備えた構成と
した点が特徴である。
【0066】上記実施の形態4のバイアス回路163に
おいて、電流源FET9の入力インピーダンスが非常に
大きく見える周波数領域ではバイパスコンデンサ17は
不要である。従って、図8の回路は電流源FET9の入
力インピーダンスが無視できる範囲において上記実施の
形態4の構成のものと同じ効果を奏する。
【0067】このように本実施の形態6によれば、電流
源FET9の入力インピーダンスが、使用される周波数
帯にとって大きく見える時にはバイパス回路を構成する
バイパスコンデンサが不要になるので、これを排除する
ようにしたことで、その分チップ面積の縮小が可能であ
る。
【0068】実施の形態6.図9は本実施の形態6によ
る差動増幅器の構成を示す図である。図9において、図
7と同一符号は同一または相当部分を示し、165は第
1のレベルシフト回路から信号を取り出し、これを第2
のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲート端子に
入力するためのバイアス回路である。
【0069】本実施の形態6においては、上記実施の形
態4におけるバイアス回路163を構成する電流源FE
T9のゲートバイアス用の抵抗18と並列にコンデンサ
を備えた構成とした点が特徴である。
【0070】上記実施の形態例4のバイアス回路163
を用いた場合、電流源FET9の入力容量が非常に小さ
い時には、バイパスコンデンサ17を、例えば、MIM
キャパシタなどで構成したい場合に精度よく作り込むこ
とが困難である。そこで、本実施の形態6では、電流源
FET9の入力容量に対してバイパスコンデンサ17を
MIMキャパシタなどで実現可能な大きめの容量C3 を
持つコンデンサ26を並列に接続することで、
【0071】
【数13】
【0072】となり、バイパスコンデンサ17の作製を
容易にすることができる。図10はバイパスコンデンサ
17とコンデンサ26とをそれぞれMIMキャパシタで
構成したときのパターンレイアウトを示す図である。
【0073】このように本実施の形態7によれば、電流
源FET9の入力容量が小さい場合に、該電流源FET
9のゲート前段に該電流源FET9のゲートバイアス抵
抗18と並列にコンデンサ26を設け、電流源FET9
の入力容量を補償し、見かけ上大きな容量となるように
したので、電流源FET9の入力容量が非常に小さい時
でも、バイパスコンデンサ17を、MIMキャパシタな
どで容易に精度よく構成することができる。
【0074】実施の形態7.図11は本実施の形態7に
よる差動増幅器の構成を示す図である。図11におい
て、図9と同一符号は同一または相当部分を示し、16
6は第1のレベルシフト回路から信号を取り出し、これ
を第2のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲート
端子に入力するためのバイアス回路である。
【0075】本実施の形態7においては、上記実施の形
態6におけるバイアス回路165を構成する電流源FE
T9の入力容量を補償するためのコンデンサ26に代え
て、その容量が可変な可変容量コンデンサ27を備えた
構成とした点が特徴である。
【0076】すなわち、実際にはICを構成する場合、
電流源FET9の入力容量はプロセス毎に変化する可能
性がある。これに対し、本実施の形態7では、バイアス
抵抗18と並列に接続されるコンデンサとして、可変容
量コンデンサ27を用いることで、電力源FET9の製
造プロセスによる入力容量のバラツキを補正可能とした
ものである。
【0077】図12は本実施の形態7で示された可変容
量コンデンサ27をMIMキャパシタで構成したときの
パターンレイアウトを示す図であり、MIMの上地電極
28を可変したいレンジの大きさとなるように分割し、
個々の上地電極28を配線29で並列に接続し、必要に
応じてこの配線29をレーザ等で切断することにより、
キャパシタとしての容量を調節することができる。
【0078】このように本実施の形態8によれば、電力
源FET9の入力容量を調整するためのコンデンサとし
て可変容量コンデンサ27を用いるようにしたので、製
造プロセスによって電流源FET9の入力容量がバラつ
いても、これを適宜補正することができ、製造歩留まり
の向上を図ることができる。
【0079】実施の形態8.図13は本実施の形態8に
よる差動増幅器の構成を示す図である。図13におい
て、図11と同一符号は同一または相当部分を示し、1
67は第1のレベルシフト回路から信号を取り出し、こ
れを第2のレベルシフト回路2の電流源FET9のゲー
ト端子に入力するためのバイアス回路である。
【0080】本実施の形態8においては、上記実施の形
態7におけるバイアス回路166を構成する可変容量コ
ンデンサ27に代えて、ダイオード32で構成した点が
特徴である。すなわち、ダイオード32に抵抗30を介
して与えられる電圧VCON を変化させることによりダイ
オード32の容量を変化させることができる。また、ダ
イオード33は電流源FET9のゲートバイアスが変化
するのに伴って、電流源FET5のゲートバイアスも変
化するように構成するために付加されたものであり、抵
抗31を介して電圧VCON が与えられるように構成され
ている。
【0081】このように本実施の形態8によれば、電流
源FET9のゲートに接続される容量素子として、ダイ
オード32を用い、これに抵抗30を介してコントロー
ル用の電圧VCON を印加するように構成したので、上記
実施の形態7のように、変化量が固定のMIMキャパシ
タを用いる場合に比べて微調整が可能となり、また、使
用中の経年変化等によって第1のレベルシフト回路1と
第2のレベルシフト回路2との位相にズレが生じても、
上記コントロール用電圧VCON を外部より調整する等に
よって補正することができる。
【0082】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1に係
る差動増幅器によれば、第1の入力信号と第2の入力信
号とを独立的に入力して第1の入力信号と第2の入力信
号との差電圧を増幅する差動増幅器において、データ信
号を上記第1の入力信号として外部より入力される第1
のソースフォロア回路と、一定電位の信号が上記第2の
入力信号として入力される第2のソースフォロア回路
と、上記第1のソースフォロア回路の任意の接続点より
上記データ信号と同位相の信号を取り出し、これを上記
第2のソースフォロア回路の電流源FETのゲート端子
に入力するバイアス回路とを備えたものとし、外部信号
源に接続される入力インターフェース回路に入力データ
信号の位相反転信号を発生する機能を付加することによ
り、1個の差動増幅器,あるいは差動増幅器が多段に接
続されている場合には初段の差動増幅器に対して、差動
入力時なみに差動利得を向上させることができる効果が
ある。
【0083】また、この発明の請求項3に係る差動増幅
器によれば、上記請求項1記載の差動増幅器において、
上記バイアス回路を、上記第1のソースフォロア回路か
ら上記データ信号と同位相の信号を取り出す点と上記第
2のソースフォロア回路の定電流源FETのゲート端子
間を結合する逆バイアス状態のダイオードと、上記第2
のソースフォロア回路電流源FETのゲートバイアスを
与えるバイアス抵抗とを用いて構成したので、比較的小
さな素子領域でバイパス回路を実現でき、また、製造工
程も簡単になるという効果がある。
【0084】また、この発明の請求項4に係る差動増幅
器によれば、上記請求項2記載の差動増幅器において、
上記バイアス抵抗と直列にインダクタを挿入して設け、
上記第2のソースフォロア回路電流源FETの入力容量
による位相遅れを補償するようにしたので、高周波領域
において第2のソースフォロア回路電流源FETの入力
容量の影響を抑制して差動増幅器を使用することができ
るという効果がある。
【0085】また、この発明の請求項5に係る差動増幅
器によれば、上記請求項2記載の差動増幅器において、
上記バイパスコンデンサと並列に抵抗を挿入して設け、
上記バイパス回路を構成するバイパスコンデンサによる
位相進みを補償するようにしたので、上記バイパスコン
デンサがショートと見なせないような周波数帯において
も差動増幅器を使用することができるという効果があ
る。
【0086】また、この発明の請求項6に係る差動増幅
器によれば、上記請求項1記載の差動増幅器において、
上記バイアス回路を、上記第1のソースフォロア回路か
ら上記データ信号と同位相の信号を取り出す点と上記第
2のソースフォロア回路の定電流源FETのゲート端子
間を結合するバイパス抵抗と、上記第2のソースフォロ
ア回路電流源FETのゲートバイアスを与えるバイアス
抵抗とを用いて構成したので、第2のソースフォロア回
路電流源FETの入力インピーダンスが非常に大きく見
える周波数領域で差動増幅器を使用する際に、その構成
を簡略化することができるという効果がある。
【0087】また、この発明の請求項7に係る差動増幅
器によれば、上記請求項5記載の差動増幅器において、
上記第2のソースフォロア回路電流源FETのゲートバ
イアスを与えるバイアス抵抗と並列にコンデンサを接続
し、上記第2のソースフォロア回路電流源FETの入力
容量を増大させるようにしたので、上記第2のソースフ
ォロア回路電流源FETの入力容量が非常に小さい時に
も、バイパスコンデンサを、MIMキャパシタなどを用
いて精度よく構成することができるという効果がある。
【0088】また、この発明の請求項8に係る差動増幅
器によれば、上記請求項7記載の差動増幅器において、
上記コンデンサとして可変容量コンデンサを用いるよう
にしたので、ICを作製する際の製造プロセスのバラツ
キ等があってもこれを吸収することができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による差動増幅器の
構成を示す回路図である。
【図2】 上記実施の形態1による差動増幅器のパター
ンレイアウトの一例を示す図である。
【図3】 上記実施の形態1による差動増幅器のレベル
シフト回路の入出力波形、及び差動増幅器の出力波形を
示す図である。
【図4】 上記実施の形態1による差動増幅器の周波数
と利得との関係を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態2による差動増幅器の
構成を示す回路図である。
【図6】 この発明の実施の形態3による差動増幅器の
構成を示す回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態4による差動増幅器の
構成を示す回路図である。
【図8】 この発明の実施の形態5による差動増幅器の
構成を示す回路図である。
【図9】 この発明の実施の形態6による差動増幅器の
構成を示す回路図である。
【図10】 上記実施の形態6による差動増幅器におけ
るバイアス回路のパターンレイアウトの一例を示す図で
ある。
【図11】 この発明の実施の形態7による差動増幅器
の構成を示す回路図である。
【図12】 上記実施の形態7による差動増幅器におい
て、可変容量をMIMキャパシタで構成した場合の可変
容量を中心としたパターンレイアウトの一例を示す図で
ある。
【図13】 この発明の実施の形態8による差動増幅器
の構成を示す回路図である。
【図14】 従来の差動増幅器の構成を示す回路図であ
る。
【図15】 上記従来の差動増幅器の2つの入力端子に
入力される信号波形を示す図である。
【図16】 従来の差動増幅器のレベルシフト回路の入
出力波形、及び差動増幅器の出力波形を示す図である。
【図17】 従来の差動増幅器による周波数と利得との
関係を示す図である。
【符号の説明】
1 第1のレベルシフト回路、2 第2のレベルシフト回
路、3 差動増幅器、4,7 ソースフォロアFET、
5 定電流源FET、6,8,12 レベルシフト用ダ
イオード、9 電流源FET、10,11 ソース結合
トランジスタ対を形成するFET、13,14 負荷抵
抗、15 定電流源、16,161〜167 バイアス
回路。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の入力信号と第2の入力信号とを独
    立的に入力して第1の入力信号と第2の入力信号との差
    電圧を増幅する差動増幅器において、 データ信号を上記第1の入力信号として外部より入力さ
    れる第1のソースフォロア回路と、 一定電位の信号が上記第2の入力信号として入力される
    第2のソースフォロア回路と、 上記第1のソースフォロア回路の任意の接続点より上記
    データ信号と同位相の信号を取り出し、これを上記第2
    のソースフォロア回路の電流源FETのゲート端子に入
    力するバイアス回路とを備えたことを特徴とする差動増
    幅器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の差動増幅器において、 上記バイアス回路を、 上記第1のソースフォロア回路から上記データ信号と同
    位相の信号を取り出す点と上記第2のソースフォロア回
    路の定電流源FETのゲート端子間を結合するバイパス
    コンデンサと、 上記第2のソースフォロア回路電流源FETのゲートバ
    イアスを与えるバイアス抵抗とを用いて構成したことを
    特徴とする差動増幅器。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の差動増幅器において、 上記バイアス回路を、 上記第1のソースフォロア回路から上記データ信号と同
    位相の信号を取り出す点と上記第2のソースフォロア回
    路の定電流源FETのゲート端子間を結合する逆バイア
    ス状態のダイオードと、 上記第2のソースフォロア回路電流源FETのゲートバ
    イアスを与えるバイアス抵抗とを用いて構成したことを
    特徴とする差動増幅器。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の差動増幅器において、 上記バイアス抵抗と直列にインダクタを挿入して設け、 上記第2のソースフォロア回路電流源FETの入力容量
    による位相遅れを補償するようにしたことを特徴とする
    差動増幅器。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の差動増幅器において、 上記バイパスコンデンサと並列に抵抗を挿入して設け、 上記バイパス回路を構成するバイパスコンデンサによる
    位相進みを補償するようにしたことを特徴とする差動増
    幅器。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の差動増幅器において、 上記バイアス回路を、 上記第1のソースフォロア回路から上記データ信号と同
    位相の信号を取り出す点と上記第2のソースフォロア回
    路の定電流源FETのゲート端子間を結合するバイパス
    抵抗と、 上記第2のソースフォロア回路電流源FETのゲートバ
    イアスを与えるバイアス抵抗とを用いて構成したことを
    特徴とする差動増幅器。
  7. 【請求項7】 請求項5記載の差動増幅器において、 上記上記第2のソースフォロア回路電流源FETのゲー
    トバイアスを与えるバイアス抵抗と並列にコンデンサを
    接続し、 上記第2のソースフォロア回路電流源FETの入力容量
    を増大させるようにしたことを特徴とする差動増幅器。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の差動増幅器において、 上記コンデンサとして可変容量コンデンサを用いること
    を特徴とする差動増幅器。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の差動増幅器において、 上記の可変容量コンデンサを、その上地電極が複数に分
    割され、それぞれの分割された上地電極が配線により結
    合されてなるようなMIMキャパシタで構成したことを
    特徴とする差動増幅器。
  10. 【請求項10】 請求項8記載の差動増幅器において、 上記可変容量コンデンサをダイオードを用いて構成した
    ことを特徴とする差動増幅器。
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