JPH10308634A - Cascode amplifier circuit and comparator circuit - Google Patents

Cascode amplifier circuit and comparator circuit

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Publication number
JPH10308634A
JPH10308634A JP11913597A JP11913597A JPH10308634A JP H10308634 A JPH10308634 A JP H10308634A JP 11913597 A JP11913597 A JP 11913597A JP 11913597 A JP11913597 A JP 11913597A JP H10308634 A JPH10308634 A JP H10308634A
Authority
JP
Japan
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transistor
collector
type transistor
cascode
bipolar transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP11913597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hikari Watanabe
光 渡辺
Ryutaro Ienaka
竜太郎 家中
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10308634A publication Critical patent/JPH10308634A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain power consumption reduction and operation acceleration by providing an emitter grounded bipolar type transistor and a field effect type transistor specifying the connection of source, drain and gate. SOLUTION: A cascode amplifier circuit 20 is provided with an emitter grounded bipolar type transistor 24 which connects its base to an input terminal 22 and is driven by an input voltage Vi supplied to its base, and a field effect type transistor 29 which connects its source with the collector of bipolar type transistor, connects its drain to an output terminal 26 and connects its gate to a bias power source 28 under cascode connection with the bipolar type transistor 24. Because of high mutual conductance gm at the bipolar type transistor 24, a large current is driven by the slight amplitude of input voltage Vi applied from the input terminal 22. Besides, the bipolar type transistor 24 has parasitic capacitances Ccb and Ccs but lowers the impedance of collector part and reduces the phase delay of collector part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高周波増幅回路に関
する。特に、2つのトランジスタを縦続接続した低消費
電力型、広帯域出力の増幅回路およびこの増幅回路を用
いたコンパレータ回路に関する。
The present invention relates to a high-frequency amplifier circuit. In particular, the present invention relates to a low-power-consumption type, wide-band output amplifier circuit in which two transistors are cascaded, and a comparator circuit using the amplifier circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は、特開平5−218755号公報
に記載された広帯域出力回路のブロック図である。図に
おいて、広帯域出力回路は、第1及び第2のトランジス
タQ17及びQ18によって構成され、コレクタが第1
及び第2の出力端子P10及びP11にそれぞれ接続さ
れると共に、ベースに供給される入力電圧V1及びV2
で駆動される差動増幅手段と、差動増幅手段が実装され
た集積回路11の外部に設けられると共に、ベースが直
流電源端子P13に接続され、第1の出力端子P10を
介して第1のトランジスタQ17とカスコード接続され
る第3のトランジスタQ11と、第3のトランジスタQ
11とカスケード接続されると共に、第2の出力端子P
11を介して第2のトランジスタQ18とカスコード接
続される第4のトランジスタQ12と、第3のトランジ
スタQ11のコレクタに接続され、第3のトランジスタ
Q11より第1の出力端子P11を介して第1のトラン
ジスタQ17に供給されるコレクタ電流I1を出力電圧
Voutに変換する外部負荷抵抗R11とを備え、第1
の出力端子P10に寄生する負荷容量C1をコレクタ電
流I1で駆動していた。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a block diagram of a wideband output circuit described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-218755. In the figure, the broadband output circuit is constituted by first and second transistors Q17 and Q18, and the collector is the first.
And input voltages V1 and V2 connected to the second output terminals P10 and P11 and supplied to the base, respectively.
Is provided outside the integrated circuit 11 on which the differential amplifier is mounted, and the base is connected to the DC power supply terminal P13, and the first amplifier is connected via the first output terminal P10. A third transistor Q11 cascode-connected to the transistor Q17, and a third transistor Q
11 and a second output terminal P
11, a fourth transistor Q12 cascode-connected to the second transistor Q18, and a collector of the third transistor Q11. The third transistor Q11 is connected to the first transistor Q11 via the first output terminal P11. An external load resistor R11 for converting a collector current I1 supplied to the transistor Q17 into an output voltage Vout;
The load capacitance C1 parasitic on the output terminal P10 is driven by the collector current I1.

【0003】上記広帯域出力回路は、集積回路11の信
号出力を第1及び第3のトランジスタに流れるコレクタ
電流I1とし、第1の出力端子に寄生する負荷容量C1
を電流駆動することにより、周波数特性を劣化させてい
た負荷容量C1の影響を無視することができ、周波数特
性を高域まで伸ばしていた。
In the above-mentioned wideband output circuit, a signal output of the integrated circuit 11 is used as a collector current I1 flowing through the first and third transistors, and a load capacitance C1 parasitic to the first output terminal is output.
, The influence of the load capacitance C1, which had degraded the frequency characteristics, can be neglected, and the frequency characteristics have been extended to a high frequency range.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記広
帯域出力回路は、電圧増幅度Avを上げるために負荷抵
抗R11に流れる電流を大きくすると回路全体の消費電
力が増加するという欠点があった。
However, the wideband output circuit described above has a drawback that when the current flowing through the load resistor R11 is increased to increase the voltage amplification Av, the power consumption of the entire circuit increases.

【0005】また、負荷抵抗R11の値を大きくするこ
とも考えられるが、上述した第3のトランジスタQ11
がNPN構造の場合、コレクタとベース間の寄生容量C
cbや、コレクタと基板間の寄生容量Ccsが存在し、
特にコレクタと基板の接合容量Ccsが3から4pFと
大きく、負荷抵抗R11と第3のトランジスタQ11の
寄生容量(Ccb+Ccs)により信号の位相遅れが発
生して高速応答性を妨げるという欠点があった。
Although it is conceivable to increase the value of the load resistor R11, the third transistor Q11
Is an NPN structure, the parasitic capacitance C between the collector and the base
cb and a parasitic capacitance Ccs between the collector and the substrate,
In particular, the junction capacitance Ccs between the collector and the substrate is as large as 3 to 4 pF, and the load resistance R11 and the parasitic capacitance (Ccb + Ccs) of the third transistor Q11 cause a phase delay of a signal, thereby hindering high-speed response.

【0006】本発明は、上記欠点を解消すべくなされた
ものであって、電圧V3を出力する接続点の寄生容量が
小さく、負荷抵抗R11を大きくして電圧増幅度を高く
しても、出力電圧を出力する接続点の位相遅延が小さ
く、高速応答性に優れたカスコード増幅回路を提供する
ことにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned drawbacks. Even if the parasitic capacitance at the connection point for outputting the voltage V3 is small and the load resistance R11 is increased to increase the voltage amplification, the output is reduced. It is an object of the present invention to provide a cascode amplifier circuit having a small phase delay at a connection point for outputting a voltage and having excellent high-speed response.

【0007】また、1対のトランジスタで構成する差動
増幅段にカスコード増幅回路を用いることにより、低消
費電力でありながら高利得な高速コンパレータ回路を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a high-speed comparator circuit with low power consumption and high gain by using a cascode amplifier circuit in a differential amplifier stage constituted by a pair of transistors.

【0008】さらに、バイポーラ素子とCMOS素子を
混載させるBiCMOSプロセスを用いて、従来に比し
て低消費電力で高速動作の1チップICのコンパレータ
を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a one-chip IC comparator that operates at a lower speed and consumes less power than a conventional one by using a BiCMOS process in which a bipolar element and a CMOS element are mounted together.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に1番目の発明によれば、ベースが入力端子に接続さ
れ、このベースに供給する入力電圧で駆動されるエミッ
タ接地のバイポーラ型トランジスタと、バイポーラ型ト
ランジスタとカスコード接続され、ソースがバイポーラ
型トランジスタのコレクタと接続され、ドレインが出力
端子に接続され、ゲートがバイアス電源に接続される電
界効果型トランジスタと、を備えることにある。
According to a first aspect of the present invention, a base-connected bipolar transistor having a base connected to an input terminal and driven by an input voltage supplied to the base is provided. And a field effect transistor having a cascode connection with the bipolar transistor, a source connected to the collector of the bipolar transistor, a drain connected to the output terminal, and a gate connected to the bias power supply.

【0010】また、2番目の発明では上記課題を解決す
るために、エミッタが定電流源を介して基準電圧源に共
通接続し、ゲートがそれぞれ入力端子に接続される一対
のバイポーラ型トランジスタから構成される差動増幅段
と、一対のバイポーラ型トランジスタの少なくとも一方
にカスコード接続され、ソースが該バイポーラ型トラン
ジスタのコレクタと接続され、ドレインが出力端子に接
続され、ゲートがバイアス電源に接続される電界効果型
トランジスタと、を備えることにある。
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, an emitter is commonly connected to a reference voltage source via a constant current source, and a pair of bipolar transistors whose gates are respectively connected to input terminals. And a cascode connection to at least one of the pair of bipolar transistors, a source connected to the collector of the bipolar transistor, a drain connected to the output terminal, and a gate connected to the bias power supply. And an effect-type transistor.

【0011】[0011]

【作用】上記構成を有するこの発明においては、寄生容
量の小さい電界効果トランジスタを相互コンダクタンス
gmの高いバイポーラトランジスタにカスコード接続さ
せ、出力部での位相遅延を小さくしているので、負荷抵
抗を高くしても高利得で低消費電力の増幅回路とするこ
とができる。
According to the present invention having the above structure, the field effect transistor having a small parasitic capacitance is cascode-connected to the bipolar transistor having a high transconductance gm to reduce the phase delay at the output portion, thereby increasing the load resistance. Even so, an amplifier circuit with high gain and low power consumption can be obtained.

【0012】また、上記増幅回路を差動増幅段に用いて
いるので、コンパレータを高速動作させることができ
る。
Further, since the above-mentioned amplifier circuit is used in the differential amplifier stage, the comparator can be operated at high speed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施例について説明する。この回路は、特に制限は
ないが、入力電圧の範囲が0Vから5V用に構成されて
いる。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This circuit is not particularly limited, but is configured for an input voltage range of 0V to 5V.

【0014】図1は本発明の実施の形態に係るカスコー
ド増幅回路20のブロック図である。図において、カス
コード増幅回路20は、ベースが入力端子22に接続さ
れ、このベースに供給する入力電圧Viで駆動されるエ
ミッタ接地のバイポーラ型トランジスタ24と、このバ
イポーラ型トランジスタ24とカスコード接続され、ソ
ースがバイポーラ型トランジスタのコレクタと接続さ
れ、ドレインが出力端子26に接続され、ゲートがバイ
アス電源28に接続される電界効果型トランジスタ29
とを備え、バイポーラ型トランジスタ24の高い相互コ
ンダクタンスgmによって、入力端子22から印加され
る入力電圧Viのわずかな振幅で大電流を駆動すること
ができる。また、バイポーラ型トランジスタ24はコレ
クタとベース間、コレクタと基板間に寄生容量Ccb,
Ccsを有するが、電界効果型トランジスタ29とカス
コード接続することにより、コレクタ部分のインピーダ
ンスを低くして、コレクタ部分の位相遅延を小さくする
ことができる。
FIG. 1 is a block diagram of a cascode amplifier circuit 20 according to an embodiment of the present invention. In the figure, a cascode amplifying circuit 20 has a base connected to an input terminal 22, a bipolar transistor 24 having a common emitter driven by an input voltage Vi supplied to the base, a cascode connection with the bipolar transistor 24, and a source. Are connected to the collector of the bipolar transistor, the drain is connected to the output terminal 26, and the gate is connected to the bias power supply 28.
With the high transconductance gm of the bipolar transistor 24, a large current can be driven with a small amplitude of the input voltage Vi applied from the input terminal 22. The bipolar transistor 24 has a parasitic capacitance Ccb, between the collector and the base and between the collector and the substrate.
Although it has Ccs, it is possible to reduce the impedance of the collector part and reduce the phase delay of the collector part by cascode connection with the field-effect transistor 29.

【0015】図2は電界効果型トランジスタ29の寄生
容量を示すブロック図である。図において、nチャンネ
ル型の電界効果型トランジスタ29は、ゲート、ドレイ
ン及びソースを有し、それぞれの端子並びに基板側に接
続したバックゲートとの間に寄生容量が存在する。図示
した寄生容量には、ゲートとドレイン間にCgd、ドレ
インとバックゲート間にCdb、バックゲートとソース
間にCsb、ソースとゲート間にCgs、及び、ゲート
とバックゲート間にCgbが含まれる。nチャンネル型
の電界効果型トランジスタ29のドレインの寄生容量C
gdとCdbの値は、バイポーラ型トランジスタ24の
コレクタとベース間の寄生容量Ccb及び基板間の寄生
容量Ccsに比べて約2桁程度小さい。例えば、Cgd
は0.01から0.02pF、Cdbは0.02から
0.03pFである。すなわち、バイポーラ型トランジ
スタは素子分離のためのコレクタ島領域が大きく、コレ
クタと基板との接合面積も大きくなり、コレクタと基板
間の寄生容量Ccsが大きいのに対して、電界効果型ト
ランジスタでは素子分離が必要ないので、ドレイン領域
の面積はバイポーラ型トランジスタのコレクタに比べて
格段に小さくでき、寄生容量も小さくできる。したがっ
て、ドレインとバックゲート間の寄生容量Cdbはバイ
ポーラ型トランジスタのコレクタと基板間の寄生容量C
csに比べて桁違いに小さい。また、ドレインとゲート
間の寄生容量Cgdはゲート酸化膜を介したオーバーラ
ップ部分の容量だけであり、きわめて小さくでき、セル
フアライメント工程を使用すればさらに寄生容量を小さ
くできる。よって、ゲートとドレイン及びドレインとバ
ックゲートとの寄生容量Cgd、Cdbを小さくするこ
とで、カスコード増幅回路20の出力端子26の位相遅
延を小さくすることができ、カスコード増幅回路20の
周波数帯域を高くすることができる。さらに、出力端子
26をプルアップする負荷素子の抵抗値を高くしても、
出力端子26の位相遅延は小さく、高利得で且つ低消費
電力の増幅回路とすることができる。
FIG. 2 is a block diagram showing the parasitic capacitance of the field effect transistor 29. In the figure, an n-channel type field effect transistor 29 has a gate, a drain, and a source, and has a parasitic capacitance between each terminal and a back gate connected to the substrate side. The illustrated parasitic capacitance includes Cgd between the gate and the drain, Cdb between the drain and the back gate, Csb between the back gate and the source, Cgs between the source and the gate, and Cgb between the gate and the back gate. Parasitic capacitance C of the drain of the n-channel type field effect transistor 29
The values of gd and Cdb are smaller by about two digits than the parasitic capacitance Ccb between the collector and the base of the bipolar transistor 24 and the parasitic capacitance Ccs between the substrates. For example, Cgd
Is 0.01 to 0.02 pF, and Cdb is 0.02 to 0.03 pF. That is, the bipolar transistor has a large collector island region for element isolation, a large junction area between the collector and the substrate, and a large parasitic capacitance Ccs between the collector and the substrate. Therefore, the area of the drain region can be made much smaller than the collector of the bipolar transistor, and the parasitic capacitance can be made smaller. Therefore, the parasitic capacitance Cdb between the drain and the back gate is equal to the parasitic capacitance Cdb between the collector of the bipolar transistor and the substrate.
It is orders of magnitude smaller than cs. Further, the parasitic capacitance Cgd between the drain and the gate is only the capacitance of the overlapped portion via the gate oxide film, and can be extremely reduced. If a self-alignment process is used, the parasitic capacitance can be further reduced. Therefore, by reducing the parasitic capacitances Cgd and Cdb between the gate and the drain and between the drain and the back gate, the phase delay of the output terminal 26 of the cascode amplifier circuit 20 can be reduced, and the frequency band of the cascode amplifier circuit 20 can be increased. can do. Furthermore, even if the resistance of the load element that pulls up the output terminal 26 is increased,
An amplifier circuit having a small phase delay at the output terminal 26, high gain, and low power consumption can be provided.

【0016】上記実施の形態において、入力端子22で
は、ベースとエミッタ間の寄生容量Cbeとベースとコ
レクタ間の寄生容量Cbcが存在し、nチャンネル型の
電界効果型トランジスタ29の相互コンダクタンスgm
が小さく、バイポーラ型トランジスタ24の電流増幅率
が1より大きい場合、ベースとコレクタ間の寄生容量C
bcはミラー容量として機能するため、ベースとコレク
タ間の位相遅延が大きくなる。このベースとコレクタ間
の位相遅延を小さくするために図3のカスコード増幅回
路30のように、バイポーラ型トランジスタ24のベー
ス側に追加のバイポーラ型トランジスタ32を接続して
エミッタフォロアで駆動することができる。すなわち、
入力端子22をベースに接続し、コレクタを電源34に
接続し、エミッタをバイポーラ型トランジスタ24のベ
ースと定電流源36に接続する追加のバイポーラ型トラ
ンジスタ32によって、バイポーラ型トランジスタ24
の入力側の等価抵抗の値を下げることができ、ベースと
コレクタ間の位相遅延を小さくすることができる。な
お、本実施の形態においては、定電流源36は直流抵抗
やMOSトランジスタなどの電流通路を形成する素子を
用いることができるのは勿論である。
In the above embodiment, at the input terminal 22, the parasitic capacitance Cbe between the base and the emitter and the parasitic capacitance Cbc between the base and the collector exist, and the mutual conductance gm of the n-channel field effect transistor 29
Is small and the current amplification factor of the bipolar transistor 24 is larger than 1, the parasitic capacitance C between the base and the collector
Since bc functions as a mirror capacitance, the phase delay between the base and the collector increases. In order to reduce the phase delay between the base and the collector, an additional bipolar transistor 32 can be connected to the base side of the bipolar transistor 24 and driven by an emitter follower as in the cascode amplifier circuit 30 of FIG. . That is,
An additional bipolar transistor 32 connects the input terminal 22 to the base, connects the collector to the power supply 34, and connects the emitter to the base of the bipolar transistor 24 and the constant current source 36, thereby forming the bipolar transistor 24.
Can reduce the value of the equivalent resistance on the input side, and the phase delay between the base and the collector can be reduced. In the present embodiment, it is needless to say that the constant current source 36 can use an element that forms a current path such as a DC resistance or a MOS transistor.

【0017】図4は本発明の他の実施の形態に係るカス
コード増幅回路38のブロック図である。図において、
カスコード増幅回路38は、入力端子22にベースを接
続したエミッタ接地のバイポーラ型トランジスタ24
と、このバイポーラ型トランジスタ24とカスコード接
続され、ソースが該バイポーラ型トランジスタ24のコ
レクタと接続され、ドレインが出力端子26に接続さ
れ、ゲートがバイアス電源28に接続されるpチャンネ
ル型の電界効果型トランジスタ29を備え、バイポーラ
型トランジスタ24と電界効果型トランジスタ29の接
続点40と基準電圧源との間に定電流源42を接続する
ことができる。定電流源42はバイポーラ型トランジス
タ24と電界効果型トランジスタ29をバイアスし、入
力端子22から印加される入力電圧の振幅に従って大き
な電流を駆動させることができる。なお、本実施の形態
および前述の実施の形態において、電界効果型トランジ
スタのバックゲートは、nチャンネル型のMOSトラン
ジスタではソースおよびドレイン電圧より低い電圧を印
加し、pチャンネル型のMOSトランジスタではソース
およびドレイン電圧より高い電圧を印加すればよく、何
れも電源電圧もしくは基準電圧の他に、ポンプ手段によ
って昇圧もしくは降圧した電圧を用いることができるの
は勿論である。また、カスコード接続する電界効果型ト
ランジスタ29をメタル・オキサイド・セミコンダクタ
(MOS)電界効果型トランジスタを用いた場合、ソー
ス側の寄生容量Cgs、Csbがバイポーラ型トランジ
スタのエミッタ側の等価容量Cπ=(Cb+Cbe)に
比べて2から3桁小さいため、ソース側の動作速度を高
くすることができる。つまり、従来カスコード接続され
たバイポーラ型トランジスタのベースとエミッタ間に
は、キャリアのベース走行時間分の遅れによる見かけ上
のベース蓄積容量Cbが存在するため、例えば、10か
ら20pFというMOSトランジスタの100倍から1
000倍の容量による位相遅延が生じ、バイポーラ型ト
ランジスタをMOSトランジスタに置換するだけでこれ
ら位相遅延を格段に減少させることができる。
FIG. 4 is a block diagram of a cascode amplifier circuit 38 according to another embodiment of the present invention. In the figure,
The cascode amplifying circuit 38 includes a common emitter bipolar transistor 24 having a base connected to the input terminal 22.
A cascode connection with the bipolar transistor 24, a source connected to the collector of the bipolar transistor 24, a drain connected to the output terminal 26, and a gate connected to the bias power supply 28. A transistor 29 is provided, and a constant current source 42 can be connected between a connection point 40 between the bipolar transistor 24 and the field effect transistor 29 and a reference voltage source. The constant current source 42 biases the bipolar transistor 24 and the field effect transistor 29, and can drive a large current according to the amplitude of the input voltage applied from the input terminal 22. Note that in this embodiment and the above-described embodiments, the back gate of the field-effect transistor applies a voltage lower than the source and drain voltages of the n-channel MOS transistor and the source and drain of the p-channel MOS transistor. It suffices to apply a voltage higher than the drain voltage, and it goes without saying that a voltage raised or lowered by the pump means can be used in addition to the power supply voltage or the reference voltage. When a metal oxide semiconductor (MOS) field-effect transistor is used as the cascode-connected field-effect transistor 29, the parasitic capacitance Cgs and Csb on the source side are equivalent to the equivalent capacitance Cπ = (Cb + Cbe) on the emitter side of the bipolar transistor. ), The operation speed on the source side can be increased. That is, since the apparent base storage capacitance Cb exists between the base and the emitter of the conventional cascode-connected bipolar transistor due to the delay of the base traveling time of the carrier, for example, 10 to 20 pF, which is 100 times larger than the MOS transistor. From 1
A phase delay due to a 000-fold capacitance occurs, and these phase delays can be significantly reduced only by replacing a bipolar transistor with a MOS transistor.

【0018】図5は本発明の実施の形態に係るコンパレ
ータ回路44のブロック図である。図において、コンパ
レータ回路44は、入力端子22から入力電圧−Viを
受けるバイポーラ型トランジスタ52、入力端子56か
ら入力電圧+Viを受けるバイポーラ型トランジスタ5
4、このバイポーラ型トランジスタ54のエミッタと負
電源−Vとの間に接続された定電流源58、バイポーラ
型トランジスタ52のエミッタと負電源−Vとの間に接
続された定電流源60、ベースをバイポーラ型トランジ
スタ54のエミッタと定電流源58との接点に接続する
バイポーラ型トランジスタ46、このバイポーラ型トラ
ンジスタ46と対になって定電流源48を通して負電源
−Vに接続する差動増幅段49を構成し、ベースがバイ
ポーラ型トランジスタ52のエミッタと定電流源60と
の接点に接続するバイポーラ型トランジスタ24、この
バイポーラ型トランジスタ24にカスコード接続され、
ソースがカスコード接続するバイポーラ型トランジスタ
24のコレクタと接続し、ドレインが出力端子26に接
続され、ゲートがバイアス電源28に接続される電界効
果型トランジスタ29を備え、入力端子22と56に印
加される+/−の入力電圧Viの電圧差に応じて、出力
端子26に接続された負荷素子50に流れる電流を制御
することができる。この出力端子26にゲートを接続す
るエミッタフォロアのバイポーラ型トランジスタ62
は、負荷素子50の電流変化に応答してエミッタに接続
した出力端子63の出力電圧を制御することができ、出
力インピーダンスが小さいので電流駆動力を高めること
ができる。すなわち、差動増幅段49で入力電圧Viの
振幅に対応する出力電流でバイポーラ型トランジスタ6
2を駆動して、このバイポーラ型トランジスタ62のエ
ミッタと負電源−Vとの間に接続された定電流源64と
の接続点から延びる出力端子63の電圧を変化させるこ
とができる。本実施の形態において、バイポーラ型トラ
ンジスタ24、46はベースとエミッタ間の電圧Vbe
のばらつきが小さく、相性が良くて、差動増幅段49の
安定性を向上させることができ、且つ、高精度にするこ
とができるのは勿論である。よって、入力が低オフセッ
ト電圧で、低ドリフトの差動増幅段49を提供すること
ができる。なお、本実施の形態では、BiCMOS構造
のコンパレータ回路とすることもできる。
FIG. 5 is a block diagram of the comparator circuit 44 according to the embodiment of the present invention. In the figure, a comparator circuit 44 includes a bipolar transistor 52 receiving an input voltage −Vi from an input terminal 22 and a bipolar transistor 5 receiving an input voltage + Vi from an input terminal 56.
4. A constant current source 58 connected between the emitter of the bipolar transistor 54 and the negative power supply -V, a constant current source 60 connected between the emitter of the bipolar transistor 52 and the negative power supply -V, a base Is connected to the junction between the emitter of the bipolar transistor 54 and the constant current source 58, and the differential amplification stage 49 is paired with the bipolar transistor 46 and connected to the negative power supply -V through the constant current source 48. A bipolar transistor 24 having a base connected to the contact point between the emitter of the bipolar transistor 52 and the constant current source 60, cascode-connected to the bipolar transistor 24,
A field effect transistor 29 whose source is connected to the collector of the cascode-connected bipolar transistor 24, whose drain is connected to the output terminal 26, and whose gate is connected to the bias power supply 28, is applied to the input terminals 22 and 56. The current flowing through the load element 50 connected to the output terminal 26 can be controlled according to the voltage difference between the +/− input voltage Vi. Bipolar transistor 62 of an emitter follower having a gate connected to output terminal 26
Can control the output voltage of the output terminal 63 connected to the emitter in response to a change in the current of the load element 50, and can increase the current driving force because the output impedance is small. That is, in the differential amplifier stage 49, the output current corresponding to the amplitude of the input voltage Vi
2 can be driven to change the voltage of the output terminal 63 extending from the connection point between the emitter of the bipolar transistor 62 and the constant current source 64 connected between the negative power supply -V. In the present embodiment, the bipolar transistors 24 and 46 have a voltage Vbe between the base and the emitter.
Is small, the compatibility is good, the stability of the differential amplifier stage 49 can be improved, and the accuracy can be improved. Therefore, it is possible to provide the low-drift differential amplifier stage 49 with a low offset voltage at the input. In this embodiment, a comparator circuit having a BiCMOS structure can be used.

【0019】図6は、本発明の他の実施の形態に係るコ
ンパレータ回路70のブロック図である。図において、
コンパレータ回路70は、差動増幅段85と117を備
え、入力信号を2段に増幅して利得を向上させるととも
に、信号の振幅を広げて0Vから5VのCMOSレベル
を保証することができる。
FIG. 6 is a block diagram of a comparator circuit 70 according to another embodiment of the present invention. In the figure,
The comparator circuit 70 includes differential amplification stages 85 and 117, and can amplify an input signal into two stages to improve the gain and widen the signal amplitude to guarantee a CMOS level of 0 V to 5 V.

【0020】また、コンパレータ回路70の第1の差動
増幅段85は、入力端子72と74、電源+Vと基準電
圧源GNDとの間に負荷素子80、82を介して接続さ
れた2つのエミッタフォロアのバイポーラ型トランジス
タ76、78を含む入力段、このバイポーラ型トランジ
スタ76、78のエミッタにそれぞれベースを接続する
一対のバイポーラ型トランジスタ84、86、このバイ
ポーラ型トランジスタ84、86のエミッタを定電流源
88を介して基準電圧源GNDに共通接続し、各コレク
タをそれぞれ負荷素子96、98を介して電源+Vに接
続し、このバイポーラ型トランジスタ84、86とカス
コード接続する2つのnチャンネル型の電界効果型トラ
ンジスタ90、92のゲートにバイアス電源94を接続
し、このnチャンネル型の電界効果型トランジスタ9
0、92と負荷素子96、98との間から延びる出力を
備え、入力端子72、74に接続されたエミッタフォロ
アのバイポーラ型トランジスタ76、78で入力側の等
価抵抗を低くすることができ、バイポーラ型トランジス
タ84、86のベースとコレクタ間の容量の影響を最小
限にすることができる。また、第1の差動増幅段85は
カスコード接続しているnチャンネル型の電界効果型ト
ランジスタ90、92によって、その動作周波数を高周
波側に伸ばすことができる。
The first differential amplifier stage 85 of the comparator circuit 70 includes two emitters connected between the input terminals 72 and 74 and the power supply + V and the reference voltage source GND via load elements 80 and 82. An input stage including follower bipolar transistors 76 and 78, a pair of bipolar transistors 84 and 86 connecting the bases to the emitters of the bipolar transistors 76 and 78, and a constant current source connected to the emitters of the bipolar transistors 84 and 86. Two n-channel field-effect devices are connected in common to a reference voltage source GND via 88, and connected to a power supply + V via load elements 96 and 98, respectively, and cascode-connected to the bipolar transistors 84 and 86. A bias power supply 94 is connected to the gates of the Le-type field-effect transistor 9
0, 92 and output elements extending between the load elements 96, 98. The bipolar transistors 76, 78 of emitter followers connected to the input terminals 72, 74 can reduce the equivalent resistance on the input side. The influence of the capacitance between the base and the collector of the type transistors 84 and 86 can be minimized. The operating frequency of the first differential amplifier stage 85 can be extended to a higher frequency side by the cascode-connected n-channel type field effect transistors 90 and 92.

【0021】さらに、コンパレータ回路70の第2の差
動増幅段117は、第1の差動増幅段85の出力を受
け、電源+Vと基準電圧源GNDとの間に負荷素子10
4、106を介して接続された2つのエミッタフォロア
のバイポーラ型トランジスタ100、102を含む入力
段、このバイポーラ型トランジスタ100、102のエ
ミッタにそれぞれベースを接続する一対のバイポーラ型
トランジスタ116、118、このバイポーラ型トラン
ジスタ116、118のエミッタを定電流源120を介
して基準電圧源GNDに共通接続し、各コレクタをそれ
ぞれMOSトランジスタで形成する負荷素子112、1
14を介して電源+Vに接続し、このバイポーラ型トラ
ンジスタ116、118とカスコード接続する2つのp
チャンネル型の電界効果型トランジスタ122、124
のゲートにバイアス電源126を接続し、このpチャン
ネル型の電界効果型トランジスタ122、124と基準
電圧源GNDとの間に接続されるnチャンネル型のMO
Sトランジスタで構成する負荷素子128、130、こ
の一方の負荷素子130とカスコード接続した電界効果
型トランジスタ124との間から延びる出力端子132
を備え、電源+Vと基準電圧源GNDとの間に直列接続
されたpチャンネル型の電界効果型トランジスタ110
と定電流源108で分割された基準電圧を負荷素子11
2、114のゲートに印加することによって、バイポー
ラ型トランジスタ116、118に電界効果型トランジ
スタ110と同等の一定電流を供給することができる。
また、カスコード接続したpチャンネル型の電界効果型
トランジスタ124と基準電圧源GNDとの間に接続さ
れたnチャンネル型の電界効果型トランジスタは差動増
幅段117の負荷素子130として動作することができ
る。さらに、差動増幅段85、117は入力端子72と
74へ印加した入力電圧Viの+/−端子間電圧を比較
することにより論理”1”もしくは”0”に対応する電
圧5Vまたは0Vを出力端子132へ出力することがで
きる。
Further, the second differential amplifier stage 117 of the comparator circuit 70 receives the output of the first differential amplifier stage 85 and connects the load element 10 between the power supply + V and the reference voltage source GND.
4, an input stage including two emitter-follower bipolar transistors 100 and 102 connected via a pair 106, a pair of bipolar transistors 116 and 118 connecting the bases to the emitters of the bipolar transistors 100 and 102, respectively. The emitters of the bipolar transistors 116 and 118 are commonly connected to a reference voltage source GND via a constant current source 120, and the load elements 112 and 1 each having a collector formed by a MOS transistor.
14 are connected to a power supply + V, and two p-type transistors cascode-connected to the bipolar transistors 116 and 118.
Channel type field effect transistors 122 and 124
A bias power supply 126 is connected to the gate of the n-channel type MOS transistor connected between the p-channel type field effect transistors 122 and 124 and the reference voltage source GND.
Load elements 128 and 130 composed of S transistors, and an output terminal 132 extending between one of the load elements 130 and the cascode-connected field effect transistor 124
And a p-channel field-effect transistor 110 connected in series between a power supply + V and a reference voltage source GND.
And the reference voltage divided by the constant current source 108
By applying a voltage to the gates of the transistors 2 and 114, a constant current equivalent to that of the field-effect transistor 110 can be supplied to the bipolar transistors 116 and 118.
In addition, the n-channel field-effect transistor connected between the cascode-connected p-channel field-effect transistor 124 and the reference voltage source GND can operate as the load element 130 of the differential amplifier 117. . Further, the differential amplifier stages 85 and 117 output a voltage 5V or 0V corresponding to logic "1" or "0" by comparing the voltage between the + and-terminals of the input voltage Vi applied to the input terminals 72 and 74. The signal can be output to the terminal 132.

【0022】上記実施の形態においては、CMOSレベ
ルの出力電圧0Vから5Vを得るように構成したが、入
力電圧の比較結果によってCMOSレベルの他に0Vか
ら3Vのレベル変換回路を追加することもできる。ま
た、BiCMOS技術を用いた複合カスコード増幅回路
を高速動作のコンパレータ回路に応用したが、このカス
コード増幅回路はその他、高周波増幅回路、高速パルス
回路、高速論理演算回路に適用することができることは
勿論である。さらに、MOSFETより相互コンダクタ
ンスgmが高く、オフセット電圧およびドリフト電圧が
安定なバイポーラ型トランジスタを入力側に配置してい
るので、増幅回路を精度良く、安定した特性を維持する
ことができる。
In the above embodiment, the output voltage of the CMOS level is obtained from 0 V to 5 V. However, a level conversion circuit of 0 V to 3 V can be added in addition to the CMOS level depending on the result of comparison of the input voltage. . Further, the composite cascode amplifier circuit using the BiCMOS technology is applied to a comparator circuit operating at high speed. However, this cascode amplifier circuit can be applied to a high-frequency amplifier circuit, a high-speed pulse circuit, and a high-speed logic operation circuit. is there. Further, since a bipolar transistor having a higher mutual conductance gm and a stable offset voltage and drift voltage than the MOSFET is arranged on the input side, the amplifier circuit can maintain accurate and stable characteristics.

【0023】以上、本発明の実施の形態をMOS電界効
果型トランジスタ(FET)を用いて説明したが、MO
S型FETに代えてジャンクション型FETを用いるこ
ともできる。その他電界効果型トランジスタであれば、
MESFET、静電誘導型トランジスタ(SIT)、縦
型V−MOSFET、横型SOI−MOSFETなどの
高速で小寄生容量の電界効果型トランジスタを用いても
同様の効果を得ることができる。また、バイポーラ型ト
ランジスタの形成領域とMOSFET形成領域を分離し
て形成する技術の他、バイポーラ型トランジスタを形成
する拡散島領域内にMOSFETを組み込んだ複合素子
製造技術を用いることもできる。さらに、BiCMOS
構造の複合カスコード増幅回路を構成するNPNトラン
ジスタとnチャンネル型のMOSFETは、NPNトラ
ンジスタを素子分離する拡散領域内に形成することがで
きるため、集積度の高い半導体集積回路を提供でき、チ
ップ占有面積を縮小することができる。
Although the embodiment of the present invention has been described using a MOS field effect transistor (FET),
A junction type FET can be used instead of the S type FET. Other field-effect transistors,
Similar effects can be obtained by using a high-speed and small parasitic capacitance field-effect transistor such as a MESFET, an electrostatic induction transistor (SIT), a vertical V-MOSFET, and a horizontal SOI-MOSFET. In addition to the technique of forming the bipolar transistor forming region and the MOSFET forming region separately, a composite element manufacturing technique in which a MOSFET is incorporated in a diffusion island region for forming a bipolar transistor can also be used. Furthermore, BiCMOS
Since the NPN transistor and the n-channel type MOSFET that constitute the composite cascode amplifier circuit having the structure can be formed in the diffusion region that separates the NPN transistor, a highly integrated semiconductor integrated circuit can be provided, and the chip occupation area can be provided. Can be reduced.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように本発明のカスコード
増幅回路によれば、バイポーラ型トランジスタのコレク
タ領域に存在する寄生容量の影響を最小限にすることが
でき、低消費電力でありながら増幅回路の動作周波数を
高くすることができる。
As described above, according to the cascode amplifier circuit of the present invention, the influence of the parasitic capacitance existing in the collector region of the bipolar transistor can be minimized, and the amplifier circuit has low power consumption. Operating frequency can be increased.

【0025】また、カスコード増幅回路で構成したコン
パレータ回路によれば、コンパレータ回路の比較精度を
維持しながら、低消費電力で高速比較動作が可能とな
る。
Further, according to the comparator circuit constituted by the cascode amplifier circuit, high-speed comparison operation can be performed with low power consumption while maintaining the comparison accuracy of the comparator circuit.

【0026】さらに、バイポーラ型トランジスタの素子
分離領域内にMOSFETを形成すれば、チップ専有面
積の小さなコンパレータ回路が期待でき、よって、半導
体集積回路の歩留まりを飛躍的に向上させることができ
る。
Further, if a MOSFET is formed in the element isolation region of a bipolar transistor, a comparator circuit with a small chip occupation area can be expected, and the yield of semiconductor integrated circuits can be drastically improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施の形態に係るカスコード増幅回路の回路
図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a cascode amplifier circuit according to an embodiment.

【図2】 MOSFETの寄生容量を示す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a parasitic capacitance of a MOSFET.

【図3】 実施の形態に係るカスコード増幅回路の回路
図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a cascode amplifier circuit according to the embodiment;

【図4】 実施の形態に係るカスコード増幅回路の回路
図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a cascode amplifier circuit according to the embodiment;

【図5】 実施の形態に係るコンパレータ回路の回路図
である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a comparator circuit according to the embodiment.

【図6】 実施の形態に係るコンパレータ回路の回路図
である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a comparator circuit according to the embodiment.

【図7】 従来の出力回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional output circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20,30,38 カスコード増幅回路、22,56,
72,74 入力端子、24 バイポーラ型トランジス
タ、26 出力端子、28 バイアス電源、29 電界
効果型トランジスタ、44,70 コンパレータ回路、
49,85,117 差動増幅段。
20, 30, 38 cascode amplifier circuit, 22, 56,
72, 74 input terminals, 24 bipolar transistors, 26 output terminals, 28 bias power supplies, 29 field-effect transistors, 44, 70 comparator circuits,
49, 85, 117 Differential amplification stage.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ベースが入力端子に接続され、このベー
スに供給する入力電圧で駆動されるエミッタ接地のバイ
ポーラ型トランジスタと、 前記バイポーラ型トランジスタとカスコード接続され、
ソースがバイポーラ型トランジスタのコレクタと接続さ
れ、ドレインが出力端子に接続され、ゲートがバイアス
電源に接続される電界効果型トランジスタと、を備える
ことを特徴とするカスコード増幅回路。
A base connected to an input terminal; a common-emitter bipolar transistor driven by an input voltage supplied to the base; cascode-connected to the bipolar transistor;
A cascode amplifier circuit comprising: a field-effect transistor having a source connected to a collector of a bipolar transistor, a drain connected to an output terminal, and a gate connected to a bias power supply.
【請求項2】 エミッタが定電流源を介して基準電圧源
に共通接続し、ゲートがそれぞれ入力端子に接続される
一対のバイポーラ型トランジスタから構成される差動増
幅段と、 前記一対のバイポーラ型トランジスタの少なくとも一方
にカスコード接続され、ソースが該バイポーラ型トラン
ジスタのコレクタと接続され、ドレインが出力端子に接
続され、ゲートがバイアス電源に接続される電界効果型
トランジスタと、を備えることを特徴とするコンパレー
タ回路。
2. A differential amplifier stage having an emitter connected in common to a reference voltage source via a constant current source, and a gate comprising a pair of bipolar transistors each having a gate connected to an input terminal; A field-effect transistor having a cascode connection to at least one of the transistors, a source connected to the collector of the bipolar transistor, a drain connected to the output terminal, and a gate connected to a bias power supply. Comparator circuit.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004502372A (en) * 2000-06-26 2004-01-22 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ High frequency amplifier circuit with negative impedance cancellation
KR100799227B1 (en) 2006-05-11 2008-01-29 한국과학기술원 Cascode Power Amplifier For Amplitude Modulation
US7570119B2 (en) 2006-06-21 2009-08-04 Sharp Kabushiki Kaisha Cascode-connected amplifier circuit, semiconductor integrated circuit using same, and receiving apparatus using same
KR101123232B1 (en) 2010-07-20 2012-03-20 부산대학교 산학협력단 Amplifier circuit using feedforward

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