JPS59151510A - C−mos負荷型増幅器 - Google Patents

C−mos負荷型増幅器

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JPS59151510A
JPS59151510A JP58024558A JP2455883A JPS59151510A JP S59151510 A JPS59151510 A JP S59151510A JP 58024558 A JP58024558 A JP 58024558A JP 2455883 A JP2455883 A JP 2455883A JP S59151510 A JPS59151510 A JP S59151510A
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Japan
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load
mos
transistor
differential amplifier
output
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JP58024558A
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Ikuya Arai
郁也 荒井
Toshinori Murata
村田 敏則
Masabumi Inmi
正文 員見
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H03F3/04Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はMOB )ランジスタを用匹、負荷をC−40
8) 7ンジスタ構成とした増幅器に関するものである
〔従来技術〕
近年、集積度の高いMOB )ランジスタを用いてアナ
ログ信号を処理する集積回路(IC) 、大規模集積回
路(LSI)が発表されている。テレビジlン放送のゴ
ースト妨害を軽減するためにビデオ信号を波形等化する
COD )ランスバーサルフィルタを内蔵したLSIも
またMO8アナログLSjの1つである。このトランス
パーチルフィルタでは、アナログ信号を利得制御する回
路が使用されている。この中で、ゴーストは希望信号と
同極性のものばか)か逆極性のものもち、;ためこれを
除去するためには入力、ビデオ信号を同相、又は逆相で
利得制御する必要がsb、利得制御回路への入力信号が
2つ必要である。この要求を満たすためには、IC化に
好適な1人力2出力の増幅器、すなわち同相信号と逆相
信号の2出力でア)、かつ、どちらも利得が等しい信号
を出力する増幅器が必要である。
第1図は一般によく知られた抵抗器負荷の差動増幅器で
ある。1は電源(1圧=+Vnn)、2および21は負
荷抵抗、3は入力信号に対して逆相の信号を出力する出
力端子、31は入力信号に対して同相の信号を出力する
出力端子、4は信号入力端子、41は入力基準バイアス
電源(成田=’+VBB)、5および51は負荷駆動用
N−MOSトランジスタ、6は定電流源用のN−MOS
トランジスタ、7はMOSト9ンジスタ6のゲートバイ
アス′#IL源である。
第1図の差動増幅器はリニアリティに優れてはいるが、
利得を得るためにも、消費電力を小さくするためにも負
荷抵抗の抵抗値は大きくする必要がアシ、この抵抗をI
Cチップ上に作るとチップ占有面積が大きくなシ、IC
化に不適当である。以下にこの事情について説明する。
第2図は第1図の差動増幅器の直流入出力特性を示した
ものである。横軸は入力電圧Vin、縦軸は出力電圧V
out、 Vo+は逆相出力、VO2は同相出力の出力
信号を示して′おシ、逆相出力VOIと同相出力’Jo
2の交叉点において入力成田Vinは入力基準バイアス
螺圧(=+VBB )となる。実際差動増幅器として使
用する範曲は逆相出力vo+と同相出力vL12とのク
ロスラインの部分であシここでの傾きが差動増幅器の利
得を示す。゛また逆相出力vL11と同相出力vozの
波形の傾きが常に一定であるために、入力波形に対する
出力波形の歪み、換言すればリニアリティは良好である
ことが示されている。しかし、利得と負荷抵抗値との関
係から、負荷抵抗値が問題となる。
次式を用いて、これを説明する。
(1)式においてAvは成田利得(Av=±Jm几L)
・・・・・・・・・(りであ夛、gmは駆@ MOS 
トランジスタの相互コンダクタンス、kLxhは負荷抵
抗値、十符号は同相出力の場合でアシ、−符号は逆相出
力の場合である。(1)式より相互コンダクタンスgm
O値は駆動MOSトランジスタによって決ま夛はぼ一定
であるので、大きな利得を得るためには抵抗値を大遣く
しなければならない。一般に数dB以上の利得を得るた
めには数にΩ以上の負荷抵抗が必要となる。この値の抵
抗をICチップ上に作るとチップ占有面積が大きくなシ
、その上抵抗値もパラつくため、特性の良好な回路とな
らず、それ故抵抗を使用することはIC化には不利であ
る。
第6図は負荷抵抗のかわシにN−MOS )ランジスタ
を負荷として利用した差動増幅器である。
図中において22および23は負荷用N−MO8)ラン
ジスタである。その他の符号で、41図と同一の符号は
同一の機能を示すものである。第3図の差動増幅器の利
点としては負荷として抵抗を使用しないため、回路規模
が小さくできることである。しかし、第1図の差動増幅
器に比ベリニアリティが格段に劣っているという欠点が
ある。これを次に説明する。
第4図には第6図の差動増幅器の直流入出力特性を示す
。横軸は入力成圧自n1縦軸は出力・電圧Voutであ
シ、vffgは逆相出力、VO4は同相出力の出力信号
である。出力′電圧はSiO’sとVDの交叉する所で
入力基準バイアス成田(=VnB)となる。第4図では
第2図の特性図と比較して横軸方向に関して非対称形の
グラフとなっている。つまシ逆相出力vos、同相出力
V’04の傾きが一定でないために、入力成田の変化に
対し出力電圧の変化が一定とはならず、従ってlJニア
リテイは悪い。
第5図は上記原因を説明するものであ夛、負荷用N−M
O8)ランジスタのオン抵抗特性を示す。横軸は負荷M
(JS )ランジスタのドレイン。
ソース間電圧VDs 、縦軸はオン抵抗曲訃nを示す。
第3図の差動増幅器に入力信号が入ると駆動用MO8’
 ) 9ンジスタ5および51のドレイン。
ソース間成田が喪化する。これにともない負荷MO8)
ランジスタ22および23のドレイン、ソース間電圧V
DEIも変化するが、M5図よシ負荷MOSトランジス
タのドレイン、ソース間1g EEvnsが変化すると
、オン抵抗値も変化してしまい、従って入力電圧によっ
て負荷抵抗値が変化する。このため、(1)式よシ利得
は一定とはならず、第5図の差動増幅器のりニアリティ
は第゛1図の抵抗負荷の差動増幅器に比較して劣ってい
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点をなくシ、リ
ニアリティに優れ、かつMOS)ランジスタ構成による
IC化に好適な増幅器を提供することにある。
〔発明の概要〕
このような目的を達成するだめに、本発明では負荷をC
−MOS)う/ジスタを使用しドレ、イン、ノース間電
圧VD[]の変化に対し負荷のオン抵抗値がほとんど変
化しないようにして、リニアティを良好とし、また、C
−MO8負荷トランジスタのゲートサイズを適当に選ぶ
ことによって消費′電力を小さくする。
〔発明の実施列〕
、次に図を参照し本発明の詳細な説明する。
第6図は本発明の一芙施例を示す回路図である。
同図において8および81は負荷用P−↓vlO8)ラ
ンジスタでら夛、その池の符号は第1図、第3図と同一
のものは同一の機能を示す。また、負荷用P−MOSト
ランジスタ8および81とN −1140S )ジンジ
スタ22および26はいわゆるC4USを構成し、これ
が差動増幅器の負荷となっている。
比7図は、第6図の入出力特性を示したものであシ、横
軸を入力成田Vin、  縦軸を出力電圧V。
としvoaは逆相出力、Voiは同相出力の出力信号を
示す。第7図の特性図を従来技術の抵抗負荷差動増幅器
の入出力特性図、第2図と比較してみてほとんど同特性
であることがわかる。以下にこの理由について説明する
従来技術のN−1VO8)ランジスタフ荷の場合、第5
図より負荷のN−MO5)ッンジスタのオン抵抗値几0
n−Nが入力信号の大きさによって変化してしまい、こ
れでは良好なlJ=アリティは得られない。そこで、第
8図のようなオン抵抗特性を持ったP−MO8)ランジ
スタを負荷N−i謹OSトランジスタに並列に接続し負
荷をC−MO8化する。
上述の方法により、C−MO8負荷のオン抵抗特性は第
9図のようにな〕、ドレ・イン、ソース間′4圧VDS
の変化、換言すれば、入力&王Vi1の変化によって抵
抗値はそれ程度化をせず、はぼ一定となる。この結果、
C−n1O8負荷購成の差動増幅器は抵抗負荷の差動増
幅器と同等のIJ ニアリティを得ている。
第10図は駆動Mosトランジスタ、定′ば流源、VO
SトランジスタをP−mO3)ランジスタで構成し/ヒ
実施例である。第6図と同一番号は同一機能を示す。第
10図において42は大刀基準バイアス電源VBB、 
 52.55 d 負荷側6 用OP−MO8トラy 
シスタ、61は足蹴流源用のP−MO8)ランジスタフ
1は61のMO8)ランジスタ用バイアス電源である。
第11図rltJ10図の差動増幅器の直流入出力特性
を示したものである。縦軸は出力4王Vout横軸は入
力底圧viuを、そしてVoiは逆相出力VO8は同相
出力を示す。第10図の差動増幅器ではN−rAO8)
9ンジスタとは逆動作のP・−1謹osトランジスタを
駆動用と定゛成流源用MO8)ランジスタに使用するた
め、出方は第11図のようにば流1圧1直が低くなるが
、リニアリティは第6図の差動増幅器と同各であシ、利
得もC−4iQS負荷の、14US ) 7ンジスタの
ゲートサイズを適当に与えることで設定できる。消責這
カも第6図の場合と全く同様に小さくできる。
第12図は本発明をり/グルアングに;iii用した場
合の一実施列である。1はシ源、22.8は負荷用N−
rVi0BおよびP−MO8)ランジスタ、3は逆相信
号出力端子、4は信号大刀端子、5は負荷駆動用iN−
MO8)ランジスタである。
第12図の反転増幅器は、従来、抵抗を負荷としていた
部分をC−MO8負荷に置き換えたものであり、C−M
O8O8負荷フォノ抵抗値3ona 7%一定であるこ
とを用いている。従って、リニアリティは抵抗負荷の場
合とほぼ同等であシ、抵抗値はC−MO8負荷部分のM
O8)ランジスタのゲートサイズを適当に与えることで
設定でき、またゲートサイズを小さくすれば、C−MO
8抵抗値は大きくなシ、消費電力を減らすことができる
第13図は第12図の負荷駆動用MO8)ランジスタを
P−MO8)ランジスタとした反転増幅器である。52
は負荷駆動用P−MO8トランジスタであフ、その他の
符号で第12図と同一符号は同一機能を示すものである
第16図の反転増幅器もやはシ、負荷を抵抗負荷のかわ
シにオン抵抗の変動の少いC−MO8負荷を用いている
だめ、リニアリティは良好であシC−MOS負荷のMO
8)ランジスタのゲートサイズを適当に与えることで比
較的大きな抵抗値を得ることが可能である。
以上の実施例の如り、従来の増幅器の抵抗負荷部分をC
−MO8負荷に置き換える事で、抵抗負荷の場合に準じ
たりニアリテイが得られ、またC −MOS負荷の1V
OSトランジスタのゲートサイズを適当に選定すれば大
きな抵抗が得られ、従って消費成力も小さくできる。そ
の上、MOSトランジスタによって大きな抵抗値が得ら
れているため、抵抗負荷の増幅器に比べIC化の際の回
路規模は小さくすることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、・負荷としてC−1VO8構成のMO
8)ランジスタを用いることにより、比較的大きな負荷
抵抗値が簡易に得られると同時に、消費成力を小さくで
きる。また、C−MO8負荷はオ・ン抵抗値の変動が非
常に小さいために、抵抗負荷の場合とほぼ同等なる良好
なりニアリテイを得ることができる。さらに本発明の増
幅回路は+dO8)ランジスタだけでできているために
チップサイズを、抵抗を用いた場合よシ大幅に小さくで
きる。
【図面の簡単な説明】
J1図は従来の抵抗負荷差動増幅器の回路図第2図は第
1図の直流入出力特性を示す特性図第3図は負荷をN−
MO8)ランジスタとしだ差動増幅器の回路図、第4図
は第5図の直流入出力特性を示す特性図、第5図はN−
tnO8;−ランジスタのオン抵抗特性を示す特性図、
第6図は本発明によるC−MO8負荷型差動増幅器の回
路図第7図は第6図の直流入出力特性を示す特性図第8
図/j:P−・MO8)ランジスタのオン抵抗特性を示
す特性図、第9図はC−IVIO8トランジスタのオン
抵抗特性め特性図、第10図は負荷をC−MO8で構成
し、その他の部分はP−IVIO8)ランジスタで構成
した差動増幅器の回路図、第11図は第10図の直流入
出力特性を示す特性図、第12図は負荷をC−、MO8
とし駆動用N−rAO8トランジスタを使用した反転増
幅器の回路図、第13図は負荷をC−+VO8とし、駆
動用にP−MO8)ランジスタを使用した反転増幅器を
示す回路図である。 1・・パ4源       2.21・・・負荷抵抗3
・・・逆相信号出力端子 4・・・信号入力端子 5.51・・・駆動用N−MO8)ランジス、り6・・
・定電流源用N −IVIO8)ランジスタフ・・・定
電流源用バイアス′鑞源 8.81・・・C−MOS負荷用P−tlO8)ランジ
スタ22.23・・・負荷用N−MO8)ランジスタ3
1・・・同相信号出力端子 41.42・・・入力基準バイアス1源52.53・・
・駆動用P−MO8)ランジスタロ1・・・定電流源用
P−IVIO8トランジスタ。 第 / 図 め2121 第3図 褥4図 out 第 5圀 第 6 区 第7図 第 δ 図 第? 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 負荷素子と負荷駆動用素子とがMOB )ランジ
    スタとから構成された轡幅器において、負荷素子がN−
    MOB )ランジスタとP−MOB )ラン
JP58024558A 1983-02-18 1983-02-18 C−mos負荷型増幅器 Pending JPS59151510A (ja)

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EP0121688A1 (en) 1984-10-17
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