JPS5981909A - Cmos増幅器用電流源周波数補償回路 - Google Patents

Cmos増幅器用電流源周波数補償回路

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JPS5981909A
JPS5981909A JP58169114A JP16911483A JPS5981909A JP S5981909 A JPS5981909 A JP S5981909A JP 58169114 A JP58169114 A JP 58169114A JP 16911483 A JP16911483 A JP 16911483A JP S5981909 A JPS5981909 A JP S5981909A
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JP
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amplifier
capacitor
frequency compensation
transistor
compensation circuit
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JP58169114A
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ジエ−ムズ・ビ−・ウイ−ザ−
レイ・エイ・リ−ド
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National Semiconductor Corp
Original Assignee
National Semiconductor Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/083Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements in transistor amplifiers
    • H03F1/086Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements in transistor amplifiers with FET's
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3001Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】 本発明は単位利得安定性を保障し、良好な電源変動抑制
(rejection)を与えるC #!’ OS増幅
器用電流源周波数補償回路に関する。
相補形金属酸化物半尋体(CA40 S )集積回路(
IC)J’iI造は線形信号増幅器の用途に極めて普及
して来た。この増幅器はICチップ中に組み込むことが
でき、このICチップも一般には大規模集積回路(L 
S I C)構造の形式で、従来のCMOSデジタル回
路を備えている。多くのCMO8増幅器回路構造はバイ
ポーラ回路の線に沿って開発されたが、実際の実現に際
してはしばしば問題が発生した。一般に、バイポーラデ
バイス回路は永年に亘って開発され、周知のように極め
て良好に動作するが、CMOS均等物はいくらか異なっ
た動作をしかつ直接の等化物は十分に満足には動作しな
いO 特に、バイポーラ増幅器設計の周波級補償がかなり精密
に開発され、しかも極めて満足のいく回路が使用中であ
る。しかし、同様の周/′F1.数補償計画かCM Q
 S回路に変換できても、得られる特性はしばしば完全
には同じではf、f <、全体の特性は受は入イするこ
とがてきないものである。
James B、Wilseγにより1982年4月1
日に出願きれた係属中の特許出願番号第364,548
号が引用される。この出願の名称はr CAf OS電
圧基準(CtWO8VOLTAGE  REFEREN
CE)」であり、引用のためにここに組み込丑れている
これは、温度安定電圧を発生しかつ周波数補償された線
形高利得増幅器を備えている。
本発明の目的は、単位利得安定性を保障し、従来設計の
ものにくらべてより良好な電源変動抑制(power 
5rbpply rejection)を与える改良さ
れた周波数補償回路を備えたC Ill OS線形増幅
器を提供することである。
本発明の別の目的は、LSIC構造に適用するアナログ
増幅器用のできるだけ数の少ない部品を用いた、cMo
sfd形増幅器における改良された周波数補償回路を、
礎供することである。
こ1′V、らの及び他の目的は以下のように達成はれる
。線形増幅器は高利得反転増幅器段を+J必する差・助
入力段から構成ばれている。周?/l!l数補償は、反
転増幅器段のまわりに接続はれミラー(m、i l 1
er)積分器の動作を行なうコンデンサにより行なわれ
る。本発明は′或圧゛刊御電流源を直列にコンデンザ帰
還径路に結合している。電流源は好適なフィートハ:、
/クループ内の共通ゲー1−)ランジスタ増幅器として
実現され、個別の帰還増幅器の形あるいは差動人力段に
おけるカスケード負荷の形をとることができる。
まず、従来技術について説明し、次に本発明について説
明する。第1図には従来のCMO8増幅器が示されてい
る。電源が+VDD、瑞子10表子10s端子11との
間に接続されている。2段が示されている。入力段12
は、Nチャンネルデバイス14及び15の差動トランジ
スタ対、電流ミラー負荷pチャンネルトランジスタ16
及び17、及びNチャンネルテイル(tail)″電流
シンク18から成っている。トランジスタ18は端子1
9に印加されでいるVB□AS電位により通常はオンに
バイアスされている。この端子19は通常は−Vssよ
り上の1つのNチャンネルトランジスクスレシホールト
よりやや上にバイアスされている。
入力段は、直接に反転増幅器段13に接続されているノ
ード20のシングルエンデソド出力を与える。この段は
Pチャンネルドライバー21及びNチャンネル電流シン
ク負荷22から成っている。
これらは一体で反転増幅器を形成している。電流シンク
22はテイル(tail)電流シンク18に並列にバイ
アスされる。図示の構造を用いて、出力端子25は高利
得において、反転入力端子23と非反転入力端子24と
の間に印加される差動入力信号に応答する。
周波数補償コンデンサ26はノード20と出力端子25
との間に接続されて示されている。このコンデンサは実
際には反転増幅器段13のまわりの負帰漿要素である。
これはミラー積分器を形成している。ここでは実際のコ
ンデンサはノード20に負荷され、1十段13の利得×
コンデンサ26の値に等しい。この構造は従来のように
6db10ct、の高周波数利得ロールオフを生じる。
しかし、この回路には幾つかの問題がある。
直流では、第1図の回路は電源の変動に反応しない。と
いうのはトランジスタ21のゲートが、直接に+VDD
に戻されているそのノースに追従するからである。この
ようにしてVDDにおける変動が除去される。言いかえ
ると、トランジスタ16及び17によって、ノード20
はVDDを追跡する。
し71)シ、図示のコンデンサ26によって、高次の信
号周波数におけるインピーダンスは、それがノード20
をバイパスするように作用するほど十分に低くなり、そ
のためノード20はもはやVDDを追跡しない。これは
、段13により増幅されるトランジスタ21のゲート−
ノース電圧の変化を生じ、高次の信号周波数においては
良くない電源変動抑制を生じる。
コンデンサ26が高次の信号周波数においてフィードフ
ォワード要素として作用しかつノード20を直接に出力
端子25に暗続するだめに第2の問題が生じる。このフ
ィードフォワード径路は段13により反転されないので
1位相シフトの増大を伴なう上昇利得が生じる。これは
増幅器の単位利得帯域幅内の信号周波数で不安定を生じ
させる。
従来、この第2の問題は認識恣れている。1つの方法は
コンデンサ26に直列に抵抗を挿入することである。晶
型的には、これは、導電性にバイアスされた直列CんI
O8伝送ゲートを挿入することにより及び所望の結果を
生じるように選択された抵抗を設けるCとにより行なわ
れる。これは部分的に効果があるだけである。1982
年4月1日に出願された前述の係属中の出願番号第36
4,548号に開示されている別の方法は、出力端子を
駆動する非反転バンファ増幅器段と共に、補償コンデン
サを駆動する別個の非反転バッファ贈幅器段を用いるこ
とである。これは回路に多数の要素を付力日し、電力消
費が増大する。
第2図は本発明に使用する回路の回路図である。
回路要素が第1図のものと同じ場合には同じ参照番号が
使用されている。入力段12及び出力段13は第1図と
同じ方法で動作する。しかし、補償コンデンサ3oは差
動的に接続されている。
Nチャンネルトランジスタ31の形式の電圧制御電流源
がコンデンサ80及びノード20に直列に接続されてい
る。トランジスタ8H;j、 ノースを端子11で−V
ss電源に戻したNチャンネル1℃流ノンク32を備え
た共通ゲート増幅器デバイスと(−で機能する。トラン
ジスタ31のケートハ接地に戻されている。この接地は
+VDDのノベルと’ssのレベルとの間(通常は中間
)の電位を示している。コンデンサ3oは出力端子とト
ランジスタ31のソースとの間に接続されている。従っ
て5 トランジスタ31はドレーン(つ1り出力端)が
ノード20に戻はれた共通ベース非反転増幅器として機
能する。利得段13の出力はこのようにコンデンサ30
を介して接続され、トランジスタ31のソースで周波数
依存電圧を発生する。この周波数依存電圧はトランジス
タ31のゲートをノース電圧に変調する。トランジスタ
31は共通ゲート接続デバイスとして機能する。これは
ノード20への周波数補償電流帰還を生じさせる。
周波数補帰這を生じさせることに卯えて、トランジスタ
31はコンデンサ30をノード20から分離しこね、に
よってノード20へのローディングとノード20から出
力端子25へのフィードフォワードを除去する。
ダミーNチャンネルトランジスタ38及びNチャンネル
トランジスタ34のノース′也ト進シンクθミトランジ
スタ14のドレイスに接続され、差動トランジスタ14
及び15の動作をバランスさせる。
トランジスタ31を流れる直流は、トランジスタ83を
流れる直流によってバランスされる。トランジスタ33
はいかなるフィードバック信号もはこばない。第2図の
構成を用いて、補償コンデンサによって発生する不安定
性及びローディングの問題が解決される。10H=での
電源変動抑制によれば、第2図の回路は第1図の回路よ
り少なくとも20 db良好である。このことはオーデ
ィオ増幅器にとって重要であ・る。
第3図は本発明の別の実施例の回路図である。
同じ部品が使用されている場合には鶴1図の番号が使用
されている。主な相違は入力段12′カカスケード構造
であることである。共通ゲートNチャンネル負荷トラン
ジスタ85及び36がそれぞれトランジスタ15及び1
4のドレーンに直列に接続されている。トランジスタ3
5及び36のゲートは端子37でV   に戻されてい
る。このB工AS2 バイアスは+VDDと接地との中間にあるように選択さ
れており、その結果これらのトランジスタは通常はその
動作の飽和領域にバイアスされており、合成された伝導
はトランジスタ18を流れるティルミ流に専しい。周波
数補償コンデンサ3oは出力端子25とトランジスタ3
5Q)ノースとの11月に接続されている。トランジス
タ35は共通ゲート増幅器として動作し、コンデンサを
ノード20に接続する。トランジスタ36は入力段12
′σ)特性をバランスするように機能する。信号の点か
らみると、第3図の回路は第2図の回路と同じ方法で動
作し、トランジスタ35が、円波数依存電が乙をノード
20にフィートノくツクしまたノードを分離しかつロー
ドしない電圧制御電流源として機能する。この回路にお
いては、同等のある(1)eまより良い結果が得られる
通常は第3図は、より少ない9.1−品から成り電力消
費が少なく従って効率的であるので好壕しG)。
カスケードドライバーをf史用しているので、より大き
い利得が第1段12′で実現できる。しかし、これは第
2図に対して共通モードレンジが低減されている。その
ため、その用途は潰分器及び反転増幅器としての用途に
適する。より太きG)共通モードレンジが要求されると
ころでは、第2図が好適の実施例となる。
図示の回路は、全てのPチャンネルデバイスが。
十VDDK接続されている半導体基板に共通なバックゲ
ート(図示せず)を備えているような通常のP−ウェル
CAf OS構造に関し、ていることを理解スヘキであ
る。Nチャンネルトランジスタの各々は図示のように自
身の個別のバックゲート接続を有している。このデバイ
スはメタルあるいはシリコンゲート構造を用いることが
できる。例えげ、N−ウェル構造に対する他の形式の構
造も用いることができる。所望であれば1図示のすべて
のトランジスタが相補形で実現でき、電源の逆性を反転
さぜることができる。
旦 第8図の回路は、通常のシリコンゲートP−ウェルCM
O8構造を用いて構成されたスイッチドキャパシタフィ
ルタ内の積分器として使用された。
次のデバイスサイズが使用された。
コンデンサ30は5.8ピコフアラドで、ある。端子1
9のバイアスは、ゲートがドレーンに帰還されているN
チャンネルトランジスタを介して、80マイクロアンペ
アの公称電流を流すことによって与えられる。このフィ
ルタは従来のものよりも20 dbよいPSEを示し、
かつ十分に機能した。
第3図の回路は約2MHzで単位利得に対して6db1
0atのロールオフを有していることをコンピュータシ
ュミレーションが示しだ。出力端子25に対する端子2
8−24における差動入力端間の低周波数利得は2よそ
70 dbである。電源変動抑制比は]、 OIQHz
において70 dbである。
【図面の簡単な説明】 第1図は従来の周波数補償を用いたC A/ OS増幅
器の従来の形式の回路図、第2図は本発明のCM Q 
SJ?J幅器回路の回路図、第3図は本発明の別の実施
例を示す図である。 10:斗V 端子   ] 1 :  −VBBU子D 12:入力段     13:反転増幅器段14.15
:差動トランジスタ対 16.17:Pチャンネルトランジスタ18:電流シン
クトランジスタ 83.84:ダミーNチャンネルトランジスタ% 、f
f出願人  ナショナル・セミコンダクター・コーポレ
ーション (外4名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)入力端及び出力端を有する反転増幅器、前記入力
    端と出力端との間に接続された周波数補償コンデンサ、
    及び 該コンデンサに直列に接続された電流帰還要素、を備え
    るC M OS 線形信号増幅器の周波数補償回路。 (2、特許請求の範囲第1項において、前記電流帰還要
    素が、前記コンデンサに接続された入力ソースと、前記
    反転増幅器の前記入力端に接続された出力ドレーンとを
    有する共通ゲートトランジスタ増幅器から成り、これに
    より前記コンデンサが前記反転増幅器出力から前記反転
    増幅器に接続されているが、前記反転増幅器の入力端で
    容量性負荷として機能しないCMO8線形信号増幅器の
    周波数補償回路。 (8)特許請求の範囲第2項において、前記共通ゲート
    トランジスタ増幅器がソース電極に直列に接続された定
    電流バイアスデバイスを備えているCMO8線形信号増
    幅器の周波数補償回路。 (4)特許請求の範囲第3項において、前記反転増幅器
    が、前記反転増幅器の前記入力端に接続されたシングル
    エンデツド出力を有する差動入力段によって駆動される
    CMO8線形信号増幅器の周波数補償回路。 (5)特許請求の範囲第4項において、更に、前記差動
    入力段をバランスきせるために結合されたダミー電流帰
    還要素を備えるC AI OS 1fJi形信号増幅器
    の周波数補償回路。 (6)特許請求の範囲第4項において、前記入力段がカ
    スケード接続ドライバートランジスタを備えるCMO8
    線形信号増幅器の周波数補償回路。 (7)特許請求の範囲第6項において、前記カスケード
    接続ドライバーが更に、前記コンデンサに接続された入
    力ソースを有する前記共通ゲートトランジスタ増幅器の
    機能を実行することを特徴とするCA(O8線形信号増
    幅器の周波数補償回路。 (8)特許請求の範囲第7項において、前記差動人力段
    が、更に前記共通ゲートトランジスタ増幅器用の前記定
    電流デバイスとして機能するCMOS線形信号増幅器の
    周波数補償回路。 (9)特許請求の範囲第8項において、ダミーカスケー
    ド負荷トランジスタがその動作をバランスするために前
    記差動入力段中に含寸れているCMO8線形信号増幅器
    の周波数補償回路。
JP58169114A 1982-09-13 1983-09-13 Cmos増幅器用電流源周波数補償回路 Pending JPS5981909A (ja)

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