JPS60121806A - Ｃ−ｍｏｓ増幅器 - Google Patents

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Ｏ−Ｍ’Ｏ８増幅器に関するものである。

従来、第１図のようＫＯ−ＭＯＳインバータを縦続接続
した０−ＭＯＳ増幅器が多方面で利用さｈ”１ニー　い
、６゜この例に４段接続しｆｃもので、ＰチャンネルＭ
　ＯＳ　−Ｆ　Ｅ　Ｔ　１〜４、ＵチャンネルＭＯ８−
ＦＥＴ５〜８および帰還抵抗９がらなっている。Ｐチャ
ンネル）Ａ　ＯＳ　−Ｆ　Ｆｉ　Ｔ　１〜４　オＬびＮ
チャンネルＩＡ　ＯＳ　−Ｆ’　ＥＴ　５〜８はそれぞ
れ０−Ｍ０ＥＩインバータを構成して卦り、第１段目の
端子ＰｉＫ入力信号が供給され、各段によって順次増幅
されて第４段目の端子Ｐｏから出力信号が発生するもの
である。一般ＫＯ−ＭＯＳインバータは、ある周波数以
下の周波数領域で増幅機能をもっており、縦続接続する
ことに、ｌ：って１段の０−ＭＯＳインバータ、！ニジ
はるかに大きな増幅率が得られるのである。しかしなが
ら高周波領域における増幅率は周波数にほぼ反比例して
おり、動作周波数の上限が自ずと定まるものであった。

従来は各０−Ｍ０Ｅ！インバータは同一寸法で形成され
てお多、最大動作周波数があまり高くとれず、最大動作
周波数の上昇および高周波領域における増幅率の改善が
切望されていた。

そこで本発明は縦続接続された０−Ｍ０ＥＩインバータ
の面積を後段にいくにしたがって順次小さくすることＫ
よシ、高周波領域Ｋｉ−ける増幅率の改善等を図るもの
である。

まず本発明の原理を示すために、０−Ｍ０ＥＩインバー
タの増幅率の周波数特性について述べる。

Ｃ−ＭＯＥ！インバータの低周波領域によさける増幅率
６周波数に依らずはぼ一定で、以下の式（１）で近似さ
れる。

Ａ　＝　（ｆｍｐ　＋ｆｍＮ　）　／　（１／ｒａｅｐ
−１−１７ｒｄ日Ｎ）・・・（１） ただし、 Ａ：Ｃ−ＭＯＳインバータの増幅率 ｆｍＰ　：　ＰチャンネルＭ　ＯＳ−Ｐ　Ｋ　Ｔの相互
コンダクタンス ９ｍＮ　：　ＮチャンネルＭ　ＯＢ　−Ｆ　Ｅ　Ｔの相
互コンダクタンス ｒａｓｈ：飽和領域でのＰチャンネルＭＯ８−ＦＥＴの
ドレイン抵抗 ｒｄθ１１：飽和領域でのＮチャンネル長Ｏ５−ＦＫＴ
のドレイン抵抗 である。

−また０−ＭＯＳインバータの高周波領域における増幅
率は周波数にほぼ反比例しており、以下の式（２）で近
似される。

Ａ　：　（ｆｍｐ　＋　ｆｍＮ）／２πｆ（ａ　Ｌ　−
１−ＣＤ　）　−（２）ただし。

ｆ：周波数 Ｏｒ、：Ｃ！−ＭＯＳインバータの負荷容量ＯＤ：０−
ＭＯＳインバータ自イ本のもつドレイン料−験 である。

ざらに、相互コンダクタンスｆｍＮ　、ｆｍＰ　および
ＣＤ　はＰチャンネルＭＯ８−ＦＢＴ（！：Ｎチャンネ
ルＭＯ８−ＰＥＴのチャンネル長りが等しいとした場合
、以下の式で衣わさ丑る。

ｆｍＰ’＝μＰ−００Ｘ＠ＷＰ／Ｌ＠ＦＰ　（ＶＤｎ、
ｖＴｐ）＝ア≦　１−ＷＰ／Ｌ　・・・（３ン ｆｍＮ　＝μｕ−ｏｏｘ＠ｗＮ／ｂ＠ＦＮ（ｖＤｎ、ｖ
Ｔｎ）＝Ｋｌ−ＷＮ／Ｉ、・・・（４） ＣＤ二＝＝≦に３・ＯＪＰΦＷＰ＋に４争Ｑ、ＴＮ・Ｗ
Ｎ・・・（５） ただし、 μＰ　：ＰチャンネルＭＯＥＩ−ＦＥＴの移動度μｎ：
１ｉグヤン７−　ルＭ　ＯＳ　Ｆ　ＦＪＴの移動度ＷＰ
；Ｐｆ−ｙンネＪｌ／　Ｍ　Ｏｓ　−Ｆ　Ｅ　Ｔのチャ
ンネル幅 ｗｙ　二Ｈチャンノ、ｋＭＯ８−ＦＥＴのチャンネル長 Ｌ：Ｐ、Ｎチャンノ；ルＭＯ８−ＦＥＴのチャンネル長 ＣＯＸ　：単位面積当りのゲート容量 ＦＰ（ＶＴ）Ｄ、ＶＴＰ）　：　Ｖ　Ｄ　Ｄ　、　Ｖ　
Ｔ　Ｐの関数ＦＮ（ＶＤＤ、ＶＴＩＪ）　：　Ｖ　Ｄ　
Ｄ　、　Ｖ　Ｔ　Ｎ　（ＤｒｊＡＩＢＶＴＰ：Ｐチャン
ネルＭ　ＯＳ　−Ｆ　Ｂ　Ｔのしきい値電圧 ＶＴＮ：ＩＪチャフ　；ｉ−ルＭ　ＯＳ　−Ｆ　Ｅ　Ｔ
のしきいイ１白７ＣＬ圧 Ｋｔ　〜に４　：　ＷＰ、ＷＮに依らナイ定ｎ０ＪＰ：
ｐチャンネルＭＯ８−ＦＫＴのドレインの単位面積当９
の接合容量 ＣＪ＋ｉ：Ｎチー’Ｃ’７ネルＭ　ＯＳ　−Ｆ　Ｋ　Ｔ
のドレインの単位面積当りの接合容量 である。

ここで、チャンネル幅ＷＰ、ＷＮの比全一定の値ｒとし
て固定すると、ｒ＝Ｗｐ／ｗＮ　だからＯＤ／　（？　
ｍ　ｐ　＋　９　ｍ　ｐ　）ユＬ・（Ｋ３・ＣＪＰ−Ｗ
Ｐ＋拘・ＣＪＮ−ｗＮ）／（ＫＩ　ＷＰ＋に２　ＷＮ） ≧Ｌ　・（Ｋ３　・ＯＪ　ｐ−ｒ十に４　・ＣＪＮ　）
／（Ｋｌ　ｒ＋”２　）＝に５・・・（６） となる。

ただし、 Ｋ５；ＷＰ、　ＷＮによらない定数 である。

上式（６）からｃ！Ｄ／（ｆ’ｍｐ−１１’ｍＮ　）　
は、Ｑ−ＭＯＳインバータのＷＰ、ＷＮの大きさに依ら
ないことがわかる。

また、（ｊＬは０−ＭＯＳインバータの負荷容量であυ
、縦続接続の中間にあるｃ−ＭＯＳインバータにとって
は、次段のＣ−ＩＡ　ＯＳインバータのＰチャンネルＭ
Ｏ８−Ｆ］１ｍＴおよびＮチャンネルＭＯ８−Ｆ’ＥＴ
のゲート各社にほぼ等しい。実際には、金属配線容量等
の浮遊容量もＱ　Ｌに含まれているが、ゲート容量の大
きさに灼しては無視しうる程度である。したがって、ｃ
Ｌはほぼ次式で近似できる。

ｃＬユに６　・ＣＯＸ−Ｌ　（Ｗ　Ｐ’＋　Ｗ　Ｎ’）
すに７　（Ｗ　Ｐ’＋　Ｗ　Ｎつ・（７）ただし、 ｗｐ’；次段のＰチャンネルＭＯ８−ＦＩＴ　のチャン
ネル幅 Ｗ　Ｎ／　；次段のＮチャ７ネルＭ　ＯＳ　−ＦＩＴ　
のチャンネル幅 に６　、　Ｋ、７　；　Ｗｐ’　、　ＷＮ’に依らない
定数である。

次段の０−ＭＯＳインバータにおいても、チャンネル幅
ＷＰ’、、ＷＮ’　の比が一定の値ｒ′となっていると
、ｒ　＝　Ｗ　Ｐ　’　／　Ｗ　Ｎ’だからｃｔ、／（
ｆｍｐ十ｆｍｋす！に７　（ＷＰ／　＋ＷＮ’　）／Ｃ
ＫＩＷＰ十に２ＷＮ） ”Ｋ７　（ｒ＋１　）／（Ｋｌ・ｒ＋に２　）・Ｗ　Ｎ
　’　／Ｗ　Ｎ Σに８・Ｗ　Ｎ’　／ＷＮ川（８） ただし、 Ｋ８；ＷＮ、　ｗＮ；　ｗｐ、　ｗｐ’に依らない定数
である。

したがって、高周波領域における０−ＭＯＳインバータ
の増幅率Ａは、次式で表わされる。

Ａユ１／２πｆ・（Ｋｇ　（Ｖｉ　Ｎ／ＷＮ　）十に５
）・・・（９）この式より、ＷＮ’　／ＷＮの値が小さ
い程、Ａｐ値は大きくなる傾向があることがわかる。す
なわち、縦続接続された０−Ｍ０ＥＩインバータの次段
のＦＥＴのチャンネル幅を前段のそれより縮小化するこ
とによって増幅率が増大することになる。

第２図は上記で述べた結果を説明するだめのもので、横
軸に周波数ｆの対数も、縦軸に増幅率Ａの対数をとって
いる。ａ、ｂよりなる折れ線が従来の同一寸法の０−Ｍ
０ＥＩインバータを縦続接続してなるＣ−ＭＯＳ増幅器
の１段当シの増幅率の周波数依存性であるとすると、後
段にいくに従ってＭＯＳ−ＦＥＴのチャンネル幅全縮小
化した場合の１段当りの増幅率は、高周波領域で波線ｂ
′のようになり、同一周波数で比較すると、増幅率が向
上する。また増幅率の対数がＵとなる周波数もＣからＣ
′に上昇、すなわち最大動作周数数が上昇する。

本発明は、上述の原理全第１図に示すようなＣＭ　Ｑ　
Ｓインバータの縦続接続によるＣ　−Ｍ’０１９増幅器
に適用したものであシ、例えば１段目のチャンネル幅を
１とした場合、２段目をその棒、３段目全に＋４段目を
％　という具合に縮小する。

この縮小率は、Ｃ！−ＭＯＢ増幅器全体の面積、Ｃ！−
ＭＯＳインバータの段数および最終段の負荷等全考慮し
て適切に定める必要がある。、以上のように本発明によ
れば、縦続接続したＣ−ＭＯＳインバータの寸法を後段
にいくに従って順次小さくするようにしたので、高周波
領域において増幅率が増大し、最大動作周波数が上昇す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図１ｒｉｃ−ＭＯＳインバータを縦続接続した０−
ＭＯＳ増幅器の一例を示した電気回路図、第２図は増幅
率の周波数依存性全話した特性図である。 １〜４・・・ＰチャンネルＭＯ８−ＦＥＴ。 ５〜８・・・ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＦｊＴ０以　上 代理人弁理士最　上　務

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＭＯＳ−ＦＫＴからなる複数の０−Ｍ０Ｂインバータ金
   縦続接続することによって増幅器を構成し、各Ｃ！−Ｍ
   ＯＳインバータの面積を前段から後段にいくにしたがっ
   て順次小さくしたことを特徴とするＯ　−Ｍ　ＯＳ増幅
   器。