JPS6221404B2 - - Google Patents

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JPS6221404B2
JPS6221404B2 JP54075022A JP7502279A JPS6221404B2 JP S6221404 B2 JPS6221404 B2 JP S6221404B2 JP 54075022 A JP54075022 A JP 54075022A JP 7502279 A JP7502279 A JP 7502279A JP S6221404 B2 JPS6221404 B2 JP S6221404B2
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current
current source
voltage
source circuit
output
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JP54075022A
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Japanese (ja)
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JPS55166312A (en
Inventor
Kyuichi Haruyama
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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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
    • H03F1/42Modifications of amplifiers to extend the bandwidth
    • H03F1/48Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers
    • H03F1/483Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers with field-effect transistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は入力電圧に比例した出力電流を得る
線形電圧―電流変換器、時にモノリシツク集積化
に適した変換器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a linear voltage-to-current converter with an output current proportional to the input voltage, sometimes suitable for monolithic integration.

従来の電圧―電流変換器は第1図Aに示すよう
に電圧信号源11からの変換されるべき信号電圧
は演算増幅器12の非反転入力側へ供給され、演
算増幅器12の出力はバイポーラトランジスタ1
3のベースへ供給され、トランジスタ13のコレ
クタは電源端子14に接続され、エミツタは演算
増幅器12の反転入力側に接続されると共に抵抗
器15を通じて接地される。演算増幅器12の作
用によりその反転入力側の電圧が信号電圧と等し
くなり、従つて抵抗器15にその信号電圧に応じ
た電流が流れる。
In the conventional voltage-to-current converter, as shown in FIG.
The collector of the transistor 13 is connected to the power supply terminal 14, and the emitter of the transistor 13 is connected to the inverting input side of the operational amplifier 12 and grounded through the resistor 15. Due to the action of operational amplifier 12, the voltage on its inverting input side becomes equal to the signal voltage, and therefore a current flows through resistor 15 in accordance with the signal voltage.

或いは第1図Bに示すように電圧信号源11の
信号電圧は抵抗器15を通じて演算増幅器12の
反転入力側及びトランジスタ13のエミツタに供
給され、トランジスタ13のコレクタは電源端子
14に、ベースは演算増幅器12の出力側に接続
され、演算増幅器12の非反転入力側は接地され
て構成されていた。
Alternatively, as shown in FIG. 1B, the signal voltage of the voltage signal source 11 is supplied through the resistor 15 to the inverting input side of the operational amplifier 12 and the emitter of the transistor 13, with the collector of the transistor 13 connected to the power supply terminal 14 and the base connected to the operational input terminal. It was connected to the output side of the amplifier 12, and the non-inverting input side of the operational amplifier 12 was grounded.

これ等従来の変換器はモノリシツク集積化され
た演算増幅器、単体抵抗器及び単体トランジスタ
による第1の達成手段、又は全ての素子のモノリ
シツク集積化による第2の達成手段により作られ
てきた。前記第1の達成手段は実装面積の増大、
実装コストの増大、信頼性の低下等個別部品によ
る構成回路の持つ一般的に共通な欠点を有してい
た。一方、第2の達成手段では全回路が集積化さ
れているが、演算増幅器の部分も含めて全回路を
集積化した場合に大きなチツプ面積を占有し、さ
らに特に動作電流範囲が低く高抵抗を必要とする
回路ではチツプ面積が著しく増大し、実現が難し
くなつていた。
These conventional converters have been made by monolithically integrated operational amplifiers, single resistors and single transistors to achieve the first goal, or by monolithically integrating all components to achieve the second goal. The first achievement means is increasing the mounting area;
It has the common drawbacks of component circuits made of individual components, such as increased mounting costs and decreased reliability. On the other hand, in the second means of achievement, all the circuits are integrated, but when all the circuits including the operational amplifier are integrated, it occupies a large chip area, and in particular, the operating current range is low and the resistance is high. The required circuit required a significant increase in chip area, making it difficult to implement.

又、第1,第2の実現手段に共通した欠点とし
ては演算増幅器の周波数補償のためその動作周波
数帯域の上限が著しく制約を受けていたこと、補
償容量が集積回路内の大きな面積を占有していた
ため演算増幅器部分のチツプコストが高かつたこ
と及び単極性入力及び出力しか得られなかつたこ
と等があつた。
Furthermore, the common drawbacks of the first and second implementation means are that the upper limit of the operating frequency band is severely restricted due to the frequency compensation of the operational amplifier, and that the compensation capacitance occupies a large area within the integrated circuit. As a result, the chip cost of the operational amplifier was high, and only unipolar inputs and outputs could be obtained.

この発明の目的は拡散抵抗及び演算増幅器を必
要とすることなく、動作周波数帯域の著しい改善
と、非常に小さなチツプ面積を占有するのみでモ
ノリシツク集積化できる電圧―電流変換器を提供
することにある。特に低電流出力を必要とする電
圧―電流変換器は従来回路では集積化するには現
実的に不可能な程大きなチツプ面積を高抵抗達成
のため必要としたが、この発明の電圧―電流変換
器では抵抗を使用せず集積回路で製造の容易な能
動素子(FET)のみによつて構成することがで
き、小さなチツプ面積を占有するのみでモノリシ
ツク集積化できるようにするものである。
The object of the invention is to provide a voltage-to-current converter that can be monolithically integrated without the need for diffused resistors and operational amplifiers, with a significant improvement in the operating frequency band and occupying a very small chip area. . In particular, voltage-to-current converters that require low current output require a large chip area that is practically impossible to integrate with conventional circuits, but the voltage-to-current converter of this invention The device does not use resistors and can be constructed using only active elements (FETs) that are easy to manufacture in integrated circuits, occupying only a small chip area and allowing monolithic integration.

この発明によれば電界効果トランジスタで構成
された第1及び第2電流源回路を設ける。これ等
両電流源回路の電界効果トランジスタのドレイン
電流―ゲート電圧特性は共に2乗特性をもち、か
つその2乗特性の2次係数はほゞ等しいが、ゲー
ト電圧軸方向に互にずらされている。このような
第1及び第2電流源回路は共通の入力電圧により
同時に制御され、かつこれ等の出力電流の差電流
が出力回路により取出される。このようにしてそ
の差電流は入力電圧に対して直線的な関係が得ら
れる。またこの変換器は演算増幅器及び抵抗器を
用いることなく構成できる。
According to the present invention, first and second current source circuits each made up of field effect transistors are provided. The drain current-gate voltage characteristics of the field effect transistors in both current source circuits both have square characteristics, and the quadratic coefficients of the square characteristics are approximately equal, but they are shifted from each other in the gate voltage axis direction. There is. Such first and second current source circuits are simultaneously controlled by a common input voltage, and the difference between their output currents is extracted by an output circuit. In this way, the difference current has a linear relationship with the input voltage. Also, this converter can be constructed without using operational amplifiers and resistors.

次にこの発明による電圧―電流変換器を第2図
以下の図面を参照して説明しよう。
Next, the voltage-current converter according to the present invention will be explained with reference to the drawings from FIG. 2 onwards.

第2図及び第3図はこの発明の原理を説明する
ための図である。一般にyをxの2次の関数とす
るとこの2次関数の頂点から離れたxの一定領域
でのyの変化量に対する線形性は、この一定領域
が頂点から離れるに従つて良くなる。すなわち線
形性を 線形性=線形性誤差/xの一定変化に対応したyの変
化量 とすると、xの一定変化に対する線形性誤差がそ
の一定領域の頂点に対する位置のいかんにかかわ
らず一定であるのに対して対応するyの変化量が
頂点からその一定領域が離れるに従つて増大する
ため線形性は改善される。
FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the principle of this invention. Generally, when y is a quadratic function of x, linearity with respect to the amount of change in y in a constant area of x away from the apex of this quadratic function improves as the constant area moves away from the apex. In other words, if linearity is linearity = linearity error / amount of change in y corresponding to a constant change in x, then the linearity error for a constant change in x is constant regardless of the position with respect to the vertex of the constant area. The linearity is improved because the amount of change in y corresponding to y increases as the constant region moves away from the vertex.

第2図はx=B、y=0を頂点とする2次関数
を図示し、線16はこの2次関数y=A(x―
B)を示し、線17はxの3Bから5Bまでの一
定変化(2B)領域での線形性を示すための直線
を示したものであり、この直線はy=6ABx―
14AB2と表わすことができる。線18はxのBか
ら3Bまでの一定変化(2B)領域での線形性を示
すための直線を示し、この直線はy=2ABx―
2AB2と表わすことができる。xのBから3Bへの
変化に対応したyの変化量は4AB2であり、2次
関数曲線16と直線18との最大誤差、すなわち
線形性誤差19はAB2である。一方xの3Bから
5Bへの変化に対応したyの変化量は12AB2と増大
するが、2次関数曲線16と直線17との最大誤
差すなわち線形性誤差21はAB2と変化しない。
このxの3Bから5Bへの一定領域での線形性は
AB2/12AB2〓8%となる。
FIG. 2 illustrates a quadratic function with vertices at x=B and y=0, and line 16 represents this quadratic function y=A(x-
B) 2 , and line 17 shows the linearity in the constant change (2B) region of x from 3B to 5B, and this straight line is y = 6ABx -
It can be expressed as 14AB 2 . Line 18 shows linearity in the constant change (2B) region of x from B to 3B, and this straight line is y = 2ABx -
It can be expressed as 2AB 2 . The amount of change in y corresponding to the change in x from B to 3B is 4AB 2 , and the maximum error between the quadratic function curve 16 and the straight line 18, that is, the linearity error 19, is AB 2 . On the other hand, from 3B of x
Although the amount of change in y corresponding to the change to 5B increases to 12AB 2 , the maximum error between the quadratic function curve 16 and the straight line 17, ie, the linearity error 21, does not change from AB 2 .
The linearity of this x in a constant region from 3B to 5B is
AB 2 /12AB 2 = 8%.

以上の説明が示唆するように頂点から離れたx
の一定領域を使用することによつてこの線形性は
著しく改善される。このような特性を電子回路と
して実現することは可能である。電界効果トラン
ジスタのゲート―ソース間入力電圧に対するドレ
イン電流が非常に良い2次特性を有していること
は公知である。第2図のx軸はゲートソース間電
圧、y軸はドレイン電流、Bはしきい値電圧に対
応させることができる。したがつてこの電界効果
トランジスタを高いゲート―ソース間電圧の一定
領域で動作させることにより、その領域内のドレ
イン電流の変化は線形性が比較的良くなる。しか
しこの実現手段は入力信号範囲が制約を受けると
共に必要以上に高い電圧電源を必要とし、又消費
電力も大となるため有効な手段といえない。しか
しながら若干の付加的措置を講ずることにより、
線形性の非常によい動作領域を得ることが可能と
なる。
As the above explanation suggests, x far from the vertex
By using a constant region of , this linearity is significantly improved. It is possible to realize such characteristics as an electronic circuit. It is known that the drain current of a field effect transistor with respect to the gate-source input voltage has a very good quadratic characteristic. In FIG. 2, the x-axis can correspond to the gate-source voltage, the y-axis can correspond to the drain current, and B can correspond to the threshold voltage. Therefore, by operating this field effect transistor in a constant region of high gate-source voltage, the change in drain current within that region becomes relatively linear. However, this implementation means is not effective because the input signal range is restricted, an unnecessarily high voltage power supply is required, and the power consumption is also large. However, by taking some additional measures,
It becomes possible to obtain an operating region with very good linearity.

第3図において曲線22は第1の2次関数y=
Ax2を示し、曲線23は曲線22と2次係数の等
しい第2の2次関数y=A(x―2B)2を示して
いる。曲線22及び23の差は2次の係数が等し
いから直線となり、直線24はこの直線y=
4ABx―4AB2を示したものである。このような特
性を電子回路として実現することはやはり可能で
ある。その第1の実現手段の例はしきい値電圧V
Tのみ異なり、その他の特性はそろつた電界効果
トランジスタ(以下FETと記す)対によつて構
成した電子回路である。一般にしきい値電圧VT
に差を付けることはイオン注入によるFETのチ
ヤンネル中への不純物ドープにより達成すること
ができる。チヤンネル中への不純物ドープにより
モビリテイーは変化する。この変化量は不純物ド
ープ量又はしきい値電圧VTの差の量に対応して
おり、あらかじめその差の量を決めればモビリテ
イーの変化量は決められる。このモビリテイーの
変化量を補償するFETの形状比を集積回路のパ
ターンとしてあらかじめ与えておくことによつて
しきい値電圧VTに差を有する整合性の良いFET
対を集積回路として達成することができる。
In FIG. 3, the curve 22 represents the first quadratic function y=
Ax 2 is shown, and the curve 23 shows a second quadratic function y=A(x-2B) 2 having the same quadratic coefficient as the curve 22. The difference between curves 22 and 23 is a straight line because the quadratic coefficients are equal, and straight line 24 is this straight line y=
4ABx - 4AB 2 is shown. It is still possible to realize such characteristics as an electronic circuit. An example of the first implementation means is the threshold voltage V
It is an electronic circuit composed of a pair of field effect transistors (hereinafter referred to as FETs) that differ only in T and have the same characteristics in other respects. In general, the threshold voltage V T
This difference can be achieved by doping impurities into the FET channel by ion implantation. Mobility changes depending on the impurity doped into the channel. This amount of change corresponds to the amount of impurity doping or the amount of difference in threshold voltage V T , and if the amount of difference is determined in advance, the amount of change in mobility can be determined. By presetting the shape ratio of the FET that compensates for this amount of change in mobility as an integrated circuit pattern, it is possible to create a well-matched FET with a difference in threshold voltage V T .
The pair can be implemented as an integrated circuit.

第2の実現手段の例はしきい値電圧の等しい複
数のFETを直列接続した2組の電流源で構成し
た電子回路である。又第3の実現手段の例は異な
る金属をゲート材料として用いた金属酸化膜
FET(MOSFET)で構成した電子回路である。
このMOSFET対ではゲート材料の差により仕事
関数(φMS)に差を生じ、しきい値電圧VTが異
つたFET対が得られる。
An example of the second implementation means is an electronic circuit composed of two sets of current sources in which a plurality of FETs having the same threshold voltage are connected in series. An example of the third implementation means is a metal oxide film using a different metal as the gate material.
It is an electronic circuit composed of FETs (MOSFETs).
In this pair of MOSFETs, a difference in the work function (φMS) occurs due to the difference in gate material, resulting in a pair of FETs with different threshold voltages V T .

以上の実現手段の例で示した電子回路は理想的
には前記第3図に示した特性22,23を有する
が、実際の電子回路では曲線22,23で示した
対の2次関数の2次の係数をまつたく等しくする
ことは難しい。曲線22,23の関数の2次の係
数すなわちFET対の特性比が10%不整合である
時には約2%の線形性誤差となり、1%の不整合
である時には約0.2%の線形性誤差となる、集積
回路技術では現在においても1%程度の対子対を
得ることは容易であり、高度な線形性動作領域を
得ることが可能である。
Ideally, the electronic circuit shown in the example of the above implementation means has the characteristics 22 and 23 shown in FIG. It is difficult to make the following coefficients exactly equal. When the quadratic coefficients of the functions of curves 22 and 23, that is, the characteristic ratio of the FET pair, are mismatched by 10%, there will be a linearity error of about 2%, and when there is a mismatch of 1%, there will be a linearity error of about 0.2%. In integrated circuit technology, it is currently easy to obtain pairs of about 1%, and it is possible to obtain a highly linear operating region.

第4図はこの発明の第1の構成例の一部を示
す。2次特性をもつ第1,第2電流源回路25,
26が設けられ、これら第1,第2電流源回路2
5,26は共通の入力端子27からの入力電圧に
より制御され、その入力電圧に応じた電流を出力
端子28,29に流す。これら電流は端子31を
通じて電流吸収部に共通に吸収される。
FIG. 4 shows a part of the first configuration example of the present invention. first and second current source circuits 25 with quadratic characteristics;
26 are provided, and these first and second current source circuits 2
5 and 26 are controlled by an input voltage from a common input terminal 27, and a current corresponding to the input voltage flows through output terminals 28 and 29. These currents are commonly absorbed by the current absorbing section through the terminal 31.

第1,第2電流源回路25,26は端子27へ
の入力電圧に対して第3図で例示したように2次
特性を有する出力電流をそれぞれ出力端子28,
29より出力する。端子28,29の出力電流の
差は第3図の直線24で例示した通り入力端子2
7への印加電圧に対して線形性を有する。
As illustrated in FIG.
Output from 29. The difference between the output currents of terminals 28 and 29 is the difference between the output currents of input terminal 2 and 29, as illustrated by the straight line 24 in FIG.
It has linearity with respect to the voltage applied to 7.

第5図は、この発明の他の構成例の一部を示
し、差動入力に対し差動出力を得るべく構成した
回路である。この構成によりゼロ差動入力に対
し、ゼロ差動出力が得られる。第5図において第
4図と共通部分には同一番号が付してある。第1
の電流源回路25と同一特性を有する第3の電流
源回路32が設けられ、その出力端子33は第2
の電流源回路26の出力端子29と共に第2の出
力端子34へ接続されている。又、第2の電流源
回路26と同一特性を有する第4の電流源回路3
5が設けられ、その出力端子36は第1の電流源
回路25の出力端子28と共に第1の出力端子3
7へ接続されている。又、第3,第4の電流源回
路32,35は第2の共通入力端子38への入力
電圧によりバイアスされている。
FIG. 5 shows a part of another configuration example of the present invention, which is a circuit configured to obtain a differential output in response to a differential input. With this configuration, zero differential output can be obtained in response to zero differential input. In FIG. 5, parts common to those in FIG. 4 are given the same numbers. 1st
A third current source circuit 32 having the same characteristics as the current source circuit 25 is provided, and its output terminal 33 is connected to the second current source circuit 32.
It is connected to the second output terminal 34 together with the output terminal 29 of the current source circuit 26 . Further, a fourth current source circuit 3 having the same characteristics as the second current source circuit 26
5 is provided, and its output terminal 36 is connected to the first output terminal 3 together with the output terminal 28 of the first current source circuit 25.
Connected to 7. Further, the third and fourth current source circuits 32 and 35 are biased by the input voltage to the second common input terminal 38.

この構成で入力端子38への入力を第3図の
4Bと設定すると第1の入力端子27への2B以上
の入力に対し電源電圧等の制約範囲内で線形性を
有する差動出力電流が出力端子34,37より得
られる。又この差動動作はこの電圧―電流変換器
が両極性動作をしていることを意味し、従来の電
圧―電流変換器では得られない新たな特性がこの
発明によつて得られる。
With this configuration, the input to the input terminal 38 is as shown in Fig. 3.
When set to 4B, a differential output current having linearity within a constraint range such as the power supply voltage can be obtained from the output terminals 34 and 37 for an input of 2B or more to the first input terminal 27. Further, this differential operation means that this voltage-current converter has bipolar operation, and the present invention provides new characteristics that cannot be obtained with conventional voltage-current converters.

第6図はこの発明の一実施例であり、第4図で
示した第1の構成例に対応している。第1,第2
の電流源回路25,26として第1,第2の
FETが用いられ、これらFET25,26の各ド
レインは出力端子28,29へ接続され、各々の
ソースは共に端子31を通して電流吸収部(例え
ば電源)へ接続され、又、各々のゲートは共に共
通入力端子27へ接続されている。第1,第2の
FET25,26はしきい値電圧VTのみ異り、そ
の他の特性のそろつた素子対である。そのしきい
値電圧VTの差は前述の各手段等によつて得るこ
とができる。
FIG. 6 shows one embodiment of the present invention, and corresponds to the first configuration example shown in FIG. 1st, 2nd
The first and second current source circuits 25 and 26
FETs are used, and the drains of these FETs 25 and 26 are connected to output terminals 28 and 29, the sources of each are connected to a current absorbing unit (for example, a power supply) through a terminal 31, and the gates of each are connected to a common input. It is connected to terminal 27. 1st, 2nd
The FETs 25 and 26 are a pair of elements that differ only in threshold voltage V T and have the same characteristics in other respects. The difference in threshold voltage V T can be obtained by the above-mentioned means.

第7図はこの発明の他の実施例であり、第5図
で示した第2の構成例に対応している。第6図と
の共通部分には同一番号が付してある。第3,第
4の電流源回路32,35としてFETで構成
し、FET32はFET25と同一のしきい値電圧
Tを有し、そのドレインはFET26のドレイン
と共に第2の出力端子34へ接続されている。
FET35はFET26と同一のしきい値電圧VT
有し、そのドレインはFET25のドレインと共
に第1の出力端子37へ接続されている。又、
FET25,26,32,35の各ソースは共に
端子31を介して任意の電流吸収部(例えば電
源)に接続されている。又、FET32,35の
ゲートは共に第2の共通入力端子38へ接続され
ている。
FIG. 7 shows another embodiment of the invention, and corresponds to the second configuration example shown in FIG. Parts common to those in FIG. 6 are given the same numbers. The third and fourth current source circuits 32 and 35 are composed of FETs, the FET 32 has the same threshold voltage V T as the FET 25, and its drain is connected to the second output terminal 34 together with the drain of the FET 26. ing.
FET 35 has the same threshold voltage V T as FET 26 and its drain is connected to the first output terminal 37 together with the drain of FET 25 . or,
The sources of the FETs 25, 26, 32, and 35 are all connected to an arbitrary current absorbing section (for example, a power source) via a terminal 31. Further, the gates of FETs 32 and 35 are both connected to a second common input terminal 38.

第1の入力端子27と第2の入力端子38への
差動入力が零であると同相入力が変動しても出力
端子34,37から出力電流は等しく、その差動
出力は零となる。入力端子27,38へ差動入力
が印加されると出力端子34,37からは差動出
力が得られ、出力端子34,37からの出力電流
の差は入力差動電圧に比例した値となり、同相入
力には依存しない。しかしながら同相入力に対す
る除去比は小さく実際の回路としては同相除去比
改善の必要がある。
If the differential input to the first input terminal 27 and the second input terminal 38 is zero, even if the common mode input varies, the output currents from the output terminals 34 and 37 will be equal, and the differential output will be zero. When a differential input is applied to the input terminals 27 and 38, a differential output is obtained from the output terminals 34 and 37, and the difference between the output currents from the output terminals 34 and 37 becomes a value proportional to the input differential voltage. Does not depend on common mode input. However, the rejection ratio for common-mode input is small, and as an actual circuit, it is necessary to improve the common-mode rejection ratio.

第8図は第7図の実施例に対してFET25,
29,32,35のソース共通接続端子31と電
流端子39の間に定電流源41が付加されてい
る。この定電流源41の付加により同相入力に対
する各FET25,26,32,35のバイアス
レベルは変化せずよつて大きな同相除去比が得ら
れる。
FIG. 8 shows FET25,
A constant current source 41 is added between the source common connection terminal 31 of the transistors 29, 32, and 35 and the current terminal 39. By adding the constant current source 41, the bias level of each FET 25, 26, 32, 35 with respect to the common mode input does not change, and a large common mode rejection ratio can be obtained.

第9図はこの発明の別の実施例である。FET
のドレイン電流をId、ゲートソース間電圧をVG
の電流増幅率をβとすると、FET25の電圧―
電流特性は、 Id1=β/2(VGS1―VT (1) と表わされる。第2の電流源回路26として
FET25と異なる共通のβを有するFET42
及び43の直列接続を用いる。FET42,43
の電圧電流特性は Id2=β/2(VGS1/2−VT (2) (1),(2)式のゲート電圧VGS1の2次の係数を一致
させるにはβ=4βと設定すればよい、β
及びβはFETの形状に依存するからFET42
及び43の形状をFET25の形状の4倍と設定
すればよい。このFET42及び43から成る第
2の定電流源回路26からの出力電流Ip2は Ip2=β/2VGS1 ―2β1VTVGS1+2β1VT 2 となり、FET25から成る第1の定電流源回路
からの出力電流Ip1は Ip1β/2VGS1 ―β1VTVGS1+1/2β1VT 2 となる。Ip1とIp2との差動出力は、 Ipd=β1VTVGS1―3/2β1VT 2 となり、線形1次関係となる。
FIG. 9 shows another embodiment of the invention. FET
The drain current is I d and the gate-source voltage is V G
If the current amplification factor of S is β, the voltage of FET25 -
The current characteristic is expressed as I d11 /2(V GS1 −V T ) 2 (1). As the second current source circuit 26
FET42 with common β2 different from FET25
and 43 series connections are used. FET42,43
The voltage - current characteristic of _ = 4β 1 should be set, β 1
and β 2 depends on the shape of FET, so FET42
and 43 may be set to four times the shape of FET25. The output current I p2 from the second constant current source circuit 26 consisting of FETs 42 and 43 is I p2 = β 1 /2V GS1 2 −2β 1 V T V GS1 +2β 1 V T 2 , and the output current I p2 from the second constant current source circuit 26 consisting of FETs 42 and 43 is The output current I p1 from the constant current source circuit is I p1 β 1 /2V GS1 2 −β 1 V T V GS1 +1/2β 1 V T 2 . The differential output between I p1 and I p2 is I pd1 V T V GS1 −3/2β 1 V T 2 , which is a linear linear relationship.

第10図の実施例は第9図の実施例を差動形式
で使用するようにしたものである。第9図との共
通部分には同一番号が付してある。第3の電流源
回路32はFET32で構成され、第4の電流源
回路35はFET44及び45の直列接続で構成
される。FET25,32,43,45の共通ソ
ース接続点31は直接電源に接続されるか又は定
電流源41を介して電源へ接続される。
The embodiment shown in FIG. 10 is a differential version of the embodiment shown in FIG. Parts common to those in FIG. 9 are given the same numbers. The third current source circuit 32 is made up of an FET 32, and the fourth current source circuit 35 is made up of FETs 44 and 45 connected in series. The common source connection point 31 of the FETs 25, 32, 43, 45 is connected directly to the power supply or via a constant current source 41 to the power supply.

第11図は第7,8,10図に示したこの発明
の電圧―電流変換器46の実施例に電流ミラー回
路より出力回路47を接続し、シングルエンド出
力とした例である。出力端子48からは差動入力
に比例したドライブ又はシンク電流を取り出すこ
とができ、両極性動作をすることになる。端子3
7に流れる電流がFET49に流れ、このFET4
9のゲートがFET51のゲートに接続され、よ
つてFET51にも端子37と同一電流が流れ
る。FET51と端子34,48が接続されてい
るため、FET51に流れる電流と端子34に流
れる電流との差の電流が端子48に流れる。この
実施例の回路はCMOSモノリシツク集積回路とし
て容易に集積化することができる。第6,7,
8,9,10の実施例はnチヤンネルFETのみ又
はPチヤンネルのみモノリシツク集積回路で容易
に集積化することができる。
FIG. 11 shows an example in which an output circuit 47 is connected from a current mirror circuit to the embodiment of the voltage-current converter 46 of the present invention shown in FIGS. 7, 8, and 10 to provide a single-ended output. A drive or sink current proportional to the differential input can be taken out from the output terminal 48, resulting in bipolar operation. terminal 3
The current flowing through FET 4 flows through FET 49, and this FET 4
The gate of FET 9 is connected to the gate of FET 51, so the same current as that of terminal 37 flows through FET 51 as well. Since the FET 51 and the terminals 34 and 48 are connected, a current equal to the difference between the current flowing through the FET 51 and the current flowing through the terminal 34 flows to the terminal 48. The circuit of this embodiment can be easily integrated as a CMOS monolithic integrated circuit. 6th, 7th,
Embodiments Nos. 8, 9, and 10 can be easily integrated with monolithic integrated circuits containing only n-channel FETs or only p-channel FETs.

以上説明した通りこの発明の電圧―電流変換器
は能動素子のみを用い抵抗、容量素子を必要とし
ていないため集積回路として達成する場合に、従
来に比して著しく小面積化することが可能であ
り、又デイジタルMOSLSIの安価な製造プロセス
をもつて達成することができる。特にデイジタル
MOS LSIのプロセスでは素子のしきい値電圧VT
の制御を正確に行なうことができ、出力電流の絶
対値を制御しやすい。又この発明では差動入力差
動出力の両極性動作が得られ、例えば積分型A/
D変換器の入力及び基準信号の積分器への印加手
段として有効であり、この発明はその応用上でも
重要である。
As explained above, the voltage-current converter of the present invention uses only active elements and does not require resistors or capacitive elements, so when it is implemented as an integrated circuit, it can have a significantly smaller area than conventional ones. , and can be achieved using an inexpensive manufacturing process for digital MOSLSI. especially digital
In the MOS LSI process, the threshold voltage of the element V T
can be controlled accurately, and the absolute value of the output current can be easily controlled. Further, in this invention, bipolar operation of differential input and differential output can be obtained, for example, integral type A/
This invention is effective as an input of a D converter and a means for applying a reference signal to an integrator, and the present invention is also important in its application.

なお電流源回路の構成としては一般にFETを
複数個直列に接続し、電流源回路25,32と2
6,35とでそのFETの数を異ならせればよ
い。
Note that the current source circuit is generally configured by connecting multiple FETs in series, and current source circuits 25, 32 and 2 are connected in series.
The number of FETs may be different between 6 and 35.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図A,Bは従来の電圧―電流変換器を示す
回路図、第2図はこの発明の原理を説明するため
の二次曲線図、第3図はこの発明の原理を説明す
るための二次曲線図、第4図はこの発明の一構成
例を示すブロツク図、第5図はこの発明の他の構
成例を示すブロツク図、第6図はこの発明の第1
の実施例を示す接続図、第7図乃至第11図はそ
れぞれこの発明の他の実施例を示す接続図であ
る。 25,26,32,34:電流源回路、27,
38:入力端子、28,29,34,37:出力
端子、47:出力回路。
Figures 1A and B are circuit diagrams showing a conventional voltage-current converter, Figure 2 is a quadratic curve diagram for explaining the principle of this invention, and Figure 3 is a diagram for explaining the principle of this invention. FIG. 4 is a block diagram showing one configuration example of this invention, FIG. 5 is a block diagram showing another configuration example of this invention, and FIG. 6 is a block diagram showing the first configuration example of this invention.
FIGS. 7 to 11 are connection diagrams showing other embodiments of the present invention. 25, 26, 32, 34: current source circuit, 27,
38: input terminal, 28, 29, 34, 37: output terminal, 47: output circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ドレイン電流―ゲート電圧特性が2乗特性で
ある電界効果トランジスタで構成された第1電流
源回路と、ドレイン電流―ゲート電圧特性が、上
記2乗特性の2次係数とほゞ等しく、かつその2
乗特性に対しゲート電圧軸方向にずらされ2乗特
性をもつ電界効果トランジスタで構成された第2
電流源回路と、上記第1電流源回路及び第2電流
源回路に対し共通の入力電圧を与える手段と、上
記第1電流源回路及び第2電流源回路の出力電流
の差電流を取出す出力回路とを具備し、前記第1
電流源回路を構成する電界効果トランジスタと、
前記第2電流源回路を構成する電界効果トランジ
スタとが共通ソース接続されていることを特徴と
する線形電圧―電流変換器。
1. A first current source circuit configured with a field effect transistor whose drain current-gate voltage characteristic is a square characteristic, and whose drain current-gate voltage characteristic is approximately equal to the quadratic coefficient of the square characteristic and whose 2
A second field effect transistor, which is shifted in the gate voltage axis direction with respect to the square power characteristic, is constructed of a field effect transistor having a square power characteristic.
a current source circuit, means for applying a common input voltage to the first current source circuit and the second current source circuit, and an output circuit that extracts a difference current between the output currents of the first current source circuit and the second current source circuit. and said first
A field effect transistor that constitutes a current source circuit,
A linear voltage-current converter, characterized in that the field effect transistor constituting the second current source circuit is connected to a common source.
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