KR100302936B1 - 차동증폭기 - Google Patents

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Abstract

차동 증폭기가 입력단 차동 증폭기 회로 및 출력단 차동 증폭기 회로를 포함한다. 출력단 차동 증폭기 회로의 차동 동상 출력 전압은 공통으로 연결된 소스를 갖는 트랜지스터에 의해 동상 전류로 변환된다. 동상 전류는 전류 미러 회로의 입력 미러 전류로서 취해진다. 전류 미러 회로의 출력 미러 전류들은 동상 피드백 회로를 형성하기 위해 입력단 차동 증폭기 회로의 정전류 트랜지스터의 출력 전극으로서 드레인측에 공급된다. 동상 피드백 회로가 단지 동상 전압/전류 변환 트랜지스터 및 전류 미러 회로만으로 구성되어지므로, 피드백 경로가 줄어들고, 전달 함수가 단일 극으로 되어 차동 증폭기의 동작이 안정하게 된다.

Description

차동 증폭기
제 1 도는 본 발명에 따른 차동 증폭기의 일실시예의 회로도.
제 2 도는 본 발명에 따른 차동 증폭기의 다른 실시예의 회로도.
제 3 도는 종래의 차동 증폭기의 동상 피드백 회로의 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200 : 입력단 차동 증폭기 201 : 출력단 차동 증폭기
202 : 전류 미러 회로 203 : 전압/전류 변환부
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 차동 증폭기에 관한 것으로, 더 구체적으로는 C-MOS 모놀리딕 IC로 집적되기에 적합한 차동 증폭기에 관한 것이다.
[관련 기술의 설명]
종래의 동상(common-mode) 피드백 회로를 갖는 C-MOS 구조의 차동 증폭기의 예가 일본 특허 공개 제 2-44404 호에 개시되어 있다. 전술한 공보에 개시된 내용은 제 3 도를 참조하여 설명될 것이다.
차동 입력(101, 102)은 소스가 공통 연결된 차동 트랜지스터인 NMOS 트랜지스터(1, 2)의 게이트 입력에 각기 인가된다. 정전류 NMOS 트랜지스터(5)가 NMOS 트랜지스터(1, 2)의 공통 소스 접점에 정전류를 공급하기 위해 제공된다. 이 NMOS 트랜지스터(5)의 게이트에는 바이어스가 인가된다. PMOS 트랜지스터(3, 4)는 각각 트랜지스터(1, 2)의 능동 부하이다.
이 트랜지스터(1 내지 5)를 이용하여 입력단 차동 증폭기(200)가 형성된다. 입력단 차동 증폭기(200)의 차동 증폭기 출력은 트랜지스터(1, 2)의 각 드레인으로부터 얻어진다.
입력단 차동 증폭기 출력은 출력단 차동 증폭기(201)의 차동 입력으로서 제공된다. 따라서 입력단 차동 증폭기 출력은 공통 연결된 소스를 갖는 PMOS 트랜지스터쌍(6, 7)의 각 게이트 입력에 인가된다. 트랜지스터쌍(6, 7)에 대한 능동 부하로서 NMOS 트랜지스터(8, 9)가 제공된다. 바이어스(106)는 트랜지스터(8, 9)의 게이트에 인가된다.
출력단 차동 증폭기(201)의 증폭기 출력(103, 104)은 각기 트랜지스터(6, 7)의 드레인을 통한 출력이다. 차동 입력(101, 102)의 신호는 증폭되어 차동 출력(103, 104)을 통해 얻어진다.
다음으로, 동상 피드백 회로에 대해 논의될 것이다. 차동 출력(트랜지스터(1, 2)의 드레인 출력)을 게이트 입력으로서 취하여 차동 출력 전압을 전류로 변환시키는 PMOS 트랜지스터(10, 11)가 제공된다 트랜지스터(10, 11)의 드레인 출력은 전류 합성을 위해 공통 연결된다. 합성 전류는 입력단 차동 증폭기의 동상 출력 전압에 대응한다.
동상 전류 발생 트랜지스터쌍(10, 11)의 합성 전류는 전류 미러 회로(202)의 입력 미러 전류이다. 전류 미러 회로(202)는 NMOS 트랜지스터(12, 13)로 구성된다. 합성 전류는 트랜지스터(12)의 드레인에 공급된다. 출력 미러 전류는 트랜지스터(13)의 드레인에서 발생된다.
출력 미러 전류는 PMOS 트랜지스터(17)의 드레인에 공급된다. 이때 다른 전류 미러 회로가 트랜지스터(17) 및 능동 부하 트랜지스터(3, 4)로 형성되므로 출력 미러 전류로서 트랜지스터(3, 4)의 각 드레인에서 나타나는 동상 출력 전압이 피드백된다.
동상 피드백을 제공함으로써, 차동 증폭기의 동상 출력의 변동이 억압될 수 있다.
트랜지스터(20, 22)와 커패시터(21, 23)가 주파수 보상 회로를 형성하고, 트랜지스터(20, 22)가 디프레션(depression)형 MOS 를 이용한 저항의 기능을 수행하도록 되어 있음에 유의하라.
이러한 종래의 동상 피드백 회로는 트랜지스터(10, 11)로 이루어진 전압-전류 변환부, 트랜지스터(12, 13)로 이루어진 전류 미러 회로부, 및 트랜지스터(17, 3, 4)로 이루어진 전류 미러부로 구성된 세개의 경로를 갖는다. 그러므로, 동상 피드백 회로는 2단 증폭기 구성과 등가이다. 따라서, 동상 피드백 회로의 입출력 사이의 전달 함수는 동상 피드백을 불안정하게 만들고 최악의 경우에 발진을 초래하는 두개의 극을 갖는 전달 함수가 된다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 동상 피드백 회로에서 신호 경로를 줄여서 동상 피드백 회로의 안정한 동작을 가능하게 하는 차동 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 단일 극을 갖는 전달함수로 표현되는 동상 피드백 회로의 전달 특성을 제공하는 차동 증폭기를 제공하는 것이다.
전술한 목적들을 달성하기 위해 본 발명의 한 양상에 따른 차동 증폭기는, 차동 입력 신호를 증폭하는 입력단 차동 증폭기 회로와; 입력단 차동 증폭기의 차동 출력을 차동 입력으로서 취하는 출력단 차동 증폭기 회로와; 개별 제어 전극에서 입력단 차동 증폭기의 차동 출력을 수신하고 수신된 차동 출력에 대응하는 동상 전류를 발생시키는 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터와; 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터에 의해 발생된 동상 전류의 합성 전류를 입력하는 전류 미러 회로 및; 전류 미러 회로의 출력 미러 전류에 대응하는 전류를 입력단 차동 증폭기 회로의 정전류에 피드백시켜 이 전류들을 합성하는 합성 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 양상에 따른 차동 증폭기는, 차동 입력 신호를 증폭하는 입력단 차동 증폭기 회로와; 입력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력을 차동 입력으로서 취하는 출력단 차동 증폭기 회로와; 개별 제어 전극에서 입력단 차동 증폭기의 차동 출력을 수신하고 차동 출력에 대응하는 동상 전류를 발생시키는 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터와; 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터에 의해 발생된 동상 전류의 합성 전류를 입력하고 출력 미러 전류쌍을 발생시키는 전류 미러 회로 및; 출력 미러 전류쌍에 대응하는 전류를 입력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력 단자쌍에 피드백하는 합성 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
[양호한 실시예의 설명]
본 발명은 이하에 기술될 상세한 설명과 양호한 실시예의 첨부도면으로부터 더 잘 이해될 것이지만, 이러한 상세한 설명과 도면은 본 발명을 한정하는 것은 아니고 단지 설명과 이해를 돕기 위해 취해진 것이다.
지금부터 본 발명은 제 1 및 제 2 도의 양호한 실시예를 참조하여 상세히 설명될 것이다. 이하의 설명에서, 다양하고 구체적인 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이 기술분야에 숙련된 사람에게는 이러한 구체적인 세부사항 없이도 본 발명이 실행되어질 수 있음이 자명할 것이다. 다른 경우에서, 공지된 구조는 본 발명을 불필요하게 혼란시키지 않게 하기 위해 상세히 도시되지 않았다.
제 1 도는 본 발명에 따른 차동 증폭기의 양호한 실시예의 회로도이다. 제 1 도에서, 동일한 참조번호는 제 3 도에 대해 동일한 소자를 나타낸다. 도시된 구조에서, 입력단 차동 증폭기(200)와 출력단 차동 증폭기(201)의 구성은 제 3 도의 회로에 도시된 것과 동일하다.
주파수 보상 회로의 소자들이 저항(20, 22)으로 예시된 반면, 이 소자들은 제 3 도의 것과 유사하게 디프레션형 MOS를 활용하여 구성되었음에 유의하라.
다음에, 동상 피드백 회로가 논의될 것이다. 도시된 실시예에서, 출력단 차동 증폭기(201)의 차동 출력(103, 104)은 전압/전류 변환부(203)의 동상 전류 발생 NMOS 트랜지스터(10, 11)의 게이트(제어 전극)에 인가된다. 따라서, 차동 출력 전압의 동상 출력에 대응하는 전류는 트랜지스터(10, 11)에 의해 발생된다.
이 동상 전류는 NMOS 트랜지스터(15)의 소스(공통 전극)에서 합성되고, 그 드레인(출력 전극)을 통해 합성 동상 전류로서 출력된다. 트랜지스터(15)는 게이트에 바이어스(109)를 인가함으로써 트랜지스터(10, 11)의 드레인 전압을 발생시킨다.
트랜지스터(15)의 합성 동상 전류 출력은 전류 미러 회로(202)의 입력 미러 전류이다. 전류 미러 회로(202)는 PMOS 트랜지스터(12, 13)를 포함하는데, 입력 미러 전류는 트랜지스터(12)의 드레인에 공급되고 출력 미러 전류는 트랜지스터(13)의 드레인에서 발생된다.
전류 미러 회로(202)의 출력 부하로서 NMOS 트랜지스터(14, 16)의 직렬 회로가 이용된다. 트랜지스터(14)에는 일정한 게이트 바이어스(177)가 인가되어 동상 기준 전류를 발생시킨다. 또한 트랜지스터(16)에도 일정한 게이트 바이어스(109)가 인가되어 트랜지스터(14)의 드레인 전압이 발생된다.
전류 미러 회로(202)의 출력 전류 미러 전류(합성 동상 전류)와 트랜지스터(14)의 동상 기준 전류 사이의 차이가 입력단 차동 증폭기(200)의 정전류원 트랜지스터(5)의 드레인에 피드백된다. 이에 의해 차동 출력(103, 104)의 동상 출력의 변동이 제 3 도의 종래 기술에서와 유사하게 억압될 수 있다.
그러나, 도시된 실시예에서는 동상 피드백 회로가 전압/전류 변환부(203) 및 전류 미러 회로(202)만을 포함한다. 그러므로, 동상 피드백 회로는 1단 증폭기와 등가이다. 따라서, 전달 특성은 단일 극을 갖는 전달 함수에 의해 표현되어질 수 있고 안정해진다.
제 2 도는 발명에 따른 차동 증폭기 회로의 다른 실시예의 회로도이다. 여기에서 동일한 참조번호는 제 1 도에 대해 동일한 소자를 나타낸다. 동상 피드백 회로의 도시된 실시예는 기본적으로 제 1 도의 것과 동일하다. 그러나 도시된 구성에서, 전류 미러 회로(202)의 출력 미러 전류를 발생하는 트랜지스터(13)가 트랜지스터(13A, 13B)로 대체되었다. 그에 따라, 트랜지스터(13A, 13B)에 대해 드레인 부하의 기능을 하는 동상 기준 전류 발생 트랜지스터(16)가 두개의 트랜지스터(16A, 16B)로 대체된다.
트랜지스터(13A, 13B)의 개별 동상 전류와 트랜지스터(16A, 16B)의 개별 동상 기준 전류 사이의 차이는 입력단 차동 증폭기(200)의 차동 입력(트랜지스터(1, 2)의 드레인 출력)에 피드백된다.
도시된 실시예에서도 동상 피드백 회로는 이전 실시예에서 처럼 단일 극을 갖는 전달 특성을 가지므로 피드백 회로가 안정해진다.
전술한 것처럼 본 발명에 따르면 차동 증폭기의 동상 피드백 회로가 단지 동상 전류 발생부와 전류 미러 회로만으로 구성되므로 입력과 출력 사이의 신호 경로가 감소되어 안정한 피드백 동작을 가능하게 한다.
비록 본 발명이 실시예에 대해 예시되고 기술되었지만 이 기술분야에서 숙련된 사람에게는 본 발명의 사상과 범주를 이탈함이 없이 본 발명에 대해 다양한 변경, 생략 및 추가가 가능함에 유의하라. 그러므로, 본 발명은 본 명세서에서 설정된 특정 실시예에 제한되는 것으로 이해되어서는 안되며, 첨부된 청구의 범위에서 설정하는 특징과 관련하여 이 청구범위와 동일하고 그에 포함되는 범주내에서 실현되어지는 모든 가능한 실시 예들도 포함한다는 사실에 유의하라.

Claims (10)

  1. (정정) 차동 입력 신호를 증폭하는 입력단 차동 증폭기 회로와; 상기 입력단 차동 증폭기의 차동 출력을 차동 입력으로서 취하는 출력단 차동 증폭기 회로와; 개별 제어 전극에서 상기 입력단 차동 증폭기의 차동 출력을 수신하고 상기 수신된 차동 출력에 대응하는 동상 전류(common-mode current)를 발생시키는 제 1 및 제 2 동상 정류 발생 트랜지스터와; 상기 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터에 의해 발생된 동상 전류의 합성 전류를 입력하는 전류 미러 회로 및; 상기 전류 미러 회로의 출력 미러 전류에 대응하는 전류를 상기 입력단 차동 증폭기 회로의 정전류(constance current)에 피드백시켜 이 전류들을 합성하는 합성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 합성 수단은 일정한 바이어스가 인가된 제어 전극을 갖는 기준 전류 발생 트랜지스터를 포함하고, 기준 전류와 상기 출력 미러 전류의 차동 전류는 합성을 위해 상기 입력단 차동 증폭기 회로의 정전류로 피드백되는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  3. (정정) 제 2 항에 있어서, 상기 입력단 차동 증폭기 회로는, 제어 전극에 차동 입력 신호가 공급되는 제 1 차동 트랜지스터 쌍과; 상기 제 1 차동 트랜지스터쌍에 동작 전류를 공급하는 정전류 트랜지스터 및; 상기 제 1 차동 트랜지스터쌍과 제 1 전력원 사이에 연결되어 상기 제 1 차동 트랜지스터 쌍에 대해 능동 부하로서 기능하는 부하 트랜지스터쌍을 포함하고, 상기 출력단 차동 증폭기 회로는, 제어 전극에 상기 입력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력이 공급되고 상기 제 1 전력원에 연결된 공통 전극을 갖는 제 2 차동 트랜지스터쌍 및; 상극 제 2 차동 트랜지스터 쌍과 제 2 전력원 사이에 연결되어 상기 제 2 차동 트랜지스터쌍에 대해 능동 부하로서 기능하는 부하 트랜지스터쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  4. (정정) 제 3 항에 있어서, 상기 차동 전류는 상기 정전류 트랜지스터의 출력 정전류와 합성되는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  5. (정정) 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터는 상기 출력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력이 인가되는 제어 전극과, 상기 제 2 전력원에 연결된 공통 전극 및, 공통으로 연결된 출력 전극을 가지며, 상기 합성 전류는 공통으로 연결된 상기 출력 전극의 출력인 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  6. (정정) 차동 입력 신호를 증폭하는 입력단 차동 증폭기 회로와; 상기 입력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력을 차동 입렬으로서 취하는 출력단 차동 증폭기 회로와; 개별 제어 전극에서 상기 입력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력을 수신하고 상기 차동 출력에 대응하는 동상 전류를 발생시키는 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터와; 상기 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터에 의해 발생된 상기 동상 전류의 합성 전류를 입력하고 출력 미러 전류쌍을 발생시키는 전류 미러 회로 및; 상기 출력 미러 전류쌍에 대응하는 전류를 상기 입력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력 단자쌍에 피드백시키는 합성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  7. (정정) 제 6 항에 있어서, 상기 합성 수단은 기준 전류 발생 트랜지스터쌍을 포함하고, 상기 기준 전류 차동 출력 단자쌍에 피드백되는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  8. (정정) 제 7 항에 있어서, 상기 입력단 차동 증폭기 회로는, 제어 전극에 차동 입력 신호가 공급되는 제 1 차동 트랜지스터 쌍과, 상기 제 1 차동 트랜지스터쌍에 동작 전류를 공급하는 정전류 트랜지스터 및; 상기 제 1 차동 트랜지스터 쌍의 출력 전극과 제 1 전력원 사이에 연결되어 상기 차동 트랜지스터 쌍에 대해 능동 부하로서 기능하는 부하 트랜지스터 쌍을 포함하고, 상기 출력단 차동 증폭기 회로는 제어 전극에 상기 입력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력이 공급되고 상기 제 1 전력원에 연결된 공통 전극을 갖는 제 2 차동 트랜지스터쌍 및; 상기 제 차동 트랜지스터쌍과 제 2 전력원 사이에 연결되어 상기 제 2 차동 트랜지스터 쌍에 대해 능동 부하로서 기능하는 부하 트랜지스터쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  9. (정정) 제 8 항에 있어서, 개별의 상기 차동 전류는 상기 제 1 차동 트랜지스터 쌍의 출력 전극에 공급되는 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
  10. (정정) 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 동상 전류 발생 트랜지스터는 상기 출력단 차동 증폭기 회로의 차동 출력이 인가되는 제어 전극과, 상기 제 2 전력원에 연결된 공통 전극 및, 공통으로 연결된 출력 전극을 가지며, 상기 합성 전류는 공통으로 연결된 상기 출력 전극의 출력인 것을 특징으로 하는 차동 증폭기.
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