KR101072465B1 - Operational Trans-conductance Amplifier Circuit - Google Patents
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Abstract
개시된 연산 상호컨덕턴스 증폭 회로는 전원전압 단자와 접지단자간에 접속되어, 제 1 입력전압 및 제 2 입력전압을 전류로 변환 및 증폭하여 출력 전압을 생성하는 주증폭부 및 주증폭부로 입력되는 공통모드 전압을 검출하고, 검출된 공통모드 전압으로부터 공통모드 전류를 생성하여, 주증폭부로 제공하는 공통모드 피드포워드부를 포함한다.The disclosed operational cross-conductance amplifying circuit is connected between a power supply terminal and a ground terminal to convert a first input voltage and a second input voltage into a current to amplify and amplify a main amplifier and a common mode voltage input to the main amplifier. And a common mode feedforward unit for generating a common mode current from the detected common mode voltage and providing it to the main amplifier.
OTA, 선형성 OTA, linearity
Description
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연산 상호 컨덕턴스 증폭(Operational Trans-conductance Amplifier; 이하, 'OTA'라 함) 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor integrated circuits, and more particularly to an operational transconductance amplifier (OTA) circuit.
OTA 회로는 입력 전압을 비례적인 출력 전류로 변환하고 증폭하여 출력하는 회로로서 능동 필터, 아날로그/디지털 변환기, 적분기 등 다양한 분야에 적용되고 있다.OTA circuit converts input voltage into proportional output current, amplifies and outputs it, and is applied to various fields such as an active filter, an analog / digital converter, an integrator, and the like.
OTA는 전압 제어 전류원(Voltage Controlled Current Source; VCCS)이므로, 전압 변화에 대한 전류 변화량의 선형성이 OTA를 구성하는 모스 트랜지스터(MOSFET)의 특성상 많이 제한된다.Since the OTA is a voltage controlled current source (VCCS), the linearity of the amount of change of the current with respect to the voltage change is greatly limited due to the characteristics of the MOSFET constituting the OTA.
도 1은 일반적인 OTA 회로의 구성도이고, 도 2는 차동 입력의 선형 구간을 나타내는 그래프이다.1 is a configuration diagram of a general OTA circuit, and FIG. 2 is a graph showing a linear section of a differential input.
보다 구체적으로, 도 1에 도시한 OTA 회로는 차동 입력 OTA 회로로서, 차동 입력 전압(Vid, 수학식 1 참조)을 입력받아 출력 전류(Io, 수학식 2 참조))를 출력한다. 본 OTA 회로의 선형 구간(D)은 도 2에 도시한 것과 같이 제한적임을 알 수 있다.More specifically, the OTA circuit shown in FIG. 1 is a differential input OTA circuit, and receives a differential input voltage V id (see Equation 1) and outputs an output current I o (see Equation 2). It can be seen that the linear section D of the present OTA circuit is limited as shown in FIG. 2.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
여기에서, ΔV=VGS-VTH 이다. [수학식 2]에서 Io와 Vid의 관계가 선형적이려면 [수학식 3]의 조건을 만족해야 한다. 예를 들어, ΔV가 200mV라면 Vid(max)는 340mV정도이다.Here, ΔV = V GS -V TH . In Equation 2, if the relationship between I o and V id is linear, the condition of Equation 3 must be satisfied. For example, if ΔV is 200 mV, V id (max) is about 340 mV.
[수학식 3]&Quot; (3) "
아울러, OTA를 구성하는 모스트랜지스터에는 [수학식 4]와 같은 고정된 바이어스 전류 I D (=0.5I B )가 흐르므로 Vid를 크게 하기 위해 모스트랜지스터의 채널 폭 및 길이의 비율(W/L)을 작게 할 수 있다. 하지만 W/L을 작게 하는 경우 트랜스컨덕턴스(Gm)가 작아지는 문제가 있다.In addition, since the fixed bias current I D (= 0.5 I B ) flows in the morph transistor constituting the OTA, as shown in [Equation 4], the ratio of the channel width and the length of the MOS transistor to increase V id (W / L ) Can be made small. However, when the W / L is reduced, there is a problem that the transconductance (Gm) is reduced.
[수학식 4]&Quot; (4) "
이러한 OTA의 선형성을 개선하기 위하여 도 3과 같은 방안이 제안되었다.In order to improve the linearity of the OTA, a scheme like FIG. 3 has been proposed.
도 3a은 내지 3c는 선형성이 개선된 일반적인 OTA 회로의 예시도이다.3A to 3C are exemplary views of a general OTA circuit with improved linearity.
먼저, 도 3a는 소오스 디제너레이션(Source Degeneration) 저항(Rs)을 사용한 경우를 나타낸다. 이러한 OTA 회로는 소오스 디제너레이션 저항(Rs)의 도입에 따라 면적이 증가하고, 저항의 공정 변화율로 인해 정확한 트랜스컨덕턴스를 얻기 힘들다.First, FIG. 3A illustrates a case where a source degeneration resistor Rs is used. These OTA circuits increase in area with the introduction of source degeneration resistors (Rs), and due to the process change rate of the resistors, it is difficult to obtain accurate transconductance.
다음, 도 3b는 트라이오드(triode) 영역에서 동작하는 모스트랜지스터를 이용한 OTA 회로를 나타낸다. 도 3b의 OTA 회로는 선형성은 우수하나 저전압에서 사용하기에 부적당하며 주파수 특성이 좋지 않은 단점이 있다.Next, FIG. 3B shows an OTA circuit using a MOS transistor operating in a triode region. Although the OTA circuit of FIG. 3B has excellent linearity, it is inadequate for use at low voltage and has a disadvantage of poor frequency characteristics.
한편, 도 3c는 인버터에 기초한 OTA 회로를 나타낸다. 인버터에 기초한 OTA 회로는 다른 OTA 회로에 비해 비교적 큰 트랜스컨덕턴스값을 얻을 수 있고, 낮은 전압, 높은 주파수에서 사용하기에 적합하다. 또한, 외부 공급전압(VDD)을 이용하여 트랜스컨덕턴스를 용이하게 조정할 수 있는 장점이 있다.3C shows an OTA circuit based on an inverter. Inverter-based OTA circuits can achieve relatively large transconductance values compared to other OTA circuits and are suitable for use at low voltages and high frequencies. In addition, there is an advantage that the transconductance can be easily adjusted by using the external supply voltage V DD .
도 3c에서, 입력 전압(Vin+, Vin-)은 다음과 같다.In FIG. 3C, the input voltages V in + , V in− are as follows.
[수학식 5][Equation 5]
제 1 입력전압(Vin+)이 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)와 제 1 NMOS 트랜지스터(N11)에 입력되면 각각 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 같은 전류를 생성한다.When the first input voltage V in + is input to the first PMOS transistor P11 and the first NMOS transistor N11, currents shown in Equations 6 and 7 are generated, respectively.
[수학식 6]&Quot; (6) "
[수학식 7][Equation 7]
[수학식 6] 및 [수학식 7]에서 VDD=-VSS, VTH=VTHn=│VTHp│, K=Kn=Kp, 그리고 VCM=0 이라 가정하고, 노드 Vout+에서 키르히호프의 전류법칙(Kirchhoffs current law; KCL)을 적용하면 OTA의 출력전류 I를 [수학식 8]과 같이 계산할 수 있다. 여기에서, Kn 및 Kp는 각각 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 공정 변수(캐리어 이동도, 게이트 캐패시턴스 등), 채널 길이 및 폭으로부터 결정되는 상수를 의미한다.Equations 6 and 7 assume that V DD = -V SS , V TH = V THn = │V THp │, K = K n = K p , and V CM = 0, and at node Vout + By applying Kirchhoffs current law (KCL), the output current I of the OTA can be calculated as shown in [Equation 8]. Here, K n and K p mean constants determined from process variables (carrier mobility, gate capacitance, etc.), channel length, and width of the NMOS transistor and the PMOS transistor, respectively.
[수학식 8][Equation 8]
출력 전류(I)는 입력전압에 Gm 만큼의 기울기를 갖는 매우 선형적인 특성을 보인다.The output current I shows a very linear characteristic with a slope of G m on the input voltage.
그런데, [수학식 8]의 결과는 VCM=0일 때로 가정한 경우를 나타낸다. VCM은 입력 공통 전압으로 입력 바이어스 전압과 같다. 따라서 값이 고정되지 않을 수 있다. 따라서, VDD=-VSS, VTH=VTHn=│VTHp│, K=Kn=Kp 이고 VCM≠0 라면 출력전류 I는 [수학식 9]와 같이 계산된다.By the way, the result of [Equation 8] shows a case when it is assumed that V CM = 0. V CM is an input common voltage equal to the input bias voltage. Therefore, the value may not be fixed. Therefore, if V DD = -V SS , V TH = V THn = V Vp , K = K n = K p and V CM ≠ 0, the output current I is calculated as shown in [Equation 9].
[수학식 9][Equation 9]
이와 같이, VCM≠0인 경우 출력전류는 VCM의 변화에 따라 4K(VDD-VTH)VCM 만큼의 비선형 전류를 생성하는 것을 알 수 있다.In this manner, if the CM V ≠ 0, the output current can be seen that the non-linear current produced by the 4K (V DD -V TH) V CM according to the change of V CM.
즉, 인버터에 기초한 OTA 회로는 공통모드 전압(VCM)에 의해 선형성이 결정되므로 VDD/2 이외의 공통모드 전압에서는 선형성이 저하되는 문제가 있다.That is, since the linearity is determined by the common mode voltage V CM in the inverter-based OTA circuit, the linearity is degraded at the common mode voltage other than V DD / 2.
본 발명은 상술한 단점 및 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공통모드 전압 이외의 전압에서도 선형성을 보장할 수 있는 OTA 회로를 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned disadvantages and problems, there is a technical problem to provide an OTA circuit that can ensure linearity even at voltages other than the common mode voltage.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 OTA 회로는 전원전압 단자와 접지단자간에 접속되어, 제 1 입력전압 및 제 2 입력전압을 전류로 변환 및 증폭하여 출력 전압을 생성하는 주증폭부; 및 상기 주증폭부로 입력되는 공통모드 전압을 검출하고, 상기 검출된 공통모드 전압으로부터 공통모드 전류를 생성하여, 상기 주증폭부로 제공하는 공통모드 피드포워드부;를 포함한다.The OTA circuit according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is connected between the power supply voltage terminal and the ground terminal, and converts and amplifies the first input voltage and the second input voltage into a current to generate an output voltage Main amplifier; And a common mode feedforward unit configured to detect the common mode voltage input to the main amplifier, generate a common mode current from the detected common mode voltage, and provide the common mode current to the main amplifier.
본 발명에 의하면, OTA 회로에서 발생하는 비선형 전류를 효과적으로 제거할 수 있고, 이에 따라 OTA 회로의 선형성을 개선할 수 있다.According to the present invention, it is possible to effectively remove the nonlinear current generated in the OTA circuit, thereby improving the linearity of the OTA circuit.
본 발명에 의한 연산 상호컨덕턴스 증폭(Operational Trans-conductance Amplifier; OTA) 회로는 CMOS 인버터 타입으로 입력 공통모드(Common-Mode;CM) 전압을 검출한다. 그리고, 검출된 공통모드 전압을 이용하여 로드 전류를 조정하기 위해 출력 노드에 피드포워드하는 공통모드 피드포워드(Common-Mode Feed-Forward;CMFF) 방식을 사용하여 입력 공통모드 전압에 의한 비선형성을 개선한다. 이에 따라, 본 발명에서 제안하는 OTA 회로는 입력 공통모드 전압의 변화에도 선형성을 유지한다.The Operational Transconductance Amplifier (OTA) circuit of the present invention detects an input common-mode (CM) voltage in a CMOS inverter type. In addition, by using the common mode feed-forward (CMFF) method which feeds forward to the output node to adjust the load current using the detected common mode voltage, the nonlinearity caused by the input common mode voltage is improved. do. Accordingly, the OTA circuit proposed in the present invention maintains linearity even with a change in the input common mode voltage.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 OTA 회로의 블록도이다.4 is a block diagram of an OTA circuit according to an embodiment of the present invention.
도시한 것과 같이, 본 발명에 의한 OTA 회로(100)는 주증폭부(110) 및 CMFF(Common Mode Feed Forward, 공통모드 피드포워드)부(120)을 포함한다.As illustrated, the
먼저, 주증폭부(110)는 전원전압 단자(VDD)와 접지단자(VSS)간에 접속되어, 제 1 및 제 2 입력전압(Vin+, Vin-)을 전류로 변환 및 증폭하여 출력 전압(I)을 생성한다.First, the
본 발명의 바람직한 실시예에서, 주증폭부(110)는 인버터를 기초로 하여 구성할 수 있으며, 그 구체적인 구성에 대해서는 후술할 것이다.In a preferred embodiment of the present invention, the
한편, CMFF부(120)는 입력 공통모드 전압(VCM)을 검출한 공통모드 전류(Ix, Iy)를 생성하여 주증폭부(110)에서 발생되는 비선형 전류를 제거한다.Meanwhile, the
이와 같이 함으로써, 주증폭부(110)에서 출력되는 전류(I)는 공통모드 전압의 레벨에 무관하게 선형 특성을 갖게 된다.In this way, the current I output from the
도 5는 도 4에 도시한 CMFF부의 상세 구성도이다.FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the CMFF unit shown in FIG. 4.
도시한 것과 같이, CMFF부(120)는 전원전압 단자(VDD)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어, 제 1 및 제 2 입력 전압(Vin+, Vin-)으로부터 제 1 드레인 전류를 생성하는 제 1 전류 생성 수단(122), 제 1 전류 생성 수단(122)에서 생성된 제 1 드레인 전류로부터 제 1 공통모드 전류(Ix)를 검출하는 제 1 전류 검출 수단(124), 전원전압 단자(VDD)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어, 제 1 및 제 2 입력 전압(Vin+, Vin-)으로부터 제 2 드레인 전류를 생성하는 제 2 전류 생성 수단(126) 및, 제 2 전류 생성 수단(126)에서 생성된 제 2 드레인 전류로부터 제 2 공통모드 전류(Iy)를 검출하는 제 2 전류 검출 수단(128)을 포함한다.As illustrated, the
아울러, 검출된 제 1 및 제 2 공통모드 전류(Ix, Iy)는 주증폭부(110)의 출력 노드로 제공되어, 주증폭부(110)에서 발생하는 비선형 전류를 상쇄시킨다.In addition, the detected first and second common mode currents I x and I y are provided to the output node of the
도 6은 도 4에 도시한 OTA 회로의 상세 회로도이다.FIG. 6 is a detailed circuit diagram of the OTA circuit shown in FIG. 4.
먼저, 주증폭부(110)는 전원전압 단자(VDD)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 제 1 입력전압(Vin+)에 의해 구동되는 제 1 인버터(P21, N21), 전원전압 단자(VDD)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 제 2 입력전압(Vin-)에 의해 구동되는 제 2 인버터(P22, N22) 및, 제 1 인버터의 출력단인 제 1 노드(K11)과 제 2 인버터의 출력단인 제 2 노드(K12) 간에 접속되는 로드 저항(R)을 포함한다.First, the
여기에서, 제 1 인버터는 제 1 PMOS 트랜지스터(P21)와 제 1 NMOS 트랜지스터(N21)를 직렬 연결하여 구성할 수 있고, 제 2 인버터는 제 2 PMOS 트랜지스터(P22)와 제 2 NMOS 트랜지스터(N22)를 직렬 연결하여 구성할 수 있다.Here, the first inverter may be configured by connecting the first PMOS transistor P21 and the first NMOS transistor N21 in series, and the second inverter may include the second PMOS transistor P22 and the second NMOS transistor N22. Can be configured by serial connection.
한편, CMFF부(120)는 제 1 전류 생성 수단(122), 제 1 전류 검출 수단(124), 제 2 전류 생성 수단(126) 및 제 2 전류 검출 수단(128)으로 이루어지며, 각각의 구성에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the
먼저, 제 1 전류 생성 수단(122)은 드레인단이 제 3 노드(K13)에 접속되고 소스단이 접지단자(VSS)에 접속되며 게이트단으로 제 1 입력전압(Vin+)이 공급되는 제 3 NMOS 트랜지스터(N23) 및 드레인단이 제 3 노드(K13)에 접속되고 소스단이 접지단자(VSS)에 접속되며 게이트단으로 제 2 입력전압(Vin-)이 공급되는 제 4 NMOS 트랜지스터(N24)를 포함한다.First, the first
제 1 전류 검출 수단(124)은 소스단이 전원전압 단자(VDD)에 접속되고 드레인단이 제 1 노드(K11)에 접속되는 제 3 PMOS 트랜지스터(P23), 소스 단이 전원전압 단자(VDD)에 접속되고 드레인단이 제 2 노드(K12)에 접속되는 제 4 PMOS 트랜지스터(P24) 및 소스단이 전원전압 단자(VDD)에 접속되고 드레인단이 제 3 노드(K13)에 접속되는 제 5 PMOS 트랜지스터(P25)를 포함한다. 여기에서, 제 3 내지 제 5 PMOS 트랜지스터(P23, P24, P25)의 게이트단은 제 5 PMOS 트랜지스터(P25)의 드레인단에 공통 접속된다.The first current detecting means 124 includes a third PMOS transistor P23 having a source terminal connected to a power supply voltage terminal V DD and a drain terminal connected to a first node K11, and a source terminal having a power supply voltage terminal V. FIG. DD ) and the fourth PMOS transistor P24 and the drain terminal connected to the second node K12 and the source terminal connected to the power supply voltage terminal V DD , and the drain terminal connected to the third node K13. A fifth PMOS transistor P25 is included. Here, the gate terminals of the third to fifth PMOS transistors P23, P24, and P25 are commonly connected to the drain terminals of the fifth PMOS transistor P25.
한편, 제 2 전류 생성 수단(126)은 소스단이 전원전압 단자(VDD)에 접속되고 드레인단이 제 4 노드(K14)에 접속되며 게이트단으로 제 1 입력전압(Vin+)이 공급되는 제 6 PMOS 트랜지스터(P26) 및 소스단이 전원전압 단자(VDD)에 접속되고 드레인 단이 제 4 노드(K14)에 접속되며 게이트단으로 제 2 입력전압(Vin-)이 공급되는 제 7 PMOS 트랜지스터(P27)를 포함한다.On the other hand, the second current generating means 126 has a source terminal connected to the power supply voltage terminal V DD , a drain terminal connected to the fourth node K14, and the first input voltage V in + supplied to the gate terminal. a sixth PMOS transistor which is the seventh (P26) and the source end connected to a power supply voltage terminal (V DD) and the drain stage is connected to the fourth node (K14) and the second input voltage (V in-) is supplied to the gate terminal PMOS transistor P27 is included.
그리고, 제 2 전류 검출수단(128)은 드레인단이 제 1 노드(K11)에 접속되고 소스단이 접지단자(VSS)에 접속되는 제 5 NMOS 트랜지스터(N25), 드레인단이 제 2 노드(K12)에 접속되고 소스단이 접지단자(VSS)에 접속되는 제 6 NMOS 트랜지스터(N26), 드레인단이 제 4 노드(K14)에 접속되고 소스단이 접지단자(VSS)에 접속되는 제 7 NMOS 트랜지스터(N27)를 포함한다. 여기에서, 제 5 내지 제 7 NMOS 트랜지스터(N25, N26, N27)의 게이트단은 제 7 NMOS 트랜지스터(N27)의 드레인단에 공통 접속된다.The second current detecting
이와 같이 구성되는 CMFF부(120)는 인버터를 기초로 하는 주증폭부(110)에서 발생한 비선형 전류를 제거하기 위해 공통모드 전압(VCM)을 검출하여 생성되는 공통모드 전류(Ix, Iy)에 의해 비선형 전류를 제거한다.The
도 6을 참조하면, 제 1 전류 검출 수단(124)에서 검출되는 제 1 공통모드 전류(Ix)는 제 1 전류 생성 유닛(122)의 제 3 NMOS 트랜지스터(N23) 및 제 4 NMOS 트랜지스터(N24)에 흐르는 전류합의 절반 값이다. 즉, 3 NMOS 트랜지스터(N23) 및 제 4 NMOS 트랜지스터(N24)의 드레인 전류(Id1 *, Id2 *)의 합의 절반을 Ix로 표현할 수 있다.Referring to FIG. 6, the first common mode current I x detected by the first current detecting means 124 is the third NMOS transistor N23 and the fourth NMOS transistor N24 of the first
마찬가지로, 제 2 전류 검출 수단(128)에서 검출되는 제 2 공통모드 전류(Iy)는 제 2 전류 생성 유닛(126)의 제 6 및 제 7 PMOS 트랜지스터(P26, P27)의 드레인 전류(Id3 *, Id4 *)의 절반값으로부터 구할 수 있다.Similarly, the second common mode current I y detected by the second current detection means 128 is the drain current I d3 of the sixth and seventh PMOS transistors P26 and P27 of the second
VDD=-VSS, VTH=VTHn=│VTHp│, K=Kn=Kp 라 가정하고 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 유사한 방법으로 Ix, Iy를 계산하면 다음과 같다.Assuming that V DD = -V SS , V TH = V THn = │V THp │, K = K n = K p , calculate I x , I y in a similar manner as in Equations 6 and 7 Is as follows.
[수학식 10][Equation 10]
도 6의 제 2 노드(K12)에서 KCL을 적용하고, 공통모드 전압(VCM)이 0이 아닌 경우의 출력 전류(I)를 나타내는 [수학식 9]를 다른 표현으로 나타내면 다음을 얻을 수 있다. If KCL is applied at the second node K12 of FIG. 6 and Equation 9, which represents the output current I when the common mode voltage V CM is not 0, is represented by another expression, the following may be obtained. .
[수학식 11][Equation 11]
이로부터 다음의 [수학식 12]를 얻을 수 있다.From this, the following
[수학식 12][Equation 12]
이와 같이, CMFF부(120)를 이용하는 경우 출력 전류(I)는 공통모드 전압(VCM)이 무관하게 출력되는 것을 알 수 있다. 즉, VCM≠0 일 때도 입력 전압에 대해 선형적인 출력이 나오도록 OTA 회로를 설계할 수 있다.As such, when the
아울러, 본 발명에 의한 OTA 회로의 트랜스컨덕턴스(Gm)는 [수학식 12]에서와 같이 VDD를 이용하여 조정(tuning) 가능하다.In addition, the transconductance Gm of the OTA circuit according to the present invention can be tuned using V DD as shown in
도 7 및 도 8은 일반적인 인버터 기반 OTA 회로와 본 발명에 의한 OTA 회로에서, 공통모드 전압 변동에 따른 출력 전류의 선형성을 비교하기 위한 그래프이다.7 and 8 are graphs for comparing the linearity of the output current according to the common mode voltage variation in a typical inverter-based OTA circuit and the OTA circuit according to the present invention.
먼저, 도 7은 일반적인 OTA 회로에서 차동 입력 전압(Vd)에 따른 로드 전류 및 트랜스컨덕턴스(gm) 변화를 나타낸다.First, Figure 7 shows the load current and transconductance (gm) change according to the differential input voltage (Vd) in a typical OTA circuit.
공통모드 전압(Vcm)이 (VDD-VSS)/2, 예를 들어 0.9V인 경우, 로드 전류(A1)는 차동 입력 전압(Vd)의 전 구간에서 선형성을 갖는 것을 알 수 있다. 그러나, 공통모드 전압(Vcm)이 (VDD-VSS)/2가 아닐 경우, 예를 들어 1.1V로 변화된 경우 로드 전류(B1) 선형성이 저하되어 일부 구간에서만 선형성을 갖는다.When the common mode voltage Vcm is (V DD -V SS ) / 2, for example, 0.9V, it can be seen that the load current A1 has linearity over the entire interval of the differential input voltage Vd. However, when the common mode voltage Vcm is not (V DD -V SS ) / 2, for example, when the common mode voltage Vcm is changed to 1.1 V, the linearity of the load current B1 is lowered and thus linearity is obtained only in some sections.
이를 트랜스컨덕턴스값으로 비교해 보면, 공통모드 전압(Vcm)이 0.9V인 경우의 트랜스컨덕턴스(C1)는 차동 입력 전압(Vd)의 전 구간에서 거의 동일한 값을 갖 는 반면, 공통모드 전압(Vcm)이 1.1V로 변화된 경우의 트랜스컨덕턴스(D1)는 변동이 매우 심한 것을 알 수 있다.Comparing this to the transconductance value, when the common mode voltage (Vcm) is 0.9 V, the transconductance (C1) has almost the same value over the entire interval of the differential input voltage (Vd), while the common mode voltage (Vcm) It can be seen that the transconductance (D1) in the case of changing to this 1.1V is very fluctuating.
이와 같이, 일반적인 OTA 회로는 공통모드 전압(Vcm)의 변화에 민감하여 로드 전류의 선형성을 보장할 수 없다.As such, the general OTA circuit is sensitive to the change of the common mode voltage (Vcm) and cannot guarantee the linearity of the load current.
한편, 도 8은 본 발명에 의한 OTA 회로에서 차동 입력 전압(Vd)에 따른 로드 전류 및 트랜스컨덕턴스(gm) 변화를 나타낸다.8 illustrates a change in load current and transconductance (gm) according to the differential input voltage Vd in the OTA circuit according to the present invention.
공통모드 전압(Vcm)이 (VDD-VSS)/2, 예를 들어 0.9V인 경우의 로드 전류(A2) 및 공통모드 전압(Vcm)이 (VDD-VSS)/2가 아닐 경우, 예를 들어 1.1V로 변동된 경우의 로드 전류(B2)가 동일하게 나타난다. 즉, 공통모드 전압(Vcm)이 변동되어도 차동 입력 전압(Vd)의 전 구간에서 OTA 회로의 선형성 보장된다. 도8의 그래프에서는 공통모드 전압(Vcm)이 0.9V인 경우와 1.1V인 경우의 그래프(A2, B2)가 서로 중첩된 상태를 나타낸다.When the common mode voltage (Vcm) is (V DD -V SS ) / 2, for example 0.9V, and the load current (A2) and the common mode voltage (Vcm) are not (V DD -V SS ) / 2 For example, the load current B2 when it is changed to 1.1V is the same. That is, even if the common mode voltage Vcm is varied, the linearity of the OTA circuit is guaranteed in the entire period of the differential input voltage Vd. In the graph of Fig. 8, the graphs A2 and B2 in the case where the common mode voltage Vcm is 0.9V and 1.1V are overlapped with each other.
한편, 공통모드 전압(Vcm) 변동에 따른 트랜스컨덕턴스를 비교해 보면, 공통모드 전압(Vcm)이 0.9V인 경우(C2), 그리고 공통모드 전압(Vcm)이 1.1V로 변동된 경우에 차동 입력 전압(Vd)의 전 구간에서 거의 동일한 값으로 나타남을 알 수 있다.On the other hand, when comparing the transconductance according to the variation of the common mode voltage (Vcm), the differential input voltage when the common mode voltage (Vcm) is 0.9V (C2) and when the common mode voltage (Vcm) is changed to 1.1V It can be seen that the values are almost the same in all sections of (Vd).
이와 같이, 본 발명에 의한 OTA 회로의 출력 전류는 VCM의 값에 무관하게 비교적 넓은 선형 구간을 갖는 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the output current of the OTA circuit according to the present invention has a relatively wide linear section regardless of the value of V CM .
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사 상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical concept or essential characteristics. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
본 발명에 의한 OTA 회로는 선형특성이 매우 우수하다. 따라서, Gm-C 필터와 같은 다중 표준 수신기에 적용하는 경우 차단 주파수를 용이하게 조절할 수 있고 저지대역 감쇠 특성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 낮은 전력 소모량을 갖는 다중 표준 수신기를 구성할 수 있다.The OTA circuit according to the present invention is very excellent in linear characteristics. Therefore, when applied to a multi standard receiver such as a Gm-C filter, the cutoff frequency can be easily adjusted and the stopband attenuation characteristics can be improved. In addition, multiple standard receivers with low power consumption can be configured.
도 1은 일반적인 OTA 회로의 구성도,1 is a configuration diagram of a general OTA circuit,
도 2는 도 1 에 도시한 OTA 회로에서 차동 입력의 선형 구간을 나타내는 그래프,2 is a graph showing a linear section of a differential input in the OTA circuit shown in FIG.
도 3a 내지 3c는 선형성이 개선된 일반적인 OTA 회로의 예시도,3a to 3c are exemplary views of a general OTA circuit with improved linearity,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 OTA 회로의 블록도,4 is a block diagram of an OTA circuit according to an embodiment of the present invention;
도 5는 도 4에 도시한 CMFF부의 상세 구성도,5 is a detailed configuration diagram of the CMFF unit shown in FIG. 4;
도 6은 도 4에 도시한 OTA 회로의 상세 회로도,6 is a detailed circuit diagram of the OTA circuit shown in FIG. 4;
도 7 및 도 8은 일반적인 인버터 기반 OTA 회로와 본 발명에 의한 OTA 회로에서, 공통모드 전압 변동에 따른 출력 전류의 선형성을 비교하기 위한 그래프이다.7 and 8 are graphs for comparing the linearity of the output current according to the common mode voltage variation in a typical inverter-based OTA circuit and the OTA circuit according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]
100 : OTA 회로 110 : 주증폭부100: OTA circuit 110: main amplifier
120 : CMFF부 122 : 제 1 전류 생성 수단120: CMFF section 122: first current generating means
124 : 제 1 전류 검출 수단 126 : 제 2 전류 생성 수단124: first current detecting means 126: second current generating means
128 : 제 2 전류 검출 수단128: second current detection means
Claims (8)
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Citations (3)
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US20060012355A1 (en) | 2004-05-28 | 2006-01-19 | Franz Prexl | Control circuit for a polarity inverting buck-boost DC-DC converter |
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