KR102110110B1 - 증폭 회로 및 볼티지 레귤레이터 - Google Patents

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Abstract

(과제) 위상 특성을 개선할 수 있는 증폭 회로, 및 이 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터의 제공.
(해결 수단) 입력된 전압을 증폭하여 출력하는 증폭 회로로서, 전류원과, 상기 입력된 전압이 게이트에 인가되는 제 1 트랜지스터와, 상기 입력된 전압과 동기한 전압이 게이트에 인가되고, 소스에 용량을 구비한 제 2 트랜지스터를 구비한 구성으로 하였다.

Description

증폭 회로 및 볼티지 레귤레이터{AMPLIFIER CIRCUIT AND VOLTAGE REGULATOR}
본 발명은 위상 특성을 개선할 수 있는 증폭 회로, 및 이 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터에 관한 것이다.
도 5 는 종래의 부(負)귀환 증폭 회로의 회로도이다.
종래의 부귀환 증폭 회로 (500) 은 소스 접지 증폭 회로의 증폭 회로 (510) 과 증폭 회로 (520) 로 이루어진다. 증폭 회로 (510) 은 직렬로 접속된 전류원 (511) 과 NMOS 트랜지스터 (512) 로 이루어진다.
증폭 회로 (510) 의 출력은 증폭 회로 (520) 의 입력에 접속된다. 증폭 회로 (520) 의 출력은 증폭 회로 (510) 의 NMOS 트랜지스터 (512) 의 게이트에 접속된다.
증폭 회로 (510) 은 NMOS 트랜지스터 (512) 의 구동 전류에 기초하여 증폭 회로 (510) 에 입력된 전압을 증폭하여 출력한다. 증폭 회로 (520) 은 증폭 회로 (510) 의 출력 전압 (V1a) 를 증폭하여 출력한다. 증폭 회로 (520) 에 의해 생성된 귀환 전압 (V2) 가 증폭 회로 (510) 에 입력된다.
따라서, 부귀환 증폭 회로 (500) 은 동작점을 일정값으로 유지하도록 동작한다. 예를 들어, 증폭 회로 (510) 의 출력 전압 (V1a) 와 증폭 회로 (520) 의 출력 전압 (V2) 는 NMOS 트랜지스터 (512) 의 구동 전류가 전류원 (511) 의 전류와 대략 동등함으로써 일정값으로 유지되려고 한다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 평7－183736호
그러나, 종래의 부귀환 증폭 회로 (500) 은 증폭 회로의 출력으로 나타나는 극(極)이기 때문에, 귀환 전압의 위상이 늦어 부귀환 회로가 발진에 이를 가능성이 높다는 문제가 있었다.
극이 나타나는 주파수는 부하 용량과 부하 저항의 영향을 받는다. 예를 들어, 부하 용량이 작고 부하 저항이 작을 때, 극은 높은 주파수에서 나타나 위상 지연을 초래한다. 또 예를 들어, 부하 용량이 크고 부하 저항이 클 때, 극은 낮은 주파수에서 나타나 위상 지연을 초래한다. 그런데, 어플리케이션에 따라 부하 용량이나 부하 저항의 조건은 상이하다.
부귀환 회로가 발진에 이를 가능성을 저하시키기 위해, 직면하는 어플리케이션의 부하 용량이나 부하 저항의 조건에 기초하여 극이 나타나는 주파수를 올바르게 파악하여 대처하는 것이 중요하다.
본 발명은 이상과 같은 문제를 해소하기 위해서 이루어진 것이고, 위상 특성을 개선할 수 있는 증폭 회로, 및 이 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터를 제공하는 것이다.
종래의 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 증폭 회로, 및 이 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터는 이하와 같은 구성으로 하였다.
즉, 입력 단자에 입력된 전압을 증폭하고, 출력 단자에 출력하는 증폭 회로 로서, 전류원과, 게이트가 상기 입력 단자에 접속되는 제 1 트랜지스터와, 드레인이 상기 전류원에 접속되고, 소스가 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 게이트가 상기 입력 단자에 접속되는 제 2 트랜지스터와, 일방의 단자가 상기 제 2 트랜지스터의 소스에 접속된 용량을 구비하고, 상기 제 2 트랜지스터의 드레인이 상기 출력 단자에 접속된 것을 특징으로 하는 증폭 회로로 하였다.
또, 그 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터로 하였다.
본 발명의 위상 특성을 개선할 수 있는 증폭 회로, 및 이 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터에 의하면, 위상 진행 전류를 일으키는 용량에 의한 신호 전파 경로를 구비하였기 때문에 귀환 전압의 위상 지연의 완화를 도모할 수 있다. 이 때문에, 부귀환 회로가 발진에 이를 가능성을 저하시킬 수 있어 위상 특성을 개선할 수 있는 증폭 회로, 및 이 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터를 제공할 수 있게 된다.
도 1 은 본 실시형태의 증폭 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 2 는 본 실시형태의 증폭 회로의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 3 은 본 실시형태의 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터의 회로도이다.
도 4 는 본 실시형태의 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 5 는 종래의 부귀환 증폭 회로의 회로도이다.
도 1 은 본 실시형태의 증폭 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 1 의 본 실시형태의 증폭 회로 (110) 은 전류원 (111) 과 NMOS 트랜지스터 (112 및 113) 과 용량 (114) 를 구비하고 있다.
NMOS 트랜지스터 (112) 는 소스가 접지 단자 (VSS) 에 접속되고, 게이트가 증폭 회로 (110) 의 입력 단자에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (113) 은 소스가 NMOS 트랜지스터 (112) 의 드레인에 접속되고, 게이트가 증폭 회로 (110) 의 입력 단자에 접속된다. 전류원 (111) 은 전원 단자 (VDD) 와 NMOS 트랜지스터 (113) 의 드레인 사이에 접속된다. 용량 (114) 는 NMOS 트랜지스터 (113) 의 소스와 접지 단자의 사이에 접속된다. 증폭 회로 (110) 의 출력 단자는 NMOS 트랜지스터 (113) 의 드레인에 접속된다.
본 실시형태의 증폭 회로 (110) 의 동작에 대해 설명한다.
NMOS 트랜지스터 (112) 의 게이트에는 증폭 회로 (110) 의 입력 전압인 전압 (V2) 가 주어진다. NMOS 트랜지스터 (112) 의 게이트·소스간 전압은 전압 (V2) 에 동기한 전압이 되기 때문에, NMOS 트랜지스터 (112) 는 전압 (V2) 에 따른 전류를 흘린다.
NMOS 트랜지스터 (113) 의 게이트에도 전압 (V2) 가 주어진다. NMOS 트랜지스터 (113) 은 이른바 소스 팔로워이기 때문에, 소스에는 전압 (V2) 에 동기한 전압이 나타난다. 용량 (114) 에 생기는 전류는 용량 (114) 에 걸리는 전압보다 위상이 진행되기 때문에, 전압 (V2) 에 동기한 전압이 걸리는 용량 (114) 에는 전압 (V2) 보다 위상이 진행되는 전류가 흐른다.
증폭 회로 (110) 은 NMOS 트랜지스터 (112) 가 구동하는 전류와 용량 (114) 를 경유하는 전류를 가산한 전류에 기초하여, 입력된 전압 (V2) 를 증폭하여 전압 (V1a) 로서 출력한다.
용량은 주파수가 높을수록 임피던스가 낮아진다. 이 때문에, 용량 (114) 를 경유하는 전류는 주파수가 높을수록 커진다. 전압 (V2) 의 주파수가 높아지면 전압 (V2) 보다 위상이 진행되는 용량 (114) 를 경유하는 전류가 비교적 커지기 때문에, 전압 (V1a) 는 위상이 진행된다.
따라서, 본 실시형태의 증폭 회로를 부귀환 증폭 회로에 사용한 경우에는 귀환 전압 (전압 (V2)) 의 위상 지연이 완화되고, 즉 위상 보상 효과가 얻어져 안정적인 부귀환 증폭 회로를 구성할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 증폭 회로에 의하면, 위상 진행 전류를 일으키는 용량에 의한 신호 전파 경로를 형성하였으므로, 이 증폭 회로를 구비한 부귀환 증폭 회로는 귀환 전압의 위상 지연이 완화되어 위상 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 이 증폭 회로를 구비한 부귀환 증폭 회로 (예를 들어, 볼티지 레귤레이터) 는 발진에 이를 가능성을 저하시킬 수 있으므로, 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
또한, 전류원 (111) 은 증폭 회로 (110) 에 있어서의 부하를 담당하는 소자이면 되고, 전류원으로 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 저항 등, 사용 가능한 소자 중에서 적당히 선택하면 된다.
또, 용량 (114) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 직렬로 저항 (211) 을 구비해도 된다. 이 경우, 용량 (114) 를 경유하는 전류는 저항 (211) 에 의한 제한을 받기 때문에, 증폭 회로 (210) 은 대역을 제한하는 효과를 기대할 수 있고, 내(耐)고주파 노이즈 특성이 좋은 증폭 회로를 실현할 수 있는 장점을 예상할 수 있다.
또, 용량 (114) 는 접지 단자에 접속된 구성으로 하고 있지만, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 접지 단자의 전압을 기준으로 한 전압원 (212) 를 구비해도 동일한 효과가 얻어진다. 예를 들어, 전압원 (212) 의 전압은 전원 단자의 전압과 같아도 된다.
또, NMOS 트랜지스터 (113) 의 게이트에는 증폭 회로의 입력 단자와 NMOS 트랜지스터 (113) 의 게이트 사이에 전압원 (213) 을 구비해도 된다. 즉, NMOS 트랜지스터 (113) 의 소스는 증폭 회로의 입력 전압 (V2) 에 전압원 (213) 의 전압이 가산된 전압에 동기한 전압이 나타난다고 해도 동일한 효과가 얻어진다는 것은 분명하다. 또, 전압원 (213) 은 증폭 회로의 입력 단자와 NMOS 트랜지스터 (112) 의 게이트 사이에 구비해도 된다.
또, 이상의 설명에서는 본 실시형태의 증폭 회로는 NMOS 트랜지스터의 사용을 전제로 하여 설명했지만, PMOS 트랜지스터의 사용을 전제로 한 증폭 회로일지라도, 동일하게 하여 위상 진행 전류를 일으키는 용량에 의한 신호 전파 경로를 형성함으로써, 위상 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 이 증폭 회로를 구비한 부귀환 증폭 회로 (예를 들어, 볼티지 레귤레이터) 는 발진에 이를 가능성을 저하시킬 수 있으므로, 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
다음으로, 도 3 에 나타내는 본 실시형태의 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터의 예에 대해 설명한다.
볼티지 레귤레이터 (100) 은 도 1 에 나타낸 증폭 회로 (110) 과 증폭 회로 (120) 과 출력 단자 (101) 를 구비한다. 증폭 회로 (120) 은 NMOS 트랜지스터 (121) 과 저항 (122) 와 저항 (123) 을 구비한다.
증폭 회로 (110) 은 출력 단자가 증폭 회로 (120) 의 입력 단자에 접속된다. 증폭 회로 (120) 은 출력 단자가 볼티지 레귤레이터 (100) 의 출력 단자 (101) 에 접속되고, 귀환 전압 출력 단자가 증폭 회로 (110) 의 입력 단자에 접속된다.
NMOS 트랜지스터 (121) 과 저항 (122) 및 저항 (123) 은 전원 단자와 접지 단자 사이에 직렬로 접속되어 있다. NMOS 트랜지스터 (121) 은 게이트가 증폭 회로 (120) 의 입력 단자에 접속되고, 소스가 증폭 회로 (120) 의 출력 단자에 접속된다. 저항 (122) 과 저항 (123) 의 접속점은 증폭 회로 (120) 의 귀환 전압 출력 단자에 접속된다.
다음으로, 볼티지 레귤레이터 (100) 의 동작에 대해 설명한다.
증폭 회로 (120) 은 입력된 전압 (V1a) 에 기초하여 증폭 동작이 이루어지고, 증폭된 전압 (VOUT) 을 출력한다. 또, 증폭 회로 (120) 은 전압 (VOUT) 를 저항 (122) 및 저항 (123) 으로 분압하여 귀환 전압인 전압 (V2) 를 증폭 회로 (110) 의 입력 단자에 출력한다. 따라서, 증폭 회로 (110) 와 증폭 회로 (120) 는 서로 입력 단자와 출력 단자가 접속되어 있기 때문에, 부귀환 증폭 회로를 구성하고 있다. 전압 (VOUT) 이 낮아지면, 즉 귀환 전압인 전압 (V2) 가 낮아지면 증폭 회로 (110) 은 NMOS 트랜지스터 (112 및 113) 이 오프되어 가므로, 출력하는 전압 (V1a) 는 높아진다. 증폭 회로 (120) 은 NMOS 트랜지스터 (121) 이 온되어 가므로, 출력하는 전압 (VOUT) 은 높아진다. 또, 전압 (VOUT) 이 높아지면, 즉 귀환 전압인 전압 (V2) 가 높아지면 증폭 회로 (110) 은 NMOS 트랜지스터 (112 및 113) 을 온해 가므로, 출력하는 전압 (V1a) 는 낮아진다. 증폭 회로 (120) 은 NMOS 트랜지스터 (121) 이 오프되어 가므로, 출력하는 전압 (VOUT) 은 낮아진다. 즉, 볼티지 레귤레이터 (100) 은 전압 (VOUT) 이 일정하게 유지되도록 동작한다.
증폭 회로 (110) 은 도 1 의 실시형태의 설명에 있어서, 귀환 전압의 위상 지연의 완화가 도모되는 효과에 대해 분명히 하였다. 따라서, 본 실시형태의 증폭 회로 (110) 을 구비한 부귀환 증폭 회로인 볼티지 레귤레이터 (100) 은 귀환 전압의 위상 지연의 완화를 도모할 수 있어 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
또한, 볼티지 레귤레이터 (100) 은 증폭 회로 (110) 을, 상기 서술한 바와 같이, 예를 들어 증폭 회로 (210) 와 같은 회로 구성으로 하여도 동일한 효과가 얻어진다.
도 4 는 본 실시형태의 증폭 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
볼티지 레귤레이터 (200) 은 증폭 회로 (110) 과 증폭 회로 (130) 과 증폭 회로 (140) 과 출력 단자 (101) 를 구비한다.
증폭 회로 (130) 은 NMOS 트랜지스터 (131) 과 저항 (132) 를 구비한다. 증폭 회로 (140) 은 PMOS 트랜지스터 (141) 과 저항 (142) 와 저항 (143) 을 구비한다.
볼티지 레귤레이터 (200) 은 PMOS 트랜지스터 (141) 에 의한 증폭 회로 (140) 을 구비하였으므로, 증폭 회로 (110) 이 출력하는 전압 (V1a) 의 증폭 극성을 반전시키는 증폭 회로 (130) 을 구비하고 있다.
이와 같이 구성한 볼티지 레귤레이터 (200) 은 볼티지 레귤레이터 (100) 와 동일하게 부귀환 증폭 회로를 구성하였으므로, 동일한 효과가 얻어지는 것은 자명하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 증폭 회로에 의하면 위상 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 이 증폭 회로를 구비한 부귀환 증폭 회로인 볼티지 레귤레이터는 귀환 전압의 위상 지연의 완화가 도모되기 때문에, 발진에 이를 가능성을 저하시킬 수 있고, 즉 안정적으로 동작하는 볼티지 레귤레이터를 제공할 수 있게 된다.
110, 120, 130, 140 : 증폭 회로
111 : 전류원
212, 213 : 전압원

Claims (6)

  1. 입력 단자에 입력된 전압을 증폭하고, 출력 단자에 출력하는 증폭 회로로서,
    전류원과,
    게이트가 상기 입력 단자에 접속되는 제 1 트랜지스터와,
    드레인이 상기 전류원에 접속되고, 소스가 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 게이트가 상기 입력 단자에 접속되는 제 2 트랜지스터와,
    일방의 단자가 상기 제 2 트랜지스터의 소스에 접속되고, 타방의 단자가 접지 단자에 접속된 용량을 구비하고,
    상기 제 2 트랜지스터의 드레인이 상기 출력 단자에 접속된 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류원은 저항 소자인 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량의 타방의 단자와 접지 단자의 사이에 전압원을 구비한 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량과 직렬로 저항 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트와 상기 제 2 트랜지스터의 게이트 사이에 전압원을 구비한 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  6. 출력 전압에 따른 귀환 전압이 상기 입력 단자에 입력되는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 증폭 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 볼티지 레귤레이터.
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