JPH11251848A - Tunable mos linear transconductance amplifier - Google Patents
Tunable mos linear transconductance amplifierInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路上
に好適に実現できるMOS線形トランスコンダクタンス
・アンプに関し、さらに言えば、動作入力電圧範囲の全
体にわたって良好な線形性を持つMOS線形トランスコ
ンダクタンス・アンプに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS linear transconductance amplifier which can be suitably realized on a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a MOS linear transconductance amplifier having good linearity over the entire operation input voltage range. About the amplifier.
【0002】[0002]
【従来の技術】図13は、従来のMOS線形トランスコ
ンダクタンス・アンプの一例を示す。このアンプは、1
994年3月に開催された1994年電子情報通信学会
春季大会で、豊田研二、兵庫明、関根慶太郎により発表
された論文「電流加算型CMOSOTA」(講演番号A
−36)に記載されたものである。2. Description of the Related Art FIG. 13 shows an example of a conventional MOS linear transconductance amplifier. This amplifier is 1
A paper entitled “Current Summing CMOSOTA” presented by Kenji Toyoda, Akira Hyogo and Keitaro Sekine at the 1994 IEICE Spring Conference held in March 994 (lecture number A)
-36).
【0003】図13において、この従来のMOS線形ト
ランスコンダクタンス・アンプは、ソース結合された二
つのnチャネルMOSトランジスタM101、M102
により形成されるMOS差動対と、ソース結合された四
つのnチャネルMOSトランジスタM105、M10
6、M107、M108により形成されるクァドリテー
ル・セル(quadritail cell)とを備えている。Referring to FIG. 13, this conventional MOS linear transconductance amplifier comprises two source-coupled n-channel MOS transistors M101 and M102.
Differential pair formed by the above and four n-channel MOS transistors M105 and M10 coupled to each other
6, a quadritail cell formed by M107 and M108.
【0004】MOS差動対を形成するMOSトランジス
タM101、M102のソースは、電源電圧VSSが印加
される電源電圧線に定電流源102(電流値:ISS)を
介して共通に接続されている。このMOS差動対は、定
電流源102の生成する定電流ISSによって駆動され
る。The sources of MOS transistors M101 and M102 forming a MOS differential pair are commonly connected to a power supply voltage line to which a power supply voltage V SS is applied via a constant current source 102 (current value: I SS ). I have. This MOS differential pair is driven by the constant current I SS generated by the constant current source 102.
【0005】MOSトランジスタM101、M102の
ゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、い
ずれも単位MOSトランジスタのそれのKd倍である
(Kdは定数、ただしKd≧1)。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M101 and M102 is Kd times that of the unit MOS transistor ( Kd is a constant, but Kd is a constant). d ≧ 1).
【0006】MOSトランジスタM101、M102の
ゲートは、当該アンプの入力端子対を形成しており、そ
れらのゲート間に入力電圧Vinが差動入力される。[0006] The gate of the MOS transistor M101, M102 forms a pair of input terminals of the amplifier, the input voltage V in is the input differential between those gates.
【0007】nチャネルMOSトランジスタM103
は、MOSトランジスタM101の負荷として動作す
る。MOSトランジスタM103のソースは、MOSト
ランジスタM101のドレインに接続され、ドレインは
電源電圧VDDが印加される電源電圧線に接続され、ゲー
トにはバイアス電圧(直流定電圧)VBが印加される。
バイアス電圧VBは定電圧源110によって生成され
る。[0007] N-channel MOS transistor M103
Operates as a load of the MOS transistor M101. The source of the MOS transistor M103 is connected to the drain of the MOS transistor M101, the drain is connected to the source voltage line for the power supply voltage V DD is applied, a bias voltage (direct current constant voltage) V B is applied to the gate.
The bias voltage V B is generated by the constant voltage source 110.
【0008】nチャネルMOSトランジスタM104
は、MOSトランジスタM102の負荷として動作す
る。MOSトランジスタM104のソースは、MOSト
ランジスタM102のドレインに接続され、ドレインは
電源電圧VDDが印加される電源電圧線に接続され、ゲー
トにはMOSトランジスタM103に印加されるのと同
じバイアス電圧VBが印加される。[0008] N-channel MOS transistor M104
Operates as a load of the MOS transistor M102. The source of the MOS transistor M104 is connected to the drain of the MOS transistor M102, the drain is connected to a power supply voltage line to which the power supply voltage V DD is applied, and the gate is the same bias voltage V B as applied to the MOS transistor M103. Is applied.
【0009】MOSトランジスタM103、M104の
ゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、い
ずれも単位MOSトランジスタのそれのKl倍である
(Klは定数、ただしKl≧1)。[0009] The ratio of the MOS transistors M103, M104 of the gate width (W) and gate length (L) (W / L) are all those of K l times the unit MOS transistor (K l is a constant, where K l ≧ 1).
【0010】クァドリテール・セルを形成する四つのn
チャネルMOSトランジスタM105、M106、M1
07、M108のソースは、電源電圧VSSが印加される
電源電圧線に定電流源104(電流値:αISS)を介し
て接続されている。このクァドリテール・セルは、定電
流源104の生成する定電流αISSにより駆動される。
この定電流αISSがテール電流である。The four n's forming a quadritail cell
Channel MOS transistors M105, M106, M1
07 and M108 are connected to a power supply voltage line to which the power supply voltage V SS is applied via a constant current source 104 (current value: αI SS ). The Kuadoriteru cell is driven by a constant current .alpha. I SS generated by the constant current source 104.
The constant current αI SS is the tail current.
【0011】MOSトランジスタM105、M108の
ゲートは、MOSトランジスタM101、M102のド
レインにそれぞれ接続されている。MOSトランジスタ
M105のゲートには、トランジスタM101のドレイ
ンに生成されるMOS差動対の第1の出力電圧VO1が印
加される。MOSトランジスタM108のゲートには、
トランジスタM102のドレインに生成されるMOS差
動対の第2の出力電圧VO2が印加される。これら二つの
出力電圧VO1とVO2の差(VO1−VO2)(すなわち、M
OS差動対の差動出力電圧)が、クァドリテール・セル
の入力電圧となる。The gates of the MOS transistors M105 and M108 are connected to the drains of the MOS transistors M101 and M102, respectively. The first output voltage V O1 of the MOS differential pair generated at the drain of the transistor M101 is applied to the gate of the MOS transistor M105. The gate of the MOS transistor M108
The second output voltage V O2 of the MOS differential pair generated at the drain of the transistor M102 is applied. The difference between these two output voltages V O1 and V O2 (V O1 −V O2 ) (ie, M
The differential output voltage of the OS differential pair) is the input voltage of the quadrature cell.
【0012】MOSトランジスタM105、M108の
ゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、単
位MOSトランジスタのそれKm倍である(Kmは定数、
ただしKm≧1)。MOSトランジスタM106,M1
07のゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)
は、単位MOSトランジスタのそれのKs倍である(Ks
は定数、ただしKs≧1)。[0012] The ratio of the MOS transistors M105, M108 of the gate width (W) and gate length (L) (W / L) is a it K m times of unit MOS transistor (K m is a constant,
However, K m ≧ 1). MOS transistors M106, M1
Ratio of gate width (W) to gate length (L) of 07 (W / L)
Is that of K s multiple of the unit MOS transistor (K s
Is a constant, but K s ≧ 1).
【0013】nチャネルMOSトランジスタM109と
定電流源103(電流値:ISS/2)は、クァドリテー
ル・セルに印加される制御電圧VCを生成する制御電圧
生成回路を構成する。MOSトランジスタM109のソ
ースは、定電流源103の一端に接続され、ドレインは
電源電圧線(VDD)に接続され、ゲートには定電圧源1
10の生成するバイアス電圧VBが印加されている。The n-channel MOS transistor M109 and the constant current source 103 (current value: I SS / 2) constitute a control voltage generation circuit for generating a control voltage V C applied to the quadritail cell. The source of the MOS transistor M109 is connected to one end of the constant current source 103, the drain is connected to the power supply voltage line (V DD ), and the gate is connected to the constant voltage source 1
10 bias voltage V B is applied to generate the.
【0014】制御電圧VCは、MOSトランジスタM1
09のソース電圧に等しい。換言すれば、制御電圧VC
はMOSトランジスタM109のソースに生成される。
クァドリテール・セルのMOSトランジスタM106、
M107のゲートは、MOSトランジスタM109のソ
ースに接続されていて、制御電圧(直流定電圧)VCが
共通に印加される。The control voltage V C is controlled by the MOS transistor M1.
09 equal to the source voltage. In other words, the control voltage V C
Is generated at the source of the MOS transistor M109.
MOS transistor M106 of quadritail cell,
The gate of M107 is connected to the source of the MOS transistor M109, and a control voltage (DC constant voltage) V C is commonly applied.
【0015】図13の従来のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプは以上の構成を持ち、入力電圧Vinに
比例する二つの出力電流(Idm1+Iq)、(Idm2+
Iq)が得られると、上記論文には記載されている。し
かし、上記論文には、入力電圧VinとMOS差動対の出
力電圧VO1,VO2の関係が示されていないため、その論
文からは動作原理を理解することはできない。したがっ
て、入力電圧Vinに比例する出力電流(Idm1+Iq)、
(Idm2+Iq)が得られること、換言すれば、図13の
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプが線形動作
する原理は、理解し得ない。[0015] Conventional MOS linear transconductance amplifier of Figure 13 has the above configuration, the two output current proportional to the input voltage V in (I dm1 + I q ), (I dm2 +
Once Iq ) is obtained, it is described in the above-mentioned paper. However, the above article, since the relationship between the output voltage V O1, V O2 of the input voltage V in and the MOS differential pair is not shown, it is impossible to understand the operation principle from the article. Therefore, an output current proportional to the input voltage V in (I dm1 + I q ),
(I dm2 + I q ), that is, the principle of the linear operation of the MOS linear transconductance amplifier of FIG. 13 cannot be understood.
【0016】本発明者は、図13に示された従来のMO
S線形トランスコンダクタンス・アンプの回路解析を行
った。そして、この回路が線形動作することを確認し
た。The present inventor has proposed a conventional MO shown in FIG.
A circuit analysis of the S linear transconductance amplifier was performed. Then, it was confirmed that this circuit operates linearly.
【0017】また、その回路解析において、図13に示
すMOS線形トランスコンダクタンス・アンプは、MO
SトランジスタM105、M106、M107、M10
8を単位MOSトランジスタとした(すなわち、Km=
Ks=1)場合、MOSトランジスタM101、M10
2のゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)を
単位MOSトランジスタの2倍(すなわちKd=2)と
し、MOSトランジスタM103、M104、M109
のゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)を単
位MOSトランジスタの4倍(すなわちKl=4)と
し、且つ、定電流源104の電流値(αISS)を定電流
源102の電流値ISSに対して1/2倍とした場合に対
応していることが判明した。In the circuit analysis, the MOS linear transconductance amplifier shown in FIG.
S transistors M105, M106, M107, M10
8 as a unit MOS transistor (that is, K m =
If K s = 1), the MOS transistors M101 and M10
The ratio (W / L) between the gate width (W) and the gate length (L) of the MOS transistor M2 is twice that of the unit MOS transistor (that is, K d = 2), and the MOS transistors M103, M104, and M109
The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) is four times that of the unit MOS transistor (that is, Kl = 4), and the current value (αI SS ) of the constant current source 104 is constant. It has been found that this corresponds to the case where the current value I SS of the current source 102 is 1 / times as large.
【0018】よって、図13に示されたMOS線形トラ
ンスコンダクタンス・アンプの回路常数は、その回路が
線形動作するための条件を満たす無数の値のうちの1組
に相当している。Therefore, the circuit constant of the MOS linear transconductance amplifier shown in FIG. 13 corresponds to a set of countless values that satisfy the condition for the circuit to operate linearly.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、図
13に示された従来のMOS線形トランスコンダクタン
ス・アンプでは、MOSトランジスタのゲート幅(W)
とゲート長(L)の比(W/L)を1倍、2倍、4倍と
異なる値に設定し、しかも定電流源の電流値も1倍、2
倍、4倍と異なる値に設定しなければならない。よっ
て、この回路を半導体集積回路上に実現する場合には、
チップ面積の増大や回路特性のバラツキなどの問題が生
じやすいという問題がある。As described above, in the conventional MOS linear transconductance amplifier shown in FIG. 13, the gate width (W) of the MOS transistor is large.
And the gate length (L) ratio (W / L) is set to a value different from 1 ×, 2 × and 4 ×, and the current value of the constant current source is also set to 1 ×, 2 ×
It must be set to a value different from double and quadruple. Therefore, when implementing this circuit on a semiconductor integrated circuit,
There is a problem that problems such as an increase in chip area and variations in circuit characteristics are likely to occur.
【0020】また、MOS線形トランスコンダクタンス
・アンプは、アナログ信号処理において必須のファンク
ション・ブロックであるが、近年、そのトランスコンダ
クタンス値の調整(すなわち、トランスコンダクタンス
値のチューニング)が可能なものに対する要求がいっそ
う高まって来ている。A MOS linear transconductance amplifier is an essential function block in analog signal processing. In recent years, there has been a demand for a device capable of adjusting its transconductance value (ie, tuning the transconductance value). It is growing more and more.
【0021】そこで、本発明の目的は、トランスコンダ
クタンスが動作入力電圧範囲の全体にわたって良好な線
形性を持つと共に、半導体集積回路上に好適に実現され
るMOSトランスコンダクタンス・アンプを提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide a MOS transconductance amplifier which has good transconductance over the entire operating input voltage range and is preferably realized on a semiconductor integrated circuit. .
【0022】本発明の他の目的は、回路常数を変えるこ
となくトランスコンダクタンス値を調整できるチューナ
ブルMOS線形トランスコンダクタンス・アンプを提供
することにある。Another object of the present invention is to provide a tunable MOS linear transconductance amplifier capable of adjusting a transconductance value without changing a circuit constant.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第1の
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプは、(a)
ソース結合された第1および第2のMOSトランジスタ
により形成されると共に、それら第1および第2のMO
Sトランジスタのゲート間に入力電圧が印加されるMO
S差動対と、(b)前記第1および第2のMOSトラン
ジスタのソースに接続された、前記MOS差動対を駆動
するための定電流源と、(c)前記第1MOSトランジ
スタのドレインに接続された、その第1MOSトランジ
スタの負荷として動作する第3MOSトランジスタと、
(d)前記第2MOSトランジスタのドレインに接続さ
れた、その第2MOSトランジスタの負荷として動作す
る第4MOSトランジスタとを備え、(e)前記第3お
よび第4のMOSトランジスタのゲートには、同じ定電
圧が共通に印加され、(f)前記入力電圧に比例する差
動出力電圧が、前記第5および第6のMOSトランジス
タのドレインから取り出されることを特徴とする。(1) A first MOS linear transconductance amplifier according to the present invention comprises:
The first and second MOS transistors are formed by source-coupled first and second MOS transistors.
MO in which the input voltage is applied between the gates of the S transistor
An S differential pair, (b) a constant current source connected to the sources of the first and second MOS transistors for driving the MOS differential pair, and (c) a drain of the first MOS transistor. A third MOS transistor connected as a load of the first MOS transistor,
(D) a fourth MOS transistor connected to the drain of the second MOS transistor and operating as a load of the second MOS transistor, and (e) the same constant voltage is applied to the gates of the third and fourth MOS transistors. And (f) a differential output voltage proportional to the input voltage is taken out from the drains of the fifth and sixth MOS transistors.
【0024】(2) 本発明の第1のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプでは、第1および第2のMO
Sトランジスタにより形成されるMOS差動対が定電流
源で駆動され、また入力電圧がそれら第1および第2の
MOSトランジスタのゲート間に印加されるので、第1
および第2のMOSトランジスタのドレイン電流はいず
れも入力電圧に対して二乗特性を持つ。(2) In the first MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the first and second MO
The MOS differential pair formed by the S transistors is driven by a constant current source, and the input voltage is applied between the gates of the first and second MOS transistors.
The drain current of the second MOS transistor and the drain current of the second MOS transistor have a square characteristic with respect to the input voltage.
【0025】他方、第1および第2のMOSトランジス
タの負荷として第3および第4のMOSトランジスタを
それぞれ設けているので、第1および第2のMOSトラ
ンジスタのドレイン電流は第3および第4のMOSトラ
ンジスタによりそれぞれ電圧に変換される。その結果、
第1および第2の出力電圧が第1および第2のMOSト
ランジスタのドレインにそれぞれ生成される。On the other hand, since the third and fourth MOS transistors are provided as loads of the first and second MOS transistors, respectively, the drain currents of the first and second MOS transistors are reduced by the third and fourth MOS transistors. Each is converted into a voltage by a transistor. as a result,
First and second output voltages are generated at the drains of the first and second MOS transistors, respectively.
【0026】その際、負荷として動作する第3および第
4のMOSトランジスタの持つ二乗特性により、第1お
よび第2の出力電圧は入力電圧に対して平方根(ルー
ト)圧縮される。負荷として動作する第3および第4の
MOSトランジスタのゲートには、同じ定電圧が共通に
印加されるので、第1および第2の出力電圧の平方根圧
縮は同じ態様で行われる。At this time, the first and second output voltages are compressed by a square root (root) with respect to the input voltage due to the square characteristics of the third and fourth MOS transistors operating as loads. Since the same constant voltage is commonly applied to the gates of the third and fourth MOS transistors operating as loads, the square root compression of the first and second output voltages is performed in the same manner.
【0027】よって、MOS差動対の第1および第2の
出力電圧の差(すなわち、MOS差動対の差動出力電
圧)は、入力電圧に比例する。換言すれば、MOS差動
対(すなわち、当該MOS線形トランスコンダクタンス
・アンプの差動出力電圧は、入力電圧に対して線形とな
る。Therefore, the difference between the first and second output voltages of the MOS differential pair (ie, the differential output voltage of the MOS differential pair) is proportional to the input voltage. In other words, the differential output voltage of a MOS differential pair (ie, the MOS linear transconductance amplifier is linear with respect to the input voltage).
【0028】当該アンプの差動出力電圧の良好な線形性
は、動作入力電圧範囲の全体に及ぶ。それは、MOSト
ランジスタの二乗特性を利用しているからである。The good linearity of the differential output voltage of the amplifier spans the entire operating input voltage range. This is because the square characteristic of the MOS transistor is used.
【0029】(3) 本発明の第1のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプの好ましい例では、前記第1
および第2のMOSトランジスタのゲート幅(W)とゲ
ート長(L)の比(W/L)が、単位MOSトランジス
タのそれのK1倍(K1は定数、ただしK1≧1)であ
り、前記第3および第4のMOSトランジスタのゲート
幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位MO
SトランジスタのそれのK2倍(K2は定数、ただしK2
≧1)である。(3) In a preferred example of the first MOS linear transconductance amplifier of the present invention,
And the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the second MOS transistor is K 1 times that of the unit MOS transistor (K 1 is a constant, but K 1 ≧ 1). , The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the third and fourth MOS transistors is expressed in units of MO
Twice that of K of S transistor (K 2 is a constant, provided that K 2
≧ 1).
【0030】この場合、定数K1とのK2の値を変えるこ
とにより、増幅器または減衰器が容易に実現でき、また
その増幅率または減衰率を任意に設定できる利点があ
る。In this case, there is an advantage that an amplifier or an attenuator can be easily realized by changing the value of the constant K 1 and the value of K 2 , and the amplification factor or the attenuation factor can be arbitrarily set.
【0031】(4) 本発明の第2のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプは、(a)ソース結合された
二つのMOSトランジスタによりそれぞれ形成される第
1〜第n(nは2以上の整数)のMOS差動対と、
(b)前記第1〜第nのMOS差動対をそれぞれ駆動す
るための第1〜第nの定電流源と、(c)前記第1〜第
nのMOS差動対の負荷としてそれぞれ動作する第1〜
第n対の負荷MOSトランジスタとを備え、(d)前記
第1MOS差動対を形成する二つのMOSトランジスタ
のゲート間に入力電圧が印加され、(e)前記第2〜第
nのMOS差動対のそれぞれを形成する二つのMOSト
ランジスタのゲート間には、前記第1〜第(n−1)の
MOS差動対のそれぞれを形成する二つのMOSトラン
ジスタのドレイン間に生成される第1〜第(n−1)の
差動電圧がそれぞれ印加され、(f)前記第1〜第n対
の負荷MOSトランジスタのそれぞれを形成する二つの
MOSFETのゲートには、同じ定電圧が共通に印加さ
れ、(g)前記入力電圧に比例する差動出力電圧が、第
nMOS差動対を形成する二つのMOSトランジスタの
ドレインから取り出されることを特徴とする。(4) The second MOS linear transconductance amplifier according to the present invention comprises: (a) first to n-th (n is an integer of 2 or more) formed by two source-coupled MOS transistors, respectively; A MOS differential pair;
(B) first to n-th constant current sources for driving the first to n-th MOS differential pairs, respectively; and (c) operating as loads of the first to n-th MOS differential pairs, respectively. The first to do
(D) an input voltage is applied between the gates of two MOS transistors forming the first MOS differential pair, and (e) the second to n-th MOS differential transistors. Between the gates of the two MOS transistors forming each of the pairs, there are first to first (n-1) th MOS transistors formed between the drains of the MOS transistors forming each of the (n-1) th MOS differential pairs. The (n-1) th differential voltage is respectively applied, and (f) the same constant voltage is commonly applied to the gates of the two MOSFETs forming each of the first to n-th pairs of load MOS transistors. (G) a differential output voltage proportional to the input voltage is taken out from drains of two MOS transistors forming the n-th MOS differential pair.
【0032】(5) 本発明の第2のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプは、本発明の第1のMOS線
形トランスコンダクタンス・アンプをn個、縦属接続し
たものに相当する。よって、本発明の第1のMOS線形
トランスコンダクタンス・アンプにおいて述べたのと同
じ理由により、当該MOS線形トランスコンダクタンス
・アンプの差動出力電圧は、動作入力電圧範囲の全体に
わたって入力電圧に対して線形となる。(5) The second MOS linear transconductance amplifier according to the present invention is equivalent to a cascade connection of n first MOS linear transconductance amplifiers according to the present invention. Thus, for the same reasons as described in the first MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the differential output voltage of the MOS linear transconductance amplifier is linear with respect to the input voltage over the entire operating input voltage range. Becomes
【0033】本発明の第2のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプでは、さらに、n個の本発明の第1の
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプを縦属接続
しているので、個数nの値に応じて増幅率または減衰率
を増加できる利点がある。In the second MOS linear transconductance amplifier of the present invention, since n first MOS linear transconductance amplifiers of the present invention are cascaded, the number of n first MOS linear transconductance amplifiers depends on the value of the number n. There is an advantage that the amplification rate or the attenuation rate can be increased.
【0034】(6) 本発明の第2のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプの好ましい例では、前記第1
〜第n対の負荷MOSトランジスタのそれぞれを形成す
る二つのMOSトランジスタのゲートに共通に印加され
る定電圧が、互いに等しくされる。(6) In a preferred example of the second MOS linear transconductance amplifier according to the present invention,
The constant voltages commonly applied to the gates of the two MOS transistors forming each of the to the n-th pair of load MOS transistors are made equal to each other.
【0035】この場合には、回路が簡単化される利点が
ある。In this case, there is an advantage that the circuit is simplified.
【0036】本発明の第2のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプの他の好ましい例では、前記第1〜第
nのMOS差動対を形成するMOSトランジスタのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、いずれ
も単位MOSトランジスタのそれのK1倍(K1は定数、
ただしK1≧1)とされ、前記第1〜第nのMOS差動
対の負荷としてそれぞれ動作する前記第1〜第n対のM
OSトランジスタのゲート幅(W)とゲート長(L)の
比(W/L)が、いずれも単位MOSトランジスタのそ
れのK2倍(K2は定数、ただしK2≧1)とされる。In another preferred embodiment of the second MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the gate width (W) and the gate length (L) of the MOS transistors forming the first to n-th MOS differential pairs are provided. Is K 1 times that of the unit MOS transistor (K 1 is a constant,
Where K 1 ≧ 1), and the first to n-th M pairs of Ms that operate as loads of the first to n-th MOS differential pairs, respectively.
The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the OS transistor is set to K 2 times that of the unit MOS transistor (K 2 is a constant, where K 2 ≧ 1).
【0037】この場合には、定数K1とのK2の値を変え
ることにより、増幅器または減衰器が容易に実現でき、
またその増幅率または減衰率を任意に設定できる利点が
ある。In this case, an amplifier or an attenuator can be easily realized by changing the value of K 2 with the constant K 1 .
Further, there is an advantage that the amplification rate or the attenuation rate can be set arbitrarily.
【0038】(7) 本発明の第3のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプは、(a)ソース結合された
第1および第2のMOSトランジスタにより形成される
と共に、それら第1および第2のMOSトランジスタの
ゲート間に入力電圧が印加されるMOS差動対と、
(b)前記第1および第2のMOSトランジスタのソー
スに接続された、前記MOS差動対を駆動するための第
1定電流源と、(c)前記第1MOSトランジスタのド
レインに接続された、その第1MOSトランジスタの負
荷として動作する第3MOSトランジスタと、(d)前
記第2MOSトランジスタのドレインに接続された、そ
の第2MOSトランジスタの負荷として動作する第4M
OSトランジスタと、(e)ソース結合された第5、第
6および第7のMOSトランジスタにより形成されると
共に、それら第5、第6および第7のMOSトランジス
タが第2定電流源により駆動されるトリプルテール・セ
ルとを備え、(f)前記第3および第4のMOSトラン
ジスタのゲートには、第1定電圧が共通に印加され、
(g)前記第5MOSトランジスタのゲートには、前記
第1MOSトランジスタのドレインに生成される前記M
OS差動対の第1出力電圧が印加され、且つ前記第6M
OSトランジスタのゲートには、前記第2MOSトラン
ジスタのドレインに生成される前記MOS差動対の第2
出力電圧が印加され、(h)前記第7MOSトランジス
タのゲートには第2定電圧が印加され、(i)前記入力
電圧に比例する差動出力電流が、前記第5および第6の
MOSトランジスタのドレインから取り出されることを
特徴とする。(7) The third MOS linear transconductance amplifier of the present invention is formed by (a) first and second MOS transistors which are source-coupled, and the first and second MOS transistors are connected to each other. A MOS differential pair in which an input voltage is applied between the gates of
(B) a first constant current source connected to sources of the first and second MOS transistors for driving the MOS differential pair, and (c) connected to a drain of the first MOS transistor. A third MOS transistor that operates as a load of the first MOS transistor; and (d) a fourth M transistor that is connected to the drain of the second MOS transistor and operates as a load of the second MOS transistor.
An OS transistor, and (e) fifth, sixth, and seventh MOS transistors source-coupled to each other, and the fifth, sixth, and seventh MOS transistors are driven by the second constant current source (F) a first constant voltage is commonly applied to the gates of the third and fourth MOS transistors;
(G) the gate of the fifth MOS transistor has the M generated at the drain of the first MOS transistor.
A first output voltage of the OS differential pair is applied, and
The second gate of the MOS differential pair generated at the drain of the second MOS transistor is connected to the gate of the OS transistor.
An output voltage is applied, (h) a second constant voltage is applied to the gate of the seventh MOS transistor, and (i) a differential output current proportional to the input voltage is applied to the fifth and sixth MOS transistors. It is characterized by being taken out from the drain.
【0039】(8) 本発明の第3のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプは、本発明の第1のMOS線
形トランスコンダクタンス・アンプにMOSトリプルテ
ール・セルを縦続接続したものに相当する。したがっ
て、入力電圧に対して線形なMOS差動対の差動出力電
圧が、トリプルテール・セルを構成する第5および第6
のMOSトランジスタのゲート(トリプルテール・セル
の入力端子対)間に印加される。また、それと同時に、
当該トリプルテール・セルを構成する第7MOSトラン
ジスタのゲート(トリプルテール・セルの制御端子)に
は第2定電圧が印加される。(8) The third MOS linear transconductance amplifier of the present invention corresponds to the first MOS linear transconductance amplifier of the present invention in which MOS triple tail cells are cascaded. Therefore, the differential output voltage of the MOS differential pair that is linear with respect to the input voltage is the fifth and sixth MOS transistors forming the triple tail cell.
Is applied between the gates (input terminal pair of the triple tail cell) of the MOS transistor of the third embodiment. At the same time,
A second constant voltage is applied to the gate (control terminal of the triple tail cell) of the seventh MOS transistor that constitutes the triple tail cell.
【0040】よって、第7MOSトランジスタのドレイ
ン(すなわち、当該二乗回路の第1出力端子)を流れる
電流は、入力電圧の二乗に比例して増加し、第5および
第6MOSトランジスタの接続されたドレイン(すなわ
ち、当該二乗回路の第2出力端子)を流れる電流は前記
入力電圧の二乗に比例して減少する。Therefore, the current flowing through the drain of the seventh MOS transistor (ie, the first output terminal of the squaring circuit) increases in proportion to the square of the input voltage, and the connected drains of the fifth and sixth MOS transistors ( That is, the current flowing through the second output terminal of the squaring circuit decreases in proportion to the square of the input voltage.
【0041】本発明の第3のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプは、こうして適応バイアス差動対と等
価となり、第5および第6のMOSトランジスタのドレ
インから取り出される差動出力電流は入力電圧に比例す
る、すなわち入力電圧に対して線形となる。The third MOS linear transconductance amplifier of the present invention is thus equivalent to an adaptive bias differential pair, and the differential output current drawn from the drains of the fifth and sixth MOS transistors is proportional to the input voltage. , Ie, linear with respect to the input voltage.
【0042】当該アンプの第1および第2の出力端子に
生成されるこれらの出力電流の良好な線形性は、動作入
力電圧範囲の全体に及ぶ。それは、MOS差動対の動作
入力電圧範囲とMOSトリプルテール・セルの動作入力
電圧範囲とが互いに一致するからである。The good linearity of these output currents generated at the first and second output terminals of the amplifier spans the entire operating input voltage range. This is because the operating input voltage range of the MOS differential pair and the operating input voltage range of the MOS triple tail cell match each other.
【0043】(9) 本発明の第3のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプの好ましい例では、前記第1
および第2のMOSトランジスタのゲート幅(W)とゲ
ート長(L)の比(W/L)が、単位MOSトランジス
タのそれのK1倍(K1は定数、ただしK1≧1)とさ
れ、前記第3および第4のMOSトランジスタのゲート
幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位MO
SトランジスタのそれのK2倍(K2は定数、ただしK2
≧1)とされる。(9) In a preferred example of the third MOS linear transconductance amplifier according to the present invention,
And the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the second MOS transistor is K 1 times that of the unit MOS transistor (K 1 is a constant, but K 1 ≧ 1). , The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the third and fourth MOS transistors is expressed in units of MO
Twice that of K of S transistor (K 2 is a constant, provided that K 2
≧ 1).
【0044】この場合には、定数K1とのK2の値を変え
ることにより、増幅器または減衰器が容易に実現でき、
またその増幅率または減衰率を任意に設定できる利点が
ある。In this case, an amplifier or an attenuator can be easily realized by changing the value of K 2 with the constant K 1 .
Further, there is an advantage that the amplification rate or the attenuation rate can be set arbitrarily.
【0045】本発明の第3のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプの他の好ましい例では、前記第7MO
Sトランジスタのゲート幅(W)とゲート長(L)の比
(W/L)が、前記5および第6のMOSトランジスタ
のゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)の2
倍とされる。In another preferred embodiment of the third MOS linear transconductance amplifier according to the present invention, the seventh MOS
The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the S transistor is the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the fifth and sixth MOS transistors. 2
Doubled.
【0046】この場合には、回路構成が簡単になる利点
がある。In this case, there is an advantage that the circuit configuration is simplified.
【0047】本発明の第3のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプのさらに他の好ましい例では、前記第
5および第6のMOSトランジスタのドレインにそれぞ
れ接続された、それら第5および第6のMOSトランジ
スタの負荷として動作する第8および第9のMOSトラ
ンジスタをさらに備えており、それら第8および第9の
MOSトランジスタのゲートには第2定電圧が共通に印
加され、前記入力電圧に比例する差動出力電流が前記第
8および第9のMOSトランジスタによって電圧変換さ
れて差動出力電圧として取り出される。In still another preferred embodiment of the third MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the fifth and sixth MOS transistors are connected to the drains of the fifth and sixth MOS transistors, respectively. Eighth and ninth MOS transistors operating as a load are further provided, and a second constant voltage is commonly applied to the gates of the eighth and ninth MOS transistors, and a differential output proportional to the input voltage is provided. The current is voltage-converted by the eighth and ninth MOS transistors and taken out as a differential output voltage.
【0048】この場合、入力電圧に比例する差動出力電
流が電圧に変換されて得られる利点がある。In this case, there is an advantage that the differential output current proportional to the input voltage is obtained by being converted into a voltage.
【0049】本発明の第3のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプのさらに他の好ましい例では、前記第
2定電流源がその電流値を変更可能とされ、その電流値
を変えることによってトランスコンダクタンス値がチュ
ーニング可能とされる。In another preferred embodiment of the third MOS linear transconductance amplifier according to the present invention, the second constant current source is capable of changing its current value, and the transconductance value is changed by changing the current value. Tuning is possible.
【0050】この場合、チューナブルMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプが実現できる利点がある。In this case, there is an advantage that a tunable MOS linear transconductance amplifier can be realized.
【0051】(10) 本発明の第4のMOS線形トラ
ンスコンダクタンス・アンプは、(a)ソース結合され
た第1および第2のMOSトランジスタにより形成され
ると共に、それら第1および第2のMOSトランジスタ
のゲート間に入力電圧が印加されるMOS差動対と、
(b)前記第1および第2のMOSトランジスタのソー
スに接続された、前記MOS差動対を駆動するための第
1定電流源と、(c)前記第1MOSトランジスタのド
レインに接続された、その第1MOSトランジスタの負
荷として動作する第3MOSトランジスタと、(d)前
記第2MOSトランジスタのドレインに接続された、そ
の第2MOSトランジスタの負荷として動作する第4M
OSトランジスタと、(e)ソース結合された第5、第
6、第7および第8のMOSトランジスタにより形成さ
れると共に、それら第5、第6、第7および第8のMO
Sトランジスタが第2定電流源により駆動されるクァド
リテール・セルとを備え、(f)前記第3および第4の
MOSトランジスタのゲートには、第1定電圧が共通に
印加され、(g)前記第5MOSトランジスタのゲート
には、前記第1MOSトランジスタのドレインに生成さ
れる前記MOS差動対の第1出力電圧が印加され、且つ
前記第6MOSトランジスタのゲートには、前記第2M
OSトランジスタのドレインに生成される前記MOS差
動対の第2出力電圧が印加され、(h)前記第7および
第8のMOSトランジスタのゲートには第2定電圧が共
通に印加され、(i)前記入力電圧に比例する差動出力
電流が、前記第5および第6のMOSトランジスタのド
レインから取り出されることを特徴とする。(10) The fourth MOS linear transconductance amplifier of the present invention is formed by (a) first and second MOS transistors which are source-coupled, and the first and second MOS transistors are connected to each other. A MOS differential pair in which an input voltage is applied between the gates of
(B) a first constant current source connected to sources of the first and second MOS transistors for driving the MOS differential pair, and (c) connected to a drain of the first MOS transistor. A third MOS transistor that operates as a load of the first MOS transistor; and (d) a fourth M transistor that is connected to the drain of the second MOS transistor and operates as a load of the second MOS transistor.
An OS transistor and (e) fifth, sixth, seventh and eighth source-coupled MOS transistors; and fifth, sixth, seventh and eighth MO transistors.
An S transistor comprising a quadrature cell driven by a second constant current source; (f) a first constant voltage is commonly applied to the gates of the third and fourth MOS transistors; The first output voltage of the MOS differential pair generated at the drain of the first MOS transistor is applied to the gate of the fifth MOS transistor, and the second output voltage is applied to the gate of the sixth MOS transistor.
A second output voltage of the MOS differential pair generated at the drain of the OS transistor is applied, (h) a second constant voltage is commonly applied to the gates of the seventh and eighth MOS transistors, and (i) A) a differential output current proportional to the input voltage is taken from the drains of the fifth and sixth MOS transistors;
【0052】(11) 本発明の第4のMOS線形トラ
ンスコンダクタンス・アンプは、本発明の第3のMOS
線形トランスコンダクタンス・アンプにおいて、トリプ
ルテール・セルをクァドリテール・セルに代えたものに
相当する。(11) The fourth MOS linear transconductance amplifier of the present invention is the third MOS linear transconductance amplifier of the present invention.
This corresponds to a linear transconductance amplifier in which a triple tail cell is replaced with a quad tail cell.
【0053】クァドリテール・セルを形成する第7およ
び第8のMOSトランジスタのドレインを共通接続しあ
るいは第5および第6のMOSトランジスタのドレイン
にそれぞれ接続したものは、トリプルテール・セルと等
価な動作を行うから、本発明の第3のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプにおいて述べたのと同じ理由
により、第5および第6のMOSトランジスタのドレイ
ンから取り出される差動出力電流は入力電圧に比例す
る、すなわち入力電圧に対して線形となる。The drains of the seventh and eighth MOS transistors forming the quad tail cell are connected in common or connected to the drains of the fifth and sixth MOS transistors, respectively, to perform an operation equivalent to the triple tail cell. Therefore, for the same reason as described in the third MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the differential output current drawn from the drains of the fifth and sixth MOS transistors is proportional to the input voltage, that is, the input voltage. Be linear with voltage.
【0054】また、当該アンプの第1および第2の出力
端子に生成されるこれらの出力電流の良好な線形性は、
動作入力電圧範囲の全体に及ぶ。The good linearity of these output currents generated at the first and second output terminals of the amplifier is as follows:
Covers the entire operating input voltage range.
【0055】(12) 本発明の第4のMOS線形トラ
ンスコンダクタンス・アンプの好ましい例では、前記第
1および第2のMOSトランジスタのゲート幅(W)と
ゲート長(L)の比(W/L)が、単位MOSトランジ
スタのそれのK1倍(K1は定数、ただしK1≧1)とさ
れ、前記第3および第4のMOSトランジスタのゲート
幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位MO
SトランジスタのそれのK2倍(K2は定数、ただしK2
≧1)とされる。(12) In a preferred example of the fourth MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the first and second MOS transistors is set. ) Is K 1 times that of the unit MOS transistor (K 1 is a constant, where K 1 ≧ 1), and the ratio of the gate width (W) to the gate length (L) of the third and fourth MOS transistors (W / L) is the unit MO
Twice that of K of S transistor (K 2 is a constant, provided that K 2
≧ 1).
【0056】この場合には、定数K1とのK2の値を変え
ることにより、増幅器または減衰器が容易に実現でき、
またその増幅率または減衰率を任意に設定できる利点が
ある。In this case, an amplifier or an attenuator can be easily realized by changing the value of K 2 with the constant K 1 .
Further, there is an advantage that the amplification rate or the attenuation rate can be set arbitrarily.
【0057】本発明の第4のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプの他の好ましい例では、前記第7およ
び第8MOSトランジスタのゲート幅(W)とゲート長
(L)の比(W/L)が、前記5および第6のMOSト
ランジスタのゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W
/L)に等しくされる。In another preferred embodiment of the fourth MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the seventh and eighth MOS transistors is The ratio (W) of the gate width (W) to the gate length (L) of the fifth and sixth MOS transistors
/ L).
【0058】この場合には、回路構成が簡単になる利点
がある。In this case, there is an advantage that the circuit configuration is simplified.
【0059】本発明の第4のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプのさらに他の好ましい例では、前記第
5および第6のMOSトランジスタのドレインにそれぞ
れ接続された、それら第5および第6のMOSトランジ
スタの負荷として動作する第9および第10のMOSト
ランジスタをさらに備えており、それら第9および第1
0のMOSトランジスタのゲートには第2定電圧が共通
に印加され、前記入力電圧に比例する差動出力電流が前
記第9および第10のMOSトランジスタによって電圧
変換されて差動出力電圧として取り出される。In still another preferred embodiment of the fourth MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the fifth and sixth MOS transistors are connected to the drains of the fifth and sixth MOS transistors, respectively. Ninth and tenth MOS transistors operating as loads are further provided.
A second constant voltage is commonly applied to the gates of the 0 MOS transistors, and a differential output current proportional to the input voltage is converted by the ninth and tenth MOS transistors and taken out as a differential output voltage. .
【0060】この場合、入力電圧に比例する差動出力電
流が電圧に変換されて得られる利点がある。In this case, there is an advantage that a differential output current proportional to the input voltage is obtained by being converted into a voltage.
【0061】本発明の第4のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプのさらに他の好ましい例では、前記第
7および第8のMOSトランジスタのドレインが互いに
接続され、あるいは、前記第5および第6のMOSトラ
ンジスタのドレインにそれぞれ接続される。In still another preferred example of the fourth MOS linear transconductance amplifier of the present invention, the drains of the seventh and eighth MOS transistors are connected to each other, or the fifth and sixth MOS transistors are connected to each other. Are connected respectively to the drains.
【0062】これらの場合に、クァドリテール・セルが
トリプルテール・セルと等価となるからである。また、
トリプルテール・セルを形成する四つのMOSトランジ
スタを単位MOSトランジスタで実現でき、チップ面積
が小さくなる利点がある。This is because in these cases, the quad tail cells are equivalent to the triple tail cells. Also,
Four MOS transistors forming a triple tail cell can be realized by unit MOS transistors, and there is an advantage that a chip area is reduced.
【0063】本発明の第4のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプのさらに他の好ましい例では、前記第
2定電流源がその電流値を変更可能とされ、その電流値
を変えることによってトランスコンダクタンス値がチュ
ーニング可能とされる。In still another preferred example of the fourth MOS linear transconductance amplifier according to the present invention, the second constant current source is capable of changing its current value, and the transconductance value is changed by changing the current value. Tuning is possible.
【0064】この場合、チューナブルMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプが実現できる利点がある。In this case, there is an advantage that a tunable MOS linear transconductance amplifier can be realized.
【0065】[0065]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態を添付図面を参照しながら具体的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
【0066】(第1の実施形態)図1に、本発明の第1
の実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アン
プを示す。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 shows the MOS linear transconductance amplifier of the embodiment of FIG.
【0067】このアンプは、ソース結合された二つのn
チャネルMOSトランジスタM1、M2により形成され
るMOS差動対1と、その負荷として動作する二つのn
チャネルMOSトランジスタM3、M4とを備えてい
る。This amplifier is composed of two source-coupled n
MOS differential pair 1 formed by channel MOS transistors M1 and M2, and two n
It has channel MOS transistors M3 and M4.
【0068】MOS差動対1を形成するMOSトランジ
スタM1、M2のソースは、定電流源2(電流値:
ISS)を介して接地されている。このMOS差動対1
は、定電流源1の生成する定電流ISSによって駆動され
る。MOSトランジスタM1、M2のゲートは、当該ア
ンプの入力端子対を形成しており、それらのゲート間に
入力電圧Viが印加される。The sources of the MOS transistors M1 and M2 forming the MOS differential pair 1 are a constant current source 2 (current value:
I SS ). This MOS differential pair 1
Is driven by the constant current I SS generated by the constant current source 1. The gate of the MOS transistors M1, M2 forms an input terminal pair of the amplifier, the input voltage V i is applied between their gate.
【0069】MOSトランジスタM1、M2のゲート幅
(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれも単
位MOSトランジスタのそれのK1倍である(K1は定
数、ただしK1≧1)。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M1 and M2 is K 1 times that of the unit MOS transistor (K 1 is a constant, but K 1 1 ≧ 1).
【0070】MOSトランジスタM3は、MOSトラン
ジスタM1の負荷として動作する。MOSトランジスタ
M3のソースは、MOSトランジスタM1のドレインに
接続され、ドレインは電源電圧VDDが印加される電源電
圧線に接続され、ゲートにはバイアス電圧(直流定電
圧)VBが印加される。The MOS transistor M3 operates as a load of the MOS transistor M1. The source of the MOS transistor M3 is connected to the drain of the MOS transistor M1, the drain is connected to a power supply voltage line to which the power supply voltage V DD is applied, and the bias voltage (DC constant voltage) V B is applied to the gate.
【0071】MOSトランジスタM4は、MOSトラン
ジスタM2の負荷として動作する。MOSトランジスタ
M4のソースは、MOSトランジスタM2のドレインに
接続され、ドレインは電源電圧VDDが印加される電源電
圧線に接続され、ゲートにはMOSトランジスタM3に
印加されるのと同じバイアス電圧VBが印加される。The MOS transistor M4 operates as a load of the MOS transistor M2. The source of the MOS transistor M4 is connected to the drain of the MOS transistor M2, the drain is connected to a power supply voltage line to which the power supply voltage V DD is applied, and the gate is the same bias voltage V B as applied to the MOS transistor M3. Is applied.
【0072】MOSトランジスタM3、M4のゲート幅
(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれも単
位MOSトランジスタのそれのK2倍である(K2は定
数、ただしK2≧1)。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M3 and M4 is K 2 times that of the unit MOS transistor (K 2 is a constant, but K 2 is a constant). 2 ≧ 1).
【0073】次に、図1に示した第1実施形態のMOS
線形トランスコンダクタンス・アンプの動作原理につい
て説明する。Next, the MOS of the first embodiment shown in FIG.
The operation principle of the linear transconductance amplifier will be described.
【0074】基板効果とチャネル長変調を無視し、飽和
領域で動作しているMOSトランジスタのドレイン電流
IDとゲート・ソース間電圧VGSの関係が二乗則に従う
ものと仮定すると、ドレイン電流IDは以下の数式(1
a)、(1b)のように表される。Assuming that the relationship between the drain current I D and the gate-source voltage V GS of the MOS transistor operating in the saturation region obeys the square law, ignoring the body effect and channel length modulation, the drain current I D Is the following equation (1
a) and (1b).
【0075】[0075]
【数1】 (Equation 1)
【0076】数式(1a)、(1b)において、Kは、
MOSトランジスタのゲート幅(W)とゲート長(L)
の比(W/L)の単位MOSトランジスタのそれに対す
る比、βはトランスコンダクタンス・パラメータ、VTH
はスレッショルド電圧である。In equations (1a) and (1b), K is
Gate width (W) and gate length (L) of MOS transistor
Ratio (W / L) to that of a unit MOS transistor, β is a transconductance parameter, V TH
Is the threshold voltage.
【0077】キャリアの実効モビリティをμ、単位面積
当たりのゲート酸化膜容量をCOXとすると、トランスコ
ンダクタンス・パラメータβは、 β=μ(COX/2)(W/L) で定義される。Assuming that the effective mobility of carriers is μ and the capacitance of the gate oxide film per unit area is C OX , the transconductance parameter β is defined as β = μ (C OX / 2) (W / L).
【0078】なお、キャリアの実効モビリティμは、絶
対温度Tに応じて以下の数式(2)に従って変化する。The effective mobility μ of the carrier changes according to the following equation (2) according to the absolute temperature T.
【0079】[0079]
【数2】 (Equation 2)
【0080】トランスコンダクタンスパラメータβも、
絶対温度Tに応じて以下の数式(3)に従って変化す
る。The transconductance parameter β is also
It changes according to the following equation (3) according to the absolute temperature T.
【0081】[0081]
【数3】 (Equation 3)
【0082】となる。Is obtained.
【0083】ただし、数式(3)、(4)において、添
え宇300は300K(=27℃)におけるμ、β、T
の値を示す。However, in the equations (3) and (4), the suffix 300 represents μ, β, T at 300 K (= 27 ° C.).
Shows the value of
【0084】素子間の整合性は良いと仮定すると、MO
S差動対1の二つの出力電流、すなわちMOSトランジ
スタM1、M2のドレイン電流ID1、ID2は、それぞれ
以下の数式(4a)(4b)のように表される。Assuming that matching between elements is good, MO
The two output currents of the S differential pair 1, that is, the drain currents I D1 and I D2 of the MOS transistors M1 and M2, are respectively expressed by the following equations (4a) and (4b).
【0085】[0085]
【数4】 (Equation 4)
【0086】数式(4a)(4b)に示すように、MO
S差動対1の動作入力電圧範囲は、|Vi|≦(ISS/
K1β)1/2である。As shown in equations (4a) and (4b), the MO
The operating input voltage range of the S differential pair 1 is | V i | ≦ (I SS /
K 1 β) 1/2 .
【0087】数式(4a)(4b)で表されるMOSト
ランジスタM1、M2のドレイン電流ID1、ID2はそれ
ぞれ、負荷となっているMOSトランジスタM3、M4
により平方根(ルート)圧縮されて電圧に変換される。
すなわち、MOS差動対1の差動出力電圧をΔVとする
と、Aを定数としてΔVは次のように表される。The drain currents I D1 and I D2 of the MOS transistors M1 and M2 represented by the equations (4a) and (4b) are the MOS transistors M3 and M4 serving as loads, respectively.
Is converted to a voltage by the square root (root) compression.
That is, assuming that the differential output voltage of the MOS differential pair 1 is ΔV, ΔV is expressed as follows, where A is a constant.
【0088】[0088]
【数5】 (Equation 5)
【0089】ここで、a、bを定数、xを変数として、
次の恒等式(6)を考える。Here, a and b are constants, x is a variable, and
Consider the following identity (6).
【0090】[0090]
【数6】 (Equation 6)
【0091】そして、恒等式(6)においてa、b、x
を下記のように設定する。Then, in the equation (6), a, b, x
Is set as follows.
【0092】[0092]
【数7】 (Equation 7)
【0093】すると、恒等式(6)の左辺は、上記数式
(5)に上記数式(4a)(4b)を代入したものに等
しくなる。この時、恒等式(5)の右辺は(K1β)1/2
・Viとなる。よって、次の数式(8)が成り立つ。Then, the left side of the identity expression (6) is equal to the value obtained by substituting the expressions (4a) and (4b) into the expression (5). At this time, the right side of the identity (5) is (K 1 β) 1/2
V i . Therefore, the following equation (8) holds.
【0094】[0094]
【数8】 (Equation 8)
【0095】この数式(8)から明らかなように、MO
S差動対1の差動出力電圧ΔV、すなわち数式(4a)
(4b)で表されるドレイン電流ID1の平方根とドレイ
ン電流ID2の平方根との差は、入力電圧Viに比例す
る。As is apparent from the equation (8), the MO
The differential output voltage ΔV of the S differential pair 1, that is, equation (4a)
The difference between the square root of the square root and the drain current I D2 of the drain current I D1 represented by (4b) is proportional to the input voltage V i.
【0096】なお、MOS差動対1の差動出力電流をΔ
IDとすると、ΔIDはドレイン電流ID1、ID2を用いて
次の数式(9)のように表される。Note that the differential output current of MOS differential pair 1 is Δ
Assuming that I D , ΔI D is expressed by the following equation (9) using the drain currents I D1 and I D2 .
【0097】[0097]
【数9】 (Equation 9)
【0098】よって、MOS差動対1の差動出力電流Δ
IDは、線形項Therefore, the differential output current Δ of MOS differential pair 1
ID is a linear term
【0099】[0099]
【数10】 (Equation 10)
【0100】と非線形項And the nonlinear term
【0101】[0101]
【数11】 [Equation 11]
【0102】とを含んでいることが分かる。It can be seen that the following is included.
【0103】MOS差動対1を形成するMOSトランジ
スタM1、M2の結合されたソースの電圧を共通ソース
電圧VS1とすると、共通ソース電圧VS1は次の数式(1
2)のように表される。[0103] When the MOS transistor M1, the voltage of the combined source of M2 forming the MOS differential pair 1 and the common source voltage V S1, the common source voltage V S1 is the following formula (1
It is expressed as 2).
【0104】[0104]
【数12】 (Equation 12)
【0105】数式(12)において、VCM1は差動入力
される入力電圧Viのコモンモード電圧である。[0105] In Equation (12), V CM1 is the common mode voltage of the input voltage V i is the input differential.
【0106】数式(12)より分かるように、共通ソー
ス電圧VS1は入力電圧Viの関数となっているから、共
通ソース電圧VS1は入力電圧Viとともに変動する。ま
た、数式(12)の第3項(平方根の項)は、非線形項
(11)の2番目の平方根の(1/2)1/2に等しい。
したがって、MOS差動対1の差動出力電流ΔIDの非
線形項(11)は、共通ソース電圧VS1の変動に起因す
ることが分かる。As can be seen from Equation (12), since the common source voltage V S1 is a function of the input voltage V i , the common source voltage V S1 varies with the input voltage V i . Further, the third term (square root term) of the equation (12) is equal to (1/2) 1/2 of the second square root of the nonlinear term (11).
Therefore, the nonlinear term (11) of the differential output current [Delta] I D of the MOS differential pair 1, it can be seen that due to variations of the common source voltage V S1.
【0107】これは、MOS差動対1の共通ソース電圧
VS1を一定電圧に固定できるならば、MOS差動対1を
線形動作させることができることを意味する。This means that if the common source voltage V S1 of the MOS differential pair 1 can be fixed to a constant voltage, the MOS differential pair 1 can operate linearly.
【0108】次に、MOSトランジスタM3、M4を負
荷とするMOS差動対1の二つの出力電圧VO1、V
O2は、MOSトランジスタM1、M2のドレインにそれ
ぞれ生成され、次の数式(13a)、(13b)のよう
に表される。Next, the two output voltages V O1 and V O1 of the MOS differential pair 1 having the MOS transistors M3 and M4 as loads.
O2 is generated at the drains of the MOS transistors M1 and M2, respectively, and is represented by the following equations (13a) and (13b).
【0109】[0109]
【数13】 (Equation 13)
【0110】よって、MOS差動対1の差動出力電圧Δ
Vは、次の数式(14)のように表される。Therefore, the differential output voltage Δ of MOS differential pair 1
V is represented by the following equation (14).
【0111】[0111]
【数14】 [Equation 14]
【0112】数式(14)において、負荷用のMOSト
ランジスタM3、M4のゲート幅(W)とゲート長
(L)の比K2が、MOS差動対1を形成するMOSト
ランジスタM1、M2のゲート幅(W)とゲート長
(L)の比K1より大きいならば、このMOS差動対は
逆相の線形減衰器となり、K2がK1に等しいまたはK1
より小さいならば、このMOS差動対1は逆相の線形増
幅器となる。そして、その良好な線形性は、動作入力電
圧範囲|Vi|≦(ISS/K1β)1/2の全体に及ぶ。In the equation (14), the ratio K 2 between the gate width (W) and the gate length (L) of the load MOS transistors M 3 and M 4 is determined by the gates of the MOS transistors M 1 and M 2 forming the MOS differential pair 1. if the ratio K 1 is greater than the width (W) and gate length (L), this MOS differential pair becomes a reverse-phase linear attenuator, or K 1 K 2 is equal to K 1
If it is smaller, this MOS differential pair 1 is a linear amplifier of opposite phase. And its good linearity extends over the entire operating input voltage range | V i | ≦ (I SS / K 1 β) 1/2 .
【0113】数式(14)から明らかなように、MOS
トランジスタM3、M4を負荷とするMOS差動対1の
差動出力電圧ΔVは、入力電圧Viに比例する。換言す
れば、MOSトランジスタM3、M4を負荷とするMO
S差動対1は、入力電圧Viに対して線形減衰器または
線形増幅器として動作する。そして、(K2/K1)を小
さい値に設定すれば、高利得が実現できる。As is clear from equation (14), the MOS
Differential output voltage ΔV of the MOS differential pair 1, load transistors M3, M4 is proportional to the input voltage V i. In other words, the MO having the MOS transistors M3 and M4 as loads
S differential pair 1 operates as a linear attenuator or a linear amplifier to the input voltage V i. If (K 2 / K 1 ) is set to a small value, a high gain can be realized.
【0114】なお、出力電圧VO1、VO2のコモンモード
電圧をVCM2とすると、VCM2は次の数式(15)で表さ
れる。If the common mode voltage of the output voltages V O1 and V O2 is V CM2 , V CM2 is represented by the following equation (15).
【0115】[0115]
【数15】 (Equation 15)
【0116】数式(15)から、MOSトランジスタM
3、M4を負荷とするMOS差動対1の出力電圧VO1、
VO2のコモンモード電圧VCM2は、共通ソース電圧VS1
(上記数式(12)参照)を用いて表されることが分か
る。From the equation (15), it is found that the MOS transistor M
3, the output voltage V O1 of the MOS differential pair 1 with M4 as a load,
The common mode voltage V CM2 of V O2 is equal to the common source voltage V S1.
It can be seen that this is represented by using the above equation (12).
【0117】図2に図1のMOS差動対の出力電圧特性
の計算値を示す。FIG. 2 shows calculated values of output voltage characteristics of the MOS differential pair shown in FIG.
【0118】図2において、曲線31,32はMOS差
動対1の出力電圧VO1、VO2をそれぞれ示し、曲線33
は入力電圧Viのコモンモード電圧VCM2を示す。曲線3
4は電圧[−VO1+2(VB−VTH)]を示し、直線3
5は電圧[VO2−VO1+VB−VTH]を示す。直線35
から明らかなように、MOS差動対1の差動出力電圧Δ
Vは入力電圧Viに比例する。In FIG. 2, curves 31 and 32 show output voltages V O1 and V O2 of MOS differential pair 1, respectively, and curve 33
Shows the common mode voltage V CM2 of the input voltage V i. Curve 3
4 indicates a voltage [−V O1 +2 (V B −V TH )], and a straight line 3
5 shows the voltage [V O2 -V O1 + V B -V TH]. Straight line 35
As is clear from FIG. 5, the differential output voltage Δ
V is proportional to the input voltage V i .
【0119】図3に、K2=K1=1の場合のMOS差動
対1の出力電圧特性と差動出力電圧特性の実測値を示
す。ここで使用したトランジスタ・アレーは、nチャネ
ル・パワーMOSトランジスタ・アレー(型名:μPA
572T)である。このMOSトランジスタのスレッシ
ョルド電圧VTHはおよそ1.5Vであり、トランスコン
ダクタンスパラメータβの値も、現在一般的に用いられ
ているCMOSプロセスのMOSトランジスタのトラン
スコンダクタンスパラメータβの値に対しておよそ2桁
程度大きい。したがって、電源電圧とテール電流は、入
力電圧範囲を広くするために大きくしなければならな
い。この測定においては、電源電圧を5.0V(VDD=
5.0V)、テール電流を10.5mA(ISS=10.
5mA)としている。FIG. 3 shows measured output voltage characteristics and differential output voltage characteristics of the MOS differential pair 1 when K 2 = K 1 = 1. The transistor array used here is an n-channel power MOS transistor array (model name: μPA
572T). The threshold voltage V TH of this MOS transistor is about 1.5 V, and the value of the transconductance parameter β is also approximately two digits larger than the value of the transconductance parameter β of the MOS transistor of a CMOS process that is currently generally used. About big. Therefore, the power supply voltage and tail current must be increased to widen the input voltage range. In this measurement, the power supply voltage was set to 5.0 V (V DD =
5.0 V), and tail current of 10.5 mA (I SS = 10.
5 mA).
【0120】図3において、曲線41、42はそれぞれ
MOS差動対1の二つの出力電圧VO1、VO2を示し、曲
線43、44はそれぞれMOS差動対1の差動出力電圧
ΔV(=VO1−VO2)、−ΔV(=VO2−VO1)を示
す。図3より、MOSトランジスタM3、M4を負荷と
するMOS差動対1の差動出力電圧ΔVは、広い入力電
圧範囲において線形となっていることが分かる。In FIG. 3, curves 41 and 42 show the two output voltages V O1 and V O2 of the MOS differential pair 1, respectively, and curves 43 and 44 show the differential output voltage ΔV (= V O1 −V O2 ) and −ΔV (= V O2 −V O1 ). FIG. 3 shows that the differential output voltage ΔV of the MOS differential pair 1 having the MOS transistors M3 and M4 as loads is linear over a wide input voltage range.
【0121】(第2の実施形態)図4に、本発明の第2
の実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アン
プを示す。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
3 shows the MOS linear transconductance amplifier of the embodiment of FIG.
【0122】このアンプは、ソース結合されたnチャネ
ルMOSトランジスタM1A、M2Aにより形成される
第1MOS差動対1Aと、ソース結合されたnチャネル
MOSトランジスタM1B、M2Bにより形成される第
2MOS差動対1Bと、ソース結合されたnチャネルM
OSトランジスタM1C、M2Cにより形成される第3
MOS差動対1Cとを備えている。これら第1〜第3の
MOS差動対1A、1B、1Cは、それぞれ第1実施形
態のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプ1と同
じ構成を持ち、互いに縦続接続されている。This amplifier includes a first MOS differential pair 1A formed by source-coupled n-channel MOS transistors M1A and M2A, and a second MOS differential pair formed by source-coupled n-channel MOS transistors M1B and M2B. 1B and a source coupled n-channel M
Third formed by OS transistors M1C and M2C
MOS differential pair 1C. These first to third MOS differential pairs 1A, 1B and 1C have the same configuration as the MOS linear transconductance amplifier 1 of the first embodiment, respectively, and are cascaded to each other.
【0123】第1MOS差動対1Aを形成するMOSト
ランジスタM1A、M2Aのソースは、定電流源2A
(電流値:ISS)を介して接地されている。このMOS
差動対1Aは、定電流源2Aの生成する定電流ISSによ
って駆動される。MOSトランジスタM1A、M2Aの
ゲートは、当該アンプの入力端子対を形成しており、そ
れらのゲート間に入力電圧Viが印加される。The source of the MOS transistors M1A and M2A forming the first MOS differential pair 1A is a constant current source 2A.
(Current value: I SS ). This MOS
The differential pair 1A is driven by a constant current I SS generated by a constant current source 2A. MOS transistor M1A, a gate of M2A forms a pair of input terminals of the amplifier, the input voltage V i is applied between their gate.
【0124】MOSトランジスタM1A、M2Aのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれ
も単位MOSトランジスタのそれのK1倍である(K1は
定数、ただしK1≧1)。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M1A and M2A is K 1 times that of the unit MOS transistor (K 1 is a constant, however, K 1 1 ≧ 1).
【0125】nチャネルMOSトランジスタM3Aは、
MOSトランジスタM1Aの負荷として動作する。MO
SトランジスタM3Aのソースは、MOSトランジスタ
M1Aのドレインに接続され、ドレインは電源電圧VDD
が印加される電源電圧線に接続され、ゲートにはバイア
ス電圧(直流定電圧)VBが印加される。The n-channel MOS transistor M3A is
It operates as a load of the MOS transistor M1A. MO
The source of the S transistor M3A is connected to the drain of the MOS transistor M1A, and the drain is connected to the power supply voltage V DD.
There is connected to the power supply voltage line to be applied, the bias voltage (direct current constant voltage) V B is applied to the gate.
【0126】MOSトランジスタM4Aは、MOSトラ
ンジスタM2Aの負荷として動作する。MOSトランジ
スタM4Aのソースは、MOSトランジスタM2Aのド
レインに接続され、ドレインは電源電圧VDDが印加され
る電源電圧線に接続され、ゲートにはMOSトランジス
タM3Aに印加されるのと同じバイアス電圧VBが印加
される。The MOS transistor M4A operates as a load of the MOS transistor M2A. The source of the MOS transistor M4A is connected to the drain of the MOS transistor M2A, the drain is connected to the power supply voltage line to which the power supply voltage V DD is applied, and the gate is the same bias voltage V B applied to the MOS transistor M3A. Is applied.
【0127】MOSトランジスタM3A、M4Aのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれ
も単位MOSトランジスタのそれのK2倍である(K2は
定数、ただしK2≧1)。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M3A and M4A is K 2 times that of the unit MOS transistor (K 2 is a constant, but K 2 is a constant). 2 ≧ 1).
【0128】同様に、第2MOS差動対1Bを形成する
MOSトランジスタM1B、M2Bのソースは、定電流
源2B(電流値:ISS)を介して接地されている。この
MOS差動対1Bは、定電流源2Bの生成する定電流I
SSによって駆動される。MOSトランジスタM1B、M
2Bのゲートは、第1MOS差動対1AのMOSトラン
ジスタM1A、M2Aのドレインにそれぞれ接続されて
いる。MOSトランジスタM1B、M2Bのゲートに
は、第1MOS差動対1Aの二つの出力電圧VO1 A、V
O2Aがそれぞれ印加される。Similarly, the sources of the MOS transistors M1B and M2B forming the second MOS differential pair 1B are grounded via a constant current source 2B (current value: I SS ). This MOS differential pair 1B includes a constant current I generated by a constant current source 2B.
Driven by SS . MOS transistors M1B, M
The gate of 2B is connected to the drains of the MOS transistors M1A and M2A of the first MOS differential pair 1A. The two output voltages V O1 A and V 2 of the first MOS differential pair 1A are connected to the gates of the MOS transistors M1B and M2B.
O2A is applied respectively.
【0129】MOSトランジスタM1B、M2Bのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれ
も単位MOSトランジスタのそれのK1倍である(K1は
定数、ただしK1≧1)。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M1B and M2B is K 1 times that of the unit MOS transistor (K 1 is a constant, but K 1 1 ≧ 1).
【0130】nチャネルMOSトランジスタM3Bは、
MOSトランジスタM1Bの負荷として動作する。MO
SトランジスタM3Bのソースは、MOSトランジスタ
M1Bのドレインに接続され、ドレインは電源電圧VDD
が印加される電源電圧線に接続され、ゲートにはMOS
トランジスタM3A、M4Aに印加されるのと同じバイ
アス電圧(直流定電圧)VBが印加される。An n-channel MOS transistor M3B is
It operates as a load of the MOS transistor M1B. MO
The source of the S transistor M3B is connected to the drain of the MOS transistor M1B, and the drain is connected to the power supply voltage V DD.
Is connected to the power supply voltage line to which
Transistors M3A, the same bias voltage (direct current constant voltage) as applied to M4A V B is applied.
【0131】MOSトランジスタM4Bは、MOSトラ
ンジスタM2Bの負荷として動作する。MOSトランジ
スタM4Bのソースは、MOSトランジスタM2Bのド
レインに接続され、ドレインは電源電圧VDDが印加され
る電源電圧線に接続され、ゲートにはMOSトランジス
タM3A、M4A、M3Bに印加されるのと同じバイア
ス電圧VBが印加される。The MOS transistor M4B operates as a load of the MOS transistor M2B. The source of the MOS transistor M4B is connected to the drain of the MOS transistor M2B, the drain is connected to the power supply voltage line to which the power supply voltage V DD is applied, and the gate is the same as that applied to the MOS transistors M3A, M4A, M3B. bias voltage V B is applied.
【0132】MOSトランジスタM3B、M4Bのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれ
も単位MOSトランジスタのそれのK2倍である。[0132] The ratio of the MOS transistor M3B, the gate width of M4B (W) and gate length (L) (W / L) are both twice that of K of unit MOS transistor.
【0133】第3MOS差動対1Cを形成するMOSト
ランジスタM1C、M2Cのソースは、定電流源2C
(電流値:ISS)を介して接地されている。このMOS
差動対1Cは、定電流源2Cの生成する定電流ISSによ
って駆動される。MOSトランジスタM1C、M2Cの
ゲートは、第2MOS差動対1BのMOSトランジスタ
M1B、M2Bのドレインにそれぞれ接続されている。
MOSトランジスタM1C、M2Cのゲートには、第2
MOS差動対1Bの二つの出力電圧VO1B、VO2Bがそれ
ぞれ印加される。The sources of the MOS transistors M1C and M2C forming the third MOS differential pair 1C are connected to a constant current source 2C.
(Current value: I SS ). This MOS
The differential pair 1C is driven by the constant current I SS generated by the constant current source 2C. The gates of the MOS transistors M1C and M2C are connected to the drains of the MOS transistors M1B and M2B of the second MOS differential pair 1B, respectively.
The gates of the MOS transistors M1C and M2C have a second
Two output voltages V O1B and V O2B of the MOS differential pair 1B are respectively applied.
【0134】MOSトランジスタM1C、M2Cのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれ
も単位MOSトランジスタのそれのK1倍である。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M1C and M2C is K 1 times that of the unit MOS transistor.
【0135】nチャネルMOSトランジスタM3Cは、
MOSトランジスタM1Cの負荷として動作する。MO
SトランジスタM3Cのソースは、MOSトランジスタ
M1Cのドレインに接続され、ドレインは電源電圧VDD
が印加される電源電圧線に接続され、ゲートにはMOS
トランジスタM3A、M4A、M3B、M4Bに印加さ
れるのと同じバイアス電圧(直流定電圧)VBが印加さ
れる。The n-channel MOS transistor M3C is
It operates as a load of the MOS transistor M1C. MO
The source of the S transistor M3C is connected to the drain of the MOS transistor M1C, and the drain is connected to the power supply voltage V DD.
Is connected to the power supply voltage line to which
Transistors M3A, M4A, M3B, the same bias voltage (direct current constant voltage) as applied to M4B V B is applied.
【0136】MOSトランジスタM4Cは、MOSトラ
ンジスタM2Cの負荷として動作する。MOSトランジ
スタM4Cのソースは、MOSトランジスタM2Cのド
レインに接続され、ドレインは電源電圧VDDが印加され
る電源電圧線に接続され、ゲートにはMOSトランジス
タM3A、M4A、M3B、M4B、M3Cに印加され
るのと同じバイアス電圧VBが印加される。The MOS transistor M4C operates as a load of the MOS transistor M2C. The source of the MOS transistor M4C is connected to the drain of the MOS transistor M2C, the drain is connected to a power supply voltage line to which the power supply voltage V DD is applied, and the gate is applied to the MOS transistors M3A, M4A, M3B, M4B, M3C. that the same bias voltage V B is applied as.
【0137】MOSトランジスタM3C、M4Cのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれ
も単位MOSトランジスタのそれのK2倍である。[0137] The ratio of the MOS transistor M3C, the gate width of M4C (W) and gate length (L) (W / L) are both twice that of K of unit MOS transistor.
【0138】この第2実施形態のMOS線形トランスコ
ンダクタンス・アンプの差動出力電圧ΔVOは、第3差
動対1CのMOSトランジスタM1C、M2Cのドレイ
ンに生成される出力電圧VO1C、VO2Cの差に等しい。す
なわち、ΔVO=VO1C−VO2Cである。この差動出力電
圧ΔVOは、MOSトランジスタM1C、M2Cのドレ
インから取り出される。The differential output voltage ΔV O of the MOS linear transconductance amplifier according to the second embodiment is the output voltage V O1C and V O2C generated at the drains of the MOS transistors M1C and M2C of the third differential pair 1C. Equal to the difference. That is, ΔV O = V O1C -V O2C. This differential output voltage ΔV O is taken out from the drains of the MOS transistors M1C and M2C.
【0139】図4に示した第2実施形態のMOS線形ト
ランスコンダクタンス・アンプは、上述した第1実施形
態のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプを3
個、縦属接続したものに相当する。よって、上述した第
1実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アン
プにおいて述べたのと同じ理由により、このアンプの差
動出力電圧ΔVOは動作入力電圧範囲の全体にわたって
入力電圧Viに対して線形となる。The MOS linear transconductance amplifier according to the second embodiment shown in FIG. 4 differs from the MOS linear transconductance amplifier according to the first embodiment by three.
It is equivalent to those connected in tandem. Therefore, for the same reason as that described in the MOS linear transconductance amplifier of the first embodiment described above, the differential output voltage [Delta] V O of the amplifier and the linear to the input voltage V i across the operating input voltage range Become.
【0140】この第2実施形態のMOS線形トランスコ
ンダクタンス・アンプでは、3個の第1実施形態のMO
S線形トランスコンダクタンス・アンプを縦続接続して
構成されているので、第1実施形態のそれよりも増幅率
または減衰率を増加できる利点がある。In the MOS linear transconductance amplifier of the second embodiment, three MOS linear transconductance amplifiers of the first embodiment are used.
Since the S linear transconductance amplifier is cascade-connected, there is an advantage that the amplification factor or the attenuation factor can be increased as compared with the first embodiment.
【0141】(第3の実施形態)図5は、本発明の第3
の実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アン
プ(図6参照)に使用するMOSトリプルテール・セル
(triple-tail cell)3を示す。この第3の実施形態の
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプでは、図5
に示すMOSトリプルテール・セルと、図1に示す第1
実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプ
とを組み合わせた構成を持つ。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
9 shows a MOS triple-tail cell 3 used in the MOS linear transconductance amplifier (see FIG. 6) of the embodiment. In the MOS linear transconductance amplifier according to the third embodiment, FIG.
The MOS triple tail cell shown in FIG.
It has a configuration in which the MOS linear transconductance amplifier of the embodiment is combined.
【0142】図5に示すように、このMOSトリプルテ
ール・セル3は、ソース結合された三つのnチャネルM
OSトランジスタM5、M6、M7により形成される。
MOSトランジスタM5、M6、M7のソースは、定電
流源4(電流値:I0)を介して共通に接地されてい
る。このMOSトリプルテール・セル3は、定電流源4
の生成する定電流I0によって駆動される。As shown in FIG. 5, this MOS triple-tail cell 3 has three n-channel source-coupled n-channels.
It is formed by OS transistors M5, M6 and M7.
The sources of the MOS transistors M5, M6, M7 are commonly grounded via a constant current source 4 (current value: I 0 ). This MOS triple tail cell 3 is composed of a constant current source 4
It is driven by a constant current I 0 which generates the.
【0143】MOSトランジスタM5、M6のゲート幅
(W)とゲート長(L)の比(W/L)は、いずれも単
位MOSトランジスタのそれに等しい。MOSトランジ
スタM7のゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/
L)は、単位MOSトランジスタのそれのK3倍である
(K3は定数、ただしK3≧1)。The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOS transistors M5 and M6 is equal to that of the unit MOS transistor. The ratio of the gate width (W) to the gate length (L) of the MOS transistor M7 (W /
L) is K 3 times that of the unit MOS transistor (K 3 is a constant, but K 3 ≧ 1).
【0144】MOSトランジスタM5のゲートには、M
OS差動対1(すなわち、第1実施形態のMOS線形ト
ランスコンダクタンス・アンプ)を形成するMOSトラ
ンジスタM1のドレインに生成されるMOS差動対1の
第1の出力電圧VO1が印加される。それと同時に、MO
SトランジスタM6のゲートには、MOS差動対1を形
成するMOSトランジスタM2のドレインに生成される
MOS差動対の第2の出力電圧VO2が印加される。これ
ら二つの出力電圧VO1とVO2の差(すなわち、MOS差
動対の差動出力電圧)ΔVが、トリプルテール・セル3
の入力電圧となる。The gate of the MOS transistor M5 has M
The first output voltage V O1 of the MOS differential pair 1 generated at the drain of the MOS transistor M1 forming the OS differential pair 1 (that is, the MOS linear transconductance amplifier of the first embodiment) is applied. At the same time, MO
The second output voltage V O2 of the MOS differential pair generated at the drain of the MOS transistor M2 forming the MOS differential pair 1 is applied to the gate of the S transistor M6. The difference between these two output voltages V O1 and V O2 (ie, the differential output voltage of the MOS differential pair) ΔV is the triple tail cell 3
Input voltage.
【0145】MOSトランジスタM7のドレインは、電
源電圧線(VDD)に接続され、そのゲートには制御電圧
(直流定電圧)VCが印加される。The drain of the MOS transistor M7 is connected to a power supply voltage line (V DD ), and a control voltage (DC constant voltage) V C is applied to its gate.
【0146】MOSトランジスタM5,M6のドレイン
は、このトリプルテール・セル3の出力端子対を形成
し、そこから出力電流I+、I-がそれぞれ取り出され
る。The drains of the MOS transistors M5 and M6 form an output terminal pair of the triple tail cell 3, from which output currents I + and I - are respectively taken.
【0147】nチャネルMOSトランジスタM8と定電
流源5(電流値:ISS/2)5は、MOSトランジスタ
M7用の制御電圧VCを発生するための制御電圧発生回
路を構成する。MOSトランジスタM8のソースは定電
流源5を介して接地され、そのドレインは電源電圧線
(VDD)に接続され、そのゲートにはバイアス電圧VB
が印加される。The n-channel MOS transistor M8 and the constant current source 5 (current value: I SS / 2) 5 constitute a control voltage generating circuit for generating a control voltage V C for the MOS transistor M7. The source of the MOS transistor M8 is grounded via the constant current source 5, the drain is connected to a power supply voltage line (V DD ), and the gate thereof has a bias voltage V B.
Is applied.
【0148】次に、このMOSトリプルテール・セル3
の動作原理について説明する。Next, the MOS triple tail cell 3
Will be described.
【0149】このトリプルテール・セル3の差動出力電
流ΔI(=I+−I-)は、同一発明者による特開平8−
84037号公報に開示されている。それによると、M
OSトランジスタM5,M6のドレイン電流をそれぞれ
ID5、ID6とすれば、差動出力電流ΔIは次の数式(1
6)で表される。The differential output current ΔI (= I + −I − ) of the triple tail cell 3 is calculated by the same inventor as disclosed in
No. 84037. According to it, M
Assuming that the drain currents of the OS transistors M5 and M6 are I D5 and I D6 , respectively, the differential output current ΔI is given by the following equation (1).
6).
【0150】[0150]
【数16】 (Equation 16)
【0151】ここで、MOSトランジスタM5、M6の
ゲート間に入力されるMOS差動対の差動出力電圧ΔV
は、MOS差動対1(すなわち、当該アンプ)への入力
電圧Viに対して線形であり、また、トリプルテール・
セル3を形成するMOSトランジスタM5,M6のドレ
イン電流ID5、ID6は、それぞれトリプルテール・セル
への入力電圧ΔVに対して二乗特性を持っていることを
考慮すると、図1のアンプが二乗特性を持つ電流を出力
するためには、数式(16)で表されるこのトリプルテ
ール・セル3の差動出力電流ΔIが入力電圧ΔVに対し
て線形になる、換言すれば、入力電圧ΔVに比例するこ
とが必要である。Here, the differential output voltage ΔV of the MOS differential pair input between the gates of the MOS transistors M5 and M6
Is linear with respect to the input voltage V i to the MOS differential pair 1 (ie, the amplifier in question), and
Considering that the drain currents I D5 and I D6 of the MOS transistors M5 and M6 forming the cell 3 each have a square characteristic with respect to the input voltage ΔV to the triple tail cell, the amplifier of FIG. In order to output a current having characteristics, the differential output current ΔI of the triple tail cell 3 expressed by the equation (16) becomes linear with respect to the input voltage ΔV, in other words, the input voltage ΔV It is necessary to be proportional.
【0152】すなわち、cを定数とすると、 ΔI =cΔV が成り立つことが必要である。That is, if c is a constant, it is necessary that ΔI = cΔV holds.
【0153】よって、上記数式(16)の分子のΔVの
係数が定数cに等しくなければならない。つまり、以下
の数式(17)が成り立たなければならない。Therefore, the coefficient of ΔV of the numerator in the equation (16) must be equal to the constant c. That is, the following equation (17) must be satisfied.
【0154】[0154]
【数17】 [Equation 17]
【0155】このとき、トリプルテール・セル3の差動
出力電流ΔIは、次のようになる。At this time, the differential output current ΔI of the triple tail cell 3 is as follows.
【0156】[0156]
【数18】 (Equation 18)
【0157】また、数式(17)からこの時の制御電圧
VCを求めると、次の数式(19)のようになる。When the control voltage V C at this time is obtained from the equation (17), the following equation (19) is obtained.
【0158】[0158]
【数19】 [Equation 19]
【0159】よって、上記数式(16)で表されるこの
トリプルテール・セル3の差動出力電流ΔIがその入力
電圧ΔVに対して線形になる、すなわち、図1のMOS
線形トランスコンダクタンス・アンプが線形特性を持つ
電流を出力するためには、制御電圧VCを数式(19)
が成り立つように設定しなければならないことになる。
そして、その時のトリプルテール・セル3の差動出力電
流ΔIは、上記数式(18)で表される。Therefore, the differential output current ΔI of the triple tail cell 3 expressed by the above equation (16) becomes linear with respect to the input voltage ΔV, that is, the MOS shown in FIG.
In order for the linear transconductance amplifier to output a current having a linear characteristic, the control voltage V C is calculated according to the equation (19).
Must be set so that
Then, the differential output current ΔI of the triple tail cell 3 at that time is expressed by the above equation (18).
【0160】例えば、For example,
【0161】[0161]
【数20】 (Equation 20)
【0162】の時には、制御電圧VCは次のように設定
される必要がある。At this time, the control voltage V C needs to be set as follows.
【0163】[0163]
【数21】 (Equation 21)
【0164】以上述べたように、トリプルテール・セル
3のMOSトランジスタM7への制御電圧VCを上記数
式(19)が成り立つように設定すれば、上記数式(1
6)で表されるこのトリプルテール・セル3の差動出力
電流I-は入力電圧ΔVに対して線形になる。そして、
その差動出力電流ΔIは上記数式(18)で表されるの
である。As described above, if the control voltage V C to the MOS transistor M7 of the triple tail cell 3 is set so that the above equation (19) holds, the above equation (1)
6), the differential output current I − of the triple tail cell 3 becomes linear with respect to the input voltage ΔV. And
The differential output current ΔI is represented by the above equation (18).
【0165】図6は、本発明の第3の実施形態のMOS
線形トランスコンダクタンス・アンプを示す。このアン
プでは、MOSトランジスタM1、M2とそれらの負荷
となるMOSトランジスタM3、M4とからなるMOS
差動対1(すなわち、第1実施形態のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプ)(図1参照)の出力端に、
図5のMOSトリプルテール・セル3が縦続接続されて
いる。FIG. 6 shows a MOS transistor according to a third embodiment of the present invention.
3 shows a linear transconductance amplifier. In this amplifier, a MOS composed of MOS transistors M1 and M2 and MOS transistors M3 and M4 serving as loads thereof is used.
At the output terminal of the differential pair 1 (that is, the MOS linear transconductance amplifier of the first embodiment) (see FIG. 1),
The MOS triple tail cells 3 of FIG. 5 are cascaded.
【0166】このため、トリプルテール・セル3を形成
するMOSトランジスタM5、M6、M7の各ゲート電
圧はそれぞれ、VO1、VO2、(VCM2+VC)となる。も
し、MOSトランジスタM7のゲート電圧(VCM2+
VC)=VG7が一定値となるならば、制御電圧VCを発生
させるゲート・バイアス回路を非常に簡略化できる。そ
こで、次にそのために必要な条件を求める。For this reason, the gate voltages of the MOS transistors M5, M6 and M7 forming the triple tail cell 3 are V O1 , V O2 and (V CM2 + V C ), respectively. If the gate voltage of the MOS transistor M7 (V CM2 +
If V C ) = V G7 becomes a constant value, the gate bias circuit for generating the control voltage V C can be greatly simplified. Therefore, next, the conditions necessary for that are obtained.
【0167】出力電圧VO1、VO2のコモンモード電圧V
CM2は上記の数式(15)で表され、制御電圧VCは上記
の数式(19)を満たすので、MOSトランジスタM7
のゲート電圧VG7=(VCM2+VC)は、次の数式(2
2)のように表される。ただし、dは定数である。The common mode voltage V of the output voltages V O1 and V O2
CM2 is represented by the above equation (15), and since the control voltage V C satisfies the above equation (19), the MOS transistor M7
Gate voltage V G7 = (V CM2 + V C ) is calculated by the following equation (2)
It is expressed as 2). Here, d is a constant.
【0168】[0168]
【数22】 (Equation 22)
【0169】上述したように、図6のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプが線形特性を持つ電流を出力
するためには、トリプルテール・セル3の差動出力電流
ΔIがその入力電圧ΔVに比例することが必要であるか
ら、数式(22)において入力電圧ΔVを含む項の係数
はすべてゼロにならなければならない。すなわち、数式
(22)は次の数式(23)のように簡単化されなけれ
ばならない。As described above, in order for the MOS linear transconductance amplifier of FIG. 6 to output a current having a linear characteristic, the differential output current ΔI of the triple tail cell 3 must be proportional to its input voltage ΔV. Is required, all the coefficients of the term including the input voltage ΔV in the equation (22) must be zero. That is, equation (22) must be simplified as in equation (23).
【0170】[0170]
【数23】 (Equation 23)
【0171】数式(23)が成立するために必要な条件
は、数式(22)において以下の関係式(24a)、
(24b)が成立することである。The condition required to satisfy the equation (23) is the following relational equation (24a) in the equation (22):
(24b) is satisfied.
【0172】[0172]
【数24】 (Equation 24)
【0173】よって、これらの関係式(24a)と(2
4b)が満たされるように、電流値I0、ISSなどの値
を設定した場合には、数式(23)が成立し、MOSト
ランジスタM7のゲート電圧VG7=(VCM2+VC)が一
定値となる。その結果、MOSトランジスタM7に対す
る制御電圧VCを発生させるバイアス回路は、図6に示
すように非常に簡略化される。そして、その場合には、
図6の回路構成において制御電圧VCが上記数式(1
9)を満たすので、上記数式(18)で表されるよう
に、このトリプルテール・セル3の差動出力電流ΔIは
入力電圧ΔVに対して線形になる。Therefore, these relational expressions (24a) and (2a)
As 4b) is satisfied, when setting values such as the current value I 0, I SS is established equation (23) is, the gate voltage V G7 of a MOS transistor M7 = (V CM2 + V C ) is constant Value. As a result, the bias circuit for generating the control voltage V C for the MOS transistor M7 is greatly simplified as shown in FIG. And in that case,
Control voltage V C is the formula in the circuit configuration of FIG. 6 (1
9), the differential output current ΔI of the triple tail cell 3 becomes linear with respect to the input voltage ΔV, as represented by the above equation (18).
【0174】また、既述したように、MOSトリプルテ
ール・セル3への入力電圧ΔVは、MOSトランジスタ
M3、M4を負荷とするMOS差動対1の差動出力電圧
ΔVであり、当該アンプへの入力電圧Viに比例する。As described above, the input voltage ΔV to the MOS triple tail cell 3 is the differential output voltage ΔV of the MOS differential pair 1 having the MOS transistors M3 and M4 as loads. Is proportional to the input voltage V i .
【0175】こうして、図6のアンプは、その入力電圧
Viに対して線形特性を持つ出力電流ΔIをMOSトリ
プルテール・セル3の差動出力電流ΔIとして出力する
ことが確認される。[0175] Thus, the amplifier of FIG. 6, it is confirmed that outputs an output current ΔI having a linear characteristic with respect to the input voltage V i as a differential output current ΔI of the MOS triple-tail cell 3.
【0176】なお、この場合には、MOSトランジスタ
M5,M6,M7で形成されるトリプルテール・セル3
は、同一発明者による特開平6−152275号公報に
示されるような適応バイアス差動対として動作する。In this case, triple tail cell 3 formed of MOS transistors M5, M6, M7 is used.
Operate as an adaptive bias differential pair as disclosed in JP-A-6-152275 by the same inventor.
【0177】次に、図6のMOS線形トランスコンダク
タンス・アンプの動作入力電圧範囲について説明する。Next, the operation input voltage range of the MOS linear transconductance amplifier shown in FIG. 6 will be described.
【0178】トリプルテール・セル3を形成するMOS
トランジスタM5,M6のドレイン電流ID5、ID6は、
それぞれこのトリプルテール・セル3への入力電圧ΔV
に対して二乗特性を持っているので、MOSトランジス
タM5、M6、M7のドレイン電流ID5、ID6、I
D7は、それぞれ次の数式(25a)、(25b)(25
c)のように示される。MOS forming triple tail cell 3
The drain currents I D5 and I D6 of the transistors M5 and M6 are
The input voltage ΔV to this triple tail cell 3 respectively
, The drain currents I D5 , I D6 , I D5 of the MOS transistors M5, M6, M7
D7 is given by the following equations (25a), (25b), (25
It is shown as c).
【0179】[0179]
【数25】 (Equation 25)
【0180】数式(25a)と(25b)から明らかな
ように、トリプルテール・セル3の二つの出力電流I+
とI-はいずれもその入力電圧ΔVの二乗に比例し、し
たがって、それら出力電流I+とI-はいずれもその入力
電圧ΔVに対して理想的な二乗特性を持つ。As is apparent from equations (25a) and (25b), the two output currents I +
And I - also proportional to the square of the input voltage ΔV any case, therefore, their output currents I + and I - has an ideal square characteristics for the input voltage ΔV none.
【0181】次に、MOSトリプルテール・セル3の線
形入力電圧範囲とMOS差動対1の動作入力電圧範囲が
等しくなる条件を求める。Next, a condition for making the linear input voltage range of the MOS triple tail cell 3 equal to the operating input voltage range of the MOS differential pair 1 will be determined.
【0182】まず、MOSトリプルテール・セル3を形
成するMOSトランジスタM5,M6,M7がいずれも
ピンチオフしないならば、MOS差動対1の二つの出力
電圧VO1、VO2と制御電圧VCはそれぞれ、次の数式
(26a)、(26b)、(26c)のように表され
る。First, if none of the MOS transistors M5, M6 and M7 forming the MOS triple tail cell 3 pinch off, the two output voltages V O1 and V O2 of the MOS differential pair 1 and the control voltage V C are They are respectively represented by the following equations (26a), (26b), and (26c).
【0183】[0183]
【数26】 (Equation 26)
【0184】なお、数式(26a)、(26b)は、数
式(13a)、(13b)と同一である。The equations (26a) and (26b) are the same as the equations (13a) and (13b).
【0185】ID1=ISS、ID2=0の時、上記数式(2
6a)、(26b)、(26c)は次のようになる。When I D1 = I SS and I D2 = 0, the above equation (2)
6a), (26b), and (26c) are as follows.
【0186】[0186]
【数27】 [Equation 27]
【0187】数式(27a)を上記数式(25a)に代
入すると、ID5について次の数式(28)が得られる。[0187] When the formula (27a) is substituted into the equation (25a), the following equation (28) is obtained for I D5.
【0188】[0188]
【数28】 [Equation 28]
【0189】数式(28)を整理すると、次の数式(2
9)のようになる。By rearranging equation (28), the following equation (2)
It becomes like 9).
【0190】[0190]
【数29】 (Equation 29)
【0191】同様に、数式(27b)を上記数式(25
b)に代入すると、ID6について次の数式(30)が得
られる。Similarly, equation (27b) is replaced by equation (25)
Substituting in b), the following equation (30) is obtained for I D6.
【0192】[0192]
【数30】 [Equation 30]
【0193】数式(30)を整理すると、次の数式(3
1)のようになる。By rearranging equation (30), the following equation (3)
It becomes like 1).
【0194】[0194]
【数31】 (Equation 31)
【0195】数式(31)から数式(29)を引くと、
次の数式(32)が得られる。By subtracting equation (29) from equation (31),
The following equation (32) is obtained.
【0196】[0196]
【数32】 (Equation 32)
【0197】数式(32)は、MOSトリプルテール・
セル3への差動入力電圧ΔVの最大値を示す。Equation (32) represents the MOS triple tail
The maximum value of the differential input voltage ΔV to the cell 3 is shown.
【0198】他方、差動入力電圧ΔVの最小値はID2=
ISS、ID1=0の時に得られ、その時のΔVは次のよう
になる。On the other hand, the minimum value of the differential input voltage ΔV is I D2 =
It is obtained when I SS and I D1 = 0, and ΔV at that time is as follows.
【0199】[0199]
【数33】 [Equation 33]
【0200】よって、差動入力電圧ΔVの範囲は、次の
ように表されることが分かる。Therefore, it can be seen that the range of the differential input voltage ΔV is expressed as follows.
【0201】[0201]
【数34】 (Equation 34)
【0202】さらに、数式(27c)を上記数式(25
c)に代入すると、ID7について次の数式(35)が得
られる。Further, the equation (27c) is replaced by the equation (25)
Substituting in c), the following equation (35) is obtained for I D7.
【0203】[0203]
【数35】 (Equation 35)
【0204】この数式(35)に、上記数式(31)、
(32)を代入してこれを解くと、次の数式(36)が
得られる。The equation (35) is added to the equation (31).
By substituting (32) and solving this, the following equation (36) is obtained.
【0205】[0205]
【数36】 [Equation 36]
【0206】よって、定電流源2,4の電流値ISS、I
0とMOSトランジスタのゲート幅とゲート長の比(W
/L)の単位MOSトランジスタのそれに対する比K2
の値を数式(36)を満たすように設定すれば、MOS
トリプルテール・セルの線形入力電圧範囲がMOS差動
対の動作入力電圧範囲に等しくなる。その結果、図6の
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプでは、理想
的な線形特性が当該回路の動作入力電圧範囲の全体にわ
たって得られる。Therefore, the current values I SS and I SS of the constant current sources 2 and 4 are
0 and the ratio of the gate width to the gate length of the MOS transistor (W
/ L) of the unit MOS transistor to that of the unit MOS transistor K 2
Is set to satisfy Expression (36), MOS
The linear input voltage range of the triple tail cell is equal to the operating input voltage range of the MOS differential pair. As a result, in the MOS linear transconductance amplifier of FIG. 6, ideal linear characteristics can be obtained over the entire operating input voltage range of the circuit.
【0207】そして、この場合には、図5のMOSトリ
プルテール・セルは、最大の線形入力電圧範囲を有する
適応バイアス差動対として動作する。Then, in this case, the MOS triple tail cell of FIG. 5 operates as an adaptive bias differential pair having the largest linear input voltage range.
【0208】図5の回路構成を最も簡略化できるのは、
例えば、K1=K2=1、K3=2、ISS=I0/2の場合
である。この時に定数cの値はThe most simplification of the circuit configuration of FIG.
For example, this is the case where K 1 = K 2 = 1, K 3 = 2, and I SS = I 0/2 . At this time, the value of the constant c is
【0209】[0209]
【数37】 (37)
【0210】となる。The following is obtained.
【0211】数式(37)は上記の数式(19)を満た
し、この時の定数dと制御電圧VCはそれぞれ、次の数
式(38a)、(38b)のようになる。[0211] Equation (37) satisfies the above equation (19), respectively the control voltage V C constant d at this time, the following equation (38a), so that the (38b).
【0212】[0212]
【数38】 (38)
【0213】(第3実施形態)図7は、本発明の第3の
実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプ
を示す。(Third Embodiment) FIG. 7 shows a MOS linear transconductance amplifier according to a third embodiment of the present invention.
【0214】この第3の実施形態のアンプは、トリプル
テール・セル3に代えてクァドリテール・セル(quadri
tail cell)3’を用いた点以外は、図6の第2実施形
態のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプと同じ
構成を持つ。よって、同一の要素には同じ符号を付して
同一構成部分についての説明は省略する。In the amplifier according to the third embodiment, a triple tail cell (quadri-tail cell) is used instead of the triple tail cell 3.
It has the same configuration as the MOS linear transconductance amplifier of the second embodiment of FIG. 6 except that a tail cell 3 ′ is used. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description of the same components will be omitted.
【0215】図5のトリプルテール・セル3を構成する
MOSトランジスタM7は、ゲート幅とゲート長との比
(W/L)が単位MOSトランジスタの2倍の大きさを
持つ(K3=2)ので、そのMOSトランジスタM7を
ソース、ドレイン、ゲートのすべてが共通接続された二
つの単位MOSトランジスタM7AとM7Bに分割する
ことができる。すなわち、図7に示すクァドリテール・
セル3’のように変形できる。The MOS transistor M7 constituting the triple tail cell 3 of FIG. 5 has a gate width to gate length ratio (W / L) twice as large as the unit MOS transistor (K 3 = 2). Therefore, the MOS transistor M7 can be divided into two unit MOS transistors M7A and M7B in which all of the source, drain and gate are connected in common. That is, the quadritail shown in FIG.
It can be transformed like cell 3 '.
【0216】クァドリテール・セル3’は、トリプルテ
ール・セル3と等価であるから、第3の実施形態のMO
S線形トランスコンダクタンス・アンプの動作は、第2
の実施形態のそれとまったく同じである。Since the quad tail cell 3 'is equivalent to the triple tail cell 3, the MO of the third embodiment is
The operation of the S linear transconductance amplifier is
Is exactly the same as that of the embodiment.
【0217】図8に、クァドリテール・セル3’を構成
するMOSトランジスタM5、M6、M7A、M7Bの
ドレイン電流ID5、ID6、ID7AおよびID7Bの特性を示
す。FIG. 8 shows the characteristics of the drain currents I D5 , I D6 , I D7A and I D7B of the MOS transistors M5, M6, M7A, M7B constituting the quadritail cell 3 '.
【0218】図8において、曲線51、52、53か
ら、ドレイン電流ID5、ID6、ID7A、ID7Bがいずれも
2乗特性を持っていることが分かる。また、曲線54か
ら、ドレイン電流ID7AおよびID7Bの和も2乗特性を持
つことも分かる。さらに、曲線55からドレイン電流I
D5およびID7Aの和が線形特性を持ち、曲線56からド
レイン電流ID6およびID7Bの和が線形特性を持つこと
も分かる。In FIG. 8, it can be seen from the curves 51, 52, and 53 that the drain currents I D5 , I D6 , I D7A , and I D7B all have square characteristics. Further, it can be seen from the curve 54 that the sum of the drain currents I D7A and I D7B also has a square characteristic. Further, from the curve 55, the drain current I
It can also be seen from the curve 56 that the sum of D5 and I D7A has a linear characteristic, and that the sum of the drain currents I D6 and I D7B has a linear characteristic.
【0219】(第4実施形態)図9は、本発明の第4の
実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプ
を示す。(Fourth Embodiment) FIG. 9 shows a MOS linear transconductance amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
【0220】この第4の実施形態のアンプは、図7の第
3実施形態のアンプにおいて、MOSトランジスタM
5、M6の負荷として二つのnチャネルMOSトランジ
スタM8、M9を追加したものである。こうして、第3
実施形態のアンプにおける差動出力電流ΔIを電圧に変
換し、差動出力電圧ΔVOとして取り出している。The amplifier according to the fourth embodiment is different from the amplifier according to the third embodiment in FIG.
5, two n-channel MOS transistors M8 and M9 are added as loads. Thus, the third
The differential output current ΔI in the amplifier according to the embodiment is converted into a voltage and extracted as a differential output voltage ΔV O.
【0221】差動出力電圧ΔVOは、MOSトランジス
タM5,M6のドレイン電圧VO3、VO4を用いて、ΔV
O=VO3−VO4と表される。The differential output voltage ΔV O is calculated by using the drain voltages V O3 and V O4 of the MOS transistors M5 and M6.
O = VO3 - VO4 .
【0222】図9では、二つのnチャネルMOSトラン
ジスタM10A、M10Bと定電流源5A(電流値:I
0)が、MOSトランジスタM7用の制御電圧VCを発生
する。MOSトランジスタM10A、M10Bのソース
は定電流源5を介して共通に接地され、それらのドレイ
ンは電源電圧線(VDD)に共通に接続され、それらのゲ
ートにはバイアス電圧VBが共通に印加される。In FIG. 9, two n-channel MOS transistors M10A and M10B and a constant current source 5A (current value: I
0 ) generates the control voltage V C for the MOS transistor M7. MOS transistors M10A, source of M10B are commonly grounded via a constant current source 5, their drains are commonly connected to the power supply voltage line (V DD), commonly applied bias voltage V B to their gates Is done.
【0223】(第5実施形態)図10は、本発明の第5
の実施形態のMOS線形トランスコンダクタンス・アン
プを示す。(Fifth Embodiment) FIG. 10 shows a fifth embodiment of the present invention.
3 shows the MOS linear transconductance amplifier of the embodiment of FIG.
【0224】この第5の実施形態のアンプは、図7の第
3実施形態のアンプにおいて、クァドリテール・セルの
二つのMOSトランジスタM7A、M7Bのドレインを
それぞれ、MOSトランジスタM5、M6に接続し、且
つ、MOSトランジスタM5、M6の負荷として二つの
抵抗器6,7(いずれも抵抗値:RL)を追加したもの
である。こうして、第5実施形態のアンプにおける差動
出力電流ΔIを電圧に変換し、差動出力電圧ΔVOとし
て取り出している。The amplifier according to the fifth embodiment is different from the amplifier according to the third embodiment in FIG. 7 in that the drains of the two MOS transistors M7A and M7B of the quadritail cell are connected to the MOS transistors M5 and M6, respectively. , And two resistors 6, 7 (both having a resistance value of R L ) are added as loads of the MOS transistors M5 and M6. Thus, the differential output current ΔI in the amplifier according to the fifth embodiment is converted into a voltage and extracted as a differential output voltage ΔV O.
【0225】図8から明らかなように、曲線55からド
レイン電流ID5およびID7Aの和が線形特性を持ち、曲
線56からドレイン電流ID6およびID7Bの和が線形特
性を持つ。したがって、この第5実施形態のアンプで
は、差動出力電流ΔIは ΔI=(ID5+ID7A)―(ID6+ID7B) と表せ、これも広い入力電圧範囲において線形となる。As is apparent from FIG. 8, the sum of the drain currents I D5 and I D7A has a linear characteristic from the curve 55, and the sum of the drain currents I D6 and I D7B has the linear characteristic from the curve. Therefore, in the amplifier of the fifth embodiment, the differential output current ΔI can be expressed as ΔI = (I D5 + I D7A ) − (I D6 + I D7B ), which is also linear over a wide input voltage range.
【0226】よって、差動出力電流ΔIを抵抗器6,7
で電圧変換して得られる差動出力電圧VOも広い入力電
圧範囲において線形となる。Therefore, the differential output current ΔI is
Is also linear over a wide input voltage range.
【0227】ここで、クァドリテール・セルのMOSト
ランジスタM5,M6,M7A、M7Bのドレイン電流
ID5、ID6、ID7A、ID7Bは、それぞれ次の数式(39
a)、(39b)、(39c)のように表せる。Here, the drain currents I D5 , I D6 , I D7A and I D7B of the MOS transistors M5, M6, M7A and M7B of the quadri-tail cell are respectively expressed by the following equation (39).
a), (39b) and (39c).
【0228】[0228]
【数39】 [Equation 39]
【0229】したがって、クァドリテール・セルの差動
対を構成している2つのMOSトランジスタM5、M6
の実効的なテール電流は、次のように表される。Therefore, the two MOS transistors M5 and M6 forming the differential pair of the quadrature cell
Is expressed as follows.
【0230】[0230]
【数40】 (Equation 40)
【0231】回路を最も簡略化できるのは、例えば、K
1=K2=1、K3=2、ISS=I0/2の場合であり、こ
の時に定数cの値はThe circuit that can be most simplified is, for example, K
1 = K 2 = 1, K 3 = 2, I SS = I 0/2 , and the value of the constant c at this time is
【0232】[0232]
【数41】 [Equation 41]
【0233】となる。(41)式は(19)式を満た
し、定数dと制御電圧VCはそれぞれ次のようになって
いる。Is obtained. The equation (41) satisfies the equation (19), and the constant d and the control voltage V C are as follows.
【0234】[0234]
【数42】 (Equation 42)
【0235】図10に示すクァドリテール・セル3’の
差動出力電流ΔIは、次の数式(43)で表される。The differential output current ΔI of the quadritail cell 3 ′ shown in FIG. 10 is expressed by the following equation (43).
【0236】[0236]
【数43】 [Equation 43]
【0237】動作入力電圧範囲は、次のようになる。The operating input voltage range is as follows.
【0238】[0238]
【数44】 [Equation 44]
【0239】この数式(44)の動作入力電圧範囲は、
MOSトランジスタを負荷とするMOS差動対1の動作
入力範囲と等しい。The operating input voltage range of this equation (44) is:
It is equal to the operation input range of the MOS differential pair 1 having a MOS transistor as a load.
【0240】トランスコンダクタンスは、数式(43)
を入力電圧Viで微分すれば得られる。すなわち、The transconductance is given by the following equation (43).
It is obtained by differentiating the input voltage V i a. That is,
【0241】[0241]
【数45】 [Equation 45]
【0242】図1に示すMOS差動対1と図10に示す
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプの伝達特性
の計算値をそれぞれ図11と図12に示す。FIGS. 11 and 12 show calculated values of the transfer characteristics of the MOS differential pair 1 shown in FIG. 1 and the MOS linear transconductance amplifier shown in FIG. 10, respectively.
【0243】図11において、曲線71、72は、図1
に示すMOS差動対1すなわち、第1実施形態のMOS
線形トランスコンダクタンス・アンプにおけるドレイン
電流ID1とID2の変化を示す。図11より、第1実施形
態のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプにおけ
るドレイン電流が二乗特性を持っていることが分かる。In FIG. 11, curves 71 and 72 correspond to FIG.
MOS differential pair 1 shown in FIG.
5 shows changes in drain currents I D1 and I D2 in a linear transconductance amplifier. FIG. 11 shows that the drain current in the MOS linear transconductance amplifier of the first embodiment has a square characteristic.
【0244】図12において、曲線81、82は、図1
0に示す第5実施形態のMOS線形トランスコンダクタ
ンス・アンプにおける出力電流(ID6+ID7B)、(I
D5+ID7A)の変化を示す。図12より、第5実施形態
のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプにおける
出力電流(ID6+ID7B)、(ID5+ID7A)が線形特性
を持っていることが分かる。In FIG. 12, curves 81 and 82 correspond to FIG.
0, the output currents (I D6 + I D7B ), (I D ) in the MOS linear transconductance amplifier of the fifth embodiment
D5 + I D7A ). FIG. 12 shows that the output currents (I D6 + I D7B ) and (I D5 + I D7A ) of the MOS linear transconductance amplifier of the fifth embodiment have linear characteristics.
【0245】K1=2、K2=4、K3=2、ISS=2I0
とすれば、ちょうど豊田等が提案したMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプ(図13参照)に一致する。
そして、伝達特性の計算値は、図12に示した特性と同
じになる。K 1 = 2, K 2 = 4, K 3 = 2, I SS = 2I 0
Then, it exactly matches the MOS linear transconductance amplifier proposed by Toyota et al. (See FIG. 13).
Then, the calculated value of the transfer characteristic becomes the same as the characteristic shown in FIG.
【0246】図10に示すクァドリテール・セルは、適
応バイアス差動対と等価であり、したがってそのトラン
スコンダクタンスはバイアス電流の平方根に比例し、線
形入力電圧範囲もまたバイアス電流の平方根に比例す
る。The quadritail cell shown in FIG. 10 is equivalent to an adaptive bias differential pair, so its transconductance is proportional to the square root of the bias current, and the linear input voltage range is also proportional to the square root of the bias current.
【0247】[0247]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の第1〜第4
のMOSトランスコンダクタンス・アンプは、トランス
コンダクタンスが動作入力電圧範囲の全体にわたって良
好な線形性を持つと共に、半導体集積回路上に好適に実
現される。As described above, the first to fourth embodiments of the present invention are described.
In the MOS transconductance amplifier of the present invention, the transconductance has a good linearity over the entire operating input voltage range, and is suitably realized on a semiconductor integrated circuit.
【0248】また、本発明の第3および第4のMOSト
ランスコンダクタンス・アンプにおいて、トリプルテー
ル・セルまたはクァドリテール・セルを駆動する第2定
電流源の電流値が変更可能とされた場合には、回路常数
を変えることなくトランスコンダクタンス値を調整でき
る。In the third and fourth MOS transconductance amplifiers of the present invention, when the current value of the second constant current source for driving the triple tail cell or quad tail cell can be changed, The transconductance value can be adjusted without changing the circuit constant.
【図1】本発明の第1の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプを示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a MOS linear transconductance amplifier according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプの出力電圧特性の計算値を示す
特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing calculated values of output voltage characteristics of the MOS linear transconductance amplifier according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプの出力電圧特性と差動出力電圧
特性の実測値を示す特性図である(K2=K1=1)。FIG. 3 is a characteristic diagram showing actually measured values of output voltage characteristics and differential output voltage characteristics of the MOS linear transconductance amplifier according to the first embodiment of the present invention (K 2 = K 1 = 1).
【図4】本発明の第2の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプを示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a MOS linear transconductance amplifier according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプに使用するMOSトリプルテー
ル・セルを示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a MOS triple tail cell used in a MOS linear transconductance amplifier according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプを示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a MOS linear transconductance amplifier according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプを示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a MOS linear transconductance amplifier according to a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第3の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプにおいて、クァドリテール・セ
ルを構成するMOSトランジスタのドレイン電流特性を
示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a drain current characteristic of a MOS transistor forming a quadritail cell in the MOS linear transconductance amplifier according to the third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4の実施形態のMOS線形トランス
コンダクタンス・アンプを示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a MOS linear transconductance amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第5の実施形態のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプを示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a MOS linear transconductance amplifier according to a fifth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第1の実施形態のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプの出力電流特性を示す特性図
である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing an output current characteristic of the MOS linear transconductance amplifier according to the first embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第5の実施形態のMOS線形トラン
スコンダクタンス・アンプの出力電流特性を示す特性図
である。FIG. 12 is a characteristic diagram showing output current characteristics of a MOS linear transconductance amplifier according to a fifth embodiment of the present invention.
【図13】従来のMOS線形トランスコンダクタンス・
アンプの一例を示す回路図である。FIG. 13 shows a conventional MOS linear transconductance.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of an amplifier.
M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7 MOSト
ランジスタ M8,M9 MOSトランジスタ M1A,M1B,M1C,M2A,M2B,M2C M
OSトランジスタ M3A,M3B,M3C,M4A,M4B,M4C M
OSトランジスタ M7A,M7B,M10A,M10B 1,1A,1B,1C MOS差動対 2,2A,2B,2C,4,5,5A 定電流源 3 トリプルテール・セル 3’ クァドリテール・セル 6,7 抵抗器M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7 MOS transistors M8, M9 MOS transistors M1A, M1B, M1C, M2A, M2B, M2C M
OS transistor M3A, M3B, M3C, M4A, M4B, M4C M
OS transistor M7A, M7B, M10A, M10B 1, 1A, 1B, 1C MOS differential pair 2, 2A, 2B, 2C, 4, 5, 5A Constant current source 3 Triple tail cell 3 'Quadri tail cell 6, 7 Resistance vessel
Claims (17)
2のMOSFETにより形成されると共に、それら第1
および第2のMOSFETのゲート間に入力電圧が印加
されるMOS差動対と、(b) 前記第1および第2の
MOSFETのソースに接続された、前記MOS差動対
を駆動するための定電流源と、(c) 前記第1MOS
FETのドレインに接続された、その第1MOSFET
の負荷として動作する第3MOSFETと、(d) 前
記第2MOSFETのドレインに接続された、その第2
MOSFETの負荷として動作する第4MOSFETと
を備え、(e) 前記第3および第4のMOSFETの
ゲートには、同じ定電圧が共通に印加され、(f) 前
記入力電圧に比例する差動出力電圧が、前記第5および
第6のMOSFETのドレインから取り出されることを
特徴とするMOS線形トランスコンダクタンス・アン
プ。(A) formed by source-coupled first and second MOSFETs;
And a MOS differential pair to which an input voltage is applied between the gates of the first and second MOSFETs, and (b) a constant for driving the MOS differential pair connected to the sources of the first and second MOSFETs. A current source; and (c) the first MOS
The first MOSFET connected to the drain of the FET
And (d) a second MOSFET connected to the drain of the second MOSFET.
A fourth MOSFET that operates as a load of the MOSFET; (e) a same constant voltage is commonly applied to gates of the third and fourth MOSFETs; and (f) a differential output voltage proportional to the input voltage. Is extracted from the drains of the fifth and sixth MOSFETs.
ート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位
MOSFETのそれのK1倍(K1は定数、ただしK1≧
1)であり、前記第3および第4のMOSFETのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位M
OSFETのそれのK2倍(K2は定数、ただしK2≧
1)である請求項1に記載のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプ。2. The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the first and second MOSFETs is K 1 times that of the unit MOSFET (K 1 is a constant, but K 1 is a constant. 1 ≧
1), and the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the third and fourth MOSFETs is expressed in units of M
K 2 times that of the OSFET (K 2 is a constant, but K 2 ≧
2. The MOS linear transconductance amplifier according to claim 1, which is 1).
FETによりそれぞれ形成される第1〜第n(nは2以
上の整数)のMOS差動対と、(b) 前記第1〜第n
のMOS差動対をそれぞれ駆動するための第1〜第nの
定電流源と、(c) 前記第1〜第nのMOS差動対の
負荷としてそれぞれ動作する第1〜第n対の負荷MOS
FETとを備え、(d) 前記第1MOS差動対を形成
する二つのMOSFETのゲート間に入力電圧が印加さ
れ、(e) 前記第2〜第nのMOS差動対のそれぞれ
を形成する二つのMOSFETのゲート間には、前記第
1〜第(n−1)のMOS差動対のそれぞれを形成する
二つのMOSFETのドレイン間に生成される第1〜第
(n−1)の差動電圧がそれぞれ印加され、(f) 前
記第1〜第n対の負荷MOSFETのそれぞれを形成す
る二つのMOSFETのゲートには、同じ定電圧が共通
に印加され、(g) 前記入力電圧に比例する差動出力
電圧が、第nMOS差動対を形成する二つのMOSFE
Tのドレインから取り出されることを特徴とするMOS
線形トランスコンダクタンス・アンプ。3. (a) two source-coupled MOSs
First to n-th (n is an integer of 2 or more) MOS differential pairs respectively formed by FETs; and (b) the first to n-th MOS differential pairs.
And (c) first to n-th pairs of loads respectively operating as the loads of the first to n-th MOS differential pairs. MOS
(D) an input voltage is applied between the gates of two MOSFETs forming the first MOS differential pair, and (e) two input terminals forming each of the second to n-th MOS differential pairs. Between the gates of the two MOSFETs, the first to (n-1) th differentials generated between the drains of the two MOSFETs forming the first to (n-1) th MOS differential pairs, respectively. (F) The same constant voltage is commonly applied to the gates of the two MOSFETs forming each of the first to n-th load MOSFETs, and (g) proportional to the input voltage. Two MOSFEs whose differential output voltages form an n-th MOS differential pair
MOS extracted from the drain of T
Linear transconductance amplifier.
それぞれを形成する二つのMOSFETのゲートに共通
に印加される定電圧が、互いに等しい請求項3に記載の
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプ。4. The MOS linear transconductance amplifier according to claim 3, wherein constant voltages commonly applied to gates of two MOSFETs forming each of the first to n-th pairs of load MOSFETs are equal to each other.
るMOSFETのゲート幅(W)とゲート長(L)の比
(W/L)が、いずれも単位MOSFETのそれのK1
倍(K1は定数、ただしK1≧1)であり、前記第1〜第
nのMOS差動対の負荷としてそれぞれ動作する前記第
1〜第n対のMOSFETのゲート幅(W)とゲート長
(L)の比(W/L)が、いずれも単位MOSFETの
それのK2倍(K2は定数、ただしK2≧1)である請求
項3または4に記載のMOS線形トランスコンダクタン
ス・アンプ。5. The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of each of the MOSFETs forming the first to n-th MOS differential pairs is equal to K 1 of that of the unit MOSFET.
(K 1 is a constant, K 1 ≧ 1), and the gate width (W) and the gate of the first to n-th MOSFETs respectively operating as the loads of the first to n-th MOS differential pairs 5. The MOS linear transconductance according to claim 3, wherein the ratio (W / L) of the length (L) is K 2 times that of the unit MOSFET (K 2 is a constant, K 2 ≧ 1). Amplifier.
2のMOSFETにより形成されると共に、それら第1
および第2のMOSFETのゲート間に入力電圧が印加
されるMOS差動対と、(b) 前記第1および第2の
MOSFETのソースに接続された、前記MOS差動対
を駆動するための第1定電流源と、(c) 前記第1M
OSFETのドレインに接続された、その第1MOSF
ETの負荷として動作する第3MOSFETと、(d)
前記第2MOSFETのドレインに接続された、その
第2MOSFETの負荷として動作する第4MOSFE
Tと、(e) ソース結合された第5、第6および第7
のMOSFETにより形成されると共に、それら第5、
第6および第7のMOSFETが第2定電流源により駆
動されるトリプルテール・セルとを備え、(f) 前記
第3および第4のMOSFETのゲートには、第1定電
圧が共通に印加され、(g) 前記第5MOSFETの
ゲートには、前記第1MOSFETのドレインに生成さ
れる前記MOS差動対の第1出力電圧が印加され、且つ
前記第6MOSFETのゲートには、前記第2MOSF
ETのドレインに生成される前記MOS差動対の第2出
力電圧が印加され、(h) 前記第7MOSFETのゲ
ートには第2定電圧が印加され、(i) 前記入力電圧
に比例する差動出力電流が、前記第5および第6のMO
SFETのドレインから取り出されることを特徴とする
MOS線形トランスコンダクタンス・アンプ。6. A method comprising: (a) forming source-coupled first and second MOSFETs;
And a MOS differential pair to which an input voltage is applied between the gates of the first and second MOSFETs, and (b) a MOS differential pair connected to the sources of the first and second MOSFETs for driving the MOS differential pair. (1) a constant current source;
The first MOSF connected to the drain of the OSFET
A third MOSFET acting as a load on the ET, and (d)
A fourth MOSFET connected to the drain of the second MOSFET and operating as a load of the second MOSFET;
T, (e) fifth, sixth and seventh source coupled
And their fifth,
A sixth tail and a triple tail cell driven by a second constant current source, and (f) a first constant voltage is commonly applied to gates of the third and fourth MOSFETs. (G) the first output voltage of the MOS differential pair generated at the drain of the first MOSFET is applied to the gate of the fifth MOSFET, and the second MOSFET is applied to the gate of the sixth MOSFET.
A second output voltage of the MOS differential pair generated at the drain of the ET is applied, (h) a second constant voltage is applied to the gate of the seventh MOSFET, and (i) a differential proportional to the input voltage. The output current is equal to the fifth and sixth MOs.
A MOS linear transconductance amplifier which is taken out from the drain of an SFET.
ート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位
MOSFETのそれのK1倍(K1は定数、ただしK1≧
1)であり、前記第3および第4のMOSFETのゲー
ト幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位M
OSFETのそれのK2倍(K2は定数、ただしK2≧
1)である請求項6に記載のMOS線形トランスコンダ
クタンス・アンプ。7. The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the first and second MOSFETs is K 1 times that of the unit MOSFET (where K 1 is a constant; 1 ≧
1), and the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the third and fourth MOSFETs is expressed in units of M
K 2 times that of the OSFET (K 2 is a constant, but K 2 ≧
7. The MOS linear transconductance amplifier according to claim 6, wherein 1).
とゲート長(L)の比(W/L)が、前記5および第6
のMOSFETのゲート幅(W)とゲート長(L)の比
(W/L)の2倍である請求項6または7に記載のMO
S線形トランスコンダクタンス・アンプ。8. The gate width (W) of the seventh MOSFET
And the gate length (L) ratio (W / L) is 5 and 6
8. The MO according to claim 6, wherein a ratio (W / L) of a gate width (W) to a gate length (L) of the MOSFET is twice as large.
S linear transconductance amplifier.
レインにそれぞれ接続された、それら第5および第6の
MOSFETの負荷として動作する第8および第9のM
OSFETをさらに備えており、それら第8および第9
のMOSFETのゲートには第2定電圧が共通に印加さ
れ、前記入力電圧に比例する差動出力電流が前記第8お
よび第9のMOSFETによって電圧変換されて差動出
力電圧として取り出される請求項6〜8のいずれかに記
載のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプ。9. An eighth and a ninth M connected to the drains of the fifth and sixth MOSFETs, respectively, which operate as loads on the fifth and sixth MOSFETs.
OSFETs, and the eighth and ninth OSFETs are provided.
7. A second constant voltage is commonly applied to the gates of the MOSFETs, and a differential output current proportional to the input voltage is converted by the eighth and ninth MOSFETs and taken out as a differential output voltage. 9. The MOS linear transconductance amplifier according to any one of items 1 to 8.
可能とされ、その電流値を変えることによってトランス
コンダクタンス値がチューニング可能である請求項6〜
9のいずれかに記載のMOS線形トランスコンダクタン
ス・アンプ。10. The transconductance value of the second constant current source is changeable, and the transconductance value can be tuned by changing the current value.
10. The MOS linear transconductance amplifier according to any one of claims 9 to 9.
第2のMOSFETにより形成されると共に、それら第
1および第2のMOSFETのゲート間に入力電圧が印
加されるMOS差動対と、(b) 前記第1および第2
のMOSFETのソースに接続された、前記MOS差動
対を駆動するための第1定電流源と、(c) 前記第1
MOSFETのドレインに接続された、その第1MOS
FETの負荷として動作する第3MOSFETと、
(d) 前記第2MOSFETのドレインに接続され
た、その第2MOSFETの負荷として動作する第4M
OSFETと、(e) ソース結合された第5、第6、
第7および第8のMOSFETにより形成されると共
に、それら第5、第6、第7および第8のMOSFET
が第2定電流源により駆動されるクァドリテール・セル
とを備え、(f) 前記第3および第4のMOSFET
のゲートには、第1定電圧が共通に印加され、(g)
前記第5MOSFETのゲートには、前記第1MOSF
ETのドレインに生成される前記MOS差動対の第1出
力電圧が印加され、且つ前記第6MOSFETのゲート
には、前記第2MOSFETのドレインに生成される前
記MOS差動対の第2出力電圧が印加され、(h) 前
記第7および第8のMOSFETのゲートには第2定電
圧が共通に印加され、(i) 前記入力電圧に比例する
差動出力電流が、前記第5および第6のMOSFETの
ドレインから取り出されることを特徴とするMOS線形
トランスコンダクタンス・アンプ。(A) a MOS differential pair formed by source-coupled first and second MOSFETs and having an input voltage applied between the gates of the first and second MOSFETs; b) said first and second
A first constant current source connected to the source of the MOSFET for driving the MOS differential pair; and (c) the first constant current source.
The first MOS connected to the drain of the MOSFET
A third MOSFET acting as a load on the FET;
(D) a fourth transistor connected to the drain of the second MOSFET and operating as a load of the second MOSFET;
An OSFET, and (e) a source-coupled fifth, sixth,
The fifth, sixth, seventh and eighth MOSFETs are formed by seventh and eighth MOSFETs.
Comprises a quadri-tail cell driven by a second constant current source, and (f) said third and fourth MOSFETs.
The first constant voltage is commonly applied to the gates of
The gate of the fifth MOSFET is connected to the first MOSF
The first output voltage of the MOS differential pair generated at the drain of the ET is applied, and the second output voltage of the MOS differential pair generated at the drain of the second MOSFET is applied to the gate of the sixth MOSFET. (H) a second constant voltage is commonly applied to the gates of the seventh and eighth MOSFETs; and (i) a differential output current proportional to the input voltage is applied to the fifth and sixth MOSFETs. A MOS linear transconductance amplifier, which is obtained from a drain of a MOSFET.
ゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単
位MOSFETのそれのK1倍(K1は定数、ただしK1
≧1)であり、前記第3および第4のMOSFETのゲ
ート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、単位
MOSFETのそれのK2倍(K2は定数、ただしK2≧
1)である請求項11に記載のMOS線形トランスコン
ダクタンス・アンプ。12. The ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the first and second MOSFETs is K 1 times that of the unit MOSFET (K 1 is a constant, but K 1 is a constant. 1
≧ 1), and the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the third and fourth MOSFETs is K 2 times that of the unit MOSFET (K 2 is a constant; K 2 ≧
The MOS linear transconductance amplifier according to claim 11, which is 1).
ート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)が、前記
5および第6のMOSFETのゲート幅(W)とゲート
長(L)の比(W/L)に等しい請求項11または12
に記載のMOS線形トランスコンダクタンス・アンプ。13. A ratio (W / L) of a gate width (W) to a gate length (L) of each of the seventh and eighth MOSFETs is determined by the gate width (W) and a gate length (L) of the fifth and sixth MOSFETs. 13) equal to the ratio (W / L).
2. The MOS linear transconductance amplifier according to claim 1.
ドレインにそれぞれ接続された、それら第5および第6
のMOSFETの負荷として動作する第9および第10
のMOSFETをさらに備えており、それら第9および
第10のMOSFETのゲートには第2定電圧が共通に
印加され、前記入力電圧に比例する差動出力電流が前記
第9および第10のMOSFETによって電圧変換され
て差動出力電圧として取り出される請求項11〜13の
いずれかに記載のMOS線形トランスコンダクタンス・
アンプ。14. The fifth and sixth MOSFETs connected to the drains of the fifth and sixth MOSFETs, respectively.
Ninth and Tenth Operating as Loads of MOSFET
A second constant voltage is commonly applied to the gates of the ninth and tenth MOSFETs, and a differential output current proportional to the input voltage is provided by the ninth and tenth MOSFETs. 14. The MOS linear transconductance device according to claim 11, which is converted into a voltage and taken out as a differential output voltage.
Amplifier.
ドレインが、互いに接続されている請求項11〜14の
いずれかに記載のMOS線形トランスコンダクタンス・
アンプ。15. The MOS linear transconductance element according to claim 11, wherein drains of said seventh and eighth MOSFETs are connected to each other.
Amplifier.
ドレインが、前記第5および第6のMOSFETのドレ
インにそれぞれ接続されている請求項11〜14のいず
れかに記載のMOS線形トランスコンダクタンス・アン
プ。16. The MOS linear transconductance amplifier according to claim 11, wherein the drains of said seventh and eighth MOSFETs are connected to the drains of said fifth and sixth MOSFETs, respectively. .
可能とされ、その電流値を変えることによってトランス
コンダクタンス値がチューニング可能である請求項11
〜16のいずれかに記載のMOS線形トランスコンダク
タンス・アンプ。17. The transconductance value of the second constant current source can be changed by changing the current value of the second constant current source.
21. The MOS linear transconductance amplifier according to any one of claims 1 to 16.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP5394898A JPH11251848A (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Tunable mos linear transconductance amplifier |
GB9905154A GB2335101A (en) | 1998-03-05 | 1999-03-05 | Tunable MOS linear transconductance amplifier usable in cascade and with triple-tail or quadri-tail cell |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5394898A JPH11251848A (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Tunable mos linear transconductance amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11251848A true JPH11251848A (en) | 1999-09-17 |
Family
ID=12956954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5394898A Pending JPH11251848A (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Tunable mos linear transconductance amplifier |
Country Status (2)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11251848A (en) |
GB (1) | GB2335101A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002076800A (en) * | 2000-08-30 | 2002-03-15 | Nec Corp | Voltage subtracter/adder and mos differential amplifier circuit to achieve the same |
US6683497B2 (en) | 2000-09-08 | 2004-01-27 | Nec Electronics Corporation | MOS linear transconductance amplifier |
JP2005311696A (en) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplifier and reference voltage generation circuit |
JP2007531459A (en) * | 2004-03-31 | 2007-11-01 | アナログ デバイセス インコーポレーテッド | Differential stage voltage offset trim circuit |
US7570935B2 (en) | 2005-08-17 | 2009-08-04 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Derivative superposition circuit for linearization |
US7768349B2 (en) | 2006-08-21 | 2010-08-03 | Asahi Kasei Emd Corporation | Transconductance amplifier |
US7847635B2 (en) | 2006-08-28 | 2010-12-07 | Asahi Kasei Emd Corporation | Transconductance amplifier |
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CN113422184B (en) * | 2021-06-11 | 2022-05-17 | 西安电子科技大学 | Gain-tunable RF attenuation device based on split ring resonator |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR1600222A (en) * | 1968-12-31 | 1970-07-20 | ||
JPS59151510A (en) * | 1983-02-18 | 1984-08-30 | Hitachi Ltd | C-mos load type amplifier |
FR2600844A1 (en) * | 1986-06-27 | 1987-12-31 | Commissariat Energie Atomique | DOUBLE DIFFERENTIAL SOURCE AMPLIFIER WITH FOUR INDEPENDENT INPUTS |
GB2283382B (en) * | 1993-10-28 | 1997-11-05 | Motorola Inc | An operational amplifier |
-
1998
- 1998-03-05 JP JP5394898A patent/JPH11251848A/en active Pending
-
1999
- 1999-03-05 GB GB9905154A patent/GB2335101A/en not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB9905154D0 (en) | 1999-04-28 |
GB2335101A (en) | 1999-09-08 |
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