(57)【要約】【課題】２種類の電源電圧のそれぞれの変動に対して特性を安定化させることが可能な差動増幅回路を提供する。【解決手段】差動回路１０は、一端が第1の電源線に接続されるとともに他端が抵抗器１５の一端および抵抗器１６の一端に接続される抵抗器１７と、第１の電源線の電圧値と第２の電源線の電圧値とに応じて、抵抗器１７に第1の電流および第２の電流と独立な第１の補償電流を供給する可変電流源Ｃｓｖ１とを含む。【選択図】図２
2019016982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆の位相を有する正相成分および逆相成分を含む差動入力信号が入力される第１の差動回路と、
前記第１の差動回路の後段に設けられる第１のエミッタフォロワ回路と、
前記第１のエミッタフォロワ回路の後段に設けられる第２のエミッタフォロワ回路と、
第１の電圧源に接続するための第1の電源線と、
前記第1の電圧源の供給する電源電圧よりも低い電源電圧を供給する第２の電圧源に接続するための第２の電源線と、
を備える差動増幅回路であって、
前記第１の差動回路は、
第1の直流電流を供給する第１の電流源と、
前記差動入力信号の正相成分と逆相成分とに応じて前記第1の直流電流を第1の電流と第２の電流とに配分する一対の第１の差動トランジスタと、
一端と他端とを有し、該一端から該他端へ前記第1の電流が流れる第１の抵抗器と、
一端と他端とを有し、該一端から該他端へ前記第２の電流が流れる第２の抵抗器と、
一端と他端とを有し、該一端が前記第1の電源線に接続されるとともに該他端が前記第1の抵抗器の一端および前記第２の抵抗器の一端に接続される第３の抵抗器と、
前記第１の電源線の電圧値と前記第２の電源線の電圧値とに応じて、前記第３の抵抗器に前記第1の電流および前記第２の電流と独立な第１の補償電流を供給する第１の可変電流源と、
を含み、
前記第１のエミッタフォロワ回路は、
第４の抵抗器と、
前記第１の抵抗器の前記他端に接続される制御端子と、前記第４の抵抗器を介して接地電位に接続され、第1の信号を生成する第１の電流端子と、前記第1の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第１のトランジスタと、
第５の抵抗器と、
前記第２の抵抗器の前記他端に接続される制御端子と、前記第５の抵抗器を介して前記接地電位に接続され、第２の信号を生成する第１の電流端子と、前記第1の電源線に接続される第２の電流端子を有する第２のトランジスタと、
を含み、
前記第２のエミッタフォロワ回路は、
第６の抵抗器と、
前記第1の信号を受ける制御端子と、前記第６の抵抗器を介して前記接地電位に接続される第１の電流端子と、前記第２の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第３のトランジスタと、
第７の抵抗器と、
前記第２の信号を受ける制御端子と、前記第７の抵抗器を介して前記接地電位に接続される第１の電流端子と、前記第２の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第４のトランジスタと、
を含む、
差動増幅回路。
【請求項２】
前記第１の可変電流源は、前記第1の電源線の電圧値の前記第１の電圧源の設定値からの変動量および前記第２の電源線の電圧値の前記第２の電圧源の設定値からの変動量に応じた大きさの電流を生成するように制御される、
請求項１に記載の差動増幅回路。
【請求項３】
前記第２のエミッタフォロワ回路の後段に設けられる第２の差動回路をさらに備え、
前記第２のエミッタフォロワ回路は、
前記第２の電源線の電圧値に応じて第２の補償電流を生成する第２の可変電流源と、
前記第２の電源線の電圧値に応じて第３の補償電流を供給する第３の可変電流源と、
一端と他端とを有し、該一端が前記第２の可変電流源を介して前記第２の電源線に電気的に接続されるとともに第３の信号を生成し、該他端が前記第３のトランジスタの第１の電流端子に接続される第８の抵抗器と、
一端と他端とを有し、該一端が前記第３の可変電流源を介して前記第２の電源線に電気的に接続されるとともに第４の信号を生成し、該他端が前記第４のトランジスタの第１の電流端子に接続される第９の抵抗器と、
をさらに含み、
前記第２の差動回路は、
第２の直流電流を供給する第２の電流源と、
前記第３の信号と前記第４の信号とに応じて前記第２の直流電流を第３の電流と第４の電流とに配分する一対の第２の差動トランジスタと、
を含む、
請求項１に記載の差動増幅回路。
【請求項４】
前記第２の可変電流源および前記第３の可変電流源は、前記第２の電源線の電圧値の前記第２の電圧源の設定値からの変動量に応じた大きさの電流を生成するように制御される、
請求項３に記載の差動増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信などの分野では、増幅回路および変調回路などのさまざまな回路が用いられる（特許文献１〜４参照）。増幅回路としては、たとえば特許文献１および３に開示されるように、差動増幅回路が広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１６９２０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０４１３１号公報
【特許文献３】特開２０１３−２３９９５２号公報
【特許文献４】特開平１１−１８３８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高利得化および広帯域化を実現するために、差動増幅回路を、プリバッファおよび進行波型増幅器（ＴＷＡ：Traveling Wave Amplifier）を含む回路構成とすることが考えられる。たとえば、プリバッファは、差動回路および当該差動回路の出力側に接続されるエミッタフォロワ回路を含む。ＴＷＡは、複数の増幅セルを含み、各増幅セルは、エミッタフォロワ回路と、当該エミッタフォロワ回路の出力側に接続される差動回路とを含む。この場合、差動増幅回路に入力された信号は、プリバッファの差動回路、プリバッファのエミッタフォロワ回路、増幅セルのエミッタフォロワ回路、および増幅セルの差動回路を通る。
【０００５】
差動増幅回路の消費電力を減らすために、一部の回路の電源電圧を、他の回路の電源電圧よりも低く設定することが考えられる。この場合、電圧レベルの高い電圧源および電圧レベルの低い電圧源の２種類の電源電圧のばらつきを考慮した回路設計が必要になる。そのような回路設計について、従来では、具体的な検討は行われていない。
【０００６】
本発明の一側面は、２種類の電源電圧のそれぞれの変動に対して特性を安定化させることが可能な差動増幅回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る差動増幅回路は、互いに逆の位相を有する正相成分および逆相成分を含む差動入力信号が入力される第１の差動回路と、第１の差動回路の後段に設けられる第１のエミッタフォロワ回路と、第１のエミッタフォロワ回路の後段に設けられる第２のエミッタフォロワ回路と、第１の電圧源に接続するための第1の電源線と、第1の電圧源の供給する電源電圧よりも低い電源電圧を供給する第２の電圧源に接続するための第２の電源線と、を備える差動増幅回路であって、第１の差動回路は、第1の直流電流を供給する第１の電流源と、差動入力信号の正相成分と逆相成分とに応じて第1の直流電流を第1の電流と第２の電流とに配分する一対の第１の差動トランジスタと、一端と他端とを有し、該一端から該他端へ第1の電流が流れる第１の抵抗器と、一端と他端とを有し、該一端から該他端へ第２の電流が流れる第２の抵抗器と、一端と他端とを有し、該一端が第1の電源線に接続されるとともに該他端が第1の抵抗器の一端および第２の抵抗器の一端に接続される第３の抵抗器と、第１の電源線の電圧値と第２の電源線の電圧値とに応じて、第３の抵抗器に第1の電流および第２の電流と独立な第１の補償電流を供給する第１の可変電流源と、を含み、第１のエミッタフォロワ回路は、第４の抵抗器と、第１の抵抗器の他端に接続される制御端子と、第４の抵抗器を介して接地電位に接続され、第1の信号を生成する第１の電流端子と、第1の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第１のトランジスタと、第５の抵抗器と、第２の抵抗器の他端に接続される制御端子と、第５の抵抗器を介して接地電位に接続され、第２の信号を生成する第１の電流端子と、第1の電源線に接続される第２の電流端子を有する第２のトランジスタと、を含み、第２のエミッタフォロワ回路は、第６の抵抗器と、第1の信号を受ける制御端子と、第６の抵抗器を介して接地電位に接続される第１の電流端子と、第２の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第３のトランジスタと、第７の抵抗器と、第２の信号を受ける制御端子と、第７の抵抗器を介して接地電位に接続される第１の電流端子と、第２の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第４のトランジスタと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面によれば、２種類の電源電圧のそれぞれの変動に対して特性を安定化させることが可能な差動増幅回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る差動増幅回路の概略構成を示す図である。
【図２】差動増幅回路の詳細構成を示す回路図である。
【図３】差動増幅回路のシミュレーション結果の例を示す図である。
【図４】差動増幅回路のシミュレーション結果の例を示す図である。
【図５】可変電流源Ｃｓｖ１の構成例を示す図である。
【図６】可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１１】
実施形態に係る差動増幅回路は、互いに逆の位相を有する正相成分および逆相成分を含む差動入力信号が入力される第１の差動回路と、第１の差動回路の後段に設けられる第１のエミッタフォロワ回路と、第１のエミッタフォロワ回路の後段に設けられる第２のエミッタフォロワ回路と、第１の電圧源に接続するための第1の電源線と、第1の電圧源の供給する電源電圧よりも低い電源電圧を供給する第２の電圧源に接続するための第２の電源線と、を備える差動増幅回路であって、第１の差動回路は、第1の直流電流を供給する第１の電流源と、差動入力信号の正相成分と逆相成分とに応じて第1の直流電流を第1の電流と第２の電流とに配分する一対の第１の差動トランジスタと、一端と他端とを有し、該一端から該他端へ第1の電流が流れる第１の抵抗器と、一端と他端とを有し、該一端から該他端へ第２の電流が流れる第２の抵抗器と、一端と他端とを有し、該一端が第1の電源線に接続されるとともに該他端が第1の抵抗器の一端および第２の抵抗器の一端に接続される第３の抵抗器と、第１の電源線の電圧値と第２の電源線の電圧値とに応じて、第３の抵抗器に第1の電流および第２の電流と独立な第１の補償電流を供給する第１の可変電流源と、を含み、第１のエミッタフォロワ回路は、第４の抵抗器と、第１の抵抗器の他端に接続される制御端子と、第４の抵抗器を介して接地電位に接続され、第1の信号を生成する第１の電流端子と、第1の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第１のトランジスタと、第５の抵抗器と、第２の抵抗器の他端に接続される制御端子と、第５の抵抗器を介して接地電位に接続され、第２の信号を生成する第１の電流端子と、第1の電源線に接続される第２の電流端子を有する第２のトランジスタと、を含み、第２のエミッタフォロワ回路は、第６の抵抗器と、第1の信号を受ける制御端子と、第６の抵抗器を介して接地電位に接続される第１の電流端子と、第２の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第３のトランジスタと、第７の抵抗器と、第２の信号を受ける制御端子と、第７の抵抗器を介して接地電位に接続される第１の電流端子と、第２の電源線に接続される第２の電流端子と、を有する第４のトランジスタと、を含む。
【００１２】
上記の差動増幅回路では、第１の差動回路および第１のエミッタフォロワ回路が第１の電圧源で動作するのに対し、第２のエミッタフォロワ回路は第２の電圧源で動作する。この場合、第２の電圧源の電圧レベルを、第１の電圧源の電圧レベルよりも低いレベルに設定することができるので、その分、第２のエミッタフォロワ回路の消費電力が低減される。ここで、第１の電圧源で動作する第１のエミッタフォロワ回路が同じく第１の電圧源で動作する第１の差動回路の後段に設けられ、第２の電圧源で動作する第２のエミッタフォロワ回路が第１のエミッタフォロワ回路の後段に設けられている。この場合、第１の電圧源および第２の電圧源のそれぞれの電圧レベルの変動によって、第２のエミッタフォロワ回路の第３のトランジスタおよび第４のトランジスタの制御端子と第２の電流端子との間の電圧が変動する。たとえば制御端子がベースであり第２の電流端子がコレクタの場合には、ベース‐コレクタ間の電圧が変動する。その結果、制御端子と第２の電流端子との間の容量値が変化する等の理由により第３のトランジスタおよび第４のトランジスタの特性が変化し、差動増幅回路の特性が変動する（不安定になる）可能性がある。そこで、上記の差動増幅回路では、第１の差動回路が、第３の抵抗器および第１の可変電流源を含んでいる。第３の抵抗器は、一端が第1の電源線に接続されるとともに他端が第1の抵抗器の一端および第２の抵抗器の一端に接続される。第１の可変電流源は、第１の電源線の電圧値と第２の電源線の電圧値とに応じて、第３の抵抗器に第1の電流および第２の電流と独立な第１の補償電流を供給する。すなわち、第１の可変電流源を流れる電流を変えることで、第１の抵抗器および第２の抵抗器を流れる電流とは独立に、第１の抵抗器および第２の抵抗器の一端の電位を調節することができる。結果として、第１のエミッタフォロワ回路の第１のトランジスタおよび第２のトランジスタの制御端子電圧、さらには、第２のエミッタフォロワ回路の第３のトランジスタおよび第４のトランジスタの制御端子の電位を調節できる。これにより、第３のトランジスタおよび第４のトランジスタの制御端子と第２の電流端子との間の電圧を調節することができる結果、第１の電圧源および第２の電圧源のそれぞれの電圧レベルの変動に対して差動増幅回路の特性を安定化させることが可能になる。
【００１３】
第１の可変電流源は、第1の電源線の電圧値の第１の電圧源の設定値からの変動量および第２の電源線の電圧値の第２の電圧源の設定値からの変動量に応じた大きさの電流を生成するように制御されてもよい。これにより、第３のトランジスタおよび第４のトランジスタの制御端子と第２の電流端子との間の電圧を適切に調節できる。
【００１４】
上記の差動増幅回路は、第２のエミッタフォロワ回路の後段に設けられる第２の差動回路をさらに備え、第２のエミッタフォロワ回路は、第２の電源線の電圧値に応じて第２の補償電流を生成する第２の可変電流源と、第２の電源線の電圧値に応じて第３の補償電流を供給する第３の可変電流源と、一端と他端とを有し、該一端が第２の可変電流源を介して第２の電源線に電気的に接続されるとともに第３の信号を生成し、該他端が第３のトランジスタの第１の電流端子に接続される第８の抵抗器と、一端と他端とを有し、該一端が第３の可変電流源を介して第２の電源線に電気的に接続されるとともに第４の信号を生成し、該他端が第４のトランジスタの第１の電流端子に接続される第９の抵抗器と、をさらに含み、第２の差動回路は、第２の直流電流を供給する第２の電流源と、第３の信号と第４の信号とに応じて第２の直流電流を第３の電流と第４の電流とに配分する一対の第２の差動トランジスタと、を含んでもよい。
【００１５】
上記のように第２の差動回路が第２のエミッタフォロワ回路の後段に設けられている場合、第１の可変電流源によって第２のエミッタフォロワ回路の第３のトランジスタおよび第４のトランジスタの制御端子の電位を調節すると、第２の差動回路の一対の第２の差動トランジスタの制御端子電圧が変動する可能性がある。たとえば制御端子の電位が低下すると、第２の差動回路の同相利得が大きくなり（すなわち同相除去比が劣化し）、差動増幅回路の安定性が損なわれる可能性がある。そこで、上記の差動増幅回路では、第２のエミッタフォロワ回路が、第８の抵抗器、第２の可変電流源、第９の抵抗器および第３の可変電流源をさらに含み得る。第８の抵抗器は、一端が第２の可変電流源を介して第２の電源線に電気的に接続されるとともに第３の信号を生成し、他端が第３のトランジスタの第１の電流端子に接続される。第２の可変電流源は、第２の電源線の電圧値に応じて第２の補償電流を生成する。第９の抵抗器は、一端が第３の可変電流源を介して第２の電源線に電気的に接続されるとともに第４の信号を生成し、他端が前記第４のトランジスタの第１の電流端子に接続される。第３の可変電流源は、第２の電源線の電圧値に応じて第３の補償電流を供給する。第２の可変電流源を流れる電流を変えることで、第８の抵抗器を流れる電流を調節することができる。第３の可変電流源を流れる電流を変えることで、第９の抵抗器を流れる電流を調節することができる。これらの電流調節により、第８の抵抗器および第９の抵抗器に生じる電圧降下を利用して、一対の第２の差動トランジスタの制御端子の電位を調節することができる。これにより、第１の可変電流源に起因する一対の第２の差動トランジスタの制御端子電圧の変動を抑制し、差動増幅回路の特性を安定化させることができる。
【００１６】
第２の可変電流源および第３の可変電流源は、第２の電源線の電圧値の第２の電圧源の設定値からの変動量に応じた大きさの電流を生成するように制御されてもよい。このようにして、一対の第２の差動トランジスタの制御端子の電位を適切に調節できる。
【００１７】
［実施形態］
以下、添付図面を参照しながら実施形態に係る差動増幅回路を詳細に説明する。図面中同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本明細書において、トランジスタは、バイポーラトランジスタおよび電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の双方を含むものとする。以下の説明では、トランジスタが、制御端子としてのベース、第１の電流端子としてのエミッタ、および、第２の電流端子としてのコレクタを有するバイポーラトランジスタである場合を例に挙げて説明する。トランジスタがＦＥＴである場合には、ベース、エミッタおよびコレクタは、ゲート、ソースおよびドレインにそれぞれ読み替えてよい。
【００１８】
図１は、実施形態に係る差動増幅回路の概略構成を示す図である。差動増幅回路１は、端子Ｔ１および端子Ｔ２と、差動回路１０と、エミッタフォロワ回路２０と、ＴＷＡ５０と、端子Ｔ３および端子Ｔ４とを含む。差動回路１０、エミッタフォロワ回路２０およびＴＷＡ５０には、電圧源Ｖｃｃ２から電源線（第1の電源線）Ｌ１を介して電源電圧が供給される。電圧源Ｖｃｃ２については後に図２を参照してあらためて説明する。
【００１９】
端子Ｔ１および端子Ｔ２は、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎが入力される入力端子である。差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎは、互いに逆の位相を有する正相成分Ｖｉｎｐおよび逆相成分Ｖｉｎｎを含む。たとえば、正相成分Ｖｉｎｐと逆相成分Ｖｉｎｎは一対の相補信号であり、それぞれの電圧振幅は互いに略等しく、一方の信号電圧が増加するときに他方の信号は減少し、一方の信号が減少するときに他方の信号は増加する。また、一対の相補信号の一方がピーク値をとるときに一対の相補信号の他方はボトム値をとり、一対の相補信号の一方がボトム値をとるときに一対の相補信号の他方はピーク値をとる。なお、以下の説明にて現れる他の差動信号も、いずれもこのような正相成分と逆相成分を含んでいる。端子Ｔ１には、正相成分Ｖｉｎｐが入力される。端子Ｔ２には、逆相成分Ｖｉｎｎが入力される。なお、差動信号は、正相信号と逆相信号とを入れ替えると差動信号の論理が反転するという性質を持っている。そのため、バイナリデータを伝送する場合に、差動信号の論理を反転するために、端子Ｔ１に逆相成分Ｖｉｎｎを入力し、入力端子Ｔ２に正相成分Ｖｉｎｐを入力してもよい。
【００２０】
差動増幅回路１において、差動回路１０およびエミッタフォロワ回路２０は、端子Ｔ１および端子Ｔ２と、ＴＷＡ５０との間に設けられるプリバッファとして機能する。差動回路１０およびエミッタフォロワ回路２０の詳細については、後に図２を参照して説明する。
【００２１】
ＴＷＡ５０は、複数の増幅セル５５を含む。図１に示される例では増幅セル５５の数は２つであるが、増幅セル５５の数は２つより多くてもよい。たとえば、増幅セルの数を増やすことによってＴＷＡ５０の利得を大きくすることができる。一方、増幅セルの数を増やすと、ＴＷＡ５０が消費する消費電力が増え、ＴＷＡ５０をプリント基板上に形成した時の占有面積が増える場合がある。各増幅セル５５には、エミッタフォロワ回路２０から出力される信号（差動信号）が、伝送線路（入力側伝送線路）５１Ａ、５１Ｂを介して入力される。正相成分および逆相成分のうちの一方の成分について、各増幅セル５５に入力される信号の位相がそれぞれ伝送線路５１Ａの遅延量だけ異なるように、各増幅セル５５の入力端子同士は伝送線路５１Ａを介して電気的に接続される。他方の成分についても同様に、各増幅セル５５に入力される信号の位相がそれぞれ伝送線路５１Ｂの遅延量だけ異なるように、各増幅セル５５の入力端子同士は伝送線路５１Ｂを介して電気的に接続される。たとえば、直線状に形成され、均一な分布定数を有する伝送線路に対して、等間隔で各増幅セル５５の入力端子が伝送線路に接続される。この場合、入力端子が接続される接続点の間隔の大きさ(距離)を変えることによって増幅セル５５間の信号の遅延量を調節することができる。伝送線路５１Ａは、抵抗器（終端抵抗）５２Ａによってコンデンサ５３が生成する終端電圧に終端される。伝送線路５１Ｂは、抵抗器（終端抵抗）５２Ｂによってコンデンサ５３が生成する終端電圧に終端される。抵抗器５２Ａ、５２Ｂは、一対の終端抵抗器を構成する。コンデンサ５３は、直流的には終端電圧を与え、高周波的には抵抗器５２Ａ、５２Ｂをグランドに接続する。終端電圧は、コンデンサ５３に並列に電圧発生回路（不図示）を接続して設定しても良い。グランドは、基準電位（たとえば０Ｖ）を有する。各増幅セル５５の出力端子は、伝送線路（出力側伝送線路）５６を介して端子Ｔ３および端子Ｔ４に電気的に接続される。上述の各増幅セル５５の入力端子側における遅延量を打ち消し、各増幅セル５５から出力される信号が端子Ｔ３で同相となって出力されるように、正相成分および逆相成分のうちの一方の成分について、各増幅セル５５の出力同士は伝送線路５６Ａを介して接続される。同様に、上述の各増幅セル５５の入力端子側における遅延量を打ち消し、各増幅セル５５から出力される信号が端子Ｔ４で同相となって出力されるように、他方の成分について、各増幅セル５５の出力同士は伝送線路５６Ｂを介して接続される。伝送線路５６Ａは、抵抗器５７Ａを介して電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。伝送線路５６Ｂは、抵抗器５７Ｂを介して電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。なお、ここで「電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される」という場合に、それは「電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続するための電源線（第1の電源線）Ｌ１に電気的に接続される」ことを含んでいる。たとえば、本願発明の実施形態に係る差動増幅回路１が1つの半導体チップ上に形成された場合、その半導体チップ上には、差動増幅回路１を外部の電源装置（たとえば電圧源Ｖｃｃ２）と電気的に接続するための手段として電源線（第１の電源線）Ｌ１が形��される。このような場合、半導体チップは第1の電源線Ｌ１を備え、第１の電源線Ｌ１を介して外部の電圧源Ｖｃｃ２に接続される。抵抗器５２Ａ、５２Ｂおよび抵抗器５７Ａ、５７Ｂのそれぞれの抵抗値は、たとえば５０Ωである。
【００２２】
端子Ｔ３および端子Ｔ４は、差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎを出力する。差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎは、互いに逆相の正相成分Ｖｏｕｔｐおよび逆相成分Ｖｏｕｔｎを含む。たとえば、正相成分Ｖｏｕｔｐと逆相成分Ｖｏｕｔｎは一対の相補信号であり、それぞれの電圧振幅は互いに略等しく、一方の信号電圧が増加するときに他方の信号は減少し、一方の信号が減少するときに他方の信号は増加する。また、一対の相補信号の一方がピーク値をとるときに一対の相補信号の他方はボトム値をとり、一対の相補信号の一方がボトム値をとるときに一対の相補信号の他方はピーク値をとる。端子Ｔ３に、正相成分Ｖｏｕｔｐが出力される。端子Ｔ４に、逆相成分Ｖｏｕｔｎが出力される。差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎは、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎを差動増幅回路１によって増幅して得られる信号である。たとえば、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎがバイナリデータを伝達する場合、正相成分Ｖｉｎｐがハイレベルで逆相成分Ｖｉｎｎがローレベルのときに“１”、正相成分Ｖｉｎｐがローレベルで逆相成分Ｖｉｎｎがハイレベルのときに“０”とすると、差動増幅回路１が非反転増幅動作を行うときは、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎの”０”に対して差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎとして“０”を出力し、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎの”１”に対して差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎとして“１”を出力する。また、差動増幅回路１が反転増幅動作を行うときは、差動入力信号の”０”に対して差動出力信号として“１”を出力し、差動入力信号の”１”に対して差動出力信号として“０”を出力する。なお、ここで、差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎが“０”であるとは、正相成分Ｖｏｕｔｐがローレベルで逆相成分Ｖｏｕｔｎがハイレベルである状態を表し、差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎが“１”であるとは、正相成分Ｖｏｕｔｐがローレベルで逆相成分Ｖｏｕｔｎがハイレベルである状態を表す。いずれの場合も、差動出力信号Ｖｏｕｔｐ、Ｖｏｕｔｎの振幅Ｖｏｕｔｐ―Ｖｏｕｔｎは、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎの振幅Ｖｉｎｐ―Ｖｉｎｎよりも大きい。端子Ｔ３および端子Ｔ４は、差動増幅器１の外部で伝送線路５６Ａ、５６Ｂの特性インピーダンスに略等しい抵抗値をもつ終端抵抗が接続されることが想定される。
【００２３】
次に、増幅セル５５の回路構成を含む差動増幅回路１の詳細について、図２を参照して説明する。
【００２４】
図２は、差動回路１０、エミッタフォロワ回路２０および増幅セル５５の詳細構成を示す回路図である。増幅セル５５は、エミッタフォロワ回路３０および差動回路４０を含む。以下、差動回路１０、エミッタフォロワ回路２０、エミッタフォロワ回路３０および差動回路４０の構成を説明し、その後、回路全体の動作を説明する。
【００２５】
差動回路１０は、差動増幅回路１を構成する第１の差動回路である。差動回路１０は、トランジスタ１１と、トランジスタ１２と、トランジスタ１３と、トランジスタ１４と、抵抗器１５と、抵抗器１６と、抵抗器１７と、コンデンサ１８と、電流源Ｃｓ１と、可変電流源Ｃｓｖ１とを含む。
【００２６】
トランジスタ１１およびトランジスタ１２は、差動増幅回路１を構成する一対の第１の差動トランジスタである。トランジスタ１１は一対の第1の差動トランジスタの一方であり、トランジスタ１１のベース（制御端子）は、端子Ｔ１に接続される。トランジスタ１１のエミッタは（第１の電流端子）、電流源Ｃｓ１に接続され、コレクタ（第２の電流端子）は、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。図２に示される例では、トランジスタ１１のコレクタは、トランジスタ１３のエミッタ、コレクタ、抵抗器１５および抵抗器１７を介して電圧源Ｖｃｃ２に接続される。
【００２７】
トランジスタ１２は、一対の第1の差動トランジスタの他方であり、トランジスタ１２のベースは、端子Ｔ２に接続される。トランジスタ１２のエミッタは、電流源Ｃｓ１に接続され、コレクタは、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。図２に示される例では、トランジスタ１２のコレクタは、トランジスタ１４のエミッタ、コレクタ、抵抗器１６および抵抗器１７を介して電圧源Ｖｃｃ２に接続される。
【００２８】
トランジスタ１３およびトランジスタ１４は、一対の第1のカスコードトランジスタであり、それぞれトランジスタ１１およびトランジスタ１２にカスコード接続される。トランジスタ１３のベース（制御端子）およびトランジスタ１４のベース（制御端子）は、互いに接続される。トランジスタ１３およびトランジスタ１４が所定のベース電位（たとえば３Ｖ）を有するように、トランジスタ１３のベースおよびトランジスタ１４のベースに電圧が印加される。この電圧は、たとえば後述の電圧源Ｖｃｃ１から生成される。電圧の生成には、抵抗分割回路が用いられてもよいし、バンドギャップ電圧生成回路等が用いられてもよい。バンドギャップ電圧生成回路を用いる場合には、電圧源Ｖｃｃ１の電圧変動の影響が抑制される。トランジスタ１３およびトランジスタ１４によって、差動回路１０の出力インピーダンスの増加等の効果が奏される。なお、差動回路１０は、トランジスタ１３およびトランジスタ１４を含まない構成とすることもできる。その場合、トランジスタ１１のコレクタが抵抗器１５に接続され、トランジスタ１２のコレクタが抵抗器１６に接続される。なお、トランジスタ１３およびトランジスタ１４のそれぞれのエミッタ電圧は、それぞれのトランジスタのベースに印加されたベース電圧からベース‐エミッタ間電圧の分だけ下がった電圧に安定化される。それにより、トランジスタ１３およびトランジスタ１４を含まない構成とした場合よりもベース‐コレクタ間容量のミラー効果が抑制され、周波数帯域の向上など高周波特性が向上し得る。
【００２９】
電流源Ｃｓ１は、差動増幅回路１を構成する第１の電流源である。電流源Ｃｓ１は、トランジスタ１１およびトランジスタ１２によって構成される差動対トランジスタに直流電流を供給する定電流源である。電流源Ｃｓ１は、トランジスタ１１のエミッタ（第１の電流端子）およびトランジスタ１２のエミッタ（第１の電流端子）と、グランドとの間に電気的に接続される。電流源Ｃｓ１は、トランジスタ１１のエミッタおよびトランジスタ１２のエミッタからグランドに向かう電流を生成する。なお、電流源Ｃｓ１の、グランドに接続された端子は、グランドに替えて、電圧源Ｖｃｃ２の電源電圧よりも差動回路１０の回路動作に必要な電圧以上低い、他の電源電圧（たとえば負電圧を供給する電圧源）に電気的に接続されてもよい。
【００３０】
電圧源Ｖｃｃ２は、差動増幅回路１に用いられる第１の電圧源である。電圧源Ｖｃｃ２は、少なくとも抵抗器１５と直列に接続されたトランジスタ１１および少なくとも抵抗器１６と直列に接続されたトランジスタ１２と、それらのトランジスタ１１およびトランジスタ１２と直列に接続された電流源Ｃｓ１を含む差動回路１０を動作させるための直流電圧（第1の電源電圧）を生成する定電圧源である。電圧源Ｖｃｃ２は、定電流源Ｃｓ１の接続されたグランドに対して所望の電圧レベルを有するように適宜設計され得る。
【００３１】
抵抗器１５は、差動増幅回路１を構成する第１の抵抗器である。抵抗器１５の一端は、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。図２に示される例では、抵抗器１５の一端は、抵抗器１７を介して電圧源Ｖｃｃ２に接続される。抵抗器１５の他端は、トランジスタ１１のコレクタに電気的に接続される。図２に示される例では、抵抗器１５の他端は、トランジスタ１３のコレクタおよびエミッタを介して、トランジスタ１１のコレクタに接続される。抵抗器１５の一端から他端へ、第１の電流が流れる。
【００３２】
抵抗器１６は、差動増幅回路１を構成する第２の抵抗器である。抵抗器１６の一端は、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。図２に示される例では、抵抗器１６の一端は、抵抗器１７を介して電圧源Ｖｃｃ２に接続される。抵抗器１６の他端は、トランジスタ１２のコレクタに電気的に接続される。図２に示される例では、抵抗器１６の他端は、トランジスタ１４のコレクタおよびエミッタを介して、トランジスタ１２のコレクタに接続される。抵抗器１６の一端から他端へ、第２の電流が流れる。ところで、このように構成された差動回路１０において、電流源Ｃｓ１が供給する電流は、トランジスタ１１のベース電位とトランジスタ１２のベース電位とに応じて、トランジスタ１１のコレクタ電流とトランジスタ１２のコレクタ電流とに配分される。たとえば、トランジスタ１１のベース電位がトランジスタ１２のベース電位よりも高いときにはトランジスタ１１のコレクタ電流はトランジスタ１２のコレクタ電流よりも多く配分される。また、トランジスタ１１のベース電位がトランジスタ１２のベース電位よりも低いときにはトランジスタ１１のコレクタ電流はトランジスタ１２のコレクタ電流よりも少なく配分される。トランジスタ１１のベース電位とトランジスタ１２のベース電位とが略等しいときには電流源Ｃｓ１が供給する電流はほぼ半分ずつトランジスタ１１のコレクタ電流とトランジスタ１２のコレクタ電流とに配分される。トランジスタ１１のベース電位がトランジスタ１２のベース電圧よりもある一定値を超えて高くなると、電流源Ｃｓ１が供給する電流のほぼ全部がトランジスタ１１に流れて、トランジスタ１２にはほとんど流れなくなる。また、トランジスタ１２のベース電位がトランジスタ１１のベース電位よりもある一定値を超えて高くなると、電流源Ｃｓ１が供給する電流のほぼ全部がトランジスタ１２に流れて、トランジスタ１１にはほとんど流れなくなる。このように、トランジスタ１１のベース電位とトランジスタ１２のベース電位とに一対の相補信号（たとえば、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎ）が入力されると、それに応じて電流源Ｃｓ１が供給する電流が抵抗器１５と抵抗器１６とに相補的に配分されて、トランジスタ１３のコレクタとトランジスタ１４のコレクタとに増幅された一対の相補信号として差動信号（第1の差動信号）が出力される。第１の差動信号の正相成分と逆相成分のそれぞれの電圧振幅は、抵抗器１５、１６の抵抗値と電流源Ｃｓ１が供給する電流の電流値を掛けた値となる。なお、差動回路１０において、信号の速度に対して、トランジスタ１１およびトランジスタ１２が十分な高速性能を有する場合には、トランジスタ１１およびトランジスタ１２のそれぞれのゲート‐コレクタ間のミラー効果を抑制するためのトランジスタ（カスコードトランジスタ）１３とトランジスタ（カスコードトランジスタ）１４とを除いて、抵抗器１５とトランジスタ１１のコレクタとが直接接続され、抵抗器１６とトランジスタ１２のコレクタとが直接接続されてもよい。
【００３３】
抵抗器１７は、差動増幅回路１を構成する第３の抵抗器である。抵抗器１７は、電圧源Ｖｃｃ２と、抵抗器１５および抵抗器１６との間に接続される。抵抗器１７の一端は、電圧源Ｖｃｃ２に接続される。抵抗器１７の他端は、抵抗器１５の一端および抵抗器１６の一端に接続される。抵抗器１５および抵抗器１６と、抵抗器１７との接続部分を、ノードＮ１と称し図示する。
【００３４】
コンデンサ１８は、抵抗器１７に対して並列に接続される。コンデンサ１８は、たとえばノードＮ１のノイズを除去し、ノードＮ１の電圧を安定化するために設けられる。それにより、ノードＮ１の電圧は差動回路１０の出力信号（差動信号）の基準電位となるため、差動回路１０の出力信号がより安定化され得る。なお、差動回路１０は、コンデンサ１８を含まない構成とすることもできる。
【００３５】
可変電流源Ｃｓｖ１は、差動増幅回路１を構成する第１の可変電流源である。可変電流源Ｃｓｖ１は、電流値が可変な直流電流を生成する。可変電流源Ｃｓｖ１は、ノードＮ１とグランドとの間に接続され、ノードＮ１からグランドに向かう電流を供給する。可変電流源Ｃｓｖ１を流れる電流を電流（第１の補償電流）Ｉｃｏｍｐと称し図示する。電流Ｉｃｏｍｐは、後述するように電圧源Ｖｃｃ１、電圧源Ｖｃｃ２のそれぞれの変動量に応じて制御される。
【００３６】
エミッタフォロワ回路２０は、差動増幅回路１を構成する第１のエミッタフォロワ回路である。エミッタフォロワ回路２０は、差動回路１０の後段に設けられ、トランジスタ２１と、トランジスタ２２と、抵抗器２３と、抵抗器２４とを含む。
【００３７】
トランジスタ２１は、差動増幅回路１を構成する第１のトランジスタである。図２に示される例では、トランジスタ２１のベース（制御端子）は、抵抗器１５の他端およびトランジスタ１３のコレクタ（第２の電流端子）に接続される。トランジスタ２１のエミッタ（第１の電流端子）は、抵抗器（第４の抵抗器）２３を介してグランドに電気的に接続される。トランジスタ２１のエミッタは、トランジスタ２１のベースに印加された電圧がトランジスタ２１のベース‐エミッタ間電圧（第1のシフト電圧値）だけ低くシフトされた電圧を出力する。トランジスタ２１のコレクタ（第２の電流端子）は、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。
【００３８】
トランジスタ２２は、差動増幅回路１を構成する第２のトランジスタである。図２に示される例では、トランジスタ２２のベース（制御端子）は、抵抗器１６の他端およびトランジスタ１４のコレクタ（第２の電流端子）に接続される。トランジスタ２２のエミッタ（第１の電流端子）は、抵抗器２４（第５の抵抗器）２２のベースに印加された電圧がトランジスタ２２のベース‐エミッタ間電圧（第1のシフト電圧値）だけ低くシフトされた電圧を出力する。トランジスタ２２のコレクタ（第２の電流端子）は、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。
【００３９】
電圧源Ｖｃｃ２は、トランジスタ２１およびトランジスタ２２をエミッタフォロワとして動作させるための直流電圧を生成する定電圧源でもある。エミッタフォロワ回路２０は、入力信号（差動信号）を比較的高い入力インピーダンスで受け、それに応じて比較的低い出力インピーダンスで出力信号(差動信号)を出力する。従って、エミッタフォロワ回路２０は、そのようなインピーダンス変換の機能も有している。エミッタフォロワ回路２０は、低いインピーダンスで出力信号を出力することで、伝送線路５１Ａ、５１Ｂおよび増幅セル５５を高速に駆動することができる。
【００４０】
エミッタフォロワ回路３０は、差動増幅回路１を構成する第２のエミッタフォロワ回路である。エミッタフォロワ回路３０は、エミッタフォロワ回路２０の後段に設けられ、トランジスタ３１と、トランジスタ３２と、抵抗器３３と、抵抗器３４と、コンデンサ３５と、コンデンサ３６と、抵抗器３７と、抵抗器３８と、可変電流源Ｃｓｖ２と、可変電流源Ｃｓｖ３とを含む。エミッタフォロワ回路３０は、増幅セル５５に含まれている。図1に示されるように、エミッタフォロワ回路２０には、伝送線路５１Ａ、５１Ｂを介して複数の増幅セル５５が接続されている。図２は、説明の便宜上、エミッタフォロワ回路２０に一つの増幅セル５５のみが接続されている様子を示している。信号の速度が比較的低いときに、回路の信号レベルの関係を考える際には、伝送線路５１Ａ、５１Ｂや他の増幅セル５５の影響を無視することができる。
【００４１】
トランジスタ３１は、差動増幅回路１を構成する第３のトランジスタである。トランジスタ３１のベース（制御端子）は、トランジスタ２１のエミッタ（第１の電流端子）に接続される。トランジスタ３１のエミッタ（第１の電流端子）は、抵抗器（第６の抵抗器）３７を介してグランドに接続される。トランジスタ３１のコレクタ（第２の電流端子）は、電圧源Ｖｃｃ１に電気的に接続される。トランジスタ３１のエミッタは、トランジスタ２１のベースに印加された電圧がトランジスタ３１のベース‐エミッタ間電圧だけ低電位側にシフトされた電圧を出力する。トランジスタ３１のエミッタと抵抗器３７との接続部分をノードＮ２と称し図示する。この例では、トランジスタ３１のベースは、伝送線路５１Ａを介してトランジスタ２１のエミッタに接続されている。なお、上記にて「電圧源Ｖｃｃ１に電気的に接続される」という場合に、それは「電圧源Ｖｃｃ１に電気的に接続するための電源線（第２の電源線）Ｌ２に電気的に接続される」こと含んでいる。たとえば、本願発明の実施形態に係る差動増幅回路１が1つの半導体チップ上に形成された場合、その半導体チップ上には、差動増幅回路１を外部の電源装置（たとえば電圧源Ｖｃｃ１）と電気的に接続するための手段として電源線（第２の電源線）Ｌ２が形成される。このような場合、半導体チップは第２の電源線Ｌ２を備え、それを介して外部の電圧源Ｖｃｃ１と接続される。
【００４２】
トランジスタ３２は、差動増幅回路１を構成する第４のトランジスタである。トランジスタ３２のベース（制御端子）は、トランジスタ２２のエミッタ（第１の電流端子）に接続される。トランジスタ３２のエミッタ（第１の電流端子）は、抵抗器（第７の抵抗器）３８を介してグランドに接続される。トランジスタ３２のコレクタ（第２の電流端子）は、電圧源Ｖｃｃ１に電気的に接続される。トランジスタ３２のエミッタは、トランジスタ３２のベースに印加された電圧がトランジスタ３２のベース‐エミッタ間電圧だけ低電位側にシフトされた電圧を出力する。トランジスタ３２のエミッタと抵抗器３８との接続部分をノードＮ３と称し図示する。この例では、トランジスタ３２のベースは、伝送線路５１Ｂを介してトランジスタ２２のエミッタに接続されていている。
【００４３】
抵抗器３３は、差動増幅回路１を構成する第８の抵抗器である。抵抗器３３は、ノードＮ２と、トランジスタ４１のベース（制御端子）との間に接続される。抵抗器３３の一端は、可変電流源Ｃｓｖ２を介して電源線Ｌ２に電気的に接続されるとともに第３の信号を生成する。抵抗器３３の他端は、トランジスタ３１のエミッタに接続される。抵抗器３３に対しては、コンデンサ３５が並列に接続される。抵抗器３３とコンデンサ３５は一つの並列回路を構成する。抵抗器３３とトランジスタ４１のベースとの接続部分を、ノードＮ４と称し図示する。
【００４４】
抵抗器３４は、差動増幅回路１を構成する第９の抵抗器である。抵抗器３４は、ノードＮ３と、トランジスタ４２のベース（制御端子）との間に接続される。抵抗器３４の一端は、可変電流源Ｃｓｖ３を介して電源線Ｌ２に電気的に接続されるとともに第４の信号を生成する。抵抗器３４の他端は、トランジスタ３２のエミッタに接続される。抵抗器３４に対しては、コンデンサ３６が並列に接続される。抵抗器３４とコンデンサ３６は一つの並列回路を構成する。抵抗器３４とトランジスタ４２のベースとの接続部分を、ノードＮ５と称し図示する。
【００４５】
可変電流源Ｃｓｖ２は、差動増幅回路１を構成する第２の可変電流源である。可変電流源Ｃｓｖ２は、電流値が可変な直流電流を生成する。可変電流源Ｃｓｖ２は、電圧源Ｖｃｃ１と、ノードＮ４との間に接続される。可変電流源Ｃｓｖ２は、ノードＮ４から抵抗器３３に向かう電流を供給する。可変電流源Ｃｓｖ２から供給され、抵抗器３３を流れる電流を、電流Ｉｌｓａと称し図示する。電流Ｉｌｓａは、後述するように電圧源Ｖｃｃ１の変動量に応じて制御される。
【００４６】
可変電流源Ｃｓｖ３は、差動増幅回路１を構成する第３の可変電流源である。可変電流源Ｃｓｖ３は、電流値が可変な直流電流を生成する。可変電流源Ｃｓｖ３は、電圧源Ｖｃｃ１と、ノードＮ５との間に接続される。可変電流源Ｃｓｖ３は、ノードＮ５から抵抗器３４に向かう電流を供給する。可変電流源Ｃｓｖ３から供給され、抵抗器３４を流れる電流を、電流Ｉｌｓｂと称し図示する。電流Ｉｌｓｂは、後述するように電圧源Ｖｃｃ１の変動量に応じて制御される。
【００４７】
電圧源Ｖｃｃ１は、差動増幅回路１に使用される第２の電圧源である。電圧源Ｖｃｃ１は、トランジスタ３１およびトランジスタ３２をエミッタフォロワとして動作させるための直流電圧（第２の電源電圧）を生成する定電圧源である。電圧源Ｖｃｃ２は、後述するように第２の電源電圧が第１の電源電圧よりも低くなるように適宜設計され得る。
【００４８】
差動回路４０は、差動増幅回路１を構成する第２の差動回路である。差動回路４０は、エミッタフォロワ回路３０の後段に設けられ、トランジスタ４１と、トランジスタ４２と、トランジスタ４３と、トランジスタ４４と、電流源Ｃｓ４とを含む。差動回路４０は、エミッタフォロワ回路３０とともに増幅セル５５に含まれる。図１において、差動増幅回路１は、複数の増幅セル５５を含むように記されている。図２においては、説明の便宜上、一つの増幅セル５５のみ示されている。従って、差動回路４０もその一つの増幅セル５５に含まれているもののみ示されている。
【００４９】
トランジスタ４１およびトランジスタ４２は、差動増幅回路１を構成する一対の第２の差動トランジスタである。トランジスタ４１は一対の第２の差動トランジスタの一方であり、トランジスタ４１のベース（制御端子）は、ノードＮ４、すなわちトランジスタ３１のエミッタに電気的に接続される。トランジスタ４１のエミッタ（第1の電流端子）は、電流源Ｃｓ４に接続される。トランジスタ４１のコレクタ（第２の電流端子）は、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。図２に示される例では、トランジスタ４１のコレクタ（第２の電流端子）は、トランジスタ４３のエミッタおよびコレクタを介して、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。トランジスタ４３のコレクタ（第２の電流端子）は、伝送線路５６Ａおよび抵抗器５７Ａを介して、電圧源Ｖｃｃ２に接続される。
【００５０】
トランジスタ４２は一対の第２の差動トランジスタの他方であり、トランジスタ４２のベース（制御端子）は、ノードＮ５、すなわちトランジスタ３２のエミッタに電気的に接続される。トランジスタ４２のエミッタ（第1の電流端子）は、電流源Ｃｓ４に接続される。トランジスタ４２のコレクタ（第２の電流端子）は、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。図２に示される例では、トランジスタ４２のコレクタ（第２の電流端子）は、トランジスタ４４のエミッタおよびコレクタを介して、電圧源Ｖｃｃ２に電気的に接続される。トランジスタ４４のコレクタ（第２の電流端子）は、伝送線路５６Ｂおよび抵抗器５７Ｂを介して、電圧源Ｖｃｃ２に接続される。
【００５１】
トランジスタ４３およびトランジスタ４４は、トランジスタ４１およびトランジスタ４２にカスコード接続される。トランジスタ４３のベース（制御端子）およびトランジスタ４４のベース（制御端子）は、互いに接続される。先に説明したトランジスタ１３およびトランジスタ１４と同様、トランジスタ４３およびトランジスタ４４が所定のベース電位（たとえば３Ｖ）を有するように、トランジスタ４３のベースおよびトランジスタ４４のベースに電圧が印加される。トランジスタ４３およびトランジスタ４４によって、差動回路４０の出力インピーダンスの増加等の効果が奏される。なお、差動回路４０は、トランジスタ４３およびトランジスタ４４を含まない構成とすることもできる。その場合、トランジスタ４１のコレクタがたとえば伝送線路５６Ａおよび抵抗器５７Ｂを介して電圧源Ｖｃｃ２に接続され、トランジスタ４２のコレクタがたとえば伝送線路５６Ｂおよび抵抗器５７Ｂを介して電圧源Ｖｃｃ２に接続される。なお、トランジスタ４３およびトランジスタ４４のそれぞれのエミッタ電圧は、それぞれのトランジスタのベースに印加されたベース電圧からベース‐エミッタ間電圧の分だけ下がった電圧に安定化される。それにより、トランジスタ４３およびトランジスタ４４を含まない構成とした場合よりもゲート‐コレクタ間容量のミラー効果が抑制され、周波数帯域の向上など高周波特性が向上し得る。
【００５２】
電流源Ｃｓ４は、差動増幅回路１を構成する第２の電流源である。電流源Ｃｓ４は、トランジスタ４１およびトランジスタ４２によって構成される差動対トランジスタに直流電流を供給する定電流源である。電流源Ｃｓ４は、トランジスタ４１のエミッタ（第１の電流端子）およびトランジスタ４２のエミッタ（第１の電流端子）と、グランドとの間に電気的に接続される。電流源Ｃｓ４は、トランジスタ４１のエミッタおよびトランジスタ４２のエミッタからグランドに向かう電流を供給する。なお、電流源Ｃｓ４のグランドに接続された端子は、グランドに替えて、電圧源Ｖｃｃ２の電源電圧よりも差動回路４０の回路動作に必要な電圧以上低い他の電源電圧（たとえば負電圧を供給する電圧源）に電気的に接続されてもよい。
【００５３】
電圧源Ｖｃｃ２は、トランジスタ４１およびトランジスタ４２を差動回路として動作させるための直流電圧を生成する定電圧源でもある。ところで、このように構成された差動回路４０において、電流源Ｃｓ４が供給する電流は、トランジスタ４１のベース電位とトランジスタ４２のベース電位とに応じて、トランジスタ４１のコレクタ電流とトランジスタ４２のコレクタ電流とに配分される。たとえば、トランジスタ４１のベース電位がトランジスタ４２のベース電位よりも高いときにはトランジスタ４１のコレクタ電流はトランジスタ４２のコレクタ電流よりも多く配分される。また、トランジスタ４１のベース電位がトランジスタ４２のベース電位よりも低いときにはトランジスタ４１のコレクタ電流はトランジスタ４２のコレクタ電流よりも少なく配分される。トランジスタ４１のベース電位とトランジスタ４２のベース電位とが略等しいときには電流源Ｃｓ４が供給する電流はほぼ半分ずつトランジスタ４１のコレクタ電流とトランジスタ４２のコレクタ電流とに配分される。トランジスタ４１のベース電位がトランジスタ４２のベース電圧よりもある一定値を超えて高くなると、電流源Ｃｓ４が供給する電流のほぼ全部がトランジスタ４１に流れて、トランジスタ４２にはほとんど流れなくなる。また、トランジスタ４２のベース電位がトランジスタ４１のベース電位よりもある一定値を超えて高くなると、電流源Ｃｓ４が供給する電流のほぼ全部がトランジスタ４２に流れて、トランジスタ４１にはほとんど流れなくなる。このように、トランジスタ４１のベース電位とトランジスタ４２のベース電位とに一対の相補信号（第２の差動信号）が入力されると、それに応じて電流源Ｃｓ４が供給する電流が抵抗器５７Ａと抵抗器５７Ｂとに相補的に配分されて、トランジスタ４３のコレクタとトランジスタ４４のコレクタとに増幅された一対の相補信号として差動信号（第３の差動信号）が出力される。第３の差動信号の正相成分と逆相成分のそれぞれの電圧振幅は、抵抗器５７Ａ、５７Ｂの抵抗値と電流源Ｃｓ４が供給する電流の電流値を掛けた値となる。なお、差動回路４０において、信号の速度に対して、トランジスタ４１およびトランジスタ４２が十分な高速性能を有する場合には、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のそれぞれのゲート‐コレクタ間のミラー効果を抑制するためのトランジスタ（カスコードトランジスタ）４３とトランジスタ（カスコードトランジスタ）４４とを除いて、抵抗器５７Ａとトランジスタ４１のコレクタとが伝送線路５６Ａを介して接続され、抵抗器５７Ｂとトランジスタ４２のコレクタとが伝送線路５６Ｂを介して接続されてもよい。
【００５４】
上記構成の差動増幅回路１の基本的な動作を説明する。
【００５５】
差動回路１０において、トランジスタ１１のベースには、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎの正相成分Ｖｉｎｐが入力される。トランジスタ１１のコレクタは、抵抗器１５と直接接続されている場合には、トランジスタ１１のコレクタ電流が抵抗器１５に流れることによって発生する電圧降下を利用して、トランジスタ１１のベースに入力される信号（ベース信号）と逆相の信号（正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）を出力する。トランジスタ１１のコレクタがカスコード接続されたトランジスタ（カスコードトランジスタ）１３のコレクタ-エミッタを介して抵抗器１５に電気的に接続されている場合には、トランジスタ１１のベースに入力される信号（ベース信号）と逆相の信号（正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）がトランジスタ１３のコレクタから出力される。このとき、トランジスタ１１のコレクタは、トランジスタ１３のベースに印加された電圧よりもトランジスタ１３のゲート‐エミッタ間電圧だけ低い電圧に安定化される。それにより、トランジスタ１１のゲート‐コレクタ間のミラー効果が抑制されて、より高速動作が向上し得る。また、トランジスタ１２のベースには、差動入力信号Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎの逆相成分Ｖｉｎｎが入力される。トランジスタ１２のコレクタは、抵抗器１６と直接接続されている場合には、トランジスタ１２のコレクタ電流が抵抗器１６に流れることによって発生する電圧降下を利用して、トランジスタ１２のベース信号と逆相の信号（逆相成分Ｖｉｎｎと逆相の信号）を出力する。トランジスタ１２のコレクタがカスコード接続されたトランジスタ（カスコードトランジスタ）１４のコレクタ-エミッタを介して抵抗器１６に電気的に接続されている場合には、トランジスタ１２のベースに入力される信号（ベース信号）と逆相の信号（正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）がトランジスタ１４のコレクタから出力される。このとき、このとき、トランジスタ１２のコレクタは、トランジスタ１４のベースに印加された電圧よりもトランジスタ１４のゲート‐エミッタ間電圧だけ低い電圧に安定化される。それにより、トランジスタ１２のゲート‐コレクタ間のミラー効果が抑制されて、より高速動作が向上し得る。
【００５６】
エミッタフォロワ回路２０において、トランジスタ２１のベースには、トランジスタ１３のコレクタ信号（すなわち正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）が、入力される。トランジスタ２１のエミッタは、トランジスタ２１のベース信号と同相の電流（すなわち正相成分Ｖｉｎｐと逆相の電流）を出力する。トランジスタ２１のエミッタと抵抗器２３との接続部分から、エミッタフォロワ回路２０の出力が取り出される。具体的に、トランジスタ２１のエミッタ電流によって抵抗器２３で発生する電圧信号（すなわち正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）が、エミッタフォロワ回路２０からエミッタフォロワ回路３０へ出力される。また、トランジスタ２２のベースには、トランジスタ１４のコレクタ信号（すなわち逆相成分Ｖｉｎｎと逆相の信号）が、入力される。トランジスタ２２のエミッタは、トランジスタ２２のベースに入力される信号と同相の電流（すなわち逆相成分Ｖｉｎｎと逆相の電流）を出力する。トランジスタ２２のエミッタと抵抗器２４との接続部分から、エミッタフォロワ回路２０の出力が取り出される。具体的に、トランジスタ２２のエミッタ電流によって抵抗器２４で発生する電圧信号（すなわち逆相成分Ｖｉｎｎと逆相の信号）が、エミッタフォロワ回路２０からエミッタフォロワ回路３０へ出力される。このようにして、トランジスタ２１およびトランジスタ２２は、エミッタフォロワとして機能する。
【００５７】
エミッタフォロワ回路３０において、トランジスタ３１のベースには、トランジスタ２１のエミッタからの信号（すなわち正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）が入力される。トランジスタ３１のエミッタは、トランジスタ３１のベース信号と同相の信号（すなわち正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）を出力する。トランジスタ３１のエミッタから、抵抗器３３およびコンデンサ３５を介してエミッタフォロワ回路３０の出力が取り出される。具体的に、トランジスタ３１のエミッタ信号のうち、直流成分は抵抗器３３を介して、高周波成分はコンデンサ３５を介して、エミッタフォロワ回路３０から差動回路４０へ出力される。また、トランジスタ３２のベースには、トランジスタ２２のエミッタからの信号（すなわち逆相成分Ｖｉｎｎと逆相の信号）が入力される。トランジスタ３２のエミッタは、トランジスタ３２のベース信号と同相の信号（すなわち逆相成分Ｖｉｎｎと逆相の信号）を出力する。トランジスタ３２のエミッタから、抵抗器３４およびコンデンサ３６を介してエミッタフォロワ回路３０の出力が取り出される。具体的に、トランジスタ３２のエミッタ信号のうち、直流成分は抵抗器３４を介して、高周波成分はコンデンサ３６を介して、エミッタフォロワ回路３０から差動回路４０へ出力される。このようにして、トランジスタ３１およびトランジスタ３２は、エミッタフォロワとして機能する。
【００５８】
差動回路４０において、トランジスタ４１のベースには、トランジスタ３１のエミッタからの信号（すなわち正相成分Ｖｉｎｐと逆相の信号）が入力される。トランジスタ４３のコレクタは、抵抗器５７Ａに発生する電圧降下を利用して、トランジスタ４１のベースに入力される信号と逆相の信号（すなわち正相成分Ｖｉｎｐと同相の信号）を出力する。トランジスタ４３のコレクタ信号は、差動回路４０から端子Ｔ３へ出力される。また、トランジスタ４２のベースには、トランジスタ３２のエミッタからの信号（すなわち逆相成分Ｖｉｎｎと逆相の信号）が入力される。トランジスタ４４のコレクタは、抵抗器５７Ｂに発生する電圧降下を利用して、トランジスタ４２のベースに入力される信号と逆相の信号（すなわち逆相成分Ｖｉｎｎと同相の信号）を出力する。トランジスタ４３のコレクタ信号は、差動回路４０から端子Ｔ４へ出力される。
【００５９】
差動増幅回路１では、差動回路１０、エミッタフォロワ回路２０および差動回路４０が電圧源Ｖｃｃ２で動作するのに対し、エミッタフォロワ回路３０は電圧源Ｖｃｃ１で動作する。このような構成においては、電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベル（第２の電源電圧）を、電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベル（第1の電源電圧）よりも低いレベルに設定することができる。これは、エミッタフォロワ回路２０の後段に設けられるエミッタフォロワ回路３０が、エミッタフォロワ回路２０よりも低い電源電圧で動作し得るためである。たとえば、電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルを４．５Ｖ、５．０Ｖまたは６．０Ｖ等の電圧レベルに設定する一方で、電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルを３．３Ｖ等に設定することができる。このように異なる電圧レベルを有する電圧源Ｖｃｃ１および電圧源Ｖｃｃ２という２種類の電圧源を用いることで、一種類の電圧源（電圧源Ｖｃｃ２）のみを用いた場合よりも、エミッタフォロワ回路３０の消費電力を低減することができる。具体的に、電圧源Ｖｃｃ２の電圧が６Ｖであり、電圧源Ｖｃｃ１の電圧が３．３Ｖの場合を例に挙げて説明する。ここでは、増幅セル５５の数ｎ＝９とする。仮に、エミッタフォロワ回路３０を電圧源Ｖｃｃ２の電圧６Ｖで駆動した場合には、たとえばエミッタフォロワ回路３０には６．２ｍＡの電流が流れ、エミッタフォロワ回路３０の消費電力は６Ｖ×６．２ｍＡ×９＝３３５ｍＷとなる。これに対し、エミッタフォロワ回路３０を電圧源Ｖｃｃ１の電圧３．３Ｖで駆動した場合には、たとえばエミッタフォロワ回路３０には６．７ｍＡの電流が流れ、エミッタフォロワ回路３０の消費電力は３．３Ｖ×６．７ｍＡ×９＝１９９ｍＷとなる。結果として、１３６ｍＷものエミッタフォロワ回路３０の消費電力の削減が可能となる。
【００６０】
なお、電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルおよび電圧源Ｖｃｃ２の一方の電圧源の電圧レベルは、他方の電圧源の電圧レベルを昇圧または降圧することによって作り出されてもよい。たとえば、電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルを、ＤＣ／ＤＣコンバータ等によって昇圧して、電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルを作り出してもよい。
【００６１】
ここで、差動回路１０、エミッタフォロワ回路２０、エミッタフォロワ回路３０および差動回路４０がこの順に設けられている差動増幅回路１の回路構成では、電圧源Ｖｃｃ１および電圧源Ｖｃｃ２のそれぞれの電圧レベルの変動によって、トランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間の電圧が変動する。この電圧が変動すると、ベース‐コレクタ間の容量値が変化する等の理由によりトランジスタ３１およびトランジスタ３２の特性が変化し、結果として、差動増幅回路１の特性が変動する（不安定になる）可能性がある。
【００６２】
そこで、実施形態に係る差動増幅回路１では、差動回路１０が、抵抗器１７および可変電流源Ｃｓｖ１を含む。抵抗器１７は、ノードＮ１と、電圧源Ｖｃｃ２との間に接続されている。可変電流源Ｃｓｖ１は、ノードＮ１と、グランドとの間に接続され、ノードＮ１からグランドに向かう電流を供給する。このように設けられた可変電流源Ｃｓｖ１は、抵抗器１７から抵抗器１５および抵抗器１６に向かって流れる電流とは別に抵抗器１７を流れる電流を増減する機能を有する。図２に示される例では、抵抗器１７から抵抗器１５および抵抗器１６に向かって流れる電流の合計は、上述したように電流源Ｃｓ１によって供給される直流電流に等しい。これは、差動回路１０において、差動入力信号に応じて電流源Ｃｓ１によって供給される直流電流が抵抗器１５および抵抗器１６のいずれか一方または両方に配分されることによる。従って、電流源Ｃｓ１によって供給される直流電流が抵抗器１７に流れることによって生じるノードＮ１の電位はそれらの電流値または抵抗値が変わらない限り一定となっている。しかし、可変電流源Ｃｓｖ１によって、電流源Ｃｓ１によって供給される直流電流とは別の可変電流を抵抗器１７からグランドに流し、それを増減させることでノードＮ１の電位を上下に調節することが可能になる。すなわち、可変電流源Ｃｓｖ１を流れる電流Ｉｃｏｍｐの大きさを変えることで、抵抗器１５および抵抗器１６を流れる電流とは独立にノードＮ１の電位を調節することができる。結果として、トランジスタ２１およびトランジスタ２２のベース電位、さらには、トランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース電位を調節できる。これにより、トランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間の電圧を調節することができる結果、電圧源Ｖｃｃ２および電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルの変動に対して差動増幅回路１の特性を安定化させることが可能になる。
【００６３】
一実施形態において、可変電流源Ｃｓｖ１は、電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルの変動量および電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルの変動量に応じた大きさの電流を生成するように制御される。これにより、トランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間の電圧を適切に調節できる。以下、その原理を説明する。
【００６４】
以下では、可変電流源Ｃｓｖ１の電流制御によるトランジスタ３１のベース‐コレクタ間の電圧の調節手法について説明する。説明において、下記のパラメータが用いられる。なお、トランジスタ３２のベース‐コレクタ間の電圧の調節についてはトランジスタ３１の場合と同様に説明できるので説明を省略する。
Ｉ１：電流源Ｃｓ１の電流値
Ｉｃｏｍｐ：可変電流源Ｃｓｖ１の電流値
Ｖｃｃ１：電圧源Ｖｃｃ１の電源電圧（グランドを基準とした電位）
Ｖｃｃ２：電圧源Ｖｃｃ２の電源電圧（グランドを基準とした電位）
ΔＶ１：Ｖｃｃ１の変動量
ΔＶ２：Ｖｃｃ２の変動量
Ｖｂｃ３１：トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧
Ｒｃｏｍｍ：抵抗器１７の抵抗値
Ｒｏｕｔ：抵抗器１５の抵抗値
Ｖｂｅ２１：トランジスタ２１のベース‐エミッタ間電圧
【００６５】
トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１は、以下の式（１）で表される。
【数１】
2019016982.tif 000003
【００６６】
上記式（１）において、（Ｉ１＋Ｉｃｏｍｐ）×Ｒｃｏｍｍは、抵抗器１７に生じる電圧降下の大きさを示す。（Ｉ１／２×Ｒｏｕｔ）は、抵抗器１５に生じる電圧降下の大きさ（差動回路１０の出力信号の平均電圧値）を示す。抵抗器１５に生じる電圧降下の大きさは、抵抗器１５を流れる電流の平均値をＩ１／２とした場合の電流値である。
【００６７】
ここで、電圧Ｖｃｃ１は、固定値（設定値）Ｖ１および変動量Δ１を用いて、以下の式（２）のように表すことができる。同様に、電圧Ｖｃｃ２は、固定値（設定値）Ｖ２および変動量Δ２を用いて、以下の式（３）のように表すことができる。固定値Ｖ１の例は、３．３Ｖである。変動量Δ１の例は、±０．１５Ｖ、±０．２Ｖまたは±０．３Ｖである。固定値Ｖ２の例は、４．５Ｖ、５．０Ｖまたは６．０Ｖである。固定値Ｖ１の値は、固定値Ｖ２の値よりも小さい。変動量Δ２の例は、±０．１５Ｖ、±０．２Ｖまたは±０．３Ｖである。なお、変動量Δ１、Δ２も含めて、電圧Ｖｃｃ１は電圧Ｖｃｃ２よりも小さくなっている。たとえば、Ｖｃｃ１の最大値Ｖ１＋ΔＶ１＝３．３Ｖ＋０．３Ｖ＝３．６Ｖは、Ｖｃｃ２の最小値Ｖ２−ΔＶ２＝４．５Ｖ−０．１５Ｖ＝４．３５Ｖよりも小さくなっている。
【数２】
2019016982.tif 000004
【数３】
2019016982.tif 000005
【００６８】
上記の式（２）および式（３）を上記の式（１）に代入して整理すると、以下の式（４）が得られる。
【数４】
2019016982.tif 000006
【００６９】
Ｉｃｏｍｐを以下の式（５）のように設定することによって、Δ１およびΔ２によるＶｂｃ３１の変動がキャンセル（補償）される。
【数５】
2019016982.tif 000007
【００７０】
上記の式（５）において、定数αは、電流Ｉｃｏｍｐにおける一定の大きさの電流値であり、たとえば、電流Ｉｃｏｍｐの制御範囲にわたって電流Ｉｃｏｍｐの大きさが０を下回らない値に設定される。定数αは、電圧源Ｖｃｃ１および電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルの変動に依らず流れる電流の大きさを示す。消費電力の観点からは、定数αは小さい方が望ましいが、小さすぎると、電源電圧変動に対するダイナミックレンジ、つまりトランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間の電圧の調節幅が確保しにくくなる。消費電力と調整との両立を考慮した場合、定数αは、たとえば１．３５ｍＡ程度に設定される。
【００７１】
上記の式（５）において、変動するパラメータは変動量Δ１および変動量Δ２である。したがって、差動増幅回路１においては、可変電流源Ｃｓｖ１を流れる電流Ｉｃｏｍｐを上記の式（５）で表されるように変動量Δ２と変動量Δ１との差（Δ２−Δ１）に応じた値に設定することで、変動量Δ１および変動量Δ２に起因するトランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間の電圧の変動を抑制することができる。たとえば、電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルおよび電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルが変動せず設計値通りの値（設定値）の場合には、可変電流源Ｃｓｖ１を流れる電流Ｉｃｏｍｐも設定値に制御される。電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルが設定値よりも低く変動し、電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルが設定値よりも高く変動する場合には、電流Ｉｃｏｍｐが設定値から増加するように可変電流源Ｃｓｖ１が制御される。電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルが設定値よりも高く変動し、電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルが設定値よりも低く変動する場合には、電流Ｉｃｏｍｐが設定値から減少するように可変電流源Ｃｓｖ１が制御される。電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルおよび電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルがいずれも設定値よりも高くなるか設定値よりも低くなる場合には、電流Ｉｃｏｍｐは設定値からそれぞれの変動量の差に応じて可変電流源Ｃｓｖ１が制御される。この場合に、たとえば、変動量Δ１と変動量Δ２の大きさが等しければ、電流Ｉｃｏｍｐは設定値から変化しないように可変電流源Ｃｓｖ１が制御される。可変電流源Ｃｓｖ１の構成例については、後に図５を参照して説明する。
【００７２】
また、本実施形態に係る差動増幅回路１において、上述のように可変電流源Ｃｓｖ１によってトランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース電位を調節すると、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のベース電位が変動する可能性がある。たとえばベース電位が低下すると、差動回路４０の同相利得が大きくなり（すなわち同相除去比が劣化し）、差動増幅回路１の安定性が損なわれる可能性がある。この理由は、たとえば次のように説明される。すなわち、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のベース電位が低下すると、トランジスタ４１およびトランジスタ４２の共通のエミッタの電位（以下、「共通エミッタ電位」と言う場合もある）も低下する。その結果、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のエミッタとグランドとの間に接続された電流源Ｃｓ４の両端間の電圧が小さくなる。電流源Ｃｓ４をインピーダンス素子で近似して表すと、電流源Ｃｓ４のインピーダンスが小さいほど、差動回路４０の同相利得が大きくなる。たとえば電流源Ｃｓ４がエミッタ接地タイプのバイポーラトランジスタで構成されている場合には、バイポーラトランジスタのコレクタ‐エミッタ間電圧が小さいほど（つまり共通エミッタ電位が低下するほど）、コレクタ電流の飽和特性によって、コレクタ‐エミッタ間のインピーダンスが小さくなる。したがって、上述のように、差動回路４０の同相利得が大きくなってしまう。
【００７３】
そこで、実施形態に係る差動増幅回路１では、エミッタフォロワ回路３０が、抵抗器３３、可変電流源Ｃｓｖ２、抵抗器３４および可変電流源Ｃｓｖ３を含む。抵抗器３３は、トランジスタ３１のエミッタとトランジスタ４１のベースとの間に接続され、可変電流源Ｃｓｖ２は、ノードＮ４から抵抗器３３に向かう電流を供給する。抵抗器３４は、トランジスタ３２のエミッタとトランジスタ４２のベースとの間に接続され、可変電流源Ｃｓｖ３は、ノードＮ５から抵抗器３４に向かう電流を供給する。なお、トランジスタ４１およびトランジスタ４２がいずれもバイポーラトランジスタの場合には、可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３がそれぞれ供給する電流は、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のそれぞれのベースにも流れ込むことが考えられる。しかし、ここではそのようなベース電流の増加は十分に小さく、無視できると考えることにする。特に、トランジスタ４１およびトランジスタ４２がいずれもＭＯＳＦＥＴの場合にはゲートには直流電流はほとんど流れないので、そのような増分を考える必要は無くなる。可変電流源Ｃｓｖ２を流れる電流を変えることで、抵抗器３３を流れる電流を調節することができる。可変電流源Ｃｓｖ３を流れる電流を変えることで、抵抗器３４を流れる電流を調節することができる。これらの電流調節により、抵抗器３３および抵抗器３４に生じる電圧降下を利用して、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のベース電位を調節することができる。これにより、可変電流源Ｃｓｖ１に起因するトランジスタ４１およびトランジスタ４２のベース電位の変動を抑制し、差動増幅回路１の特性を安定化させることができる。
【００７４】
一実施形態において、可変電流源Ｃｓｖ２は、電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルの変動量に応じた大きさの電流を生成するように制御される。また、可変電流源Ｃｓｖ３は、電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルの変動量に応じた大きさの電流を生成するように制御される。これにより、次に説明するように、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のベース電位を調節できる。
【００７５】
可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３の電流制御によるトランジスタ４１のベース電位の調節手法について説明する。説明において、以下のパラメータが用いられる。なお、トランジスタ４２のベース電位についてはトランジスタ４１のベース電位と同様に説明できるので説明を省略する。
Ｉｌｓａ：可変電流源Ｃｓｖ２の電流値（第２の補償電流）
Ｖｂ４１：トランジスタ４１のベース電位（グランドを基準とした電位）
Ｖｂ３１：トランジスタ３１のベース電位（グランドを基準とした電位）
Ｖｂｅ３１：トランジスタ３１のベース‐エミッタ間電圧
Ｒｌｓ：抵抗器３３の抵抗値
【００７６】
トランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１は、以下の式（６）で表される。なお、第２の補償電流Ｉｌｓａが抵抗器３７に流れ込むことによってノードＮ２の電位は高くなり、それによってトランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１も高くなる。しかし、抵抗器３７の抵抗値が抵抗器３３の抵抗値よりも十分に小さければ、そのような影響は実用上無視することができる。ここでは、たとえば、抵抗器３７の抵抗値は抵抗器３３の抵抗値の１／１０以下であるとして、抵抗器３７の電圧上昇は省いている。同様に、第３の補償電流が抵抗器３８に流れ込むことによるノードＮ４の電位上昇も省いている。
【数６】
2019016982.tif 000008
【００７７】
ここで、トランジスタ３１のベース電位Ｖｂ３１は、上記の式（５）も考慮すると、以下の式（７）で表される。
【数７】
2019016982.tif 000009
【００７８】
この場合、Ｉｌｓａを以下の式（８）のように設定することによって、Ｖｂ３１の変動がキャンセル（補償）される。
【数８】
2019016982.tif 000010
【００７９】
上記の式（８）において、定数βは、電流Ｉｌｓａにおける一定の大きさの電流値であり、たとえば、たとえば、電流Ｉｌｓａの制御範囲にわたって電流Ｉｌｓａの大きさが０を下回らない値に設定される。
【００８０】
上記の式（８）において、変動するパラメータは変動量Δ１である。したがって、差動増幅回路１においては、可変電流源Ｃｓｖ２を流れる電流Ｉｌｓａを上記の式（８）で表されるように変動量Δ１に応じた値に設定することで、変動量Δ１に起因するトランジスタ４１のベース電位の変動を抑制することができる。同様に、可変電流源Ｃｓｖ３を流れる電流Ｉｌｓｂを上記の式（８）で表される電流Ｉｌｓａように変動量Δ１に応じた値に設定することで、変動量Δ１に起因するトランジスタ４２のベース電位の変動を抑制することができる。
【００８１】
図３は、差動増幅回路１のシミュレーション結果の例を示す図である。図３の（ａ１）、（ｂ１）および（ｃ１）に示されるグラフでは、横軸が電圧源Ｖｃｃ２の変動量Δ２を示し、縦軸がトランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３２を示す。図３の（ａ２）、（ｂ２）および（ｃ２）に示されるグラフでは、横軸が電圧源Ｖｃｃ２の変動量Δ２を示し、縦軸がトランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１およびトランジスタ４２のベース電位Ｖｂ４２を示す。このシミュレーションでは、抵抗器１７の抵抗値Ｒｃｏｍｍは１００Ωであり、抵抗器３３および抵抗器３４の抵抗値Ｒｌｓはいずれも３ｋΩであり、コンデンサ３５およびコンデンサ３６の容量値Ｃｌｓはいずれも１０ｐＦである。また、各電流源の容量値は、５０ｆＦである。電圧源Ｖｃｃ１の電圧Ｖｃｃ１の設定値Ｖ１は、３．３Ｖである。電圧源Ｖｃｃ２の電圧Ｖｃｃ２の設定値Ｖ２は、６．０Ｖである。グラフ中、実線で示される特性は、電圧源Ｖｃｃ１の変動量Δ１が−０．３Ｖ（つまりＶｃｃ１＝３．０Ｖ）の場合の特性を示す。グラフ中、波線で示される特性は、電圧源Ｖｃｃ１の変動量Δ１が＋０．３Ｖ（つまりＶｃｃ１＝３．６Ｖ）の場合の特性を示す。
【００８２】
図３の（ａ１）および（ａ２）は、電流Ｉｃｏｍｐおよび電流Ｉｌｓａ、Ｉｌｓｂがいずれも０で一定の場合のシミュレーション結果である。すなわち、差動増幅回路１において、差動回路１０が可変電流源Ｃｓｖ１を有さず、エミッタフォロワ回路３０が抵抗器３３、抵抗器３４、コンデンサ３５、コンデンサ３６、可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３を有さない（トランジスタ３１のエミッタとトランジスタ４１のベースとが直接接続され、トランジスタ３２のエミッタとトランジスタ４２のベースとが直接接続された）構成の回路のシミュレーション結果である。この場合、図３の（ａ１）に示されるように、変動量Δ２に応じてトランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３２が変動する。たとえば実線に示されるような変動量Δ１が−０．３Ｖという条件では、変動量Δ２が＋０．２Ｖのとき（つまり電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルが６．２Ｖまで上昇すると）、トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３２が３００ｍＶを上回る。また、図３の（ａ２）に示されるように、変動量Δ２に応じてトランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１およびトランジスタ４２のベース電位Ｖｂ４２が変動する。たとえば破線に示されるように変動量Δ１が＋０．３Ｖという条件では、Δ２が−０．２Ｖのとき（つまり電圧源Ｖｃｃ２の電圧レベルが５．８Ｖまで低下すると）、トランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１およびトランジスタ４２のベース電位Ｖｂ４２が２．４Ｖを下回る。
【００８３】
図３の（ｂ１）および（ｂ２）は、電流Ｉｃｏｍｐが上述の式（５）に示される大きさとなるように可変電流源Ｃｓｖ１が制御される場合のシミュレーション結果である。ただし、電流Ｉｌｓａ、Ｉｌｓｂは、図３の（ａ１）および（ａ２）と同様に０に設定されている。この場合、トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１は、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさにかかわらず、ほぼ一定の値となっている。図３の（ａ１）のようにベース‐コレクタ間電圧間Ｖｂｃ３１およびＶｂｃ３２が３００ｍＶを上回るといったことはない。ただし、可変電流源Ｃｓｖ１の制御のみを導入したため、図３の（ｂ２）に示されるように、トランジスタ４１のベース電位Ｖ４１ｂおよびトランジスタ４２のベース電位Ｖｂ４２が、変動量Δ１の大きさに応じて変動する。
【００８４】
図３の（ｃ１）および（ｃ２）は、電流Ｉｃｏｍｐが上述の式（５）に示される大きさとなるように可変電流源Ｃｓｖ１が制御され、かつ、電流Ｉｌｓａ、Ｉｌｓｂが上述の式（８）に示される大きさとなるように可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３が制御される場合のシミュレーション結果である。この場合、図３の（ｃ１）に示されるようにトランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧が安定化することに加えて、図３の（ｃ２）に示されるように、トランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１およびトランジスタ４２のベース電位Ｖｂ４２は、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさにかかわらず、ほぼ一定の値となっている。図３の（ａ２）のようにベース電位Ｖｂ４１およびＶｂ４２が２．４Ｖを下回るといったことはない。
【００８５】
図４は、小信号でのシミュレーション結果を示す。図４の（ａ１）、（ｂ１）および（ｃ１）に示されるグラフでは、横軸が周波数を示し、縦軸が差動増幅回路１の差動利得を示す。図４の（ａ２）、（ｂ２）および（ｃ２）に示されるグラフでは、横軸が周波数を示し、縦軸が同相利得を示す。グラフにおいて、４種類の線が示される。各線は、以下の条件での特性を示す。
実線：変動量Δ１＝−０．３Ｖ、変動量Δ２＝−０．２Ｖ
破線：変動量Δ１＝−０．３Ｖ、変動量Δ２＝＋０．２Ｖ
一点鎖線：変動量Δ１＝＋０．３Ｖ、変動量Δ２＝−０．２Ｖ
二点鎖線：変動量Δ１＝＋０．３Ｖ、変動量Δ２＝＋０．２Ｖ
その他の条件は、図４の（ａ１）および（ａ２）と、図３の（ａ１）および（ａ２）とで同じである。図４の（ｂ１）および（ｂ２）と、図３の（ｂ１）および（ｂ２）とで同じである。図４の（ｃ１）および（ｃ２）と、図３の（ｃ１）および（ｃ２）とで同じである。
【００８６】
先に説明したように、図３の（ａ１）においては、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさに応じて、トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３２が変動する。したがって、図４の（ａ１）に示されるように、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさに応じて、差動増幅回路１の差動利得ＳＤＤ２１が異なる挙動を示し、差動増幅回路１の特性が不安定になる。これは、トランジスタ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧の上昇によるベース‐コレクタ間容量の変動に起因するものと考えられる。たとえば、波線で示されるような変動量Δ１＝−０．３Ｖ、変動量Δ２＝＋０．２Ｖというベース‐コレクタ間電圧の上昇を伴うような条件で、差動利得ＳＤＤ２１の低下が顕在化する。
【００８７】
また、図３の（ａ２）においては、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさに応じて、トランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１およびトランジスタ４２のベース電位Ｖｂ４２が変動する。したがって、図４の（ａ２）に示されるように、差動増幅回路１の同相利得ＳＣＣ２１が、変動量Δ１および変動量Δ２に応じて異なる挙動を示し、差動増幅回路１の特性が不安定になる。たとえば、実線で示されるような変動量Δ１＝−０．３Ｖ、変動量Δ２＝−０．２Ｖというベース電位の低下を伴うような条件では、同相利得ＳＣＣ２１の上昇（同相除去比の劣化）が顕在化する。
【００８８】
また、図３の（ｂ１）においては、トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３２が、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさにかかわらず、ほぼ一定の値となっている。したがって、図４の（ｂ１）に示されるように、差動増幅回路１の差動利得ＳＤＤ２１が、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさによらずほぼ一定の値となっている。その結果、トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧の変動に起因する差動増幅回路１の不安定性が解消される。
【００８９】
代わりに、図３の（ｂ２）においては、トランジスタ４１のベース電位Ｖ４１ｂおよびトランジスタ４２のベース電位Ｖ４２ｂが、変動量Δ１の大きさに応じて変動する。したがって、図４の（ｂ２）に示されるように、差動増幅回路１の同相利得ＳＣＣ２１が、変動量Δ１の大きさに応じて変動する。この例では、波線で示されるような変動量Δ１＝−０．３Ｖ、変動量Δ２＝＋０．２Ｖというベース電位の低下を伴う条件では、周波数ｆ＝２５Ｈｚにおいて同相利得ＳＣＣ２１が最も大きくなる（同相除去比がもっとも劣化する）。
【００９０】
図３の（ｃ１）においては、図３の（ｂ１）と同様に、トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３１およびトランジスタ３２のベース‐コレクタ間電圧Ｖｂｃ３２が、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさにかかわらず、ほぼ一定の値となっている。したがって、図４の（ｃ１）に示されるように、差動増幅回路１の差動利得ＳＤＤ２１が、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさによらずほぼ一定の値となっている。その結果、トランジスタ３１のベース‐コレクタ間電圧の変動に起因する差動増幅回路１の不安定性が解消される。
【００９１】
また、図３の（ｃ２）においては、トランジスタ４１のベース電位Ｖｂ４１およびトランジスタ４２のベース電位Ｖｂ４２が、変動量Δ１および変動量Δ２の大きさにかかわらず、ほぼ一定の値となっている。したがって、図４の（ｃ２）に示されるように、変動量Δ１の大きさに対する差動増幅回路１の同相利得ＳＣＣ２１の変動量は、図４の（ｂ２）に示される場合よりも小さくなっている。たとえば波線で示される特性について見ると、周波数ｆ＝２５Ｇｈｚにおいて、同相利得ＳＣＣ２１が、図４の（ｂ２）の場合と比較して、１ｄＢ程度改善している。
【００９２】
以上のシミュレーション結果より、実施形態に係る差動増幅回路１では、電圧源Ｖｃｃ２および電圧源Ｖｃｃ１の電圧レベルの変動に対して、差動増幅回路１の特性が安定化されることが確認された。
【００９３】
図５は、可変電流源Ｃｓｖ１の構成例を示す図である。この例では、可変電流源Ｃｓｖ１は、比較器ＣＰ１と、トランジスタＭ１と、トランジスタＭ２とを含む。
【００９４】
比較器ＣＰ１には、変動量Δ１に依存する電圧Ｖ（Δ１）と、変動量Δ２に依存する電圧Ｖ（Δ２）とが入力される。電圧Ｖ（Δ１）は、たとえば変動量Δ１と同じ大きさの電圧レベルを有してもよいし、変動量Δ１の大きさに比例する大きさの電圧レベルを有してもよい。電圧Ｖ（Δ２）は、たとえば変動量Δ２と同じ大きさの電圧レベルを有してもよいし、変動量Δ２の大きさ比例する電圧レベルを有してもよい。比較器ＣＰ１は、電圧Ｖ（Δ１）と電圧Ｖ（Δ２）との比較結果に基づく電流を、出力端子に出力する。比較器ＣＰ１の出力端子を流れる電流を、電流Ｉｃｐ１と称し図示する。電流Ｉｃｐ１は、電圧Ｖ（Δ１）と電圧（Δ２）との差に応じた大きさの電流である。この例では、電流Ｉｃｐ１は、比較器ＣＰ１からトランジスタＭ１に向かう電流である。
【００９５】
トランジスタＭ１は、たとえばｎ型のＭＯＳＦＥＴである。トランジスタＭ１のゲートおよびドレインは、比較器ＣＰ１の出力端子に接続される。トランジスタＭ１のソースは、グランドに接続される。
【００９６】
トランジスタＭ２は、トランジスタＭ１と同様にたとえばｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタＭ１とともにカレントミラー回路を構成する。トランジスタＭ２のゲートは、トランジスタＭ１のゲートに接続される。トランジスタＭ２のソースは、グランドに接続される。トランジスタＭ２のドレインには、可変電流源Ｃｓｖ１によって供給される電流Ｉｃｏｍｐが流れる。
【００９７】
トランジスタＭ１およびトランジスタＭ２がカレントミラー回路を構成しているので、電流Ｉｃｏｍｐは、電流Ｉｃｐ１に対応した大きさの電流となる。したがって、電流Ｉｃｐ１の大きさが、先に説明した式（５）に示される電流と同じ大きさまたはそれに比例した大きさとなるように、比較器ＣＰ１が設計される。そのような比較器ＣＰ１は、たとえば、差動回路およびエミッタフォロワ回路を含んで構成され得る。差動回路には、たとえば、電圧Ｖｃｃ１を複数の抵抗器によって分圧した電圧と、電圧Ｖｃｃ２を複数の抵抗器によって分圧した電圧とが入力される。差動回路からは、差動対を構成する一対のトランジスタのうちの一方のトランジスタ（たとえば電圧Ｖｃｃ２を分圧した電圧がベースに入力されるトランジスタ）のコレクタ信号のみが出力され、このコレクタ信号が、エミッタフォロワ回路を介して電流Ｉｃｐ１となり、比較器ＣＰ１から出力される。
【００９８】
図６は、可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３の構成例を示す図である。この例では、可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３は、比較器ＣＰ２と、トランジスタＭ３と、トランジスタＭ４と、トランジスタＭ５とを含む。
【００９９】
比較器ＣＰ２には、変動量Δ１に依存する電圧Ｖ（Δ１）が入力される。また、基準信号Ｖｒｅｆも、比較器ＣＰ２に入力される。比較器ＣＰ２は、電圧Ｖ（Δ１）と基準信号Ｖｒｅｆの電圧レベルとの比較結果に基づく電流を、出力端子に出力する。比較器ＣＰ２の出力端子を流れる電流を電流Ｉｃｐ２と称し図示する。電流Ｉｃｐ２は、電圧Ｖ（Δ１）と基準信号Ｖｒｅｆの有する電圧レベルとの差に応じた大きさの電流である。この例では、電流Ｉｃｐ２は、トランジスタＭ３から比較器ＣＰ２に向かう電流である。
【０１００】
トランジスタＭ３は、たとえばｐ型のＭＯＳＦＥＴである。トランジスタＭ３のゲートおよびＭ３のドレインは、比較器ＣＰ２の出力端子に接続される。トランジスタＭ３のソースは、電圧源Ｖｃｃ１に接続される。
【０１０１】
トランジスタＭ４およびトランジスタＭ５は、トランジスタＭ３と同様にたとえばｐ型のＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタＭ３とともにカレントミラー回路を構成する。トランジスタＭ４のゲートおよびトランジスタＭ５のゲートは、トランジスタＭ３のゲートに接続される。トランジスタＭ４のソースおよびトランジスタＭ５のソースは、電圧源Ｖｃｃ１に接続される。トランジスタＭ４のドレインには、可変電流源Ｃｓｖ２によって供給される電流Ｉｌｓａが流れる。トランジスタＭ５のドレインには、可変電流源Ｃｓｖ３によって供給される電流Ｉｌｓｂが流れる。
【０１０２】
トランジスタＭ３、トランジスタＭ４およびトランジスタＭ５がカレントミラー回路を構成しているので、電流Ｉｌｓａ、Ｉｌｓｂは、電流Ｉｃｐ２に対応した大きさの電流となる。したがって、電流Ｉｃｐ２の大きさが、先に説明した式（８）に示される電流と同じ大きさまたはそれに比例した大きさとなるように、比較器ＣＰ２が設計される。そのような比較器ＣＰ２は、たとえば、差動回路およびエミッタフォロワ回路を含んで構成され得る。差動回路には、たとえば、電圧Ｖｃｃ１を複数の抵抗器によって分圧した電圧と、基準信号Ｖｒｅｆの電圧を複数の抵抗器によって分圧した電圧とが入力される。差動回路からは、差動対を構成する一対のトランジスタのうちの一方のトランジスタ（たとえばＶｃｃ１を分圧した電圧がベースに入力されるトランジスタ）のコレクタ信号のみが出力され、このコレクタ信号が、エミッタフォロワ回路を介して電流Ｉｃｐ２として比較器ＣＰ２に引き込まれる。
【０１０３】
なお、電流Ｉｃｏｍｐを供給する可変電流源Ｃｓｖ１、電流Ｉｌｓａおよび電流Ｉｌｓｂを供給する可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３等の消費電力は、概ね２０〜３０ｍＷ程度と見積もられる。上述のようにエミッタフォロワ回路３０の電圧源として電圧源Ｖｃｃ１を用いることによるエミッタフォロワ回路３０の消費電力の削減量がたとえば１３６ｍＷもあるので、可変電流源Ｃｓｖ１、可変電流源Ｃｓｖ２および可変電流源Ｃｓｖ３の消費電力を考慮したとしても、差動増幅回路１全体としての消費電力は依然として大幅に削減されることになる。
【符号の説明】
【０１０４】
１…差動増幅回路、１０、４０…差動回路、２０、３０…エミッタフォロワ回路、１１〜１４、２１、２２、３１、３２、４１〜４４、Ｍ１〜Ｍ５…トランジスタ、１５〜１７、２３、２４、３３、３４、３７、３８、５２Ａ、５２Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ…抵抗器、１８、３５、３６、５３…コンデンサ、５０…ＴＷＡ、５１Ａ、５１Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ…伝送線路、５５…増幅セル、Ｃｓ１、Ｃｓ４…電流源、Ｃｓｖ１〜Ｃｓｖ３…可変電流源、Ｌ１、Ｌ２…電源線、Ｎ１〜Ｎ５…ノード、Ｔ１〜Ｔ４…端子、ＣＰ１、ＣＰ２…比較器、Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２…電圧源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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