(57)【要約】【課題】クランプ電圧を精度良く自由に設定でき、閾値バラツキ及びバックゲートバイアス変動によるクランプ電圧のバラツキを抑えることが可能な増幅回路を得る。【解決手段】反転増幅器１と、反転増幅器１に接続される正クランプトランジスタＰ１及び負クランプトランジスタＮ１と、正クランプトランジスタＰ１の入力側に接続される正電位設定部２と、負クランプトランジスタＮ１の入力側に接続される負電位設定部３とを備える。【選択図】　　　　　図１
2004140455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を入力し、前記入力信号の増幅信号を出力する増幅器を含む反転増幅器と、
前記増幅信号が正クランプ電圧以上になると電圧をクランプする正クランプトランジスタと、
前記正クランプ電圧から前記正クランプトランジスタの有する閾値電圧の絶対値を減算し、前記正クランプトランジスタのゲート端子に出力する正電位設定部と、
前記増幅信号が負クランプ電圧以下になると電圧をクランプする負クランプトランジスタと、
前記負クランプ電圧から前記負クランプトランジスタの有する閾値電圧の絶対値を加算し、前記負クランプトランジスタのゲート端子に出力する負電位設定部
とを備えることを特徴とする増幅回路。
【請求項２】
前記正クランプトランジスタは、
前記正電位設定部の出力側に接続されたゲート端子と、
前記増幅器の出力端子に接続されたソース端子と、
前記増幅器の負入力端子に接続されたドレイン端子
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記負クランプトランジスタは、
前記負電位設定部の出力側に接続されたゲート端子と、
前記増幅器の出力端子に接続されたソース端子と、
前記増幅器の負入力端子に接続されたドレイン端子
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記正電位設定部は、
前記増幅器の正入力端子をソース端子に、高位電源をバックゲート端子にそれぞれ接続する正電圧設定トランジスタと、
前記正クランプトランジスタのゲート端子と前記高位電源との間に接続される第１の定電流源と、
低位電源と前記正電圧設定トランジスタのドレイン端子及びゲート端子との間に接続される第２の定電流源と、
前記第１の定電流源と前記正電圧設定トランジスタのドレイン端子及びゲート端子との間に接続される電圧設定抵抗
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
【請求項５】
前記負電位設定部は、
前記増幅器の正入力端子をソース端子に、低位電源をバックゲート端子にそれぞれ接続する負電圧設定トランジスタと、
前記負電圧設定トランジスタのドレイン端子と高位電源との間に接続される第３の定電流源と、
一端を前記負電圧設定トランジスタのドレイン端子及びゲート端子に接続される電圧設定抵抗と、
前記低位電源と前記電圧設定抵抗の他端及び前記負クランプトランジスタのゲート端子との間に接続される第４の定電流源
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
【請求項６】
前記反転増幅器は、
負入力端子、正入力端子、及び出力端子を有する増幅器と、
信号入力端子と前記負入力端子との間に接続される第１の抵抗と、
前記負入力端子と前記出力端子との間に接続される第２の抵抗
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅回路に係り、特に出力電圧をクランプする増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、図４に示すような、反転増幅器１０１と、反転増幅器１０１に接続されるクランプ回路１０２とにより構成される増幅回路が知られている。図４において反転増幅器１０１は、正入力端子、負入力端子、及び出力端子を有する増幅器１０３と、入力端子１５１と負入力端子との間に接続される抵抗Ｒ１０１と、増幅器１０３の負入力端子と出力端子との間に接続される抵抗Ｒ１０２により構成される。また、クランプ回路１０２は、ソース端子を増幅器１０３の出力端子に、ゲート端子及びドレイン端子を増幅器１０３の負入力端子に、バックゲート端子をグランドＧＮＤにそれぞれ接続するｎＭＯＳトランジスタＮ１０１と、ソース端子を増幅器１０３の負入力端子に、ゲート端子及びドレイン端子を増幅器１０３の出力端子に、バックゲート端子をグランドＧＮＤにそれぞれ接続するｎＭＯＳトランジスタＮ１０２とにより構成される。入力端子１５２は、増幅器１０３の正入力端子に接続される。出力端子１５３は、増幅器１０３の出力端子に接続される。
【０００３】
図４に示す増幅回路は、先ず増幅器１０３の正入力端子から基準電圧Ｖｒｅｆを入力し、負入力端子から入力信号ＩＳを入力する。反転増幅器１０１は、抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２によって決まる増幅比に従い、入力端子から入力される入力信号ＩＳを反転増幅し出力端子から増幅信号ＡＳを出力する。ｎＭＯＳトランジスタＮ１０１は、増幅信号ＡＳの電位が基準電圧Ｖｒｅｆに対しｎＭＯＳトランジスタＮ１０１の閾値Ｖｔｈｎ以下となると増幅信号ＡＳの電圧をクランプする。ｎＭＯＳトランジスタＮ１０２は、増幅信号ＡＳの電位が基準電圧Ｖｒｅｆに対し閾値Ｖｔｈｎ以上になると増幅信号ＡＳの電圧をクランプする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４に示す増幅回路では、クランプされる電圧がｎＭＯＳトランジスタＮ１０１、Ｎ１０２の閾値Ｖｔｈｎによって決まるため、クランプ電圧を自由に設定できない問題があった。また、ｎＭＯＳトランジスタＮ１０１、Ｎ１０２の閾値Ｖｔｈｎは、製造工程等のばらつきによりクランプ電圧が均一にならない問題もあった。また、ｎＭＯＳトランジスタＮ１０１、Ｎ１０２のバックゲート端子に印加される電圧がグランドＧＮＤの電位の時、図５に示すように、正クランプ電圧ＶＬ１００及び負クランプ電圧ＶＬ２００の基準電圧Ｖｒｅｆからの電圧差はそれぞれ異なる値となる。すなわち、ｎＭＯＳトランジスタＮ１０１、Ｎ１０２のソース端子に印加される電圧の違いにより閾値Ｖｔｈｎがそれぞれ変動するため、正側と負側のクランプ電圧の違いや、設定ズレ等のバラツキを生じる問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、クランプ電圧を精度良く自由に設定でき、且つ閾値のバラツキ及びバックゲートバイアス変動によるクランプ電圧のバラツキを抑えることが可能な増幅回路を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、入力信号を入力し、入力信号の増幅信号を出力する増幅器を含む反転増幅器と、増幅信号が正クランプ電圧以上になると電圧をクランプする正クランプトランジスタと、正クランプ電圧から正クランプトランジスタの有する閾値電圧の絶対値を減算し、正クランプトランジスタのゲート端子に出力する正電位設定部と、増幅信号が負クランプ電圧以下になると電圧をクランプする負クランプトランジスタと、負クランプ電圧から負クランプトランジスタの有する閾値電圧の絶対値を加算し、負クランプトランジスタのゲート端子に出力する正電位設定部とを備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明の特徴によれば、クランプ電圧を精度良く自由に設定でき、且つ閾値のバラツキ及びバックゲートバイアス変動によるクランプ電圧のバラツキを抑えることが可能な増幅回路を提供できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る増幅回路は、図１に示すように、入力信号ＩＳを入力し、入力信号ＩＳの増幅信号ＡＳを出力する増幅器６を含む反転増幅器１と、増幅信号ＡＳが正クランプ電圧Ｖｃｐ以上になると増幅信号ＡＳの電圧をクランプする正クランプトランジスタ（ｐＭＯＳトランジスタ）Ｐ１と、正クランプ電圧Ｖｃｐに正クランプトランジスタＰ１の有する閾値電圧の絶対値Ｖｔｈｐを減算し、正クランプトランジスタＰ１のゲート端子に出力する正電位設定部２と、増幅信号ＡＳが負クランプ電圧Ｖｃｎ以下になると増幅信号ＡＳの電圧をクランプする負クランプトランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）Ｎ１と、負クランプ電圧Ｖｃｎに負クランプトランジスタＮ１の有する閾値電圧の絶対値Ｖｔｈｎを加算し、負クランプトランジスタＮ１のゲート端子に出力する負電位設定部３とを備える。正クランプトランジスタＰ１は、正電位設定部２の出力側に接続されたゲート端子と、増幅器６の出力端子に接続されたソース端子と、増幅器６の負入力端子に接続されたドレイン端子を備える。負クランプトランジスタＮ１は、負電位設定部３の出力側に接続されたゲート端子と、増幅器６の出力端子に接続されたソース端子と、増幅器６の負入力端子に接続されたドレイン端子とを備える。
【００１０】
反転増幅器１は、負入力端子、正入力端子、及び出力端子とを有する増幅器６と、信号入力端子５１と負入力端子との間に接続される第１の抵抗Ｒ１と、負入力端子と出力端子との間に接続される第２の抵抗Ｒ２とを備える。増幅器６の正入力端子は、基準電圧入力端子５２に接続される。増幅器６の出力端子は、増幅信号出力端子５３に接続される。
【００１１】
正電位設定部２は、増幅器６の正入力端子をソース端子に、高位電源ＶＣＣをバックゲート端子にそれぞれ接続する正電圧設定トランジスタ（ｐＭＯＳトランジスタ）Ｐ２と、正クランプトランジスタＰ１のゲート端子と高位電源ＶＣＣとの間に接続される第１の定電流源１０と、低位電源ＶＳＳと正電圧設定トランジスタＰ２のドレイン端子及びゲート端子との間に接続される第２の定電流源１１と、第１の定電流源１０と正電圧設定トランジスタＰ２のドレイン端子及びゲート端子との間に接続される電圧設定抵抗Ｒ３とを備える。
【００１２】
負電位設定部３は、増幅器６の正入力端子をソース端子に、低位電源ＶＳＳをバックゲート端子にそれぞれ接続する負電圧設定トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）Ｎ２と、負電圧設定トランジスタＮ２のドレイン端子及びゲート端子と高位電源ＶＣＣとの間に接続される第３の定電流源１２と、一端を負電圧設定トランジスタＮ２のドレイン端子及びゲート端子に接続される電圧設定抵抗Ｒ４と、低位電源ＶＳＳと電圧設定抵抗Ｒ４の他端及び負クランプトランジスタＮ１のゲート端子との間に接続される第４の定電流源１３とを備える。
【００１３】
第１の定電流源１０及び第３の定電流源１２は、例えば、図２（ａ）に示すように、ソース端子を高位電源ＶＣＣに接続する第１のトランジスタＰ１０と、低位電源ＶＳＳと第１のトランジスタＰ１０のドレイン端子及びゲート端子との間に接続される抵抗Ｒ１１と、ゲート端子を第１のトランジスタＰ１０のドレイン端子及びゲート端子に、ドレイン端子を電流入力端子５６に、ソース端子を高位電源ＶＣＣにそれぞれ接続する第２のトランジスタＰ１１とをそれぞれ備える。
【００１４】
また、第２の定電流源１１及び第４の定電流源１３は、例えば、図２（ｂ）に示すように、ソース端子を低位電源ＶＳＳに接続する第１のトランジスタＮ１０と、高位電源ＶＣＣと第１のトランジスタＮ１０のドレイン端子及びゲート端子との間に接続される抵抗Ｒ１０と、ゲート端子を第１のトランジスタＮ１０のドレイン端子及びゲート端子に、ドレイン端子を電流入力端子５５に、ソース端子を低位電源ＶＳＳにそれぞれ接続する第２のトランジスタＮ１１とをそれぞれ備える。
【００１５】
以下、図１を参照しながら、本発明の実施の形態に係る増幅回路の動作を、図３を用いて説明する。ただし、増幅回路に入力される入力信号ＩＳは、模式的に正弦波であるとする。
【００１６】
（イ）先ず、時刻ｔ１より前において、正電位設定部２は、基準電圧Ｖｒｅｆに正クランプトランジスタＰ１の有する閾値電圧の絶対値｜Ｖｔｈｐ｜を減算し、電圧設定抵抗Ｒ３に一定の電流を流すことで発生する正設定電圧Ｖｐｓを加算した正クランプ制御電圧ＶＳＨを出力する。また、負電位設定部３は、基準電圧Ｖｒｅｆから負クランプトランジスタＮ１の閾値電圧の絶対値｜Ｖｔｈｎ｜を加算し、負電位電圧設定抵抗Ｒ４に一定の電流を流すことで発生する負設定電圧Ｖｎｓを減算した負クランプ制御電圧ＶＳＬを出力する。負クランプ制御電圧ＶＳＬが負クランプトランジスタＮ１のゲート端子に出力される。
【００１７】
（ロ）次に、時刻ｔ１において、反転増幅器１の出力端子から出力される増幅信号ＡＳの電圧は、基準電圧入力端子５２から入力される基準電圧Ｖｒｅｆに正設定電圧Ｖｐｓを加算した正クランプ電圧ＶＬ１に達する。増幅信号ＡＳの電圧がクランプ電圧ＶＬ１に達すると、正クランプトランジスタＰ１は増幅器６の出力端子と負入力端子との間を導通し、反転増幅器１の出力電圧をクランプする。
【００１８】
（ハ）次に、時刻ｔ２において、増幅信号ＡＳはクランプ電圧ＶＬ１から減少を開始する。このとき、反転増幅器１は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２によって決まる増幅比に従い、負入力端子から入力される入力信号ＩＳを増幅した増幅信号ＡＳを増幅信号出力端子５３から出力する。
【００１９】
（ニ）次に、時刻ｔ３において、増幅信号ＡＳの電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆに正設定電圧Ｖｎｓを減算した負クランプ電圧ＶＬ２に達する。増幅信号ＡＳの電圧が負クランプ電圧ＶＬ２に達すると、負クランプトランジスタＮ１は増幅器６の出力端子と負入力端子との間を導通し、反転増幅器１の出力電圧をクランプする。
【００２０】
（ホ）次に、時刻ｔ４において、増幅信号ＡＳが負設定電圧ＶＬ２から増大を開始すると、反転増幅器１は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２によって決まる増幅比に従い、基準電圧Ｖｒｅｆを増幅し、増幅信号出力端子５３から増幅信号ＡＳを出力する。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る増幅回路によれば、クランプ電圧を精度良く自由に設定でき、且つ閾値バラツキ及びバックゲートバイアス変動によるクランプ電圧のバラツキを抑えることが可能となる。
【００２２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明はこの開示の一部をなす論述及び図面がこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００２３】
例えば、既に述べた実施の形態においては、図１に示した電圧設定抵抗Ｒ３及びＲ４は固定抵抗として説明しているが、可変抵抗とすることが可能である。また、電圧設定抵抗Ｒ３及びＲ４は、ダイオード接続されるトランジスタのオン抵抗とすることも可能であり、ダイオード接続されるトランジスタを直列に接続することで電圧設定を行うことができるとしてもよい。
【００２４】
更に、図１に示す反転増幅器１、正電位設定部２、負電位設定部３、正クランプトランジスタＰ１、及び負クランプトランジスタＮ１は、同一の半導体集積回路基板上に集積化した半導体集積回路とすることが可能である。
【００２５】
また、図１に示す反転増幅器１は、入力信号ＩＳと逆位相の増幅信号ＡＳを出力するが、入力信号ＩＳを増幅器６の正入力端子側に入力し、基準電圧Ｖｒｅｆを負入力端子側に入力するとして、入力信号ＩＳと同位相の増幅信号ＡＳを出力する非正転増幅器であるとしてもよい。
【００２６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、クランプ電圧を精度良く自由に設定でき、且つ閾値バラツキ及びバックゲートバイアス変動によるクランプ電圧のバラツキを抑えることが可能な増幅回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る増幅回路を説明する図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る増幅回路の定電流源の回路例を説明する図である。
図２（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る増幅回路の定電流源の回路例を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る増幅回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】従来の増幅回路を説明する図である。
【図５】従来の増幅回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…反転増幅器
２…正電位設定部
３…負電位設定部
６…増幅器
１０…第１の定電流源
１１…第２の定電流源
１２…第３の定電流源
１３…第４の定電流源
５１…信号入力端子
５２…基準電圧入力端子
５３…増幅信号出力端子
５５…電流入力端子
５６…電流出力端子
１０１…反転増幅器
１０２…クランプ回路
１０３…増幅器
１５１…入力端子
１５２…入力端子
１５３…出力端子
【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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