(57)【要約】【課題】コモンモード電圧を所定電圧に設定できる制御御回路を提供する。【解決手段】差動出力回路１０１の差動出力端子からのコモンモード電圧ＶＣＭを、コモンモード電圧検出回路１０５が検出する。コモンモード電圧検出回路は、コモンモード電圧ＶＣＭに応じた検出電圧ＶＣＭ２を出力する。コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６は、基準電圧ＶＣＭ１と検出電圧ＶＣＭ２の電圧差に応じて、同一位相の並列電流を入力あるはい出力する。同一位相の並列電流のそれぞれは、差動出力端子の２つの端子のそれぞれに入出力される。差動出力端子に電流が流し込むことによってコモンモード電圧を下げ、差動出力端子から電流を引き込むことによってコモンモード電圧を上げることができる。これにより、低消費電流でも制御信号ループの位相余裕やゲインマージンを確保することができ、回路の安定動作を実現する【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動出力回路の差動出力端子からのコモンモード出力電圧を検出し、検出したコモンモード出力電圧に基づき検出電圧を出力する検出回路と、
前記検出電圧と第１電圧を入力し、前記検出電圧と前記第１電圧との間の電圧差に基づく電流を入出力するトランスコンダクタンス回路と、を備え、
前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力回路の差動出力に入出力される、コモンモード電圧制御回路。
【請求項２】
前記第１電圧は予め定められた一定電圧である、請求項１に記載のコモンモード電圧制御回路。
【請求項３】
前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を下げるように前記差動出力に流しこまれ、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を上げるように前記差動出力から引き込まれる、請求項１または２に記載のコモンモード電圧制御回路。
【請求項４】
前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力端子のそれぞれに入出力される、請求項１及至３に記載のコモンモード電圧制御回路。
【請求項５】
前記トランスコンダクタンス回路は、同一位相の並列電流を入出力し、前記同一位相の並列電流のそれぞれは、前記差動出力端子のそれぞれに入出力される、請求項１もしくは２に記載のコモンモード電圧制御回路。
【請求項６】
前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧が所定電圧よりも大きくなった場合に前記差動出力端子に流しこまれ、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧が前記所定電圧よりも小さくなった場合に前記差動出力端子から引き込まれる、請求項１及至３に記載のコモンモード電圧制御回路。
【請求項７】
差動出力のコモンモード電圧の制御方法であって、
差動出力端子のコモンモード出力電圧を検出するステップと、
前記検出したコモンモード出力電圧に基づく検出電圧を出力するステップと、前記検出電圧と第１電圧との電圧差に応じた電流を前記差動出力端子に入出力するステップと、を備える、コモンモード電圧制御方法。
【請求項８】
前記差動出力端子に帰還する電流は、前記出力端子のそれぞれに入出力される同一位相の並列電流である、請求項７に記載のコモンモード電圧制御方法。
【請求項９】
前記差動出力端子に帰還する電流は、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を下げるように前記差動出力端子に流しこまれ、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を上げるように前記差動出力端子から引き込まれる、請求項７もしくは８に記載のコモンモード電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコモンモード電圧制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オペアンプやＯＴＡ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などを利用した差動出力を有する回路において、差動出力のコモンモード電圧を制御するための回路として、従来、様々な回路構成を有するものが開示されている。図２は、従来のコモンモード電圧設定回路の構成の一例を示す回路ブロック図である。図２の回路は、差動出力端子のコモンモード電圧を検出回路２０３によって検出する。
【０００３】
検出回路２０３の出力はオペアンプ２０４の一つの入力端子に入力される。オペアンプ２０４の差動入力電圧として、入力端子のそれぞれに、検出されたコモンモード検出電圧ＶＣＭと一定の基準電圧ＶＣＭ１とが入力される。オペアンプ２０４の差動出力端子は、制御すべき差動出力を持つＯＴＡ１、ＯＴＡ２（２０１）、（２０２）の駆動電流を設定するカレントミラー回路の制御端子に接続される。オペアンプ２０４の差動出力によって電圧制御することで、コモンモード電圧を所望の電圧に設定している。
【０００４】
上記回路構成は、入力信号を信号処理して所望の信号として出力する本来の信号ループを有している他に、コモンモード電圧を設定するための制御信号ループも構成されている。駆動電流が制御されるＯＴＡは、実質的には入力信号と制御信号の２信号を入力する乗算器として機能している。このため、制御信号ループで見ると、本来の信号ループの影響が現れ、位相余裕やゲインマージンをとることが困難となっている。
【０００５】
また、コモンモード電圧設定回路の設定電圧誤差を少なくするためには、制御信号ループのゲインを高く設定する必要がある。しかし、ゲインを高くすると位相余裕がなくなるため回路動作が不安定となり、制御信号ループで発振現象が現れる問題がある。逆に、回路が安定動作するように制御信号ループのゲインを低く設定すると、出力側コモンモード電圧の設定誤差を所望の値以下にすることできない。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｊ．  Ｓｉｌｖａ−Ｍａｒｔｉｎｅｚ，  Ｍ．  Ｓ．  Ｊ．  Ｓｔｅｙａｅｒｔ，  ａｎｄ  Ｗ．  Ｓａｎｓｅｎ，  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｆｕｌｌ−ＣＭＯＳ  ＯＴＡ−ＲＣ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｔｉｍｅ  Ｆｉｌｔｅｒｓ，  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，  Ｖｏｌ．  ２７，  Ｎｏ．  ７，  ｐｐ．  ９９３−１００１，  Ｊｕｌｙ  １９９２．
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の回路構成は、位相余裕やゲインマージンを少しでも確保するため、制御されるオペアンプあるいはＯＴＡは、入力信号と制御信号の２信号を入力する乗算器として機能する。そのため、信号ループの影響が現れ、制御信号ループの位相余裕やゲインマージンを確保することが困難である。また、制御信号ループの位相余裕を確保するために制御信号ループのゲインを下げると、設定誤差が大きくなる。この問題を少しでも軽減するために、従来の回路構成はオペアンプの駆動電流を増やして周波数を上げている。このため、回路の消費電流を減らすことが困難である。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであって、差動出力のコモンモード電圧を効果的に制御することができる、コモンモード電圧御回路を提供することを一つの目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様はコモンモード電圧制御回路であって、差動出力回路の差動出力端子からのコモンモード出力電圧を検出し、検出したコモンモード出力電圧に基づき検出電圧を出力する検出回路と、前記検出電圧と第１電圧を入力し、前記検出電圧と前記第１電圧との間の電圧差に基づく電流を入出力するトランスコンダクタンス回路と、を備え、前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力回路の差動出力に入出力されるものである。この構成を有することによって、差動出力のコモンモード電圧を効果的に制御することができる。
【００１０】
上記第１の態様において、前記第１電圧は予め定められた一定電圧であることが好ましい。これによって、一定の電圧を基準としてコモンモード電圧を設定することが可能となる。あるいは、前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力端子のそれぞれに入出力されることが好ましい。また、前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を下げるように前記差動出力端子に流しこまれ、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を上げるように前記差動出力端子から引き込まれることが好ましい。これにより、コモンモード出力電圧を効果的に所定範囲内に調節することができる。
【００１１】
上記第１の態様において、前記トランスコンダクタンス回路は、同一位相の並列電流を入出力し、前記同一位相の並列電流のそれぞれは、前記差動出力端子のそれぞれに入出力されることが好ましい。これにより、効果的にコモンモード出力電圧を制御することができる。
【００１２】
上記第１の態様において、前記トランスコンダクタンス回路からの入出力電流は、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧が所定電圧よりも大きくなった場合に前記差動出力端子に流しこまれ、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧が前記所定電圧よりも小さくなった場合に前記差動出力端子から引き込まれることが好ましい。これにより、コモンモード出力電圧を効果的に所定範囲内に調節することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様は差動出力のコモンモード電圧の制御方法であって、差動出力端子のコモンモード出力電圧を検出するステップと、前記検出したコモンモード出力電圧に基づく検出電圧を出力するステップと、前記検出電圧と第１電圧との電圧差に応じた電流を前記差動出力端子に入出力するステップと、を備えるものである。この構成を有することによって、差動出力のコモンモード電圧を効果的に制御することができる。
【００１４】
上記第２の態様において、前記差動出力端子に帰還する電流は、前記出力端子のそれぞれに入出力される同一位相の並列電流であることが好ましい。あるいは、前記差動出力端子に帰還する電流は、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を下げるように前記差動出力端子に流しこまれ、前記差動出力端子からのコモンモード出力電圧を上げるように前記差動出力端子から引き込まれことが好ましい。これにより、コモンモード出力電圧を効果的に所定範囲内に調節することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。
【００１６】
図１は、本実施の形態におけるコモンモード電圧制御回路の概略構成を示す回路ブロック図である。本形態のコモンモード電圧制御回路は、差動電圧入力に応じた電流を入出力するトランスコンダクタンス回路を制御ループに使用することによって、制御ループを単純化している。これによって、制御ループの位相余裕を確保することができ、安定に回路を動作させることができる。
【００１７】
図１において、１０１は差動入力に応じて差動出力を行う差動出力回路である。１０４差動出力回路１０１のコモンモード電圧を制御するコモンモード電圧制御回路である。本形態の差動出力回路１０１は、差動入力電圧応じた差動出力電圧を出力する。本発明のコモンモード電圧制御回路は、電圧と電流との間の各態様の変換を行う差動出力回路に適用することが可能である。また、オペアンプやＯＴＡなどの差動出力を有する回路によって構成される、様々な態様の差動出力回に適用することができる。
【００１８】
差動出力回路１０１は、トランスコンダクタンスがｇｍ１の第１のＯＴＡ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１０２、トランスコンダクタンスがｇｍ２の第２のＯＴＡ１０３を備えている。第１および第２のＯＴＡ１０２、１０３は差動電圧を入力し、そのトランスコンダクタンスと差動電圧に応じた差動出力である電流を、出力あるいは入力する。第１および第２のＯＴＡ１０２、１０３はトランスコンダクタンスが電子的に可変もしくは不変の回路を利用することができる。第１のＯＴＡ１０２の２つの差動入力端子には、差動出力回路１０１外部からの入力差動電圧（Ｖｉｎ）が入力される。
【００１９】
第１のＯＴＡ１０２は第２のＯＴＡ１０３に接続されており、第１のＯＴＡ１０２の２つの差動出力端子のそれぞれは、第２のＯＴＡ１０３の２つの差動入力端子のそれぞれに接続されている。第１のＯＴＡ１０２と第２のＯＴＡ１０３の互いの正逆同相の端子が接続されている。第２のＯＴＡ１０３の差動入力端子からは、差動出力回路１０１の外部へ差動出力電圧（Ｖｏｕｔ）が出力される。第２のＯＴＡ１０３の出力端子のそれぞれと、第２のＯＴＡ１０３の入力端子のそれぞれが同時接続されている。同相の出力端子と入力端子のそれぞれが、接続されている。第２のＯＴＡ１０３は、第１のＯＴＡ１０２から差動入力端子への電流により駆動される。
【００２０】
外部から入力差動電圧（Ｖｉｎ）が入力されると、第１のＯＴＡ１０２は入力電圧に応じた電流を入出力する。電流は第２のＯＴＡ１０３に入出力される。第２のＯＴＡ１０３は第１のＯＴＡ１０２からの差動入出力電流によって駆動され、差動入力電流に応じた電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００２１】
次に、本形態のコモンモード電圧制御回路について説明する。１０４は差動出力回路１０１のコモンモード電圧を制御する、コモンモード電圧制御回路である。コモンモード電圧制御回路１０４は、差動出力回路１０１のコモンモード電圧に応じた電流を差動出力回路１０１の差動出力にフィードバックすることによって、コモンモード電圧を制御する。コモンモード電圧制御回路１０４は、コモンモード電圧検出回路１０５及びコモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６を備えている。
【００２２】
コモンモード電圧検出回路１０５は、差動出力回路１０１から出力されるコモンモード電圧を検出し、検出電圧ＶＣＭ２を出力する。検出電圧は検出したコモンモード電圧に基づいて決定され、コモンモード電圧と同一もしくは所定の関係を有する電圧であることができる。コモンモード電圧検出回路１０５は、２つの抵抗を利用したパッシブな検出回路、もしくはＯＴＡなどを利用したアクティブの検出回路など、広く知られて回路構成を利用することができる。
【００２３】
コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６は差動電圧を入力し、その差動電圧に応じた電流を出力あるいは入力する。コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６は、第１及び第２のＯＴＡ１０２、１０３と同様にトランスコンダクタンスを電子的に調整する、あるいは調整しない回路など様々な設計の回路を使用することができる。コモンモード電圧制御回路１０４において、コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６は、差動入力電圧に応じて同一位相の電流を出力する。
【００２４】
第２のＯＴＡ１０３の差動出力端子のそれぞれは、コモンモード電圧検出回路１０５のそれぞれの入力端子に接続されている。コモンモード電圧検出回路１０５の出力は、コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６の一つの差動入力端子に接続される。コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６のもう一つの差動入力端子には、電圧ＶＣＭ１を入力することができる。入力電圧ＶＣＭ１として、予め定められた一定の基準電圧を入力することができる。基準電圧は、回路設計に従って適切な電圧を決定することができる。コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６の同一位相の２つの並列出力端子は差動出力回路１０１の差動出力端子に接続される。並列出力端子のそれぞれは、第２のＯＴＡ１０３の差動出力端子のそれぞれに接続されている。あるいは、並列出力端子のそれぞれは、第１のＯＴＡ１０２の差動出力端子のそれぞれに接続されている。
【００２５】
差動出力回路１０１の差動出力端子からの差動出力電圧は、コモンモード電圧検出回路１０５に入力される。コモンモード電圧検出回路１０５は入力された差動出力から、出力側のコモンモード電圧ＶＣＭを検出する。コモンモード電圧は、原理的には差動出力端子の電圧の平均値であり、直流電圧値である。コモンモード電圧検出回路１０５は、検出したコモンモード電圧ＶＣＭに応じた検出電圧ＶＣＭ２を出力する。
【００２６】
検出電圧ＶＣＭ２は、コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６の一方の入力端子に入力される。コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６のもう一方の入力端子には、基準電圧ＶＣＭ１が入力される。コモンモード・フィードバックＯＴＡ１０６は、ＶＣＭ１とＶＣＭ２の電圧差に応じて、同一位相の並列電流を入力あるはい出力する。同一位相の並列電流のそれぞれは、差動出力回路１０１の差動出力端子の２つの端子のそれぞれに入出力される。
【００２７】
差動出力端子への入出力電流は、コモンモード電圧ＶＣＭが所定電圧よりも大きくなった場合には、差動出力端子に電流を流し込むように制御される。さらに、コモンモード電圧ＶＣＭが所定電圧よりも小さくなった場合には、差動出力端子から電流を引き込むように制御される。これによって負帰還ループが構成される。尚、差動出力端子へ電流の様々な態様の入出力を利用することができる。
【００２８】
差動出力をもつオペアンプあるいはＯＴＡにおいて、差動出力端子に電流が流し込まれると、コモンモード電圧は下がる。一方、差動出力端子から電流を引き込まれると、コモンモード電圧は上がる。従って、上記のように、差動出力端子の２つのそれぞれの端子に、同一の電流を流し込むことによって、両端子の電圧を等しく下げることができる。あるいは、両端子から同一の電流を引き込むことによって、両端子の電圧を等しく上げることができる。これにより、コモンモード電圧を所定範囲内に調節することができる。
【００２９】
例えば、検出電圧ＶＣＭ２とコモンモード電圧ＶＣＭを等しくすることによって、出力側コモンモード電圧ＶＣＭを基準電圧ＶＣＭ１に等しく設定するように制御することができる。コモンモード電圧ＶＣＭが基準電圧ＶＣＭ１から上昇すると、差動出力端子に電流が流し込まれ、コモンモード電圧が基準電圧ＶＣＭ１に近づく。一方、コモンモード電圧ＶＣＭが降下すると、差動出力端子から電流を引き込まれ、コモンモード電圧が基準電圧ＶＣＭ１に近づく。
【００３０】
尚、出力側コモンモード電圧が所定の電圧からずれるのは、多くの場合、カレントミラー回路間の電流値のばらつきのためである。例えば、オペアンプやＯＴＡでは、電源側カレントミラー回路のミラー電流値とグランド側カレントミラー回路のミラー電流値が、ＭＯＳトランジスタのチャネル長変調やバイポーラトランジスタのベース幅変調の影響により、多少異なるようになるのが主な原因である。従って、その電流値のずれはカレントミラー回路のミラー電流値の高々数％程度の小さな値である。
【００３１】
上記のように、コモンモード電圧は直流電圧値である。制御ループ内のＯＴＡの入出力電流は、差動出力端子に接続される全てのオペアンプやＯＴＡの出力回路の直流バイアス電流の和の数％をカバーできればよい。また、直流バイアス電流を補正するので、周波数特性は特に要求されない。また、ＯＴＡの線形性はさほど重要ではなく、単調性が確保されていればよい。従って、例えば、差動対のような簡単な回路を用いることができる。さらに、ＯＴＡの作動出力は不要であるので、差動対の出力をアクティブロードすることができ、差動対の駆動電流を全て利用することができる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、差動出力を持つ回路のコモンモード電圧を所望の電圧に設定することができる。あるいは、本形態のコモンモード電圧制御回路は、差動出力信号によって制御される電流を差動出力端子に入出力することによって、信号系をコモンモード電圧の制御ループ内に取り込まない構成を実現している。これにより、低消費電流でも制御信号ループの位相余裕やゲインマージンを確保することができ、回路の安定動作を実現することができる。
【００３３】
あるいは、コモンモード電圧の制御ループに位相余裕が存在するため、ループ・ゲインを上げることができる。これによって、コモンモード電圧制御回路の設定電圧誤差を少なくすることができる。また、直流動作を確保すればよいため、入出力電流を小さくすることができ、低電流化を達成することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、差動出力のコモンモード電圧を効果的に制御することができる、コモンモード電圧御回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における、コモンモード制御回路を説明する、回路ブロック図である。
【図２】従来の技術におけるコモンモード制御回路を説明する、回路ブロック図である。
【符号の説明】
１０１  差動出力回路、１０２  第１のＯＴＡ、１０３  第２のＯＴＡ、１０４コモンモード電圧制御回路、１０５  コモンモード電圧検出回路、１０６  コモンモード・フィードバックＯＴＡ
【図１】
2004297631.tif 000003
【図２】
2004297631.tif 000004