(57)【要約】２つの並列電流路に実質的に等しい電流を発生するカレントミラーであって、各電流路がスイッチングデバイスを具え、各スイッチングデバイスが第１及び第２アクティブ端子と、第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を制御する制御端子とを具えるカレントミラーである。このカレントミラーは、その第１アクティブ端子が第１の電圧を受け取り、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧と無関係に変化する可変電圧を受け取り、その制御端子が制御電圧を受け取るように構成された第１のスイッチングデバイスと、その第１アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取り、その制御端子が前記制御電圧を受け取るように接続された第２のスイッチングデバイスと、その入力端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続された電圧制御デバイスであって、前記可変電圧を表わす制御信号を受信し、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧と前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧との差がほぼ一定に維持されるように、前記入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させる電圧制御デバイスとを具える。
2010509822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの並列電流路に実質的に等しい電流を発生するカレントミラーであって、各電流路がスイッチングデバイスを具え、各スイッチングデバイスが第１及び第２アクティブ端子と、第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を制御する制御端子とを具えるカレントミラーにおいて、前記カレントミラーは、
その第１アクティブ端子が第１の電圧を受け取り、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧と無関係に変化する可変電圧を受け取り、その制御端子が制御電圧を受け取るように配置された第１のスイッチングデバイスと、
その第１アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取り、その制御端子が前記制御電圧を受け取るように配置された第２のスイッチングデバイスと、
その入力端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続された電圧制御デバイスであって、前記可変電圧を表わす制御信号を受信し、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間の電圧と前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間の電圧との差がほぼ一定に維持されるように、前記入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させる電圧制御デバイスと、
を具えることを特徴とするカレントミラー。
【請求項２】
前記電圧制御デバイスは出力端子を具え、その出力端子がほぼ一定の電圧を受け取るように配置されていることを特徴とする請求項１記載のカレントミラー。
【請求項３】
前記第１及び第２のスイッチングデバイスのそれぞれの制御端子がほぼ一定の電圧を受け取るように配置されていることを特徴とする請求項２記載のカレントミラー。
【請求項４】
前記電圧制御デバイスは、出力端子と、その入力端子と出力端子との間を流れる電流を制御する制御入力端子とを具え、前記制御入力端子が前記制御信号を受信するように配置されていることを特徴とする請求項１−３の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項５】
前記第２のスイッチングデバイスは、その制御入力端子がほぼ一定の電圧に接続されるとき、その第１及び第２アクティブ端子間にほぼ一定の電流を流すように構成され、前記電圧制御デバイスは、その入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させることによってその入力及び出力端子間に前記電流を流すことができるように構成されていることを特徴とする請求項４記載のカレントミラー。
【請求項６】
前記電圧制御デバイスは、その入力端子とその制御入力端子との間の電圧差が前記電流を流すのに十分な値に維持されるように、その入力端子の電圧を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項５記載のカレントミラー。
【請求項７】
前記電圧制御デバイスは、その第１アクティブ端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続され、その第２アクティブ端子がほぼ一定の電圧を受け取るように配置され、その制御端子が前記制御信号を受信して前記第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を前記制御信号に依存して制御するように構成された第３のスイッチングデバイスであることを特徴とする請求項２−６の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項８】
前記カレントミラーは、前記制御信号を発生する制御信号発生デバイスも具え、該制御信号発生デバイスは、前記可変電圧を受け取るように接続された制御入力端子と、前記電圧制御デバイスの制御入力端子に接続された出力端子を有することを特徴とする請求項１−７の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項９】
前記制御信号発生デバイスは、前記第１の電圧を受け取るように配置された入力端子を具えることを特徴とする請求項８記載のカレントミラー。
【請求項１０】
前記制御信号発生デバイスは、その制御入力端子の電圧に応じてその入力端子と出力端子との間に電流を流すことができるように構成されていることを特徴とする請求項８又は９記載のカレントミラー。
【請求項１１】
前記カレントミラーは、前記制御信号発生デバイスと直列に接続された電流発生器を具え、該電流発生器の入力端子は前記制御信号発生デバイスの出力端子に接続され、前記電流発生器はほぼ一定の電流を発生するように構成され、前記制御信号発生デバイスはその出力端子の電圧を前記可変電圧に依存して変化させることによってその入力及び出力端子間に前記電流を流すことができるように構成されていることを特徴とする請求項１０記載のカレントミラー。
【請求項１２】
前記制御信号発生デバイスは、その出力端子とその制御入力端子との間の電圧差が前記電流発生器により発生される電流をその入力及び出力端子間に流すのに十分な値に維持されるように、その出力端子の電圧を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１１記載のカレントミラー。
【請求項１３】
前記カレントミラーは、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取るように配置され、その第１アクティブ端子が前記制御信号を前記電圧制御デバイスに出力するように配置され、その制御端子が前記可変電圧を受け取るように配置された第４のスイッチングデバイスを具えることを特徴とする請求項１−１２の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１４】
前記スイッチングデバイスの各々はトランジスタであることを特徴とする請求項１−１３の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１５】
前記スイッチングトランジスタの各々は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１−１４の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１６】
前記電圧制御デバイスは、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧が常に前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧にほぼ等しくなるようにその出力端子の電圧を変化するように構成されていることを特徴とする請求項１−１５の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１７】
２つの並列電流路に実質的に等しい電流を発生するカレントミラーであって、各電流路がスイッチングデバイスを具え、各スイッチングデバイスが第１及び第２アクティブ端子と、第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を制御する制御端子とを具えるカレントミラーを具える増幅器において、前記カレントミラーは、
その第１アクティブ端子が第１の電圧を受け取り、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧と無関係に変化する可変電圧を受け取り、その制御端子が制御電圧を受け取るように配置された第１のスイッチングデバイスと、
その第１アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取り、その制御端子が前記制御電圧を受け取るように配置された第２のスイッチングデバイスと、
その入力端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続された電圧制御デバイスであって、前記可変電圧を表わす制御信号を受信し、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧と前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧との差がほぼ一定に維持されるように前記入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させる電圧制御デバイスと、
を具えることを特徴とする増幅器。
【請求項１８】
前記増幅器は、前記可変電圧を発生するように構成された回路を具えることを特徴とする請求項１７記載の増幅器。
【請求項１９】
前記増幅器は線形レギュレータの一部を構成し、前記第１のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子がパススイッチングデバイスの制御入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１７又は１８記載の増幅器。
【請求項２０】
図８−１０につき明細書に記載されたカレントミラー。
【請求項２１】
図８−１０につき明細書に記載された増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの並列電流路に実質的に同一の電流を流すカレントミラーに関する。特に、本発明は、２つのトランジスタを有するカレントミラーであって、各トランジスタのアクティブ端子間の電圧を他のトランジスタのアクティブ端子間の電圧降下とほぼ同一に維持することが望ましいカレントミラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタは、一般に３つの端子、即ち２つのアクティブ端子と１つの制御端子を有する電荷制御型デバイスである。２つのアクティブ端子間の伝導度は電荷キャリアの利用率に依存し、典型的には制御端子に供給される電圧により制御される。主に２種類のトランジスタ、即ち電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）がある。各タイプのトランジスタの動作は僅かに相違する。ＦＥＴの場合には、トランジスタのアクティブ端子間を流れる電流は主としてそのゲート−ソース端子間の電圧により制御される。これは電圧をトランジスタの制御端子(ゲート)に供給することによって達成できる。制御端子により引き出される電流は一般に無視できる。ＢＪＴの場合には、トランジスタは一般にそのコレクタ−エミッタダイオードを導通させるためにそのベース−エミッタ接合を順方向にバイアスする必要がある。これは、典型的には、電圧をトランジスタの制御端子(ベース)に供給することによって達成される。その後、アクティブ端子間を流れる電流は制御端子に流入する電流の多数倍になる（即ちベース−エミッタ間関数）。
【０００３】
トランジスタはしばしば電流発生デバイスとして使用される。図１はＢＪＴトランジスタを用いて形成された電流発生器を示す。電流発生器はＦＥＴトランジスタを用いて同様に形成することができる。トランジスタ１０１は負荷１０２と電源１０４との間に接続される。トランジスタがその制御入力１０５から正しくバイアスされていれば、トランジスタはそのアクティブ端子間に電流を伝導する。つまり、トランジスタは負荷を電源に接続する回路に電流を流すことができる。トランジスタのアクティブ端子間を流れる電流は電源１０３により設定されるバイアス電圧によって決まる。図示の例では、トランジスタはＢＪＴであるため、トランジスタのアクティブ端子間を流れる電流はトランジスタの制御端子とアクティブ端子との間を流れる電流によっても決まる。それゆえ、トランジスタが正しくバイアスされていれば、一定の電流が負荷１０２を経て流れる。
【０００４】
図１のトランジスタのベース−エミッタ接合間に一定電圧を維持することは、図２に示すように、そのベース−エミッタ間に接続されたダイオードを用いることによって容易に達成できる。ダイオード２０３は、トランジスタのベース−エミッタ接合のためのバイアス電圧を設定する。ダイオードを流れる電流が（例えば抵抗２０６の抵抗値を調整することによって）増大する場合には、ダイオード両端間の電圧も増大し、これはトランジスタのベース−エミッタ接合のバイアスも増大する。さらに、これはトランジスタのコレクタ−エミッタ接合を流れる電流も増大する。ダイオードのＰＮ接合とトランジスタのベース−エミッタ接合が良好に適合する場合には、トランジスタのエミッタを流れる電流は如何なる瞬時においてもダイオードを流れる電流に厳密に等しくなる。典型的なＢＪＴトランジスタの場合には、任意の瞬時におけるコレクタ電流はエミッタ電流に大体等しくなる。それゆえ、抵抗２０６の値を変化させると、ダイオードを流れる電流と負荷を流れる電流の両方が変化する。トランジスタにより発生される電流はダイオードを流れる電流を鏡のように映すものとなる（以後このような効果を「ミラー」効果という）。
【０００５】
所望の「ミラー」効果を達成するためには、ダイオード及びトランジスタのＰＮ接合をできるだけ厳密に適合させる必要がある。これを達成する１つの方法は、図３に示すように、第１のトランジスタのバイアスを設定するために第２のトランジスタを用いるものである。この回路では、トランジスタ３０１はそのベース接続３０５を介してトランジスタ３０３と同一にバイアスされる。両トランジスタが良好に適合する場合には、それぞれのエミッタ−コレクタ接合は如何なる瞬時にも大体同一の電流を流す。それゆえ、トランジスタ３０１を経て負荷３０２に定電流を供給することができ、この電流の値は抵抗３０６の抵抗値によって設定される。
【０００６】
理想的な電流源は負荷の状態と無関係に一定の出力電流を供給する。しかし、実際にはトランジスタは無限大の出力インピーダンスを持たないので、出力電流は出力電圧とともに変化しやすい。この問題の１つの解決方法はカスコード接続を用いることである。ＦＥＴカスコードの一例を図４に示す。図４は、トランジスタ４０２により供給される電流シンクを示す。この電流シンクは一定の電流をグラウンドに「引く」ものである。シンク電流はバイアス抵抗４０３によりトランジスタのゲート−ソース端子間に供給されるバイアスによって決まる。しかし、シンク電流はドレイン−ソース端子間の電圧降下によっても影響される。つまり、トランジスタ４０２はグラウンドに接続されるので、シンク電流はトランジスタ４０２のドレイン端子で経験される電圧に依存して変化する。図４に示す回路では、この電圧は他のトランジスタ４０１により一定に維持される。このトランジスタは、トランジスタ４０２より大きな最大電流容量を有するものが選択されるため、このトランジスタはトランジスタ４０２がどのようなシンク電流をグラウンドに引いてもその電流を収容することができる。トランジスタ４０１はトランジスタ４０２により設定される一定のシンク電流をトランジスタ４０２のドレイン端子へと通す。それゆえ、トランジスタ４０１のゲート−ソース電圧は、トランジスタ４０１のドレイン−ソース接合がこの電流を伝導するのに十分でなければならない。所要のゲート−ソース電圧はトランジスタ４０２のドレインの電圧レベルを有効に設定する。それゆえ、トランジスタ４０２は一定のドレイン−ソース電圧を経験し、トランジスタ４０１に接続された如何なる負荷とも無関係に、一定の電流をシンクし続けることができる。
【０００７】
カスコード配置は、トランジスタのアクティブ端子間の電圧を異なる負荷状態と無関係に一定に維持するために、図３に示すようなカレントミラー内に有利に組み込むことができる。
【０００８】
カレントミラーの一つの有利な使用は差動増幅器の利得を増大させることにある。このような増幅器は図５に示されている。図５において、ＢＪＴと５０３及び５０４が差動増幅器を構成する。一方のトランジスタのベースが増幅器の反転入力を構成し、他方のトランジスタのベースが増幅器の非反転入力を構成する。多くの場合、定電流源を増幅器トランジスタの共通電極に設け、いわゆる「ロングテールペア」増幅器を構成することができる。図５において、トランジスタ５０１及び５０２はカレントミラーを構成する。カレントミラーは増幅器入力トランジスタのコレクタ負荷として作用し、高い実行コレクタ負荷抵抗を提供し、増幅器の利得を増大する。
【０００９】
図６には図５の回路の折り返しＭＯＳＦＥＴ型差動増幅器が示されている。この回路のコアはトランジスタ６０３，６０４及び６０５を含む差動増幅器で、その全体が６０１に示されている。増幅器入力トランジスタ６０３，６０４の各々のドレイン端子は、その全体が６０２に示されているカレントミラーに接続される。カレントミラーはトランジスタ６０６，６０７及びバイアストランジスタ６０８，６０９により構成される。回路の出力は出力ノード６１０に供給される。
【００１０】
図６に示す回路の欠点は、外部負荷が出力ノードに接続されると、トランジスタ６０６のドレイン端子に電圧変動が生じる点にある。その結果、トランジスタ６０６のドレイン−ソース電圧が負荷に依存してトランジスタ６０７のドレイン−ソース電圧と相違し、２つの電流路の各々に異なる電流が発生することになる。この不一致は差動増幅器に出力に歪みを生じする。
【００１１】
一例として、図６に示す差動増幅器は線形レギュレータの帰還路に適切に使用できる。線形レギュレータの典型的な回路が図７に示されている。線形レギュレータは、ノード７０４に供給される調整されてない入力電圧から、一定の出力電圧をノード７０５に発生するように動作する。この電圧調整は、差動増幅器７０２によって出力電圧の一部分を基準電圧７０１と比較する帰還ループにより達成される。差動増幅器の出力は、増幅器を出力電圧に接続される負荷から分離するパストランジスタ７０３に供給される。差動増幅器からの出力はパストランジスタの制御端子に入力され、従ってパストランジスタのアクティブ端子間を流れる電流を制御する。線形レギュレータの出力電圧は、基準電圧７０１と、出力電圧の一部分を基準電圧と比較できるように分圧器を構成する抵抗７０６及び７０７とにより設定される。
【００１２】
図７に示す回路を図６に示す差動増幅器で実現する場合の問題点は、パストランジスタの制御端子の電圧がレギュレータの負荷電流とともに変化する傾向があることである。ダイオード接続トランジスタ６０７のドレイン−ソース電圧はバイアス電流とトランジスタ自体の寸法とにより決まる。ミラートランジスタ６０６のドレイン−ソース電圧は出力ノード６１０の出力電圧により決まる。従って、パストランジスタの制御端子で経験される電圧変化はミラートランジスタ６０６のドレイン−ソース電圧も変化せしめる。トランジスタ６０６，６０７のドレイン−ソース電圧間の不一致はオフセットを導入する。線形レギュレータの負荷により出力ノード６１０に導入される電圧変化のために、この不一致は負荷電流依存性になり、歪みを導入し、レギュレータの負荷調整を悪化させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、２つの電流路の各々により発生される電流の負荷依存歪みの問題を解決できる改良されたカレントミラーが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の実施の形態によれば、２つの並列電流路に実質的に等しい電流を発生するカレントミラーであって、各電流路がスイッチングデバイスを具え、各スイッチングデバイスが第１及び第２アクティブ端子と、第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を制御する制御端子とを具えるカレントミラーが提供され、前記カレントミラーは、その第１アクティブ端子が第１の電圧を受け取り、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧と無関係に変化する可変電圧を受け取り、その制御端子が制御電圧を受け取るように構成された第１のスイッチングデバイスと、その第１アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取り、その制御端子が前記制御電圧を受け取るように接続された第２のスイッチングデバイスと、その入力端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続された電圧制御デバイスであって、前記可変電圧を表わす制御信号を受信し、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧と前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧との差がほぼ一定に維持されるように、前記入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させる電圧制御デバイスとを具える。
【００１５】
前記電圧制御デバイスは、好ましくは出力端子を具え、その出力端子がほぼ一定の電圧を受け取るように構成するのが好ましい。第１及び第２のスイッチングデバイスのそれぞれの制御端子はほぼ一定の電圧を受け取るように構成することができる。
【００１６】
前記電圧制御デバイスは、出力端子と、その入力端子と出力端子との間を流れる電流を制御する制御入力端子とを具え、この制御入力端子が前記制御信号を受信するように構成するのが好ましい。
【００１７】
前記第２のスイッチングデバイスは、その制御入力端子がほぼ一定の電圧に接続されると、その第１及び第２アクティブ端子間にほぼ一定の電流を流すように構成することができ、前記電圧制御デバイスは、その入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させることによってその入力及び出力端子間に前記電流を流すことができるように構成する。前記電圧制御デバイスは、その入力端子とその制御入力端子との間の電圧差が前記電流を流すのに十分な値に維持されるように、その入力端子の電圧を変化させるように構成するのが好ましい。
【００１８】
前記電圧制御デバイスは、その第１アクティブ端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続され、その第２アクティブ端子がほぼ一定の電圧を受け取るように接続され、その制御端子が前記制御信号を受信して前記第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を前記制御信号に依存して制御するように構成された第３のスイッチングデバイスとすることができる。
【００１９】
前記カレントミラーは、前記制御信号を発生する制御信号発生デバイスも具えることができ、該制御信号発生デバイスは、前記可変電圧を受け取るように接続された制御入力端子と、前記電圧制御デバイスの制御入力端子に接続された出力端子を有する。前記制御信号発生デバイスは、前記第１の電圧を受け取るように配置された入力端子を具え、その制御入力端子の電圧に応じてその入力端子と出力端子との間に電流を流すことができるように構成するのが好ましい。
【００２０】
前記カレントミラーは、前記制御信号発生デバイスと直列に接続された電流発生器を具え、この電流発生器の入力端子は前記制御信号発生デバイスの出力端子に接続されており、この電流発生器はほぼ一定の電流を発生するように構成され、前記制御信号発生デバイスはその出力端子の電圧を前記可変電圧に依存して変化させることによってその入力及び出力端子間に前記電流を流すことができるように構成される。
【００２１】
前記制御信号発生デバイスは、その出力端子とその制御入力端子との間の電圧差が前記電流発生デバイスにより発生される電流をその入力及び出力端子間に流すのに十分な値に維持されるように、その出力端子の電圧を変化させるように構成するのが好ましい。
【００２２】
前記カレントミラーは、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取るように配置され、その第１アクティブ端子が前記制御信号を前記電圧制御デバイスに出力するように配置され、その制御端子が前記可変電圧を受け取るように配置された第４のスイッチングデバイスを具えることができる。
【００２３】
前記スイッチングデバイスの各々はトランジスタとするのが好ましく、電界効果トランジスタとすることができる。
【００２４】
前記電圧制御デバイスは、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧が常に前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧にほぼ等しくなるようにその出力端子の電圧を変化するように構成することができる。
【００２５】
本発明の第２の実施の形態によれば、２つの並列電流路に実質的に等しい電流を発生するカレントミラーであって、各電流路がスイッチングデバイスを具え、各スイッチングデバイスが第１及び第２アクティブ端子と、第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を制御する制御端子とを具えるカレントミラーを具える増幅器が提供され、前記カレントミラーは、その第１アクティブ端子が第１の電圧を受け取り、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧と無関係に変化する可変電圧を受け取り、その制御端子が制御電圧を受け取るように構成された第１のスイッチングデバイスと、その第１アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取り、その制御端子が前記制御電圧を受け取るように接続された第２のスイッチングデバイスと、前記第２のスイッチングデバイスに接続された電圧制御デバイスであって、その入力端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続され、且つ前記可変電圧を表わす制御信号を受信し、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧と前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧との差がほぼ一定に維持されるように前記入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させる電圧制御デバイスとを具える。
【００２６】
前記増幅器は、好ましくは前記可変電圧を発生するように構成された回路を具える。
【００２７】
前記増幅器は線形レギュレータの一部を構成し、前記第１のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子がパススイッチングデバイスの制御入力端子に接続されているものとし得る。
【００２８】
本発明を一例として添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】典型的な定電流源を示す。
【図２】バイアスがダイオードで与えられるカレントミラーを示す。
【図３】バイアスがダイオード接続トランジスタにより与えられるカレントミラーを示す。
【図４】カスコード電流源を示す。
【図５】電流源を含む差動増幅器を示す。
【図６】折り返しカレントミラーを含むロングテールペア差動増幅器を示す。
【図７】その帰還ループ内に差動増幅器を含む線形レギュレータを示す。
【図８】本発明の一実施例によるカレントミラーを示す。
【図９】本発明の実施例によるカレントミラーを含む差動増幅器を示す。
【図１０】本発明の実施例によるアダプティブフィードバックカスコードを有する回路を該アダプティブフィードバックカスコードを含まない回路と比較したシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施例は、ダイオード接続トランジスタのアクティブ端子に電圧制御デバイスが接続されたカレントミラーを実現することによって上述した問題を解決している。この電圧制御デバイスは、制御信号を受信してそのノードの１つの電圧をこの制御信号に応じて変化させるように構成される。この可変電圧が発生される電圧制御デバイスのノードは一方のミラートランジスタのアクティブ端子の１つに接続され、このアクティブ端子が他方のミラートランジスタが受けるのと同じ電圧変化を経験するようにする。このようにすると、ミラートランジスタのそれぞれのアクティブ端子間電圧の差をほぼ一定に維持することができる。換言すれば、同じ電圧変化が各ミラートランジスタのアクティブ端子間に見られる。
【００３１】
図８は、本発明の一実施例によるカレントミラーを示す。本例では、ミラートランジスタ８０１，８０２は両方とも第１電圧Ｖ1に接続されたアクティブ端子を有する。第１トランジスタ８０１の第２アクティブ端子は第２電圧Ｖ2に接続される。第２トランジスタ８０２の第２アクティブ端子は電圧制御デバイス８０３の入力端子に接続される。電圧制御デバイスは制御信号８０４を制御入力端子に受信する。電圧制御デバイスは、その入力端子（トランジスタ８０２に接続された端子）の電圧を制御信号に応じて変化させるように構成され、これによりデバイスはトランジスタ８０２のアクティブ端子間の電圧を、この電圧とトランジスタ８０１のアクティブ端子間の電圧との差がほぼ一定に維持されるように変化させることができる。
【００３２】
図８はＦＥＴトランジスタを用いる本発明の一実施例を示す。これは一例にすぎず、本発明はＢＪＴとを用いるカレントミラーにも有利に実施することができることを理解されたい。
【００３３】
本発明の好適実施例によるカレントミラーは、線形性を改善するために有利である。カレントミラー内のミラートランジスタのアクティブ端子間電圧の不一致を回路の出力電圧と殆ど無関係にすることもできる。ミラートランジスタのアクティブ端子間電圧の差を、一方のトランジスタが受けるかもしれない電圧変化にもかかわらず、ほぼ一定に維持することによって、カレントミラーの２つの電流路間の如何なる電流の不一致も出力回路の負荷と無関係に維持することができるため、負荷依存歪みを有効に低減でき、除去することさえできる。
【００３４】
本発明の一実施例によれば、ミラートランジスタのそれそれのアクティブ端子間電圧をほぼ同一に維持することができ、即ちその結果として、任意の瞬時における図８のトランジスタ８０２のアクティブ端子間電圧がトランジスタ８０１のアクティブ端子間電圧にほぼ等しくなる。両電圧を同一に維持することはシステマティックオフセットを低減する追加の利点を有する。
【００３５】
本発明の実施例によるカレントミラーの特定の例について説明する。これは一例にすぎず、本発明は、１つのスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧を、この電圧が他のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧と同一の変化を示すように変化させる電圧制御デバイスを含む任意のカレントミラーを含むものと理解されたい。
【００３６】
電圧制御ユニットは、第２トランジスタ８０２が接続される入力端子の電圧に依存して電流を流すデバイスによって適切に実現できる。電流の流れは電圧制御デバイスの制御入力端子と第２トランジスタが接続される入力端子との間の電圧差に依存するのが好ましい。このように、電圧制御デバイスがその入力端子と出力端子との間にトランジスタ８０２により発生される一定の電流を流さなければならない場合には、電圧制御デバイスは、一定の電流を流することができる所要の電圧差をその制御及び入力端子間に維持するために、その入力端子の電圧を可変制御信号に応答して変化させなければならない。従って、電圧制御デバイスは（以下に特定の例について説明するように）トランジスタにより適切に実現できる。
【００３７】
電圧制御デバイスにより受信される制御信号８０４は単にトランジスタ８０１が受けている可変電圧(例えばＶ2)とすることができる。あるいは、制御信号を発生する制御信号発生デバイスを設けてもよい。
【００３８】
本発明の実施例によるカレントミラーの特定の実装を、カレントミラーが差動増幅器に組み込まれている特定の実装について以下に記載する。これは一例にすぎず、本発明の実施例によるカレントミラーは特定の用途に限定されず、多くの様々な用途に有利に使用することができる。
【００３９】
本発明の特定の実施例による差動増幅器が図９に示されている。図９は前と同様に差動増幅器９０１、カレントミラー９０２及び制御信号発生デバイス９０３を示す。カレントミラー９０２は図６に示すものに類似するが、追加のトランジスタ９１０を含む。トランジスタ９１０はミラートランジスタ９０５と直列に接続される。トランジスタ９１０はこの実装では電圧制御デバイスを提供し、ミラートランジスタ９０５のドレインの電圧PLD_CASをそのゲートの制御信号PCASに応答して変化させるように動作する。両ミラートランジスタ９０４，９０５のゲートはトランジスタ９１０のドレインに接続されるため、ミラートランジスタのゲートの電圧は、トランジスタ９０５の寸法と、バイアストランジスタ９１１及び９０９により設定される電流とによって設定される。トランジスタ９１０は、そのドレインとソースとの間にほぼ一定の電流を通すことにより図４に示すカスコードと同様に作用する。しかし、トランジスタ９１０の場合には、そのゲートに供給される電圧は一定でない。その代わりに、このトランジスタのゲートの電圧はPCASにより供給され、この電圧は出力ノード９１４の電圧に依存して変化する。よって、トランジスタ９１０は、そのゲート−ソース電圧をバイアストランジスタ９１１により発生される一定の電流を通すために必要なレベルに維持するために、そのゲート入力端子における制御信号が電圧変化するにつれてそのソース端子の電圧レベルを変化しなければならない。こうして、トランジスタ９１０はミラートランジスタ９０５のドレイン−ソース接合間の電圧変化をミラートランジスタ９０４のドレイン−ソース接合間の電圧変化とほぼ同一に維持する。
【００４０】
図９の制御信号発生デバイスは電圧制御トランジスタ９１０のゲートのために適切な制御信号を発生するように動作する。図９において、この機能はトランジスタ９１３とトランジスタ９１２の組み合わせで達成される。トランジスタ９１２は定電流源を提供するため、制御信号発生デバイスはカスコード配置により与えられる。カスコード電圧PCASはトランジスタ９１３により発生され、トランジスタ９１３はそのソース電圧をトランジスタ９１２により発生される定電流を通すために必要な一定値に維持するように変化しなければならないので、カスコード電圧PCASは制御トランジスタ９１０のゲートへの制御信号を与える。
【００４１】
好ましくは、電圧制御デバイス及び制御信号発生デバイスのために使用されるトランジスタのパラメータは、電圧PLD_CASが如何なる瞬時にも出力ノード９１４の電圧にほぼ等しくなるように選択すべきである。ミラートランジスタ９０４，９０５のゲートに供給される電圧は一定に維持するのが好ましい。
【００４２】
図１０のシミュレーション結果は、図９に示す回路は図６に示す回路と比較して大きく低減された出力電圧依存性を有することを示している。
【００４３】
図９に示す回路は、ミラートランジスタのアクティブ端子間の電圧不一致が出力電圧に殆ど依存しないようにされているために有利である。この回路を線形レギュレータの帰還ループに使用すると、この不一致はレギュレータ負荷電流と無関係になり、従って負荷調整が改善される。
【００４４】
カレントミラーを図９に示すアダプティブフィードバックカスコード回路なしで使用する場合には、両ミラートランジスタ間のドレイン−ソース電圧変化をすべての可能な負荷電流に亘って比較的小さく維持するために、線形レギュレータのパスデバイスを極めて大きくする必要があるため、負荷調整要件を満足させることができない。本発明の実施例によるアダプティブフィードバックカスコード回路を使用することにより、負荷調整が大幅に改善される。また、所定の負荷調整要件に対して、所定のパスデバイスを流れる最大負荷電流を増大することができる。更なるオプションとして、所定の最大負荷電流に対して、パスデバイスのサイズを縮小することができる。
【００４５】
他の応用において、本発明の実施例によるアダプティブフィードバックカスコード回路は、慣例のカレントミラーのミラートランジスタのアクティブ端子間電圧の不一致の信号依存変化により導入される歪みを低減するために使用することができる。
【００４６】
アダプティブフィードバックカスコードはＭＯＳＦＥＴトランジスタを用いて実現するのが好ましい。しかし、ＪＦＥＴ又はＢＪＴを用いることもできる。カスコードはＮＭＯＳ入力段を用いて実現することも、ＰＭＯＳ入力段を用いて実現することもできる。同じ原理が図９に示す回路においてもあてはまるが、デバイスタイプは反転され、配置は逆さまになる。
【００４７】
出願人は、ここに記載された個々の構成要件及び２つ以上のこれらの構成要件の任意の組み合わせを、ここに記載された問題を解決するかどうかとは関係なく、また請求の範囲を限定することなく、本明細書に基づいて当業者が実施できる程度に開示している。出願人は、本発明の特徴は個々の構成要件又は構成要件の組み合わせで構成できることを示している。以上の記載を考慮すれば、本発明の範囲内において種々の変更が可能であること当業者に明らかである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月14日(2009.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの並列電流路に実質的に等しい電流を発生するカレントミラーであって、各電流路がスイッチングデバイスを具え、各スイッチングデバイスが第１及び第２アクティブ端子と、第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を制御する制御端子とを具えるカレントミラーにおいて、前記カレントミラーは、
その第１アクティブ端子が第１の電圧を受け取り、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧と無関係に変化する可変電圧を受け取り、その制御端子が制御電圧を受け取るように配置された第１のスイッチングデバイスと、
その第１アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取り、その制御端子が前記制御電圧を受け取るように配置された第２のスイッチングデバイスと、
その入力端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続された電圧制御デバイスであって、前記可変電圧を表わす制御信号を受信し、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間の電圧と前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間の電圧との差がほぼ一定に維持されるように、前記入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させる電圧制御デバイスと、
前記可変電圧を受信するように配置された制御入力端子、前記第１の電圧を受け取るように配置された入力端子及び前記電圧制御デバイスの制御入力端子に接続された出力端子を有するトランジスタを具え、前記制御信号を発生する制御信号発生デバイスと、
を具えることを特徴とするカレントミラー。
【請求項２】
前記電圧制御デバイスは出力端子を具え、その出力端子がほぼ一定の電圧を受け取るように配置されていることを特徴とする請求項１記載のカレントミラー。
【請求項３】
前記第１及び第２のスイッチングデバイスのそれぞれの制御端子がほぼ一定の電圧を受け取るように配置されていることを特徴とする請求項２記載のカレントミラー。
【請求項４】
前記電圧制御デバイスは、出力端子と、その入力端子と出力端子との間を流れる電流を制御する制御入力端子とを具え、前記制御入力端子が前記制御信号を受信するように配置されていることを特徴とする請求項１−３の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項５】
前記第２のスイッチングデバイスは、その制御入力端子がほぼ一定の電圧に接続されるとき、その第１及び第２アクティブ端子間にほぼ一定の電流を流すように構成され、前記電圧制御デバイスは、その入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させることによってその入力及び出力端子間に前記電流を流すことができるように構成されていることを特徴とする請求項４記載のカレントミラー。
【請求項６】
前記電圧制御デバイスは、その入力端子とその制御入力端子との間の電圧差が前記電流を流すのに十分な値に維持されるように、その入力端子の電圧を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項５記載のカレントミラー。
【請求項７】
前記電圧制御デバイスは、その第１アクティブ端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続され、その第２アクティブ端子がほぼ一定の電圧を受け取るように配置され、その制御端子が前記制御信号を受信して前記第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を前記制御信号に依存して制御するように構成された第３のスイッチングデバイスであることを特徴とする請求項２−６の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項８】
前記制御信号発生デバイスは、その制御入力端子の電圧に応じてその入力端子と出力端子との間に電流を流すことができるように構成されていることを特徴とする請求項１−７の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項９】
前記カレントミラーは、前記制御信号発生デバイスと直列に接続された電流発生器を具え、該電流発生器の入力端子は前記制御信号発生デバイスの出力端子に接続され、前記電流発生器はほぼ一定の電流を発生するように構成され、前記制御信号発生デバイスはその出力端子の電圧を前記可変電圧に依存して変化させることによってその入力及び出力端子間に前記電流を流すことができるように構成されていることを特徴とする請求項８記載のカレントミラー。
【請求項１０】
前記制御信号発生デバイスは、その出力端子とその制御入力端子との間の電圧差が前記電流発生器により発生される電流をその入力及び出力端子間に流すのに十分な値に維持されるように、その出力端子の電圧を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項９記載のカレントミラー。
【請求項１１】
前記カレントミラーは、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取るように配置され、その第１アクティブ端子が前記制御信号を前記電圧制御デバイスに出力するように配置され、その制御端子が前記可変電圧を受け取るように配置された第４のスイッチングデバイスを具えることを特徴とする請求項１−１０の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１２】
前記スイッチングデバイスの各々はトランジスタであることを特徴とする請求項１−１１の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１３】
前記スイッチングトランジスタの各々は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１−１２の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１４】
前記電圧制御デバイスは、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧が常に前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧にほぼ等しくなるようにその出力端子の電圧を変化するように構成されていることを特徴とする請求項１−１３の何れかに記載のカレントミラー。
【請求項１５】
２つの並列電流路に実質的に等しい電流を発生するカレントミラーであって、各電流路がスイッチングデバイスを具え、各スイッチングデバイスが第１及び第２アクティブ端子と、第１及び第２アクティブ端子間を流れる電流を制御する制御端子とを具えるカレントミラーを具える増幅器において、前記カレントミラーは、
その第１アクティブ端子が第１の電圧を受け取り、その第２アクティブ端子が前記第１の電圧と無関係に変化する可変電圧を受け取り、その制御端子が制御電圧を受け取るように配置された第１のスイッチングデバイスと、
その第１アクティブ端子が前記第１の電圧を受け取り、その制御端子が前記制御電圧を受け取るように配置された第２のスイッチングデバイスと、
その入力端子が前記第２のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子に接続された電圧制御デバイスであって、前記可変電圧を表わす制御信号を受信し、前記第２のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧と前記第１のスイッチングデバイスのアクティブ端子間電圧との差がほぼ一定に維持されるように前記入力端子の電圧を前記制御信号に依存して変化させる電圧制御デバイスと、
前記可変電圧を受信するように配置された制御入力端子、前記第１の電圧を受け取るように配置された入力端子及び前記電圧制御デバイスの制御入力端子に接続された出力端子を有するトランジスタを具え、前記制御信号を発生する制御信号発生デバイスと、
を具えることを特徴とする増幅器。
【請求項１６】
前記増幅器は、前記可変電圧を発生するように構成された回路を具えることを特徴とする請求項１５記載の増幅器。
【請求項１７】
前記増幅器は線形レギュレータの一部を構成し、前記第１のスイッチングデバイスの第２アクティブ端子がパススイッチングデバイスの制御入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１５又は１６記載の増幅器。
【国際調査報告】
2010509822.tif 000013
2010509822.tif 000014